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전기물고기의 방해 회피 반응 모델링과 응용
Modeling Jamming Avoidance Response of Pulse-type Weakly Electric Fish 원문보기

제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, v.21 no.10, 2015년, pp.924 - 929  

소재현 (연세대학교 전기전자공학부) ,  김대은 (연세대학교 전기전자공학부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we suggest a phase difference algorithm inspired by weakly electric fish. Weakly electric fish is a fish which generates electric field though its electric organ in the tail. The weakly electric fish search for prey and detect an object by using electrolocation. The weakly electric fi...

주제어

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문제 정의

  • 본 논문에서는 pulse-type 전기물고기인 Gymnotus carapo 의 방해 회피 반응을 분석하고 이를 모방함으로써 방해 회피 반응 알고리즘인 phase difference 알고리즘을 제안하였다. 전기장 신호를 이용하여 먹이를 찾고 의사소통하는 전기물고기의 특이점에서 자연적으로 진화 발달하게 된 전기물고기의 방해 회피 반응은 공학적으로도 큰 영감을 줄 본 논문에서는 실제 약한 전기물고기 중에서 pulse-type 전기물고기인 Gymnotus carapo의 방해 회피 반응을 분석하고 모방하여, 방해 회피 반응에 대한 새로운 알고리즘을 제시한다.
  • 이 뿐만 아니라 쥐와 강치에서 영감을 얻은 수염을 이용한 촉각센서를 개발하고[9], 전기장을 이용하여 주변을 탐지하는 전기물고기의 전기적위치탐지 (Electrolocation) 알고리즘을 분석해 다양한 센서개발에 도움이 될 수 있다[10-12]. 본 논문에서는 전기물고기의 방해 회피 반응(Jamming avoidance response)을 분석하여간단한 방해 회피 반응 알고리즘을 제시하였다.
  • 본 논문에서는 전기물고기의 특성을 모방하여 상대적으로 EOD 주파수가 높은 물고기만 방해 회피 반응을 한다는결과에 따라 알고리즘을 만들었다. 하지만 상대적으로 EOD 주파수가 낮은 물고기도 같이 방해 회피 반응을 한다면, 펄스 간 충돌 가능성이 더 낮아질 것이다.
  • 실제 전기물고기의 방해 회피 반응을 관찰하고 어떤 특징이 있는지 알아보았다. 대표적인 pulse-type 전기물고기중 하나인 Gymnotus carapo의 반응을 보고 분석하였다.
  • 또한 상대적으로 펄스 간격이 긴 물고기는 방해 회피 반응을 보이지 않고, 상대적으로 펄스 간격이 짧은 물고기만 방해 회피 반응을 보인다. 이렇게 다소 복잡한 전기물고기의 반응을 간단하게 설명할 수 있는 phase difference 알고리즘을 제시하는 바이다.
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참고문헌 (22)

  1. C. Lee and D. Kim, "Hand shape classification using contour distribution," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems (in Korean), vol. 20, no. 6, pp. 593-598, Jun. 2014. 

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  3. S.-E. Yu and D. Kim, "Burrow-centric distance-estimation methods inspired by surveillance behavior of fiddler crabs," Adaptive Behavior, vol. 20, no. 4, pp. 273-286, Jun. 2012. 

  4. S.-E. Yu and D. Kim, "Image-based homing navigation with landmark arrangement matching," Information Sciences, vol. 181, no. 16, pp. 3427-3442, Aug. 2011. 

  5. S.-E. Yu and D. Kim, "Landmark vectors with quantized distance information for homing navigation," Adaptive Behavior, vol. 19, no. 2, pp. 121-141, Apr. 2011. 

  6. S. Park and D. Kim, "Ultrasound echolocation inspired by a prey detection strategy of big brown bats," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems (in Korean), vol. 18, no. 3, pp. 161-167, Mar. 2012. 

  7. S. Park and D. Kim, "Distance estimation using discretized frequency synthesis of ultrasound signals," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems (in Korean), vol. 17, no. 5, pp. 499-504, May. 2011. 

  8. E. Jeong and D. Kim, "Estimating human walking pace and direction using vibration signals," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems (in Korean), vol. 20, no. 5, pp. 481-485, May 2014. 

  9. D. Kim and R. Moller, "Biomimetic whiskers for shape recognition," Robotics and Autonomous Systems, vol. 55, pp. 229-243, Mar. 2007. 

  10. M. Sim and D. Kim, "Electrolocation of multiple objects based on temporal sweep motions," Adaptive Behavior, vol. 20, no. 3, pp. 146-158, Feb. 2012. 

  11. M. Sim and D. Kim, "Electrolocation with an electric organ discharge waveform for biomimetic application," Adaptive Behavior, vol. 19, no. 2, pp. 172-186, May. 2011. 

  12. M. Sim and D. Kim, "Electrolocation based on tail-bending movements in weakly electric fish," The Journal of experimental biology, vol. 214, no. 14, pp. 2443-2450, Apr. 2011. 

  13. W. Heiligenberg, Neural nets in electric fish. Cambridge: MIT press, 1991. 

  14. W. Heiligenberg, "The evaluation of electroreceptive feedback in a gymnotoid fish with Pulse-type electric organ discharges," Journal of Comparative Physiology, vol. 138, no. 2, pp. 173-185, Apr. 1980. 

  15. W. Heiligenberg, "Electrolocation and jamming avoidance in aHypopygus (Rhamphichthyidae, Gymnotoidei), an electric fish with Pulse-type discharges," Journal of Comparative Physiology, vol. 91, no. 3, pp. 223-240, Feb. 1974. 

  16. W. Heiligenberg, C. Baker, and J. Bastian, "The jamming avoidance response in gymnotoid pulse-species: a mechanism to minimize the probability of pulse-train coincidence," Journal of Comparative Physiology, vol. 124, no. 3, pp. 211-224, Dec. 1978. 

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  20. A. Capurro, O. Macadar, R. Perrone, and K. Pakdaman, "Computational model of the jamming avoidance response in the electric fish Gymnotus carapo," Biosystems, vol. 48, no. 1, pp. 21-27, Nov. 1998. 

  21. C. L. Baker Jr, "Jamming avoidance behavior in gymnotoid electric fish with Pulse-type discharges: sensory encoding for a temporal pattern discrimination," Journal of Comparative Physiology, vol. 136, no. 2, pp. 165-181, Oct. 1980. 

  22. G. von der Emde, S. Schwarz, L Gomez, and R. Budelli, "Electric fish measure distance in the dark," Nature, vol. 395, no. 6705, pp. 890-894, Aug. 1998. 

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