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Long distance navigation of canine using light stimulation

Publicly Offered Research

Project AreaSystems Science of Bio-navigation
Project/Area Number 19H04926
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

大野 和則  東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (70379486)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Keywordsイヌの行動誘導 / 光刺激 / ナビゲーション / イヌ / 行動誘導 / 遠隔操縦
Outline of Research at the Start

申請者は、ロボット技術を利用して、イヌの行動や能力を拡張する研究に興味がある。本申請では、光刺激を利用してイヌの長距離ナビゲーションを制御する方法を開発する。イヌが動く明るい光を追う性質を利用して、訓練を受けた使役犬の行動を制御し、特定の目的地までナビゲーションを制御する研究に取り取り組んでいる。明るくて輪郭がはっきりしたスポット光源をイヌの異なる向きに搭載し、人間がジョイパットで光を照射する向きを変えることで、イヌの進む向きを変えることに成功している。課題は、長距離ナビゲーションを制御するまでには至っていないことである。本申請では、この課題を解決する。

Outline of Annual Research Achievements

申請者は、イヌの長距離ナビゲーションを実現することを研究の目的としている。この研究を実現するために、今期間は下記の3つの項目について研究に取り組 み成果をえることが出来た。
1.イヌが持っている光を追う性質を誘発する光刺激の条件を特定:明るい屋外(照度:20000lx~40000lx)でイヌが注目する光の明るさの条件の解析を継続して行った。環境光と照射する光の明るさと犬が見つける割合をモデル化することができた。
2.特定した光刺激を実現する超高輝度で超省エネな光源の開発と行動誘導スーツへの搭載:LEDライトとレンズを利用して高輝度なスポット光源の作成を行った。平行して、環境を集光して明るいスポット光源を作る研究を実施した。環境光を利用した場合、集光部では十分な明るさの光を集めることができたものの、照射部で明るいスポット光を作ることができなかった。実験はLEDライトとレンズを利用したスポット光源を利用して行うことにした。
3.イヌの運動学モデルの構築と、モデルを利用したナビゲーションの実現:イヌを目的の方向に誘導するために、光の刺激に対するイヌの動きのデータから、動きの角速度を推定する方法を開発した。移動速度を仮定することで、次の動きを予測可能になった。また、スーツ搭載カメラを利用してイヌを遠隔操縦して、屋内の複数フロアーの長距離移動と階段の上り下りを実現した。また、行動誘導中のイヌのモチベーションを心拍変動から把握する技術の開発や、光刺激を利用した人のナビゲーションにも成功した。一方で、コロナの影響で、イヌの実験場所への出張が制限されたため、行動モデルを利用した自動化まではたどり着くことが出来なかった。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Electrocardiogram Measurement and Emotion Estimation of Working Dogs2022

    • Author(s)
      Ohno Kazunori、Sato Kotaro、Hamada Ryunosuke、Kubo Takatomi、Ikeda Kazushi、Nagasawa Miho、Kikusui Takefumi、Nayak Sandeep Kumar、Kojima Shotaro、Tadokoro Satoshi
    • Journal Title

      IEEE Robotics and Automation Letters

      Volume: 7 Issue: 2 Pages: 4047-4054

    • DOI

      10.1109/lra.2022.3145590

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] サイバー救助犬2022

    • Author(s)
      大野和則
    • Organizer
      国際シンポジウム「巨大災害下における災害初期対応者による先進技術活用」技術開発ワークショップ
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Robotics Technologies for Search & Rescue Operation2021

    • Author(s)
      Kazunori Ohno
    • Organizer
      ORTESRO Symposium Consortium of Robotics Technology for Search and Rescue Operations
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 別のイヌの心拍データを利用した機械学習によるイヌの情動の推定2021

    • Author(s)
      佐藤浩太郎, 大野和則, 田村涼一郎, Sandeep Kumar Nayak, 小島匠太郎, 永澤美保, 菊 水健史, 田所諭
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2021
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 太陽光集光型のイヌ誘導スーツのための光照射部および照射方向切り替え装置の開発2021

    • Author(s)
      田村涼一郎, 大野和則, 小島匠太郎, Sandeep Kumar Nayak, 佐藤浩太郎, 永澤美保, 菊 水健史, 田所諭
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2021
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Waypoint-based Human Navigation using Multiple Laser Projection Suit2021

    • Author(s)
      Sandeep Kumar Nayak, Kazunori Ohno, Ryoichiro Tamura, Kotaro Sato, Satoshi Tadokoro
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2021
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 情動推定を利用したイヌのタスクへの積極性の可視化2021

    • Author(s)
      佐藤 浩太郎, 大野 和則, 小島 匠太郎, 永澤 美保, 菊水 健史, 田所 諭
    • Organizer
      第39回日本ロボット学会学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 平凸レンズを利用した照射器の短尺化と光誘導スーツによるイヌの屋外誘導の検証2020

    • Author(s)
      西野間洋之,大野和則,菊水健史,永澤美保,土橋直子,村山未来,飯泉佑香,古山佳保里,小野七海,脇裕紀乃,田村涼一郎,Sandeep Kumar Nayak,田所諭
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Human Response Modeling to Light Stimuli for Autonomous Guidance2020

    • Author(s)
      Sandeep Kumar Nayak,Kazunori Ohno,Hiroyuki Nishinoma,Ryoichiro Tamura, Satoshi Tadokoro
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] イヌの誘導用の太陽光集光型スポット光装置の開発2020

    • Author(s)
      田村 涼一郎、大野 和則、小島 匠太郎、Nayak Sandeep, Kumar、佐藤 浩 太郎、永澤 美保、菊水 健史、田所 諭
    • Organizer
      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
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 別のイヌの心拍データに基づくイヌの情動推定の検証2020

    • Author(s)
      佐藤 浩太郎、大野 和則、田村 涼一郎、Nayak Sandeep、小島 匠太郎、菊水 健史、永澤 美保、田所 諭
    • Organizer
      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
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] イヌ研究のすゝめ2020

    • Author(s)
      大野和則
    • Organizer
      SICE北陸支部特別講演会
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] イヌが気づきやすいスポット光照度の反応計測装置の開発2019

    • Author(s)
      西野間 洋之、大野和則、田村涼一郎、ベオカイムーク チャヤポール、菊水健史、永澤美保、土橋直子、田所諭
    • Organizer
      第37回日本ロボット学会学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 全天球自由視点映像でイヌを遠隔操縦する光誘導スーツ2019

    • Author(s)
      西野間洋之、大野和則、岡田佳都、小島匠太郎、田村涼一郎、Nayak Sandeep Kumar、田所諭
    • Organizer
      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
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ロボット技術を利用したイヌの行動解析とナビゲーション2019

    • Author(s)
      大野和則
    • Organizer
      第37回日本ロボット学会学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] サイバー救助犬とタフなセンシング技術2019

    • Author(s)
      大野和則
    • Organizer
      VIEW OS基調講演
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2019-04-18   Modified: 2022-12-28  

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