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パワーアシストスーツ
crack

多脚ロボット

電動車いす

電気自動車

内容：
近年，産業機器や生活支援機器など，人との共存を想定した機器の導入が進み，その高性能化や高度な付加価値への要求が高まっている．
これらの要求を満足するために，生物規範型のアプローチに基づく知的情報処理技術の応用研究を行っている．具体的には，人工知能技術を用いた知的情報処理や知的制御シ
ステムの提案およびその設計手法の研究を行っている．
主な研究テーマは下記の通りであり，研究過程において得られた要素技術の具現化を共同研究を通じて推進している．
 気象予測モデルに基づく風力・太陽光発電の出力予測
 自動運転システムの制御と群移動ロボットの協調制御
 脚式ロボットやマニピュレータのモーションコントロール
 電動車いすの安全運転支援システム
 介護およびリハビリテーション用パワーアシストスーツの運動制御
 施設園芸ハウスの精密環境モニタリング
 各種農作業支援ロボットの開発
分野：制御・システム工学
専門：制御応用工学
E-mail: yasuno.ｔakashi@tokushima-u.ac.jp
Tel. 088-656-7458
Fax: 088-656-7458

防除ロボット

環境モニタリングシステム

HP : https://www-sky.ee.tokushima-u./ac.jp

顔写真
（省略可）

内容：

１ はじめに
近年、脳内ネットワークの機能的及び構造的な特徴が明らかにされてきている（図1）。また、神経細胞間の結合はヘビーテイル分布を示すということが報告されている（図2）。本
プロジェクトでは、サルの視覚野領域のネットワークトポロ
ジーに対してヘビーテイル分布によって結合された発振器システムの同期現象について調査を行う。

２ 提案システムと結果
図1構造的および機能的なブレインネットワーク

図4にサルの視覚野の脳内ネットワークモデルを示す。また、それぞれのノードは非線形回路として van der Pol 発振器を用いた（図3）。結合分布をそれぞれ一様分布、ガウシアン分
布、ヘビーテイル分布を適用した時の同期率の結果を図5に示す。この結果より、ヘビーテイル分布はグローバル同期の達成が難しいことが明らかになった。

３ 今後の課題
図2 シナプスのヘビーテイル

図3 van der Pol 発振器と結合方法

今後は、より大規模な脳内ネットワークに対しての調査と、脳の高次機能と同期の関係を明らかにすることである。
分野：通信・ネットワーク工学
専門：非線形理論・回路
E-mail: uwate@tokushima-u.ac.jp
Tel. 088-656-7662
Fax: 088-656-7471

図4 サルの視覚野ネットワーク

図5 完全同期の結果

HP : http://nlab.ee.tokushima-u.ac.jp/uwate.htm

<図表>コンタクト不良

図１ いびき音測定準備の様子

内容：
近年、慢性疾患（睡眠時無呼吸症候群、腸疾患など）に悩む患者が増加傾向にある。このような疾患の診断、評価には、病院での検査や入院が必要となる。患者から発生する生体
音響（いびき、腸音など）の発生機構を考慮すれば、生体音
響には疾患に関連する情報が含まれていると考えられる。
生体音響はマイクロフォンや電子聴診器などを用いて手軽に獲得することができるので、本研究では、これらの生体音響の解析をもとに、慢性疾患の診断支援を行うことを目的としている。生体音響解析には一般的に長時間にわたって録音した生体音響信号を使用するため、生体信号処理等の技術を応用して、慢性疾患の定量的自動診断支援システムの開発を行っている。本研究の進展により、患者に負担を与えることなく、手軽に病状の経時的変化を記録観察でき、在宅医療分野にも応用可能な非接触診断支援システムが期待される。

分野： 医用システム
専門： 生体医工学
E-mail: emoto@ee.tokushima-u.ac.jp
Tel. 088-656-7476

図2 腸音測定準備の様子

グラフェンデバイス作製・評価

コンタクト不良タンパク質・アミノ酸吸着特性
PBS
100 pM500
1 nM
5Drain current (µA)

28
24
20
-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

Solution-gate voltage (V vs Ag/AgCl)

Net voltage change at KD (V)

0.15

0.00

0.06
0.03
0.00
10-1

100

101

102

103

104

CHT concentration (pM)

E-mail: ohno@ee.tokushima-u.ac.jp

CHT

-0.05

-0.15

0.09

専門：半導体工学

0.05

-0.10

0.12

CHT

pH 6.8 (+)
pH 9.0 (-)
Fit

分野：ナノ・マイクロ科学

Positively charged
Negatively charged

0.10

0.15

Net voltage change (V)CHT, pH 6.8

32 Positively charged

グラフェンは、炭素原子のsp2軌道による完全二次元結晶であり、その高キャリア移動度から次世代ナノ材料として注目されているが、バンドギャップを持たない半金属であることがその応用を制限している。我々の研究の目的は、このグラフェンをセンサ材料として応用することである。
本研究の大きな特徴として本学が持つ単結晶・大面積を有するSiC基板上のエピタキシャルグラフェンを用いたデバイスを使用していることである。一般的には剥離法または化学気相堆積法でグラフェンは合成されるが、サイズが小さい・多結晶になる・転写プロセスが必須であるなど、様々な問題点がある。エピタキシャルグラフェンはそれらの問題点を一気に解決できるデバイス応用向けのグラフェンである。
エピタキシャルグラフェンを用いたタンパク質・アミノ酸吸着
特性は、他の合成によるグラフェンと異なり必ず電子ドーピン
グされることを見いだしたり、非常に高い感度で吸着が起きていることが判明している。現在では特性のターゲットを検出するデバイス開発に取り組み、FET型バイオセンサで問題となっているデバイ遮蔽長について、単結晶グラフェンの小さな状態密度を利用した解決を目指している。

Tel. 088-656-7439

ILY
BSA

5

Hb

6

7

Fax: 088-656-7439

CytC

8

9

Isoelectric point (pH)1011

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Ozonizer

DPSS laser(a) He/Air
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30

45

60

2θ[deg.]

図1 BaSi2薄膜のXRDパターン

Intensity[arb.unit]

411

222

111
201
211

400

200

600

301

Intensity[arb.unit]
15

Eg+Fg
Eg Fg

200

Ag

Fg

400
600
Raman shift[cm -1]

図2 BaSi2薄膜のラマン散乱スペクトル1μm

図3 β-Ga2O3薄膜の表面

私の研究室では現在以下二種の半導体材料の結晶成長を行い、そのデバイス応用を目指している。
1. BaSi2は太陽電池に適したバンドギャップや大きな光吸収係数を持ち、また少数キャリアの拡散長も長いため、薄膜太陽電池応用へ向け注目すべき材料である。我々はこの材料を簡便な真空蒸着法でSi(100)基板上に成長している。これまでa面配向性が高く品質の良い結晶が得られている(図1および図2)。現在は実際の太陽電池作製に向け、結晶品質や光学的・電気的特性について詳細な評価を進めているところである。
2. Ga2O3は大きなバンドギャップを持ち次世代のパワーデバ
イ ス 用 材料 、 ま たセ ン サ用 材料 と し て 期 待 され て い る 。
Ga2O3はいくつかの結晶多形を持つが、我々はその中で最も熱的に安定なβ相のGa2O3 薄膜およびナノワイヤの結晶成長を行っている。いずれもGaと酸素ガスを直接反応させて結晶を得る、直接合成法と呼んでいる方法での成長である。薄膜については表面に図3のようなステップ-テラス構造を持ち、結晶品質がよく厚さも十分な結晶が得られている。またナノ
ワイヤについては図4に示すように直径100nm程度、長さ10µm以上のものが得られている。

分野：電気・電子材料工学

図4 β-Ga2O3ナノワイヤ

専門：半導体工学、結晶成長学

E-mail: knishino@tokushima-u.ac.jp
Tel. 088-656-7464
Fax: 088-656-7464

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<図表>

環境保全

新エネルギー創生

大気/水質浄化

人工光合成
light

コンタクト不良

earth
鮮度保持

TiO2 thin film

human
抗菌/殺菌

半導体プラズマエレクトロニクス

X-ray intensity (Arb. unit)

PVD sputtering

DBD plasmas

Anatase (101)内容：
昨今，光触媒は環境保全材としだけでなく，新エネルギー
創生材として国内外で注目されている．光照射さえあれば半永久的に利用できる点が魅力的である．光触媒活性化のための光源波長が可視光に近く優れた耐溶解性を有することから，酸化チタン（TiO2）が光触媒として最有力候補である．
TiO2は無機化合物であるため，環境や人等に対して無害で，反応性溶液およびガス中でも安定であるという特長も有する．
実用的応用（大面積化あるいはコーティング化）の観点から，粉末状光触媒でなく薄膜状光触媒が望まれている．しかしながら，薄膜化すると光触媒反応性が劣化するといった課題がある．
我々の研究室では，独自に開発した対向型ターゲット
PVDマグネトロンスパッタリング装置（CROWN）を用いて，高機能を有するアナターゼ型酸化チタン薄膜の開発を行っている．この装置の特徴は，基板加熱装置を必要とせず，アナターゼ結晶を容易に得ることができる点である．また，独自に開発した大気圧熱非平衡プラズマトリートメント装置（APOLLO, VENUS II）を用いて，酸化チタン表面改質を行う
ことにより，高機能を有する光触媒薄膜の開発も行っている．
これらの装置の特長は，高価な真空装置を必要とせずに，
熱非平衡で反応性の高いプラズマを生成できる点である．
分野： プラズマエレクトロニクス

20

30

40
2θ (deg.)50

専門： 半導体プラズマエレクトロニクス
E-mail: retsuo@ee.tokushima-u.ac.jp
Tel. 088-656-7441
Fax: 088-656-7441

 機械学習を応用した予測技術

図1 これまでの画素予測方法との比較
 画像処理向けのニューラルネットワークのLSI設計
ニューラルネットワークの複雑な構造をODE(常微分方程式)で再現
多くのパラメータを要する画像処理に応用可能

内容
AI・IoT環境が社会に普及される中、動画像は情報伝達の方法として、今後も大きな役割を担っている。そして、正確か
つ精細な動画像を提供するために、符号化技術は身近にある様々なデバイスに実装されている。次世代の符号化技術
では、並列処理が困難であることから、超高解像度への応用が益々難題となっており、特にハードウェア実装容易度の面から抜本的な解決方法が必要とされている。
本研究では、ハードウェア実装の容易化を達成しつつ、高圧縮な新規符号化構造を確立するために、分析回路(機械
学習モジュール)と符号化回路(符号化器)の二つに分けて符号化を行うことで解決する(図１)。機械学習モジュールを取り入れることで、Ground truthに近い予測画像の生成が可能であることが確認されている。今後は、画像生成ネットワークのリアルタイム処理を確立させるためにODE Network(図2)のFPGA(図3)実装を行う。
本研究を完遂することで、AI・IoT・5Gと呼ばれる次世代の社会基盤環境へ大きく貢献することを目標としている。

分野：計算機システム関連
専門：画像処理工学，LSI設計
E-mail: t.katayama@tokushima-u.ac.jp
Tel. 088-656-7482
図3 FPGA(PYNQ-Z1)
図2 Residual NetworkとODE Network

Fax: 088-656-7471
HP : http://pub2.db.tokushima-u.ac.jp/ERD/person/350321/profile-ja.html

㻌㻌

Input Layer

Output Layer

Hidden Layer

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V[ k ] x  i  V[ k ] y

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50

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0
0

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100

125

X Axis [cm]150
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Y AxisAxis [cm]10075ศ㔝䠖ไᚚ䞉䝅䝇䝔䝮ᕤᏛ㻌

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T raject ory

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Goal

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入射光波長メタ構造中の
特異な回折反射率の大きな変化
メタ構造なしの場合
の約10倍

周期
ウィルスや
ガスの吸着
ガスやウィルスの付着による構造近傍の屈折率変化→メタ構造中の光がわずかな周囲屈折率に敏感に反応!!
図1 メタ構造による屈折率検出原理

(a)

メタ構造

(b)

わずかな周囲屈折率(ns)変化
反射率が大きく減少

周期 200nm

内容：光を用いた屈折率センサーは、ガスやウィルス検出など工業、医療等の幅広い分野に応用が期待される。特にIoT社会に向けて高感度かつコンパクトで集積化可能なセンサーが要求される。
我々は、図1に示す光波長(可視光で約数百ナノメートル ナ
ノ= 10億分の1メートル)よりも小さな周期で細線が並ぶ構造(以下、メタ構造)を利用し、高感度かつコンパクトな光学式屈折率センサーを開発している。メタ構造は、繰り返しの周期が光の波長に比べ小さいため通常では発生しない特異な回折現象が生じる。この回折光の強度や進む向きは、メタ構造
近傍の屈折率に非常に強く影響される。図2にGaN基板上に作製したメタ構造の顕微鏡像を示す。特異な回折により青紫
光が強く反射されていることが分かる。
このようなナノ構造特有の光を利用し、わずか波長以下の極薄の構造により10-4オーダーの微小屈折率の検出に成功している(図3)。これにより、構造に有毒ガスやウィルスが付着した際のわずかな屈折率変化を検出が可能である。
また、メタ構造を殺菌作用の高い紫外LEDの表面に実装し、ウィルスや有毒ガスの検出および殺菌除去が同時に行える
集積光デバイスの実現も行っている。
分野：<ナノマイクロ科学>

図2 作製したメタ構造の(a)光学顕微鏡像(b)電子顕微鏡像
300µm

専門：<ナノマイクロ光デバイス>
E-mail: takashima@tokushima-u.ac.jp
Tel. <電話番号088-656-7438>

10-4の屈折率検出感度を達成
周囲物質の高感度検出が可能!!

図3 メタ構造反射率の周囲屈折率(ns)依存性

Fax: <fax番号088-656-7438>