切り替えファジィシステムに対するセキュア有限時間フィルタ設計研究 学術的背景 現代の制御システムにおいて、切り替えシステム（switched systems）とファジィシステム（fuzzy systems）は、複雑な非線形動的問題を扱う際の有効性から広く注目を集めています。しかし、ネットワーク化システムの普及に伴い、システムはセンサー故障やネットワーク攻撃（スケーリング攻撃、scaling attacks）の脅威に直面しています。センサー故障はシステムの性能低下を引き起こす可能性があり、スケーリング攻撃は伝送データの比率を変更することでシステムの安定性を損ないます。そのため、センサー故障とネットワーク攻撃の両方に対応できる強力なフィルタの設計が重要な研究課題となっています。 本論文は、離散時...

学術的背景 工学や材料科学の分野において、ロボットマニピュレータの変位と力を正確に制御することは、特に非線形粘弾性変形を示す物体の力学特性を研究する上で重要です。例えば、繊維、航空宇宙、医療、エネルギー生産などの分野では、テキスタイルの力学特性が設計や性能に重要な影響を与えます。従来の引張/圧縮機械は通常、変形速度を制御することで力を測定しますが、この方法では物体の弾性限界、塑性変形、破断点などの重要な変形点を直接観察することができません。この制限を克服するため、近年ではロボットシステムが位置/変形制御による物体の特性評価に使用されています。しかし、微小な力と変形を扱う場合、産業用ロボットには限界があり、高分解能と高帯域幅を備えた圧電ロボットマニピュレータが理想的な選択肢となっています。ただ...

背景紹介 現代のエンジニアリング実践において、アンダーアクチュエートシステム（under-actuated systems）は、構造がシンプルでエネルギー消費が低く、柔軟性が高いという特徴から、クレーン、車輪型倒立振子、蛇型ロボットなどの分野で広く利用されています。しかし、アンダーアクチュエートシステムでは、制御入力の数がシステムの自由度（degrees of freedom, DOF）よりも少ないため、コントローラの設計と安定性解析に大きな課題が生じます。これまでにフィードバック線形化制御、適応制御、ロバスト制御などの多くの制御戦略が提案されていますが、これらの方法は実際の応用において複雑さが高く、モデルの精度に依存するなどの問題を抱えています。さらに、センサーの故障により部分的な状態情報...

学術的背景 複雑ネットワーク（Complex Networks, CNs）は、社会学、工学、自然科学などの分野で重要な役割を果たしており、電力分配、交通调度、多エージェント協力などのシナリオで広く利用されています。しかし、通信パケットロス、センサーノイズ、環境の不確実性などの要因により、ネットワーク内のリーダー（leader）や個々のノードの正確な状態情報を取得することは困難な課題となっています。特に分散システムにおいて、ノードがどのように効果的に状態を同期させてコンセンサス（consensus）を達成するかが重要な問題です。従来の観測と制御方法は、連続サンプリングと計算に依存することが多く、これにより通信コストが増加し、ネットワークインフラに負担がかかります。これらの問題を解決するために、...

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...

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...

学術的背景 ウェアラブル電子機器（健康モニタリングデバイスや人間とコンピュータのインタラクションデバイスなど）の急速な発展に伴い、市場では柔軟性、安全性、そして持続可能な電源ソリューションに対する需要が高まっています。従来のリチウムイオン電池は広く使用されていますが、その剛性構造、安全上のリスク、環境汚染の問題、そして希少鉱物への依存により、これらの新たなニーズを満たすことが困難です。繊維形状の電源は、その優れた柔軟性とテキスタイルとの互換性から、非常に有望な代替案として注目されています。その中でも、ポリマーをベースにした柔軟な水系エネルギー貯蔵システムは、その固有の安全性、柔軟性、そして再生可能でリサイクル可能な有機電極材料と環境に優しい水系電解質の使用により、特に注目を集めています。しか...

学術的背景 ウェアラブル電子デバイスの急速な発展に伴い、高性能で柔軟性と耐久性を備えた材料に対する需要が高まっています。グラフェン（graphene）は、優れた導電性、機械的強度、柔軟性を備えた二次元材料として、近年ウェアラブルデバイスへの応用が注目されています。しかし、グラフェンをウェアラブルデバイスに適した機能性繊維材料に変換する方法は、依然として解決すべき課題の一つです。グラフェン繊維（graphene fiber, GF）は、グラフェンの優れた特性を継承するだけでなく、繊維製品の柔軟性と編み込み性も備えており、ウェアラブルセンシング、柔軟なエネルギー貯蔵デバイス、およびスマートテキスタイルにおいて大きな応用可能性を示しています。本論文は、グラフェン繊維の製造技術とそのウェアラブルデバ...

学術的背景 スマートウェアラブルデバイスの急速な発展に伴い、圧力センサーはコアコンポーネントとして、健康モニタリング、ヒューマン・マシン・インタラクション、人工知能などの分野で広く注目されています。圧力センサーはそのセンシング原理に基づいて、主に容量式、圧電式、摩擦電気式、圧抵抗式などに分類されます。その中でも、圧抵抗式圧力センサーは構造が単純で感度が高く、製造コストが低いため、研究のホットスポットとなっています。しかし、高感度を実現しながら検出範囲を拡大することは、圧抵抗式センサーの実際の応用における大きな課題です。 グラフェンはその優れた導電性、高い比表面積、卓越した機械的強度により、センサーフィールドで優れた性能を示しています。しかし、グラフェンは実際の応用において、その機械的および電...

学術的背景 産業のアップグレードと学際的な融合の進展に伴い、人類社会は情報化、知能化、自動化において顕著な進歩を遂げていますが、これにより新素材に対する要求もさらに高まっています。特に電磁機能材料の分野では、電磁汚染問題が深刻化する中、安定した特性と広帯域操作を備えた磁性ナノ材料の開発が緊急の課題となっています。γ′-Fe4Nは、その安定した化学的特性、高導電性、および飽和磁化強度により、電磁波吸収性能の向上において大きな可能性を示しています。しかし、その製造条件が厳しいため、長い間見過ごされてきました。本研究では、窒化エンジニアリングと電紡糸技術を用いて、窒素ドープカーボンファイバーにFe4Nナノスフェアを埋め込んだ吸波材料（Fe4N@NCFs）を成功裏に製造し、高効率、広帯域、薄型のマイ...