2013 Fiscal Year Research-status Report
魚ライクロボットの遊泳行動と魚群との相互作用およびその応用可能性
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25630181
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Anan National College of Technology |
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Principal Investigator |
福田 耕治 阿南工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (40208955)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉野 隆三郎 阿南工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (10259822)
守岡 佐保 徳島県立農林水産総合技術支援センター(試験研究部), その他部局等, 研究員 (40502240)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 水中遊泳型ロボット / 魚行動モデル / 魚群 / 魚群行動シミュレーション |
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| Research Abstract |
本研究では，まず水中遊泳ロボットを開発する必要がある。そこで，まず駆動音の小さい機構として，超音波リニアアクチュエータを用いた往復運動機構を構成し，アジの遊泳姿勢を再現した。しかし，現段階ではアクチュエータの推力が小さいためかなり遊泳速度が限られると推測された。このため，新たに電磁石を用いた揺動サーボ機構を製作し，本体設計にとりかかろうとしているところである。
一方，本研究では魚の遊泳行動モデルの構築を試みる必要もある。魚群を形成する魚類では，各個体を中心とする同心円状に，外側から引き合う作用，並行遊泳作用，反発する作用を発生させる領域が存在するとする行動モデルが広く知られている。本研究では，そのモデルをもとに，魚の自発的行動と周囲からの影響を考慮した，魚群行動シミュレーションシステムを開発した。本シミュレーションシステムでは，水槽実験を想定し，水槽および漁網による作用場を設定し，魚相互の作用と同様に考慮している。
水槽実験では，水槽への投入匹数を変化させ，上側から水槽をビデオ撮影した後，画像解析により各個体の移動軌跡を２次元でとらえ，解析している。なお，この解析システムについても，本研究において開発を進めているものである。
シミュレーションでも同様に匹数を変化させ，水槽実験の結果と同じように各個体の移動軌跡を得ている。そして，両者の移動軌跡データを定量的に評価するため，カオス・フラクタルによる解析を試みているところである。なお，これらの成果は，各種学会の講演等にて発表している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成25年度の計画にあるように，マアジを対象とした魚群行動を撮影する水槽実験およびその解析は，すすめることができている。また，遊泳軌跡を得るための画像解析システムも改良することができ，トラッキングに失敗した場合でも比較的スムーズに補助することができるようになった。さらに魚の行動モデルについても，同一方向に泳いだり壁に沿って泳ぐ状況を考慮することができた。しかし，水中遊泳型ロボットの開発が遅れている。これは，本体を曲げるためのアクチュエータとして回転モータと減速機構を利用すると，駆動音が大きくなると考え，特に減速機構を用いない別のアクチュエータを利用することにしたため，その駆動回路を中心に開発に時間を要したことが原因である。さらに，当初のアクチュエータでは得られる推力が小さく，そのまま開発を進めることは不適切と考えられたため，別のアクチュエータを用いることにした。以上のように，ロボット開発を除き計画に沿って研究がすすめられていると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
遅れている水中遊泳型ロボットの開発については，アクチュエータ部の課題がひとまず解決されたので，これから開発を進展させることができると考えている。このロボットは，本来衝突を避けるためのセンサを含めたいくつかの機能を具備する必要があり，このままでは開発に時間を要する。そこで，まず単純な遊泳をするロボットを製作した後に各種機能を付加していくことで，さまざまな条件における実際の魚とのインタラクションを観察することにする。アクチュエータは揺動型サーボであり，１ユニット20×21×16[mm](W×D×H)とすることができた。この駆動ユニットの駆動力が小さい場合は，縦に2つから3つ程度連結して駆動部を構成することで駆動力を確保することができる。コントローラには，およそ33×40[mm]のマイコンボードを用いており，駆動回路を含めても33×40×16[mm]程度にしている。
このように，基本的な遊泳動作を行う機構やコントローラは，目標サイズ（体長150[mm]程度）を達成できる程度に小型に設計・製作できているので，平成２６年度前半のうちにロボットの筐体を製作し，ロボットを試作する。
その他の実験・解析についても，適切なサイズのマアジが得られる平成26年度後半に集中的に実施する予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初購入を予定していたＧＰＧＰＵユニットを搭載した画像処理用ＰＣを効率的に運用するためシミュレーションでも利用しようと考えている。このため，システムの価格が予定よりも多少高額になった。そこで，画像処理の処理速度向上を多少遅らせたとしても，平成26年度分と合わせて購入することが適切と考えた。また，ロボット開発も遅れているため，本格的な消耗品の使用は平成26年度前半に見込まれる点も，理由の一つとして挙げられる。
ＧＰＧＰＵユニットを搭載した画像処理およびシミュレーション用ＰＣを購入し，平成26年度前半のうちに利用できるようにする。申請時の計画にあった耐環境性の高いノートパソコンは，申請時より配分額が減少したため平成25年度のうちに別予算にて購入している。
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