SDGsの分類 研究テーマ 自然科学 学科の分類 情報科学部情報知能学科 超弦理論から見た時間・空間・物質の双対性 情報科学部 情報知能学科 基礎物理学研究室 木村哲士 教授 超弦理論時空のコンパクト化T-双対性 アインシュタインの相対性理論により、時間・空間・物質は互いに影響を及ぼしているとされました。この視点は現在の観測結果と矛盾していません。しかしながら、我々はこの世界が何故「時間は1つ」「空間は3方向」「物質はクォークとレプトン」「質量の起源はヒッグス粒子」「力は4種」で構成されているのかをいまだ説明できていません。 10次元時空から4次元時空へのコンパクト化 物質の根源は大きさを持たない点粒子ではなく、プランクスケール程度(~10−35m)に拡がった弦だとすれば、時間・空間・物質・力すべてを「弦の振動モード」という単純な記述で表現できるのではないか、さらには困難とされた「一般相対論と量子論の融合」が可能になるのではないか、と期待されるようになりました。これを超弦理論といいます。ただ、超弦理論は10次元時空でのみ成立するので、現実的ではないとされ一時期廃れました。しかし1980年代に「私達の認識できない6次元空間が、ある特殊な幾何学(Calabi-Yau空間)として小さくコンパクト化されていると考えれば、私達が住む4次元時空の時間・空間・物質の成り立ちが説明できる」という研究成果が登場して以来、現在まで大きく進展しています。 6次元Calabi-Yau空間を便宜上2次元面に射影した図。 トーラスにコンパクト化された時空上を伝搬する弦と、巻き付いた弦とのT-双対性 弦の運動を理論的に調査すると、アインシュタインの一般相対論などでは見えなかった時空構造の「双対性」が発現します。左図上側にあるように、半径のシリンダー状の時空上を伝搬する弦の質量スペクトルと、左図下側にある半径 のシリンダー状の時空に巻き付く弦の質量スペクトルは等価であるといいます。つまり物理現象としてまったく同一であることになります。これを「T-双対性」と呼びます。上記のCalabi-Yau空間に対してこのT-双対性を応用すると、それまでは別々に考えられていた4次元時空上の物理現象が互いに関係するのではないかとみなされるようになりました。 超弦理論が示す時空構造の追究 この宇宙の形を理解しようするため、私達は超弦理論によるT-双対性を応用しています。例えば右図のように、ある特殊な物体(エキゾチックブレーン:図の中央)の周囲を一巡すると、その動きに合わせてコンパクト空間は一般座標変換と同時にT-双対性が施されます。これをT-foldと呼びます。一般相対論では不可思議にみえるこのT-foldは超弦理論においてはきちんと説明できる自然な時空解になります。このような構造が実際に宇宙で観測されるならば、超弦理論は「時間・空間・物質」の根源を解き明かす根源的な理論であろうという期待がますます高まります。私達は数学的・物理的に可能な現象を理論的に構築し検証することで、この宇宙の時空構造がどのように成り立っているのかを理解しようと追究し続けています。 T-fold を与えるエキゾチックブレーン ( 5 2 2 と書かれた中央の物体)。 研究者INFO: 情報科学部 情報知能学科 基礎物理学研究室 木村哲士 教授 研究シーズ・教員に対しての問合せや相談事項はこちら 技術相談申込フォーム
宮本 俊幸 交互方向乗数法を用いた分散スケジューリング 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。
+1 小林 正治 キノコの機能を成分化学的に解明する きのこは古くから万病予防の健康食材として利用され、漢方薬や健康補助食品の有効成分としても配合されていますが、その効能が必ずしも分子レベルで解明されているわけではありません。私たちは類例のない抗認知症作用をもつきのこ「ヤマブシタケ」に注目し、その特徴的な有機低分子成分の化学合成と生物活性検定によってきのこの効能を単分子レベルで理解・解明することを目指しています。今までに30種以上の低分子成分を合成し、そのいくつかに神経細胞保護効果があることを見出しました。
久米 大祐 精神ストレスがもたらす動脈への悪影響に対する運動の改善効果 精神ストレスは、一過性かつ短時間な場合であっても、動脈硬化度を増大させる(血管を硬くさせる)。我々は、精神ストレスに伴う動脈硬化度の増大は短時間の有酸素性運動によって中和可能であることを示した。本手法は、ストレス社会に生きる現代人の健康づくりにとって有用である。
古樋 直己 映画・洋楽の英語教育への活用 英語の運用能力向上には、英語に接する時間の増加が必須である。たしかに、学習時間の増加がそのまま英語運用能力の向上につながるとも限らない。しかし,学習量を増やすことは不可欠である。これには、苦にせず接することができる素材が必要となる。元来、娯楽用に制作された映画や洋楽は、楽しみながら本物の英語に接することができるという点で優れている。ただ、本物であるからこそ、学校の英語との橋渡しの工夫が必要となってくる。
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.
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.
+1 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.
橋本 渉 容易に構築できる球面ディスプレイ環境 球面型没入ディスプレイ環境構築をサポートするシミュレータを開発した.球面ディスプレイを作る際には,ドームスクリーンへの特殊な歪み補正を考慮した投影系の光学設計を行う必要がある.しかし,実際に製作される光学系はシミュレーション通りの精度が保証されるわけではない.使用する際に改めて光学系の微調整が必要となる.本研究では,投影系の光学設計と同時に,光学系の微調整や歪み補正が実行可能な投影シミュレータを開発している.
椎原 正次 生産スケジュール改善サイクルの開発 生産スケジュール改善サイクルは、ロット分割を段階的に進めることにより、段取り回数の増加を抑えつつ良好なスケジュールを得るための仕組みである。ロット分割は、生産スケジュール改善のための有効な手法の一つであるが、分割によってロット数が増えることになる。その結果として、総段取り時間が増加するだけではなく生産統制を複雑にしてしまう。このサイクルは四つのフェーズから構成され、受け入れ可能な生産スケジュールが得られるまで繰り返す。多目的最適化も可能である。
+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。
横山 恵理 「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。
+3 松浦 清 科学と宗教を繋ぐ美術 星曼荼羅の二形式すなわち円形式および方形式(図1)の構成要素とその配置に基づく構成原理ならびに成立と展開の解明を研究の中心としつつ、須弥山図(図2)などの絵画作品において、天文学に基づく科学知識と天空への思想がどのように関連して作品として成立しているのかを研究している。
田岡 育恵 逆の意味をつなぐANDとアドホック概念の形成 (1) He looked vicious and attractive. (1) の前項はviciousというネガティブな状態を表す語であるのに対して、後項はattractiveというポジティブな状態を表す語である.ここでは,「やくざな感じで(そこが)魅力的だった」というように、前項が後項の要因になっているような解釈になる.しかし,本来,ネガティブとポジティブという逆の意味をつなぐのに,何故butではなくandの使用が許されるのか?そこにはアドホック概念の生成が関わるものと考える. ここでは,そのアドホック概念の形成について考察を述べる.
平 博順 日本語機能表現解析技術 私たちの研究室では、複数の形態素から構成され,一つの機能語として働く表現である日本語機能表現について、入力文中の機能表現と特定と意味解析を行う技術の精度向上に取り組んでいます。
+1 鈴木 基之 音声からの高精度感情識別法の開発 通常音声から感情を識別するには,声の高さや大きさ,声色といった情報を利用しますが,これらは仮に同じ感情で話していても話す内容(言葉)によって大きく変化してしまいます。 そこで「同じ発話内容を無感情で話している音声」を音声合成を用いて準備し,それとの違いを見ることで高精度に感情を識別する方法を開発しています。近年利用が一般的となった大規模事前学習モデルの効果的な利用方法についても検討を行い,簡単な感情認識実験において97%の正解率を達成しました。
+1 小川 芳也 橋脚の安定性確保と植生が繫茂した陸生化砂州の保全の両立に向けた研究 河川は、水道水の源泉であるだけでなく食資源の産地でもあり私たちの生活に密接に関係しています。そのため、河川整備は人と動植物が共存共栄する関係が求められています。近年の大雨では、人々の利便性に役立つ橋梁の橋脚が局所洗堀によって沈下や傾斜する事例が発生しており、その上流側には動植物の生息場である植生が繁茂した陸生化砂州が低水路のかなりの部分を占めていることが多いです。そこで、人々と動植物が共存共栄できる関係を目指して研究に取り組んでいます。
安留 誠吾 初等中等教育向けロボットプログラミング学習環境 2020年度から小学校においてプログラミング教育が必修化された。小学校では、ビジュアルブロックエディタを利用したプログラミングが想定されるが、中学校、高校では、テキストエディタを利用することになる。そこで、ビジュアルブロックエディタからテキストエディタへの移行をスムーズに行えるように、両エディタに対応したロボットプログラミング学習環境を開発した。また、教員の負担を軽減するための教員支援システムも開発した。
+1 明 孝之 第一原理計算で解き明かす原子核の姿 元素の源となる原子核は陽子と中性子から構成され、それらの間に作用する「核力」によって結合します。核力はπ中間子とよばれるミクロな粒子を陽子と中性子が交換することにより生じます。本研究では、この特徴を持つ核力が原子核の性質にどのような影響を与えるのか調べています。
+2 宮脇 健三郎 ROSプログラミング研修のためのオリジナルロボット ROS(Robot Operating System)はロボット制御ソフトウェアの効率的な開発を実現するツール・ライブラリ群のセットで,世界中でロボットの研究・開発に利用されています. 本シーズはROSを通じたロボットのプログラミング研修に適したオリジナルのロボットを提供するものです.このロボットはハードウェアの構造も比較的分かりやすいように設計されているため,ソフトウェアの研修を終えた後に自分自身でロボットを構築する手助けとなります. 実際に提案するロボットを使ったROSの技術セミナーを開催し,参加者からは好意的な評価を得ています. また,大阪工業大学情報科学部でもPythonやC++によるロボット制御プログラミングを学ぶための教材としてゼミやPBL(Project Based Learning)で活用しています. ゼミやPBLにおいては小型の車輪移動ロボットと中・大型の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ます. 市販の大型ロボットは高価なものが多いですが,独自に設計・製作したロボットは低コストで手軽に利用可能です. 4足歩行ロボットや車輪移動型ロボットに装着するアーム等も製作しており,様々な研修用ロボットの製作ノウハウを有しています.
+2 樫原 茂 ワタリガニ養殖の持続可能なDX化プロジェクト 本研究課題では,食用カニであるワタリガニの養殖を対象とし,その収穫率向上のためにICT(情報通信技術),Internet of Things(IoT),およびAI(人工知能)を適用した次世代ワタリガニ養殖の持続可能なDX化の体系化に向けた実証的研究に取り組んでいる.養殖業におけるICT・IoT・AIの適用は黎明期であり効果的な活用方法について模索しているのが現状である.ワタリガニの養殖環境を有し,これまで共に研究を行っているハサヌディン大学(インドネシア)及び伊良部島を研究拠点とし,効率的かつ効果的な次世代のワタリガニ養殖方法の研究開発を実施している.