hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Cu基,Ti基,およびNi基バルク金属ガラス(BMG)丸棒を用い,せん断応力下で負荷除荷試験を行い,すでに実施したZr基,Pd基,La基BMGの結果と合わせ擬弾性挙動と横弾性係数(G)およびポアソン比(ν)の関係を検討した.擬弾性は,νが全般に大きなBMGでは,Gが最も小さいLa基(G=12.3GPa)が顕著で,最も大きいCu基(41.3)ではほとんど生じなかった.同時にGおよびνが異なる結晶合金(鋼,純Ti,純Cu,純Al)においても同様な検討を行った.νが大きくGが小さい純Cuと純Alで擬弾性が観察された.コイルスプリングをZr基BMGで作製し,荷重変位関係を調べたが非線形な関係は確認出来なかった.分子動力学法でせん断応力下におけるアモルファスの負荷除荷試験を実施したところ,実験と同様な擬弾性が生じ,その原因は局所的な相変態のためと考えられた(H17年度成果論文1つ目).応力とすべり変形挙動の関係について,旋削時の切屑におけるすべり変形を観察し,最大せん断応力方向に約0.3μmという極めて短い間隔で平行に連続的にすべっていることを見出した.BMGは最大せん断応力のみに支配されてすべり切るため,理想的な流れ形切屑を生成し,結晶合金では得られない極めて良好な表面あらさが得られた(H17年度成果論文2つ目).また,BMGは平滑材の引張試験では塑性変形をほとんど生ぜずに破断するが,疲労き裂を入れた破壊靱性試験では塑性拘束の強い疲労き裂先端付近で多数の長いせん断帯が生じて塑性鈍化し,50MPa√m程度の大きな破壊靱性値を示した(H17年度成果論文3つ目).BMGに特有な斜め疲労き裂進展の再現を確認した.この原因を検討するため,疲労き裂先端前方の硬度分布を購入した微小表面材料評価システムを用いて測定したが,き裂先端近傍領域(数μ)において明確な硬度変化は観察されなかった.Zr基,Pd基,La基バルク金属ガラス(BMG)は,いずれもせん断応力下で顕著な擬弾性を生じることを報告してきている.他の金属基BMGについても引張・ねじり試験を実施し,それらの結果を総合して検討することにより,BMGにおける負荷形式,機械的性質(弾性係数とポアソン比等)と擬弾性挙動の関連を明らかにする.本年度はこのためのTi基,Cu基,およびNi基丸棒試料(直径2mm長さ約50mm)を作製し,試験治具の設計を行った.BMGにおける応力とすべり変形挙動の関係を検討するため,旋削時の切屑におけるすべり変形を観察した.その結果,一定なせん断角を有する一つのすべり面でほぼ等間隔(約10μm)にすべり切るとともに,その面間においても約0.3μm間隔ですべり切った面と平行に周期的に僅かにすべっていることを観察した.引続き,主分力と送り分力の測定を行い,負荷の解析を行ってすべり変形挙動との関係を検討する.疲労き裂が荷重軸に対して約45°斜め方向に進展する原因を探るため,大きなZr基BMG板材をアーク溶解鍛造法で作製し,これよりBMG材としては大きな試験片(板幅30mm,長さ90mm,板厚2.5mmの中央き裂引張試験片)を作製した.また疲労き裂先端前方微小領域の硬度測定が可能な微小表面材料評価システム(硬度測定荷重0.01100gf)を購入し,格子点の硬度が測定できることを確認した.BMG平滑材の疲労において,応力の繰返しとともにフリーボリュームが変化するかどうかを検討するため,予備的実験として高張力鋼における繰返し応力下の陽電子消滅時間と繰返し軟化の関係を求めた.その結果,軟化(可動転位密度の増加)と陽電子寿命が対応づけられ,BMGの応力繰返しに伴うフリーボリューム変化が陽電子消滅法により測定できると考えられた.Cu基,Ti基,およびNi基バルク金属ガラス(BMG)丸棒を用い,せん断応力下で負荷除荷試験を行い,すでに実施したZr基,Pd基,La基BMGの結果と合わせ擬弾性挙動と横弾性係数(G)およびポアソン比(ν)の関係を検討した.擬弾性は,νが全般に大きなBMGでは,Gが最も小さいLa基(G=12.3GPa)が顕著で,最も大きいCu基(41.3)ではほとんど生じなかった.同時にGおよびνが異なる結晶合金(鋼,純Ti,純Cu,純Al)においても同様な検討を行った.νが大きくGが小さい純Cuと純Alで擬弾性が観察された.コイルスプリングをZr基BMGで作製し,荷重変位関係を調べたが非線形な関係は確認出来なかった.分子動力学法でせん断応力下におけるアモルファスの負荷除荷試験を実施したところ,実験と同様な擬弾性が生じ,その原因は局所的な相変態のためと考えられた(H17年度成果論文1つ目).応力とすべり変形挙動の関係について,旋削時の切屑におけるすべり変形を観察し,最大せん断応力方向に約0.3μmという極めて短い間隔で平行に連続的にすべっていることを見出した.BMGは最大せん断応力のみに支配されてすべり切るため,理想的な流れ形切屑を生成し,結晶合金では得られない極めて良好な表面あらさが得られた(H17年度成果論文2つ目).
また,BMGは平滑材の引張試験では塑性変形をほとんど生ぜずに破断するが,疲労き裂を入れた破壊靱性試験では塑性拘束の強い疲労き裂先端付近で多数の長いせん断帯が生じて塑性鈍化し,50MPa√m程度の大きな破壊靱性値を示した(H17年度成果論文3つ目).BMGに特有な斜め疲労き裂進展の再現を確認した.この原因を検討するため,疲労き裂先端前方の硬度分布を購入した微小表面材料評価システムを用いて測定したが,き裂先端近傍領域(数μ)において明確な硬度変化は観察されなかった.
昆虫ホルモンを介した内部共生微生物の調節機構

本研究では、半翅目昆虫において、脱皮ホルモンによって引き起こされる絶食状態が、共生細菌の存在量の変化の直接的な原因となっている可能性が高いことが示された。また、ESTデータベースの作製および発現解析から、共生と関連する遺伝子を多数同定することに成功した。さらに、3種のカメムシでRNAiによる遺伝子機能解析系を構築した。今回の共生細菌の感染に関わる新規遺伝子の単離と機能解析系の確立により、今後、共生細菌と宿主の相互作用の分子基盤の解明が飛躍的に進むと考えられる。本研究では、これまでほとんど知られていなかった、共生細菌の発生過程における挙動と宿主ホルモン、栄養状態の関係、および共生細菌が宿主体色に及ぼす影響を複数の昆虫で評価することで、"「共生」と「内分泌環境」のクロストーク"という新しい研究領域の開拓を目指すものである。平成21年度の研究結果から、特に半翅目昆虫のホソヘリカメムシにおいて、脱皮ホルモンによって引き起こされる絶食状態が、共生細菌の存在量の変化の直接的な原因となっている可能性が高いことが示された。また、共生細菌が感染する中腸のESTデータベースを整理して、感染/非感染に関連した遺伝子を多数見出すことに成功した。さらに、laccase2など体色に関わる複数の遺伝子についても解析を進め、脱皮と密接な関係があることが複数の昆虫で明らかになったことから、共生細菌が宿主体色変化に及ぼす影響を調べる糸口を見出すことができた。宿主ホルモンとlaccase2など特に体色に関わる結果については、国際誌で発表を行ったほか、国内外の複数の学会で発表を行った。本研究では、共生細菌の発生過程における挙動と宿主ホルモン、栄養状態の関係、および共生細菌が宿主体色に及ぼす影響を複数の昆虫で評価する。同時に、ESTデータベースの構築から、これまでほとんど知られていない共生関係に関与する遺伝子の同定を目指すものである。前年度までの研究結果から、特に半翅目昆虫のホソヘリカメムシにおいて,脱皮ホルモンによって引き起こされる絶食状態が、共生細菌の存在量の変化の直接的な原因となっている可能性が高いことが示された。また.共生および発生過程によって発現の変動する遺伝を単離する目的で、ESTデータベースを作製した。今年度は、ESTデータベースを整理して、感染/非感染によって発現が変動する候補遺伝子約30種について、定量的な発現解析を行い、実際に共生と関連する遺伝子を多数同定することに成功した。同時に、遺伝子によっては、発現変動が脱皮前後よりもむしろ齢期の違いによる影響が確認された。さらに、前年度に引き続き、laccase2など体色に関わる複数の遺伝子についても解析を進め.脱皮と密接な関係があることが複数の昆虫で明らかになったことから、共生細菌が宿主体色変化に及ぼす影響を調べる糸口を見出すことができた。加えて、今年度は,ホソヘリカメムシを含む3種のカメムシでRNAiが効果的に効くことを証明した。以上のように共生最近に感染に関わる新規遺伝子の単離と機能解析系の確立から、共生細菌と宿主の相互作用の分子基盤の解明の糸口をつかむことができた。成果の一部については、筆頭著者として誌上発表を行い、国内外の複数の学会で発表を行った。
浮遊卵・仔魚の沿岸水域への移入機構に関する研究

多獲性浮魚類の資源変動機構の解明にあたって、生活史初期の大量減耗が重要な要因と考えられて様々な研究が行なわれている。多獲性浮魚類の多くは沖合で産卵を行ない、一部が成育場である沿岸域に移入しシラス漁業へと加入する。泳力がないかあるいは乏しい浮遊卵・仔魚が、沖合から沿岸域へどのようにしてフロントを越えて移入を果たしているかいまだ不明の点が多い。本研究は、沖合と沿岸域の接点である沿岸フロントを調査対象の中心にして移入機構を明らかにすることを目的としている。相模湾におけるカタクチイワシを対象として、沿岸フロントを横断する測線を設定し、航走連続プランクトン採集器による浮遊卵・仔魚および動・植物プランクトンの微細分布調査およびMTDネットによるフロント内外の各層曳網、海洋観測、漂流ハガキの放流を実施した。また、伊豆諸島海域での黒潮フロントを含んだグリッド観測、定期航路船を利用した漂流ハガキの連続放流を大島西水道、東水道線で継続的に行ない、また、気象庁AMEDASデータの検討を行なった。シラス漁業によって採集された仔魚の日齢組成についても調べ、移入の成否を判定し、この成否が何によっているかを検討した。黒潮分岐流に由来する沖合水系と三浦半島西岸での東京湾系水、湾内河川水との間で様々なフロントが形成されていた。それらのフロントの縁辺部に、カタクチイワシ浮遊卵・仔魚の集積が認められ、沿岸域内にも若干認められた。フロント沖合側に放流された漂流ハガキの多くはフロントを越えず湾外の東あるいは西へ移動していたが、フロント域の漂流ハガキの一部については湾内沿岸域(海岸)に漂着していた。また,漂流ハガキの湾内/湾外の回収率と浮遊卵分布調査日産れのシラス量/浮遊卵量とに関連が認められた。このことから、フロントへの集積を前提にして、一部の浮遊卵が物理的に沿岸域への移入をするものと考えられた。多獲性浮魚類の資源変動機構の解明にあたって、生活史初期の大量減耗が重要な原因と考えられて様々な研究が行なわれている。多獲性浮魚類の多くは沖合で産卵を行ない、一部が成育場である沿岸域に移入しシラス漁業へ加入する。泳力がないかあるいは乏しい浮遊卵・仔魚が、沖合から沿岸域へどのようにしてフロントを越えて移入を果しているかいまだ不明の点が多い。本研究は、沖合と沿岸域の接点である沿岸フロントを調査対象の中心にして移入機構を明らかにすることを目的としいる。相模湾におけるカタクチイワシを対象として、沿岸フロントを横断する測線において、浮遊卵・仔魚および動・植物プランクトンの連続採集による微細分布調査およびMTDネットによるフロント内外の各層曳網、海洋観測、漂流ハガキの放流を実施した。また、伊豆諸島海域での黒潮フロントを含んだグリッド観測、定期航路船を利用した漂流ハガキの連続放流を行なった。また、黒潮による輸送過程をモニターするために、東京-宮崎、鹿児島-那覇間の定期航路線によって、漂流ハガキの放流を行ない季節風による接岸の阻害について検討した。黒潮分枝流に由来する沖合水系と三浦半島西岸での東京湾系水、河川水の間で様々なフロントが形成されていた。それらのフロントの縁辺部に、カタクチイワシ浮遊卵・仔魚の集積が認められ、沿岸域にも若干認められた。

沖合側に放流された漂流ハガキの多くはフロントを越えず湾外へ移動していたが、フロント域の漂流ハガキの一部については沿岸域(海岸)に漂着していた。このことから、フロントへの集積を前提にして、一部の浮遊卵が物理的に沿岸域への移入をするものと考えられた。また、漂流ハガキの湾内・湾外での回収率と浮遊卵分布調査日産れのシラス量と関連が認められた。多獲性浮魚類の資源変動機構の解明にあたって、生活史初期の大量減耗が重要な要因と考えられて様々な研究が行なわれている。多獲性浮魚類の多くは沖合で産卵を行ない、一部が生育場である沿岸域に移入しシラス漁業へと加入する。泳力がないかあるいは乏しい浮遊卵・仔魚が、沖合から沿岸域へどのようにしてフロントを越えて移入を果しているかいまだ不明の点が多い。本研究は、沖合と沿岸域の接点である沿岸フロントを調査対象の中心にして移入機構を明らかにすることを目的としいる。相模湾におけるカタクチイワシを対象として、沿岸フロントを横断する測線を設定し、航走連続プランクトン採集器による浮遊卵・仔魚および動・植物プランクトンの微細分布調査およびMTDネットによるフロント内外の各層曳網、海洋観測、漂流ハガキの放流を実施した。また、伊豆諸島海域での黒潮フロントを含んだグリッド観測、定期航路船を利用した漂流ハガキの連続放流を大島西水道、東水道線で継続的に行ない、また、気象庁AMEDASデータの検討を行なった。シラス漁業によって採集された仔魚の日齢組成についても調べ、移入の成否を判定し、この成否が何によっているかを検討した。黒潮分枝流に由来する沖合水系と三浦半島西岸での東京湾系水、湾内河川水との間で様々なフロントが形成されていた。それらのフロントの縁辺部に、カタクチイワシ浮遊卵・仔魚の集積が認められ、沿岸域内にも若干認められた。フロント沖合側に放流された漂流ハガキの多くはフロントを越えず湾外の東あるいは西へ移動していたが、フロント域の漂流ハガキの一部については湾内沿岸域(海岸)に漂着していた。また、漂流ハガキの湾内/湾外の回収率と浮遊卵分布調査日産れのシラス量/浮遊卵量とに関連が認められた。
表面に特異的な分子鎖熱運動性に基づくブロック共重合体の表面ナノ構造制御

表面自由エネルギーの低い末端基を有する高分子固体の表面には分子鎖末端が濃縮される。本研究では低表面自由エネルギー末端基を有するポリ(スチレン-b-4-ビニルビリジ)[P(St-b-4VP)]ブロック共重合体膜の表面ナノ構造に及ぼす末端構造の影響について検討した。水素末端のP(St-b-4VP)-H及びフルオロアルキル基末端のP(St-b-4VP)C_2C_X^Fをリビグアニオン重合で合成した。薄膜を調製し、表面組成はX線光電子分光(XPS)測定に基づき、また、薄膜の超薄切片を作製し、空気界面での分子鎖凝集状態を電子顕微鏡観察に基づき評価した。423Kで90時間熱処理後のP(St-b-4VP)-HとP(St-b-4VP)C_2C_X^Fの表面P4VP組成の膜厚依存性を評価した。P(St-b-4VP)-Hの場合、表面自由エネルギーの低いPS成分は熱処理より空気界面へ濃縮された。一方、P(St-b-4VP)C_2C_X^Fの場合、P4VPの低表面自由エネルギー末端基のCF_3が空気界面に局在化するため、末端基に連接されるP4VPは高表面自由エネルギー成分であるにもかかわらず熱処理後も表面に配向している。一方、P(St-b-4VP)C_2C_X^F膜のX線反射率測定の結果、カメラが膜面に平行に配列しないことが明らかになった。さらに電子顕微鏡観察の結果、P(St-b-4VP)-Hの場合は、ラメラが膜面に平行配列し、表面に疎水性のPS層が形成されることが、地方、P(St-b-4VP)C_2C_X^Fの場合には、末端のフルオロアルキル基の影響により、PS,P4VPの両相が存在することが明らかとなった。
新しいPET-CT撮像プロトコールによるラジオ波凝固療法の治療効果判定

本研究の第一の目的は、肝または肺悪性腫瘍患者を対象とし、我々の考案するPET-CTを用いた新たな検査プロトコールにより、RFA施行後に治療効果判定を正確に行えるか否かを検証することである。本研究の第二の目的は、RFA施行当日のPET-CTにて腫瘍残存の判定が正確に行えると判明した場合、同日にRFA追加を行うことで局所制御率に改善がみられるか否に関しpreliminary dataを収集することである。本研究により、悪性腫瘍の肝転移巣に対するラジオ波凝固療法の治療効果判定にPET-CTを用いる場合、CTとのfusion瘍の残存部位を同定し、定量指標としてSUVmax値を用いるのが適切と考えられた。悪性腫瘍の肺転移巣に対するラジオ波凝固療法の治療効果判定にPET-CTを用いる場合においても、CTとの融合画像を利用して腫瘍の残存部位を同定し、定量指標としてSUVmax値を用いるのが適切と考えられ、結果的にPETによりRFA施行後に治療効果判定を正確に行え、RFA追加を行うことで局所制御率に改善がみられると想定することができた。本研究の第一の目的は,肝または肺悪性腫瘍患者を対象とし,我々の考案するPET-CTを用いた新たな検査プロトコールにより,RFA施行当日に治療効果判定を正確に行えるか否かを検証することである。本研究の第二の目的は,RFA施行当日のPET-CTにて腫瘍残存の判定が正確に行えると判明した場合,同日にRFA追加を行うことで局所制御率に改善がみられるか否に関しpreliminary dataを収集することである。そのためには,まず検査プロトコールの適性化が必要である。さらに,PET-CT画像でみられる集積に関して適切な評価法の確立が必要となる。このため,H19年度はまず肝転移症例20例に対し,FDG-PETを施行し,当施設のPET-CTプロトコールにおける肝転移巣の集積程度のデータ収集を行った。加えて,肺癌症例20例に対しても集積程度のデータ収集を行った。集積程度はPET画像とCT画像のfusion画像を利用し,CTでみられる病変部位のSUVmeanおよびSUVmaxを求めた。CT撮像時の息止め位置のずれがあると判断される場合にはmanual操作で可及的に集積の中心がCTでみられる病変の中心と一致するようにfusionを修正した上で病変の集積を検討した。SUVmeanおよびSUVmaxの計測は二名の放射線科医が別々に行った。その結果,viable tumorのFDG集積程度を検討する際,SUVmeanでは測定者間のばらつきが大きく,一方SUVmaxでは測定者間のばらつきが少ないことがわかった。したがってRFA施行後の集積程度の評価には,fusion画像を利用したSUVmaxを用いるのが適切と考えられた。また,今回得られたSUV値は,H20年度以降のRFA施行後における治療効果判定(残存viable tumorの有無の判定)の際にも参考値として利用できるものと考えられる。本研究の第一の目的は、肝または肺悪性腫瘍患者を対象とし、我々の考案するPET-CTを用いた新たな検査プロトコールにより、RFA施行当日に治療効果判定を正確に行えるか否かを検証することである。本研究の第二の目的は、RFA施行当日のPET-CTにて腫瘍残存の判定が正確に行えると判明した場合、同日にREA追加を行うことで局所制御率に改善がみられるか否に関しprehmhlary dataを収集することである。そのために、H20年度はRFAを施行し、その後、1年以上の経過観察で局所再発がなかった肝転移症例5例および肺転移症例5例に関して治療後のFDG集積の評価を行った。この集積評価についてはH19年度に検討した方法で行った。すなわち、PET画像とCT画像のfusion画像を利用し、CTでみられる病変部位のSUVmeanおよびSUVmaxを求めた。H19年度の治療前症例における検討と同様に、治療後の症例においてもFDG集積程度を検討する際、SUVmeanでは測定者間のばらつきが大きく、一方SUVmaxでは測定者間のばらつきが少ないことがわかった。したがってRFA施行後の集積程度の評価には、fusion画像を利用したSUVmaxを用いた。

今回得られたSUV値は、肝および肺に治療後炎症によって生じうるFDG集積の程度を表したものであり、H21年度以降のRFA施行後における治療効果判定(残存viable tumorの有無の判定)の際に重要な参考値として利用できるものと考えられる。
北海道伊達市有珠10遺跡の発掘調査

1)今年度の補助金で行われた有珠10遺跡第3次発掘調査では, 3基(5号, 6号, 7号墓)の墓壙を確認し, 5体分の埋葬人骨と多数の散乱人骨を得た.2)5号墓とした直径30cmの円形の土壙からは,改葬されたと思われる新生児ないし乳児のほぼ全身骨格と,これに混じる豊富な副葬品(熊の彫刻のついた鹿角製スプーン,大形の石斧,貝製のビーズ等)が出土した.3)6号墓も改葬墓と思われるもので,小児の骨格の一部が楕円形のプランの皿状のくぼみより出土した.4)7号墓も改葬墓と思われる.直径1mの円形の土壙低に2体の人骨が,多数の副葬品とともに検出された.1体は男性のもので,ほぼ全身骨格が認められ,頭骨,上肢骨,下肢骨とも一ケ所に積み重ねるようにまとめられていた.大腿骨最大長から推定される身長は, 160.5cmで,縄文人平均よりやや高い.他の1体は女性のもので,頭骨(下顎骨は遺存)を欠くが,その他はほぼ全身骨格が同定される.大腿骨最大長から推定される身長は152.4cmで,やはり縄文人平均よりやや高い.5)本遺跡の改葬墓はこれまでに3例認められており,今回の調査で6例となった.北海道内におけるこの時期の改葬例は従来まったく知られていなかったが,あるいは風習として行われていた可能性もあり,今後十分に検討してみる必要性がでてきた.1)今年度の補助金で行われた有珠10遺跡第3次発掘調査では, 3基(5号, 6号, 7号墓)の墓壙を確認し, 5体分の埋葬人骨と多数の散乱人骨を得た.2)5号墓とした直径30cmの円形の土壙からは,改葬されたと思われる新生児ないし乳児のほぼ全身骨格と,これに混じる豊富な副葬品(熊の彫刻のついた鹿角製スプーン,大形の石斧,貝製のビーズ等)が出土した.3)6号墓も改葬墓と思われるもので,小児の骨格の一部が楕円形のプランの皿状のくぼみより出土した.4)7号墓も改葬墓と思われる.直径1mの円形の土壙低に2体の人骨が,多数の副葬品とともに検出された.1体は男性のもので,ほぼ全身骨格が認められ,頭骨,上肢骨,下肢骨とも一ケ所に積み重ねるようにまとめられていた.大腿骨最大長から推定される身長は, 160.5cmで,縄文人平均よりやや高い.他の1体は女性のもので,頭骨(下顎骨は遺存)を欠くが,その他はほぼ全身骨格が同定される.大腿骨最大長から推定される身長は152.4cmで,やはり縄文人平均よりやや高い.5)本遺跡の改葬墓はこれまでに3例認められており,今回の調査で6例となった.北海道内におけるこの時期の改葬例は従来まったく知られていなかったが,あるいは風習として行われていた可能性もあり,今後十分に検討してみる必要性がでてきた.
カルバックライブラー制御法と内的報酬を統合した強化学習

本研究は環境探査のための強化学習アルゴリズムを開発することを目的としている。本年度は以下の成果を得た。(1)適応的多重重点サンプリングによる経験の再利用:方策探査法は多くのアルゴリズムが方策オン型であり過去の経験を再利用するためには重点サンプリングを用いた補正が必要になるが、単純な重点サンプリングの使用は学習を不安定化させる.そこで重点サンプリングによる推定値の分散を最小にするように過去のデータ収集分布の結合重みを修正する適応的重点サンプリング法を開発し、5種類の方策探査法に適用しデータ効率が改善できることを示した。(2)環境探査のための報酬の符号の分離:報酬値を符号に応じて分離する強化学習法MaxPainを深層強化学習化したDeep MaxPainを開発した.Deep MaxPainは最下層の畳み込み層は共有するが価値関数を学習する全結合層は独立している。そのため正の報酬から学習するための経験と負の報酬から学習するための経験を個別に保存し、学習時に同じ重みで混合することで学習が安定になり、ニューラルネットワークを用いた関数近似とMaxPainを統合することに成功した。(3)スマートフォンロボットを用いた自律分散協調ロボットシステムの開発:強化学習のメタパラメータの影響を調査するためには、メタパラメータの値の異なる学習システムを並列に実行し学習過程を比較する方法が有効である。また、実ロボットにおける学習のサンプル効率を改善するために、複数学習システムのためのアルゴリズムの開発が重要で、検証のためにロボット実験システムを改良した。本年度は実ロボット上で外部バッテリからの充電行動、および交配行動実現のためのロボット間での視覚情報を通した情報交換の行動を方策探査法によって実現した。本研究ではカルバックライブラー(KL)制御など情報理論に基づいた強化学習法と内的報酬に基づく強化学習の理論をベースにした新しい環境探査のための強化学習アルゴリズムを開発することを目的としている.本年度は以下の三項目において成果を得た。(1) KL制御のロバスト化:通常のKL制御では環境のダイナミクスから導出される受動ダイナミクスが重要な役割を果たすが、これまではダイナミクスのモデル化誤差が最終的に導出される制御則に与える影響について調査されてこなかった。そこでHJB方程式を拡張したHJI方程式を用いることでゲーム理論の考えを導入し、KLダイバージェンスの代わりにRenyiダイバージェンスを用いることでHJI方程式を線形化する方式において、環境のモデルパラメータの変動や遷移確率の分散が及ぼす影響について調査した。(2) EMアルゴリズムを用いた強化学習におけるベースラインの調節:決定論的方策のパラメータを最適化する方策探査法において、パラメータを更新する際にすべてのサンプルを用いると学習効率が悪くなることが知られていた。そこで本研究では方策改善にあまり貢献しないサンプルを切り捨てるための閾値を動的に調整する方法を開発した。実験結果を解析したところ、学習の初期段階ではほとんどタスクを達成できない多数のサンプルから形成されるピークと、少しだけ達成できる少数のサンプルから形成されるピークの二つのピークを持つことが多く、提案手法はこのようなケースで特に有効に働くことを確認した。(3)マルチエージェント強化学習におけるコミュニケーションの創発:他のエージェントの状態を直接表現する代わりに、低次元に圧縮した情報を通信することで状態数を大幅に削減するモジュール強化学習法を開発した。(1)アルゴリズムは離散MDPと連続MDPで検証した。その結果、価値関数を厳密に計算できる離散MDPの場合はロバストネスを調整するパラメータの調整が容易で、最大値を設定すれば環境の変化に対して最もロバストな制御則が獲得できることを確認した。一方で、必然的に関数近似器を用いる必要がある連続MDPの場合は、近似誤差の影響も考慮しなければならないことが分かった。特にロバストネスパラメータを大きくすると近似誤差も大きくなることが確認でき、ロバストな制御則を獲得するためにはロバストネスパラメータをメタパラメータとして調整する必要があることが分かった。研究成果は査読付き英語論文誌Journal of Artificial Life and Roboticsに投稿済みである。(2)開発したEMアルゴリズムに基づく方策探査法はKL制御の一つである経路積分強化学習やREPSとよく似たアルゴリズムであるが、実際に制御して得られたサンプルをどれだけ利用するかの点が異なっていた。この点に着目して数値実験したところ、多くの課題において開発した手法は学習の初期段階では多くのサンプルを棄却するものの結果的には学習に必要なサンプル数が少なくて済むことを確認した。研究成果は査読付き英語論文誌Frontiers in Neuroroboticsに採録された。本研究はカルバックライブラー(KL)制御など情報理論に基づいた強化学習法と内的報酬に基づく強化学習理論をベースにした環境探査のための強化学習アルゴリズムを開発することを目的としている。(1)線形可解マルコフ決定過程システムのパラメータが学習過程に及ぼす影響の調査:ミニマックス制御として拡張した線形可解マルコフ決定過程の外乱の程度を調整するパラメータと学習過程の関係を調査した。(2)環境探査のための報酬の符号の分離:強化学習の理論では環境の即時評価を示す報酬は「正の報酬」と「正の罰」を単一のスカラー量として扱うことが多かったが、ベルマン最適方程式を用いる強化学習法では行動に関して最大値をとるmax演算子のため、負の値として設定した「正の罰」が遠い状態に伝播されない。この問題に対処するために、実際の生物の神経回路を模倣した符号の分離システムを調査した。

(3)スマートフォンロボットを用いた自律分散協調ロボットシステムの開発:強化学習のメタパラメータの影響を調査するためには、メタパラメータの値の異なる学習システムを並列に実行し学習過程を比較する方法が有効である。また、実ロボットにおける学習のサンプル効率を改善するために、複数学習システムのためのアルゴリズムの開発が重要である。そのためのロボット実験システムを作成した。(4)モデルフリー逆強化学習と強化学習の統合:エキスパートからの行動から報酬を推定する逆強化学習の結果を利用する際、従来は逆強化学習システムとは独立した強化学習システムを用いていたため学習の効率が悪い問題があった。そのため、逆強化学習システムで推定したネットワークを強化学習システムに転用するための基礎技術について調査した。(2)スカラー値として処理されてきた報酬を符号によって分離し、それぞれに状態行動価値を推定するシステムを開発した。特に負の値を学習するシステムは方策オフ型の学習アルゴリズムを使用することで長期の正の罰信号を予測することが可能になった。また異なる割引率を設定することが可能となり、最終的な方策の決定に柔軟性を持たせることが可能となった。実験結果により、従来よりも安全な経路を選ぶ方策が獲得できただけでなく、環境の探査効率も改善することができた。この結果はIEEE International Conference on Developmental Learning and on Epigenetic Roboticsに投稿済みである。(3) EMアルゴリズムを用いた強化学習アルゴリズムをスマートフォンロボットに実装し、充電行動や他のロボットとの通信行動の学習実験を実施し、実環境でも少ないサンプル数から学習できることを示した。この実験の一部を日本神経回路学会誌の解説記事として寄稿した。また大規模ロボット実験のための充電行動およびロボット間通信行動の学習についてもロボティクス・メカトロニクス講演会に投稿した。(4)これまでに開発されてきた逆強化学習システムは報酬だけを推定するものであったこと、逆強化学習と強化学習が異なる仮定の下で導出されていたため、両者の間で学習結果を共有することができなかった。開発した手法では報酬だけでなく状態価値関数も同時に推定するため、推定した状態価値関数を強化学習の学習時の高速化に利用すると同時に強化学習の結果を逆強化学習の推定時に相互に利用することが可能となった。本研究は環境探査のための強化学習アルゴリズムを開発することを目的としている。本年度は以下の成果を得た。(1)適応的多重重点サンプリングによる経験の再利用:方策探査法は多くのアルゴリズムが方策オン型であり過去の経験を再利用するためには重点サンプリングを用いた補正が必要になるが、単純な重点サンプリングの使用は学習を不安定化させる.
表面反応制御用高品質中性ラジカルビームの生成技術の開発

PDECB法については、これまでの実験成果を踏まえ、電子相関を考慮したab initio分子軌道法に基づく反応設計手法を精密デバイスプロセスの理論設計に利用する技術の開発を進めた。具体的には、dialkyl group-III azideを原料としてPDECB法によりdialkyl group-III nitreneのビームを生成し得ること、および、これらのIII族窒化物biradicaloidの分子ビームを用いIII族窒化物のstoichiometricな薄膜を低温成長させ得ることを明らかにした。PDINIB法については,試作した材料プロセス装置において負イオンビームとCWレーザービームの最適なアライメントの条件出しに利用し得る中性フリーラジカル生成レートの高感度計測法として,既存では優れた測定法が無いため我々が開発したPMMP(photoelectron-current measurement by low-frequency electro-modulation probe)法,すなわち,低周波電場変調を利用したプローブによる光電子生成レート計測法について,平成12年度は,理論モデリングを行ない,貴助成金にて購入したワークステーションを用いたシミュレーション結果をもとに実験結果を解析・補正することにより,PMMP法の高精度化を達成した.PDECB法については,これまでの実験成果を踏まえ,電子相関を考慮したab initio分子軌道法に基づく反応設計手法を,精密デバイスプロセスの理論設計に利用する技術の開発を進めた.具体的には,III族窒化物の中性フリーラジカルビームをPDECB法により生成するための有機金属原料化合物としてジアルキルIII族アザイドRR'MN_3(R,R'=CH_3 or C_2H_5,M=B,Al,Ga)を,反応設計に基づいて見出した.PDINIB法について、平成13年度は、開発を進めてきた材料プロセス装置試作機におけて、負イオンビームとCWレーザービームの最適なアライメントなどの系統的な条件出しを行ない、その成果として高フラックスの中性フリーラジカルビームを再現性良く生成できるようになった。なおアライメントには中性フリーラジカルビーム生成レートの高感度計測法として平成12年度に高精度化を達成したPMMP(photoelectron-current measurement by low-frequency electro-modulation probe)法を利用した。
パラメトリック単色Ｘ線（ＰＸＲ）を用いた新たな光線力学療法（ＰＤＴ）の開発

日本大学電子線利用研究施設ではパラメトリックX線照射が利用可能で、現在放射源としてシリコン完全結晶が採用されている。将来の臨床応用を考慮すると高エネルギーが必要で、ダイヤモンド結晶の利用が有利と考え、実験を行った。その結果、従来のシリコン結晶では達成していない最高X線エネルギー61keVでのPXRの発生およびX線取得を達成した。124I-HPPHは光線力学療法に対して開発されているが、124I-HPPH合成の中間産物である非放射性ヨード化合物127I-HPPH(717)が新たな放射線増感剤として使用可能か、T24ヒト膀胱癌細胞株を用いて実験を行った。その結果、腫瘍径の増大抑制が認められた。昨年度放射線増感剤の候補として選別したヨード元素の結合したポルフィリン誘導体(717)のin vivoにおける白色X線での放射線増感効果を検討した。6週齢の雌性SCIDマウスの背部皮下にヒト膀胱癌T24を2×107個移植して固形腫瘍を作成した。移植腫瘍の十分な増大を確認した後、Porphyrin誘導体(717)を10mg/kg局所投与した。なお、この濃度はマウスの全身投与時の文献の濃度である。Porphyrin誘導体による光線過敏症を避けるために投与後は暗室内で飼育した。717投与24時間後に安楽死させ腫瘍を摘出し凍結切片を作成した。4%パラホルムアルデヒドリン酸バッファーで30分間固定した後、封入し蛍光顕微鏡で励起波長620nm吸収波長700nmのフィルターで観察した。717は局注後24時間の時点で、マウスに皮下移植したヒト膀胱癌T24腫瘍細胞内に取り込まれていることが確認された。次にPorphyrin誘導体(717)局所投与24時間後にヌードマウスの腫瘍以外を鉛板で遮蔽し腫瘍にのみ白色X線を照射した。照射条件は白色X線のエネルギーのピークをヨード元素のK吸収端の33keVに設定し5Gyの一回照射を行った。白色X線照射単独群に比較して717を腫瘍に局注し24時間後に白色X線を照射した群で腫瘍増殖の抑制が見られたが現時点で統計学的な有意差は確認されていない。PXRに関しては電子を入射させるターゲット結晶を従来のシリコン(Si)結晶からダイヤモンド結晶への置換を検討した。まずはダイヤモンド結晶の固定ホルダーの作成を行いその後、電子をターゲット結晶に入射させPXRの発生に成功した。Si結晶からのエネルギー(波長)の大幅な上昇を確認した。同じBragg角ならシリコン結晶に比較して2.2倍高くなり、例えばシリコン結晶で20keVとなる条件で40keV強となった。日本大学電子線利用研究施設ではパラメトリックX線照射(PXR)が可能で、その放射源としてシリコン完全結晶が採用されているが、将来の臨床応用を考慮すると高エネルギー化が必要である。それには格子定数の小さなダイヤモンド結晶の利用が有利と考え、高エネルギー化試験を行った。その結果、従来のシリコン結晶では達成していない最高X線エネルギー61keVでのPXR発生およびX線像取得まで達成できた。しかしながら、安定したPXRの発生および電子ビーム照射によるターゲット結晶の損傷、劣化に問題点が見つかり、今後の検討となった。ヨード化合物は、歴史的に放射線増感剤として研究されてきたこと、臨床的にX線イメージングで造影剤として使用されていることに着目し、我々は124I-HPPH合成の中間産物である非放射性ヨード化合物127I-HPPH(717)が新たな放射線増感剤として使用可能ではないかと考えた。白色X線照射装置を用いX線のピークエネルギーを、ヨードのK吸収端である33keVに設定し放射線増感効果を検討した。In vitroにおいてはT24ヒト膀胱癌細胞株を用いてWST assayおよびcolony formation assayを使用して生存率を評価した。717投与後X線照射群においてX線照射単独群に比較して生存率の低下が確認された。717の細胞内局在をorganelle probeおよび高速液体クロマトグラフィーを使用し評価したところ、主にT24のミトコンドリアに取り込まれることを確認した。717を投与したT24にX線を照射したところ、活性酸素の産生が確認され、これが放射線増感効果の機序の可能性が示唆された。In vivoにおいてはマウス背部皮下にT24を注射し腫瘍を作成し評価した。717を腫瘍に局注後X線照射群においてX線照射単独群に比較して腫瘍径の増大が抑制されていた。

日本大学の電子線利用研究施設(LEBRA; Laboratory for Electron Beam Research and Application)では世界で唯一、波長が単一で位相が揃っているパラメトリック単色X線放射(PXR)を直接、研究に利用出来る。また、我々はX線を吸収する新たな腫瘍親和性のある光感受性物質の開発を行い、この化合物を利用し、PXRによる新たな光線力学療法(photodynamic therapy; PDT)の有効性に関する基礎的研究を行うことである。我々はPXRのエネルギー範囲にヨード元素のK吸収端が33.17keVが含まれる点に注目した。本年度は光線力学療法(PDT)に利用される腫瘍親和性のある光感受性物質である種々のポルフィリンにヨード元素を結合させた新たな化合物を準備し、膀胱癌細胞株のin vitroにおいてWST assayおよびcolony formation assayにおいて既存の白色X線により放射線増感効果を検討した。この結果、新たな放射線増感剤の候補となりうるポルフィリン化合物を選別することができた。放射線増感効果の機序を解明するために、活性酸素の発生とアポトーシス小体の観察を試みたが、現時点では有意差は確認されていない。今後はPXRにおいて同様の実験を行い、放射線増感効果の機序をさらに検討する予定である。ヒト膀胱癌細胞(T24)のXenograftヌードマウスの腫瘍増殖曲線において717+白色X線群においてコントロール郡と比較して有意差は確認されないながら腫瘍増殖の抑制が見られた。電子をダイヤモンド結晶に入射させPXRの発生に成功しSi結晶からのエネルギー(波長)の大幅な上昇を確認した。ただし実験後にダイヤモンド結晶に損傷が確認された。現時点までの研究において、新たな放射線増感剤となりうるポルフィリンの選別が出来た。また、PXRにおいてダイヤモンド結晶をセットし、より強いエネルギーを放射することが可能となった。ヨード元素の結合したポルフィリン誘導体(717)の既存の白色X線での放射線増感効果をinvitroおよびin vivoで確認出来たが有意差は確認されていない。今年度は有意差が確認される白色X線の照射条件や717の濃度条件の検討さらにポルフィリン誘導体以外の腫瘍親和性の新たなヨード元素の結合した化合物について同様の実験を行う予定である。白色X線において放射線増感効果が見られたポルフィリン化合物について、PXRでの放射線増感効果を調べる予定である。ヨード元素とPXRの組み合わせによる放射線増感効果が既存の白色X線とどれだけ違うかを確認する予定である。in vivoの実験として、膀胱癌細胞株をマウス皮下に移植しXenograftを作成し白色X線とPXRの放射線増感効果を調べる予定である。新たなヨード元素の結合した化合物の大量合成用の試薬、培養用の消耗品、細胞株Xenograft作成マウス、PXRの消耗品、学会参加費、論文投稿費が主な使用目的である。ポルフィリンの大量合成用の試薬、培養用の消耗品、細胞株Xenograft作成マウス、PXRの消耗品、学会参加費が主な使用目的である。
データ駆動アプローチからのトランスオミクスネットワーク推定法の開発

トランスオミクスネットワークの推定は,データベースにある生物学的事前知識を用いる方法と事前知識に頼らずに統計的尺度からデータ駆動的に行う方法に大別され,適用に適したデータサイズや解釈のしやすさなどの点でそれぞれ一長一短がある.トランスオミクスではデータサイズが小さいことが多いため,我々はデータサイズが比較的小さい場合でも並び替え検定によって統計的尺度である条件付き独立性を調べる方法を開発した.一般に,並び替え検定によって条件付き独立性を調べるには,条件付きとして与えられる変数が,条件付き独立性を調べる対象となる2つの変数と関連している可能性があるため,無作為な並び替えを行うことができず,ブロッキングなどの処理が必要になる.しかし,小さなサンプルサイズのデータセットではブロッキングを行うことが一般に難しい.我々は,条件付き独立を調べる問題を独立性を調べる問題に変換することで,条件付き独立性を調べる場合にも並び替え検定を容易に行える手法を開発した.開発手法をベンチマークとして人工遺伝子ネットワークの推定に適用し,従来法よりよい結果を得ている.並行して,条件付き独立性より精度は劣ると考えられるがより適用のしやすさで利点のある独立性を調べる方法によって,共同研究者より提供を受けた健常および肥満マウスの個体データから推定されるトランスオミクスネットワークを比較し,インスリン作用に関するいくつかの知見が得られている.現時点では,開発手法は人工データによる評価でよい結果が得られている.トランスオミクスデータの解析を目指し,情報理論的尺度を用いて,階層間の寄与や類似度を調べる手法を開発する.また,実データを用いた解析に着手し,インスリン作用ネットワークの推定などの実問題に取り組む準備を行う.トランスオミクスネットワークの推定は,データベースにある生物学的事前知識を用いる方法と事前知識に頼らずに統計的尺度からデータ駆動的に行う方法に大別され,適用に適したデータサイズや解釈のしやすさなどの点でそれぞれ一長一短がある.トランスオミクスではデータサイズが小さいことが多いため,我々はデータサイズが比較的小さい場合でも並び替え検定によって統計的尺度である条件付き独立性を調べる方法を開発した.一般に,並び替え検定によって条件付き独立性を調べるには,条件付きとして与えられる変数が,条件付き独立性を調べる対象となる2つの変数と関連している可能性があるため,無作為な並び替えを行うことができず,ブロッキングなどの処理が必要になる.しかし,小さなサンプルサイズのデータセットではブロッキングを行うことが一般に難しい.我々は,条件付き独立を調べる問題を独立性を調べる問題に変換することで,条件付き独立性を調べる場合にも並び替え検定を容易に行える手法を開発した.開発手法をベンチマークとして人工遺伝子ネットワークの推定に適用し,従来法よりよい結果を得ている.並行して,条件付き独立性より精度は劣ると考えられるがより適用のしやすさで利点のある独立性を調べる方法によって,共同研究者より提供を受けた健常および肥満マウスの個体データから推定されるトランスオミクスネットワークを比較し,インスリン作用に関するいくつかの知見が得られている.現時点では,開発手法は人工データによる評価でよい結果が得られている.トランスオミクスデータの解析を目指し,情報理論的尺度を用いて,階層間の寄与や類似度を調べる手法を開発する.また,実データを用いた解析に着手し,インスリン作用ネットワークの推定などの実問題に取り組む準備を行う.
分子標的予防医学への挑戦：BRAK遺伝子のin vivo導入による癌の肺転移抑制

我々はケモカインCXCL14を野生型(Wt)マウスの10倍程度発現するCXCL14トランスジェニック(Tg)マウスでは発癌率、移植癌の増殖速度、及び転移がWtマウスより抑制されていることを報告している。本研究では悪性黒色腫(メラノーマ)細胞の肺転移系、及び細胞培養系を用いてCXCL14の転移抑制機構を調べた。その結果、新しいビタミンC誘導体が悪性黒色腫の肺転移を抑制する事が判明した。また、マウスへのヒトの癌細胞の細胞培養系及び移植系においてBRAKの発現制御機構を明らかにすると共に、BRAKの発現が移植腫瘍の抑制に重要であることが明らかになった。我々は副作用のない癌の治療法の開発を目的として研究を行い、生体内に存在するケモカインCXCL14/BRAK(以下BRAK)を見出した。癌は多段階の変異によって進展すると考えられているが、BRAKを過剰発現するトランスジェニックマウスは意外にも発癌、移植癌の増殖、転移のすべての段階を抑制する事が明らかになった(Hata et al., Scientific Reports, 2015)。本申請では副作用のない癌の予防法の開発の第一歩として、BRAKの発現ベクター(pLIVEhBRAK)をin vivoで遺伝子導入する事により、現在の癌の一番の死亡原因である転移の抑制を試みた。実験法また、種々の薬剤を注入、或いは経口投与後に悪性黒色腫細胞をマウスの尻尾から注入し、3週間後に肺の転移巣数を計測し、転移抑制をする薬剤をスクリーニングした。実験を行っている過程で、ある種の薬剤の投与により悪性黒色腫細胞の肺転移を抑制出来る可能性が得られたので、今後はこの条件の検討を行う。我々は副作用のない癌の治療方法の開発を目的として研究を行い、生体内に存在する生体内分子の一種であるケモカインCXCL14/BRAK(以下BRAK)が口腔癌細胞において発現が低下しており、遺伝子導入によりBRAKの発現を促進すると癌の増殖抑制抑制が起こる事を見出した。癌は多段階の遺伝子変異によって進展すると考えられているが、BRAK遺伝子を導入し、BRAKを過剰発現するトランスジェニック(Tg)マウスを作成すると、Tgマウスは形態的、機能的に野生型マウスと差が無いにも拘わらず、意外にも、化学発癌、移植癌の増殖、肺転移のすべての段階を抑制する事が明らかになった(Hata et al., Scientific Reports, 2015)。本申請では副作用のない癌の予防法開発の第一歩として、BRAKを分子標的とした癌の抑制法の開発を試みた。前年までの研究によりBRAK遺伝子の導入によりBRAKの発現増加が起こる事が明らかにされたので、将来のヒトへの応用を考慮して、細胞によるBRAKの発現を促進する分子の探索を行った。その過程で新しいビタミンC誘導体がBRAKの発現促進に有効であることが明らかになった。また、ヒトの大腸癌や口腔癌の治療に用いられている上皮増殖因子に対するモノクローナル抗体の口腔癌の増殖抑制作用の研究過程で、細胞内シグナル伝達系のERKマップキナーゼの阻害が生体内の於けるBRAKの発現と腫瘍抑制に重要であることが明らかにされたのでこの点に着目してヒトに投与可能な分子の探索を行った。ある種の薬剤の経口投与により悪性黒色腫細胞の肺転移を抑制出来る可能性が得られたので、今後はその薬剤の投与量と回数、悪性黒色腫細胞を注入するまでの時間を検討し、新しいがんの肺転移抑制法確立する。がん抑制法2回目の入金を知るのが遅かったので、前倒しで行う予定の実験が、最初の実験計画通りに行う事になった。今年度に変更した通りに新しい化合物のスクリーニングを行う
代数多様体の数論の研究

K3曲面はAbel多様体と同様に小平次元が0でBatyrev-Maninの幾何学的不変量が0ではあるが、その上の有理点分布を調べることは、Abel多様体に比べ遙かに難しい。他方K3曲面に関しては、Torelli型の定理が存在し、2次元cohomologiesが重要な役割を果たすことが予想される。K3曲面の例は色々有るが、最も扱い易そうなのはAbel曲面の商多様体となるKummer曲面である。そこで森田、佐藤、伊藤、梶原は、Abel曲面を使ってKummer曲面の2次元cohomologiesの性質を調べると共に、K3曲面に付随する久賀-佐武のAbel多様体の性質を研究した。とくに、森田はTate予想の一般化についての定式化を行い、今の場合にそれを証明し、さらに久賀-佐武のAbel多様体の定義体を研究した。また伊藤は、K3曲面のmod pでの還元と、久賀-佐武のAbel多様体の数論的性質との関係を発見した。Kummer曲面の上の有理点分布は、Abel曲面のtwistsの上の有理点分布と対応がつく。そこで中村は、代数体上のAbel多様体のtwistsの上の有理点の分布を研究した。Toric多様体は、古典的な射影空間の自然な一般化で有る。そこで小田は、Toric幾何の研究を行い、射影正規制の一般化を研究した。石田は、Toric多様体に関する様々な複体の加群の研究を行うと共に、偽射影平面のp-進単位球による一意化を研究した。梶原は、退化Abel多様体のMumfordの構成法の対数スキームへの一般化を研究すると共に、Toric多様体の射を扇のデータで記述し、さらにそのetale cohomologiesを石田の複体のcohomologiesを使って表した。高木は、反応拡散方程式系の正常解の構造と安定性を研究すると共に、森田達の研究を解析的側面からサポートした。納谷は、Klein群に随伴する接続の性質を研究すると共に、森田達の研究を幾何学的側面からサポートした。長谷川と黒木は、球関数の方程式の差分拡張の一般化を研究すると共に、森田や小田達の研究を表現論的側面からサポートした。
センサ進化によるロボットの形態と行動の共創的設計

本研究の目的は,ロボットの形態の一部であるセンサと制御系の一部である認識器を環境の解釈系として扱い,進化論的計算など機械学習の手法を用いて,解釈系と制御系を同時に最適化することである.従来,ロボットの形態はアクチュエータや制御系とは別の観点から設計されてきたが,形態・制御系・環境の三者のバランスを考慮すれば簡単な制御系で安定な制御や知的な振る舞いを実現できる.このような考えに基づき,第1年度は,タスクを固定して,ロボットのセンサ形態と制御系をシミュレータ上で同時に設計する手法を提案し,実機を用いて有効性を検証した.加えて,光センサのTDOA(Time Difference of Arrival)からセンサ間距離を逐次的に推定することにより,未解釈のセンサデータから身体モデルを構築する手法を提案した.これにより,形態が変化し得るロボットの身体モデルを安価に推定することができるようになった.本年度は初年度に提案した手法を拡張し,複数のタスク環境において行動学習を高速化する形態の設計法について研究を行なった.シンプレクス交叉とQ学習に基づいてセンサ形態と制御系を同時設計する手法を提案し,ライントレースロボットに提案手法を適用した.シミュレーション上で複数のライントレースタスクを自動生成してロボットに走行させる実験を行ない,提案手法による設計解がセンサを効率的に配置してマルコフ性を回復するような状態空間を獲得することを明らかにしている.本研究の目的は,ロボットのセンサ形態と制御系の設計論を統合し,ロボット設計システムとして実装して有効性を実証することである.既存研究では,ロボットのセンサは,アクチュエータや制御系とは別の観点から設計されることが多い.これに対し本研究では,ロボットの形態のうちセンサに着目して,形態・制御系・環境の相互作用を積極的に利用するアプローチを採る.本年度は,まず,移動ロボットのセンサ形態と制御系をシミュレータ上で同時に設計する手法を提案した.本手法は,強化学習により制御系の設計を行なうと同時に,設定した時間内にタスクの達成度が高い形態を遺伝的アルゴリズムにより設計するものである.本手法をライントレースロボットの設計に適用し,得られた設計解を実機に実装したロボットが,不規則なセンサ配置を効果的に利用してタスクを遂行できることを明らかにした.くわえて,評価値が高い形態が制御系の学習に与える影響を,情報理論的尺度を用いて検討した.その結果,強化学習の枠組みにおける経験系列の複雑さが小さくなる,つまり学習がスムーズに行なえるほど,形態の評価値が高くなる傾向があることを示した.さらに,形態が変化し得るロボットの身体モデルを推定する方法として,未解釈のセンサデータから身体モデルを構築する手法を提案した.提案手法は,光センサが遮蔽されることによって生じるTDOA(Time Difference of Arrival)からセンサ間距離を逐次的に推定し,多次元尺度法を用いてセンサ位置を低次元空間にマッピングするものである.シミュレータ上で対向2輪型ロボットと4足歩行ロボットの2種類の形態に対して本手法を適用し,推定位置の相対誤差が実用に十分な範囲に収束することをシミュレーション実験により示した.本研究の目的は,ロボットの形態の一部であるセンサと制御系の一部である認識器を環境の解釈系として扱い,進化論的計算など機械学習の手法を用いて,解釈系と制御系を同時に最適化することである.従来,ロボットの形態はアクチュエータや制御系とは別の観点から設計されてきたが,形態・制御系・環境の三者のバランスを考慮すれば簡単な制御系で安定な制御や知的な振る舞いを実現できる.このような考えに基づき,第1年度は,タスクを固定して,ロボットのセンサ形態と制御系をシミュレータ上で同時に設計する手法を提案し,実機を用いて有効性を検証した.加えて,光センサのTDOA(Time Difference of Arrival)からセンサ間距離を逐次的に推定することにより,未解釈のセンサデータから身体モデルを構築する手法を提案した.これにより,形態が変化し得るロボットの身体モデルを安価に推定することができるようになった.本年度は初年度に提案した手法を拡張し,複数のタスク環境において行動学習を高速化する形態の設計法について研究を行なった.シンプレクス交叉とQ学習に基づいてセンサ形態と制御系を同時設計する手法を提案し,ライントレースロボットに提案手法を適用した.シミュレーション上で複数のライントレースタスクを自動生成してロボットに走行させる実験を行ない,提案手法による設計解がセンサを効率的に配置してマルコフ性を回復するような状態空間を獲得することを明らかにしている.