"粉を操る达人"カブトムシ幼虫から学ぶ粉体技术－机械学习を使った幼虫粪形状からの雌雄分类－
※掲载内容（役职名，学年など）は取材时のものです。（现在と内容が异なる场合があります。）
息子とカブトムシを育てたことが研究のきっかけになりました。
私は「粉体工学」と呼ばれる分野に兴味を持っています。身の回りには粉状（例えば小麦粉）、液状（例えば饮料）、バルク状（例えば食器）などいろんな形で「粉」が活跃しています。私は粉を作るための技术や、粉の性质を调べるための方法、粉の有効な使い方などについて研究を行っています。
コロナ禍において職場や保育园が閉鎖になったとき、工学系研究者としての私は果たして、この世の中に貢献できることはあるのかと、半ば絶望的な気持ちになりました。そんなとき「せっかくだからおうち時間を楽しもう」と自宅で飼育していたカブトムシ幼虫を観察していました。
以前はリアルな虫のおもちゃに悲鸣を上げるほど昆虫が苦手でしたが、息子と図鑑で饲育方法を调べたりするうちに爱着が涌くようになりました。幼虫は木のチップを発酵させた饲育用マットを强靭な顎で砕いて食し、お尻から俵状の粪を出します。マットの中に粪が目立つようになったら交换时期ですが、「まだ使えるマットごと捨てるのはもったいない」と思い、ふるい分けすることにしました。形や大きさがふぞろいなマットがふるいの下に落ちていくと、形や大きさのそろった粪が姿を现します。がさつな私が乱暴にふるっても、粪は壊れることはありません。顎で粉砕したマットの微粉を原料にして肠内で形を整え、体外に排出する幼虫は、まさに粉体技术を使って粪を作る"粉を操る达人（虫）"だと思いました。目视では粪の见た目に雌雄差はありませんが、粪の形が决まる后肠付近に生殖器があると言われていることを考えると、「粪の形には雌雄差があるのでは？」と考えるようになりました。［図1］
折しも、同業者の夫（名古屋大学 山下誠司助教）が機械学習を始めたところで、品質工学でよく使われているマハラノビス?タグチ（MT）法の存在を教えてくれました。人の目では見つけられないような微小な違いを見いだすのに長けた方法であるとのこと。それなら、もしかしたら、幼虫の糞の形に雌雄差があるかどうか分かるかもしれない、と一緒に取り組むことに。MT法は複数の変量データ間の相関関係を基準にしてパターンの違いを認識し、分類する手法で、分類したいサンプルの中から任意のグループを基準として選択し、評価データとのパターンが似ているか?似ていないかを、異常値率が小さい?大きいで評価し、分類します。具体的には、20匹の幼虫が出した糞を並べて撮影し、画像解析ソフトを使って糞の大きさや投影面積、周長など糞の形状を表す特徴量データを蓄積していきました。その中の任意の一匹を基準として選択し、残りの幼虫の異常値率を算出します。雌を基準として選んだ場合、異常値率が小さければ、データパターンが似ていることになるので雌、大きければ雄というふうに分類していきます。
どんな特徴量を使っても分类できるわけではありません。雌雄の分类に寄与しない特徴量もあるからです。分类精度を上げるために、原因分析という手法を使って分类に寄与する特徴量のみを抽出していきます。今回は、粪の表面粗さに由来する特徴量がそれに相当することが分かりました。そして、この特徴量を使えば、粪の形状だけで100%雌雄に分类することができました。夫も私も、まさか本当に粪の形だけで雌雄分类できると思っていなかったので、兴奋のあまり家で小跃りし、息子に白い目で见られましたが、仮説が実証されたときの感动は何にも代えがたく、研究は改めて面白いと実感しました。そして、粉を操る达人のカブトムシに习い、粉体材料の魅力を最大限引き出すことができる构造の分类へと応用していきたいと考えています。
この成果は、Advanced Powder Technology誌にオープンアクセスで掲載されていますのでご興味持っていただけたらぜひご覧ください※1。岐阜大学の公式サイト にも関连动画を掲载しています。
※1:C. Takai-Yamashita, S. Yamashita et al., Adv. Powder Technol., 2022. https://doi.org/10.1016/j.apt.2022.103552
ぜひ若い学生の皆さんに研究の面白さを伝えたいです。
私は平成19年に博士（工学）を取得后、民间公司、ポストドクター、出产?育児による退职を経て、スイス留学を経験しました。滞在先の研究者は研究以外の活动や趣味も謳歌しており、特に私のメンターの厂é产补蝉迟颈别苍は日本茶に精通し空手にヨガに音楽にと多趣味でした。当初は3歳の息子を日本に残してのスイスへの単身留学に行くことに迷いもありましたが、现地の研究者たちの姿に「母亲だろうとやりたいことをやっていい。私は私らしい研究者を目指していいんだ」と一気に视界が开けました。スイス留学がなければ、カブトムシを研究しようとは思わなかったかもしれません。
研究とは身近な疑问を解决することの积み重ねであり、そのヒントは意外なところに転がっていることがあります。谁もが知っている身近な材料にも新しい発见がきっとあると思うのです。
ぜひ若い学生の皆さんには、研究の楽しさに触れ、「研究者になる道」を将来の选択肢の一つとして考えてみてほしいです。そのためにも、まずは私自身が研究を心から楽しみたいですね。
