[論文レビュー] Recognizing Individuals and Their Emotions Using Plants as Bio-Sensors through Electro-static Discharge

Buenyamin Oezkaya, Peter A. Gloor|arXiv (Cornell University)|May 10, 2020

Plant and Biological Electrophysiology Studies被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、人間の運動に伴う静電気放電（ESD）を用いて、植物をバイオセンサーとして用いる新しいバイオメトリックシステムを提案する。このシステムにより、個人の識別と感情状態の認識が可能となり、人間の体と植物（例：アカシア・プディカ）の間のESDをSpikerBoxデバイスで測定することで、個人識別で66%、感情状態（前向き／後向き）の分類で85%の正確性を達成した。

ABSTRACT

By measuring the electrostatic discharge of human bodies together with Mimosa Pudica and other plants in response to the human movement, we have been able to recognize (a) individuals based on their distinctive pattern of body movements with 66% accuracy as well as (b) positive or negative mood based on their gait characteristics with 85% accuracy. We use the Plant SpikerBox, a device that measures the electrical action potential while also measuring the electrostatic discharge between the electrode on the leaves of a plant and the capacitively coupled human body.

研究の動機と目的

• 植物をバイオセンサーとして用いることで、人間のバイオメトリック認識の可能性を探る。
• 人間の運動に伴う静電気放電パターンが、個々の行動的特徴を反映するかどうかを調査する。
• 感情状態に関連する歩行特性が、植物ベースのESD測定によって検出可能かどうかを特定する。
• Plant SpikerBoxのような低コストでアクセス可能なデバイスが、感情および身元認識にどの程度有効であるかを評価する。

提案手法

• 人間の被験者と植物（例：アカシア・プディカ）の葉との間の静電気放電（ESD）を、容量結合型電極システムを用いて測定する。
• SpikerBoxデバイスが、人間の運動中に電気的アクションポテンシャルおよびESD信号をリアルタイムで記録する。
• 被験者が定められた経路を歩行する中でESD信号をキャプチャし、複数回の試行にわたりデータを収集する。
• 信号処理技術を用いて、ESD波形から歩行関連の特徴を抽出し、分類に用いる。
• 機械学習モデルを訓練し、個々のESDパターンに基づく身元分類および歩行ダイナミクスに基づく感情状態分類を実行する。
• 植物が人間による静電気的変化に反応する様子を、人間の生理的および行動的信号の代理として活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 人間の運動に伴い生成される特徴的な静電気放電パターンを用いて、個人の身元を識別できるか？
• RQ2 歩行に起因するESD信号を用いて、感情状態（前向き対後向き）を分類できるか？
• RQ3 植物の電気的反応が、人間の運動特性とどの程度相関しているか？
• RQ4 植物とESDを用いた低コストのバイオセンシングシステムが、バイオメトリックおよび感情認識においてどの程度の正確性を示すか？

主な発見

• 本システムは、運動中の個々の静電気放電パターンに基づき、66%の正確性で個人の識別に成功した。
• 歩行特性に基づく感情状態分類では、前向きと後向きの感情状態を区別する際、85%の正確性を達成した。
• 本研究では、植物が人間の生理的および行動的信号の受動的で低コストなバイオセンサーとして機能できることを示した。
• 人間の運動に起因する静電気放電信号は、アカシア・プディカのような植物において測定可能で分類可能な電気的応答を引き起こす。
• SpikerBoxデバイスは、植物同士および植物と人間の相互作用におけるESDおよびアクションポテンシャルの信頼性あるリアルタイム測定を可能にする。
• 結果から、植物を介したESDベースのセンシングが、バイオメトリクスおよび感情計算分野において、新しいかつアクセスしやすい手法を提供する可能性があると考えられる。