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» 2016年04月13日 09時30分 UPDATE

ドローンなどの自律ロボットに応用へ:コウモリは飛行ルートを“先読み”する、超音波で (1/2)

同志社大学研究開発推進機構の藤岡慧明氏らは、コウモリが目前の獲物のみならず、次の獲物の位置も超音波で先読みすることで、より多くの獲物を確実に捕らえる飛行ルートを選択していることを発見した。アクティブセンシングで検知した複数の標的を効率的に捕捉するための軌道計画や、自律移動を要する飛行ドローンなどのロボット技術分野へ応用が期待される。

[庄司智昭,EE Times Japan]

 日本にも多く生息するアブラコウモリは、高度に発達した超音波ソナー(音によって物体を探知また測距する技術)の能力を持ち、体長数ミリメートルの蚊など微小な飛翔昆虫を正確に探知し、飛びながら次々と捕食を行う(獲物の捕食における時間間隔は、短いときには1秒未満という)。しかし、この高度な採餌行動を可能にするソナー情報と飛行ルートの関係は、これまで明らかにされていなかった――。

 同志社大学研究開発推進機構の藤岡慧明氏らの研究グループは2016年4月12日、コウモリが目前の獲物のみならず、次の獲物の位置も超音波で先読みすることで、より多くの獲物を確実に捕らえる飛行ルートを選択していることを発見した。

飛行ルートに関する数理モデルを構築

 同研究グループは、コウモリが2匹の獲物の位置情報に基づいて飛行方向を調整していると仮定し、飛行ルートに関する数理モデルを構築した(図1)。この数理モデルを用いることで、コウモリが次の獲物を意識して軌道を変化させているかどうか、2匹の獲物に対する“飛行制御に関する選択的注意”をパラメータとして分析できる。

 数値シミュレーションの結果、飛行の選択的注意が双方の獲物に対して分散する場合に、最も高確率で双方の獲物を捕食できる飛行ルートになることが分かったとする。

ts160413_JST01.jpg 図1:コウモリの数理モデルを構築するための枠組み 出典:JST

 また、同研究グループは、野外において大規模なマイクロフォンアレイシステムを用いて、野生コウモリの3次元飛行軌跡と超音波の放射方向を計測(図2)。この結果によると、実際にコウモリが連続して捕食を行うときは、ソナーの選択的注意が目前の獲物だけでなく、その次の獲物にも向けていることが分かったとしている(図2C)。

ts160413_JST02.jpg 図2:マイクロフォンアレイシステムを用いた野生コウモリの3次元動態音響計測 出典:JST

 具体的には、採餌飛行するコウモリの音声を32個のマイクロフォンで構成されたアレイシステムで録音する(図2A)。4基のY字型アレイユニット(図2A桃色部)で、コウモリの放射超音波の到達時間差を利用し、3次元飛行軌跡を構築する(図2B)。

 マイクロフォンで録音したソナー音声の音圧差を利用することで、ソナーの選択的注意方向(図2Cの青色矢印)を計測。ソナーの選択的注意方向の推移を見ると、獲物1にアタックする前から獲物2の方向にソナーの選択的注意を向けていることが分かる。

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