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アニマル・インザ・ループによる昆虫の適応的嗅覚ナビゲーション機能の解明と再構成

公募研究

研究領域生物ナビゲーションのシステム科学
研究課題/領域番号 19H04930
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関大阪大学

研究代表者

志垣 俊介  大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (50825289)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2019年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワードアニマル・インザ・ループ / 昆虫用バーチャルリアリティシステム / 異種感覚統合 / 匂い源定位問題 / 生物模倣型ロボット / 匂い源定位行動
研究開始時の研究の概要

本研究では,アニマル・インザ・ループという新しいコンセプトを基盤に昆虫が持つ適応的な嗅覚ナビゲーションシステムを解明し,ロボットに再構成することを目的とする.本システムは,ロボットと昆虫を一つのシステムとして構成し,コントローラである昆虫は自身の身体ではない機械身体を制御することでタスクを行う.本研究では,昆虫の匂い源への定位行動に着目し,昆虫の環境適応能,身体適応能,身体と脳神経系の間にみられる内在的な適応能を解析する.具体的には,ロボット身体や昆虫に与える環境情報に矛盾を加えることで,状況に応じた適応能をどのように発揮するか計測し,モデル化する.モデルの検証は完全自律型移動体を用いて行う.

研究実績の概要

本研究では, アニマル・インザ・ループという新しいコンセプトを基盤に昆虫が持つ適応的な嗅覚ナビゲーションシステムを解明し,ロボットシステムに再構成することを目的とする.アニマル・インザ・ループシステムとは,ロボットと昆虫を一つの制御系として構成し,制御器である昆虫は自身の体ではない機械身体を遠隔で制御することでタスクを行うという系である.この系には昆虫に異種刺激を提示し,行動を計測するためのバーチャルリアリティシステム(VR)と昆虫のアバターとして実空間を移動する自律移動体から構成される.
2020年度は,構築した昆虫用VRシステムを用いて嗅覚,視覚,風刺激を提示した際の昆虫の行動を計測した.10通りの感覚刺激の提示方法で行動実験を行った結果,風向と匂い到達方向の一致度合いによって,移動速度が異なることがわかった.これは昆虫が環境の複雑さ(例えば,気流の乱れ度合い)に応じて行動を変化させていることが示唆された.具体的には,障害物が存在しない様な環境では,速い移動速度で積極的に探索を行うが,乱流度が高い環境においては,常に低速の移動速度で移動することで,匂い分布内に留まろうとする現象が生じた.この現象を数理モデル化し,シミュレーションによって検証した結果,実環境下で行動する昆虫の探索軌跡と酷似した行動が再現された.このことは従来の生物模倣型探索アルゴリズムで表現できていなかったことから,本研究成果によって,生物の適応的な行動の一部を記述することができたと考える.
これら一連の成果は,査読付学術論文誌2編,査読付国際会議講演2件,招待講演2件,他において発表された.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Wearable Vibration Sensor for Measuring the Wing Flapping of Insects2021

    • 著者名/発表者名
      Yanagisawa Ryota、Shigaki Shunsuke、Yasui Kotaro、Owaki Dai、Sugimoto Yasuhiro、Ishiguro Akio、Shimizu Masahiro
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 21 号: 2 ページ: 593-593

    • DOI

      10.3390/s21020593

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Identification of Exploration and Exploitation Balance in the Silkmoth Olfactory Search Behavior by Information-Theoretic Modeling2021

    • 著者名/発表者名
      Hernandez-Reyes Cesar A.、Fukushima Shumpei、Shigaki Shunsuke、Kurabayashi Daisuke、Sakurai Takeshi、Kanzaki Ryohei、Sezutsu Hideki
    • 雑誌名

      Frontiers in Computational Neuroscience

      巻: 15

    • DOI

      10.3389/fncom.2021.629380

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 昆虫用運動補償装置を用いたオカダンゴムシの走光性の評価2020

    • 著者名/発表者名
      川野雄基, 大槻圭一, 阿部真人, 永谷直久, 志垣俊介, 藤澤隆介
    • 雑誌名

      システム制御情報学会論文誌

      巻: 33 ページ: 67-76

    • NAID

      130007855011

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental Analysis of the Influence of Olfactory Property on Chemical Plume Tracing Performance2019

    • 著者名/発表者名
      Shigaki Shunsuke、Okajima Kei、Sanada Kazushi、Kurabayashi Daisuke
    • 雑誌名

      IEEE Robotics and Automation Letters

      巻: 4 号: 3 ページ: 2847-2853

    • DOI

      10.1109/lra.2019.2921948

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of the role of wind information for efficient chemical plume tracing based on optogenetic silkworm moth behavior2019

    • 著者名/発表者名
      Shigaki Shunsuke、Haigo Shoma、Hernandez Reyes Cesar、Sakurai Takeshi、Kanzaki Ryohei、Kurabayashi Daisuke、Sezutsu Hideki
    • 雑誌名

      Bioinspiration & Biomimetics

      巻: 14 号: 4 ページ: 046006-046006

    • DOI

      10.1088/1748-3190/ab1d34

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Chemical Plume Tracing Model Learning from Insect Behavior2021

    • 著者名/発表者名
      K. Okajima, S. Shunsuke, K. Sanada, D. Kurabayashi
    • 学会等名
      2021 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 昆虫の匂い源探索行動における視覚・風向情報の役割解析2021

    • 著者名/発表者名
      山田真由,大橋ひろ乃,倉林大輔,細田耕,志垣俊介
    • 学会等名
      第33回自律分散システム・シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Measurement and Analysis of Odor Source Search Behavior of Insect Using Virtual Reality System2020

    • 著者名/発表者名
      M. Yamada, S. Shigaki, H. Ohashi, M. Shimizu, K. Hosoda, D. Kurabayashi
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] バーチャルリアリティシステムを用いた昆虫の匂い源探索行動の計測と解析2020

    • 著者名/発表者名
      山田真由,志垣俊介,大橋ひろ乃,清水正宏,細田耕,倉林大輔
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス部門講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] The Visual and Wind Information Contribute to Odor Source Search Behavior of Male Silkmoth2020

    • 著者名/発表者名
      M. Yamada, S. Shigaki, H. Ohashi, M. Shimizu, K. Hosoda, D. Kurabayashi
    • 学会等名
      The 42th Annual Meeting Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Measurement of insect wing beat with novel vibration sensor2020

    • 著者名/発表者名
      R. Yanagisawa, S. Shigaki, K. Yasui, D. Owaki, Y. Sugimoto, A. Ishiguro, M. Shimizu
    • 学会等名
      The 42th Annual Meeting Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 匂い刺激入力と匂い源探索行動の同時計測システムの構築2020

    • 著者名/発表者名
      岡島慶, 志垣俊介,眞田一志,倉林大輔
    • 学会等名
      第21回計測自動制御学会SI部門講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 昆虫触角の応答特性の変化についての解析2020

    • 著者名/発表者名
      山田直輝,細田耕,志垣俊介
    • 学会等名
      第21回計測自動制御学会SI部門講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Electroantennography Measurement by Printed Electronics Electrode2020

    • 著者名/発表者名
      N. Yamada, S. Shigaki, M. Shimizu, H. Ohashi, T. Umedachi, T. Ogura and K. Hosoda
    • 学会等名
      2020 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of the Effect of Sampling Strategy: Flicking for Chemical Plume Tracing by an Autonomous Robot2020

    • 著者名/発表者名
      K. Okajima, S. Shunsuke, C. Hernandez Reyes, K. Sanada and D. Kurabayashi
    • 学会等名
      2020 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Variable Capture-Angle Sampling for Chemical Plume Tracing by an Autonomous Mobile Robot2020

    • 著者名/発表者名
      R. Yanagawa, K. Kurabayashi, K. Okajima, S. Shunsuke, Y. Hattori and D. Kurabayashi
    • 学会等名
      2020 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 昆虫の嗅覚ナビゲーション行動解析のための感覚介入システム2020

    • 著者名/発表者名
      志垣俊介,清水正宏,倉林大輔
    • 学会等名
      第32回自律分散システム・シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 昆虫適応行動計測のためのバーチャルリアリティシステムの構築2019

    • 著者名/発表者名
      志垣俊介,清水正宏,倉林大輔
    • 学会等名
      第20回計測自動制御学会SI部門講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Experimental Verification of Printed Electrode for Electroantennogram2019

    • 著者名/発表者名
      N. Yamada, S. Shigaki, M. Shimizu, H. Ohashi, T. Umedachi, T. Ogura and K. hosoda
    • 学会等名
      The 41th Annual Meeting Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of the female searching behavior in silkworm moth by simultaneously measuring the change of odor distribution2019

    • 著者名/発表者名
      K. Okajima, S. Shigaki, T. Chiba, C. Hernandez Reyes, K. Sanada and D. Kurabayashi
    • 学会等名
      The 41th Annual Meeting Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 嗅覚応答特性が与えるナビゲーション性能への影響評価2019

    • 著者名/発表者名
      志垣俊介,岡島慶,眞田一志,倉林大輔,清水正宏
    • 学会等名
      第37回日本ロボット学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] アニマル・インザ・ループによる昆虫の適応的嗅覚ナビゲーション2019

    • 著者名/発表者名
      志垣俊介
    • 学会等名
      第37回日本ロボット学会学術講演会(OF10: ロボットテクノロジーが迫る生物ナビゲーションの謎)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 構成的手法による昆虫嗅覚ナビゲーション戦略の理解2019

    • 著者名/発表者名
      志垣俊介
    • 学会等名
      令和元年度第三回ブレインウェア工学研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 個人ページ

    • URL

      https://sshigaki.jimdofree.com/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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