JP2004194651A - 人間と動物の間の音声コネクションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】人間と動物の間の音声コネクションシステムのとりわけ有利な構造を達成する。
【解決手段】音声認識システムは、動物の刺激、感情、事象、反応または行為に関する動物の状態を示す信号をコントロールユニット３に送るセンサマトリクス２を備える。制御ユニット３は、受信した信号４に応じてユニット３に関連付けられたメモリ手段５に記録された音声メッセージを選択し、音声メッセージを発するようにシステムに属するラウドスピーカ６を作動させる。システムは人間のユーザ８によって発せられた音声メッセージの内容に応じてパルス発生器１０を作動させる音声認識手段７をさらに備える。
【選択図】図１

Description

本発明は人間と動物の間の音声コネクションシステムに関する。

本出願人によって出願されたイタリア特許出願番号ＴＯ２０００Ａ００１１５４が開示する人間と動物の間の音声コネクションシステムは、
家畜の頭部に設置するかまたは首輪の内部に一体化させ、動物の頭部から発するアルファ波の領域パルスを電気信号に変換することを目的とし、前記電気信号は動物の思考-欲求を示すと考えられる、領域センサのマトリクスと、
異なる動物の思考-欲求各々に対応する人間の音声メッセージが内部に記録されたストレージ手段を備える、センサマトリクスに関連付けられたマイクロプロセッサとを備える。

マイクロプロセッサは動物の頭部に設置した領域センサから発する信号を受信し、ラウドスピーカを作動させるように設計され、前記の受信信号に基づいて、前記ストレージ手段で選択された音声メッセージを毎回発するようにする。

先行文献で説明されるシステムは、人間によって発せられる音声メッセージの内容を表す信号をマイクロプロセッサに送るための音声認識手段、および動物の頭部と関連付けられるパルス発生手段を備え、該パルス発生手段は前記の人間によって発せられる音声メッセージの内容を表す信号をマイクロプロセッサから受信し、動物の脳に対応するパルスを送る。

本発明は前述したタイプの人間と動物の間の音声コネクションシステムのとりわけ有利な構造を達成することを目的とする。

前記の目的は人間と動物の間の音声コネクションシステムを用いた本発明によって達成され、本発明は添付した本説明の肝要で本質的な部分として示される請求の範囲で示す特性を有する。

本発明の更なる目的、特徴および利点は、非限定的な例として図示した添付図面を参照しつつ下記の説明から明らかとなろう。

図１を参照して、符号１は双方向の動物−人間コミュニケーションシステムを全体的に示し、本発明の内容により実行される。

システム１は犬の種々の思考−欲求を表す信号４を検知しマイクロプロセッサベースのユニット３に送るための一連のセンサ２を備える。本発明の好ましい実施例では、システム１は首輪に一体化され、図２のＣで示し、２Ａで示す第１および第２のセンサマトリクスが犬の各々の耳の真下に位置し、２Ｂで示す他のセンサは犬の首に設置される。

したがって、前記の第１および第２センサマトリクス２Ａは後側頭部付近に位置し、（バック０１およびバック０２：頭の右側に偶数、頭の左側に奇数）特に脳波の検知に適している。反対に、センサ２Ｂは、脳の信号が発生するスペースの比較的近くにある輪状のスペース、すなわち動物の首（または頸部−頭部部分）で、主に筋肉と神経束から出る信号を検知することを意図し、神経パルスおよび筋肉収縮の伝播がここで提案される目的に関連する。

本発明では、センサ２Ａおよび２Ｂによる検知は電気脳造影法(electroencephalographic)またはＥＥＧ、および電気筋運動記録法(electromyographic)、ＥＭＧで行われる。

公知の通り、電気脳造影法は、主に大脳皮質にある無数のニューロンによる脳内の電気活動の型を検知及び測定するために、患者の頭部に設置した電極を用いる。他方、電気筋運動記録法は、筋肉収縮およびモーターユニットの活動電位の質的及び量的変動の分析に関する電気活動の検知のための類似の技術である。ＥＥＧおよびＥＭＧ分析によって、検査時に患者の刺激−事象−反応−行為という特定の流れにおける実用的で客観的な情報を得られる。

前記の光において、センサ２はしたがって従来の脳波だけではなく、大脳皮質の自発的な電気活動の点では、筋肉動作によって表されるものも含む刺激−事象−反応−感情−行為という特定の流れの連続である信号の全般的なスペクトルを検知するためのものであることを指摘しておかねばならない。

図１に戻って、符合５は第１のデータベースが記録されたストレージ手段を示し、ユニット３によって受信した起こり得る種々の信号４に対応する複数の異なる人間の音声メッセージがエンコードされており、該信号は刺激−事象−反応−感情−行為を表す。前記の目的のために、ユニット３は最適なアナライザを備え、該アナライザはストレージ手段５内で受信した信号４に対応するメッセージを選択し、動物の思考−欲求に対応するアウトプット音声メッセージを出すための小型化したラウドスピーカ６を作動させる。本発明のシステムの前記の動作モードを図３のブロック１〜５に概略的に示す。

システム１は音声認識手段７をさらに備え、該手段は人間８によって発せられた音声メッセージを受信し、ユニット３により受信したアウトプット信号９を発する。本発明の重要な特徴であるユニット３は、受信した信号９のタイプによって、ラジオ電気波(radioelectric)の発生器１０を作動させ、発生器１０によって発せられた信号は、ユーザ７によって発せられた音声メッセージに対応しながら、動物の脳に直接送られる。発生器１０から動物の脳へ直接信号を送るために用いる技術には、理論上存在する指針なしで、周知のタイプを用いることが可能である（ラジオ周波数、マイクロ波、超音波、音声−ＦＭ）。例えば、可能な実施形態では、発生器１０はラジオ周波数で動作し、３００Ｈｚから４ＫＨｚで変動する信号とともに約１５ＫＨｚの安定状態の周波数を調節する。アウトプット結果は動物の脳によって直接知覚はされるが不可聴である信号を内蔵する安定状態のトーン前後である。前記の技術は例えば、オーディオコミュニケーションでのサブリミナルメッセージの挿入や、ラジオ−催眠の分野で使用される。

換言すれば、手段７によって受信およびデコード(decode)された、人間８の音声メッセージを表す信号９によって、ユニット３は発生器１０が動物の脳部分に直接達する最適なラジオ電気信号を出すように発生器１０を制御し、所定の反応の実行を助長することまたは所定の感情を有することを目的とする。本発明のシステムの前記動作モードを図４に概略的に示す。

音声認識手段７は、マイクロフォンまたはマイクロフォンマトリクス内に組み込んだ電気回路を備え、周知の方法でＰＣＭ（パルスコード変調）デジタルオーディオ信号を周波数成分振幅の対応するグラフに変換する。また音声認識手段８は第２データベース（例えばストレージ手段５の便宜的な領域にエンコードされる）とも関連付けられ、人間の音声が生み出す音の異なる型を同一化する数千のサンプルグラフを有する。したがって、実際はシステム内部に設けたインプット音声は実験での音声に近似する、事前に保存した音声の型と関連付けることによって識別される。

実際は、したがって、前記のマイクロフォンは音波を検知し、音波は使用できる音声を選択しエンコードする音声認識手段７によって処理される。対応するコードは発生器１０に送られ、該発生器はコードを動物の脳繊維を直接刺激するラジオ電気信号に変換する。その後、動物は人間の音声と高周波信号をほぼ同時に聞き、そして２つの刺激（パブロフの条件の一種）を関連付け、人間の言語を理解するに至るのである。

本発明のシステムの動作の前記の部分を図３のブロック１〜５に概略的に示す。

本発明の重要な特徴によると、システムがユーザ８の音声および彼／彼女の話し方に適合するように、ユニット３は神経ネットワーク構造を組み込む。周知のように、神経ネットワークは人工知能の研究の過程で発展した数学的システムで、前記システムは高レベルの適応性が特徴で、情報を学習および蓄積する能力を有し、必要時にはいつでもその能力を使用し、前記全てはインプットおよびアウトプットの間の不確定な要素を近似させる能力を意味する。

本発明の場合もまた、音声認識システムの正確な動作に必要な神経ネットワークの正しい構造を達成するためのシステム「教示」期間が設けられる。前記教示期間はまた、対応する動物の刺激−事象−反応−感情−行為に信号４を正しく関連付け、ラウドスピーカ６を用いて可聴メッセージを出すことを目的とし、発生器１０によって出されたラジオ電気波を人間８によって発せられた音声メッセージに正しくつなぐために必要である。

第１の特徴を参照して、システムは「活動中」の動物の信号４を記録するよう教示されねばならない。前記の動作の例は、ここでは管理者または指導者として行動する人間８によってなされた示唆と、一連の選択した事柄およびユニット３によって記録された対応する信号４との関連を見出すことからなり、該信号は既定の嗅覚−物質に対する影響−行為−感情の点で動物の全般的な反応を反映する。

第２の特徴を参照して、一連の基本的な語または文は音声認識手段７を介してユニット３のストレージ手段５に記録される。これらの語／文の音声化は犬がなすべき所定の行動と関連付けられ、ここで再び管理者または指導者として行動する人間８によって、システム制御ロジックに導入された神経ネットワークを介して発話が制御される。神経ネットワークのアルゴリズムは人間８による音声インプットおよび発生器１０のアウトプットの間の最良の関係を決定せねばならない。

留意すべきは、第１手順の間、電極２のマトリクスおよびマイクロフォンは動物の頭部に設置されねばならないことであり、設置したシステム１のために用いる信号のよりよい処理を達成できる。その後、マトリクスは首輪Ｃに設置され、動物の体で検知された両パルスを電気信号に変換し、該信号は刺激、感情、事象、反応、行為および同じ動物または人間のような他の動物の発声による動物の状態を示す。

前記の特性を有するので、本発明のユニット１はユーザと動物の間の人間の音声メッセージの交換をシミュレートでき、動物によって「発せられた」音声メッセージはユニット３により選択された事前に記録したメッセージをベースとして繰り返し発声した言語になる結果となり、実際には動物の感情−行為−思考−欲求に対応する。

本発明の重要な特徴では、神経ネットワーク制御システムおよび音声認識システム７の存在によりユニット３が自主学習ロジックを行うことが可能になり、双方向型ループ脳センサ２−ラウドスピーカ６−マイクロフォン-発生器１０−脳を介して、動物は進化の過程で独自の言語を徐々に発展させていく。すなわち、手段７および音声化するラウドスピーカ６を介して聞くことにより、環境への反応に関連づけて発声するのである。指導者８は彼／彼女自身の音声メッセージで信号４（図３のブロック４〜５とともにブロック６〜７で示す）をベースとしてラウドスピーカ６から発せられた音声メッセージの正確さを訂正または知らせることができる。他方、前述の通り、図４で示すように、音声認識システムまたは言語プロセッサ７によって受信した可聴信号をコンピュータ支援で処理し、異なる波長と振幅を有するラジオ電気波に変換し、該信号は直接動物の脳に達する。したがって、大脳皮質基礎情報が話される言語（周波数、強度、トーン、イントネーション）の聴覚構造を特徴づけることを可能にし、脳は順番に音／音声化を発する音声コードへ信号を送る。脳固有の可塑的特性により可能となる自己形成処理を介して、動物は自分の声を制御することを自発的に学習する。動物の脳はマイクロ−ラウドスピーカ６を制御し、指導者８から受信した音声と類似した音声をいかにして発するかを学習する。動物の頭脳のみで正しい学習プロセスを行えない場合、指導者はコミュニケーションシステムの輪の中に直接介入する。

前記の説明から実際の人間−動物の適合インターフェイスシステムを行うシステム１が明示され、該システムはマイクロプロセッサベースのユニット３に導入された神経ネットワークロジックユニットにより制御された双方向型コミュニケーションを支援可能である。システムは、
人間−動物コミュニケーションのためのインプットが人間８からの音声指導からなり、認識手段７を介して検知され、該インプットは動物の脳が知覚可能な信号を備え、発生器１０によって発生し、図５のブロック１〜６で概略的に示され、
人間−動物コミュニケーションのインプットがセンサ２を介して検知されたデータからなり、アウトプットはその時の動物の「状態」の示唆を備え、ラウドスピーカ６を介して発せられ、図５に概略的に示される。

上述した本発明のシステムの全構成要素は、必要な電力供給手段とともに、サイズ小型化の現代の技術により達成され、動物の体、好ましくは首輪Ｃに容易に設置できる。

本発明の基本構想は同じままで、構造的な詳細および実施形態は、本発明の範囲から逸脱することなく、例として説明され図示されたものに関して広範囲に変更可能である。

図１は本発明のシステムの構造を簡略化した形態で示すブロック図である。 図２は本発明のシステムと一体化した首輪をつけた家畜、この場合は犬、の頭部を示す。 図３は本発明のシステムにおいて動物からの音声メッセージを発生及び出力する原理を概略化した形態で示す。 図４は本発明のシステムにおいて動物からの音声メッセージを受信及び翻訳する原理を概略化した形態で示す。 図５は本発明のシステムの全般的な動作の原理を概略化した形態で示す。

Claims (7)

1. 人間と動物、特に家畜との間の音声コネクションシステムであって、
   動物、特にその頭部および／または首に設置するように設計され、動物の体で検知されたパルスを前記動物の状態を示す電気信号に変換するためのセンサ手段（２）と、
   センサ手段（２）に動作上関連付けられ、動物の異なる状態に対応する人間の音声メッセージが内部に記録されたメモリ手段（５）を含む処理手段（３）と、
   処理手段（３）に動作上接続されたラウドスピーカ手段（６）であって、処理手段は前記センサ手段（２）から出る電気信号（４）を受信して、前記の受信した電気信号（４）の働きによって前記メモリ手段（５）で選択された音声メッセージを発するように前記ラウドスピーカ手段（６）を作動させるように設計されており、
   処理手段（３）に人間のユーザ（８）が発した音声メッセージの内容を表す信号（９）を送るように動作する音声認識手段（７）と、
   前記処理手段（３）から人間のユーザ（８）が発した音声メッセージの内容を表す信号（９）を受信し、対応するパルスを動物の脳に送るパルス発生手段（１０）とを備え、
   神経ネットワーク制御システムが前記処理手段（３）に導入されており、
   前記センサ手段（２）が、動物の脳の電気活動を検知するために動作する電気脳造影法型センサ（２Ａ）、および動物の筋肉および／または神経の電気活動を検知するために動作する電気筋運動記録法型センサ（２Ｂ）を備え、
   少なくとも第１および第２の脳造影法型センサ（２Ａ）が動物の各々の耳の付近または後側頭部付近に設置され、電気筋運動記録法型センサ（２Ｂ）は動物の首に設置され、
   前記パルス発生手段（１０）は、動物の脳にラジオ電気波を直接送るように動作することを特徴とするシステム。
2. 前記認識手段（８）はパルス発生手段（１０）を介して、動物の音声をラジオ電気波に動作上変換することを特徴とする請求項１のシステム。
3. 前記神経ネットワーク制御システムは人間／動物の双方向自己学習手順が可能となるようにプログラムされ、特に、
   人間のユーザ（８）はラウドスピーカ手段（６）から発せられた音声メッセージの正確さを彼／彼女の音声メッセージで訂正または知らせることができ、および／または
   動物は人間の音声および対応するラジオ電気波を同時に聞き、そして２つの刺激を関連付けることを特徴とする請求項１のシステム。
4. 前記センサ手段（２、２Ａ、２Ｂ）、前記処理手段（３）、前記ラウドスピーカ手段（６）、前記音声認識手段（７）および前記パルス発生手段（１０）が首輪（Ｃ）に一体化されていることを特徴とする請求項１のシステム。
5. 前記音声認識手段（７）は、前記センサ手段（２）に一体化および／または補完的な手段として使用され、センサ手段（２、２Ａ、２Ｂ）によって検知される動物の状態の解釈を改良することを特徴とする請求項１のシステム。
6. 耳およびパルス発生手段（１０）から発せられた刺激を通して動物が独自の音声およびラウドスピーカ手段（６）の音声化と音声アウトプットを知覚することにより、動物が進化の過程を通じて、動物独自の言語である言語を発達させることを特徴とする請求項１のシステム。
7. 動物の状態を示す前記電気信号（４）が、動物の筋肉の動きによって示されることも含む、刺激、感情、事象、反応、行為の結果であることを特徴とする請求項１のシステム。
   

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