研究助成成果集 第30号
研究助成成果報告
（年度順五十音順）
［研究助成（Ｓ）］ 1件
使い心地を認識し人と一体化するロボット制御技術の開発 (2188001)Development of robot control that integrates with humans
小池 康晴
東京工業大学 科学技術創成研究院 教授
人間と機械が一体となることで，機械を意識せず，身体の一部として認識し，操作できるようになるために，複数の筋電図を着るだけで多チャンネルの信号が計測できる装置を開発し，指の動きと手首の動きを義手を用いて実現した。また，脳波から運動開始前の運動意図や指の動きを推定することができた。
［研究助成（Ａ）（Ｂ）］ 37件
Construction of Visual Information Transmission Technology to Assist People with Visual Impairment
岩村 雅一
大阪府立大学 大学院工学研究科 准教授
本研究では，認識技術を用いた視覚障害者支援において重要であるものの，これまでほとんど考慮されてこなかった「利用者である視覚障害者に認識結果をどのように伝えるか」という問題に焦点を当てた。具体的には， 4 種類の要約方法と3種類の質問応答システムを利用した方法を実装したプロトタイプシステムを作成し，実験によりそれらの善し悪しを議論した。
Excellent finger assist system considering joint safety and fingertip sensory organ
中林 正隆
宇都宮大学 工学部基盤工学科 助教
関節の安全性を機械的に確保できる動作支援装置を開発するため，複合金属ケーブルを用いた関節動作支援機構の単関節モデルの静関節トルク計測が行われ，実用可能なケーブル特性に議論がなされた。また，この機構を採用した上で，指尖部感覚器を十分に露出した母指・示指を対象とした手指関節動作支援装置の試作機が開発され，その装着性が動作解析によって評価された。
Development of Biological Communication Systems Based on Eye Tracking and Brain Wave for Disabled Persons
向 直人
椙山女学園大学 文化情報学部文化情報学科 准教授
四肢障碍を伴う障碍者のコミュニケーションを支援するため，視線や脳波などの生体情報を活用した新しいコミュニケーション手段を提供することを目的とした。①視線追跡と筋電位を組み合わせた入力手法，②視線の動きを組み合わせたコマンド入力手法，③視覚誘発電位を利用した脳波による入力手法を提案した。また，各手法のプロトライプを実装し，有効性を評価した。
A study on optical packet switching by using optical comparison operation
相川 洋平
沖縄工業高等専門学校 情報通信システム工学科 助教
本研究は，光処理を用いたパケット識別技術を確立することで，メモリ不要なパケットスイッチ技術の開拓に一助するものである。助成期間において，申請者は光パケット識別技術を新たに提案するとともに，シリコン細線導波路を用いて集積デバイスとして作製した。なお，当該デバイスを用いて，4-bit QPSK信号を対象とした全光処理でのパケット識別動作を実証した。
Control of artificial muscle-driven robots by reinforcement learning aimed to for safe coexistence of humans and robots
奥井 学
中央大学 理工学部精密機械工学科 助教
人工筋肉駆動ロボットのための強化学習による制御システムを開発・評価した。提案手法は階層的な制御を用いずに報酬に基づいて動作を学習するため，ハードウェア特性を活用した動的な運動生成が期待できる。打楽器演奏ロボットを用いた学習実験では，ハードウェア特性を活用した振り上げ動作の獲得を確認し，その有効性を示した。
Quickly, safely, and smoothly: Decentralized control of mobile agents that can cooperate with humans
加納 剛史
東北大学 電気通信研究所 准教授
多数の運搬物を各目的地まで輸送する際，衝突回避と移動体の素早さ・滑らかさを両立させるのは従来技術では困難であった。本研究では，歩行者流の代表的な数理モデルであるSocial forceモデルをもとに移動体の自律分散制御手法を提案し，シミュレーションによりこの問題を解決できることを確かめた。
Research on high-speed and wideband optical encryption technology with time-spreading encryption key generation and all-optical key combination
小玉 崇宏
香川大学 創造工学部 講師
高秘匿光通信システムの実現に向けて，データシンボル間で時間領域で弱拡散した暗号鍵ビットを非線形効果を用いた位相マスク技術をIQ変調信号に適用し，原理検証実験によってその実現可能性を示した。
Emergence of partnership by mutual understanding of human and robot priorities
小林 泰介
奈良先端科学技術大学院大学 情報科学領域 助教
本研究課題は，人と移動ロボットの力覚的相互作用において互いの価値観を理解し，ロボットの制御システムに反映することで協調的な振る舞いの獲得を目指した研究である。この課題解決に向けた技術として，1．人の主観に応じたロボット制御則の最適化と，2．ロボットが求める人の挙動からの異常検知の2つを開発した。
Development of quantitative automatic non-destructive inspection method using laser ultrasonic visualization technique and machine learning
斎藤 隆泰
群馬大学 大学院理工学府環境創生部門 准教授
本研究では，レーザー超音波可視化技術で得られる画像中に含まれる欠陥の有無を機械学習により判定することを行った。鋼材やアルミニウム等の材料に対して，提案手法を適用することで，実際に90パーセント程度の確率でAIが欠陥の有無を判定することができた。また波動解析で得られた画像についても同様のことを行い，良好な結果を得ることができた。
Automation of cultivation, harvesting, and classification of tomato by the combination of Robot technology and AI
酒井 一樹
長岡工業高等専門学校 電子制御工学科 助教
トマト生育への知見獲得に向けたロボット技術とAI技術を組み合わせることで，トマトの生育や収穫，選別を自動で行うシステムの構築に取り組んだ。生育・収穫・選別の自動化や最適な生育条件の可視化手法の検討といった部分要素についてそれぞれ検討と開発が完了した。今後はアクアポニックスといったエコシステムへの統合を視野に入れて開発を進めていく。
Wearable Bowel Sound Measurement/Analysis System
阪田 治
東京理科大学 工学部電気工学科 教授
長時間腸音モニタリング技術は，人間の小腸の消化活動の活性度をリアルタイムかつ定量的に評価することができるが，その適用範囲は集中治療室や手術室等に限られていた。装置の小型化と耐ノイズ性能を付与することにより，適用範囲を大きく広げることができる。本研究では，腸音計測装置のウェアラブル化のための基盤技術の研究に取り組んだ。
Virtual clinical trial based on a realistic computational phantom
田中 利恵
金沢大学 医薬保健研究域 准教授
本研究の目的は，人間をコンピュータシミュレーションで再現した仮想人体ファントム (Computational phantom) を対象とした「仮想臨床試験」を創出し，医療機器の性能評価における有用性を明らかにすることである。申請者らが開発を手掛けている「低線量X線動画イメージングによる肺機能診断法」を題材とした「仮想臨床試験」を実施したので報告する。
Identification of neural activity associated with memory consolidation
中谷 裕教
東海大学 情報通信学部 講師
学習した内容を知識や技術として身につけるためには，学習中に短期記憶に蓄えた情報を長期記憶に移行させる必要がある。本研究では，学習内容の記憶への定着に関わる脳活動を同定するために，学習回数は一緒でも学習内容の記憶への定着のしやすさが異なる課題を開発し，脳波の特性を調べた。その結果，学習内容の記憶への定着には前頭葉のθ波が関与していた。
Automated process planning system for end-milling operation considering experienced knowledge
西田 勇
神戸大学 大学院工学研究科 助教
従来の機械加工の自動工程設計では，ある一定のアルゴリズムに依存していたため，単調なNCプログラムが作成されていた。本研究では，熟練者が無意識的に行っている加工順序や加工条件決定の判断基準を加工領域の幾何学的な特徴と関連付けてデジタル化して蓄積し，学習したデータを用いることで熟練者が意図する加工順序および加工条件を自動で導出している。
Analysis of Ionic liquid induced degradation on amorphous IGZO semiconductor film.
藤井 茉美
近畿大学 理工学部電気電子工学科 准教授
酸化物半導体薄膜トランジスタの高信頼性フレキシブル素子実現を目指し，イオン液体を用いた電気二重層トランジスタの劣化メカニズム解明に取り組んだ。素子特性劣化と合致する2種の表面反応が確認され，長時間反応は InとOに関連した。酸素結合状態変化から，金属―酸素結合が弱い結合に変化することが解った。この劣化は疎水性のSAM膜導入により抑制できた。
Research on Contact Force Control of Tilt-rotor Helicopters
矢代 大祐
三重大学 大学院工学研究科 助教
現状のマルチロータ機の遠隔操作技術では操作時にマルチロータ機が工学物に対して過度な力を加える結果，機体や作業対象物が破損したり，機体が激しく振動したりする。そこで本研究では，課題1：ロータの角速度情報を用いた制御，課題2：対気速度を考慮した制御，課題3：ティルト角の制御，に取り組み，その有効性をシミュレーションと実験により検証した。
Development and utilization of the phenotyping system in plant factory with artificial lighting
雨谷 弓弥子
千葉大学 環境健康フィールド科学センター 特任研究員
植物の全生長過程を個体別に非破壊・連続的に追跡・測定し，蓄積データから生産性向上のための多種多様な解析を可能にするシステムを開発した。本研究ではこれを利用し，深層学習を用いた発芽判定の精度向上，および発芽に最適な環境因子を探った。環境の安定性・再現性に優れる人工光型植物工場において本システムは実用的な手段になると考えられる。
Investigation of continuous contact transition control for robots touching environments softly
有田 輝
立命館大学 理工学部ロボティクス学科 助教
ロボットが対象物に与える接触力を接触の瞬間から制御するため，光学式反射型センサの投光量の調整を利用する制御則を開発した。これにより非接触時と接触時で一貫した力制御を実行可能にした。さらに本制御則をロボット全身に適用するため，リンク全周を被覆可能な光学式反射型センサを開発した。
Relationship between the structures of image spaces and image transformation networks
石川 博
早稲田大学 理工学術院基幹理工学研究科 教授
深層学習はビジョンに大幅な性能向上をもたらしたが，高性能の原因は謎である。ただ注目すべきは，性能向上をもたらしたのは変数に空間的な意味を与えたCNNであることである。最近の研究によれば，CNNは全く学習することなく，ある種の画像変換問題を解くことさえできる。そこで，学習時，学習なし時それぞれの場合の性能とCNNの構造の関係を調べた。
Investigation of Pre-Touch Reaction Distance in a Virtual Reality Environment
木本 充彦
慶應義塾大学 理工学部 訪問研究員
人は身体接触を生じうる行動に対して接触前に反応を示す。例えば，他者の手が自身に触れようとする際，一定の距離で視線移動や身体動作などの反応を示す。本研究では，このような反応距離に着目し，仮想空間において人がどの程度の距離で接触前に反応を示すかを調査した。そして，人と同様に触れられる前に自然な反応動作を示すバーチャルエージェントを開発した。
Development of matching method using surface texture of stone for reconstruction of Kumamoto Castle
上瀧 剛
熊本大学 大学院先端科学研究部 准教授
熊本地震により崩落した石垣の復旧に関する研究である。崩落した石材は文化的な価値を損ねないように，元の位置に戻す必要がある。しかし，数万個オーダーで崩落した石材を1つ1つ目視で元所在を特定することは現実的ではない。本研究課題では，三次元画像照合技術を用いて崩落した石材の元所在を特定するシステムを開発した。
The development of neurorehabilitation combined with robot-assist gait training for falling
高橋 容子
順天堂大学 保健医療学部理学療法学科 助教
歩行中の転倒に関与する神経メカニズムを解明し，そのメカニズムに根差したロボットリハビリテーションの実現には，歩行中の脊髄神経経路の評価が重要である。本研究では，歩行中の相反性抑制を健常者にて検討した。遊脚期において，相反性抑制が増強する結果が得られた。今後は脳卒中患者における歩行中の相反性抑制およびつまずきとの関係を明らかにしていく。
Posture Estimation during Walking using a First-person Camera and Its Application to Sensory Substitution for the Visually Impaired
張 潮
福井大学 学術研究院工学系部門 講師
近年，一人称カメラの小型化に伴い，常時カメラや情報処理装置を身に付けることが可能になった。そこで，一人称カメラから点字ブロックを検出することで，視覚障がい者の歩行支援に繋がることが期待できる。本研究では点字ブロック検出を多目的最適化問題とし，色と形状特徴を利用した検出方法を提案し，一人称視点画像から点字ブロック検出・センシングを行う。
Hand guidance teaching for motion based on integration of state observer and multi-sensor information
長津 裕己
中央大学 理工学部 助教
本研究では状態観測器による推定外力情報と力センサを含むマルチセンサ情報を統合したロボットから人への手づたえ動作教示システムを提案した。本手法により，対象環境の変化への適応と動作教示を同時に実現することが可能となる。さらに，訓練者の習熟度に応じて，訓練補助のための拘束力を段階的に調節することも可能となる。
Time-Domain Audio Source Separation Based on Wavelet Analysis and Deep Learning
中村 友彦
東京大学 大学院情報理工学系研究科 特任助教
時間領域音源分離のための深層学習モデルと多重解像度解析との構造の類似点に着眼し，離散ウェーブレット変換を用いたダウンサンプリング層を提案した。提案層は，従来法では欠けていた特徴量領域でのアンチエリアシング機構と完全再構成性を兼ね備えており，これらを保証することで音源分離性能が向上することを楽音分離実験により示した。
Development of an anti-infection system using a patch-type autonomously-driven ultrasound transducer
新田 尚隆
産業技術総合研究所 健康医工学研究部門 主任研究員
本研究では，体内留置カテーテル等の皮膚出口部での感染を防止するため，自律的に駆動するパッチ型超音波振動子と酸化チタン粒子を併用した感染防止システムを開発した。実験結果から，活性酸素種の生成能に係る有効性，有害な温度上昇を生じさせない安全性，エコー情報に基づく自律的な超音波出力調整の実現可能性がそれぞれ示唆された。
Risk management of heat-related illness based on computation with data assimilation of sensing and thermophysiology
平田 晃正
名古屋工業大学 先端医用物理・情報工学研究センター 教授
近年，熱中症による搬送人員数は増加傾向にあるが，個々人に応じた適切な休憩時間や水分補給の呼びかけにより熱中症のリスクは低減ができるはずである．本研究では，個々人に応じたリスク管理システムへの展開を見据え，ウェアラブルセンシングデータを入力値とした新たな深部体温推定計算手法を開発する．
Development of a Endoscope Robot using Flexible Ultrasonic Motor
真下 智昭
豊橋技術科学大学 工学部 准教授
本研究では，ツインコイル型フレキシブル超音波モータを提案し，スライダであるコイルの特性を用いた変位センサと力センサの開発を行った。いずれもフレキシブル超音波モータに機械部品を追加することなくセンシングを可能にするアイデアである。これらのセンサを用いてフィードバック制御を実施した。
Variable Impedance Control of Human-friendly Lower-limb Orthosis Robot for Knee Joint Range of Motion Training
舛屋 賢
東京工業大学 工学院機械系 助教
本研究では，リハビリにおけるトレーナーの負担低減のための，人の下肢訓練を促進する人と親和性の高い装具型ロボットの開発を行った。下肢の関節可動域訓練を対象に，そのための関節機構に加え，訓練のための可動域推定方法と可変インピーダンス制御方法を開発した。
Walking and running training device using pressure-based gait estimation of pneumatic driven gait assistive suit
宮嵜 哲郎
東京大学 大学院情報理工学系研究科システム情報学専攻 助教
本研究では運動者個々人の要求に答えるオーダーメイド式トレーニングを可能とするロボットトレーニングシステムの実現を目指し，空気圧駆動歩容アシストスーツの圧力ベース歩容推定を用いた歩行・走行トレーニング装置を開発した。1年の研究期間で，走行アシストの実現と，圧力情報から関節角度などの歩容状態を推定する方法の開発などを実施した。
Machine learning for CT texture analysis in chemosensitivity of gastrointestinal cancer liver metastases: initial report
宮本 裕士
熊本大学病院 消化器外科 講師
大腸癌肝転移に対する機械学習を用いたCTテクスチャ解析が，全身化学療法の治療効果予測に有用かどうか検証した。Trainingコホート112例で奏効/非奏効の予測に有用であった3つのパラメーターを用いて，Validationコホート38例の解析を施行した所，その予測能はAUC077の結果であり，今回の方法は有用と考えられた。
Development of finger-worn haptic sensor for evaluations of adhesive property
森脇 健司
弘前大学 大学院理工学研究科 准教授
力・弾性率・粘着性 (タック) を定量計測できる指先に装着できるサイズのセンサデバイスを作製し，その性能を確認した。弾性率や粘着性が異なるシリコーンゴムに接触させると同じ圧力値における触覚センサ信号の変化から試料の弾性率を推定でき，脱離させた際の信号変化過程に着目すれば定量的に粘着性を評価できると考えられた。
Development of a soft electronic biomonitoring device using organic electronics and hydrogels
吉田 昭太郎
中央大学 理工学部電気電子情報通信工学科 助教
本研究では，生体親和性の高いウェアラブル・インプランタブル電子デバイスを実現するための要素技術として，従来の無機物ベースのエレクトロニクスではなくすべて有機物でできた電子回路と生体計測電極の開発，それを包埋する有機ハイドロゲルの統合技術の開発を目的として，有機電極，有機電子素子を内包するハイドロゲルを実現し，製作技術の開発に成功した。
A Study on Multi-Subspace Representation of Nonlinear Mixture with Application in Blind Source Separation
Wang Lu
慶應義塾大学 大学院理工学部・理工学研究科 特任助教
ブラインド信号源分離に適用する非線形混合のマルチ部分空間表現に関する研究
Development of an unobtrusive measuring system for nocturnal blood pressure monitoring
前田 祐佳
筑波大学 システム情報系知能機能工学域 助教
本研究は，睡眠中の非装着的な血圧変動モニタリングによる睡眠時血圧変動の簡易スクリーニングを目標に，光電脈波および心音図を用いた寝具組込型の脈波伝播速度システムの開発を行い，その血圧変動検出精度を検討した。血圧上昇タスク実験の結果，開発システムによる脈波伝播時間と血圧の関係に負の相関が得られ，血圧変動検出の可能性が示唆された。
Study of a prediction system for hepatocyte differenciation efficiency of human iPSCs by machine learning based on epigenome information
西野 光一郎
宮崎大学 農学部 教授
本研究では，ヒト人工多能性幹細胞 (induced pluripotent stem cell：iPS細胞)のロット間における特性の違いを機械学習により識別し，肝細胞分化効率を予測するシステム構築のための基礎研究として，線形分類による学習モデルの構築を行った。質の高い網羅的細胞分子データと機械学習の融合による新たな手法を示した。
Development of ultra-high power organic flexible thermoelectric materials by controlling molecular orientation using high curvature space
藤間 卓也
東京都市大学 理工学部機械工学科 教授
IoTデバイス等の独立型電源として有機熱電発電が注目されているが，出力が小さく実用化に至らない。本研究では導電性高分子の一種である PEDOTを繊維曲面上に担持することで，発電性能の飛躍的向上を実現した。ラマン散乱分析の結果から発電性能の向上は，高分子鎖の配向，繊維曲面への成膜によって付加される分子歪みに起因すると示唆された。
［研究助成（Ｃ）］ 10件
Ultra-low noise three-dimensional integrated circuit with low dielectric constant polymer TSV and substrate separation and its bioapplication
李 晟豪
東北大学 大学院工学研究科 博士後期課程
低誘電率ポリマーTSVと基板分離による超低ノイズ三次元集積回路とそのバイオ応用
A Flexible Display for Embodying Video and Enhancing Social Telepresence
櫛田 佳那
大阪大学 大学院工学研究科 博士後期課程
ビデオ会議システムの多くは平面の表示画面を前提としたもので，会話相手の実体としての存在感は失われる。これは，ソーシャルテレプレゼンス (遠隔地にいる相手とあたかも対面している感覚) を損なう原因の一つになる。本研究では，映像の表示面を物理的に変形させる凹凸ディスプレイを用いて，映像内の物体を突出させ，擬似的に実体化するシステムを構築した。
Elucidation of brain activity during action observation combined with motor imagery of walking and construction of a model for BMI application
金子 直嗣
東京大学 大学院総合文化研究科 助教
本研究の目的は，歩行観察と歩行イメージを併用した際の脳活動を解明すること，ブレイン・マシン・インターフェースへの応用を目指したモデルを構築することである。歩行観察とイメージを併用することで，歩行位相に依存した脳活動を惹起することが明らかとなった。今後は，本研究で明らかとなった知見を元に，脳波情報から歩行位相を分類する精度の高いモデルの構築を目指す。
Robust and Accurate Indoor Visible Light Positioning for Assisting the Visually Impaired
嶋田 祥太
北海道大学 大学院情報科学研究科 博士後期課程
視覚障碍者のための音声案内普及を最終的な目的とし，本研究ではその基盤として，スマートフォンを用いた屋内位置認識技術をさらに頑健かつ高精度にすることに取り組んだ。あらゆる屋内で活用できるインフラとして照明に着目し，これを利用することでスマートフォンの位置及び姿勢を高精度に推定することを可能にした。
Development of Support System for Medical Education Training by Automatic Scoring of Clinical Skills
菅宮 友莉奈
早稲田大学 総合機械工学科 助教
臨床技能学習は，反復練習や自分の正否を知ることが重要であるが，患者と指導医とともに行う臨床訓練では，学生一人に十分な時間がとれていない。そこで，臨床技能を自習可能なシステムの提案を行った。本研究では，問診を対象にして，医師と患者の診察から，必要なセンサの選定を行い，音声認識・動作認識を構築し，それらの評価を行い有効性を確かめた。
Development of Flexible Trans-Nail Biosignal Recording System and Its Applications
QIAN ZHENGYANG
東北大学 大学院工学研究科 博士後期課程
人の健康維持と疾察にとって重要な心拍数，酸素濃度，血圧の生体信号を簡便に常時計測するための不快感や装着感のない経爪型生体情報記録システムを開発する。光電式及び皮膚電極式の生体情報信号記録回路を設計・試作し，フレキシブルに埋め込み，多種類生体情報記録できるシステムの完成を目指し，無感触ヘルスケアシステムへと展開する。
Diagnosis Support System for Female Infertility by Using Information Technologies
森 健太郎
舞鶴工業高等専門学校 電気情報工学科 助教
本研究では，不妊治療の補助を行う不妊症診断支援システムの開発に取り組み，子宮運動の自動解析システムおよび妊娠予測システムを開発した。各システムはCine MRI画像と超音波画像から畳み込みニューラルネットワークによって解析を行う。本研究を通して，子宮運動の速度が解析において重要な特徴量であることを新たに発見した。
Field Research for a Robotic Salesperson that can Understand Social Cues Using the Engagement Estimation
岩﨑 雅矢
大阪大学 大学院 博士後期課程
接客ロボットは社会的プレゼンスの弱さが原因で多くの場合人に無視される。これらの問題は人がロボットを遠隔操作することによって解決可能であるが，初心者ユーザの遠隔操作によるロボットでの接客は困難であり，操作者にロボットの操作経験や知識が必要である。そこで初心者ユーザ向け接客ロボット遠隔操作システムを開発し，その有効性を検証する。
A learning support platform based on real-world sensing in museums
村上 弘晃
東京大学 大学院工学系研究科 特任研究員
本研究の目標は，位置情報を活用した学習支援プラットフォームの基盤構築に不可欠な，高精度かつ低コストで運用可能な測位システムの構築である。本期間にて，目標達成に必要な3つの手法：1) 単一スピーカでのスマートフォン5自由度推定，2) 単一スピーカとスマートフォン間の時刻同期，3) 見通し外環境でのスマートフォン間測距，を提案し評価した。
Development of a frexible thermoelectric power generatoring device
山下 尚人
京都大学 大学院工学研究科 博士後期課程
フレキシブル基板上に実装可能な新しい熱電変換物性の研究に取り組んだ。温度勾配に対して垂直方向に起電力を取り出せる異常ネルンスト効果に着目した。単体の強磁性金属と異なり，共蒸着で容易に非晶質を形成できる FeGd合金の薄膜を研究材料とした。異常ネルンスト効果を測定するためのシステムを新たに開発し，室温にて異常ネルンスト係数013μV/K という値を得た。