学術的背景 現代の複雑なネットワークシステムにおいて、状態推定（state estimation）は、不確実性やノイズに直面する際の重要な問題です。複雑なネットワークは通常、相互に接続された複数のノードで構成され、各ノードの動的挙動は非線形要素の影響を受ける可能性があります。Takagi-Sugeno（T-S）ファジィモデルは、不確実な情報を効果的に捕捉し、複雑なネットワークの非線形動的特性を記述できるため、複雑なネットワークのモデリングにおいて顕著な利点を示しています。しかし、従来の状態推定手法は通常、詳細なノイズの統計的特性を必要とし、実際の応用ではノイズが未知だが有界（unknown but bounded, UBB）であることが多いです。集員推定（set-membership est...

学術的背景 非線形力学システムにおいて、周波数切り替え現象はその現実世界での広範な存在とユニークな速い-遅い力学特性により、近年注目を集めています。周波数切り替えは、特定の切り替え閾値における発散行動を引き起こし、それにより、トランスクリティカル分岐（transcritical bifurcation）に関連する遅い励起ベクトル場におけるバースト解（bursting solutions）の不安定化をもたらすことがあります。この不安定性は、特に工学アプリケーションでよく見られ、システムの動作完全性に根本的な損害を与える可能性があります。したがって、周波数切り替えシステムにおけるバースト解の安定性とその制御方法を研究することは、システムの動的挙動を理解し予測する上で重要な意義を持ちます。 論文の...

背景紹介 航空宇宙工学において、薄層複合材料構造（例えば翼）は高速気流の影響で振動を起こしやすく、この振動はフラッター（flutter）やダイバージェンス（divergence）などの不安定現象を引き起こし、航空機の安全性と性能に影響を与える可能性があります。特に複合材料構造にデラミネーション（delamination）（層間の接着不良）が存在する場合、その力学応答は大きく変化し、振動問題の複雑さをさらに増します。そのため、デラミネーションを有する複合材料板の超音速気流中の非線形振動挙動を研究することは、工学的に重要な意義を持ちます。 しかし、既存の研究は主に無欠陥構造の振動分析に焦点を当てており、デラミネーションの影響については十分に研究されていません。さらに、従来の数値シミュレーション手...

二重遅延が捕食者-被食者システムに与える影響：安定性切り替え曲線法の研究 学術的背景 捕食者-被食者モデル（predator-prey model）は、生態学において個体群間の相互作用を研究するための基本的なモデルである。これらのモデルは一見単純に見えるが、複雑な動的構造を生み出すことができ、場合によってはカオスの軌跡を引き起こすこともある。捕食者が被食者を消費する速度（すなわち、機能応答、functional response）は、これらのモデルにおいて重要な役割を果たす。機能応答は、被食者にのみ依存するタイプと、被食者と捕食者の両方に依存するタイプに分類され、例えばHolling I-IV型やBeddington-DeAngelis型、Crowley-Martin型などがある。 近年、研...

非線形垂直軸回転機械のパラメータ同定研究：降次モデリングとデータ同化に基づく革新的手法 学術的背景 現代工学において、非線形動力学システムのモデリングは重要な研究分野です。しかし、このようなシステムには直接測定や推定が難しいパラメータが含まれることが多く、すべての関連する物理現象を数学モデルに取り入れると計算コストが大幅に増加します。この問題を解決するため、ハイブリッドツインモデル（Hybrid Twin）が登場しました。ハイブリッドツインモデルは、システムの物理的数学モデルと実際のシステムから収集した経験データを組み合わせ、データ同化技術を用いてパラメータ推定とシステム挙動予測の精度と信頼性を向上させます。さらに、降次モデル（Reduced Order Model, ROM）の使用により、...

二腕宇宙ロボットの有限時間適応ロバスト軌道追従制御研究 研究背景と問題 宇宙技術の急速な発展に伴い、宇宙ロボットは軌道上サービス、衛星組立、宇宙機燃料補給などの任務においてますます重要な役割を果たしています。しかし、宇宙ロボットシステムは任務を実行する際に多くの課題に直面しており、特にベースアクチュエータの摩擦非線形特性と外部時変擾乱の不確実性は、システムの軌道追従性能に深刻な影響を与えます。従来の制御方法ではこれらの問題を十分に処理することが難しく、特に高精度かつ高ダイナミック性能が要求される任務においてはその限界が顕著です。したがって、これらの非線形摩擦と外部擾乱を効果的に補償し、宇宙ロボットの軌道追従能力を向上させる方法が現在の研究の焦点となっています。 本研究では、二腕宇宙ロボット（...

学術的背景紹介 振り子の運動は古典力学における基礎的な問題の一つであり、柔軟で伸縮性のある弦上の振り子の振動は、より複雑な非線形力学現象を伴います。このような問題は、エンジニアリング構造、生体力学、材料科学など、実際の応用において広範な意義を持ちます。しかし、弦の柔軟性と伸縮性により、振り子の振動は横振動だけでなく縦振動も含むため、問題は特に複雑になります。従来の研究方法では、このような多自由度で非線形結合された振動システムを扱うことが困難でした。 本論文の著者らは、柔軟で伸縮性のある弦上の振り子の非線形振動現象、特に横振動と縦振動の相互作用とそのエネルギー伝達メカニズムを研究することを目的としています。著者らは解析的な漸近法を提案し、高周波と低周波の運動を分離することに成功し、システム内の...

背景紹介 現代の科学および産業研究において、非ニュートン流体（non-Newtonian fluids）の動力学挙動は、その独特のレオロジー特性（rheological properties）と広範な応用のために注目を集めています。ニュートン流体（Newtonian fluids）とは異なり、非ニュートン流体はポリマー、スラリー、生物学的流体などにおいてせん断応力（shear stress）とひずみ速度（strain rate）の間に複雑な非線形関係を示します。特にCasson流体は、その降伏応力（yield stress）と非線形応力-ひずみ関係のため、生物流体力学や産業プロセスにおいて重要な意義を持っています。しかし、伝統的な整数階微分モデルは、これらの流体の挙動を記述する際に限界があり...

サービス拒否攻撃下における多地域相互接続電力システムの安定性分析 学術的背景 現代社会における電力需要の増加に伴い、電力システムの安定性と安全性は重要な課題となっています。電力需要を満たすために、複数の発電地域が相互接続されて一つのシステムを形成し、ある地域で障害が発生した場合でも他の地域が電力供給を継続できるようになっています。しかし、電力システムの複雑化とネットワーク化に伴い、ネットワーク攻撃（特にサービス拒否攻撃、Denial of Service, DoS）による脅威が増大しています。DoS攻撃は通信チャネルを遮断することで、システムの不安定化や崩壊を引き起こす可能性があります。したがって、DoS攻撃下における多地域相互接続電力システム（Multi-Area Interconnect...

背景紹介 柔軟な容量型圧力センサーは、その高い感度、迅速な応答性、優れた機械的柔軟性により、インテリジェントロボット、医療モニタリング、ヒューマン・マシンインタラクションなどの分野で広く応用されています。しかし、従来の誘電性エラストマー（dielectric elastomers）は通常、低い誘電率を持ち、その容量信号の変化範囲を制限しています。容量センサーの性能を向上させるために、研究者は通常、エラストマーに高誘電率の無機セラミックや導電性材料を添加してその誘電性能を向上させます。しかし、これらの充填材は通常硬く、エラストマーを硬化させ、柔軟性を低下させ、高圧下で浸透現象（percolation）が発生し、材料が誘電性から導電性に変化し、容量センシング機能を失うことがあります。 液体金属（...