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、...

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（...

四足ロボット応用のための柔軟な歩態センサー研究 背景紹介 ロボットが日常生活や産業生産において広く応用される中、特に標準化、持続性、重負荷操作が必要なシナリオでは、インテリジェントロボットの開発がトレンドとなっています。しかし、複雑な環境でのロボット操作には多くの課題があり、例えば救助任務、自動化物流、自律輸送、スマートホームなどの分野で特に顕著です。これらのロボットは作業環境を理解し、自律的に動作する必要があり、その中で機械運動の安定性が重要な要素となっています。従来の安定性を確保する方法としては、正確なセンサーを使用して姿勢や環境を監視し、複雑な制御システムを組み合わせて運動を調整することが挙げられます。しかし、応用シナリオが複雑化するにつれ、既存のセンサー技術ではニーズを満たすことが難...

スマートフォンビデオキャプチャ技術を用いた脳卒中患者の骨盤と下肢の協調性分析に関する研究 学術的背景 脳卒中（stroke）は、世界中で発症率、障害率、死亡率が最も高い疾患の一つであり、毎年1500万人の新規患者が発生しています。そのうち20％から30％の患者が片麻痺歩行（hemiplegic gait）に至り、これは脳卒中後の最も深刻な機能障害の一つです。片麻痺歩行は、患者の歩行能力に影響を与えるだけでなく、転倒リスクも増加させ、生活の質を著しく損ないます。従来の歩行分析では、通常、下肢の時空間パラメータ（spatiotemporal parameters）や関節運動学（joint kinematics）に焦点が当てられますが、これらの離散的なパラメータは、脳卒中患者の歩行異常のメカニズム...

学術的背景 現代の職場環境、特に反復的な持ち運びや腰を曲げる作業を伴う業界において、腰部の損傷は一般的で高コストな職業健康問題です。統計によると、腰部の損傷は米国における職業性筋骨格損傷全体の35%を占めています。人体工学的対策（例えば、特定の物資運搬タスクの削減）によってリスクを軽減できるものの、多くの場合、リスク曝露を完全に排除することは不可能です。したがって、労働者の腰部負担を軽減する技術を開発することが特に重要になります。 エクソスケルトン（Exoskeletons）とエクソスーツ（Exosuits）は近年登場したウェアラブル技術で、補助力を提供することで腰部損傷のリスクを低減できます。準受動型エクソ（Quasi-passive exos）は、受動型エクソの軽量性と能動型エクソの柔軟...

自動化技術在胚栄養膜細胞生検への応用に関する研究 学術的背景 胚生検（Embryo Biopsy）は、体外受精（In Vitro Fertilization, IVF）における重要なプロセスであり、特に着床前遺伝学的検査（Preimplantation Genetic Testing, PGT）において重要です。胚生検を通じて医師は、遺伝疾患の伝達を回避し、胚移植の成功率を向上させるために、胚から少量の細胞を抽出して遺伝分析を行います。しかし、従来の胚生検は手作業に依存しており、操作時間が長く、成功率が不安定で、胚損傷のリスクが高いという問題があります。単一細胞生物学の研究が進むにつれ、自動化技術の導入がこれらの問題を解決する鍵となっています。本稿では、コンピュータビジョンと画像フィードバッ...

ロボットの監視行動が高齢者の注意散漫および技術受容に与える影響に関する研究 学術的背景 社会の高齢化問題が深刻化する中で、高齢者ケアの需要はますます増加しています。特に新型コロナウイルス感染症のパンデミック期間中、高齢者は社会的孤立により心理的・身体的な健康問題が顕著になりました。ソーシャルロボット（Social Robots）は、新興技術として高齢者ケアにおいて重要な役割を果たすと期待されており、特に高齢者の健康や安全を監視する分野で活用されています。しかし、ロボットの存在やその行動が高齢者の日常生活に干渉し、不快感や拒絶反応を引き起こす可能性があります。したがって、ロボットの行動が高齢者の注意散漫に与える影響や、高齢者がロボット技術を受け入れる度合いについての研究は非常に重要です。 本研...