研究プロジェクト

• か：可変磁束モータに関する研究
• き：機電一体モータに関する研究
• く：クラスタリングコンセプトに関する研究
• け：検出技術に関する研究
• こ：コントロール技術に関する研究

研究プロジェクト

• パッシブ型28GHZ帯基地局アンテナの構成法の研究
• 5Gアンテナとエリア構築に関する研究
• 次世代自動車用情報通信アンテナ開発における評価方法の研究
• 次世代（5G）ネットワーク製品の試験技術およびアルゴリズムの研究開発

研究プロジェクト

• 科学研究費補助金・基盤研究(B)
  「偏波を自在に制御する半導体マイクロリング偏光スイッチの開発」（平成27～29年度）
• 科学研究費補助金・基盤研究(B)
  「超低電力・多波長同時制御マイクロリング・マッハツェンダー光スイッチの開発」（平成24～26年度）
• フジクラ財団研究助成
  「高次直列結合半導体微小リング波長選択スイッチの高性能化に関する研究」（平成27～28年度）
• 東京応化科学技術振興財団　研究費助成
  「無電解めっきによる光集積回路用金属電極・配線パターンの形成」（平成27年度）
• 科学技術振興機構（JST）H25年度研究成果最適展開支援プログラム（A-STEP）
  「４次直列結合半導体マイクロリング波長選択スイッチの開発」（平成25年度）

石川研は2020年4月に誕生しました。研究テーマとして「次世代無線通信」を掲げ、無線通信全般に関して萌芽的な技術を中心に探求しています。高速移動体通信や省電力技術に一定の実績があり、新しいアイディアの提案とその解析により積極的な論文発表を目指しています。詳しくは研究室のウェブサイトをご覧ください。

研究プロジェクト

• ワイヤレスネットワークの高精度モニタリング
  
• 高速移動環境に適した低遅延符号化技術
  
• スパース符号化による大規模ワイヤレスシステムの省電力化
  
• ワイヤレスネットワークに関するオープンソースソフトウェアの開発
  

音楽，画像，映像，放送，通信など，ディジタル技術は我々の生活の様々なシーンに関わっており，ディジタル信号を取り扱うための信号処理の知識はエンジニアとして必要不可欠なものとなっています．実際，卒業して会社に就職すると，こうした知識が必要になる場面が多いそうです．

コンピュータや携帯電話などのディジタル機器では，実際にはどのようにディジタル信号を扱っているのでしょう．これらの機器は，連続的に変化する信号（アナログ信号）をそのままの形では扱えませんので，アナログ信号を標本化（サンプル），量子化，さらに符号化して，ディジタル信号として扱います．こうした処理が信号に与える影響を正しく理解したうえで，回路や機器の設計・制作を行うことが求められます．

本研究室では，ディジタル情報を取り扱うための信号処理の知識を基盤として，スパース正則化や最適化手法の知識，DSP（ディジタルシグナルプロセッサ）上での実装技術などをもとに，移動体通信，画像処理，音声・音響信号処理，適応信号処理などの幅広い応用研究を行っています．

研究プロジェクト

• ナノ電子デバイス向け自然・生物の情報処理的挙動に学ぶ情報処理の開拓
  - 科学研究費助成事業 基盤研究(C)(一般) 代表
  - 科学研究費助成事業 新学術領域研究「分子アーキテクトニクス：単一分子の組織化と新機能創生」，計画班（A04班 協働機能の設計・計測 「粗粒デバイスのための新規情報処理アーキテクチャの開拓」） 分担
  - 科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究 分担
  - 科学研究費助成事業 若手研究（A）代表
  - 総務省 戦略的情報通信研究開発推進事業（SCOPE）若手ICT研究者育成型　代表
• カーボンナノチューブ複合紙/複合糸(布)の開発と応用
  - 財団法人 日揮・実吉奨学会 研究助成　 代表
  - 財団法人 住友財団 研究助成　代表
  - 企業との共同研究

「以心伝心」や「場の空気を読む」といった微細な心の機微までも理解できる「社会的知性」を備えた人工知能の実現に向け，本研究室では，カメラやマイク，センサなどを介して観測される複数モダリティのデータ（画像，音声，言語，運動など）を統合することで，実世界で生じる様々な言語・非言語情報を読み解き，人の内的状態（感情，意図，個性など）や他者との関わり（社会的相互作用）などを自動的に認識・推定する技術の研究を進めています．このような研究分野は「マルチモーダル情報処理」や「社会的信号処理」と呼ばれるフロンティア領域として近年，注目を集めており，画像認識や音響信号処理，自然言語処理，機械学習，深層学習，感性情報学，社会言語学，心理学，認知科学など学際的な広がりをもちます．本研究室では，会話や会議などにおける人物行動の観測・センシング，人の行動や内面の数理モデルの構築と自動認識，テレプレゼンス（遠隔会議）等の応用システムの構築・評価など，入力?分析・処理?表現に至る範囲を研究対象と捉え，人-人，人-機械の間にて対話や共感を促進し，問題解決や合意形成を支援できるような人工知能の原理創出を目指しています．

研究プロジェクト

• マルチモーダル会話シーン分析：会議やディスカッションなどにおける参加者の行動（頭部運動，視線，顔表情，身体ジェスチャなど）の観測と分析，会話構造のモデル化・推定，コミュニケーションスキルなどの推定
• 非言語行動の意味理解・機能推定：頭部運動や顔表情などの非言語行動がもつ意味や機能の分析と自動認識
• テレプレゼンス（遠隔会議）システム：遠隔参加者の頭部運動と連動するキネティックディスプレイを用いた会話場再構成システムの実装，及び，コミュニケーション行動の評価
• コンピュータビジョン：GPUを用いた高速パーティクルフィルタの実装と顔追跡への応用など

本研究室は2022年4月に誕生した研究室です。エネルギー需給の環境性・経済性・強靭性の観点から，世界や日本の最適なエネルギーシステムに関する研究を進めていきます。具体的にはエネルギー需給を模擬した数理モデル（主に最適化問題）を計算機上で構築し、数値計算を行います。他に類を見ないモデルを構築して、独自の視点から、国の政策や企業の意思決定に資する成果の発信に努めます。

研究プロジェクト

• 世界や日本における長期エネルギー需給に関する研究
• 革新的な脱炭素化技術のコスト競争力に関する研究
• 最適電源構成に関する研究

本研究室は2021年4月に発足し、パワー半導体デバイスを用いた電力変換とその周辺技術、応用技術に関する研究を展開しています。パワーエレクトロニクスは、スマートフォンや家電のような小さなものから、メガソーラや周波数変換所などの発送電に使われる大きなものまで、非常に広範な電力容量で使われており、電力の有効利用に貢献しています。本研究室では、高度電力化社会を推進するクリーンな電力変換技術の創生を目指し、高効率な電力変換が当たり前になった現代において、電力変換装置の大量導入時代に求められる低ノイズ化、高信頼化、小型化、低コスト化、高度化の実現に挑んでいます。

研究プロジェクト

• 電磁ノイズを発生しないパワーエレクトロニクス基盤技術の創生
  - 科学研究費補助金　基盤研究（B） 2020-2022年度
• インテリジェントデジタルモジュールを実現する多直列制御技術のFS研究
  - 受託研究
• パワー半導体パッケージおよびパワーモジュールの内部熱インピーダンス抽出法に関する研究と開発
  - 共同研究
• デジタルゲートドライブ回路を用いた次世代パワーエレクトロニクス用パワーモジュールに関する研究
  - 共同研究

電磁波を使った通信装置や測定装置について、研究開発をしています。

人や環境とシステムとの間の相互作用を考慮した制御技術や、触覚情報を工学的に扱うハプティクス技術を研究しています。

先端ICT、センサ技術を活用し、生体機能計測・評価、感性認識モデル、BANシステム構築等の研究を行っています。

人類の繁栄を支える「エレクトロニクス」は電子の持つ「電荷」を利用していますが、さらに電子の持つ「スピン」という磁石の源の性質を活用する工学応用や新しい物理現象を研究する領域が「スピントロニクス」（未来型電子工学）です。スピンを活用すると劇的に電気消費量が低減でき、また自然界からエネルギーを回収しながら動作するデバイス原理を構築できるため（エナジーハーベスティング）、省エネルギーで動作する論理演算デバイスや情報転送デバイスなどを作り出せると考えられています。本研究室では、ナノテクノロジー（マグノニクス、マグノニック結晶、磁気光学）を積極的に取り入れた応用展開で、この新分野に取り組んでいきます。

研究プロジェクト

• 超低電力マグノンデバイスの基盤技術創出 平成23年4月～平成29年3月
  - 科学技術振興機構　戦略的創造研究推進事業さきがけ大挑戦型　代表
• ナノスケールで構造を制御した人工磁気格子とその光学応用　平成26年4月～平成31年3月
  - 科学研究費　基盤研究（S）　分担
• マグノン量子凝縮の電気制御　平成25年4月～平成28年3月
  - 科学研究費 若手研究（A）　代表
• 界面スピン制御によるナノマグノニクス　平成28年4月～平成31年3月
  - 科学研究費 挑戦的萌芽研究　代表
  - 科学研究費　基盤研究（A）　代表

研究プロジェクト

• 科学技術振興機構　戦略的創造研究推進事業さきがけ 代表
  「リアルタイム低電力深層学習適用による革新的な動画像圧縮システム」（令和1～4年度）
• 科学研究費助成事業（科研費） 若手研究　代表
  「Low-complexity research for next-generation VVC standard and its neural network extension」（令和3～4年度）
• 科学研究費助成事業（科研費） 若手研究　代表
  「学習型静止画像圧縮の実用化に関する研究」（令和5～7年度）

次世代の診断・治療をエレクトロニクスで開拓することを目指しています。ワイヤレスで駆動する体内マイクロロボット、磁場で効果を制御するがん治療や抗がん剤を初めとした薬剤など、バイオ・医療支援技術の研究開発に力を入れています。またIoTに不可欠なバッテリレス・モジュールやエネルギー・ハーベスティングに関してもオリジナリティの高い研究を実施しています。

研究プロジェクト

• ・磁性ナノ粒子を用いた新しい診断・治療技術
• ・磁性ナノ粒子の磁気緩和機構を解明する評価分析法の確立と診断治療への貢献
  - 科学研究費助成事業 基盤研究(B) 代表
• ・磁気マーカーを用いた磁気的バイオ検査法の深化と先端バイオセンシングシステムの開発
  - 科学研究費助成事業 基盤研究(S) 分担
• ・Wiegand素子の開発とバッテリレス・モジュール、エネルギー・ハーベスティング応用
• ・体外からの磁場制御により駆動・治療操作可能な血管内インプラントの設計試作
  - 科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽) 代表者

電力技術と情報通信技術の融合により、人間のように自ら行動し、自己修復できるシステム構築を目指しています。

最適化問題とは、ある関数を最大化あるいは最小化する答えを見つける問題です。これは、実社会のあらゆる所に存在する重要な問題です。例えば、ロケットの性能（関数）を最大化する最適設計（答え）を見つけるにはどうすれば良いでしょうか。そもそも、膨大な数の考えうる設計候補から、人手で答えを見つけられるのでしょうか。できたとして、見つけた設計には、どのような新しい物理や法則が隠れているのでしょうか。

中田研究室では、より早く、より良い答えを見つける最適化技術、見つけた答えを分析しヒトが読みやすい形で知識化する機械学習技術を探求します。これらの技術によって、現在までヒトが知りえない革新的な答えが発見できる可能性が拓けます。さらに、発見した答えに潜む新たな法則を知識化することでヒトの知能増幅に貢献できます。

この研究目標に向けて、理論・手法研究から応用研究まで幅広く取り組みます。研究の方法論として、生物進化を模倣した進化計算と呼ばれる最適化技術をもとに研究を進めます。また、進化計算を応用した進化的機械学習技術を用いて、データ分析技術を構築しています。データ分析技術に限らず、同学習技術を発展させ、強化学習などを対象に、進化的適応能力を備えた自律性の高い進化的知能の基礎研究を行います。

研究プロジェクト

• 解の特性から最適化指標を生成するサロゲート進化計算と高計算コストな問題への展開
• 進化的データマイニングを用いた非定常空力現象兆候検出

プラズモニクスは、金属と光の相互作用を利用したユニークなナノフォトニクスです。透明マントを実現する『メタマテリアル』や『メタ表面材料』、安心安全なセキュリティー技術やセンサーネットワークを支える新しいデバイスの核となる技術です。 私たちの研究室では、プラズモニクスの特性を利用して、『におい』（空気中の微量物質）を高感度に検出するセンサー、燃料電池社会を支える水素センサー、太陽電池や光熱電池を実現する光捕集アンテナ構造の構築などの様々な研究に対して、基本的な材料の探求からデバイスの構築、システムの開発まで、総合的な研究を展開しています。 そのほか新しいナノ材料の開発と応用に関する研究も幅広く行っています。

研究プロジェクト

• プラズモン中赤外センサー／プラズモン水素センサー
• 合金プラズモン材料の開発
• プラズモンメタマテリアル
• ブラックシリコン無反射表面材料
• 単一ナノ接合、単一電子伝導

コンピュータは20世紀最大の発明の一つですが，その二乗のスピードで発展しているのが光通信です．地球規模のインターネットも，スマホなどの携帯端末も，光通信なくしては不可能です．もはや電力線と無線以外は光が情報を担う時代です．通信が圧倒的に高速になったことでコンピュータのクラウド化が加速，その超高性能とビッグデータを誰もが利用できるようになった結果，最近のAIやIoTが可能になりました．光通信はデータセンター内にも入り込み，最終的には集積チップの内部にまで到達しつつあります．その主役は電子と光を融合するシリコンフォトニクスです．

モノとモノがつながるIoTでは，センサ，ネットワーク，クラウドが三大要素となり，社会の至る所にセンサが配置されるトリリオンセンサ社会が生まれようとしています．センサに関わる近未来の大きな話題の一つが自動運転です．これが実現されれば，自動車産業だけでなく，運送業，旅客業，観光業，宿泊業なども含め社会が大きく変革されます．これを実現するキーテクノロジーが車載センサです．周囲環境を取り込みAI処理やビッグデータ蓄積を可能とする3Dセンサ：光レーダー（LiDAR）が大きな注目を集めています．また，超高齢化が進み医療費が国家予算を揺るがすほど膨れ上がる中で，健康管理や治療を支えるバイオ医療センサの重要性も高まっており，そこでも光センサが主役の一つです．

本研究室は，長年研究し，世界を牽引してきたシリコンフォトニクスやナノフォトニクスをベースに，光通信と光センサの最先端機器を研究開発し，未来を創造する活動を行っています．

研究プロジェクト

• シリコンフォトニクスLiDARの研究（「スローライト構造体を利用した非機械式ハイレゾ光レーダーの開発」）
  - 平成28～32年度科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業ACCELプロジェクト　代表
• シリコンフォトニクス光通信デバイスの研究（「革新的光変調器技術」）
  - 平成24～33年度新エネルギー・産業総合技術開発機構「超低消費電力型光エレクトロニクス実装システム技術開発」プロジェクト　チーム代表
• 超高感度医療用センサの研究（「イオン感応性を原理とする超高感度ナノレーザバイオセンサ」）
  - 平成28～32年度科学研究費基盤研究（S）代表

人工知能(AI)と機械学習(ML)の要素技術・基礎理論を深化させ，持続可能な高度社会と人類の知的生産性の増大(Augmented Intelligence)に貢献する，「知能システムエンジニアリング」の創生をめざしています。

【人工知能と機械学習の基礎】近年大きな飛躍を遂げた人工知能と機械学習の技術をさらに高度化し，様々な分野でイノベーションの創出が期待できる画期的な知能化技術・理論の確立をめざしています。とくに，効率的・高速な学習アルゴリズムや，学習結果の再利用・転移のしくみを明らかにし，実環境でオンライン・ロバストに動作する知的要素技術を実現します。 【知的医療支援に関する研究】医療は高度な医学知識と多くのデータに基づく高度な知能システムであるという視点から，人工知能による医師の意思決定や業務を支援する様々な応用研究を進めています。特に，生活習慣病予防や未病対策にむけた知的ヘルスケア支援や，高度福祉など、人工知能による新たなライフサイエンスの高度化に貢献していきます。

【人工知能と機械学習の基礎】近年大きな飛躍を遂げた人工知能と機械学習の技術をさらに高度化し，様々な分野でイノベーションの創出が期待できる画期的な知能化技術・理論の確立をめざしています。とくに，効率的・高速な学習アルゴリズムや，学習結果の再利用・転移のしくみを明らかにし，実環境でオンライン・ロバストに動作する知的要素技術を実現します。 【知的医療支援に関する研究】医療は高度な医学知識と多くのデータに基づく高度な知能システムであるという視点から，人工知能による医師の意思決定や業務を支援する様々な応用研究を進めています。特に，生活習慣病予防や未病対策にむけた知的ヘルスケア支援や，高度福祉など、人工知能による新たなライフサイエンスの高度化に貢献していきます。

研究プロジェクト

• H29 横浜市特区リーディング事業採択「高度生殖医療のための人工知能による精子選別システムの研究」
  (横浜市大附属病院生殖医療センター　湯村センター長との共同研究)
• H28 科学研究費補助金 挑戦的萌芽研究 「熟練者のスキルを超越するアンサンブル逆強化学習」
• H29 科学研究費補助金　基盤研究(C)（特設分野研究）
  「派生システム開発の品質変化を予測する複雑ネットワーク指標に基づくメトリクスの開発」
• H29　NEDO次世代人工知能・ロボット中核技術開発／次世代人工知能技術分野（調査研究）
  「人工知能による診療科推論等の調査研究」
• H29 東芝・神奈川病院機構共同研究講座共同研究
  「重粒子線装置の高度化に関する研究」
• H28 リゾートトラスト共同研究講座共同研究
  「高度医療システム」
• 他、共同研究３件

本研究室では主に，(1)システム最適化・自動化，(2)ロボティクス，(3)アクチュエータ，の研究に取り組んでいます。(1)は確率モデルや最適化アルゴリズムをベースに様々なシステムの最適化，予測，自動化を目指すもので，利用可能なデータの増大と計算コストの低下に伴い，幅広い応用が可能な分野です。計算機能力を活かした大規模最適化，移動ロボットや自動運転自動車の周囲環境認識・学習など知能化に関する研究を行っています。(2)は近未来に幅広い利用が予想される協働ロボットやパワーアシストロボット，福祉ロボットに関して，安全で柔軟な機構や運動制御の研究を行っています。(3)はモータを含む駆動システムの性能向上や省エネルギー化を目指すもので，新原理に基づくアクチュエータの設計・解析・開発を行っています。

研究プロジェクト

• アクチュエータ
  - 科学研究費補助金 基盤研究(A)「スパイラルモータに基づくゼロ剛性ソフトマニピュレータの基盤技術開発」代表
  - 科学研究費補助金 挑戦的研究(開拓)「高周波電気機械エネルギー変換工学の開拓」代表
  - NEDO「次世代人工知能・ロボット中核技術開発／革新的ロボット要素技術分野／高効率・高減速ギヤを備えた高出力アクチュエータの研究開発」代表
• 福祉ロボット
  - 共同研究「移乗支援機能を備えた車いすの開発」
  - 共同研究「歩行支援杖型ロボットの開発」
  - 共同研究「逆駆動可能な減速機を用いたパワーアシストロボットの高性能制御」
• 自動運転技術
  - 共同研究「Free spaceの検出精度向上の研究」
• 環境認識技術
  - 共同研究「降雨量予測アルゴリズム」

建物や橋、トンネル、ダムやパイプラインなど、さまざまな社会インフラの経年劣化や地震による損傷を正確に診断する技術の需要が高まっています。従来の電気センサは、大量の電気配線を必要とし、限られた箇所の情報しか得られないなどの課題がありました。そこで、光ファイバをさまざまな構造物に「神経」として埋め込もう、という取り組みが始まっています。この人工神経が機能すれば、その構造物自身が「ここが痛い」「ここが熱い」など、人間と同じような反応を示してくれることになります。このような構造物は、スマートストラクチャと呼ばれています。

本研究室では、スマートストラクチャを実現するための光ファイバセンシング技術について研究しています。特に注力しているのは、長い光ファイバに沿った任意の位置で伸びや温度などの計測ができる『分布型光ファイバセンサ』です。これまでに世界最高の空間分解能（どれだけ短い区間の伸びや温度が測れるか）と世界最高の動作速度を兼ね揃えるオリジナル技術の開発に成功しました。しかし、本技術の実用化のためには乗り越えるべき課題が多く残されており、更なる技術革新が望まれています。本研究室では、社会の安全・安心に貢献すべく、分布型光ファイバセンサの世界最高性能の追究を柱として研究活動を推進しています。

研究プロジェクト

　
• 光ファイバ型相関領域反射計による歪・温度の高速分布測定：極限性能の追究と実用化
  - 科学研究費補助金 基盤研究(A) 代表（2021年度～2025年度）
　
• ブリルアン散乱スペクトルの形状解析に基づく光ファイバ型高速分布センサの機能進化
  - 科学研究費補助金 若手研究(A) 代表（2017年度～2020年度）
• 機能性流体でコアを充填した光ファイバによる電磁界分布センシング技術の開発
  - 科学研究費補助金 挑戦的萌芽研究 代表（2014年度～2016年度）
• ポリマー光ファイバのテーパー加工によるブリルアン散乱の増強とセンシング応用
  - 科学研究費補助金 若手研究(A) 代表（2013年度～2016年度）

現在の集積回路は回路中の電子の動きを制御することで動作していますが、この方法での性能向上は限界に近づいています。 そこで従来の集積回路に代わる新しい回路技術が強く求められています。 本研究室では、物質を低温にしたときに発現する超伝導現象を用いた情報処理システムの研究を行っております。超伝導素子は短い応答時間、超低消費電力性、磁場や電流に対する極めて高い感度、巨視的な量子効果が利用可能である、といったエレクトロニクスの観点からとても魅力的な特徴を持っています。これらの特徴を利用した、従来にはない優れた情報処理技術の確立を目指しています。

超伝導現象を使って初めて可能になる100ギガヘルツを超えるクロック速度での超高速低電力演算や、特定の問題を従来の計算に比べて桁違いの速度で解くことができる量子計算回路や生体模倣回路の応用に関する研究を行っています。

研究プロジェクト

• 新しい超伝導回路方式の提案とその応用
  - 科学研究費助成事業 基盤（C）代表
  - 科学研究費助成事業 基盤（S）分担
• 特定用途向け超伝導量子計算機の開発
  - 国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構受託研究
  
• 超伝導ニューロモルフィック回路の研究

新しい動作原理に基づく電子デバイスを用いて、次世代の高速・低消費エネルギー大規模集積回路(VLSI)システムを実現するのが本研究室の目標です。

例えば超伝導現象を利用すれば、単一磁束量子（磁束の最小単位）を情報の１ビットに用いる超高速ディジタル回路を作ることができます。これらの回路は、100 GHzを超えるクロック周波数で動作し、半導体回路の数千分の１の電力で演算を行なうことができます。また、回路を断熱的、双方向的に動作させる可逆論理回路を用いれば、無限小のエネルギーでの情報処理が可能となります。半導体VLSIにおいては、動作温度をマイナス200度付近まで冷却すると、動作スピードが向上し、演算スピードを飛躍的に高めることができます。一方、デバイス自体の機能が新しくなると、これらの機能を生かすために、新しい回路アーキテクチャやコンピュータアーキテクチャの検討も必要になります。

我々は、VLSIシステムを、新たなデバイスの動作原理、アーキテクチャならびに設計手法という多方面から眺め、高性能情報処理システムの実現を目指した研究を行っています。

研究プロジェクト

• 論理的・物理的完全可逆回路を用いた逆問題計算機の創生
  -科学研究費補助金 挑戦的萌芽研究、代表（2016年度～2017年度）
• 熱力学的極限に挑む断熱モード磁束量子プロセッサの研究
  -科学研究費補助金 基盤研究(S)、代表（2014年度～2018年度）
• Enhance Electronic Design Automation Tools in Support of Superconducting Electronics
  - IARPA research programs, “SuperTools”　米国Synopsis社、Hypres社との共同研究（2017年～2021年）
• ColdFlux: CAD Methodologies and Tools for Single Flux Quantum Based Superconductive Electronics
  - IARPA research programs, “SuperTools”　Southern California大との共同研究（2017年～2021年）