身体性知能とシステム・制御

【読者対象】
・本書は、工学系の大学院生・学部生、ロボット工学や制御工学、関連分野に関心を持つ研究者・技術者を幅広く対象としています。
・多様な事例を通じて「身体性」の概念を理解し、実践的に活用できる内容となっています。
・章ごとに完結した構成で、独学でも理解しやすく、関心のあるトピックから自由に読み進められます。

【書籍の特徴】
・『身体性知能とシステム・制御』は、「身体性」という視点から知能を再定義する新たな工学的パラダイムに基づく体系的な入門書です。
・「身体性知能（Embodied Intelligence）」の考え方を基盤に、制御工学やロボティクスと融合させることで、知能設計や運動制御にどのように応用できるかを具体例とともに解説します。
・シミュレーションコードをGitHubやWebアプリで公開し、理論（力学モデル・数理モデル）だけでなく、動作観察や実験を通じて「身体性知能」の本質を体感できる構成としています。

【各章について】
1章では、身体性に立脚した知能の概念・起源・歴史を踏まえ、本書の目的と全体像を示します。
2章では、「骨格」を基盤に創発する知能システムとして受動歩行現象を解説します。
3章では、「アクチュエータ」を基盤に創発する知能システムとして無脳ロボットの事例を紹介します。
4章では、「神経系」を基盤に創発する知能システムとして、Central Pattern Generator（CPG）による多脚ロボット制御を取り上げます。
5章では、「異なる身体部位の協調」に基づく全身協調運動の発現原理と設計法を解説します。
6章では、「個体間相互作用」に基づく群知能システムを紹介します。
7章では、2〜6章の事例を整理し、身体性に基づく設計・制御の要点をまとめます。
8章では、関連分野の最新トピックや今後の展望を示し、全体のまとめとします。

【著者からのメッセージ】
「知能とは何か？」という問いに対して、本書は従来の情報処理中心の枠組みを越え、「身体を介した環境との相互作用こそが知能をかたちづくる」という身体性知能（Embodied Intelligence）の視点から挑みます。本書では、受動歩行やアクチュエータ、多脚歩行制御、群ロボットなど、多様な実例を通して「身体性知能」の核心に迫ります。理論にとどまらず、シミュレーションコードや実験も豊富に紹介し、「読んで終わり」ではなく「試して体感できる」構成にこだわりました。新しい知能のかたちを探求したい学生・研究者・技術者の皆さんに、きっと新たな発見と刺激をお届けできると信じています。

【キーワード】
身体性、身体性知能、受動歩行、無脳ロボット、CPG、全身協調、群知能

目次

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　
ほか

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