はじめに：環世界理論がスワームロボティクスに与える示唆
生物学者ユクスキュルが提唱した「環世界（Umwelt）」という概念が、現代のスワームロボティクス研究に新たな視座を与えています。環世界とは、生物がその感覚器官と行動様式によって構成する主観的な世界のことです。この概念を複数のロボットからなる群（スワーム）に適用することで、個体レベルの設計と群レベルの振る舞いをつなぐ理論的枠組みが構築できる可能性があります。
本記事では、環世界理論から集合的環世界（collective Umwelt）への拡張、そしてスワームロボティクスへの具体的応用まで、最新の研究動向を整理します。
環世界（Umwelt）：主観的世界としての基本概念
ユクスキュルの環世界理論
ユクスキュルにとって環世界は客観的な環境ではなく、その生物固有の感覚・運動系と意味付与によって構成される主観的世界です。この理論には三つの核となる要素があります。
第一に、どのような刺激を「記号」として取り出すか（Merkzeichen）という知覚の選択性です。生物は環境中の無数の情報から、自身にとって意味のある刺激のみを抽出します。第二に、それにどう行為で応答するか（Wirkzeichen）という行動の体系です。そして第三に、この知覚と行動の循環（functional circle）が閉じた自己完結的な世界を形成するという構造です。
ロボットへの適用可能性
この概念をロボットに移すと、センサー、エフェクタ、制御アルゴリズムによって切り取られた世界が、そのロボットにとっての人工的な環世界となります。Emmecheらはバイオセミオティクス（生命記号論）の観点から、ロボットが真の意味で環世界を持ちうるかという問いを議論しています。
ここで重要なのは、環世界が単なる「情報処理」ではなく、主体にとっての「意味の世界」であるという点です。ロボットの設計において、この意味論的側面を考慮することで、より適応的で柔軟なシステムが実現できる可能性があります。
個体から集団へ：集合的環世界の理論的展開
集合的環世界の概念的基礎
Kalevi Kullらは、ユクスキュルの議論を拡張し、「collective Umwelt（集合的環世界）」や「swarm’s Umwelt（群の環世界）」という表現も理論的に整合的であると述べています。ただし、この拡張には理論的課題が残されています。
具体的には、個々の環世界（個体レベル）がどのように連続性や調和を保ちながら結合し、全体として一つの主体性を形成するのかという問題です。Han（2025）は、個体の環世界から集合的環世界を構成するには、連続性・調和・境界づけといった条件が必要であると整理しています。
群知能における意味論的側面
集合的環世界は、群知能（swarm intelligence）の「意味論的側面」として定式化できます。従来の群知能研究では、個体の振る舞いと群全体の創発的パターンの関係が主に扱われてきましたが、集合的環世界の視点を導入することで、「群が世界をどう見ているか」「群にとって何が意味を持つか」という問いが可能になります。
これは単なる理論的興味にとどまらず、実際の設計においても有用です。群レベルで望ましい「世界の見え方」を仕様として定義し、それを実現する個体レベルのルールを導出するという、トップダウンとボトムアップを統合した設計アプローチが可能になります。
群知能と環世界理論の対応関係
記号過程としての群知能
群知能の典型的な要素は、環世界＝記号過程のネットワークとして読み替えることができます。自律的な多数のエージェント、局所的知覚と局所的相互作用、自己組織化、スティグマジー（環境を介した間接コミュニケーション）といった要素は、すべて記号論的に解釈可能です。
例えば、アリのフェロモンは物理的には化学物質ですが、群れにとっては「ルートの良さ」や「仲間が通過した痕跡」を指示する記号であり、アリ群全体の環世界の一部を構成しています。同様に、ロボット群でも仮想フェロモンやローカルメッセージが、群独自の記号体系を形成します。
環世界操作としてのアルゴリズム設計
Fujisawa & Hashimoto（2009）は、群行動の設計に環世界概念を導入することで、群レベルの評価指標と個体レベルの設計対象のギャップを橋渡しする方法を提案しています。この枠組みでは、群知能アルゴリズムを「環世界操作」として再解釈し、個々のロボットの環世界がどう重ね合わさって群としての環世界を形成するかをモデル化します。
スワームロボティクスへの具体的応用
Collective Perceptionという実装形態
SchmicklやValentiniらによる「collective perception（集合的知覚）」研究は、集合的環世界のプロトタイプとして理解できます。この枠組みでは、個々のロボットが環境特徴を局所的に観測し、通信によって環境についての集合的判断を形成します。
例えば、環境にAとBという二つの特徴が存在する場合、各ロボットは局所的にA/Bを観測し、近傍のロボットと結果を交換して多数決や確率更新を行います。最終的に群全体が「どちらが多いか」について合意に達します。Kegeleirsらはこれを拡張し、人の追跡など動的対象の「swarm perception」を扱っています。
Trendafilovらは、環境の情報構造と群の感度の関係を情報理論で定式化し、collective perceptionのタスク難度を議論しています。これは「群としての環世界の質」を定量的に測る試みとして位置づけられます。
Umweltベース設計の一般化
Fujisawa & Hashimotoの枠組みをさらに拡張すると、以下のような設計パイプラインが考えられます。
まず個体レベルの環世界を記述します。センサ入力のカテゴリ（色、音、距離など）、行為のレパートリー（前進、回頭、通信、マーク付け）、内部状態（信念、投票結果など）を明確にします。
次に群レベルで望ましい「世界の見え方」を規定します。例えば、環境中の危険領域を常に高忠実度で表象する、サーチ対象の存在確率分布を群全体で共有する、群が形成する構造自体が意味を持つ地図になる、といった仕様です。
最後に、個体のルールを群レベルの環世界仕様から逆算します。「どのようなローカルルールなら、そのような集合的環世界が安定に維持されるか」という環世界設計問題として形式化できます。
人間とスワームの共環世界（Co-Umwelt）
人間とロボット群の協調においては、両者の「共環世界（co-Umwelt）」の設計が重要になります。ロボット群内部では、フェロモン場、投票値、局所マップなどの群独自の表象が集合的環世界を構成しています。一方、人間オペレータは通常、位置情報、簡易マップ、状態アイコンなど別の記号体系で状況を把握します。
この環世界のずれを埋めるには、三つのアプローチが考えられます。第一に、群側の集合的環世界を人間が理解できる形で可視化することです。例えば仮想フェロモンをヒートマップにしてAR上に投影したり、群の注意の焦点や確信度を色や形で表現したりします。
第二に、人間の意図を群の記号体系に写像することです。「このエリアを優先的に調査せよ」という指示を、群側から見れば「フェロモン源の配置」や「重み付け変更」として受け取れるようにします。
第三に、双方向の写像の損失や歪みを測定することです。これは共環世界の「重なり度」や「アライメント」の指標となり、インタフェースの質を評価する基準になります。
倫理的課題：生物と人工系の接続
近年、生物とAIとスワームを組み合わせた研究も報告されています。例えばドイツでは、ゴキブリの神経系に刺激を与え、カメラ付きの「生体ロボット」を群として遠隔操作する試みが報じられています。極めて狭い空間や危険な環境での偵察に利用することが想定されています。
これは「昆虫の自然な環世界に、軍事的な集合的環世界が上書きされる」ケースとして象徴的です。自然な環世界を持つ生物と人工的集合的環世界を接続する際、どのような倫理的・規範的問題が生じるのか。「誰の環世界が優先されるのか」という問いは、人間中心主義を超えた多様な主体の共存という観点から検討が必要です。
人工主体性の条件としての集合的環世界
集合的環世界の概念は、「群をひとつの主体と見なしうる条件は何か」という人工主体性の問いに直結します。Emmecheは、ユクスキュルの環世界概念から、人工システムも意味的世界を持ちうるかを議論しています。
この議論をスワームに適用すると、個々のロボットがそれぞれ環世界を持っているだけでなく、群全体としても特定の行動様式、自己維持、外部との相互作用パターンを持つとき、どこまでを「主体」として扱うべきかという問題が生まれます。
群を環世界を持つ一つの主体と見なすための条件として、以下の四点が考えられます。第一に群レベルの境界（どこからどこまでがその主体か）、第二に群レベルでの自己維持・恒常性、第三に群固有の記号過程（collective semiosis）、第四に他主体との相互作用における一貫した振る舞いです。
これらの条件は、統合情報理論（IIT）やグローバルワークスペース理論といった意識理論と補完的に結びつけることができます。例えば、IITのΦ（統合情報量）を群に対して計算し、群の統合性を定量化する試みも考えられます。
まとめ：意味論的設計という新しいパラダイム
環世界理論を群知能とスワームロボティクスに適用することで、従来の機能的・振る舞い的アプローチに、意味論的次元が加わります。集合的環世界という視点は、単に群が何をするかだけでなく、群が世界をどう見ているか、何に意味を見出しているかを問うことを可能にします。
Collective perceptionは集合的環世界構築の具体例として、Umweltベース設計は群レベルの意味仕様から個体ルールを導出する方法論として、人間とのco-Umweltは異なる記号体系を持つ主体間の協調問題として、それぞれ発展の余地があります。
さらに倫理的側面では、生物の自然な環世界と人工的システムの接続における規範的問題が浮かび上がります。そして人工主体性の議論では、集合的環世界が群を単一の主体として認識する条件を与える可能性があります。
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