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ホーム選択的汎化作用を有する強化学習
SDGsの分類
研究テーマ
IT・IoT・AI・ロボティクス
学科の分類
情報科学部ネットワークデザイン学科

選択的汎化作用を有する強化学習

情報科学部

ネットワークデザイン学科

学習モデリング研究室

平嶋洋一 准教授

強化学習最適化配置問題

強化学習における学習効率改善手法として,価値関数を構成するために関数近似手法を利用する方法が知られています.これらは, 関数近似手法が持つ汎化作用を利用して,価値関数に対する複数の入力間で学習効果を共有します. しかし,関数近似手法の汎化作用を問題に応じて適切に設定することは難しく,特に,汎化を設定した複数入力に対して異なる対応が必要になる場合に学習効率が低下します. そこで本技術では,汎化作用が機能する領域が選択可能なSG-CMAC(Cerebellar Model Articulation Controller with Selective Generalization)を提案しています.提案手法では,汎化不要な一部入力に対し,CMACとは独立に参照表を構成し,量子化したこれら入力の各値に対して,CMACモジュールを割り当てます.

従来のCMACによる汎化

SG-CMAC(CMAC with Selective Generalization)

例題:7要素化学プラント最適配置問題

2次元空間上のフィールドに,化学プラントの構成要素を配置します.要素間距離の制約を満たしつつ,総パイプ長を最小化することが目的です.

SG-CMACによる汎化

方法(A)はすべてのシミュレーションで最適解を導出しました.また,方法(B)より少ない試行回数で最適解を導出していることがわかります.

学習性能の比較

横軸は試行回数,縦軸は導出した総パイプ長の最小値を表しています.各結果は,異なる初期値に対して10回の独立したシミュレーション行い,これらの空間平均をとっています.

研究者INFO: 情報科学部 ネットワークデザイン学科 学習モデリング研究室 平嶋洋一 准教授

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小松 信雄

移動体の制御に関する研究

自動車や飛行機などの移動体の制御に関する位置計測システム,誘導制御システムの構築を目指して研究を行っている.位置計測システムについては,加速度計,ジャイロ,画像処理を用いた計測を融合し,移動体の位置を瞬時に計測することを目標にしている.誘導制御については,移動体の3次元的位置姿勢を制御するため,制御システムの動的特性を推定する同定を行ない,安定化制御を実現することを目標にしている.

鈴木 基之

多様な歌唱スタイルに対応した楽曲検索システム

データベース中から楽曲を検索する際,題目や歌手名,といったメタ情報ではなく,楽曲を直接歌唱することで簡単に検索できるシステムを開発しています。 ハミング歌唱や歌詞による歌唱に加え,擬音語による歌唱にも対応し,またメロディの誤りや歌詞の誤りといった現象に対しても高精度に検索するための各種技術を開発しています。

雨宮 徹

生きる意味の研究

 ニヒリズム(この世界は生きるに値しないという世界観)の克服をテーマに、主にフランクル(V.E.Frankl,1905-1997)の意味の思想の研究を行っている。ユダヤ人であるフランクルは、強制収容所の体験記『夜と霧』によって世界的に有名であるが、精神科医としてニヒリズムの克服を一生のテーマとし続けた人物である。全体像が見えづらく断片的な印象を与えるフランクルの思想を、哲学の立場から体系化し、理解を深め、そこからニヒリズムを克服しうる理論を明確にすることを目的としている。 

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スケジュール変更を考慮した数理モデル

システム開発や建設業などのプロジェクトにおいて,スケジュール作成時点では,わからない不確定な事象によってスケジュールの変更を余儀なくされることがある.さらに,昨今の社会では即応性が求められるため,十分に吟味されないままスケジュールを作成し後で変更することもあります.本研究は,それらのスケジュール立案後の変更を考慮したスケジューリングモデルのための基本的な考え方,分類,数理モデルを提案します.本モデルによりスケジュールの変更をふまえた新しいスケジュールを作成すること,新しい解法を提案することが可能になります.

鎌倉 良成

シミュレーションによる半導体デバイスの解析・設計支援技術

[概要] コンピュータシミュレーションを用いて、半導体素子の特性を解析する研究を行っています。ナノ~マイクロメートルスケールにおける電子や原子、あるいは熱の挙動を独自開発した粒子シミュレータで高精度に予測し、より高性能で信頼性の高い半導体素子設計に役立てることを目指しています。

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リッチインターネットアプリケーション

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組合せデザインの深層学習への応用

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田熊 隆史

腕振り運動の科学

動物の四脚歩行と異なり,ヒトの二脚歩行は力学的に不安定なものです.体幹や腕部といった質量の大きな部位が脚の上にあり,これを転倒せずに片足で支える制御は大変難しいです.本研究ではこれら上半身を制御の安定性を阻害する要素と考えるのではなく,「うまく上半身を動かすことで歩行を促進できないか?」と考え,そのメカニズムの解明と検証を行います.検証では上半身をバネ要素を持つ柔軟体幹と前後に質点を移動させる腕パーツに近似し,歩行の安定指標である床反力中心が腕振り運動を調整することで操作可能であることを数理的に示しました.またこのことを検証するために実機を試作し,腕振り運動により床反力中心が歩行をしやすいように移動していること,それにより歩行が可能であることを確認しました.

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手すりの上を移動する道案内ロボット

 本コミュニケーションロボットの特徴は、手すりの上を移動することである。ケータイや地図が読めない方でも問題なく、音声とジェスチャで指示してくれる。さらに人はロボットの手を握って誘導される。この時、ロボットの腕が伸び縮み可能なシステムを構築した。これにより、人の歩行速度に応じた無理のない道案内が可能である。本研究室でアルゴリズムを開発した「測域センサを用いた人検出システム」を応用しており、複数人が存在する環境内においても対象者を見失うことがなく、動作可能である。また、ロボットと案内される人の対話が破綻している場合等にオペレータが介入可能である。その介入頻度を簡易に制御可能であり、オペレータの負荷を軽減することが可能である。

奥野 弘嗣

照明変化に頑強な小型知能ビジョンシステム

本技術のコアは,視覚神経系が行っている情報処理(視覚信号の対数変換や空間バンドパスフィルタ等)を実装した回路にある.本回路は,視覚神経系を模倣した並列演算を活用して,省電力で,照明強度や照明色の変化にほとんど影響されることなく多数の視覚特徴(色・方位別輪郭等)を検出することが出来る.この回路を実装したFPGAとイメージセンサからなるロボットビジョンシステムは,1辺4cm程度の小さなサイズで,多数の視覚特徴を実時間で出力できる.

荒木 英夫

組み込みシステムの実現に必要なプロセッサにおけるカスタマイズ機能の検討と実現

マイコンを組み込んだ機器を作成する際に、OSを用いるか用いないかは大きな問題である。ここでOSを用いる動機として、ハードウエアリソースの管理や通信、プロセス管理などがある。そこで、これらの機能を限定的にハードウエアで実装することによりシンプルで効率的な組み込みシステムの実現が可能であると考える。この考えを基に、これまでFPGA上に小さなマイコンを複数実装して、プロセス管理をハードウエアで実現するシステムを提案してきた。しかしソフトウエア開発環境が無いため実用的ではない。そこで、mrubyと呼ばれる組み込みマイコン向けの小型VM(Virtual Machine)をハードウエア化することにより、これらの解決ができると考えて研究を行っている。

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.

河合 紀彦

映像中から物体をリアルタイムで除去する隠消現実感

隠消現実感(Diminished Reality)とは、映像中の不要物体の上に背景画像を重畳することで、不要物体をリアルタイムで視覚的に取り除く技術であり、映像中に仮想的な物体を重畳する拡張現実感(Augmented Reality) とは反対の概念を持ちます。本シーズでは、画像修復技術を用いて不要物体の周辺情報から尤もらしい背景画像を生成し、かつ背景の形状を推定することで、移動するカメラの映像から物体をリアルタイムで取り除きます。

吉川 雅博

筋隆起センシングにより操作する対向3指の電動義手

筋隆起センシングにより操作する対向3指の電動義手です.様々な日用品を操作できる対向3指ハンド,容易に着脱可能なサポータソケット,筋隆起センサで検出した筋隆起による操作システムが特長です.ハンド,ソケット,筋隆起センサ,それぞれが要素技術として利用可能です.

村木 祐太

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.

牧野 博之

ばらつきに対応したSRAMの動作安定化に関する研究

トランジスタのしきい値電圧のばらつきによってSRAMが動作不良となる問題に対して、これを救済し歩留まりを向上させる手法を開発しました。まず、オンチップでしきい値電圧を測定する方法を提案し、5mVの精度で検知可能であることを確認しました。さらに、様々なしきい値電圧において、メモリセル(記憶回路の最小単位)に与える電圧を変化させて動作可否を調べることにより、SRAMに与える最適電圧を明らかにしました。なお、本研究はJSPS科研費 (JP23560423)の助成を受けたものです。

神田 智子

ユーザの視線行動に適応した エージェントの視線行動の開発と評価

シャイな人間は対話相手の視線に敏感であり,注視されることを嫌うということが示されている.本研究は実験参加者の視線行動に適応するエージェントの視線行動の開発と評価を目的とする.具体的には,対話中のユーザの視線行動をアイトラッカーで取得し,過去15秒間にユーザがエージェントの目を注視していた割合を基に対話エージェントがユーザの目を注視する割合を適応させ,ユーザと類似した凝視量を保ちながら視線行動をとる対話エージェントを開発した.評価実験では,シャイなユーザグループに対話のストレスの軽減効果および対話エージェントへの親近感の向上効果が見られた.

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