実環境で音を聞き分けるドローン聴覚の体系化

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H00750
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 奥乃 博 早稲田大学, 次世代ロボット研究機構, その他(招聘研究員) (60318201)
• 研究分担者: 公文 誠 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (70332864) ; 干場 功太郎 東京工業大学, 工学院, 助教 (50782182) ; 鈴木 太郎 千葉工業大学, 未来ロボット技術研究センター, 上席研究員 (80710368) ; 劉 浩 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (40303698)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: ドローン聴覚 / ロボット聴覚 / カイトプレーン / タコ式ドローン / 生物規範型静音翼 / 三次元点群生成 / GNSS / 認知ドローン聴覚

研究実績の概要

最終年は『要素技術間のシステム統合』を中心に取り組んだ．各WPの実績を次に示す．
【WP1：音響信号処理の高機能化】①放出音（飛行音）とその反射音の間の干渉に基づく距離スペクトル分析による形状推定法を開発し，数ｍ離れた板の形状認識が可能との知見を得た（Ｊ論文等）②WP4開発の生物規範型静音プロペラのガーニーフラップに起因する大きな雑音の時刻変動に対して，統計情報による雑音成分推定を通じた音源定位法を頑健化【WP2：３次元点群生成】③カイトプレーンのような姿勢の不安定性に対処するために複数GNSSの観測値からグラフ最適化によるドローンの位置姿勢推定手法の高性能化を行い，ドローン搭載LiDARによる環境の三次元計測の精度を向上（Ｊ論文等）
【WP4：生物規範による静音翼】④フクロウ翼を規範とした平板翼の空力音響性能に対してプロペラ周りの流れ場の大規模LES解析し，詳細な表面圧力変動データを得た（J論文等）⑤このデータを用いた音響アナロジーによる遠方場の分離解法モデルを構築し，任意位置におけるプロペラ周りの翼厚音，また圧力変動に起因する荷重音といった音圧レベルの定量的な評価法を確立し，ガーニーフラップ構造の妥当性を検証（J論文等）【WP5：カイトプレーンによる静音化＋WA3】⑥カイトプレーンの滑空状態（ロータ停止）と駆動飛行を繰り返すAlternating Drive-and-Glide Flight Navigationを考案し，飛行実験で100m先の音源まで検出可能との知見を得る（J論文等）【WP3＋all】⑦認知ドローン聴覚の観点からカイトプレーンの動的特性を活用した線型マイクアレイの開発 ⑧屋外での音響処理を野鳥の鳴き声観測に応用（J論文等）
⑨HARK講習会の実施，Society5.0科学博にドローン音響を出展．

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

備考

①ロボット聴覚オープンソースソフトウェアHARK講習会実施，2021年11月22日．②第39回日本ロボット学会学術講演会オーガナイズドセッション「ロボット聴覚およびその展開」，2021年9月8日．③Society 5.0科学博出展　2021年7月15～28日．
④IROS-2021 Best Paper Award on Safety, Security, and Rescue Robotics受賞

研究成果

• [国際共同研究] University of Virginia(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Virginia
• [雑誌論文] Object Surface Recognition Based on Standing Waves in Acoustic Signals (2022)
  • 著者名/発表者名: Kumon Makoto、Fukunaga Rikuto、Manabe Tomoya、Nakatsuma Kei
  • 雑誌名: Frontiers in Robotics and AI 巻: 9 ページ: Article 872964
  • DOI: 10.3389/frobt.2022.872964
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Auditory Survey of Endangered Eurasian Bittern Using Microphone Arrays and Robot Audition (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsubayashi Shiho、Nakadai Kazuhiro、Suzuki Reiji、Ura Tatsuya、Hasebe Makoto、Okuno Hiroshi G.
  • 雑誌名: Frontiers in Robotics and AI 巻: 9 ページ: Article 854572
  • DOI: 10.3389/frobt.2022.854572
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of a continuum robot enhanced with distributed sensors for search and rescue (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi Yu、Ambe Yuichi、Nagano Hikaru、Konyo Masashi、Bando Yoshiaki、Ito Eisuke、Arnold Solvi、Yamazaki Kimitoshi、Itoyama Katsutoshi、Okatani Takayuki、Okuno Hiroshi G.、Tadokoro Satoshi
  • 雑誌名: ROBOMECH Journal 巻: 9 ページ: Article 8
  • DOI: 10.1186/s40648-022-00223-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Autonomous Kiteplane System for Drone Audition (2022)
  • 著者名/発表者名: Makoto Kumon, Hiroshi G. Okuno
  • 雑誌名: Proceedings of Second International e-Symposium on UAV/UAS Noise (Quiet Drones) 巻: 1 ページ: Accepted
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aeroacoustic interaction between owl-inspired trailing-edge fringes and leading-edge serrations (2022)
  • 著者名/発表者名: Jiaxin Rong, Hao Liu
  • 雑誌名: Physics of Fluids 巻: 34 ページ: 011907
  • DOI: 10.1063/5.0078974
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Compact Sphere-Shaped Airflow Vector Sensor Based on MEMS Differential Pressure Sensors (2022)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Haneda, Kenei Matsudaira, Ryusuke Noda, Toshiyuki Nakata, Satoshi Suzuki, Hao Liu
  • 雑誌名: Sensors 巻: 22 ページ: 1087～1087
  • DOI: 10.3390/s22031087
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Experimental Investigation of Aeroacoustic Interaction between Propeller and Duc (2022)
  • 著者名/発表者名: Jianwei Sun, Koichi Yonezawa, Hao Liu
  • 雑誌名: Proceedings of the 28th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference 巻: 1 ページ: Accepted
  • 査読あり
• [雑誌論文] A non-invasive monitoring of a spatio-temporal dynamics of vocalizations among songbirds in a semi free-flight environment using robot audition techniques (2021)
  • 著者名/発表者名: Shinji Sumitani, Reiji Suzuki, Takaya Arita, Kazuhiro Nakadai, Hiroshi G. Okuno
  • 雑誌名: Birds 巻: 2 ページ: 158～172
  • DOI: 10.3390/birds2020012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Alternating Drive-and-Glide Flight Navigation of a Kiteplane for Sound Source Position Estimation (2021)
  • 著者名/発表者名: Kumon Makoto、Okuno Hiroshi G.、Tajima Shuichi
  • 雑誌名: Proceedings of 2021 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS- 2021) 巻: 1 ページ: 2091～2097
  • DOI: 10.1109/IROS51168.2021.9636136
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Interactive effects of owl-inspired leading-edge serrations and trailing-edge fringes on aerodynamic performance and sound reduction (2021)
  • 著者名/発表者名: Jiaxin Rong, Hao Liu
  • 雑誌名: SEB’s 2021 Annual Conference 巻: 34 ページ: online
• [雑誌論文] Experimental Investigations on Aerodynamic and Psychoacoustic Characteristics of Loop-Type Propeller (2021)
  • 著者名/発表者名: Jianwei Sun, Koichi Yonezawa, Eiji Shima, E. Shima, Hao Liu
  • 雑誌名: Proceedings of 12th Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology (APISAT 2021) 巻: 1 ページ: P00116
  • 査読あり
• [雑誌論文] UAVとLidarによる三次元計測技術 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 太郎
  • 雑誌名: 計測と制御 巻: 60 ページ: 711～715
  • DOI: 10.11499/sicejl.60.711
• [雑誌論文] Forest Data Collection by UAV Lidar-Based 3D Mapping: Segmentation of Individual Tree Information from 3D Point Clouds (2021)
  • 著者名/発表者名: Taro Suzuk, Shunichi Shiozawa, AtsushiYamaba, Yoshiharu Amanoechnology 2-17-1 Tsudanuma, Narashino, Chiba 275-0016, Japan、Terra Drone Corporation, Tokyo, Japan、Forestry Research Center, Hiroshima Prefectural Technology Research Institute, Miyoshi, Japan、Waseda University, Tokyo, Japan
  • 雑誌名: International Journal of Automation Technology 巻: 15 ページ: 313～323
  • DOI: 10.20965/ijat.2021.p0313
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Robust Vehicle Positioning in Multipath Environments Based on Graph Optimization (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Taro
  • 雑誌名: Proceedings of the 34th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GNSS+ 2021) 巻: 1 ページ: 4223-4233
  • DOI: 10.33012/2021.18091
  • 査読あり
• [学会発表] フクロウ規範翼のセレーション形状と付与位置が空力性能に及ぼす影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 石橋稜斗, 池田旭彰, 中田敏是, 劉浩
  • 学会等名: 日本機械学会 第32回バイオフロンティア講演会
• [学会発表] 生物規範型構造を付与したドローン用ブレードの空力音響性能 (2022)
  • 著者名/発表者名: 曽我拓也，野田龍介，中田敏是，劉浩
  • 学会等名: 日本機械学会 第32回バイオフロンティア講演会
• [学会発表] 距離スペクトルを用いた平板形状の認識について (2021)
  • 著者名/発表者名: 公文誠, 福永陸人, 中妻啓
  • 学会等名: 人工知能学会 第58回人工知能学会AIチャレンジ研究会
• [学会発表] 小型UAVによる3次元地図を用いた配 管異常の検出 (2021)
  • 著者名/発表者名: 宗 源, 品田 直樹, 鈴木 太郎, 天野 嘉春
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集
• [学会発表] 複数マイクアレイを用いたキンカチョウの時空間的発声パターンに基づく個体間相互作用の調査 (2021)
  • 著者名/発表者名: 炭谷 晋司, 鈴木 麗璽, 有田 隆也, 和多 和宏, 松林 志保, 中臺 一博, 奥乃 博
  • 学会等名: 人工知能学会 第58回人工知能学会AIチャレンジ研究会
• [学会発表] ロボット聴覚技術に基づく鳥類音声の方位 角・仰角に関する音源定位と音風景の観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木麗璽, 林晃一郎, 大坂英樹, 松林志保, 有田隆也, 中臺一博, 奥乃博
  • 学会等名: 日本鳥学会2021年度大会
• [学会発表] 音声に音づくヒクイナの自動観測の課題と可能性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 日本鳥学会2021年度大会講演要旨集 43 2021年9月18日
  • 学会等名: 日本鳥学会2021年度大会
• [学会発表] 音源定位技術を用いた野外鳥類の音声相互作用の分析手法の検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 麗璽, 炭谷 晋司, 松林 志保, 有田 隆也, 中臺 一博, 奥乃 博
  • 学会等名: 第69回日本生態学会大会
• [学会発表] Alternating Drive-and-Glide Flight Navigation of a Kiteplane for Sound Source Position Estimation (2021)
  • 著者名/発表者名: Makoto Kumon, Hiroshi G. Okuno, Shunichi Tajima
  • 学会等名: 2021 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS- 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental Investigation of Aeroacoustic Interaction between Propeller and Duc (2021)
  • 著者名/発表者名: Jianwei Sun, Koichi Yonezawa, Hao Liu
  • 学会等名: 28th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Interactive effects of owl-inspired leading-edge serrations and trailing-edge fringes on aerodynamic performance and sound reduction (2021)
  • 著者名/発表者名: Jiaxin Rong, Hao Liu
  • 学会等名: SEB’s 2021 Annual Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental Investigations on Aerodynamic and Psychoacoustic Characteristics of Loop-Type Propeller (2021)
  • 著者名/発表者名: Jianwei Sun, Koichi Yonezawa, Eiji Shima, E. Shima, Hao Liu
  • 学会等名: 12th Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology (APISAT 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Robust Vehicle Positioning in Multipath Environments Based on Graph Optimization (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Taro
  • 学会等名: 34th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GNSS+ 2021)
  • 国際学会
• [備考] ロボット聴覚オープンソースソフトウェアHARK
  • URL: https://www.hark.jp/
• [備考] ドローン聴覚（熊本大学 公文研究室）
  • URL: https://as.mech.kumamoto-u.ac.jp/ja/research/
• [備考] ドローン聴覚（東京工業大学 干場研究室）
  • URL: https://sites/google.com/site/kotarohoshiba/
• [備考] 生物規範による静音翼（千葉大学 劉研究室）
  • URL: http://www.em.eng.chiba-u.jp/~liu/index.php?Projects