[論文レビュー] Dancing Honey bee Robot Elicits Dance-Following and Recruits Foragers

Tim Landgraf, David Bierbach+7 more|arXiv (Cornell University)|Mar 19, 2018

Insect and Arachnid Ecology and BehaviorBiochemistry, Genetics and Molecular Biology参考文献 1被引用数 18

ひとこと要約

本研究では、正確な動き、振動、視覚的シグナルを再現する生物学的模倣型ミツバチロボット「RoboBee」を提示する。このロボットは、実際に採餌中のミツバチが自然にダンスに従う行動を誘発し、その後、ミツバチがダンスから方向情報を得て正確に餌場へ飛行することを確認した。Harmonicレーダー追跡により、ロボットによるミツバチの誘導に成功した。これは、ロボットダンサーによるミツバチの誘導に成功した初の事例である。

ABSTRACT

The honey bee dance communication system is one of the most popular examples of animal communication. Forager bees communicate the flight vector towards food, water, or resin sources to nestmates by performing a stereotypical motion pattern on the comb surface in the darkness of the hive. Bees that actively follow the circles of the dancer, so called dance-followers, may decode the message and fly according to the indicated vector that refers to the sun compass and their visual odometer. We investigated the dance communication system with a honeybee robot that reproduced the waggle dance pattern for a flight vector chosen by the experimenter. The dancing robot, called RoboBee, generated multiple cues contained in the biological dance pattern and elicited natural dance-following behavior in live bees. By tracking the flight trajectory of departing bees after following the dancing robot via harmonic radar we confirmed that bees used information obtained from the robotic dance to adjust their flight path. This is the first report on successful dance following and subsequent flight performance of bees recruited by a biomimetic robot.

研究の動機と目的

• 生物学的模倣型ロボットがミツバチに自然なダンスに従う行動を誘発できるかどうかを調査すること。
• ミツバチがロボットによるワグリングダンスから方向および距離情報を正しく解釈できるかどうかを特定すること。
• 自然ダンスと比較して、ロボットダンサーが採餌ミツバチを誘導する効果を評価すること。
• ワグリングダンスにおいて、ダンスに従うミツバチを引きつける・指導する上で不可欠なシグナルを同定すること。
• 実験神経科学の分野で標準的かつ繰り返し可能なダンスコミュニケーションを可能にするロボットプラットフォームの開発

提案手法

• 垂直なコブの表面で、動き、振動、視覚的シグナルを再現する生物学的模倣型ロボット（RoboBee）を設計した。
• 特定の飛行ベクトルを符号化するために、変動する持続時間および方向を持つ正確なワグリング走行を生成した。
• 高スピー董ビデオを用いて、巣内の相互作用を記録し、ダンスに従う行動および軌道パターンを分析した。
• Harmonicレーダーを用いて、ロボットのダンスに従ったミツバチの飛行経路を追跡した。
• ミツバチにトランスポンダーを装着し、巣から脱出後の飛行軌道を記録した。
• 自然ダンスに従う際の行動反応と比較し、動きのダイナミクスおよび経路統合の観点から分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 生物学的模倣型ロボットは、自然ダンスと同様に、実際に採餌中のミツバチがダンスに従う行動を誘発できるか？
• RQ2 ミツバチはロボットによるワグリングダンスから、どの程度方向および距離情報を正しく解釈できるか？
• RQ3 ロボットによって誘導されたミツバチの飛行軌道は、生きたダンサーによって誘導されたものとどのように異なるか？
• RQ4 ワグリングダンスから、ダンスに従うミツバチを引きつける・指導する上で不可欠なシグナルは何か？
• RQ5 なぜ、ロボットに従うダンス追随者の数は、自然ダンサーに比べて少ないのか？

主な発見

• RoboBeeは実際に採餌中のミツバチに対してダンスに従う行動を成功裏に誘発した。追随者はワグリング段階およびリターン段階の両方を、自然ダンスに従う際と類似した動きのダイナミクスで追跡した。
• ロボットのダンスに従ったミツバチは、自然ダンスで観察されたのと同様に一貫した平均的な運動軌道を示し、ダンス信号の正確な解釈がなされたことが示された。
• ロボットのダンスに従った4頭のミツバチがHarmonicレーダーで追跡された。全頭がロボットからの方向情報を用いて餌場探索飛行を誘導していた。
• 1頭のミツバチは、ロボットのダンスに31回従った後、正確にロボットが示した場所へ直接飛行した。もう1頭は47回のダンス後に最初は正しい方向に飛行したが、その後、30°離れた以前に経験済みの餌場へ移動した。
• ロボットのダンスに従わなかった対照群のミツバチは、以前に経験済みの餌場へ直接飛行した。これは、ロボットが発信する方向信号が正しく解釈された場合に有効に機能することを確認した。
• 成功した誘導にもかかわらず、13日間のうち8日間でのみダンスに従う行動が観察された。これは、ロボットが追随者を引きつける力がまだ最適でない可能性を示しており、熱的または化学的シグナルの欠落が要因である可能性がある。