研究者詳細

顔写真

ヤスイ　コウタロウ
安井　浩太郎
Kotaro Yasui
所属
高等研究機構学際科学フロンティア研究所　新領域創成研究部学際応用研究分野　情報・システム研究領域
職名
助教
学位

  • 博士（工学）（東北大学）

  • 修士（工学）（東北大学）

e-Rad 研究者番号
70876739

経歴 4

  • 2020年4月 ～ 継続中
    東北大学 学際科学フロンティア研究所　新領域創成研究部　助教

  • 2017年4月 ～ 2020年3月
    日本学術振興会 特別研究員（DC1）

  • 2011年4月 ～ 2014年6月
    第一生命保険株式会社

  • 2020年4月 ～ 継続中
    東北大学 電気通信研究所（兼務）

学歴 2

  • 東北大学　大学院工学研究科　電気エネルギーシステム専攻

    2015年4月 ～ 2020年3月

  • 一橋大学　経済学部

    2007年4月 ～ 2011年3月

委員歴 3

  • 計測自動制御学会 システム・情報部門 自律分散システム部会　運営委員

    2022年1月 ～ 2024年2月

  • The 11th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2023)　Organizing committee, Financial chair

    2022年 ～ 2023年6月

  • 第34回自律分散システム・シンポジウム 実行委員

    2022年1月 ～

所属学協会 3

  • 日本比較生理生化学会

  • 日本数理生物学会

  • 計測自動制御学会

研究キーワード 2

  • 自律分散制御

  • 生物規範型ロボティクス

研究分野 3

  • ライフサイエンス / 動物生理化学、生理学、行動学 /

  • 情報通信 / ロボティクス、知能機械システム /

  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 制御、システム工学 /

受賞 10

  1. Best Oral Presentation Award, The 12th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2025)

    2025年7月

  2. 2nd Best Short Talk

    2022年7月　The 11th international conference on biomimetic and biohybrid systems (Living Machines 2022)　Simple reactive head motion control enhances adaptability to rough terrain in centipede walking

  3. プロミネントリサーチフェロー

    2021年7月　東北大学

  4. Best Poster Prize (Second Place)

    2021年6月　The 9.5th international symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2021)

  5. Best Poster Prize (Honorable Mentions)

    2021年6月　The 9.5th international symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2021)

  6. 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス部門ROBOMECH表彰（学術研究分野）

    2021年6月　日本機械学会　環境に呼応して足並みが柔軟に変化する多脚ロボットの脚間協調制御則

  7. 若手優秀研究賞

    2021年3月　東北大学電気・情報系

  8. 発表論文賞会長賞

    2020年11月　日本比較生理生化学会

  9. 学術奨励賞研究奨励賞

    2020年2月　計測自動制御学会　ムカデの歩行・遊泳間の遷移に内在する自律分散制御則

  10. 計測自動制御学会東北支部第299回研究集会 優秀発表奨励賞

    2015年12月　計測自動制御学会東北支部　ムカデのロコモーションに内在する自律分散制御則

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論文 14

  1. Behaviour Diversity in a Walking and Climbing Centipede-Like Virtual Creature 査読有り

    Emma Stensby Norstein, Kotaro Yasui, Takeshi Kano, Akio Ishiguro, Kyrre Glette

    Artificial Life　1-24　2025年7月17日

    出版者・発行元： MIT Press

    DOI： 10.1162/artl_a_00476 　

    ISSN：1064-5462

    eISSN：1530-9185

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    Abstract Robot controllers are often optimized for a single robot in a single environment. This approach proves brittle, as such a controller will often fail to produce sensible behavior for a new morphology or environment. In comparison, animal gaits are robust and versatile. By observing animals, and attempting to extract general principles of locomotion from their movement, we aim to design a single, decentralized controller applicable to diverse morphologies and environments. The controller implements the three components of (a) undulation, (b) peristalsis, and (c) leg motion, which we believe are the essential elements in most animal gaits. This work is a first step toward a general controller. Accordingly, the controller has been evaluated on a limited range of simulated centipede-like robot morphologies. The centipede is chosen as inspiration because it moves using both body contractions and legged locomotion. For a controller to work in qualitatively different settings, it must also be able to exhibit qualitatively different behaviors. We find that six different modes of locomotion emerge from our controller in response to environmental and morphological changes. We also find that different parts of the centipede model can exhibit different modes of locomotion, simultaneously, based on local morphological features. This controller can potentially aid in the design or evolution of robots, by quickly testing the potential of a morphology, or be used to get insights about underlying locomotion principles in the centipede.

  2. Decentralized control law for load-adaptive gaits of multi-legged robots inspired by millipedes 査読有り

    Kotaro Yasui, Atsushi Ohno, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    Advanced Robotics　2024年9月

    DOI： 10.1080/01691864.2024.2408619 　

  3. A virtuous cycle between invertebrate and robotics research: perspective on a decade of Living Machines research. 国際誌 査読有り

    Michael Mangan, Dario Floreano, Kotaro Yasui, Barry A Trimmer, Nick Gravish, Sabine Hauert, Barbara Webb, Poramate Manoonpong, Nicholas Szczecinski

    Bioinspiration & biomimetics　18　(3)　2023年3月27日

    DOI： 10.1088/1748-3190/acc223 　

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    Many invertebrates are ideal model systems on which to base robot design principles due to their success in solving seemingly complex tasks across domains while possessing smaller nervous systems than vertebrates. Three areas are particularly relevant for robot designers: Research on flying and crawling invertebrates has inspired new materials and geometries from which robot bodies (their morphologies) can be constructed, enabling a new generation of softer, smaller, and lighter robots. Research on walking insects has informed the design of new systems for controlling robot bodies (their motion control) and adapting their motion to their environment without costly computational methods. And research combining wet and computational neuroscience with robotic validation methods has revealed the structure and function of core circuits in the insect brain responsible for the navigation and swarming capabilities (their mental faculties) displayed by foraging insects. The last decade has seen significant progress in the application of principles extracted from invertebrates, as well as the application of biomimetic robots to model and better understand how animals function. This Perspectives paper on the past 10 years of the Living Machines conference outlines some of the most exciting recent advances in each of these fields before outlining lessons gleaned and the outlook for the next decade of invertebrate robotic research.

  4. Adaptive Centipede Walking via Synergetic Coupling Between Decentralized Control and Flexible Body Dynamics. 国際誌 査読有り

    Kotaro Yasui, Shunsuke Takano, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    Frontiers in robotics and AI　9　797566-797566　2022年4月

    DOI： 10.3389/frobt.2022.797566 　

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    Multi-legged animals such as myriapods can locomote on unstructured rough terrain using their flexible bodies and legs. This highly adaptive locomotion emerges through the dynamic interactions between an animal's nervous system, its flexible body, and the environment. Previous studies have primarily focused on either adaptive leg control or the passive compliance of the body parts and have shown how each enhanced adaptability to complex terrains in multi-legged locomotion. However, the essential mechanism considering both the adaptive locomotor circuits and bodily flexibility remains unclear. In this study, we focused on centipedes and aimed to understand the well-balanced coupling between the two abovementioned mechanisms for rough terrain walking by building a neuromechanical model based on behavioral findings. In the behavioral experiment, we observed a centipede walking when part of the terrain was temporarily removed and thereafter restored. We found that the ground contact sense of each leg was essential for generating rhythmic leg motions and also for establishing adaptive footfall patterns between adjacent legs. Based on this finding, we proposed decentralized control mechanisms using ground contact sense and implemented them into a physical centipede model with flexible bodies and legs. In the simulations, our model self-organized the typical gait on flat terrain and adaptive walking during gap crossing, which were similar to centipedes. Furthermore, we demonstrated that the locomotor performance deteriorated on rough terrain when adaptive leg control was removed or when the body was rigid, which indicates that both the adaptive leg control and the flexible body are essential for adaptive locomotion. Thus, our model is expected to capture the possible essential mechanisms underlying adaptive centipede walking and pave the way for designing multi-legged robots with high adaptability to irregular terrain.

  5. Wearable Vibration Sensor for Measuring the Wing Flapping of Insects. 国際誌 査読有り

    Ryota Yanagisawa, Shunsuke Shigaki, Kotaro Yasui, Dai Owaki, Yasuhiro Sugimoto, Akio Ishiguro, Masahiro Shimizu

    Sensors　21　(2)　593　2021年1月15日

    DOI： 10.3390/s21020593 　

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    In this study, we fabricated a novel wearable vibration sensor for insects and measured their wing flapping. An analysis of insect wing deformation in relation to changes in the environment plays an important role in understanding the underlying mechanism enabling insects to dynamically interact with their surrounding environment. It is common to use a high-speed camera to measure the wing flapping; however, it is difficult to analyze the feedback mechanism caused by the environmental changes caused by the flapping because this method applies an indirect measurement. Therefore, we propose the fabrication of a novel film sensor that is capable of measuring the changes in the wingbeat frequency of an insect. This novel sensor is composed of flat silver particles admixed with a silicone polymer, which changes the value of the resistor when a bending deformation occurs. As a result of attaching this sensor to the wings of a moth and a dragonfly and measuring the flapping of the wings, we were able to measure the frequency of the flapping with high accuracy. In addition, as a result of simultaneously measuring the relationship between the behavior of a moth during its search for an odor source and its wing flapping, it became clear that the frequency of the flapping changed depending on the frequency of the odor reception. From this result, a wearable film sensor for an insect that can measure the displacement of the body during a particular behavior was fabricated.

  6. An agent-based model of the interrelation between the COVID-19 outbreak and economic activities 査読有り

    Takeshi Kano, Kotaro Yasui, Taishi Mikami, Munehiro Asally, Akio Ishiguro

    Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences　477　(2245)　20200604-20200604　2021年1月6日

    出版者・発行元： The Royal Society

    DOI： 10.1098/rspa.2020.0604 　

    ISSN：1364-5021

    eISSN：1471-2946

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    As of July 2020, COVID-19 caused by SARS-COV-2 is spreading worldwide, causing severe economic damage. While minimizing human contact is effective in managing outbreaks, it causes severe economic losses. Strategies to solve this dilemma by considering the interrelation between the spread of the virus and economic activities are urgently needed to mitigate the health and economic damage. Here, we propose an abstract agent-based model of the COVID-19 outbreak that accounts for economic activities. The computational simulation of the model recapitulates the trade-off between the health and economic damage associated with voluntary restraint measures. Based on the simulation results, we discuss how the macroscopic dynamics of infection and economics emerge from individuals’ behaviours. We believe our model can serve as a platform for discussing solutions to the above-mentioned dilemma.

  7. Decoding the essential interplay between central and peripheral control in adaptive locomotion of amphibious centipedes. 国際誌 査読有り

    Kotaro Yasui, Takeshi Kano, Emily M Standen, Hitoshi Aonuma, Auke J Ijspeert, Akio Ishiguro

    Scientific reports　9　(1)　18288　2019年12月2日

    DOI： 10.1038/s41598-019-53258-3 　

    ISSN：2045-2322

  8. Decentralized control mechanism underlying interlimb coordination of millipedes. 国際誌 査読有り

    Takeshi Kano, Kazuhiko Sakai, Kotaro Yasui, Dai Owaki, Akio Ishiguro

    Bioinspiration & biomimetics　12　(3)　036007-036007　2017年4月4日

    DOI： 10.1088/1748-3190/aa64a5 　

    ISSN：1748-3182

    eISSN：1748-3190

  9. Decentralized control scheme for myriapod robot inspired by adaptive and resilient centipede locomotion 査読有り

    Kotaro Yasui, Kazuhiko Sakai, Takeshi Kano, Dai Owaki, Akio Ishiguro

    PLOS ONE　12　(2)　e0171421-e0171421　2017年2月2日

    DOI： 10.1371/journal.pone.0171421 　

    ISSN：1932-6203

    eISSN：1932-6203

  10. Simple Reactive Head Motion Control Enhances Adaptability to Rough Terrain in Centipede Walking 査読有り

    Kotaro Yasui, Shunsuke Takano, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics)　13548 LNAI　262-266　2022年

    DOI： 10.1007/978-3-031-20470-8_26 　

    ISSN：0302-9743

    eISSN：1611-3349

  11. Decentralized Control of Pedundulatory and Peristaltic Locomotion Inspired by Polycheates 査読有り

    Kotaro Yasui, Takeru Kanno, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    2021 60th Annual Conference of the Society of Instrument and Control Engineers of Japan, SICE 2021　60-65　2021年9月8日

  12. Undulatory Swimming Locomotion Driven by CPG with Multimodal Local Sensory Feedback 査読有り

    Kyoichi Akiyama, Kotaro Yasui, Jonathan Arreguit, Laura Paez, Kamilo Melo, Takeshi Kano, Auke Jan Ijspeert, Akio Ishiguro

    BIOMIMETIC AND BIOHYBRID SYSTEMS　10928　1-5　2018年

    DOI： 10.1007/978-3-319-95972-6_1 　

    ISSN：0302-9743

    eISSN：1611-3349

  13. Decentralized Control Scheme for Myriapod Locomotion That Exploits Local Force Feedback 査読有り

    Takeshi Kano, Kotaro Yasui, Dai Owaki, Akio Ishiguro

    BIOMIMETIC AND BIOHYBRID SYSTEMS, LIVING MACHINES 2016　9793　449-453　2016年

    DOI： 10.1007/978-3-319-42417-0_45 　

    ISSN：0302-9743

  14. Decentralized Control Scheme for Centipede Locomotion Based on Local Reflexes 査読有り

    Kotaro Yasui, Takeshi Kano, Dai Owaki, Akio Ishiguro

    BIOMIMETIC AND BIOHYBRID SYSTEMS, LIVING MACHINES 2016　9793　545-547　2016年

    DOI： 10.1007/978-3-319-42417-0_60 　

    ISSN：0302-9743

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MISC 1

  1. ロコモーションの本質理解から切り拓く自律分散型ヘビロボットの設計論

    加納 剛史, 安井 浩太郎, 石黒 章夫

    日本ロボット学会誌　40　(4)　283-287　2022年

    出版者・発行元： 一般社団法人 日本ロボット学会

    DOI： 10.7210/jrsj.40.283 　

    ISSN： 0289-1824

    eISSN： 1884-7145

講演・口頭発表等 68

  1. 動物の生き生きとした振る舞いに内在する制御のカラクリを探る 招待有り

    石黒章夫, 安井浩太郎

    第306回三崎談話会　2024年9月

  2. From Locomotion to Navigation: Decoding the Adaptive Motor Control System in Centipedes 国際会議 招待有り

    Kotaro Yasui

    SWARM2024 in September　2024年9月

  3. Modeling the interplay between active sensing and locomotor control during exploratory navigation behavior of centipedes 国際会議

    Kotaro Yasui, Kozue Shiomi

    XXVII International Congress of Entomology (ICE2024)　2024年8月

  4. Axial kinematics and muscle activity during walking and swimming of the centipede Scolopendra subspinipes 国際会議

    Kotaro Yasui, Daiki Wakita

    15th International Congress of Neuroethology (ICN2024)　2024年7月

  5. 生き物らしい運動知能の設計原理を求めて

    安井浩太郎

    第55回 FRIS Hub Meeting　2024年6月

  6. Decoding the essential interplay between central and peripheral control in centipede locomotion 国際会議 招待有り

    Kotaro Yasui

    Neuromechanics of Locomotion　2024年5月

  7. ムカデにおける移動パターン発現原理の探求 招待有り

    塩見こずえ, 安井浩太郎

    統計数理研究所・共同利用研究集会 ISMCRP5013 「統計モデル・数理生物学と動物行動データ」　2023年12月

  8. Centipede-inspired active sensing mechanism for exploratory navigation using antennal and body bending motion 国際会議

    Kotaro Yasui, Kozue Shiomi

    SICE Annual Conference 2023　2023年9月

  9. ムカデから探る自律的運動知能と多義的身体のありよう 招待有り

    安井浩太郎

    第41回日本ロボット学会学術講演会　2023年9月

  10. Exploring common control principles underlying versatile body–limb coordination in many-legged locomotion 国際会議

    Kotaro Yasui, Genta Seino, Tatsumi Yamaichi, Yusei Sugiyama, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    Proceedings of the 11th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2023)　2023年6月

  11. Decoding flexible motor control for mode-rich locomotion: lessons from amphibious centipedes 招待有り

    Kotaro Yasui

    The 10th international conference on biomimetic and biohybrid systems (Living Machines2021), Invertebrate Robotics workshop　2021年7月

  12. Understanding Flexible Motor Control Mechanism by Studying Amphibious Locomotion of Centipedes 招待有り

    Kotaro Yasui

    The 9th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2019)　2019年8月

  13. 環境に応じて歩行と伸縮運動を示すムカデに内在する自律分散制御則

    赤井大介, 杉山悠聖, 安井浩太郎, 石黒章夫

    第37回自律分散システム・シンポジウム　2025年1月

  14. 探索と歩行の連関から発現するムカデの環境踏破能力に関する一考察

    安井浩太郎, 塩見こずえ

    第37回自律分散システム・シンポジウム　2025年1月

  15. 四脚動物に内在する全身自由度間の協調制御原理の構成論的理解に向けて—四脚動物の脚部・胴体部・頭頸部 間協調運動に関する一考察—

    澤田悟空, 前田慧史, 服部祥英, 鈴木朱羅, 安井浩太郎, 福原洸, 石黒章夫

    計測自動制御学会 システム・情報部門学術講演会2024（SSI2024）　2024年11月

  16. ムカデの探索的ナビゲーションに内在する運動制御則に関するー考察

    安井浩太郎, 塩見こずえ

    計測自動制御学会 システム・情報部門学術講演会2024（SSI2024）　2024年11月

  17. 6脚歩行に内在する脚間協調制御原理を探る

    水谷健人, 杉山悠聖, 安井浩太郎, 大脇大, 石黒章夫

    第42回日本ロボット学会学術講演会（RSJ2024）　2024年9月

  18. トカゲ様歩行から探る身体に遍在する運動自由度間の協調制御原理に関する一考察

    前田慧史, 澤田悟空, 服部祥英, 鈴木朱羅, 安井浩太郎, 石黒章夫

    第42回日本ロボット学会学術講演会（RSJ2024）　2024年9月

  19. 四脚動物に内在する全身自由度間の協調制御原理の構成論的理解に向けて

    澤田悟空, 前田慧史, 服部祥英, 鈴木朱羅, 安井浩太郎, 福原洸, 石黒章夫

    第42回日本ロボット学会学術講演会（RSJ2024）　2024年9月

  20. 多足類が示す多様な歩容に通底する制御原理 は存在するのか?

    杉山悠聖, 安井浩太郎, 石黒章夫

    第42回日本ロボット学会学術講演会（RSJ2024）　2024年9月

  21. 多足類から探る昆虫型ロボットの脚間協調メカニズム

    水谷健人, 山一竜光, 大脇大, 杉山悠聖, 安井浩太郎, 石黒章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会2024 in Utsunomiya　2024年5月

  22. 胴体の柔軟性を活用した四脚ロボットの胴体・脚間協調制御

    澤田悟空, 前田慧史, 浅岡雄也, 服部祥英, 鈴木朱羅, 安井浩太郎, 福原洸, 小林亮,石黒章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会2024 in Utsunomiya　2024年5月

  23. トカゲ様歩行から探る脚・胴体間の自律分散的協調制御メカニズム

    前田慧史, 服部祥英, 小林亮, 澤田悟空, 浅岡雄也, 鈴木朱羅, 安井浩太郎, 石黒章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会2024 in Utsunomiya　2024年5月

  24. ムカデの探索的ナビゲーションから探る運動生成と状況判断の連関

    安井浩太郎, 塩見こずえ

    第36回自律分散システム・シンポジウム　2024年2月

  25. ヤスデの歩行に内在する脚と胴体の協調制御原理

    山一竜光, 杉山悠聖, 安井浩太郎, 小林亮, 石黒章夫

    第24回システムインテグレーション部門講演会（SI2023）　2023年12月

  26. Towards understanding embodied navigation mechanisms in centipedes

    日本比較生理生化学会第45回大阪大会　2023年12月

  27. 多足類の多様な歩容を発現する制御原理の実機検証

    杉山悠聖, 山一竜光, 安井浩太郎, 石黒章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会2023　2023年6月

  28. ムカデの歩行制御則はヤスデにも適用できるのか？-ロボット実機を用いた検証実験-

    山一竜光, 杉山悠聖, 安井浩太郎, 石黒章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会2023　2023年6月

  29. ムカデの歩行制御則はヤスデにも適用できるのか？

    山一竜光, 杉山悠聖, 清野源太, 安井浩太郎, 石黒章夫

    第35回自律分散システム・シンポジウム　2023年1月

  30. 多脚歩行に通底する脚と胴体の協調制御則を探る

    清野源太, 山一竜光, 杉山悠聖, 安井浩太郎, 加納剛史, 石黒章夫

    第35回自律分散システム・シンポジウム35　2023年1月

  31. 動物の自律的運動知能の設計原理を求めて：ムカデを用いた事例研究

    安井浩太郎

    第35回自律分散システム・シンポジウム　2023年1月

  32. Towards understanding the adaptive navigation control mechanisms in centipedes (Scolopendra subspinipes mutilans)

    日本比較生理生化学会第44回高知大会　2022年11月

  33. Decentralized Control Mechanism That Well Reproduces Concertina Locomotion in Snakes 国際会議

    Kotaro Yasui, Akane Sato, Noriyuki Otaki, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    SICE Annual Conference 2022　2022年9月

  34. Simple Reactive Head Motion Control Enhances Adaptability to Rough Terrain in Centipede Walking

    Kotaro Yasui, Shunsuke Takano, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    Biomimetic and Biohybrid Systems: 11th International Conference, Living Machines 2022, Virtual Event, July 19–22, 2022, Proceedings　2022年

  35. 徘徊性クモ類に学ぶ流体駆動と筋肉駆動の連関に基づく脚間協調制御則

    山地 聡史, 安井 浩太郎, 加納 剛史, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2022年

  36. ヘビのコンセルティーナロコモーションを超リアルに再現したい！

    佐藤明音, 大滝範幸, 安井浩太郎, 加納剛史, 石黒章夫

    第34回自律分散システム・シンポジウム　2022年1月

  37. 静水骨格系を活用するクモのロコモーションに内在する脚間協調制御則

    山地聡史, 安井浩太郎, 加納剛史, 石黒章夫

    第34回自律分散システム・シンポジウム　2022年1月

  38. 多足類の負荷適応的ロコモーションに内在する自律分散制御則

    大野篤史, 安井浩太郎, 加納剛史, 石黒章夫

    第34回自律分散システム・シンポジウム　2022年1月

  39. How to Mitigate the COVID-19 Outbreak While Maintaining Economic Activities?

    T. Kano, K. Yasui, T. Mikami, M. Asally, A. Ishiguro

    The Conference on Complex Systems 2021　2021年10月

  40. Decentralized Control of Pedundulatory and Peristaltic Locomotion Inspired by Polycheates

    Kotaro Yasui, Takeru Kanno, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    2021 60th Annual Conference of the Society of Instrument and Control Engineers of Japan, SICE 2021　2021年9月8日

  41. Mitigation of COVID-19 Outbreak While Continuing Economic Activities

    Takeshi Kano, Kotaro Yasui, Taishi Mikami, Munehiro Asally, Akio Ishiguro

    The 2021 Conference on Artificial Life, ABMHuB'21 Workshop　2021年7月

  42. Self-tunable Tegotae-based Control for Snake Locomotion

    Kotaro Yasui, Noriyuki Otaki, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    Proceedings of the 9.5th international symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2021)　2021年6月

  43. On the Determinant of Gait Patterns in Myriapod Locomotion

    Kotaro Yasui, Takeshi Kano, Shigeru Kuroda, Hitoshi Aonuma, Yumino Hayase, Ryo Kobayashi, Akio Ishiguro

    Proceedings of the 9.5th international symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2021)　2021年6月

  44. Simple mathematical model for COVID-19 outbreak considering economic activities

    Takeshi Kano, Kotaro Yasui, Taishi Mikami, Munehiro Asally, Akio Ishiguro

    The 4th International Symposium on Swarm Behavior and Bio-inspired Robotics 2021 (SWARM2021)　2021年6月

  45. On the Tegotae-based Control of Snake Locomotion – Limitation and Possible Solution

    Takeshi Kano, Kotaro Yasui, Noriyuki Otaki, Akio Ishiguro

    The 4th International Symposium on Swarm Behavior and Bio-inspired Robotics 2021 (SWARM2021)　2021年6月

  46. ムカデの未知環境踏破行動に内在する意思決定メカニズムに関する一考察

    清野 源太, 安井 浩太郎, 加納 剛史, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2021年6月

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    <p>Understanding control mechanisms underlying adaptive animal locomotion will provide us a design scheme for robots which can behave autonomously depending on environments. To address this issue, it is important to capture the interplay between local pattern generating circuits, descending commands from higher centers, and sensory feedback. However, the essential interplay between them that generates adaptive behavior in response to the situation remains unclear. Here, we focused on centipedes and explored the interplay by observing the decision-making when they faced the edge of the precipice during walking. We found that a ventral nerve cord-transected centipede stopped walking in a shorter distance forward than the intact one. From the results, we extended our previous mathematical model for walking based on decentralized control and proposed a descending control mechanism which utilizes ground reaction forces detected at the legs for deciding whether to move forward.</p>

  47. 脚の負荷に応じた足並みを生成可能な多脚ロボットの実現に向けた一考察

    大野 篤史, 安井 浩太郎, 加納 剛史, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2021年6月

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    <p>Myriapods such as centipedes and millipedes can coordinate their elongate multi-legged body to locomote adaptively in unstructured and unpredictably changing environments. Clarifying the underlying motor control mechanism for locomotion will help to realize multi-legged robots that can move adaptively in various environments. However, the interlimb coordination mechanism that can generate load-dependent adaptive gait inherent in myriapods has not yet been elucidated. To solve this problem, we focused on the dynamic muscle properties as actuators for walking which may be closely related to the generation of gait patterns. In this paper, we observed the response to the load on the body and found that centipedes change their gait and increase their duty cycle. To understand this behavioral finding, we proposed a mathematical model for the locomotion control in which the force-velocity relationship of leg muscles was taken into account.</p>

  48. 徘徊性クモ類に学ぶ静水骨格系を活用した脚間協調制御則

    山地 聡史, 安井 浩太郎, 福原 洸, 加納 剛史, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2021年6月

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    <p>Autonomous decentralized control could be the key to design soft-bodied robots that have a huge number of degrees of freedom. To address this issue, we focus on a wandering spider with a hydrostatic skeleton and aim to understand the decentralized control mechanism underlying their coordination pattern between limbs (i.e., interlimb coordination). For this purpose, we employed an approach wherein we construct a simple mathematical model based on biological insights. We proposed a phenomenological model that can describe fluid dynamics and built a three-dimensional robot model with a simple local reflexive mechanism based on the interaction between flexor muscles and body fluid in their legs. As a first step, we succeeded in reproducing locomotion in which two legs move in anti-phase via simulation.</p>

  49. ヘビ型ロボットの環境適応性の向上に向けた自律分散制御に関する一考察

    大滝範幸, 安井浩太郎, 加納剛史, 石黒章夫

    第33回自律分散システム・シンポジウム　2021年3月14日

  50. 環境に呼応して足並みが柔軟に変化するムカデ型ロボットの自律分散制御則

    高野俊輔, 安井浩太郎, 加納剛史, 小林亮, 石黒章夫

    第21回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会（SI2020）　2020年12月18日

  51. ムカデの適応的な振る舞いを生み出す制御構造の理解に向けて

    安井浩太郎

    ネットワーク科学セミナー2020　2020年12月17日

  52. Measurement of insect wing beat with novel vibration sensor

    Ryota Yanagisawa, Shunsuke Shigaki, Kotaro Yasui, Dai Owaki, Yasuhiro Sugimoto, Akio Ishiguro, Masahiro Shimizu

    The 42nd Annual Meeting of The Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry　2020年11月22日

  53. Towards understanding adaptive motor control mechanisms underlying walking and swimming in centipedes

    Kotaro Yasui, Takeshi Kano, Emily M. Standen, Hitoshi Aonuma, Auke J. Ijspeert, Akio Ishiguro

    The 42th Annual Meeting of the Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry　2020年11月22日

  54. 経済活動を考慮したCOVID-19流行の数理モデル

    加納剛史, 安井浩太郎, 三上大志, 浅利宗弘, 石黒章夫

    日本数理生物学会年会　2020年9月20日

  55. 環境に呼応して足並みが柔軟に変化する多脚ロボットの脚間協調制御則

    高野 俊輔, 安井 浩太郎, 加納 剛史, 小林 亮, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会　2020年5月29日

  56. 胴体の屈曲と伸縮を巧みに切り替えて移動するゴカイに内在する自律分散制御則

    菅野 健, 安井 浩太郎, 加納 剛史, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会　2020年5月29日

  57. 脚運動と胴体の屈曲運動の協調が可能なゴカイ型ロボットの開発

    昆野 巧実, 安井 浩太郎, 福原 洗, 加納 剛史, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2019年

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    <p>Polychaetes have a number of body segments with a pair of parapodia. They walk and swim effectively by coordinating motion of parapodia and undulation of the flexible body. Clarifying the control mechanism underlying coordination between parapodia and body, we can not only provide new insights to biology but also contribute to developing multi-legged robots that can move effectively. For that purpose, our previous study proposed a decentralized control scheme that enables coordination between the motion of parapodia and body undulation in polychaete locomotion and validated it via simulations. However, the validity of the control scheme in the real world environment has not been verified yet. Accordingly, in this study, we developed a polychaete-like robot as a platform for validation.</p>

  58. 足並みの疎密波の向きを適応的に改変可能な多脚ロボットの開発

    高野 俊輔, 安井 浩太郎, 早瀬 友美乃, 福原 洗, 加納 剛史, 小林 亮, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2019年

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    <p>Myriapod walking is achieved by propagating leg density waves along the body axis, and the leg density wave is classified as direct wave or retrograde wave compared to the direction of body movement. It is known that the direction of leg density waves differs according to the species, but the determining factor for such a difference is not understood well. In order to solve the problem, we previously observed the locomotion of centipedes and reported that direct wave gait could be generated by a control mechanism to avoid leg crossing. However, the control mechanism for generating retrograde wave gait has not been investigated enough. In this paper, we extended the previous control scheme by considering a walking strategy of following the ground contact point for retrograde wave gait and developed a multi-legged robot as a platform to validate the control scheme.</p>

  59. 足場の滑りやすさに応じた歩行運動を創発可能な6脚ロボットの自律分散制御

    須田 渉, 安井 浩太郎, 福原 洗, 加納 剛史, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2019年

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    <p>Insects can walk in unstructured environments such as trees and rocks by changing foot trajectory and coordination pattern between limbs (i.e., interlimb coordination). Although we previously proposed a simple decentralized control scheme using local feedback based on ground reaction force, the control mechanism underlying adaptive foot trajectory in insects' locomotion has not yet been clarified. To reveal the control mechanism in adaptive foot trajectory, this study conducted biological experiments in which crickets walk up against a slope with inhomogeneous frictional coefficient. Based on experimental results, we propose a decentralized control mechanism in which adaptive foot trajectory changes in response to the slipperiness of the terrain.</p>

  60. Decoding Flexibility of Motor Control Underlying Amphibious Locomotion of Centipedes

    Kotaro Yasui

    The 15th International Conference on the Simulation of Adaptive Behavior (SAB2018)　2018年8月

  61. 胴体の屈曲運動を活用する自律分散型ムカデロボットの開発

    古川 和貴, 安井 浩太郎, 加納 剛史, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2018年

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    <p>Centipedes(Scolopendridae) with a large number of legs and segments can move effectively by combining legged motion and body undulation. Clarifying the underlying control mechanism will help not only to contribute to biology but also to develop highly adaptive bio-inspired robots. However, a decentralized control mechanism that coordinates the centipede legs and the body to generate adaptive locomotion has not been elucidated. In this paper, as a first step, we proposed a decentralized control scheme that enables well-balanced coupling between the legged motion and body undulation by using a simplified model of centipede's mechanical system. We designed "bilateral" local sensory feedbacks between legs and body. In order to verify the proposed control scheme, we developed a centipede-like robot as a platform.</p>

  62. Undulatory Swimming Locomotion Driven by CPG with Multimodal Local Sensory Feedback

    Kyoichi Akiyama, Kotaro Yasui, Jonathan Arreguit, Laura Paez, Kamilo Melo, Takeshi Kano, Auke Jan Ijspeert, Akio Ishiguro

    BIOMIMETIC AND BIOHYBRID SYSTEMS　2018年

  63. Decentralized Control Mechanism Underlying Interlimb Coordination of Centipedes 国際会議 国際共著

    Kotaro Yasui, Kazuki Kikuchi, Takeshi Kano, Yumino Hayase, Shigeru Kuroda, Hitoshi Aonuma, Ryo Kobayashi, Akio Ishiguro

    The 8th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2017)　2017年6月

  64. 胴体の柔らかさを活用した多脚ロボットの脚間協調制御則

    菊池 和気, 安井 浩太郎, 加納 剛史, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2017年

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    <p>Animals exhibit versatile locomotion patterns in response to the environment. To understand the underlying decentralized control mechanism, this study focuses on centipedes which exhibit highly versatile locomotion patterns. It is known that centipedes move by using their legs and body undulation. In addition to this, we report here that centipedes can move by combining expansion and contraction of the body trunk with leg motion when they climb up slippery sticks. We hypothesized that this behavior emerges by exploiting local forces generated at the junction between the body trunk and the legs as well as the ground reaction forces. On this basis, a simple autonomous decentralized control rule is proposed, and it is demonstrated via simulation that the above-mentioned behavior can be reproduced by the proposed mechanism.</p>

  65. 環境からの力覚情報を活用した自律分散型多脚ロボットの開発

    加納 剛史, 安井 浩太郎, 大脇 大, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2016年

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    <p>Legged animals exhibit adaptive and resilient locomotion through their inter-limb coordination. Our motivation is to elucidate the inter-limb coordination mechanism underlying various legged animals from a unified viewpoint. However, it still remains elusive because the locomotion mechanism of multi-legged animals has not been well studied. To address this issue, in our previous work, we focused on millipede and proposed an autonomous decentralized control scheme for myriapod locomotion on the basis of behavioral experiments. In this study, we performed real-world experiments with a multi-legged robot developed and reproduced myriapod locomotion farily well.</p>

  66. 局所反射に基づく多脚ロボットの脚間協調制御則

    安井 浩太郎, 加納 剛史, 大脇 大, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2016年

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    <p>Autonomous decentralized control could be the key to design adaptive multi-legged robots that can function in unpredictable and unstructured environments. To address this issue, we focus on centipedes with a large number of legs and aim to understand the ingenious decentralized control mechanism underlying their highly adaptive locomotion. For this purpose, we employed an approach to construct a simple mathematical model on the basis of behavioral experiments. We then found that the ground reaction force plays a significant role in generating rhythmic leg movement, and that the motion of each leg is likely affected by sensory input from its neighboring legs. On this basis, we proposed a two-dimensional model wherein a simple local reflexive mechanism was implemented. As a result, our simulated centipede robot could move adaptively in response to the changes in the environment, like real centipedes.</p>

  67. Decentralized Control Scheme for Myriapod Locomotion That Exploits Local Force Feedback

    Takeshi Kano, Kotaro Yasui, Dai Owaki, Akio Ishiguro

    BIOMIMETIC AND BIOHYBRID SYSTEMS, LIVING MACHINES 2016　2016年

  68. Decentralized Control Scheme for Centipede Locomotion Based on Local Reflexes

    Kotaro Yasui, Takeshi Kano, Dai Owaki, Akio Ishiguro

    BIOMIMETIC AND BIOHYBRID SYSTEMS, LIVING MACHINES 2016　2016年

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共同研究・競争的資金等の研究課題 10

  1. 身体・神経改変ムカデから染み出るタフな運動知能のエッセンス

    安井 浩太郎, 脇田 大輝

    2025年4月 ～ 2028年3月

  2. サイボーグ化から解き明かす動物ロコモーションに内在する形態非依存な運動制御原理

    石黒 章夫, 安井 浩太郎, 加納 剛史

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Fund for the Promotion of Joint International Research (International Collaborative Research)

    研究機関：Tohoku University

    2023年9月8日 ～ 2027年3月31日

  3. キャナライゼーション・ベースト制御：ムカデから学ぶ合目的的行動の自己組織化方策

    青沼 仁志,安井 浩太郎,石黒 章夫

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関：Kobe University

    2022年4月 ～ 2027年3月

  4. ムカデの触角センシングに学ぶタフな未知空間探査能力の実装法

    安井 浩太郎

    2023年4月1日 ～ 2026年3月31日

  5. 動物の多様な移動形態に通底する制御原理の構成論的理解

    2022年7月 ～ 2023年3月

  6. スーパーモードリッチロコモーション：動物の未知環境踏破能力の源泉

    安井 浩太郎

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

    研究種目：Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

    研究機関：Tohoku University

    2021年4月 ～ 2023年3月

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    動物は，無限定な環境変化に対して，きわめて多様な運動戦略を自律的に生み出すことで，タフに動き続ける運動知能を有する．この自律的な状況判断にもとづく多様な振る舞いの発現原理を理解するためには，脳などが担う上位の中枢制御が，どのように下位の自律分散制御系と相互に連関し合理的な運動戦略を生み出しているのかを捉える必要がある．本研究では，比較的原初的な神経系しか持たないにも関わらず超多様に振る舞うムカデをモデル生物として，そのロコモーションに内在する分散・中枢融合制御の本質を，行動観察実験・数理モデリング・ロボット実験により構成論的に解き明かすことを目的とした． 以下，本年度の主な研究成果について報告する．本年度は，まず，行動観察実験により振る舞いに関するデータを収集し，そこで得られた知見をもとにムカデの運動制御則の数理モデル化に取り組んだ．具体的には，まず下位の自律分散的な歩行運動制御の環境適応能力を調べるために，歩行中に足場環境が変化する状況での振る舞いを観察した．その結果，ムカデは，柔軟な身体と環境の相互作用により得られた，脚と腹部の接地感覚を活用することで，限られた足場を効果的に使う歩容を適応的に生み出すことが明らかとなった．そこで，本知見に基づき，脚と腹部の接地感覚フィードバックを導入した歩行制御則を構築した．提案制御則によりシミュレーション実験を行った結果，ムカデの不整地歩行の特徴を概ね再現することに成功するとともに，移動パフォーマンスも優れていることを示すことができた．本研究成果は，動物規範型多脚ロボットの不整地環境踏破能力の向上に資すると期待される．

  7. バクテリアのバイオフィルム形成現象から切り拓く超サバイバルシステムの革新的設計論

    加納 剛史, 福原 洸, 石黒 章夫, 安井 浩太郎

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))

    研究機関：Tohoku University

    2019年10月 ～ 2023年3月

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    本研究では，環境への適応戦略を自律的に創出し，過酷な環境下でも機能する「サバイバビリティ」の高い人工物システムの設計論構築を目指す.目的達成のた め，バクテリアのバイオフィルムが示す環境適応戦略の発現原理を解明する.バイオフィルムは，複数のバクテリアと場の間の相互作用により自己組織的に形成 された構造体であり，個々のバクテリアの足し算を超えた強靭なサバイバビリティを実現している.英国の浅利はこれまで，枯草菌を用い，1)一部の細胞が犠牲 になることで全体の機能を維持する，2)各細胞が一時的に栄養を摂取制限することで全体の細胞を共存させる，といった利他的な戦略がサバイバビリティ実現の 鍵であることを示した.本研究では，このようなサバイバル戦略の発現メカニズムの解明を試みる. 当初，遺伝子ノックアウトにより利他的な戦略を封じられた個体群を徐々に環境を厳しくする実験条件下で複数世代にわたって培養し，個体群が生き延びるため の戦略をどのように創出するかを観察する予定であったが，議論の結果この実験は技術的に困難であることが判明した．そこで，様々な生命・社会システムにおけるサバイバビリティの発現メカニズムを探り，それらの間に成り立つ普遍原理を追求する方針とした．昨年度はCOVID-19流行下でもしぶとく経済活動を維持し続けるための方策を提案した他，イトミミズやチスイコウモリの群れが厳しい環境下で生き延びる戦略の発現メカニズムの解明を試みた．

  8. 動物の多様な移動形態に通底する運動制御原理の抽出

    安井浩太郎

    2021年7月 ～ 2022年3月

  9. ムカデの触角センシングに学ぶ動物の無限定環境踏破能力

    安井浩太郎

    2020年9月 ～ 2021年3月

  10. ムカデが示す歩行・遊泳間の遷移現象から解き明かす生物の適応的運動機能の発現機序

    安井 浩太郎

    2017年4月 ～ 2020年3月

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    ムカデ（Scolopendra subspinipes mutilans）は陸上においては脚運動により歩行する一方で，水中では胴体の屈曲運動により遊泳する．こうした振る舞いは，脚や胴体といった身体部位に有する多数の自由度の協調パターンを巧みに変化させることで実現されている．本研究では，このムカデが示す環境に応じた運動パターンの生成に着目し，その発現機序を明らかにすることで，生物の環境適応的な振る舞いの背後にある柔軟な運動制御の本質を捉えることを目的とした． 以下，本年度（平成30年度）の研究実績について報告する．本年度は，前年度までに蓄積してきた行動観察実験の結果をもとに，ムカデが示す歩行・遊泳間の運動パターンの遷移を再現しうる数理モデルの構築に取り組んだ．具体的には，水中と陸上という２つの異なる環境間を遷移する際の運動パターンの変化に着目することで，足場の有無に応じて各体節レベルで分散的に歩行と遊泳の運動モードが選択されているとの仮説を得た．そして，脚の接地感覚情報に基づく局所センサフィードバックにより各体節ごとに歩行運動と遊泳運動を切り替える自律分散制御則を設計した．その結果，本制御則を用いたシミュレーション実験により，ムカデの歩行・遊泳間の遷移現象を行動観察結果と定性的に同等なレベルで再現することに成功した．本研究成果は，歩行と遊泳という全く異なる運動パターン間の遷移において脚の感覚情報に基づく局所センサフィードバックが介在していることを示した点で非常に意義深いと考えている．

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担当経験のある科目(授業) 4

  1. 数理モデリングPBL-Ⅰ　東北大学

  2. 創造工学研修　東北大学工学部

  3. 学問論演習　東北大学

  4. 創造工学研修　東北大学工学部

社会貢献活動 2

  1. ムカデの多彩な身のこなしから探る動物の自律的運動知能の源泉

    令和5年度「工業系支援機関ネットワーク研修会」

    2023年12月12日 ～

  2. ムカデの多彩な身のこなしから動物の自律的運動知能の源泉に迫る

    第一回共創研究所交流会

    2023年7月14日 ～

メディア報道 8

  1. 【ムカデの言い分】多数の脚を動かす驚きの仕組みとは？クネクネ動きが人類を救う⁉

    NHK　ヴィランの言い分

    2024年5月

  2. 陸上と水中で動きを変えて自在に移動するムカデの制御メカニズムを解明――水陸両用ロボットなどへの応用に期待

    fabcross for エンジニア

    2019年12月

    メディア報道種別: インターネットメディア

  3. How centipedes navigate through land and water

    Science Daily

    2019年12月

    メディア報道種別: インターネットメディア

  4. Something in the way it moves -Studying a centipede sheds light on adaptive locomotion.

    Cosmos

    2019年12月

    メディア報道種別: インターネットメディア

  5. 「陸上と水中 柔軟に適応」ムカデの興味深い動き解明

    科学新聞

    2019年12月

    メディア報道種別: インターネットメディア

  6. Comment les mille-pattes passent-ils si facilement de la marche à la nage?

    ICI Radio-Canada

    2019年12月

    メディア報道種別: インターネットメディア

  7. 東北大など、ムカデの運動制御メカニズムを再現し得る数理モデル構築に接近

    国立環境研究所 環境展望台

    2019年12月

    メディア報道種別: インターネットメディア

  8. 水陸自在のムカデ、運動制御の仕組みを解明 ロボット工学への応用も 東北大ら

    財経新聞

    2019年12月

    メディア報道種別: インターネットメディア

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