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生物ソナーをモデルとした混信回避アルゴリズムの精緻化

研究課題

研究課題/領域番号 23K22773
補助金の研究課題番号 22H01503 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分21030:計測工学関連
研究機関同志社大学

研究代表者

飛龍 志津子  同志社大学, 生命医科学部, 教授 (70449510)

研究分担者 土屋 隆生  同志社大学, 理工学部, 教授 (20217334)
小林 耕太  同志社大学, 生命医科学部, 教授 (40512736)
山田 恭史  広島大学, 統合生命科学研究科(理), 助教 (80802561)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2024年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2023年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2022年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
キーワード生物ソナー / 混信回避行動
研究開始時の研究の概要

“群れ”で飛行するコウモリは,周囲の仲間からの超音波やそのエコーが複雑に重畳する中,自身に必要な情報を適切に抽出している.通信やセンシング技術にも通じるその情報処理メカニズムは,生物が独自に生み出した混信回避の最適解と言えよう.そこで本研究は,コウモリの集団飛行を混信回避の生物モデルと捉え,混信を効率的に回避するロバストなセンシングの運用方法を明らかにすることを目的としている.コウモリの高度なセンシングに工学から生物学に至る視点で迫り,生物システムから学ぶ混信回避の戦術を明らかにしたい.

研究実績の概要

本研究は,コウモリの集団飛行を混信回避の生物モデルと捉え,混信を効率的に回避するロバストなセンシングの運用方法を明らかにすることを目的としている.
本年度は,コウモリに搭載可能な音響ロガーの開発を終えることができた.単独飛行するコウモリに対して実施した実験(音圧と呈示頻度の異なるFM型パルスをラウドスピーカから呈示)を基礎とした音響混信回避モデルを基に,グループ飛行するコウモリの周波数調整行動の計測およびモデルによるシミュレーションを行った.具体的にはモーションキャプチャーシステムによって計測した飛行軌跡と音響ロガーで得たコウモリの超音波を用いて,混信回避モデルによる周波数変化をシミュレーションしたところ,実測との傾向の一致を確認することができた.これより,グループ飛行時の周波数調整行動は,各コウモリの飛行経路も大きく影響していることが示唆された.さらに,飛行によるドップラー効果が混信回避に寄与しているという仮説を検証するため,行動データとドップラーを加味した音響シミュレーションを組み合わせた分析を行った.具体的にはペアで飛行するコウモリが他個体から受け取るパルスの数値算出を行った.その結果,ドップラーにより自身と他個体間の音声の類似度がより低下する傾向を確認することができた.
さらに上述の混信回避モデルを搭載したトイモデル型の自走ロボットの複数台走行を実施した.その結果,周波数調整行動を搭載すると,障害物環境での誤定位の低減やスムーズな走行の実現など,コウモリの混信回避モデルが実機を用いた複数台走行でも十分発揮されることが実験的に明らかにでき,論文執筆に向けた十分なデータが整うに至った.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

自走ロボットの複数台走行実験を行うに際し,ハードウェア,ソフトウェア面の課題を本年度,ほぼ解決することができた.その結果,コウモリで得られた行動機序を基にしたモデルを実機に搭載し,障害物環境下での複数台走行実験まで行うことができた.コウモリの周波数調整行動が工学的にも有用であることが実験より明らかにでき,自走ロボットによる工学検証に関して,論文執筆に向けた結果をほぼ得ることができた.

今後の研究の推進方策

コウモリの行動データと混信回避モデルに関する論文の投稿,また自走ロボットの複数台走行実験の結果についても論文の投稿を行う.またコウモリ模倣超音波の送信機構を実装したドローンの単独飛行に関する結果についても,論文投稿・採択を目指す.野外において同所性異種間のコウモリに関する周波数調整行動に関しても,データをまとめて論文投稿を目指したい.

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2023 2022

すべて 学会発表 (16件) (うち国際学会 8件、 招待講演 1件)

  • [学会発表] Adaptive behavior of animals learned from echolocation in bats2023

    • 著者名/発表者名
      Shizuko Hiryu
    • 学会等名
      The 11th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines, 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of an Autonomous Vehicle Equipped with a Broadband Ultrasonic Sensor (Thermophone) for Engineering Verification of the Bats Jamming Avoidance Behavior2023

    • 著者名/発表者名
      Kanta Hasegawa, Yasufumi Yamada, Yuuka Sato, Kazuma Hase, Yuma Watabe, Shinichi Sasaki, Takaaki Asada, Shizuko Hiryu
    • 学会等名
      The 11th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines, 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高密度飛行時における野生下エコーロケーションコウモリの音響ナビゲーションに関する分析-複数種による同時出巣行動に対する映像と音響の同時計測-2023

    • 著者名/発表者名
      杉森僚太、藤岡慧明、杉本翔、波部斉、川嶋宏彰、飛龍志津子
    • 学会等名
      日本哺乳類学会2023年度大会 100周年記念大会 琉球大学
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Ultrasonic sensing system with thermophone and its applications2023

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Asada, Shinichi Sasaki, Yuma Watabe, Yasufumi Yamada,Kanta Hasegawa, Yuuka Sato, Shizuko Hiryu
    • 学会等名
      Sydney 2023 - Acoustical Society of America
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sensing strategies of bats for avoiding acoustic confusion by jamming sounds2023

    • 著者名/発表者名
      Tasuku Miyazaki, Kazuma Hase, Seiya Oka, Noriyoshi Senoo, Hiraku Nishimori, Masashi Shiraishi, Ken Yoda, Kohta Kobayashi, Shizuko Hiryu
    • 学会等名
      XXVIII International Bioacoustics Congress
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 耳介型ホーンを搭載した音響ロガーによる飛行中コウモリのエコーロケーション音声の計測2023

    • 著者名/発表者名
      妹尾規良,岡誠也,宮崎奨功,中村太宥,加藤めぐみ, 長谷一磨,手嶋優風,土屋隆生,飛龍志津子
    • 学会等名
      日本音響学会第151回(2024年春季)研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Visualization of grasp space and attention transitions in bats using echo reconstruction with acoustic simulation2022

    • 著者名/発表者名
      Yu Teshima, Yuta Hasegawa, Megumi Kato, Takumi Nomura, Takao Tsuchiya, Shizuko Hiryu
    • 学会等名
      International Congress Neuroethology 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Echo recovery in bats using acoustic simulation2022

    • 著者名/発表者名
      Yu Teshima, Takao Tsuchiya, Yuta Hasegawa, Shoko Genda, Ryota Moriyama, Taku Kawamura and Shizuko Hiryu
    • 学会等名
      ICA 2022 24th INTERNATIONAL CONGRESS ON ACOUSTICS
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Onboarding Simple Sonar System with Thermophone for Autonomous Flying Drone2022

    • 著者名/発表者名
      Yasufumi Yamada, Kanta Hasegawa, Haruka Nishiyama, Yuma Watabe, Shinichi Sasaki, Takaaki Asada, Shizuko Hiryu
    • 学会等名
      International Ultrasonic Symposium 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Why use the finite difference time domain method for studying echolocation bats?2022

    • 著者名/発表者名
      Yu Teshima, Takao Tsuchiya, and Shizuko Hiryu
    • 学会等名
      183rd Meeting of the Acoustic Society of America, Grand Hyatt Nashville (Nashville, Tennessee)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] FDTDシミュレーションを用いたエコー復元によるコウモリの周回飛行中の注意推定2022

    • 著者名/発表者名
      長谷川雄大,手嶋優風,森山涼太,源田祥子,河村拓,土屋隆生,飛龍志津子
    • 学会等名
      海洋音響学会2022年研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] コウモリの周波数調整行動の工学的検証―サーモホン搭載型自律走行車による混信回避戦略の検討―2022

    • 著者名/発表者名
      長谷川勘太,Victor BRONDEAU,山田恭史,西山葉瑠佳,長谷一磨,渡部佑真,佐々木晋一,浅田隆昭,飛龍志津子
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] シンプルな生物ソナーデザインに基づく自律飛行ドローンのための音響ナビゲーションシステムの創発 ―サーモホンを用いた非線形周波数下降FM音による超音波ナビゲーション の有用性について―2022

    • 著者名/発表者名
      山田 恭史, 長谷川 勘太, 西山 葉瑠花, 渡部 佑真, 佐々木 晋一, 浅田 隆昭, 飛龍 志津子
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 妨害音に対するコウモリの周波数調整行動に関する検討2022

    • 著者名/発表者名
      宮崎奨功, 長谷一磨, 岡誠也, 妹尾規良, 西森拓, 白石允梓, 山中治, 依田憲, 小林耕太, 飛龍志津子
    • 学会等名
      日本音響学会 聴覚研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] コウモリから学ぶ広帯域超音波センサ(サーモホン)搭載型自律走行車による音響的混信回避戦略の検討2022

    • 著者名/発表者名
      長谷川勘太、山田恭史、西山葉留花、長谷一磨、渡部佑真、佐々木晋一、浅田隆昭、飛龍志津子
    • 学会等名
      計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] コウモリの生物ソナーに学ぶ空中超音波ナビゲーションシステム2022

    • 著者名/発表者名
      山田 恭史,渡部 佑真,佐々木晋一,浅田 隆昭, 飛龍志津子
    • 学会等名
      第35回自律分散システム・シンポジウム,大阪
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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