JP2005520526A - 人間と動物との間の音声コネクションシステム - Google Patents

Abstract

動物の刺激、感情、出来事、行動、若しくは振る舞いに応じて、動物の状態を示すシグナルを処理装置（３）に送信するために用いられるセンサ（２）のマトリクスを備える。この処理装置（３）は、受け取ったシグナル（４）に基づいて、処理装置（３）に関連した記録手段（５）に記録された音声メッセージを選択し、拡声器（６）を作動させる。この拡声器（６）は、この音声メッセージを発するための、システムの部分である。このシステムはさらに音声認識手段（８）を備える。この音声認識手段（８）は、人間であるユーザ（７）により発せられた音声メッセージ（９）の内容に応じて、刺激発生器（１１）を作動させる。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、人間と動物との間の音声コネクションシステムに関する。

過去には、人間と動物との間のコミュニケーションを確立する可能性に関連する科学的な研究や試験が行われてきた。人間と動物との間のコミュニケーションを確立するため、コンピュータに接続された複数のセンサを動物の頭に配置し、動物の様々な特定の考え／願望（空腹、喉の渇き、恐怖等）に応じて、動物の脳から発せられる様々なシグナルを検出することにより、試験は行われてきた。

また、動物と意思疎通を図るためのシステムであって、動物により発せられる音のパターンを、対応する意味に帰着させることにより自動的に認識することができるシステムも知られている。

これに関して、例えば、国際特許出願ＷＯ００／１３３９３には、動物により発せられた音を受け取ることができるオーディオインターフェース、予めプログラムされた音のパターンを含む記録装置、及び動物により発せられた音が所定の予めプログラムされたパターンと対応するとき、遠隔の装置とのコミュニケーション用のインターフェースを作動させるコンピュータを備えるタイプのシステムが開示されている。この種のシステムは、牛を遠隔制御するため、また特定の動物の悩みの状態を即座に認識し、飼い主の即座の介入を可能にするため使用されてきた。

他の同様の解決手段は、マイクと、ＬＣＤディスプレイを有する電気装置とを具備する首輪を犬に使用することにある。この装置は、予めプログラムされたワードや文章を表示することができる。これらのワードや文章は、マイクにより検出された吠え方に基づいて犬の感情や気分を表現する。

犬をトレーニングするために使用される、「電気首輪」と呼ばれる装置も知られている。これらの首輪は１以上の電極を搭載し、この電極により、トレーナは様々な強度の電気ショックを遠隔制御により動物に与えることができる。これにより、このトレーナは、そこから離れていても、トレーニングの間に犬が犯した間違いを即座に修正することができる。

しかし、現在のところ、真の、人間と動物との間の双方向コミュニケーションを提供する装置は、この技術分野には存在しない。

一方、動物、特に家庭用の動物との音声コミュニケーションのための、信頼性があり効果的なシステムを使用することができるということは、素人でも家庭用の動物を容易にトレーニングすることができる方法を開示するという以上に、動物を愛し１以上の動物を所有する人たちにより大いに賞賛されるだろう。

この可能性を提供することを考慮して、本発明は、人間と、動物、特に家庭用の動物との間の音声コネクションシステムであって、
動物、特にその頭及び／又は首に配置され、刺激、感情、出来事、行動、若しくは振る舞いに応じて、動物の体で検出された情報を、動物の状態を示す電気シグナルに変換するためのセンサのマトリクスと、
センサ手段と機能的に関連し、記録手段を含み、そこに動物の様々な状態に対応する人間の音声メッセージが記録されている処理手段と、
この処理手段に機能的に接続された拡声器とを備え、
上記処理手段が、上記センサからのシグナルを受けるため、さらに、上記受けたシグナルに基づいて、上記記憶手段で選択された音声メッセージを発するよう上記拡声器を作動させるために設けられていることを特徴とするシステムに関する。

様々な状況にある動物の体から発せされた様々な刺激が検出されると、予め記録された簡略された音声言語（例えば、「私はお腹がすいた」、「私は喉が渇いた」等）を発することができる。この音声言語は、動物を代弁する可能性を模擬的に実現するものである。

本発明の好ましい実施形態では、このシステムは、さらに、人間により発せられた音声メッセージの内容を表すシグナルを処理手段に送るために用いられる音声認識手段と、動物の体、特にその頭及び／又は首に機能的に関連し、ユーザにより発せられ音声メッセージの内容を表す上記シグナルを上記処理手段から受け、これに対応する刺激を動物の脳に送る刺激発生手段とを備える。

神経ネットワークを使用することに基づく制御ロジックが存在することにより、また、上記特性により、本発明に係るシステムは、人間と動物が同じレベルにある双方向自己学習方法を提供するようにプログラムしてもよい。

図面を参照して説明する。符号１は、概して、本発明の技術によりなされる、人間と動物との双方向コミュニケーション用装置を示している。

装置１は、複数のセンサ２を備える。これらのセンサ２は、シグナル４を検出し、処理装置３までシグナル４を送信するために設けられている。これらのシグナルは、動物の様々な考え／願望を表すものである。

本発明の好ましい実施形態では、この装置１は、図１のＣにより示されているように、第１センサ及び第２センサが、動物のそれぞれの耳の丁度真下に位置するように、また残りのセンサが、動物の首の周りに配置されるように首輪に搭載される。

このように、上記第１及び第２センサは、後頭葉（後部０１及び後部０２：頭部の右側に偶数そして頭部の左側に奇数）の近くに、特に脳波を検出するように適用される。残りのセンサ２は、上記と異なり、主に、脳のシグナルが発生する部分、即ち動物の首部、及びこの明細書において重要とされる目的を達成するのに必要とされる筋肉及び神経の収縮が関連している部分に比較的近い環状の領域でシグナルを記録するように企図されている。

センサ２により実行される検出は、実質的に脳波記録検査（ＥＥＧ）のタイプと筋電図（ＥＭＧ）のタイプとがある。

よく知られているように、脳波記録検査法は、目的物の頭に配置された電極を使用して、大脳皮質に主に存在する数百万の神経により与えられる脳の電気的活動のパターンを検出し測定する。一方、筋電図は同様の技術であるが、この技術は、筋肉の収縮による電気的活動を検出すること、及び可動部位のポテンシャルの質的及び量的変化を分析することを目的とする。

ＥＥＧ及びＥＭＧ分析により、目的物の特定の一時的な刺激−出来事−行動−振る舞いに関する有用で客観的な情報を調査しながら得ることができる。この点について、大脳皮質の瞬間的な電気的活動に応じて従来のように脳波だけを検出するのでなく、筋肉の動作により起こるものを含め、特定の一時的な刺激−出来事−行動−振る舞いによるシグナルの一般的なスペクトルを検出するために、センサ２が設けられることに注意しなければならない。

図２に戻って説明する。符号５は、第１データベースが記録された記録手段を示している。この第１データベースには、様々な人間の音声メッセージが体系化されている。この音声メッセージは、処理装置３が受け取った様々なシグナル４に対応する。このシグナル４は、動物の刺激−出来事−行動−振る舞いを表している。

このため、記録手段５において、受け取られたシグナル４に対応するメッセージを選択するよう、また、拡声器６を作動させ、アウトプットにおいて、動物の考え／願望に対応する音声メッセージを人間７に送るように、処理装置３がプログラムされている。

さらに、装置１は、音声認識手段８を備える。この音声認識手段８は、人間７により発せられた音声メッセージ９を受け取り、アウトプットにおいてシグナル１０を送信する。このシグナル１０は、処理装置３により受け取られる。

受け取られるシグナル１０のタイプに応じて、処理装置３は、複数の刺激発生器１１を作動させる。この刺激発生器１１は、ユーザ７により発せられる音声メッセージに対応する刺激を動物の脳に送る。

即ち、人間７の音声メッセージを表すシグナル１０に基づいて、処理装置３は、発生器１１を制御し、動物の大脳領域において適切な神経を刺激することを目的とする刺激を発生器１１により発生させる。これにより、所定の行動をとり、若しくは所定の感情を抱くよう動物を誘導する。人間の音声メッセージは、手段８により受け取られるが、体系化されていない。

刺激発生器１１により加えられた電圧は、非常に弱い。即ち、通常の接触では検出することができず、平均全電力は、従来の携帯電話の平均全電力のより少なくとも１００倍低い。

マイクに接続されたオーディオ回路ボードを具備する音声認識手段８は、既知の方法で、ボードからのＰＣＭ（パルスコードモジュレーション）デジタルオーディオシグナルを、周波数コンポーネントの振幅を表すそれぞれのグラフィックに変換する。第２データベースは、音声認識手段８に関連する。第２データベースは、例えば記録手段５の適切な領域において体系化されており、数千ものサンプルグラフィックを含んでいる。このサンプルグラフィックは、人間の声により生成された様々なタイプの音を認識する。実際、このシステムに入る音は、試行錯誤しながら調査したものと最も近い予め録音された音のタイプとその音とを相互に関連づけることにより認識される。

そのため、実際は、マイクが音波を感知したとき、音波は音声認識手段８により処理される。音声認識手段８は、有用な音を選択し体系化するために用いられる。これに対応するコードが刺激発生器１１に送信される。刺激発生器１１は、上記コードを電気シグナルに変換する。電気シグナルは、動物の神経を刺激する。これらのシグナルは、動物の脳の聴覚野に到着するまで伝達される。聴覚野では、シグナルは音として認識される。

既知の音声認識システムは、ユーザの声、及びその話し方に適合し、オペレーションの正確性を増加させなければならない。これらの特徴は、神経のネットワーク構造を使用することにより裏付けられる。

よく知られているように、神経ネットワークは、人工知能に関して研究されている分野で発達した数学的システムである。これらのシステムは、必要なときに情報を使用するだけでなく、情報を学習し、記憶しておくことができる、とりわけ、インプットとアウトプット間の知られていない機能を概算することができるという高水準の適合性により特徴づけられる。

本発明の場合、神経ネットワークが適切に配置されるように、「トレーニング」期間が、このシステムに与えられる。これは、音声認識システムの適切なオペレーションのために必要である。

このトレーニング期間は、シグナル４と、これに対応する動物の刺激−出来事−行動−感情−振る舞いとを適切に相互に相関づけるために必要がある。これは、拡声器６によりサウンドメッセージを発するためである。また、このトレーニング期間は、発生器１１により生成された電気刺激と、これに対応する、人間７により発せられた音声メッセージとを相関づけるために必要である。

第１発明では、このシステムは、「活動している」動物により発生されるシグナル４を記録するためにトレーニングされる。この作業の具体例として、人間７により示された無数の選択された内容と、処理装置３により記録された対応シグナル４との間の関係を検出することが含まれる。ここで、人間７は、管理人若しくはトレーナとして働く。また、このシグナル４は、所定の臭い物質に対する影響−振る舞い−感情に応じて動物の全体的な反応を示す。

第２発明では、複数の基本的な言葉やフレーズが、音声認識手段８を用いて、処理装置３の記憶手段５に記録される。これらの言葉／フレーズは、犬が取るにちがいない特定の行動に結びつけられ、彼らが発したものは、システムの制御ロジック内に組み込まれた神経ネットワークを介して、人間７により制御される。この人間７は、この場合もまた、管理人若しくはトレーナとして働く。神経ネットワークのアルゴリズムは、人間７により与えられる音声インプットと、刺激発生器１１のアウトプット間の最良の関係を生み出すだろう。

上述のことから、装置１は、双方向のコミュニケーションをサポートすることができる、人間と動物間のインターフェースシステムを実際与える。ここで、動物から人間へのコミュニケーションのインプットは、センサ２により検出されたデータからなり、アウトプットは、拡声器６により明示された、動物が現在ある「状態」を示している。人間から動物へのコミュニケーションのインプットは、音声認識手段８により検出された、人間７から来る声による命令からなり、アウトプットは、発生器１１により発生される刺激により与えられる。全システムは、処理装置３に組み込まれた神経ネットワーク構造により制御される。

示された特性により、本発明に係る装置１は、ユーザと動物間で人間の音声メッセージを変換することを模擬的に実行する。ここでは、動物に起因する音声メッセージは、実際に、予め記録されたメッセージであって、彼らが、動物の感情−振る舞い−考え−願望に実際に対応するように、処理装置３により選択されるメッセージである。

本発明の重要な特性によれば、神経ネットワーク制御システムと、音声認識システム８とを設けることにより、処理装置３は、自己学習ロジックを作動させる。この自己学習ロジックにおいて、人間７は、シグナル４に基づいて拡声器６が発する音声メッセージを人間の音声メッセージにより修正し確認することができる。

一方、進化プロセスにより、双方向ループ（脳−センサ２−拡声器６−マイク−刺激発生手段１１−脳）を介して、即ち、手段８及び拡声器６の補助を受けながら、環境とのリアクションに応じて動物自身が発する音声を聞くことにより、動物は時間とともに動物自身の言語を発達させる。

電気供給のために必要な手段と同様上記示した全てのコンポーネントは、現代の技術を用いて、小型化して製造され、そのため、動物の体に、好ましくは一つの首輪に容易に配置することができる。

当然、本発明の原則は同じままで、構造及び実施形態の詳細を、実施例だけにより記載され例示されたものに関して、本発明の技術範囲から離れることなく広く変更することができる。

例えば、本発明の可能性として考えられる実施形態では、人間からの指示と動物の感情の状態との相互作用に基づいて変化する応答若しくは刺激を発生するように、人間から音声認識手段８に届くシグナル、及びセンサ２により検出される、動物からのシグナルが、神経ネットワーク内で相互に作用する。

図１は、本発明に係るシステムの部分を形成する装置が配置された首輪とともに、家庭用の動物、特に犬の頭を示している。 図２は、図１の装置の構造を簡略した形で示したブロック線図である。

Claims (10)

1. 人間と、動物、特に家庭用の動物との間の音声コネクションシステムであって、
   上記動物、特にその頭及び／又は首に配置され、刺激、感情、出来事、行動若しくは振る舞いに応じて、動物の体で検出された刺激を、動物の状態を示す電気シグナル（４）に変換するためのセンサ（２）のマトリクスと、
   上記センサ（２）のマトリクスと機能的に関連し、記録手段（５）を含み、そこに動物の様々な状態に対応する人間の音声メッセージが記録された処理手段（３）と、
   上記処理手段（３）に機能的に接続された拡声器（６）とを備え、
   上記処理手段（３）は、上記センサ（２）からシグナル（４）を受けるため、また、受けた上記シグナル（４）に基づいて、上記記録手段（５）で選択された音声メッセージを発するよう上記拡声器（６）を作動させるために設けられていることを特徴とするシステム。
2. さらに、人間のユーザ（７）により発せられた音声メッセージ（９）の内容を表すシグナル（１０）を上記処理手段（３）に送信することができる音声認識手段（８）と、
   上記動物の体、特にその頭及び／又は首に機能的に接続され、さらに上記処理手段（３）から、上記ユーザ（７）により発せられた音声メッセージ（９）の内容を表す上記シグナル（１０）を受け、また対応する刺激を上記動物の脳に送る刺激発生手段（１１）とを備えることを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 上記処理手段（３）が、人間と動物とが同じレベルにあるような双方向自己学習方法を提供するようにプログラムされ、特に、
   ユーザ（７）が、上記拡声器（６）により発せられた音声メッセージを、人間の音声メッセージ（９）により修正若しくは確認することができることを特徴とする請求項１記載のシステム。
4. 上記センサ（２）のマトリクス、処理手段（３）、拡声器（６）、音声認識手段（８）及び刺激発生手段（１１）が首輪（Ｃ）に搭載される請求項１又は２に記載のシステム。
5. 上記音声認識手段（８）は、上記センサ（２）に加えた補完的手段として使用され、上記センサ（２）により検出された動物の状況の解釈を改善することを特徴とする請求項２記載のシステム。
6. 環境とのリアクションに応じて動物が音声化したものを動物が聞くことを介して、進化プロセスにより、時間とともに動物に特有の言語を発達させる請求項２記載のシステム。
7. 上記動物から来る、起源が異なる刺激を検出するように、センサ（２）が設けられる請求項１記載のシステム。
8. 上記動物の脳の電気的活動を検出するために機能する第１電極と、上記動物の筋肉及び／又は神経の電気的活動を検出するための第２電極とを備える請求項７記載のシステム。
9. 少なくとも第１及び第２センサ（２）が、動物のそれぞれの耳の丁度真下に、また、如何なる場合でも、動物の後頭葉の近くに配置され、さらにセンサ（２）が上記動物の首の周りに配置される請求項１記載のシステム。
10. 神経ネットワーク制御システムが、上記処理手段（３）に組み込まれる請求項１記載のシステム。
    

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