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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

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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地域資源の活用による都市・地域更新の手法

　現在、日本は拡大・成長の時代から、縮小・成熟の時代へと突入したと言える。もはや、スクラップ・アンド・ビルドによる都市更新の時代ではない。本研究室では、これからの時代における都市更新の手法について研究を行っている。身の回りに多く蓄積された「建築ストック」の活用を前提とし、さらには、成長の時代に蔑ろにされながらも命脈を保っている「地域性」を発見・増幅することによって、これからの「共同体」のあり方についても研究・提案を行っている。

仮想生活空間認知トレーニング支援システム

本研究では，仮想生活空間認知トレーニング支援システムを提案し，下記の内容を確認した．（１）仮想空間における片づけ行動の振り返りによる認知トレーニングシステムを提案し，健常者に対する実験ではあるが，振り返りありのVR片づけトレーニングシステムは，通常の認知トレーニングと較べて，認知機能を向上させることを確認した．（２）本提案システムは，トレーニングの難易度に応じ，適切なアイテムを設定・追加・削減することにより，認知機能に合わせた段階的な認知トレーニングが実現できる能力を有している．

降雨量観測に基づく土砂災害発生危険度予測・監視に関する研究

　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，降雨量観測に基づく土砂災害発生危険度予測・監視に関する研究を紹介します．

X線画像による非破壊検査に向けた微弱特徴の可視化

社会インフラを支える工業製品など，簡単に停止して点検できないものは多く，それらは非破壊検査によって点検される．非破壊検査の一つとして，X線画像を用いた検査が挙げられる．X線は物体の透過率の違いにより内部構造を写し出せるが，X線が透過し難い金属などで覆われている場合，映し出せる内部構造の像は薄くはっきりとしないものとなる．これまで個別の工業製品に対するX線画像検査は熟練工の目視技術によって成り立っていたが，本技術は熟練工が確認する特徴を可視化して誰もが頑健に検査できるようにする．

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。

欠陥データを利用したソフトウェアプロジェクト比較手法に関する研究

本研究では様々なドメインや開発スタイルに属するソフトウェア開発に対して有効なソフトウェア信頼性モデルを構築し活用方法を広く普及することでソフトウェア開発をより効果的で制御可能とすること目的とします。そのためには多くの企業の開発データの収集方法および普及方法としてウェブアプリケーションの開発が必要です。また企業の開発データのみならずオープンソースソフトウェアにおける開発データも対象とします。本研究を行うことで現在困難とされている開発スケジュールの定量的な決定に役立つと考えられます。

景観に配慮した祇園祭祭礼時の仮設休憩所のデザイン

毎年７月に催される伝統行事，祇園祭においては，「山」や「鉾」と呼ばれる大型の山車を保有する「山鉾町」の各所で，神事や祭事などの様々な催しが行われる。２０１７年より本研究室で運営協力を行っている岩戸山町もそのひとつであり，２０１９年においては，「岩戸山」に隣接し，祇園囃子を演奏する「囃子方」が演奏の幕間に休憩や準備を行う休憩所を木製テントで実現することを設計，設営することとなった。計画にあたっては，規模に見合う主要骨格の設計や，構成部材の選定，搬送，組立手順のみならず，山鉾や京都の伝統的景観だけでなく，駒形提灯や露天などの祭礼独特の空間演出にも調和するよう検討，試作を重ねた。

自己組織化マップを用いた模倣による小型ヒューマノイドロボットの動作制御

　日常生活の中で活躍するロボットには, 周囲の環境に合わせ臨機応変に動作することが求められる. ロボットに臨機応変な動作をさせるには, ロボットに他者の動作を模倣をさせることが有効である. ロボットは模倣により, 事前にプログラミングされていない新たな動作を獲得する. 本研究では, ロボットが人間のように新たな動作を獲得するシステムを構築することを目的とし, 自己組織化マップ (SOM: Self-Organizing Map) とモーションキャプチャシステムを用いて, 他者の動作を模倣させることにより, ヒューマノイドロボットの高度な動作制御の実現を目指す.

非把持双腕ロボットによる摩擦力補償無しでの抱きかかえ制御

本研究では，力学的な本質を失わず，3次元運動を2次元運動に簡略化し，要介護者を一つの関節を持った2リンクの物体とみなす．そして，非把持双腕ロボットアームとリンクの間の静止摩擦を利用し，リンクがロボットアームから滑り落ちないための安定領域を求め，最も滑り落ちにくい角度を求める．得られたロバスト角度を用いて，ロボットの抱きかかえ制御を行い，リンクが動いてもリンクの安定支持が実現できることを示す．

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．

リース機器の循環型物流における需要予測と在庫最適化

出荷と撤去・回収の存在する循環型物流において，最適化技術を利用して需要の期待値を予測するとともに，突発需要等の変動を確率分布を用いて予測した．これにより倉庫や販売店など，全国に点在する数十拠点を対象に在庫最適化を行った．実際の物流システムにも採用され，実務担当者による運用からさらにコストを低減することが可能となった．

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．

IoTを活用した子育て支援に関する研究

我が国では，少子高齢化が進み，介護や子育ての肉体的，心理的，経済的な負担感の増大が課題となっている．中でも，排泄時のおむつ交換は，不定期に発生することと衛生面の問題から早期に解消することが必要であり，そのタイミングを検出することが求められている．こうした背景の下，本研究では，IoTデバイスと空気の成分を計測する臭気センサを用いて，おむつ交換のタイミングの検出と可視化を試みる．

井上晋教授，大山理教授，三方康弘教授，今川雄亮講師

大型供試体による橋梁の性能評価

　八幡工学実験場は，大阪工業大学が，学内の教育・研究活動の活性化のみならず，産・官・学の各方面との交流により社会や技術の発展に寄与することを目的として設立されたものです．本実験場は，1986年12月に構造実験センターとしてそのスタートを切り，その後，水理実験センター，高電圧実験センターを併置して今日に至っています．広大な実験場の敷地内には特色ある各種の大型実験設備・装置が設置されており，これらは実験場設立の趣旨にしたがい，学内の教育・研究はもとより，学外の関係各方面との綿密な連携のもとに行われる各種の委託研究や共同研究に役立てられています．また，このような学外との交流は実験場で学ぶ学生にとって貴重な体験となっています．
　ここでは，構造実験センターに設置されている主な実験設備・装置を紹介するとともに，その設備・装置を用いて取り組んでいる研究について紹介します．

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。

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。

セーフティ・セキュリティ統合分析技術

人やモノ、システムが多様に連携するIoTでは、新たな連携が事故を引き起こし、「セーフティ」だけではなく「セキュリティ」の観点からも対策が必要です。しかし、「セーフティ」と「セキュリティ」は独立に発展してきており、統合的なアプローチが確立できていないことから、システム理論に基づく安全分析手法 STAMP/STPA を拡張し、双方の観点からを同一フレーム上で統合分析する手法を提案しています。

中西知嘉子

エッジAIで高精度画像認識

組み込み市場では，運用コストやセキュリティー，リアルタイム性などの問題から，エッジ（端末側）で単独処理できる「エッジAI」が期待されている．その実現方法であるFPGAによるエッジAIは根強いニーズがありながら，デバイスが高価格，実装が難しいという問題点があった．そこで，我々は，低価格のデバイスをターゲットにし，推論アルゴリズムを解析することで，効率よくアクセラレートする回路をFPGAで実装，処理を最適化することで，低消費電力で高速な推論処理を実現している．

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．

安全安心で快適な社会を支えるIoT基盤技術に関する研究

コロナ禍をきっかけに、世界中の人々の生活スタイルが変化しつつあります。その中で重要な役割を果たすのが通信システムです。我々はネットワークそのものが、ユーザの利用形態、無線環境など様々な状態を理解し、状況に応じて最適なネットワーク利用形態をユーザに提供する究極に便利なネットワークインフラストラクチャの創造を目指しています。