未来のロボットの中には、昆虫の目を通して世界を見るものも出てくるだろう。今週、王立協会誌「インターフェース」に掲載された研究論文によると、研究者たちは、トンボと同じ精度で動く物体を機械が追跡できるソフトウェアを開発した。
トンボは脳が貧弱で視力も極めて低いにもかかわらず、他の昆虫の大群など、しばしば雑然とした背景の中でも、95%以上の精度で獲物を捕らえることができます。しかも、時速60マイル（約96km）以上の速度で飛行しながら、これを達成できるのです。
研究者らが開発中のロボットは、空飛ぶ昆虫というよりはむしろ黄色いトンカのトラックに似ているが、重要なのは、その視覚システムが将来、スマートカーやバイオニクス、監視などに活用できる可能性がある点だと研究論文の主執筆者であるザーラ・バゲリ氏は述べた。
「世界には動物のようなロボットを開発している研究室がたくさんあります」と彼女は言った。「私たちが興味を持っているのは、そのアルゴリズムなのです。」
アルゴリズムに必要なデータを得るために、バゲリのチームはまず、トンボの脳内で、微小な移動物体を特に追跡するニューロン群を特定した。このニューロン群こそが、トンボが獲物を追跡し、捕獲するという驚異的な能力を生み出している。研究室では、トンボの羽を摘み取り、頭部に小さな穴を開けてニューロンに電極を取り付けた。映画『時計じかけのオレンジ』のリハビリシーンに似た手法で、研究者たちはトンボをモニターの前に置き、様々な刺激を与えながらニューロンからデータを記録した。
バゲリ氏によると、研究者たちはトンボのノイズ除去能力が、連続的な軌道に沿って移動する標的を追跡するのに役立つことを発見した。彼女はこの刺激をフィルタリングする手法を、深い眠りにつく人間に例えた。
「深い眠りの人もいれば、浅い眠りの人もいるでしょう」とバゲリ氏は言います。「深い眠りの人は、目覚まし時計だけで目が覚めるのではなく、あらゆる刺激で目が覚めます。浅い眠りの人は、どんな刺激にも目が覚めてしまうかもしれません。」
トンボには「能動的な視線制御」という機能があり、視線は固定されており、頭を回転させることしかできません。これにより、トンボは標的を中心視野から5度以内に維持しなければなりません。これは、バゲリ氏と彼女のチームが開発した追跡アルゴリズムの不可欠な部分でした。
「ターゲットを視野の中央に正確に保つのではなく、私たちのシステムは背景にロックオンし、ターゲットがそれに対して動くようにします」と彼女は言いました。
研究者たちは、外界の仮想シミュレーション内で動くターゲットを分析させることで、このアルゴリズムの動き追跡性能を検証した。オーストラリアのアデレード周辺の自然風景を撮影し、コンピューターを用いてそれらを円筒形のパノラマ画像に合成した。次に、このアルゴリズムを用いて、仮想的なトンボの目のような3次元空間を移動する物体を追跡させた。結果は期待できるものだった。このアルゴリズムは、雑然とした環境下でターゲットを特定するのに、他の類似プログラムよりも20倍も高速だった。この視覚システムを搭載したロボットは、今後数ヶ月以内に完成する可能性があるとバゲリ氏は述べた。
昆虫の視覚を模倣することは、ロボット工学の分野では目新しいことではありません。2013年にPNASに掲載された研究では、研究者たちはショウジョウバエの目のようなモザイク効果を生み出す湾曲したロボットの目を開発し、広い視野と優れた動き検出能力を実現しました。また、昨年3月には、重さ約80グラムの小型ドローンが、大型の加速度計を使わずに、ミツバチの視覚システムをベースとした視覚システムを搭載し、視覚的に位置を把握し、凹凸のある地形でも水平を保つことに成功しました。
