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...

ピエゾ電動位置決めステージのヒステリシス非線形システムに対する適応量子化制御の研究 背景紹介 現代の高精度位置決めシステムにおいて、ピエゾセラミックなどのスマート材料は、その優れた性能からマイクロ・ナノ製造やソフトロボティクスなどの分野で広く利用されています。しかし、これらの材料に固有のヒステリシス非線形性（Hysteresis Nonlinearity）の特性により、システムの入力と出力は複雑なループ関係を示し、位置決めの不正確さやシステムの不安定化を引き起こす可能性があります。そのため、ヒステリシス非線形システムを効果的に制御する方法が現在の研究の焦点となっています。さらに、実際の応用では不規則な制約（Irregular Constraints）の問題も存在します。これは、システムがある...

建設作業員の膝関節エクソスケルトンによるバランス補助と作業タスク評価 背景紹介 建設作業員は危険な作業環境で深刻な安全と健康リスクに直面しており、特に高所での作業では、長時間の立ち姿勢や膝立ち姿勢が膝関節の損傷、筋骨格系疾患、視覚的擾乱などを引き起こし、作業員のバランス能力を低下させます。転倒やその他の労働災害を防ぐために、研究者は技術的手段を通じて建設作業員のバランス能力を向上させる方法に注目しています。膝関節エクソスケルトン（knee exoskeleton）は、膝関節への負荷を軽減し、さまざまな作業姿勢でのバランスを維持するための有望な介入手段として認識されています。 本研究の核心は、下肢関節、特に膝関節が立ち姿勢と膝立ち姿勢での神経バランス制御戦略にどのように影響するかを探ることです...

解剖病理学における組織分析の自動化戦略：基準マーカーの統合と多表面組織比較 背景 解剖病理学ラボでは、多くのプロセスがまだ手動で行われています。特にパラフィン包埋組織ブロック（Paraffin-Embedded Tissue Blocks, PETBs）の作成と処理において、手動操作は作業のばらつきやサンプルの誤識別、紛失のリスクを引き起こし、診断の精度と効率に影響を与える可能性があります。この問題に対処するため、自動化技術が導入され、ラボの効率向上、人的エラーの削減、サンプル処理の一貫性が求められています。 しかし、既存の自動化ソリューションは、組織サンプルの追跡や特定領域の識別において多くの課題に直面しています。例えば、処理中にパラフィン包埋組織ブロック内の特定領域をさらに研究する必要が...

高解像度ビデオに基づく自己教師付き生産異常検出と進捗予測 背景紹介 現代の製造業において、リアルタイムの生産監視、進捗予測、異常検出は生産品質と効率を確保するために不可欠です。しかし、従来の視覚に基づく異常検出方法は、生産過程におけるバックグラウンドノイズの処理に大きな課題を抱えており、生産段階の異質性を無視することが多いです。多くの製造環境、例えば航空機の生産では、人間とロボットの協働や高精度の手作業の組み立て作業が重要な役割を果たしており、これらは埋め込み型のデジタルセンサーを用いた監視が難しい一方で、リアルタイムの操作映像は容易に入手可能です。視覚に基づく生産監視は製品表面検査などのアプリケーションで広く使用されていますが、既存のアルゴリズムは通常のバックグラウンドの変化と生産関連の異...

動的イベントトリガー適応制御の非線形スイッチングシステムへの応用研究 学術背景の紹介 人工知能技術の急速な発展に伴い、非線形スイッチングシステム（Switched Nonlinear Systems）の研究が広く注目を集めています。スイッチングシステムは、複数のサブシステムから構成される複雑なシステムであり、システムは異なるサブシステム間で切り替わり、各サブシステムの動的挙動は異なる微分方程式または差分方程式によって記述されます。このようなシステムは、電力システム、ロボット制御、自動運転など、工学的実践において幅広く応用されています。しかし、システム内に不確実性、入力飽和（Input Saturation）、制御ゲイン消失（Vanishing Control Gains）などの問題が存在する...

多周期多品目ロットサイジング問題における生産量不確実性に対する分布ロバスト最適化研究 学術的背景 現代の製造業において、生産プロセス中の生産量不確実性（yield uncertainty）は普遍的な問題であり、特に農業、食品加工、繊維産業などの分野で顕著です。これらの産業の生産プロセスは、気候や原材料の品質といった制御不可能な外部要因に依存しており、生産量の予測が困難です。生産量の不確実性は生産コストを増加させるだけでなく、在庫不足や過剰在庫を引き起こす可能性があり、企業の利益と市場競争力に影響を及ぼします。 この問題に対処するため、学術界では確率計画法（stochastic programming, SP）やロバスト最適化（robust optimization, RO）など、さまざまな最...