クモヒトデに学んだ、想定外の故障に「即座に」適応可能な移動ロボット シンプルな数式でクモヒトデの複雑な動きを表現

クモヒトデに学んだ、想定外の故障に「即座に」適応可能な移動ロボットシンプルな数式でクモヒトデの複雑な動きを表現

2017年12月14日 10:00

东北大学电気通信研究所の石黒章夫教授、加納剛史准教授、佐藤英毅氏（大学院修士課程、当時）、小野達也氏（大学院修士課程、当時）、北海道大学電子科学研究所の青沼仁志准教授、東北大学大学院医学系研究科の松坂義哉講師（現東北医科薬科大学教授）の研究グループは、想定外の故障に対して即座に適応できる移動ロボットの開発に世界で初めて成功しました。

移动ロボットが未知の実世界环境下で动き回るためには、ロボットの一部が故障してもリアルタイムに适応し、移动能力を维持することが不可欠です。しかしながら，従来のロボットは想定外の故障に适応するのに数十秒?数分もの时间を要していました。この问题解决のため本研究では，原初的な棘皮（きょくひ）动物であるクモヒトデに着目しました。クモヒトデには「脳」のような高度な情报処理を担う中枢神経系はなく、放射神経と呼ばれる単纯な神経系しかないにもかかわらず、5本の柔软な腕を适切に协调させて推进することが可能です。さらには、外敌に袭われるなどして腕を失った际（自ら腕を切断することもあります）、残った腕が何本であろうともそれらを即座に协调させて推进し続けることができます。このようにクモヒトデは、惊异的な耐故障性を有しています。

本研究では、腕を除去あるいは短くしたクモヒトデの観察结果をもとに、「各腕が环境から进行方向侧に反力を受けたときにのみ地面を蹴る」という、极めてシンプルな数式で记述される自律分散制御则を设计しました。そして、この制御则をクモヒトデ型ロボットに実装したところ、腕をいかように破壊しても数秒以内に适応して动き続けることができました。

この成果は、想定外の事象に対処可能な适応能力の高いロボットを実现するための基盘技术を提供し、灾害现场などの过酷な环境下でも机能できる移动ロボットの実现へと道を切り拓くと期待されます。また、动物が身体の一部に伤害を负ったときに、身体の协调の仕方を适切に変えて动く原理の解明にもつながると期待できます。

本研究成果は、2017年12月13日（日本時間17時00分）に英国の科学誌Royal Society Open Science電子版に掲載されました。

论文情报
"A Brittle Star-like Robot Capable of Immediately Adapting to Unexpected Physical Damage"
（予期せぬ物理的なダメージに対して即座に适応可能なクモヒトデ型ロボット）
Takeshi Kano, Eiki Sato, Tatsuya Ono, Hitoshi Aonuma, Yoshiya Matsuzaka, and Akio Ishiguro
Royal Society Open Science
顿翱滨：10.1098/谤蝉辞蝉.171200