2014 Fiscal Year Research-status Report
災害救助支援を目的とした、位置・方位情報に基づく小動物の目的地自動誘導技術の研究
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25560169
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
島谷 祐一 東京都市大学, 工学部, 准教授 (20154263)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 危機管理 / ラットナビゲーション / 報酬系 / BCI / 無線電力伝送 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ラット等の小動物にGPSセンサー等を搭載した小型の装置を装着し、被災地において人やロボットの進入が困難な地点への自動誘導を行う技術の開発を目的とした研究である。ラットの大脳報酬系を埋め込み電極で電気刺激して歩行運動を誘発し、さらにその刺激頻度に方位的重みづけを加えることで歩行運動に方位的偏向を与え、訓練を全く受けていない動物でも自由歩行の結果目的地に到達するような自動誘導アルゴリズムを完成させことが最終目標である。昨年度はフリームービング装置に繋いだラットに対して有線で脳報酬系内側前脳束への電気刺激を行い、刺激条件の最適化および２方向の方角への誘導実験を行い、共に初年度の研究目標をほぼ達成することができた。２年目である平成２６年度はラットの体に装着して無線でラットを特定の方角に誘導するための「バックパック」の設計と製作を行った。バックパックには方角センサー（デジタルコンパス）と超小型電気刺激装置を搭載し、PICマイクロプロセッサで体軸の方角をモニターしながら、目標の方角とのズレに応じて電気刺激条件を決定し、ラットの脳に埋め込んだ電極を介して報酬系を刺激する仕様とした。この装置を用いて、直径3.5mの円形フィールドで実験を行った所、ラットを任意の方角に誘導することに成功した。一方、刺激電極を体内完全埋込み型にするための無線電力伝送の研究にも着手した。成果の一部を国際学会（MAGDA201）等で発表した。
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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
平成２６年（２年目）の研究は研究計画に沿って進めることができ、その到達目標をほぼ達成することができた。これは作成したバックパックが概ね設計通りの性能を発揮し、初年度（平成２５年度）に得られた２方向誘導実験の結果に基づいた報酬系への電気刺激条件が円形フィールド内での任意方向への誘導に対しても有効に機能したことによる。さらにフィールド内に障害物を置いた場合の方角誘導の実験計画を準備中である。一方、バックパックの電気刺激装置を有線接続で埋め込み電極に接続することへのリスクが懸念されたため、当初は実験計画に明確には含めなかった体内完全埋め込み型の電気刺激装置の研究を行う必要があると判断し、そのために必要不可欠となる体内無線電力伝送の研究に着手した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究成果がほぼ計画どおりの達成度を示しているので、今後も当初の計画に沿って研究スケジュールを進める予定である。ラットに装着するバックパックの開発については２年目の目標はほぼ達成したが、最終年度はさらに開発を進め問題点の解決に努める。現在の問題点として、方角センサーが２軸であるためにラットの立ち上がりにより一時的にセンサーが誤動作することがある。これは方角センサーを３軸にすることにより解決する。またバックパックに新たにGPSセンサーを搭載し、動物の現在位置と目的地の座標からリアルタイムに目標方角を更新ながら目的地に誘導するアルゴリズムをマイクロプロセッサに搭載する。これは実際の野外フィールドでの活動を想定したバックパックの最終的機能であり、この機能の搭載をもってバックパックの試作は一応完成することになる。
次の目標は、より広いフィールドでの誘導実験である。GPSセンサーによる誘導実験は最終的には野外の広いフィールドで行う必要がある。しかし野外実験フィールドの確保には動物実験規定上の困難が予想され、実際に確保できるかどうか現時点ではまだ明確でない。したがって、まずは室内で少しでも広い実験フィールドを確保して誘導実験を行う方針である。
バックパックは、動物の歩行運動に困難を生じないように、また活動中に脱落しないように出来る限り小型軽量に設計されているが、狭い場所での活動では脱落のリスクは拭えない。脱落時には刺激電極が脳から引きぬかれ動物を傷つける危険性がある。これを避けるため電極と電気刺激装置全体を体内完全埋込み型としてバックパックから無線で電力供給と制御ができるようにする方法を考えている。このために電磁界共鳴方式による体内無線電力伝送の研究を進める計画である。
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| Causes of Carryover |
本年度はほぼ計画通り予算を使用した。研究終了時にわずかな次年度使用額が生じた理由は、手術用消耗品の最終的な使用量がそれまでの購入分で間に合ったことによる。動物実験が円滑に進んだため、余分にラットの手術を行う必要がなかったことが主な理由である。またバックパックの作成もほぼ予定の予算で行うことができたため、予算を超えて電子部品等を購入する必要もなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本年度の未使用額は次年度の消耗物品購入費に加えて使用する計画である。バックパックに新しいセンサーや無線電力伝送回路を搭載し電気刺激装置も完全埋込み型として新たに設計し作成する予定であるため、本年度より電子部品や材料費が多く必要となることが見込まれる。また、手術用麻酔薬や手術器具等の消耗品を購入するために予算の一部を使用する計画である。その他、論文投稿料にも予算を使用する計画である。
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