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研究テーマ: IT・IoT・AI・ロボティクス

学科の分類: 情報科学部情報システム学科

社会インフラを支える情報システム

情報科学部

情報システム学科

社会基盤情報システム

山田隆亮教授

社会基盤

無人運転等の自動化技術の変革期にあって、交通、電力、金融、農業、メディア、治安などの社会インフラは大きな転換を迎えつつあります。身近な問題を取り上げて、今後の社会インフラを支える情報システムを計画，開発，運用する技術について研究しています。動画は、ミニチュアの街を列車視点で眺める実験の映像例です。

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デジタル画像相関法によるき裂・欠陥の非破壊検査

負荷を受ける部材の表面画像を２枚(時間差１秒程で２枚撮影する)利用して、表面のひずみ分布を非接触で評価するデジタル画像相関法援用変位・ひずみ評価システムを構築した。さらにこれを発展させ、き裂や欠陥に生じる特有のひずみ場を利用することにより、き裂・欠陥の有無は言うに及ばず、き裂周りの応力や応力拡大係数といった力学量を高精度に非接触評価できるシステムを開発した。

地震複合火災を受けた鉄筋コンクリート部材の残存構造性能の評価

　地震に対する防災計画は，主として本震による被害軽減を対象としているが，近年の比較的大きな地震では，本震に迫る大きな余震や二次災害による被害の拡大が懸念されており，これら地震複合災害を防災計画に盛り込むことが急務となっている。本研究は，地震複合火災に着目し，既存の建物構造物に多く存在する普通強度コンクリートを用いた鉄筋コンクリート部材を対象として，加熱を受けたコンクリートの圧縮強度残存比，拘束効果を考慮した構成則及び鉄筋コンクリート部材の残存構造性能の評価法を確立することを目的とする。

カメラを用いた人の非接触状態計測

カメラの映像から顔や顔のパーツ，身体の動きを検出して生体信号を計測したり，計測した情報を応用するシステムを作成しています．また，計測したデータが，実際のセンサで計測したデータとどのくらい一致するのか，どんな風に違っているのかについて比較，解析しています．カメラを用いたウェアレス（非接触）での計測とその応用について検討しています．

宇宙機の地上試験用重力補償ロボットシステムの開発

宇宙機用の展開構造物は、地上施設にて展開挙動の性能評価が義務づけられている。近年の宇宙機は大型化、多様化が進む一方、我が国の地上試験施設は過密スケジュールに加えて、試験に要する人件費の増加が宇宙計画の一つのボトルネックになっている。本研究では、下方支持型群ロボットシステムを用いて宇宙機の展開構造物の挙動試験時の重力補償、および挙動の精密計測を実現することを目標とする。これにより、多様化する宇宙機の試験には群ロボットシステムの規模変更のみで対応でき、コスト削減と高い汎用性が期待される。

植物画像を対象とした枝の構造復元

近年，農家の高齢化や減少に伴い，カメラを用いた植物の自動監視技術が注目されている．しかし，植物の成長具合を判断する指標である枝構造の情報を取得する場合，葉によって枝が隠れてしまうため枝の情報を取得することが困難である．そこで，本研究では対象の植物を多視点から撮影し，多視点からの植物画像を入力として，枝の三次元構造を復元する．はじめに，多視点から撮影した植物画像に対して，深層学習による画像変換を行い，枝の存在確率画像を生成する．枝の存在確率画像とは，枝の存在確率を画素値で表した画像のことを指す．そして，多視点での枝の存在確率画像を用いて，三次元構造の復元を行うことで枝の構造復元を実現する．

宮脇健三郎

ROS対応オリジナルロボットによるPBL教育

大阪工業大学ではロボカップジャパンオープンにおいて＠ホームリーグという競技に2011年から参加し，PBLのテーマとして活用している． PBLにおいては小型の車輪移動ロボットと大型の競技用ロボットを使い分け，効率的に学習を進められるように配慮している。

快適な場所が散りばめられた会館建築の設計

宗教施設の会館建築において、来館した信者が思い思いの場所で時間を過ごすことができる「居場所」となる建築とすることが求められた。敷地は都心部の狭小なものであったため、諸室を立体的に配置して、天空から差し込む光を中心とした共用空間を構築した。

「古典×IT」で未来の学びを創出

画像コンテンツを用いて効果的な学習を支援するアプリケーションを開発した。提示された画像の細部を意識しつつ、ゲーム感覚で学習できる三つの機能を実現している。①一枚の画像ファイルをピースに分割して元の絵に戻すパズル機能。アノテーション機能も付与している。②画像(絵画資料)上に付箋を貼ることで、データ管理ができる。複数人の遠隔操作でも画面共有することが可能。③複数の画像を表示し、関係の深いものをマッチングする神経衰弱ゲーム。画像提示枚数の変化によって出題難易度を変更することも可能。いずれも遠隔授業に対応している。

コンクリート表面遮水壁型ロックフィルダムの耐震性能評価手法の確立に向けた研究

　都市デザイン工学科の地盤領域（地盤防災研究室、地盤環境工学研究室）では，近年多発する豪雨や来たるべき巨大地震により山腹斜面や土構造物が崩壊する危険度を予測・評価するためのさまざまな研究を行っています．このうち，コンクリート表面遮水壁型ロックフィルダムの耐震性能評価手法の確立に向けた研究を紹介します．

医師と協働する手術支援マニピュレータ

執刀医が手術を一人で行える，安全性に優れるソロサージェリー手術支援ロボットを研究しています．人と同じ空間に存在し，共存協調して作業を行えるロボット技術の確立を目指して，内視鏡下手術におけるカメラと鉗子の助手をマニピュレータが担えるよう，医工・産学連携で取り組んでいます．医師のハイエンドツールであるオールインワンシステムのリモート(遠隔)操作型ロボットに対して，アシスタントツールであるローカル操作型ロボットLODEM(Locally Operated Detachable Endo-effector Manipulator)群は，センシング能力に優れる人と，安定した作業に優れるロボットが補完しあう，インテグレーションです．

高速A/D変換器の非線形性を改善するデジタル補正技術

直接RFサンプリング受信機はA/D変換器（ADC）で数GHzのRF信号を低速のデジタルデータに変換している。この受信機の消費電力を十mW程度に減らせれば、無線端末用集積回路に応用可能となり、その開発コストと市場投入までの期間を軽減・短縮できる。電圧制御発振器（VCO）を用いたADCは高速変換と低消費電力動作を両立できるが、VCOの非線形性により発生する不要波が分解能を低下させる。本展示では、デジタル回路で不要波を低減させることでADCの高速変換・低消費電力動作を実現する技術を紹介する。

二次元画像1枚からの表情変化動画像のリアルタイム生成

深層生成モデルを用いて，1枚の二次元顔画像から表情変化動画像の自動生成を行った．現状，動画像のサイズは500×500pixel程度だが、超解像度、ネットワーク規模削減手法を組み合わせることでリアルタイムの生成を実現した．本研究はビデオ会議システムにおけるアバターの自動生成を想定して行っており、今後は応用システムの開発に取り組む予定である．

非平面アレイの放射電磁界を机上PCで計算?!

実装先プラットフォームの形状を損なわずにアレイ素子を配置することをコンフォーマルアレイと呼んでいますが、素子数が大きくなると、電磁界シミュレータでは計算時間の面で実用的でありません。そこで、コンフォーマル形状が多項式で表される場合を数学的に解析し、様々なパラメータを一元的に扱うGUIを開発しています。

想定を超える大地震下における鋼構造建物の倒壊余裕度の向上

建築基準法の想定を超える大地震に対して，建築物は耐力を保持できる変形域を超えて耐力劣化し，倒壊する懸念がある．本研究者は，一般的な鋼構造ラーメン骨組を対象に，(1)超大変形域に至るまでの構成部材の破壊実験を通じて，その耐力劣化性状を把握すること，(2)超大変形域の挙動を考慮した建物全体の地震応答解析により，その倒壊性状を把握すること，(3)倒壊メカニズムに基づいた倒壊余裕度の評価方法を提案すること，などを実施している．

熱電発電に必要な高性能 n 型熱電フィルムを開発

未利用の排熱から発電する熱電発電技術に関して、大気安定な塗布膜としてはこれまでで最も高い性能をもつ有機系n型熱電フィルムの開発に成功しました。n型半導体の材料の水分散液にエチレングリコールを添加剤として加える独自の環境調和型の手法を開発しました。多様な形状に貼り付けて利用する柔らかい熱電変換素子としてＩｏＴ社会への貢献が期待されます。

木造密集市街地における防災シミュレーション

わが国には歴史的な都市や、戦後の大都市への人口集中で形成された地区など、木造密集市街地が数多く存在し、そのような市街地は災害に対して脆弱です。ここでは、京都市の歴史地区を対象として、火災を想定した防災シミュレーションを行っています。そのシミュレーションは、火災時の延焼性状を防火対策別に示すもの、ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）を用いて火災時の煙流動を解析したもの、マルチエージェント（Multi-Agent）を用いて避難行動を予測したものです。

インタラクタを用いた線形制御系の解析・設計

追従制御系を構成する際、制御対象の伝達関数に対して、その逆数を前置補償器として用いる方法が考えられる。この補償器は微分器を含み、その部分をインタラクタという。一入出力系では、インタラクタは伝達関数の相対次数を有する多項式とすればよい。しかし、多入出力系においてはインタラクタは多項式を要素とする行列になり、伝達関数の相対次数以外に、そのパラメータにも依存するため導出も難しい。本研究では、出力数が入力数よりも多い系に対してインタラクタに関連する様々な問題、例えば特異な重みを有するLQ問題の解の陽表現、最大非可観測化問題、状態フィードバックにより逆インタラクタ化、不変零点の計算法などを考える。

ドローンの閉ループシステム同定によるモデリングと飛行制御

幅広い産業でビッグデータの活用が進んでいるが，予測・診断・制御・意思決定の精度向上に際してモデルの重要性が近年ますます高まっている．データエンジニアリングのひとつの分野として，システム同定法によるデータ駆動モデリングについて紹介する．具体例として，MOESP型閉ループ部分空間同定法(CL-MOESP)によるドローンの閉ループ同定と，得られた同定モデルを利用した最適制御器設計の事例研究を紹介する．

人同士のコミュニケーションを支援する

会話時の声の音響的特徴（ピッチ、パワー、周波数特性など）及びしぐさの動的特徴の時間変化度合いを観察することで、会話が楽しく進行しているかそれともギクシャクしているかなどの会話の雰囲気を推定できることがわかってきました。この技術を用いた会話支援システムを構築中ですが、他にも、高齢者の理解度衰え推定、場の雰囲気盛り上げシステム、学習支援システムなど、幅広いアプリケーション展開を図っています。

井上裕美子

VR空間における位置把握と視線との関係

　道に迷いやすい人と，1度で道順を覚えて目的地に移動できる人がいる．道に迷わない空間把握能力の高い人は，実空間においても，VR空間においても，同じように目的地まで迷わず行ける傾向がある．このような人は，どのように視覚情報を得て，道順を記憶し，移動しているのだろうか．これまでの研究で，この点について詳細は明らかではない．そこで本研究では，看板等のある都市部の街並みを模したVR空間内を移動し，目的地まで到達する間の視線を検討した．また，心理的指標の1つとして，移動中の心拍数の変化についても検討した．将来的には，実空間においても，記憶に残りやすい街並みや，空間を移動しながら行う探索型の教育コンテンツやゲームのVR空間において，迷わず進める空間作りの1つの基礎データとなることを期待し，本研究を行った．