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AIDB Daily Papers

匂い追跡:複雑な流れの中で動く匂い源を捉える

原題: Olfactory pursuit: catching a moving odor source in complex flows
著者: Maurizio Carbone, Lorenzo Piro, Robin A. Heinonen, Luca Biferale, Massimo Cencini, Antonio Celani
公開日: 2026-04-13 | 分野: 強化学習 ロボティクス 情報 最適化 環境 制御 モデル 確率 アルゴリズム

※ 日本語タイトル・ポイントはAIによる自動生成です。正確な内容は原論文をご確認ください。

ポイント

  • 本研究では、匂い源の位置と速度を推定する部分観測マルコフ決定過程として匂い追跡問題を定式化した。
  • 匂い信号の遅延や途切れといった不確実性に対し、ターゲットの動きを予測する推論が重要となる。
  • 提案手法は、探索と予測に基づく価値関数を組み合わせることで、既存手法を大幅に上回る性能を示した。

Abstract

Locating and intercepting a moving target from possibly delayed, intermittent sensory signals is a paradigmatic problem in decision-making under uncertainty, and a fundamental challenge for, e.g., animals seeking prey or mates and autonomous robotic systems. Odor signals are intermittent, strongly mixed by turbulent-like transport, and typically lag behind the true target position, thereby complicating localization. Here, we formulate olfactory pursuit as a partially observable Markov decision process in which an agent maintains a joint belief over the target's position and velocity. Using a discrete run-and-tumble model, we compute quasi-optimal policies by numerically solving the Bellman equation and benchmark them against well-established information-theoretic strategies such as Infotaxis. We show that purely exploratory policies are near-optimal when the target frequently reorients, but fail dramatically when the target exhibits persistent motion. We thus introduce a computationally efficient hybrid policy that combines the information-gain drive of Infotaxis with a "greedy" value function derived from an associated fully observable control problem. Our heuristic achieves near-optimal performance across all persistence times and substantially outperforms purely exploratory approaches. Moreover, our proposal demonstrates strong robustness even in more complex search scenarios, including continuous run-and-tumble prey motion with moderate persistence time, model mismatch, and more accurate plume dynamics representation. Our results identify predictive inference of target motion as the key ingredient for effective olfactory pursuit and provide a general framework for search in information-poor, dynamically evolving environments.

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