呼気の泡からダイバーのストレスを推定するAI水中ロボット(AI underwater robots can now track diver stress via exhaled bubbles)

2026-07-24 ミネソタ大学

ミネソタ大学の研究チームは、ダイバーが水中で吐き出す気泡をAIで解析し、呼吸数からストレス状態を推定できる水中ロボット技術を開発した。従来、水中では心拍計などによる生体情報の取得が難しく、ダイバーの安全状態をリアルタイムで把握することは困難だった。研究では、水中映像と音響データを用いて呼気による気泡をAIが識別し、吸気・呼気の周期から呼吸数を算出するアルゴリズムを構築した。多様な環境で収集したデータを用いた評価では、人間の解析結果に近い精度で呼吸数を推定できることを確認した。呼吸数はストレスや疲労、緊急事態の重要な指標であるため、本技術により自律型水中ロボットがダイバーの状態を監視し、異常を早期に検知して支援や救助につなげることが期待される。本成果は、水中ヒューマン・ロボット協調や海洋調査、水中インフラ点検、レスキュー活動における安全性向上へ貢献する新たなAI技術である。

呼気の泡からダイバーのストレスを推定するAI水中ロボット(AI underwater robots can now track diver stress via exhaled bubbles)
Aerial perspective of the field evaluation setup. Illustration provided by Junaed Sattar

<関連情報>

水中での人間とロボットの協働における安全性を確保するための、単独スキューバダイバーの呼吸数のロボットによる推定 Robotic estimation of single scuba diver respiration rate for safety in underwater human-robot collaboration

Demetrious T. Kutzke, Vennela Dupati, and Junaed Sattar
The International Journal of Robotics Research  January 8, 2026
DOI:https://doi.org/10.1177/02783649251411466

Abstract

Human respiration rate (HRR) is an important physiological metric for diagnosing a variety of health conditions from stress levels to heart conditions. Estimation of HRR is well-studied in controlled terrestrial environments, yet robotic estimation of HRR as an indicator of scuba diver stress for underwater human-robot interaction (UHRI) scenarios is hitherto unexplored. In this paper, we introduce a novel approach for robotic estimation of HRR from underwater visual data by observing the volume of bubbles from exhalation states in scuba diving to measure the respiration rate. We propose and exploit a fuzzy labeling system that uses audio information to annotate exhalation and inhalation states based on the presence of bubbles. We collect an expansive audio and visual dataset of diver breathing from diverse geographical locations and water bodies, on which we compare four different methods for classifying the presence of bubbles in images. We then use a novel estimation algorithm to assess the diver respiration state from visual classification for computing the HRR in breaths per minute. Ultimately, we demonstrate the efficacy of our method in estimating HRR by comparing the respiration rate output against those measured by human analysts.

0202海洋空間利用
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