2020 Fiscal Year Research-status Report
全方位移動型トレッドミルによる昆虫の適応的行動選択指標の獲得と工学的再現
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19K14943
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
志垣 俊介 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (50825289)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 全方位移動型トレッドミル / 雌探索行動 / 生物模倣型ロボティクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，昆虫の雌探索行動を題材として，昆虫が有する環境・身体の特性と神経情報処理の相互作用から生じる状況適応的な行動選択指標の獲得に取り組む．
2020年度は，2019年度に構築した全方位移動型昆虫トレッドミルを用いて昆虫（カイコガ雄成虫）の運動系及び感覚系に介入した際の適応行動を調査した．具体的には，環境から獲得する感覚刺激を昆虫に提示する際に遅れを生じさせること（感覚への遅れ）と，昆虫の行動を全方位移動型昆虫トレッドミルに反映させる際に遅れを生じさせること（運動への遅れ）を実施した．雌探索行動実験を実施した結果，運動への遅れの場合，0.5秒程度遅れがあったとしても雌への定位成功率は変わらないが，感覚への遅れの場合，0.2秒以上遅れが生じると極端に定位成功率が低下するということがわかった．このことから，カイコガは強力に感覚フィードバックを働かせることによって，運動への遅れに対して頑健であるが，感覚入力に対しては推定が難しいことから，感覚への遅れによってカイコガの内部システムに劣化が生じているのではないか，という仮説が得られた．これに加えて，形態の異なる昆虫の触角の電気信号を容易に計測できるシステムや，昆虫の行動を情報論的に解析する手法，匂い源探索性能向上のための能動的匂いサンプリング手法の確立を行った．
これらの一連の成果は，査読付国際論文誌5編，査読付国際会議講演2件，ほかにおいて発表された．
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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
本研究課題は，匂い源探索問題を題材に，昆虫の適応的な行動選択過程の指標の獲得と実装を目指す．これにより，有視界での探索が困難な状況における危険物やガス漏れ源の特定を可能とするロボットシステムの構築が期待される．
2020年度では，2019年度に構築した全方位移動型昆虫トレッドミルを用いて昆虫の運動および感覚への遅れに対する行動の計測と解析を行なった．その結果，運動への遅れに対しては頑健であるが，感覚に遅れが生じると雌への定位率が大幅に低下することがわかった．また，感覚（嗅覚）刺激が入力された前後の行動変化に着目したところ，運動への遅れの場合に比べて，感覚への遅れが生じた場合は蛇行するような行動が誘発されることを明らかとした．加えて，状況依存的に匂いセンサを能動的に動かすことが匂い源探索性能向上に寄与することを明らかとした．これらの成果は査読付きの国際論文誌に採録されたことから国内外に新たな知見をもたらすことができた．以上の観点から，2020年度の進捗状況は，当初予定された計画以上の成果を得ることができたといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は，2020年度に得られた行動実験データを含めて，深層学習を用いて軌跡データの定量的解析を行うとともに，環境をより複雑にした際に昆虫がどのような行動決定を行っているかを明らかにする．現在までの行動実験は障害物が存在しない空間（オープンフィールド）で実施していたため，比較的空気の流れが整っている条件であった．障害物が存在する空間では，障害物によって気流が乱れることから，匂いと風向の向きが必ずしも一致しないことが予想される．そのため，環境の複雑さに依存して昆虫が獲得する感覚入力に差が生じることから，運動出力に影響を及ぼす可能性がある．そこで，複雑な環境における感覚入力と運動出力の関係を全方位移動型昆虫トレッドミルにより計測し，オープンフィールドでの実験結果と比較する．以上より，2021年度では環境の複雑さによって変化する感覚入力と運動出力の関係を計測することと，その関係を深層学習により解析することを相補的に実施することで，昆虫の適応的な匂い源探索アルゴリズムの獲得を行う予定である．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの感染拡大により，予定していた国際会議がオンライン開催となったことから，渡航費の予算の繰り越しを行った．
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Research Products
(14 results)
