気流可視化と電気生理の融合による昆虫能動的化学感覚フィードバック系の解析

本研究では，化学感覚器である触角の形態的多様性が大きい昆虫を題材とし，生物の化学感覚システムの解明を目指すとともに，構造および情報処理を模倣することで人工化学センサの空間情報獲得性能の向上に挑戦する．2022年度は，単離した触角に対する微小領域気流可視化実験系の構築，実装予定の人工システムの気流可視化実験の実施を行った．前者においては，性フェロモンに対して特異的に応答を示すカイコガ雄成虫の単離触角がどのように粒子を取り込むかを調査した．カイコガ雄成虫の触角は櫛のような側枝構造となっていることから，粒子の捕獲効率が棒状触角に比べて高いことが予想される．任意の流速で一定時間粒子を提示可能な装置を開発し，流速を変えながら気流可視化実験を行った結果，流速に応じて側枝を抜けてきた粒子が触角内部で渦巻くような現象の観測に成功した．これにより，粒子を一時的に触角内部に留める効果があり，構造によっても感度を向上させている可能性が示唆された．これと並行し，最終的に人工化学センサを実装する予定の3次元移動体である小型クワッドコプタの気流生成特性の解析を行った．クワッドコプタは浮力を得るために強力な風をプロペラによって引き起こす．一見すると，周囲環境をかき乱す行為であるが，気流可視化実験によって浮上気流が自身の方向に匂いを引き込む効果があることがわかってきた．そのため，化学センサの設置位置を工夫することにより，匂い源の高さが違ったとしても匂いを追従できるような気流になっていることが新たにわかった．これらの成果は，査読付き国際論文誌2編，査読付国際会議講演2件，ほかにおいて発表された．

本研究では，化学感覚器である触角の形態的多様性が大きい昆虫を題材とし，生物の化学感覚システムの解明を目指すとともに，構造および情報処理を模倣することで人工化学センサの空間情報獲得性能の向上に挑戦する．2022年度は，単離した触角に対する微小領域気流可視化実験系の構築，実装予定の人工システムの気流可視化実験の実施を行った．前者においては，性フェロモンに対して特異的に応答を示すカイコガ雄成虫の単離触角がどのように粒子を取り込むかを調査した．カイコガ雄成虫の触角は櫛のような側枝構造となっていることから，粒子の捕獲効率が棒状触角に比べて高いことが予想される．任意の流速で一定時間粒子を提示可能な装置を開発し，流速を変えながら気流可視化実験を行った結果，流速に応じて側枝を抜けてきた粒子が触角内部で渦巻くような現象の観測に成功した．これにより，粒子を一時的に触角内部に留める効果があり，構造によっても感度を向上させている可能性が示唆された．これと並行し，最終的に人工化学センサを実装する予定の3次元移動体である小型クワッドコプタの気流生成特性の解析を行った．クワッドコプタは浮力を得るために強力な風をプロペラによって引き起こす．一見すると，周囲環境をかき乱す行為であるが，気流可視化実験によって浮上気流が自身の方向に匂いを引き込む効果があることがわかってきた．そのため，化学センサの設置位置を工夫することにより，匂い源の高さが違ったとしても匂いを追従できるような気流になっていることが新たにわかった．これらの成果は，査読付き国際論文誌2編，査読付国際会議講演2件，ほかにおいて発表された．