ソフトウェアアーキテクチャ概観

目的

007-013で議論してきた要素を1枚の設計図にまとめる。ハードウェア（配線メモ参照）が動いたとき、ソフト側で何を実装すればいいか一望できる状態にする。

システム構成

┌─────────────────────────────────────────────────┐
│                  Raspberry Pi                    │
│                                                  │
│  ┌──────────┐   ┌──────────┐   ┌──────────┐    │
│  │ Sensors  │──▶│  Brain   │──▶│ Actuators│    │
│  │          │   │          │   │          │    │
│  │ HC-SR04  │   │ Memory   │   │ TB6612   │    │
│  │(距離×2-3)│   │ Novelty  │   │ Motor L  │    │
│  │          │   │ If-Then  │   │ Motor R  │    │
│  │          │   │ Conflict │   │          │    │
│  │          │   │ Decay    │   │ OLED     │    │
│  └──────────┘   │ Logger   │   │(Phase 2) │    │
│                  └──────────┘   └──────────┘    │
│                       │                          │
│                  ┌────▼─────┐                    │
│                  │ Log File │                    │
│                  │(SD card) │                    │
│                  └──────────┘                    │
└─────────────────────────────────────────────────┘

Brainのモジュール構成

1. Perception — 知覚層

センサー値の読み取り（距離、周期的にポーリング）
生値 → 正規化（0.0-1.0）
変化量の計算（前回との差分＝「何か動いた」検知）

2. Memory — 記憶層

SpatialMemory[]: 位置＋センサー値＋強度＋タイムスタンプ
毎ステップ strength *= DECAY_RATE（指数減衰）
strength < THRESHOLD で削除（メモリ解放）
容量上限: 50-100エントリ（Piのメモリ制約）
位置推定: オドメトリ（モーターのPWM値×時間から概算。精度は低いが十分）

3. Novelty — 新しさ計算

novelty(direction) = 各方向のセンサー予測値と記憶の最小距離
全方向（前、左、右、後）のnoveltyスコアを算出
noveltyが高い方向 → 引力（pull）

4. If-Then Rules — 偏りルール（3-5個）

rules = [
    # Rule 1: 壁際の警戒
    {"if": dist_min < 0.15, "then": "safety_pull += 0.8 * backward"},
    
    # Rule 2: 開けた場所の好奇心
    {"if": dist_min > 0.5, "then": "novelty_pull *= 1.3"},
    
    # Rule 3: 急変への驚き（凍結）
    {"if": delta_dist > 0.3, "then": "freeze(0.5s)"},
    
    # Rule 4: 長時間停滞への退屈
    {"if": same_position_for > 10s, "then": "random_direction_pull += 0.5"},
    
    # Rule 5: 再訪の親近感（記憶にある場所への安心）
    {"if": memory_match > 0.8 AND strength > 0.5, "then": "safety_pull -= 0.2"},
]

ルールは擬似コード。実際にはif-elseの連鎖。重要なのはルール同士が独立に発火し、pullベクトルが加算されること。

5. Conflict Resolution — 葛藤解決

全ルールのpullベクトルを合算：

total_pull = novelty_pull + safety_pull + random_pull + ...

合算結果から行動を決定：

|total_pull| > MOVE_THRESHOLD → 移動（方向と速度はベクトルから）
|total_pull| < FREEZE_THRESHOLD → 凍結（pullが拮抗）
凍結が MAX_FREEZE を超えたら → 最大pullの方向へ突発的転換

葛藤の検出：

conflict_level = 1.0 - (|total_pull| / sum(|individual_pulls|))

conflict_level ≈ 0 → 全pullが同じ方向。迷いなし
conflict_level ≈ 1 → pullが完全に相殺。最大の迷い

conflict_levelが高いとき → 振動（モーター出力に微細な正弦波を加算）

6. Motor Output — モーター出力

差動駆動（左右独立モーター）：

直進: L = R = speed
左旋回: L = -speed, R = speed
右旋回: L = speed, R = -speed
振動: L, R に sin(t * freq) * amplitude を加算

PWM制御はTB6612FNG経由。GPIO12(PWMA), GPIO13(PWMB)。

7. Logger — ログ記録

毎ステップ記録：

timestamp | state | pulls[] | conflict_level | action | memory_refs[]

Phase 2ではこのログをOLEDにリアルタイム表示。

8. Phase Manager — フェーズ制御

Phase 1: OLED OFF。Logger記録のみ
Phase転換条件: 3回接近 OR 2分経過（009のハイブリッドトリガー）
Phase 2: OLED ON。Loggerの出力をOLEDにストリーム
接近カウントはPerceptionが距離閾値で判定

メインループ

while True:
    # 1. 知覚
    sensors = read_sensors()
    position = update_odometry()
    
    # 2. 記憶更新
    memory.decay_all()
    memory.store(position, sensors)
    
    # 3. 新しさ計算
    novelty_scores = compute_novelty(sensors, memory)
    
    # 4. ルール評価（全ルール独立に発火）
    pulls = evaluate_rules(sensors, memory, novelty_scores)
    
    # 5. 葛藤解決
    action, conflict = resolve_conflict(pulls)
    
    # 6. 行動実行
    execute(action)
    
    # 7. ログ
    log(timestamp, state, pulls, conflict, action)
    
    # 8. フェーズ確認
    phase_manager.check_transition(sensors)
    
    sleep(TICK_INTERVAL)  # 50-100ms