51探花

【本学研究者情报】

〇大学院工学研究科 ロボティクス専攻
教授　林部充宏

【発表のポイント】

• 未知のエネルギー散逸^注１系の动的平衡の同期振动状态を分散した积分器で诱导できることを実証
• 既往の结合振动子^注２による振动子间の调整机构がなくても、环境适応性^注３を有した同期振动现象が発现されることを确认
• 生体の関节运动等の适応的同期振动の诱导メカニズム解明に寄与可能

【概要】

同期现象は、多くの自然机械系に共通する现象です。生物の関节の摩擦や减衰は、エネルギー散逸につながります。エネルギー散逸系の动的平衡のためには、１サイクル中の摩擦によるエネルギー损失量とモーターからのシステム全体へのエネルギー入力量が钓り合っている必要があり、力学モデルが未知の机械力学システムや多自由度システムである场合に、どのように环境适応的に动的平衡状态を诱导できるかは自明ではない问题です。

これまでシステムの状态を用いた结合振动子等により振动入力の调整机构を用いる手法が用いられてきました。しかし振动子を用いる场合、振动子の种类の选定が事前に必要となることや、振动子系の力学自体がシステムの振る舞いに大きく影响を与えるという问题がありました。

东北大学大学院工学研究科の林部充宏教授と理化学研究所下田真吾ユニットリーダーの研究グループは、力学モデルの情报がない未知のエネルギー散逸系であっても、その动的平衡の同期振动状态を分散神経积分器により诱导できることを実証しました。

提案の手法ではトルク入力情报を用いた分散积分器のみにより、振动の位相や周波数の情报を用いなくても位相调整、振动数调整、振幅调整现象が自己组织的に起きることで动的平衡状态の诱导をもたらすことを実証しました。自然界にみられる生体の环境适応性のある同期振动现象の解明につながることが期待されます。

本成果は、2022年10月13日に、「Scientific Reports」に掲載されました。

図１ 提案した分散神経積分器で制御されたリミットサイクル形成の様子、共通の浮動ベースに接続された二つの二重振り子の位相図。肩関節と肘関節の角度が振り子間で逆位相に調整されながら時間変化し、最終的にシステムの固有周波数に収束する周波数調整も起きている。

【用语解説】

注1　エネルギー散逸　
エネルギーが出入りする开放系では、エントロピーがより低い秩序ある相状态へ系が移行する场合がある。エネルギーの散逸に伴って発生する秩序构造を散逸构造と言う。

注2　结合振动子　
微小な振动体を振动という性质にだけ着目したときに「振动子」と呼ぶ。振动现象をしめすもの（振动子）が相互に影响を及ぼしあうようなモデル。例えば隣の振动子の位相がその隣の位相に影响を及ぼすといった局所的な结合もあれば、すべての振动子に同様に影响を与える大域的な结合の様式もある。

注3　环境适応性　
环境の変化に応じて行动を切り替える性质や能力を「环境适応性」あるいは「环境适応能力」と言う。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

< 研究に関して >
東北大学大学院工学研究科 ロボティクス専攻
教授 林部 充宏
電話 022-795-6970
E-mail: mitsuhiro.hayashibe.e6*tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）

< 報道に関して >
東北大学工学研究科情報広報室 担当 沼澤 みどり
TEL: 022-795-5898
E-mail: eng-pr*grp.tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）