身体性知能とシステム・制御

1．身体性に立脚した知能の概念と本書の目的
1.1　知能，身体性，身体性に立脚した知能とは？　
　1.1.1　知能とは？　
　1.1.2　身体性，身体性に立脚した知能とは？　
1.2　身体性の起源と歴史的背景　
1.3　本書の目的　
章末問題

2．受動歩行と身体性
2.1　脚式ロコモーションの特徴と意義　
　2.1.1　脚式ロコモーションとは？　
　2.1.2　脚式ロコモーションと生物規範ロボティクス　
　2.1.3　脚式ロコモーションにおける受動歩行研究の位置づけ　
2.2　受動歩行とは？　
　2.2.1　工学的意義　
　2.2.2　非線形力学現象としての受動歩行　
　2.2.3　受動歩行にみられる制御構造　
　2.2.4　受動走行，四脚受動歩行，多脚受動歩行　
2.3　受動歩行のモデル化　
　2.3.1　歩行運動の力学　
　2.3.2　片脚支持期の運動方程式　
　2.3.3　両脚支持期の切り替え方程式　
2.4　受動歩行のシミュレーション　
　2.4.1　定常歩行　
　2.4.2　分岐現象（環境適応性）　
　2.4.3　リミットサイクル歩行　
　2.4.4　身体特性の影響　
　2.4.5　吸引領域（初期値依存性）　
2.5　受動歩行の安定性解析　
2.6　受動歩行に内在する安定化構造　
2.7　力学系としての受動歩行現象　
2.8　演習：受動歩行モデルのシミュレーション　
　2.8.1　シミュレーションの概要　
　2.8.2　メインプログラムの構成　
　2.8.3　Streamlitを用いたWebアプリ　
章末問題

3．アクチュエータ特性から生じる運動知能
3.1　ロボットの運動におけるアクチュエータの硬さと柔らかさ　
　3.1.1　アクチュエータのさまざまな柔らかさ　
　3.1.2　ロボットのアクチュエータ　
　3.1.3　脚ロボットのアクチュエータ　
3.2　モータの電気的受動特性から生じる運動パターン　
　3.2.1　モータに備わる電気的受動特性　
　3.2.2　電気的受動特性が制御則になっている　
　3.2.3　電気的受動特性から生じる周期運動の安定化現象　
　3.2.4　1自由度跳躍ロボットのモデリング　
　3.2.5　バネ質点系における複数モータの同期および運動遷移現象　
　3.2.6　無脳ロボットにおける複数モータの同期および歩容遷移現象　
3.3　動物の筋肉における柔らかさ　
　3.3.1　動物のサイズと柔らかさの関係　
　3.3.2　動物の多様な筋特性　
　3.3.3　筋肉の配置　
　3.3.4　動物解剖について　
　3.3.5　筋肉のモデルとロボットへの実装法　
　3.3.6　動物の筋肉と人工筋　
　3.3.7　人工筋の入手について　
章末問題

4．脚式移動ロボットの身体性に基づく脚協調制御
4.1　多種多様な歩行パターンを発現する四脚哺乳動物　
4.2　四脚動物の歩容生成を司る神経機構　
4.3　生物規範型四脚ロボット　
　4.3.1　Raibertのホッピングロボット　
　4.3.2　Tekken（鉄犬）　
　4.3.3　位相リセット法　
　4.3.4　EPFLの四脚ロボット　
4.4　身体性に基づく脚間協調制御　
　4.4.1　脚間協調制御の設計指針　
　4.4.2　身体を介した力学的相互作用を活用する脚間協調制御　
　4.4.3　Oscillexが示した歩容　
4.5　「手応え」制御としての再解釈　
　4.5.1　「手応え」，「手応え」制御とは？　
　4.5.2　四脚ロボットの脚間協調制御の再解釈　
4.6　六脚ロボットの手応え制御　
4.7　二脚ロボットの手応え制御　
4.8　「手応え」制御の設計方策　
4.9　演習：「手応え」制御のシミュレーション　
　4.9.1　メインプログラム`pyTegotaeCPG_odeint.py'　 　
　4.9.2　力学モデル`SMDwPO.py'　
　4.9.3　アニメーション`video_pyTegotaeCPG.py'　 　
　4.9.4　Streamlitを用いたWebアプリ`streamlit_pyTegotaeCPG.py'　
章末問題

5．全身協調運動にみるシステムのつなぎ方
5.1　脚の協調運動から全身の協調運動へ　
5.2　動物の全身をめぐる動き　
　5.2.1　脊椎動物の全身運動　
　5.2.2　無脊椎動物の全身運動　
5.3　機械的接続に着目したシステム設計　
　5.3.1　体幹の受動的屈曲による脚部・体幹部の協調運動の実現　
　5.3.2　機構的な連動による脚部・体幹部の協調運動の実現　
5.4　制御的接続に着目したシステム設計　
　5.4.1　チーター様走行におけるフィードフォワード制御モデル　
　5.4.2　チーター様走行における反射の連鎖モデル　
　5.4.3　チーター様走行におけるセンサフィードバック制御モデル　
　5.4.4　サンショウウオ・ムカデ様の歩行・遊泳における運動遷移制御モデル　
5.5　身体部位間の調和的協調運動を生み出すシステムのつなぎ方　
　5.5.1　動物にみる機械系・制御系の統合様式　
　5.5.2　身体部位の基本となる運動様式の設計　
　5.5.3　身体部位間の接続様式の設計　
　5.5.4　全身運動を引き出す条件づけの設計　
章末問題

6．群れシステムと身体性，多様な相互作用のあり方
6.1　個体の動きから群れの動きへ　
6.2　自己駆動粒子によって形成される群れシステム　
　6.2.1　Boid　
　6.2.2　群れシステムの柔軟な振る舞いを生み出すポイント　
　6.2.3　群れシステムにおける身体性とは？　
6.3　情報伝達物質を活用した群れシステム　
　6.3.1　フェロモンを活用した餌場選択と確率的表現　
　6.3.2　フェロモンを活用した多様な蟻道パターンの形成　
　6.3.3　フェロモンを活用した構造物形成　
　6.3.4　情報伝達物質を介した相互作用の設計　
6.4　自律個の身体的特徴を活用した群れシステム　
　6.4.1　エージェントの物理的接触と犠牲を活用した群れシステム　
　6.4.2　エージェントの身体の柔軟性を活用し環境を切り拓く群れシステム　
　6.4.3　選択的相互作用を可能とする身体と群れシステム　
　6.4.4　身体の物理的接触を介した相互作用の設計　
6.5　群れシステムにおける身体性と相互作用の方向づけ　
章末問題

7．身体性に基づくシステム・制御の将来展望
7.1　身体性に基づく知能システムの設計・制御の体系化　
7.2　身体性に基づく知能システム設計の心得　
7.3　将来展望　
　7.3.1　陰陽制御　
　7.3.2　環世界：生物からみた世界　
　7.3.3　弱いロボット　
　7.3.4　サイボーグ：生物の人工物化　
　7.3.5　さまざまな刺激-応答性の活用　
　7.3.6　大規模言語モデル（LLM）と身体性　

8．1～7章の概要

付録
A.1　関連する必須の概念　
　A.1.1　一般化フレーム問題（generalized frame problem）　
　A.1.2　アフォーダンス（affordance）　
　A.1.3　創発（emergence）　
　A.1.4　自己組織化（self-organization）　
　A.1.5　オートポイエーシス（autopoiesis）　
　A.1.6　参照フレーム問題（The frame of reference problem）　
　A.1.7　サイモンの浜辺のアリ（Simon's beach ants）　
　A.1.8　包摂アーキテクチャ（subsumption architecture）　
　A.1.9　感覚運動協調（sensor-motor coordination）　
　A.1.10　構成論的手法（synthetic approach）　
　A.1.11　人間機械論（cybernetics）　
　A.1.12　身体性認知科学（embodied cognitive science）　
　A.1.13　人工生命（artificial life）　
　A.1.14　進化ロボティクス（evolutionary robotics）　
　A.1.15　生物規範ロボティクス（bio-inspired robotics）　
　A.1.16　モーフォロジカルコンピュテーション（morphological computation）　
　A.1.17　ソフトロボティクス（soft robotics）　
　A.1.18　ロボティクス規範生物学（robotics-inspired biology）　
A.2　マイルストーンとなる研究事例　
　A.2.1　ブライテンベルク・ビークル（Braitenberg vehicles）　
　A.2.2　スイスロボット：掃除するDidabot　
　A.2.3　Brooksのロボット：Myrmix，Ghengis，Cog　
　A.2.4　受動歩行機械（passive dynamic walker）　
　A.2.5　群知能を示すBoidモデル（Boid model）　
　A.2.6　進化する仮想生物（evolving virtual creature）　
　A.2.7　モジュラーロボット（modular robots），群ロボット（swarm robots）　
　A.2.8　物理リザバー計算（physical reservoir computing）　
A.3　関連する国内外の研究プロジェクト　
　A.3.1　自律分散システム（1990～1992年度）　
　A.3.2　創発システム（1995～1997年度）　
　A.3.3　移動知（2005～2009年度）　
　A.3.4　浅田共創知能システムプロジェクト（2005～2010年度）　
　A.3.5　Locomorph（2009～2013年）　
　A.3.6　OCTOPUS（2009～2013年）　
　A.3.7　身体性システム科学（2014～2018年度）　
　A.3.8　ソフトロボット学（2018～2022年度）　

引用・参考文献
あとがき
謝辞
索引