ディスカウント価値反復に基づく適応的批評設計のゼロサムゲームへの応用と検証 研究背景 制御分野において、最適制御（Optimal Control）は重要な研究テーマであり、システムの性能を最適化するための制御システムの設計と分析を目的としています。システムの複雑さが増すにつれて、伝統的なハミルトン-ヤコビ-ベルマン方程式（Hamilton-Jacobi-Bellman, HJB）に基づく最適制御手法は「次元の呪い」（Curse of Dimensionality）という課題に直面しています。この課題に対処するため、研究者たちは適応的動的計画法（Adaptive Dynamic Programming, ADP）を提案し、強化学習（Reinforcement Learning）や関数近似（Fu...

複数のドローンを用いた効率的な分散型時系列プランナーによる時空間的な山火事予防制御 学術的背景 山火事は、世界的に生物多様性と資源の持続可能性に対する重大な脅威であり、特に初期段階で未制御のままであれば、その規模は急速に拡大し、深刻な生態系の破壊を引き起こす可能性があります。近年、無人航空機（Unmanned Aerial Vehicles, UAVs）を活用した多ドローンシステムが山火事予防制御の分野で徐々に導入され、主に人間が危険な環境にさらされるリスクを低減し、緊急対応の効率を向上させるために用いられています。しかし、これまでの研究は、検索、監視、または消火といった単一の段階に限定されることが多く、複数のドローンの協調タスクに関する包括的な研究は不足しています。特に、資源が限られ、ドロ...

多段不等長プロセスの投影重み付き動的時間伸縮監視手法 学術的背景 現代の製造業において、多段プロセス（バッチ処理や遷移プロセスなど）のオンライン監視は、製品品質の向上や故障リスクの低減に不可欠です。しかし、操作条件の変化により、これらのプロセスの操作時間はしばしば不均一であり、監視に大きな課題をもたらします。従来の動的時間伸縮（Dynamic Time Warping, DTW）手法はオフライン同期には使用可能ですが、オンラインデータを処理する際には、進行中のバッチと完了した履歴バッチを効果的に整合させることができません。これには、両者の進展に固有の差異があるためです。さらに、従来手法では操作プロセスにおける時間スケールの故障を無視することが多く、全体的な監視性能を弱める要因となっています。...

無人水上ビークル（USV）のモデル予測制御の新手法：確率的ニューラルネットワークに基づくMBRLフレームワーク 学術的背景 無人水上ビークル（Unmanned Surface Vehicles, USV）は、近年海洋科学分野で急速に発展し、海洋輸送、環境モニタリング、災害救援などのシナリオで広く活用されています。しかし、USVの制御システムは依然として多くの課題を抱えており、特に複雑な海洋環境での外部干渉への対応能力が問題とされています。従来のモデルフリー強化学習（Model-Free Reinforcement Learning, MFRL）手法は特定のタスクでは良好なパフォーマンスを示すものの、大量のデータとシミュレーショントレーニングに依存しており、不確実な環境に対するロバスト性に欠け...

学術的背景と研究動機 歯科医療保健分野において、コーンビームコンピュータ断層撮影（CBCT, Cone Beam Computed Tomography）は広く利用されている三次元画像技術です。CBCTは口腔の三次元画像を提供し、特に歯原性病変の診断において優れた能力を発揮します。しかし、CBCT画像のセグメンテーション（segmentation）——つまり、画像内の各ボクセル（voxel）に対して病変、骨、歯、修復材料をラベル付けすること——は重要かつ複雑なタスクです。現在、臨床現場では主に手動セグメンテーションに依存しており、これには時間がかかる上、専門知識も必要とされます。セグメンテーションの自動化を実現し、大量の手動ラベル付けデータへの依存を減らすために、研究者たちは口腔解剖学的知識...

学術背景 有機化合物による環境汚染の脅威が深刻化する中、異なる水生生物が有機化合物に対して示す毒性反応を研究することが極めて重要となっています。これらの研究は、汚染物質が水生生態系全体に及ぼす潜在的な生態学的影響を評価するだけでなく、環境保護に重要な科学的根拠を提供します。従来の実験方法は一定のデータを提供できますが、コストが高く、時間がかかる上に、大規模な化学物質の毒性評価には対応しにくいという課題があります。深層学習技術の急速な発展により、水生毒性の予測においてより高い精度、高速なデータ処理能力、そして優れた汎化能力が示されています。しかし、既存の手法は高次元の特徴データを扱う際に限界があり、特に分子の複雑な構造や相互作用を捉える点で課題を抱えています。したがって、複数の水生生物の毒性を...

新型抵抗変化メモリ駆動のゼロショット多モーダルイベント学習システム：ハードウェア-ソフトウェア協調設計の研究報告 学術的背景 人間の脳は複雑なスパイキングニューラルネットワーク（Spiking Neural Network, SNN）であり、極めて低い消費電力で多モーダル信号においてゼロショット学習（Zero-shot Learning）を行う能力を持っています。これは既存の知識を一般化して新しいタスクに対処する能力です。しかし、この能力をニューロモルフィックハードウェアに複製するには、ハードウェアとソフトウェアの両面で課題があります。ハードウェア面では、ムーアの法則の減速とフォン・ノイマンボトルネック（von Neumann bottleneck）が従来のデジタルコンピュータの効率を制限し...

混合専門家と3Dアナログインメモリコンピューティングを用いた大規模言語モデルの効率的なスケーリング 学術的背景 近年、大規模言語モデル（Large Language Models, LLMs）は自然言語処理やテキスト生成などの分野で強力な能力を発揮しています。しかし、モデルの規模が拡大するにつれ、訓練や推論のコストも急激に上昇し、特にメモリ使用量、計算遅延、エネルギー消費の面で大きな課題となっています。これがLLMsの広範な応用を妨げる主要なボトルネックの一つとなっています。従来のノイマンアーキテクチャでは、大規模なパラメータを処理する際にデータがメモリと計算ユニットの間で頻繁に移動するため、「ノイマンボトルネック」が生じ、これらの課題がさらに深刻化しています。 この問題を解決するために、研...

多モーダル学習による遺伝子型と表現型の動的関係の解明 背景紹介 遺伝子型と表現型の複雑な関係は、生物学分野の核心的な問題の一つである。遺伝子型（genotype）は生物体の遺伝情報を指し、表現型（phenotype）はこれらの遺伝情報が特定の環境下でどのように表れるかを指す。1909年にWilhelm Johannsenがこれら二つの用語を提唱し、その関係を定量化しようと試みたが、一世紀以上経った現在でも、遺伝子型がどのように複雑な遺伝子発現パターンを通じて表現型を形作るかを正確に記述することはできていない。近年、単一細胞RNAシーケンシング（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）などの技術の発展により、細胞解像度で遺伝子発現の複雑なダイナミクスを観察す...

免疫チェックポイント阻害剤の毒性予測と監視：DysPred深層学習フレームワークの画期的な応用 学術的背景 免疫チェックポイント阻害剤（Immune Checkpoint Inhibitors, ICIs）は、近年のがん免疫療法分野における一大ブレークスルーであり、免疫チェックポイントシグナル経路を阻害することで、体の抗腫瘍免疫反応を強化します。しかし、ICIsは治療の過程で広範な免疫関連有害事象（immune-related adverse events, irAEs）を引き起こす可能性があり、これらの有害事象は患者の生活の質に影響を与えるだけでなく、臓器機能の損傷や死亡につながることもあります。irAEsが臨床環境、腫瘍タイプ、組織特異性、および患者の人口統計学的特性において高度に異質で...