ロバストファジィ協調戦略に基づく確率的マルチエージェントシステムのグローバルコンセンサス研究 学術的背景 自動化、ロボティクス、ネットワーク通信、知的交通システム、分散意思決定などの現代技術分野において、マルチエージェントシステム（Multi-Agent Systems, MAS）は極めて重要な役割を果たしています。MASは、複数のエージェントの協調的な努力によって、複雑なタスクを効率的に実行し、資源配分を最適化することができます。しかし、複雑で不確実性に満ちた環境において、グローバルコンセンサス（global consensus）を実現することは大きな課題です。これらの不確実性には、エージェント自身の不確実性や外部擾乱が含まれ、特に確率的な環境では、エージェントの行動パターンや絶えず変化す...

状態自己学習に基づく分散型インテリジェント制御方法とそのカスケードプロセスへの応用研究 学術的背景 プロセス産業において、多反応器カスケード操作は顕著な特徴です。しかし、多反応器カスケードプロセスにおける正確かつグローバルなモデルの構築には多くの課題があります。反応器の複雑な動的な運転状態や、前後の反応器間の結合関係により、プロセス全体の精密制御は非常に困難です。従来のPID制御（比例-積分-微分制御）やファジー制御などの方法は、単一変数および単一ループの制御プロセスでは良好な性能を発揮しますが、多反応器カスケードシステムの協調制御には対応できません。モデル予測制御（Model Predictive Control, MPC）はプロセス産業で広く応用されていますが、大規模かつ非線形なカスケー...

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。...

観測信頼度推論に基づく制限学習ネットワークを用いた少数サンプル劣化モデリング 学術的背景 複雑なエンジニアリングシステムにおいて、複数のセンサーが機器の劣化プロセスを監視し、残存寿命（Remaining Useful Life, RUL）を予測するために広く使用されています。しかし、サンプル数が限られている状況では、予測性能を確保することは依然として課題です。少数サンプルのシナリオでは、センサーデータに含まれる不一致な観測値（discordant observations）が大きな不確実性を引き起こし、経験的損失と期待される損失の間に大きな乖離が生じます。さらに、学習された劣化モデルは限られたサンプルに過剰適合（過学習）しやすく、モデルパラメータの分布に偏りが生じ、未見のサンプルに対する汎化...

視覚-慣性センサーに基づく上肢関節角度推定およびキャリブレーション方法の影響に関する研究 学術的背景 上肢の機能障害、特に脳卒中後の患者の上肢機能の低下は、日常生活に深刻な影響を及ぼします。リハビリテーションは上肢機能を回復するための重要な手段ですが、その効果は関節角度の正確な評価に依存しています。従来、光学マーカーに基づくモーションキャプチャシステム（optical motion capture, OMC）は関節角度推定の「ゴールドスタンダード」とされていますが、高価で持ち運びが不便なため、現実の臨床環境での普及が難しい状況です。近年、視覚-慣性計測ユニット（visual-inertial measurement units, VIMU）などの低コストセンサーが有望な代替手段として注目され...

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...

ディープラーニング強化型金属有機構造体（MOF）電子皮膚の健康モニタリングへの応用 学術的背景 電子皮膚（e-skin）は、生理的および環境的刺激を感知し、人間の皮膚の機能を模倣する技術です。近年、電子皮膚はロボット工学、スポーツ科学、医療健康モニタリングなどの分野での応用が期待されています。しかし、現在の電子皮膚技術にはいくつかの課題があります。まず、一つのデバイスで複数の生理信号（バイオ分子、運動信号など）を同時に検出する多機能性の実現。次に、複数の刺激を同時に検出する際に、異なる信号を正確に区別し識別する方法です。 従来の多機能電子皮膚は、通常、複数のセンシング材料を統合する必要があり、製造の複雑さが増すだけでなく、デバイスの性能不安定を引き起こす可能性があります。さらに、既存の電子皮...

イオンダイナミクスに基づく汗の指紋識別技術：インクジェット印刷された有機電界効果トランジスタアレイの研究 学術的背景 汗は非侵襲的なバイオマーカーとして、水分バランスや疾患の指標など、人体の健康状態を反映する豊富な生理情報を含んでいます。しかし、汗の成分は複雑で、様々なイオンや分子を含んでいるため、従来の汗モニタリングデバイスは通常、特定の生体識別要素（イオン選択膜や酵素など）を持つセンサーに依存しています。これらのセンサーは特定のイオンや分子に選択的に結合するために複雑な化学修飾が必要ですが、このような化学修飾プロセスは信号のドリフトや干渉を引き起こす可能性があり、その幅広い応用を制限しています。この問題を解決するために、研究者らはイオンダイナミクスに基づく汗の指紋識別戦略を提案し、インク...

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...