光ファイバーケーブルはセミの鳴き声を拾うことができる

13年か17年ごとに、何十億匹ものセミの羽音のような求愛の鳴き声が、米国の一部の地域で夏のBGMとなる。彼らのカチカチという音は非常に大きいため、高速インターネットの伝送に使われている光ファイバーケーブルで検出される可能性がある。11月30日に米国昆虫学会の昆虫科学ジャーナルに掲載された概念実証研究は、この技術がこれらの騒々しくつかの間の昆虫を追跡するのにどのように役立つかを述べている。

[関連: X世代のセミがやってくるので、食べてみましょう。食べ方は次の通りです。 ]

光ファイバーケーブルを電柱に吊るすと、温度、振動、非常に大きな騒音の変化を検知するセンサーとして使用できます。この新しい技術は分散型光ファイバーセンシングと呼ばれ、この研究でテストされました。

「ニュージャージー州ミドルセックス郡の繁華街の近くであったにもかかわらず、鳴き声に関するこれほど多くの情報が収集されたことを知り、驚き、興奮しました」と、研究の共著者で昆虫学者のジェシカ・ウェア氏は声明で述べた。ウェア氏はニューヨークのアメリカ自然史博物館の無脊椎動物学部門の副学芸員兼部門長である。

「後方散乱」の測定

チームによると、分散型光ファイバーセンシングは、光パルスが光ファイバーケーブルを通じて送信される際の後方散乱を検出して分析することに基づいています。後方散乱は、ケーブル内の小さな欠陥や乱れにより、わずかな量の信号がソースに跳ね返ったときに発生します。技術者は、後方散乱光の到着時間を計り、光がケーブルのどこで跳ね返ったかを正確に計算できます。時間の経過とともに後方散乱がどのように変化するかを監視すると、乱れのシグネチャが作成されます。音響センシングでは、このシグネチャはケーブル内の音の周波数と音量を示すことができます。

1 つのセンサーを長いケーブル区間に配備することもできます。研究によると、センサーを備えた 31 マイルの長さのケーブルは、3.2 フィートの精度で障害の位置を検出できます。著者らは、これは同期するだけでなく、オンサイト電源を必要としない 50,000 個の音響センサーをテスト対象地域に設置するのと同じであると報告しています。

しかし、共著者であり NEC Labs America のフォトニクス研究者である Sarper Ozharar 氏によると、光ファイバーケーブルでの音響検知は「近くの音源、または緊急車両、車の警報、セミの羽化などの非常に大きな音のイベントのみに限定されます。」

ブラッドXの復活

2021年、セミのX世代の個体群が少なくとも15州で地中から出現した。X世代は17年周期で出現するセミのいくつかの個体群の中で最大の個体群である。オズハラー、ウェア、およびNEC Laboratories America, Inc.の同僚らは、この機会を利用して研究所のファイバーセンシング試験装置を使用し、木々でブンブン鳴くX世代のセミを検知できるかどうかを確認した。ケーブルは2021年6月9日から6月24日の間に、ニュージャージー州プリンストンにある3本の35フィートの電柱に張られた。

[関連:世界のインターネット トラフィックは海底を流れている — その仕組みは次のとおりです。]

ケーブルは昆虫の鳴き声を拾った。ブンブンという音は光ファイバーセンサーを介して1.33キロヘルツ（kHz）の強い信号として現れた。これは同じ場所で従来の音声センサーで測定されたセミの鳴き声の周波数と一致した。

研究チームはまた、セミのピーク周波数が 1.2 kHz から 1.5 kHz の間で変化しているのを確認しました。このパターンは気温の変化に従っているようです。光ファイバー センシングでは、テスト期間中の虫の騒音の全体的な強度も示されました。セミの音がピークに達し、繁殖期の終わりに近づくにつれて信号が徐々に減少しました。

「他の用途向けに設計・最適化されており、一見昆虫学とは無関係のように見えるこの新技術が昆虫学研究をサポートできるというのは、本当に興奮し興味深いことだ」とオズハラー氏は語った。

光ファイバーセンサーは多機能なので、さまざまな目的に設置して使用することができます。ある日はセミを検知し、次の日は他の異物を検知するなどです。ウェア氏によると、光ファイバーセンサーはさまざまな昆虫の検知にも使用できるそうです。

「これらのシステムによって検出されたのは、騒々しいセミの集団だったが、昆虫の音風景と振動の年間測定が、季節や年を超えて地域の昆虫の個体数を監視するのに役立つかどうかを見るのは興味深いだろう」とウェア氏は語った。

X世代のセミは地中に戻り、2038年まで出現しない。出現間隔が長いため、その間に昆虫学者は技術的に飛躍できる。X世代が最後に出現した2004年には、モバイルスマートフォンやアプリの使用は実現不可能だったが、2021年の出現は両方の技術によって詳細に記録された。光ファイバーケーブルは、セミの合唱研究において同様の技術的飛躍につながる可能性がある。