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研究テーマ
IT・IoT・AI・ロボティクスものづくり・製造技術
学科の分類
情報科学部情報システム学科

交互方向乗数法を用いた分散スケジューリング

情報科学部

情報システム学科

インテリジェントシステム研究室

宮本俊幸 教授

マルチエージェント生産スケジューリング最適化

スケジューリング問題をマルチエージェント系での合意問題として捉えることによって,交互方向乗数法を用いた分散スケジューリングによって解く方法を開発した。

概要

マルチエージェント系において,エージェントによる最適化とエージェント間の通信を繰り返す事によって,最適化を行う手法を分散最適化という。

本研究では,スケジューリング問題を分散最適化問題として捉え,交互方向乗数法(ADMM: alternating direction method of multipliers)を用いた解法を提案した。

右図の実行例では,10機械,10ジョブのスケジューリング問題を解いている。機械毎にエージェントが存在し,それぞれのスケジュール(図では横一列がそのエージェントが作成するスケジュールを表す)を作成している。繰り返し回数(図中のkの値)が増えるにしたがって,実行可能なスケジュールが形成されている。

論文

「分散スケジューリング問題に対する合意に基づく解法」(2021)宮本俊幸『システム制御情報学会論文誌』34(2)p.58-67.

研究者INFO: 情報科学部 情報システム学科 インテリジェントシステム研究室 宮本俊幸 教授

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中西 知嘉子

エッジAIで高精度物体認識・物体検出・姿勢推定

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,量子化による性能劣化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.

+1
尾崎 敦夫

意思決定支援向けAI・マルチエージェント・モデリング&シミュレーション技術

近年、交通・監視・管制・指揮等の分野では、AI(人工知能)技術の適用により、システムの自動化・高性能化が推進されています。このようなシステムでは、現況を正確に「認識」し、次に起こる状況を高速に「予測」して、「実行」に移すことが求められています。しかし、危機管理などのミッションクリティカルなシステムでは、「実行」(意思決定)までを全てAIに託すには多くの技術的・運用的課題があります。このため、このようなシステムでの意思決定支援をするための研究開発に挑んでいます。

+2
加瀬 渡

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。特に離散時間LQ問題において、入力重みを0とした場合の解は、全域通過特性を有するインタラクタを用いたモデルマッチング制御に一致する。言い換えれば、極を伝達関数の分子とインタラクタの零点に配置すればよい。非最小位相系に関しては、分子の反安定零点を単位円に対して鏡像の位置に配置することで、特異な重みを有するLQ制御となる。

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杉川 智

リアクティブスケジューリングのための数理モデル

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.

+1
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.

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ズオン クアン タン

遺伝的アルゴリズムによる地上放送システムの無線資源割り当て最適化技術

本技術のコアは,遺伝的アルゴリズムを用いて放送局の送信電力と使用チャネルを割り当てる際,膨大な地図情報を取り入れると計算不能になるため,各局の放送エリアを簡単に近似できる数学モデルを構築し,これを最適化アルゴリズムに入れることで,計算を可能にする.

+2
樫原 茂

消防防災活動におけるドローンの利活用に向けて

ドローンが登場して10年以上が経ちますが,消防防災活動におけるドローンの利活用状況は期待にはまだ追いついていません.本研究活動では,消防防災活動でのドローンの利活用の定着に貢献すべく,開発に加え,運用も含めた研究活動を,実務者である消防隊員や分野を超えた研究者等と連携し進めています.現在,ドローンの利活用方法の一つとして捜索活動を対象に,可視情報(映像情報)と不可視情報(電波情報)を収集・提示するためのシステム開発と,ドローンの利活用に必要な訓練や運用方法に関して取り組んでいます.

+4
中西 真悟

標準正規分布の幾何学的対称性

連続な確率変数の確率密度関数の積分形は、0から1までで評価できる累積分布関数です。では、累積分布関数を積分するとき、積分形の関数の一階の導関数は、累積確率として0から1までの傾きになります。つまり、直角三角形を用いた三平方の定理による評価が可能になります。そこで、標準正規分布の幾何学的対称性を応用しながら三平方の定理を用いてみると、新たな確率評価基準が思考できます。

+1
河北 真宏

光線空間情報の撮影と裸眼3D映像表示

 次世代の映像技術として,これまでの2次元映像では表現できなかった実物感や実在感があるリアルな映像技術のニーズが高まっている.本研究では,3Dメガネをかけることなく自然な3次元映像を鑑賞できるとともに,光沢などの物体表面の質感まで再現できる映像技術の実現を目的としている.今回,簡易なカメラ構成で光線情報を取得できる撮影技術を開発するとともに,3次元映像表示装置と組み合わせることでリアルタイムの裸眼3次元映像の撮影と表示を可能とした.

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島野 顕継

高等学校普通教科「情報」の質向上を目的とした教材及び シラバスの作成

文部科学省高等学校次期学習指導要領解説情報編(平成30年度改訂)では,情報分野を学ぶ上で専門的な知識に触れ,それがどの様な仕組みであるかを知るための教育を重要視している.本研究では情報の科学的な理解を深め,情報分野に対する興味・関心を引き出すことをねらいとする高等学校情報科科目「情報I」で実際に活用でき,特定の環境を用意できる現場を助ける教材開発及びシラバスの作成を行った.

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小西 将人

実行不要な命令を動的に排除する効率的なプロセッサ

プロセッサの命令実行の効率性を妨げる要因の1つとして,ロード命令の実行にかかる時間が大きいことが挙げられる。この研究の目的は,不要なロード命令の一部を動的に排除(スキップ)するようなプロセッサの構成を提案し,命令実行の効率性をあげようとするものである。シミュレーションによる評価からおおよそ15%程度のロード命令がスキップできる可能性があり、また全体のプログラム実行時間をおおよそ8%程度減少させることが期待できる。

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河村 耕史

藻類バイオ燃料の実現に資する生物資源の収集と培養・育種技術

バイオ燃料化が期待される微細藻類の1種(ボトリオコッカス: Botryococcus braunii)の遺伝資源を国内外から収集し、高密度培養法、突然変異育種法などの技術を開発している。これまで、日本各地の湖沼とインドネシアのカリマンタン島内の熱帯泥炭湿地や湖沼を中心に500株あまりの野生株を収集し、これまでの増殖速度の最速値を更新する新しい高増殖株を発見した。

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疋田 泰章

ホログラフィック原理による宇宙創生の研究

宇宙がどのように始まったかを、重力理論を使って明らかにしたいと考えています。重力理論として有名なものに一般相対論がありますが、一般相対論は宇宙が非常に小さい空間から始まったことを予言します。ところが、そのような領域は一般相対論の適用範囲を超えており、古典論を超えた量子論的な効果を取り入れる必要があります。本研究では、ホログラフィック原理による量子重力の記述法を開発し、宇宙創生の謎に挑戦します。

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横山 恵理

デジタル時代の〈源氏物語〉

黒澤翁満『源氏百人一首』(天保10年刊)に対し、TEI(Text Encoding Initiative)を用いてテキストデータ構築を行った。 『源氏百人一首』本文に対し、人物・巻名・地名のタグ付けを行うことによって可視化したり、IIIF画像・『源氏物語』本文・『源氏物語』注釈書内容・現代語訳へと情報を拡張したりすることによって、「デジタル時代の〈源氏物語〉読み」が可能となる。また、江戸時代の源氏物語享受(和歌配列や撰歌基準、注釈の特徴)が可視化され、テキストデータを通して、いにしえ人の『源氏物語』理解に近づくことができる。

+2
鎌倉 快之

トモグラフィー画像の3次元可視化プログラムの作成

X線CTやMRIなどで撮影したトモグラフィー像(断層画像)の中から,注目領域だけを検出したり,立体構造を想像することは容易ではありません.画像処理技術や手法の応用により,注目領域のセグメンテーションとラベリング,立体構造の再構成を行い,三次元可視化するためのソフトウェアの開発に取り組んでいます.

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藤元 章

二硫化モリブデン/グラフェンの電界効果トランジスタ

〔概要〕酸化膜付きのSi基板上にMoを電子ビーム蒸着させ,Moを硫化させることにより二硫化モリブデン薄膜を作製した.この二硫化モリブデンのトランジスタ動作も確認した.SiO2上の二硫化モリブデン/グラフェンのヘテロ接合では,電流-電圧特性では線形性が得られたが,AlOx上では非線形性が得られた.本研究のMoS2結晶内にp型領域およびn型領域が生じることでショットキー性を示したと考えられる.

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小谷 直樹

強化学習エージェントの学習能力の向上

近年,人工知能・機械学習技術の発展もあり,これらの知能化技術をロボットの環境適応能力や自律性の付与の手段として用いることが期待されています.しかし,強化学習を含む機械学習は,一般的に多くの学習時間を必要とする根本的な問題を抱えています.従って,学習時間を短縮することが,実時間で学習する実ロボットにとって,特に解決すべき重要な課題です.私達は,遺伝的アルゴリズムの概念で説明した学習高速化手法や利用者にとって望ましい結果を得やすくなるような報酬設計手法等について研究を行うことで,より高度な知能を持つロボットの実現を目指しています.

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中西 真悟

修正パスカルの三角形を活用した二刀流のワン・スキップ型数列の可視化

パドヴァン数列は,初項から3つ1,1,1を並べて始まります.その後の数列の値は,二つ前と三つ前の数列の値の和です.ですので,いわゆるワン・スキップ型の数列です.ペラン数列等もこの数列の特徴を継承した数列です.今回はこのワンスキップ型の数列の二刀流の可視化を公開します.パドヴァン数列は,オリジナルのパスカルの三角形の値を将棋の桂馬や,チェスのナイトのような桂馬型の和から得られることが周知です.小生も修正パスカルの三角形を用いてペラン数列の可視化に成功し,パドヴァン数列などワン・スキップ型の数列の初項の変化に耐え得る可視化も実現してきました.今回は前作のパドヴァン数列の正六角形の数理的特徴がヒントとなり,パドヴァン数列を修正パスカル三角形上の4UP型の和として表せることも紹介します.以上,数列の二刀流の可視化を楽しんでください.

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吉村 勉

高速通信用発振器の相互干渉解析と自動補正に関する研究

近年の高速・高密度の大規模集積回路において,内蔵する発振器の性能がクロック同期系デジタル回路の処理速度に大きな影響を与える。そこで問題となるのが複数の発振器間の相互干渉である。私たちは今まで発振器の干渉ノイズのモデル化およびその実証と,位相同期回路における干渉ノイズの影響について研究してきた。特に完全同期にある発振器間の相互干渉において,小規模の補正回路でその影響を低減する手法を考案し,いくつかの知見を独自に得ている。本研究ではその知見をさらに一般的な凖同期の相互干渉の低減に適用し,今までにない新しい手法での相互干渉の影響削減の提案を行いたいと考えている。

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小池 一歩

酸化物エピタキシャル薄膜の作製とプロトンゲートトランジスターへの応用

三酸化モリブデン(MoO₃)および酸化タングステン(WO₃)は、電気化学的にイオンを挿入・脱離することにより、電気的・光学的特性が大きく変化する特性を有する酸化物半導体です。近年、これらの材料特性を活かし、ニューロモルフィックデバイスへの応用が注目されています。我々はこれまで、格子整合性を有する酸化物単結晶基板上に分子線エピタキシー(MBE)法を用いてMoO₃およびWO₃のエピタキシャル薄膜を成長させ、電気化学的にプロトンを注入した際の構造変化および電気・光学特性の変化を詳細に検討してきました。例えば、膜厚わずか40 nmのMoO₃薄膜に対して、2.8 mC/cm²の電荷密度でプロトンを注入したところ、電気抵抗率が約5桁低下し、半導体から金属への相転移的挙動が観察されました。現在は、この知見を応用し、MoO₃およびWO₃薄膜表面にプロトンを含有するナフィオン膜を接着させたプロトンゲートトランジスタの開発に取り組んでいます。本研究シーズは、MoO₃およびWO₃エピタキシャル薄膜の高品質な結晶成長技術と、それに基づく材料物性の知見の提供です。

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