2020 Fiscal Year Annual Research Report
コウモリの集団飛行に学ぶ，３次元群知能センシングの解明とその工学的応用
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18H03786
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
飛龍 志津子 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (70449510)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤岡 慧明 同志社大学, 研究開発推進機構, 特別研究員 (00722266)
伊藤 賢太郎 法政大学, 生命科学部, 講師 (20528351)
小林 耕太 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (40512736)
長谷 一磨 名古屋大学, 環境学研究科, 学振特別研究員(PD) (60867696)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 生物ソナー / 超音波センシング / 混信回避 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，超音波センシングを行うコウモリの集団飛行中の混信回避メカニズムに着目し，その仕組みの解明及び工学的応用に向けた展開の指向を目的としている．FM型コウモリを対象に混信回避状況をラウドスピーカで再現した実験において，混信信号の再生頻度，周波数，音圧によって周波数調整行動がどのように変化するのか行動実験によってさらに確かめた．その結果，頻度や周波数によって周波数調整量に仮説通りの変化がみられ，集団飛行時の混信回避ルールの一端を明らかにすることができた．またCF-FMコウモリ２個体同時飛行における飛行軌跡の同調現象については，論文化することができた．混信の程度が低い場合は，顕著な周波数調整行動は見られないものの，閉空間を飛行するコウモリ同士の飛行経路が類似する傾向があることを実験より示せた．野外ではこれまで高感度ビデオカメラで計測した洞窟から集団で出巣するFMコウモリの映像を基に，３次元飛行軌跡の導出から出巣行動の分類などの分析を進めた．また行動分類の結果から，洞窟に出入りする個体数の時空間的な変化をとらえることが可能となり，野生下のコウモリの集団生態の重要なデータとなることが期待された．これらの結果は論文として出版される予定である．広帯域空中超音波デバイスを用いた自律走行車の開発では，FMコウモリの周波数調整行動を実装した．複数の他のコウモリが存在する状況を人工的に作成し，自身のエコーと混信信号との分離が可能であるかを実機を用いて調べたところ，提案手法が有用に機能していることを明らかにすることができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実験室内での２個体同時飛行の行動データに関しては，本年度論文化することができた．また，前年度に引き続きラウドスピーカを用いた混信回避実験によって，混信信号の周波数や頻度に応じたコウモリの周波数調整行動データを十分に蓄積することができた．数理モデル化も視野に入れた考察にも着手することができ，室内実験の利便性を活かした実験が効率よく展開できたと思われる．
また野生コウモリの集団出巣飛行に関しても，これまで計測した映像データから３次元軌跡の導出や，そこから行動分類や個体数の推定など，基本的な解析を進めることができ，また論文化もできた．コウモリの野生下での集団行動の研究は海外でも例が少なく，今後個体間の相互作用などの分析に取り組んでいきたいと考えている．自律走行車は，懸案であった信号処理にかかる時間を大幅に削減する改善ができ，またコウモリを模倣した混信回避のための周波数調整行動を初めて実装するところまでできた．複数のスピーカからの様々な類似する混信音声の中，自身のエコーのみを抽出し，障害物が定位できるところまでを実機を用いて確認することができた．複数台走行の実現までにはまだいくつかの課題があるが，これまでのところ順調に開発は進んでいると判断している．
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| Strategy for Future Research Activity |
室内のプレイバック実験による混信回避行動データについては，音圧パラメータに関する行動反応を実験により確認し，今後は数理モデル化も視野に今年度中の論文化を目指していく．またCF-FMコウモリが集団で飛行する際に取得する自身のエコーや他個体からの音声を，行動実験とドップラー効果を含めた音響シミュレーションとを組み合わせた新たなアプローチにより，分析することを予定している．CF-FMコウモリにおいては，混信回避行動が明らかにはなっていないことから，提案手法により新たな知見を得たいと考えている．自走ロボットを用いた工学的検証では，ロボットを複数台同時に走行させる実験を今年度中に実施したいと考えている．ハードウェアとソフトウェアにいくつかまだ改良すべき課題があることから，これらの対応を進めていきたい．またドローンへの応用展開も計画している．
昨年に引き続き，コロナの状況によっては対面での打ち合わせや実験が予定通り実施できないことも予想されることから，オンラインでの打ち合わせを密に行い，また論文執筆に向けての計画を先に立てることで，効率よく研究を進めていきたいと考えている．
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