水中匂い源探知コンパス-生物行動を模倣した匂いの能動サンプリング

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750387
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 石田 寛 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (80293041)
• Keywords: 能動センシング / 嗅覚 / 匂い源探知 / 流れの可視化 / 電気化学センサ / 微小電極

Research Abstract

ザリガニやカニなどの水棲生物は,嗅覚を頼りに餌を探す、本研究ではこの生物行動を模倣し、水中を漂う匂い(またはセンサで検出可能な化学物質一般)の発生源を方位磁石(コンパス)のように指し示すシステムの実現を目指す。本年度は、初めに川の流れや潮流に匂いが運ばれてきた場合について濃度場の解析を行い、同種の化学センサを並べたアレイにより流れの方向など様々な情報が得られることを示した。
一方、湖底など水の流れが微小な環境では、生物は自ら水流を起こして匂いを触覚に引き寄せ、周囲の餌の所在を探る。この能動的な匂いのサンプリング効果を詳細に調べるため、直径5.5cm、長さ13cmの円管の内側にファンを固定した模型を用意し、可視化実験を行った。幅60cmの水槽に水性インクをたらし、化学物質が円管に吸引される様子を可視化する。CCDカメラで撮影した画像を解析した結果、周囲から吸引口に向かう層流場が形成され、流線が互いに交わることなく吸引口に収束していることが分かった。したがって、吸引口に複数の化学センサを配置し、化学物質が吸引口のどの部分を通過したかを調べれば、その場所の流線の向きから発生源の方向を判定することができる。また、間欠的に吸引を行い、吸引開始からセンサが応答するまでの時間を測定すれば、発生源までの距離を求めることもできる。
以上より能動サンプリングが発生源探知に有効であることが分かったので、続いて水中の匂い物質を検出するセンサの製作を行った。ポリアニリン膜をコートしたプラチナ微小電極を用いてアンペロメトリック式電気化学センサを作成したところ、アスコルビン酸などの有機化合物を1秒以下の応答時間で高速に検出できることが分かった。次年度では、このセンサを用いて水中匂い源探知コンパスを製作し、能動サンプリングの効果をより定量的に明らかにする。

Research Products

• [Publications] H.Ishida, M.Hirayama, J.Janata, D.R.Webster, T.Moriizumi: "Sensor arrays for tracking of underwater chemical plumes"電子情報通信学会技術研究報告. 101・253(OME2001-56). 67-72 (2001)
• [Publications] 伊東, 石田, 森泉: "水中匂い源探知コンパスの研究"電気学会全国大会講演論文集. (発表予定).
• [Publications] 伊東, 石田, 森泉: "水中匂い源探知コンパスの研究"Technical Digest of 19th Sensor Symposium. (発表予定).