生物知能を再現し理解して活用する！

昆虫が獲得した感覚・脳・行動の機能や機構の解明は生物学的に重要なだけではなく、工学設計においても重要な手本となる。なかでも昆虫がもつ匂い検出とその発生源の探索能力は群を抜くが、工学的には未だ実現できない技術である。昆虫の嗅覚による適応能力を評価し、その神経機構を解明するための新しいアプローチである「昆虫-ロボット融合システム（サイボーグ昆虫）」の研究や、昆虫の脳全体ををスーパーコンピュータ「京」や「富岳」に再現することで理解し、活用する研究を進めている（昆虫全脳シミュレーション）。また、，遺伝子工学技術により昆虫の優れた生体機能を活用した匂いセンサの構築（センサ細胞）や、昆虫自体をインテリジェントなセンサ（センサ昆虫）とする研究を進める。昆虫科学により自然と調和し共存するための新しい科学と技術の世界の開拓を目指している。

昆虫-ロボット融合システム（サイボーグ昆虫）システム
匂い源探索ドローン

カイコガの触角を匂いセンサとした匂い源探索ドローン。フェロモンに対する触角ので電気的応答（触角電図）によりドローンの飛行が制御される。ドローン上で触角電図が計測できることが示され、匂い源探索の実現可能性が示された。

昆虫操縦型ロボット

昆虫の適応能力を解明するために，昆虫自身がロボットを操縦する昆虫操縦型ロボットを開発した．ボール上のカイコガの歩行は、ロボットの運動に変換される．この変換ルールを変化させても，カイコガは正しく認識して目的地を目指すことが示された．

昆虫脳操縦型ロボット

適応行動をとる昆虫の脳内部の情報処理機能を理解するために，昆虫脳操縦型ロボットを構築した．脳をロボットのコントローラとしたこのシステムを用いることにより，環境中で適応行動をとるときの脳の機能を評価することが出来る．
サイボーグ昆虫（解説と動画）

昆虫模倣の匂い源探索ロボット

成虫のカイコガのオスはメスの出すフェロモンを数km先からでも感知し，そのフェロモン源を探し出す行動を取る．ロボットに匂いを検知するセンサーを取り付け，カイコガと同様の匂い探索行動を行なわせることによりそのアルゴリズムを検証する．

閉ループ系における昆虫の行動・感覚情報統合アルゴリズムの研究

昆虫に与える視覚刺激・嗅覚刺激を任意に操作でき，その視覚刺激を昆虫の行動と関連づけた閉ループ実験系を構築し，行動実験でカイコガの定位行動を解析しました．

昆虫全脳シミュレーション

昆虫の脳は人と同じ神経細胞（ニューロン）から構成されている。しかし、その数はヒトが1000億出るのに対して、その100万分の１である10万個程度である。神経細胞は左の図のように非常に複雑な形をもち、その形も重要な意味をもつ。個々の神経細胞の形態情報も含め、正確に昆虫の脳全体を再現することにより、シミュレーションによりその働きを解明するとともん、脳科学の実験に生かすことで、脳の理解と再現を目指す。

分子生物学や神経科学分野の研究は、近年急速に発展をとげてきました。しかしながら、知覚・認識から記憶・学習、運動指令へといたる感覚入力から情報処理、行動発現にいたる脳のシステムとしての機能に関しては、未解明な部分が少なくありません。昆虫脳は少数の神経細胞で構成されているにも関わらず、反射から定型的行動、さらには記憶・学習行動のような高度な感覚受容・行動制御機構を実現しており、脳神経系における感覚入力から行動発現に至る神経システム、さらには微小な脳システムによる環境適応行動発現の機構を解析していく上で有用なモデルシステムです。

本研究グループは昆虫脳を対象と し、分子レベル、単一神経細胞レベル、神経ネットワークレベル、行動レベルにわたるマルチスケールの分析、さらにそれらの結果をロボットに統合することにより、微小脳による環境適応能を網羅・徹底的に解明することを目的としています。
また、このグループの研究は、生体-機械融合グループの研究と相補的に進められており、環境に適応した機能の実現を目指しています。

匂い源探索の脳内神経回路の構築

カイコガのオス蛾メスを匂い（フェロモン）を頼りに探索する匂い源探索行動の命令をつくる脳内の神経回路。脳をつくるニューロン（神経細胞）の形と働き（活動）を１つ１つ調べることによって再構築した神経回路である。

脳内神経回路のシミュレーション

匂い源探索の指令信号をつくる神経回路の活動のスーパーコンピュータ「京」によるシミュレーション。赤い部分は神経細胞（ニューロン）が興奮している様子。青い部分は抑制されていることを示す。（注意：左の神経回路の形が、上下が逆になっている。）

昆虫制御空間デザイン

昆虫の嗅覚受容体を遺伝子工学的に活用した超高感度匂いセンサの開発

研究コンセプト

ダイキン工業との共同研究
企画昆虫の嗅覚受容体を活用することで、特定の匂いを超高感度で検出する匂いセンサの開発が可能となる。

センサ昆虫

オスのカイコガの触角でメスのフェロモンに反応する嗅覚受容細胞（匂いセンサ）に特定の匂いに反応する昆虫の嗅覚受容体遺伝子を導入することで、特定の匂いに反応してその匂いを探索するカイコガを作出することに成功した。

センサ細胞

昆虫の培養細胞に特定の匂いに反応する昆虫嗅覚受容体を発現させた匂いセンサ（センサ細胞）。特定の匂いに反応して蛍光強度が変化する。蛍光強度の変化を色の変化として表示した。