目

次

【本編】
第１章

はじめに ……………………………………………………………………………………………………

第２章

組織・運営

1

１．組織図 …………………………………………………………………………………………………………

7

２．運営協議会委員名簿 …………………………………………………………………………………………

8

３．共同研究組織 …………………………………………………………………………………………………

9

４．教育組織 ………………………………………………………………………………………………………

10

第３章

研究活動

１．計算システム基盤研究部門の目標と成果 …………………………………………………………………

13（1）固体電子工学研究室 ………………………………………………………………………………………

14（2）誘電ナノデバイス研究室 …………………………………………………………………………………

16（3）物性機能設計研究室 ………………………………………………………………………………………

18（4）スピントロニクス研究室 …………………………………………………………………………………

20（5）ナノ集積デバイス・システム研究室 ……………………………………………………………………

22（6）量子デバイス研究室 ………………………………………………………………………………………

24（7）革新的スピントロニクスデバイス研究室 ………………………………………………………………

26（8）コンピューティング情報理論研究室 ……………………………………………………………………

28（9）新概念ＶＬＳＩシステム研究室 …………………………………………………………………………

30

２．情報通信基盤研究部門の目標と成果 ………………………………………………………………………

32（1）超高速光通信研究室 ………………………………………………………………………………………

35（2）応用量子光学研究室 ………………………………………………………………………………………

37（3）先端ワイヤレス通信技術研究室 …………………………………………………………………………

39（4）情報ストレージシステム研究室 …………………………………………………………………………

41（5）超ブロードバンド信号処理研究室 ………………………………………………………………………

43（6）量子光情報工学研究室 ……………………………………………………………………………………

45（7）ネットワークアーキテクチャ研究室 ……………………………………………………………………

47（8）環境調和型セキュア情報システム研究室 ………………………………………………………………

49

３．人間・生体情報システム研究部門の目標と成果 …………………………………………………………

51（1）生体電磁情報研究室 ………………………………………………………………………………………

54（2）先端音情報システム研究室 ………………………………………………………………………………

56（3）高次視覚情報システム研究室 ……………………………………………………………………………

58（4）実世界コンピューティング研究室 ………………………………………………………………………

60（5）ナノ・バイオ融合分子デバイス研究室 …………………………………………………………………

62（6）インタラクティブコンテンツ研究室 ……………………………………………………………………

64（7）ソフトコンピューティング集積システム研究室 ………………………………………………………

66

４．ナノ・スピン実験施設 ………………………………………………………………………………………

68

５．ブレインウェア研究開発施設 ………………………………………………………………………………

72（1）認識・学習システム研究室………………………………………………………………………………

74

６．21 世紀情報通信研究開発センター…………………………………………………………………………

76（1）産学官研究開発部

ワイヤレス ICT プラットフォームプロジェクト ………………………………

78

スピントロニクス・CMOS 融合脳型集積システムの研究プロジェクト…………

81（3）萌芽研究部

注意推定による教育支援システムの実現 ………………………………………………

84（4）萌芽研究部

共生社会を実現するドローン利活用技術の研究 ………………………………………

86（5）萌芽研究部

スマート工場を実現するワイヤレス IoT 基盤技術の研究開発 ………………………

88

７．サイバー＆リアル ICT 学際融合研究センター ……………………………………………………………

90

８．共創研究所 ……………………………………………………………………………………………………

92

９．安全衛生管理室 ………………………………………………………………………………………………

93

10．やわらかい情報システムセンター …………………………………………………………………………

95

11．研究基盤技術センター ………………………………………………………………………………………

97

12．機動的研究グループ …………………………………………………………………………………………

99（1）サイバーフィジカルセキュリティ研究グループ ………………………………………………………

99（2）脳型ナノデバイス・回路研究グループ …………………………………………………………………

99（2）学際連携研究部

第４章

共同プロジェクト研究

１．共同プロジェクト研究の理念と概要 ……………………………………………………………………… 103
２．令和５年度共同プロジェクト研究採択一覧 ……………………………………………………………… 105
３．令和５年度共同プロジェクト研究成果報告 ……………………………………………………………… 109
第５章

シンポジウム・国際会議等

１．通研国際シンポジウム ………………………………………………………………………………………………… 441（1）The 20th International Workshop on Emerging ICT ………………………………………………………… 441（2）20th RIEC International Workshop on Spintronics ………………………………………………………… 442（3）RIEC International Symposium on Enriching Telecommunication and Nonverbal Information …………… 443（4）The 12th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer ……………………… 444（5）The 14th International Workshop on Nanostructures ＆ Nanoelectronics…………………………………… 445
２．国際会議等 …………………………………………………………………………………………………… 446（1）14th International WorkShop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics………………………… 446
第６章

通研教員が中核的役割を果たす他部局組織等

１．設立に関与した組織等 ……………………………………………………………………………………… 449（1）高等研究機構

新領域創成部 スピントロニクス・CMOS 融合脳型集積システム研究室 ………… 449（2）先端スピントロニクス研究開発センター（CSIS）……………………………………………………… 451（3）国際集積エレクトロニクス研究開発センター（CIES）………………………………………………… 452（4）ヨッタインフォマティクス研究センター ……………………………………………………………… 454
２．参画する事業・プログラム ………………………………………………………………………………… 455（1）スピントロニクス国際共同大学院プログラム ………………………………………………………… 455（2）卓越大学院プログラム …………………………………………………………………………………… 456
第７章

評価と分析

運営協議会報告（議事録）………………………………………………………………………………………… 459

【資料編】
第1

人事……………………………………………………………………………………………………………… 489①教員②客員外国人教員③客員教員④特任研究員・学術研究員⑥客員外国人教員（外国人研究員） ⑦学術研究員⑨教員以外の研究員（ポスドク）の転出先
第2⑧学振特別研究員⑩支援職員

予算……………………………………………………………………………………………………………… 494①電気通信研究所における予算の推移
第3⑤各種研究員

②外部資金受入状況

教育……………………………………………………………………………………………………………… 496①学部学生・大学院生②留学生③研究所等研究生・特別訪問研修生④論文題目一覧（修士・博士）
第4

研究……………………………………………………………………………………………………………… 502①研究成果の掲載・公表状況②トピックス一覧③科学研究費助成事業採択一覧（令和 5 年度研究代表者）④外部資金の受入状況
第5⑤受賞・表彰件数⑥受賞・表彰者一覧⑦発表論文数共同プロジェクト研究………………………………………………………………………………………… 512①共同プロジェクト研究件数②共同プロジェクト研究者数③共同プロジェクト研究予算額④共同プロジェクト研究から発展したプロジェクト
第6

国際活動………………………………………………………………………………………………………… 520①電気通信研究所国際シンポジウム②本研究所教員が編集委員をしている国際ジャーナル③本研究所教員が組織委員をつとめた最近の国際会議⑤国際共同研究の実施状況⑧研究者の海外派遣状況
第7⑥国際共同研究一覧⑦外国人研究者の招へい状況⑨国際学術交流協定一覧

社会貢献………………………………………………………………………………………………………… 535①東東北大学 電気・情報 産学官フォーラム参加者数③学会名誉会員及びフェローの状況⑥学会役員一覧
第8④国際学会における招待講演数②通研一般公開参加者数④学会名誉会員及びフェロー一覧⑤学会役員の状況⑦各省庁、地方自治体、公益法人、学協会等への貢献

産学官連携……………………………………………………………………………………………………… 539①発明届出件数、特許出願数、特許登録数②電気通信研究所における技術的相談、指導件数

第9

広報活動と情報公開…………………………………………………………………………………………… 540

付

録 職員………………………………………………………………………………………………………… 541

第 1 章はじめに

は じ め に「人間性豊かなコミュニケーションの実現」が、電気通信研究所のミッションです。コミュニケーションが人間社会にとって持つ意味は計り知れません。
情報通信技術は、コミュニケーションのあり方を大きく変え、人間の持つ限界を超えた情報交換を実現してきました。現代におけるコミュニケーション、情報通信は、人と人から人とモノ、モノとモノとその対象を広げ、また空間的時
間的限界を超え拡張し続けています。ポストコロナ、ニューノーマルで求められる社会像においても、情報通信分野の研究への期待は今後さらに大きくなると予想されます。本研究所は、時々の社会の要請に耳を傾けつつ、将来の豊かな情報社会の実現を目指し、我が国の学術と社会の繁栄に、また広く人類社会の福祉に貢献することを目的として活動を続けます。
第 6 期科学技術･イノベーション基本計画では第５期基本計画で掲げた
Society5.0 を具体化していくことが必要です。そのためには、基盤技術となる
サイバーセキュリティ、次世代情報通信（Beyond 5G）、量子コンピューティン
グ、AI（人工知能）、スピントロニクスなどの新機能デバイスをさらに推進＆強化することが期待されています。これらは言うまでもなく、本研究所が先導すべき研究領域であり、時代の要請に貢献するためにも注力すべきテーマです。
一方で、教員の自由な発想に基づく基礎研究、基盤研究は大学の欠くことのできない重要な役割です。本所の歴史を振りかえっても、西澤潤一教授の光通信の 3 要素の提案、岩崎俊一教授の垂直磁気記録など、全く新しい分野を切り開く契機となる基盤的研究がその後大きく発展したものも少なくありません。最近の話題としては、今後の ICT デバイスとして注目されている磁気抵抗メモリ（MRAM）は、大野英男教授が基礎研究から先導してきたスピントロニクス技術に基づくものです。大学、そして本研究所を取り巻く環境は時々刻々と変化していますが、大学の研究者が果たすべき役割を十分認識した上で、ミッション遂行のために資源を有効活用していくこと、またそのための環境を構築することが必要です。
本研究所の体制は、令和 5 年度(2023 年度)から計算システム基盤、情報通信
基盤、人間・生体情報システムの 3 つの研究部門（2023 年 4 月より）と、ナノ・スピン実験施設及びブレインウェア研究開発施設の 2 つの施設、21 世紀情報通信研究開発センターとサイバー＆リアル ICT 学際融合研究センター（2023
年 4 月より）の 2 つのセンターの組織からなっています。それぞれ研究部門は
長期(20 年)、施設は中期(10 年)、センターは短期(5 年)の研究期間を念頭におき研究を進めています。加えて、産学連携を推進する共創研究所の第１号が令和 5 年 4 月から設置（３年間）、文科省概算要求の採択を受け、令和 6 年度から
3

「総合知インフォマティクス研究センター」が本所構成員を中心に新設されました。さらに、大学院工学研究科、情報科学研究科及び医工学研究科の本学電気情報系と密接に連携し、幅広い最先端研究分野をカバーすると共に、優れた研究者、技術者を輩出するための体制を整えています。
本研究所はまた、文部科学省から情報通信共同研究拠点として、共同利用・共同研究拠点の認定を受け、2022 年度より第 3 期の活動を継続しています。運営費交付金が減少する中、国内外の情報通信コミュニティのさらなる発展に資する役割はますます重要になります。このため、産官学の外部研究者・技術者との共同プロジェクト研究を組織的に進めています。
コロナ禍を乗り越えて情報通信の重要性がより一層注目されている現在、より高速・大容量でセキュアな情報通信を省エネルギーで実現しなければなりま
せんし、東日本大震災の経験により、社会基盤には高い耐災害性が要求されることも改めて認識しました。さらに、最先端技術を基盤に、人と人との意思疎通の向上に貢献する、これまでとは質的に異なった高次の情報処理やコミュニ
ケーションを実現することも期待されています。本研究所が 20 年以上にわたって研究を続けてきたブレインウェアは、近年広範囲の発展を続ける人工知能研
究の中でますます重要となってきています。本研究所は、これらの社会的な要請を受けとめ、総合大学の附置研究所という強みを最大限に発揮して、時代に先駆けたコミュニケーションの新しい世界を開くと共に、それらを通じた教育を今後とも進めて参ります。
本研究活動報告は、本研究所における研究、教育、及び社会貢献にわたる諸活動を点検するとともに広く社会に公開して、研究活動等の改善と今後の発展に資することを目的に毎年発行しています。内容は、本編が各部門、附属施設などの研究活動と、共同プロジェクト研究、国際活動、社会貢献などの活動、
通研シンポジウム、工学研究会活動、通研講演会などに関する活動報告です。
なお、資料編には過去 5 年間の各種活動のデータを掲載しています。
本報告をご高覧いただいた皆様には、電気通信研究所の活動について忌憚のないご意見を賜りますようお願い申し上げますと共に、今後ともご指導、ご鞭撻をどうぞよろしくお願い申し上げます。
令和６年

電気通信研究所 所長

羽 生 貴 弘4

第 2 章

組織・運営

組織・運営

２．１

組

織

図
R6.3.31現在

所

長

運営協議会

計算システム基盤研究部門（(白井教授、)山末准教授、平永准教授 ）（白井教授、阿部准教授 ）（深見教授、金井准教授 ）（佐藤教授、櫻庭准教授、山本准教授 ）（大塚准教授 ）革新的スピントロニクスデバイス研究室（ｵｰｶｰﾏﾝ教授 ）（中野教授 ）
コンピューティング情報理論研究室（羽生教授、夏井准教授、鬼沢准教授 ）新概念VLSIシステム研究室
計算システム基盤技術研究室 （弓仲客員教授、松岡客員教授、今井客員教授 ）

副所長
研究部門

情報通信基盤研究部門

教授会

固体電子工学研究室
誘電ナノデバイス研究室
物性機能設計研究室
スピントロニクス研究室
ナノ集積デバイス・システム研究室
量子デバイス研究室（(遠藤教授、佐藤教授、)吹留准教授 ）超高速光通信研究室
応用量子光学研究室
先端ワイヤレス通信技術研究室
情報ストレージシステム研究室
超ブロードバンド信号処理研究室
量子光情報工学研究室
ネットワークアーキテクチャ研究室（廣岡教授、葛西准教授 ）（八坂教授、吉田准教授､横田准教授 ）（末松教授、芝特任教授、塚本特任教授 ）（田中教授、ｸﾞﾘｰﾌﾞｽ准教授 ）（尾辻教授、佐藤准教授、林特任准教授 ）（枝松教授 ）
（長谷川教授 ）（本間教授 ）
（鈴木客員教授 ）環境調和型セキュア情報システム研究室

情報通信基盤技術研究室

附属研究施設生体電磁情報研究室
先端音情報システム研究室
高次視覚情報システム研究室
実世界コンピューティング研究室
ナノ・バイオ融合分子デバイス研究室
インタラクティブコンテンツ研究室
ソフトコンピューティング集積システム研究室

人間・生体情報システム研究部門（石山教授、後藤准教授 ）（坂本教授 ）
（塩入教授、曽准教授 ）（石黒教授、加納准教授 ）（平野教授 ）
（北村教授、髙嶋准教授 ）（堀尾教授 ）
スピントロニクス・CMOS融合脳型集積システム研究室（(遠藤教授) ）生体情報システム研究室（井上客員教授、岡本客員准教授 ）ナノ・スピン実験施設（佐藤教授、櫻庭准教授、山本准教授 ）ナノ集積デバイス・システム研究室（深見教授、金井准教授 ）スピントロニクス研究室
ナノ・バイオ融合分子デバイス研究室（平野教授 ）
革新的スピントロニクスデバイス研究室（ｵｰｶｰﾏﾝ教授 ）ブレインウェア研究開発施設

認識・学習システム研究室（塩入教授、坂本教授 ）（堀尾教授 ）
ソフトコンピューティング集積システム研究室（羽生教授、夏井准教授、鬼沢准教授 ）新概念VLSIシステム研究室（石黒教授、加納准教授 ）実世界コンピューティング研究室

21世紀情報通信研究開発センター

サイバー＆リアルICT学際融合研究センター

産学官研究開発部
学際連携研究部
萌芽研究部（末松教授、板谷客員教授、前畠客員准教授、本良客員准教授 ）（塩入教授、羽生教授 ）（塩入教授、北村教授、末松教授 ）（塩入教授、曽准教授 ）人間コミュニケーション科学研究グループ

ネットワーク基盤研究グループ
セキュリティ基盤研究グループ（長谷川教授、廣岡教授、末松教授 ）XRコミュニケーション技術研究グループ（北村教授、坂本教授、幸村客員教授 ）（本間教授 ）

応用研究グループ
高等研究機構 新領域創成部（髙嶋准教授 ）スピントロニクス・CMOS融合脳型集積システム研究室（遠藤教授(工学研究科) ）高等研究機構 先端スピントロニクス研究開発センター

国際集積エレクトロニクス研究開発センター

ヨッタインフォマティクス研究センター
安全衛生管理室
共通研究施設

やわらかい情報システムセンター
研究基盤技術センター

事務部

総 務 係
研究協力係
図 書 室
経 理 係
用 度 係
共創研究所

古河電工×東北大学

フォトニクス融合共創研究拠点（島田特任教授 ）7

組織・運営

２．２ 運営協議会委員名簿

運営協議会は、東北大学電気通信研究所長の諮問に応じ、共同利用・共同研究拠点としての活動に関する重要事項、その他研究所長が必要と認める事項について協議する組織である。

村 山 宣 光（ 委 員 ）今 井亨（ 〃 ）田 畑仁（ 〃 ）
山 口 浩 司（ 〃 ）
関
斉

野
藤

徹（
健（

〃
〃

）
）

川
玉
森
福
小
松
丸
前

越
田
島
永
林
下
山
田

開（
薫（
生（
俊（
樹（
仁（
宏（
二（

〃
〃
〃
〃
〃
〃
〃
〃

）
）
）
）
）
）
）
）

中 村
橋 本
阿 野
江 村
都 築
伊 藤
加 藤
佐々木
寺 内
菅 沼
松 浦

8

繁
博
直
雅
裕

隆
茂
克
暢
彰
孝
正
拓
祐

孝（ 〃 ）子（ 〃 ）
浩（ 〃 ）
己（委員長）夫（ 委 員 ）則（ 〃 ）寧（ 〃 ）彦（ 〃 ）己（ 〃 ）夫（ 〃 ）司（ 〃 ）

国立研究開発法人 産業技術総合研究所 副理事長
日本放送協会 放送技術研究所 所長
東京大学大学院工学研究科 教授
日本電信電話株式会社 ＮＴＴ物性科学基礎研究所
フロンティア機能物性研究部 フェロー
大阪大学産業科学研究所 所長
株式会社東芝 研究開発センター
情報通信プラットフォーム研究所 所長
宮城県企画部デジタル政策推進監兼副部長
九州大学 副学長／先導物質化学研究所 教授
早稲田大学先進理工学部 教授
長崎大学 学長補佐
東京大学大学院情報理工学系研究科 教授
三菱電機情報技術総合研究所 所長
株式会社 Preferred Networks 非常勤取締役
日本電信電話株式会社
ＮＴＴ宇宙環境エネルギー研究所 所長
大阪大学大学院 工学研究科 招聘教授
千葉商科大学 副学長
公益財団法人 ＫＤＤＩ財団 理事長
福島国際研究教育機構 理事
東北大学大学院 理学研究科長
東北大学大学院 工学研究科長
東北大学大学院 情報科学研究科長
東北大学 金属材料研究所長
東北大学 多元物質科学研究所長
東北大学 サイバーサイエンスセンター長
東北大学大学院 工学研究科 教授

組織・運営

２．３ 共同研究組織
本研究所は平成 6 年に国立大学附属の共同利用研究所に改組され、全国唯一の情報通信に関する共同利用研究所となった。本研究所はこれまで半導体材料、デバイス、磁気記録、光通信、電磁波技術、無線通信、超音波技術、音響通信、非線形物理工学、生体情報、情報システム、コンピュータソフトウェ
アなどの諸領域において数々の世界的業績を上げてきた。また、「超微細電子回路実験施設」は改組を機として「超高密度・高速知能システム実験施設」、さらに平成 16 年の改組に伴い、「ナノ・スピン実験施設」と「ブレインウェア実験施設（平成 26 年 4 月に「ブレインウェア研究開発施設」に名称変更）」の 2 施設として設備を充実し発足した。実験施設ではこれらの技術を発展させると共にそれぞれの先導的研究開発を目指すことになった。また平成 14 年には、産学連携による新情報通信産業の創生を目指した「附属二十一世紀情報通信研究開発センター」が設置された。その後本研究所は平成 22 年に共同
利用・共同研究拠点に認定された。
本研究所の各分野・実験施設の各部の充実により、情報通信に関する研究環境が一層整備されつつある。これを背景として、本研究所の各研究分野・部の研究者は研究所の目的達成のための基礎研究に加えて、全国の情報通信の科学技術の研究に携わる研究者と有機的な連携をとりながら、本研究所を中核とする総合的な共同プロジェクト研究を、共同利用・共同研究拠点の活動の一環として行っている。
共同プロジェクト研究の研究組織は次のような手続きを経て構成される。まず毎年所内の研究組織が研究者の英知を集めるためにユーザーの要望など所内外から広く意見を頂き、それを基に「共同プロジ
ェクト研究」を立案する。それを「共同プロジェクト研究委員会」が審査し、課題を企画する。この課
題は「事務部研究協力係」より全国の国公私立大学及び研究機関に通知され、各共同プロジェクト研究への参加者を公募する。なお、共同プロジェクト研究の採択に際し審査を厳格に行うため、平成 19 年
度に外部委員を含めた共同プロジェクト選考委員会を設置した。これにより応募研究者を含めた共同プ
ロジェクト研究組織が編成される。これを研究所内外の委員からなる「共同プロジェクト研究委員会」に諮問し、その意見を尊重して「教授会」が最終的に共同プロジェクト研究実行案を承認し、実行に移される。
運営協議会は、本研究所の「共同プロジェクト研究」に関する運営の大綱について所長の諮問に応じて審議する。

9

組織・運営

２．４ 教育組織
東北大学電気通信研究所(以下、通研と省略)は、発足時から設立母体である電気工学科と協力体制をとり、教育・研究の成果を挙げてきた。その後、通信工学科、電子工学科、情報工学科が順次設立されるとともに、これらの電気・情報系 4 学科との「一体運営」の協力関係が維持構築された。
現在、通研と電気・情報系との間には下図に示す相互教育関係が維持されている。2004 年、電気・情報系 4 学科は応用物理学科と合同の大学科，電気情報・物理工学科となった。2007 年には情報知能シ
ステム総合学科と改称し，そのなかの 6 コースが電気・情報系と位置づけられている。2012 年には、工学研究科の電気・通信工学専攻が電気エネルギーシステム専攻及び通信工学専攻に改められた。2015
年には電気情報物理工学科と改称し、コースの構成も変更された。
2023 年度には通研の 24 研究室のうち 2 研究室が大学院工学研究科電気エネルギーシステム専攻に、
6 研究室が同研究科通信工学専攻に、10 研究室が同研究科電子工学専攻に、2 研究室が大学院情報科学
研究科情報基礎科学専攻に、3 研究室が同研究科システム情報科学専攻に、1 研究室が同研究科応用情報科学専攻に、さらに 3 研究室は大学院医工学研究科医工学専攻にもそれぞれ所属し、通研で研究指導を受けた大学院学生の総数は 181 名、学部生は 59 名となっている。
通研と電気・情報系学科の関係で特徴的な点は、全教員が兼務として互いに協力し合っていることである。通研の教授・准教授は全員、学部学生に対する講義を担当し、助教は実験を指導して教育に協力している。一方、電気・情報系の教員も通研兼務であり、大学院学生だけでなく学部学生も通研の各研究室に配属されている。これにより学生にとっても研究室選択の幅が広がり、世界最先端の研究指導が受けられるようになっている。一方、通研にとっても若い行動力は重要であり、研究活動が活性化される。通研が電気通信の分野で多くの成果をあげてきた理由には、このような教育面での協力関係に因る
ところが大きい。
通研と電気・情報系の運営の中核には両組織の教授で構成される研究教授会ならびに准教授・講師も含む電気・情報系合同教授会がある。教授会通則に基づく会議とは別の性格の、部局を横断して形成された会議であって、教育問題など相互に関連する重要事項はここで審議される。教育上の具体的な事項の実行、運用に関しては、大学院に工学研究科電通・電子専攻教員会議、電気・情報系 7 コースに大学院教務委員会があり、通研からも委員が参加している。
通研は工学研究科、情報科学研究科、医工学研究科の関連研究分野と密接な協力体制をとり、研究のみならず教育でも卓越した大学院拠点等重要な一翼を担っている。
大学院〈工学研究科〉(1) 電気エネルギーシステム専攻(2) 通信工学専攻(3) 電子工学専攻(4) 技術社会システム専攻

研究教授会／合同教授会
大学院〈情報科学研究科〉

電気通信研究所(1) 情報基礎科学専攻(2) システム情報科学専攻

大学院〈医工学研究科〉
学部〈工学部 電気情報系〉
電気情報物理工学科

兼務(1) 電気工学コース

会議構成員(2) 通信工学コース

学生の研究室配属(3) 電子工学コース(4) 応用物理学コース(5) 情報工学コース(6) バイオ・医工学コース

10

第 3 章

研究活動

計算システム基盤研究部門

３. １ 計算システム基盤研究部門の目標と成果
本部門は 2021 年にまとめた「通研将来像」において，通研が今後取り組むべき重要 3 課題の一つである「超計算力の獲得」という大きな目標を念頭に，物性・材料から，デバイス，プロセス，回路，システム，ソフトウェアに亘る研究領域を垂直統合して研究を実施している．本部門で展開している研究は，現行のコンピュータで効率的に処理することが困難な高度な問題を高速かつ省エネルギーで処理する技術の構築に繋がるものである．その実現に向け次世代情報処理通信の基盤となるデバイス，回路，ソフトウェア設計の基礎理論と革新
的情報デバイス・システム技術を構築すること目的としている．新材料やナノ構造で発現される新機能を活用した半導体・誘電体・量子・スピンデバイス，
新たな設計原理やデバイスを適用した新概念半導体回路，高信頼プログラミン
グ言語などを実現することを目標とする．
目標に到達するために，下記の 11 研究室が研究開発を行っている．
1. 固体電子工学研究室
2. 誘電ナノデバイス研究室
3. 物性機能設計研究室
4. スピントロニクス研究室
5. ナノ集積デバイス・システム研究室
6. 量子デバイス研究室
7. 革新的スピントロニクスデバイス研究室
8. コンピューティング情報理論研究室
9. 新概念 VLSI システム研究室
10. ソフトウェア構成研究室
11. 計算システム基盤技術研究室 (客員研究室)
各分野の目標ならびに 2023 年度の研究活動の成果の概要を，次ページ以降に記述する.

13

計算システム基盤研究部門

固体電子工学研究室

究極のトランジスタの創出および次世代集積回路開発

固体電子物性工学研究分野

准教授

吹留

博一

＜研究室の目標＞
固体電子工学研究室は、単原子一個分まで短縮したゲートを有する究極のトランジスタの創出および次世代集積回路への展開に取り組んでいる。これらの研究開発においては、複雑な動作機構を詳らかにする必要がある。そのために，動作中のデバイスの電子状態の時空間変化を 10 nm スケー
ルで明らかにする時空間オペランド X 線分光を世界にさきがけて開拓している。本法により得られる計測ビッグデータを用いて、データ駆動的に構造・物性と機能発現を双方向に接続する学理「デバイス・インフォマティクスの創成にも取り組んでいる。
＜2023 年度の主な成果＞
１． 単原子長トランジスタの開発
次世代半導体集積回路の実現には、チャネル厚およびゲート長を単原子レベルまでのダウンサイ
ジングが必要である。本年度、二次元半導体とグラフェンを直交させながらエピ成長させることで、チャネル厚およびゲート長を単原子レベルまでのダウンサイジングさせることに世界で初めて成功した。この技術を用いた単原子トランジスタおよび集積回路の製造に関する特許を出願した。
２． デバイス・インフォマティクスの創成
機能発現の物理モデルを機械学習に組み込み、SPring-8 やナノテラスをはじめとする放射光施設を用いた X 線オペランド計測で得られる構造・物性および機能のビッグデータを用いて、データ駆
動的にデバイス動作機構を得る物理に根差した機械学習モデルに取り組んでいる。今年度は、拡張型自由エネルギーを用いて、トランジスタの増幅機構の過程を可視化することに初めて成功した。
14

計算システム基盤研究部門

＜職員名＞
准教授

吹留 博一（2008 年より）

技術補佐員

波入

久美

技術補佐員

鈴木

美沙子

技術補佐員

佐々木

文憲

＜プロフィール＞
吹留

博一

1995 年 3 月

大阪大学基礎工学部合成化学科卒業。2000 年 3 月

同大学院基礎工学研究科化学系専攻博士後期課程修了。米国ベル研究所、理化学研究所等を経て、2008 年 12 月
気通信研究所助教。2012 年 4 月

東北大学電同大電気通信研究所准教授。二次元 Dirac 電子系の結晶成長、MEMS、オペランド顕微分光及びデバイス応用の研究に従事。日本表面科学会論文賞受賞（2011 年）。石田實記念財団（2015 年）。RIEC Award 東北大学研究者賞（2016 年）。

＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] 吹留博一, 渡邊一世, 川原実, 飛坂優二, 秋山昌次, 川合信, “トランジスタ，集積回路，およびトランジ
スタの製造方法”, 特願2023-095711，2023年6月9日.
[2] 吹留博一, 末光哲也, 渡邊一世, 川原実, 飛坂優二, 秋山昌次, 川合信, “トランジスタの集積回路およびその製造方法”, 特願 2023-095712，2023 年 6 月 9 日.

15

計算システム基盤研究部門

誘電ナノデバイス（（白井）・山末・平永）研究室

強誘電体，圧電体材料などの評価・開発とそれを用いた
高機能信号処理及び超高密度記憶素子の研究

誘電ナノ物性計測システム研究分野 准教授 山末耕平
誘電物性工学研究分野 准教授 平永良臣
＜研究室の目標＞
本研究室では、強誘電体や圧電体などの機能性材料を評価・作製する独自技術の開発と、それらを通して明らかとなった材料の特長を生かした通信用誘電・圧電デバイス・誘電体記録デバイスの研究を行っている。具体的には、超音波や光及び Fe-RAM 等に多用される強誘電体単結晶や薄膜の分極分布、様々な結晶の局所的異方性を高速・高分解能に観測できる走査型非線形誘電率顕微鏡(Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy; SNDM)の研究・開発を行っている。本顕微鏡は残留分極分
布計測や結晶性評価を純電気的に行える世界で初めての装置であり、既に実用化に成功している。
現在は半導体のドーパントプロファイル、界面欠陥の観測や固体中の単一双極子モーメントの可視化など SNDM の高機能・高分解能化を目指した研究を行っている。更に SNDM は強誘電体ドメイ
ンをナノレベルで観測・制御できるため、次世代超高密度誘電体記録への応用研究も推進している。
＜2023 年度の主な成果＞
61'0 による強誘電体記録デバイスの研究では次の成果を得た 酸化ハフニウム基強誘電体薄膜
において局所 &9 マッピング法によって得られた分極反転挙動のマッピングデータと表面形状像から抽出したグレイン境界パターンを実空間で直接比較することを通じて、グレイン境界が分極反転挙動に与える影響を定量的に評価した。次に 61'0 に基づく半導体材料・デバイス評価に関する研究では以下の成果を得た  昨年度までに実現された時間分解 61'0 に基づく局所 &9 特性測定を用いて、次世代パワー026)(7 向けワイドバンドギャップ半導体ウェハのナノスケール評価を実現（*D1 ウェハは富士電機、ダイヤモンドウェハは金沢大学との共同研究）  同測定法で実測された界面電荷の空間ゆらぎがパワー026)(7 の電気特性に及ぼす影響評価を可能にするデバイスシ
ミュレーション環境を開発  原子層半導体材料の界面欠陥密度分布評価やその積層構造の局所
16計算システム基盤研究部門&9 特性測定の研究等を推進。その他、通研共同プロジェクト研究 6 （R05/S01:先端的コヒーレン
ト波技術の応用研究）への参画を開始し、当研究室と所内ならびに静岡大学電子工学研究所との連携を開始した。

＜職員名＞
准教授  山末 耕平（２０１６年より） 平永 良臣（２０２０年より）＜プロフィール＞
山末 耕平 2002 年 3 月 京都大学工学部電気電子工学科卒業。2007 年 3 月 同大学院工学研究科電気工学専攻博士後期課程修了。2007 年 4 月 同大ベンチャー・ビジネス・ラボラトリー研究員。2008 年
8 月 同助教。2010 年 4 月 東北大学電気通信研究所助教。2016 年 7 月 同准教授、現在に至る。原子分解能を有する非接触走査型非線形誘電率顕微鏡／ポテンショメトリの開発および多機能・時間分解プ
ローブ顕微分光システムの開発と次世代電子材料・デバイス評価への応用に関する研究等に従事。石田實記念財団研究奨励賞（2021 年）。
平永 良臣 2001 年 3 月 東北大学工学部退学（但し、大学院飛び入学制度の為）。2006 年 3 月 同大
学院工学研究科電子工学専攻博士後期課程修了。2006 年 4 月 同大電気通信研究所助手（2007 年より助教）。2020 年 11 月 同准教授、現在に至る。走査型非線形誘電率顕微鏡を用いた次世代超高密度強誘電体記録の開発に従事。

＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] K. Yamasue, Y. Ogata, T. Matsumoto, N. Tokuda, and Y. Cho, Nanoscale fluctuation analysis on capacitance-voltage
profiles of Al2O3/diamond by time-resolved scanning nonlinear dielectric microscopy, The 43th Annual NANO
Testing Symposium (NANOTS2023), pp. 26-30, Senri Life-Science Center, Toyonaka, Japan, Nov. 7-9 (2023).
[2] 山末 耕平, 時間分解 SNDM を⽤いた次世代半導体材料のナノスケール電荷状態観察，次世代ナノプローブ技術委員会，第 2 回研究会，Shimadzu Tokyo Innovation Plaza, 川崎市，March 12 (2024).[招待講演][3] 山末 耕平, 走査型非線形誘電率顕微鏡の次世代パワーエレクトロニクス材料評価への応用，名古屋大学
VBL シンポジウム「GaN パワーデバイスの社会実装に向けた評価と技術」，名古屋大学, Nov. 30 (2023).
[招待講演][4] K. Yamasue, K. Ueno, T. Kondo, R. Tanaka, S. Takashima, and Y. Cho, Microscopic evaluation of SiO2/GaN interface
for power device applications by scanning nonlinear dielectric microscopy, 14th International Conference on Nitride
Semiconductors (ICNS-14), ThP-CH-22, Hilton Fukuoka Sea Hawk, Fukuoka, Japan, Nov. 12-17 (2023).
[5] A. Sumiyoshi, K. Yamasue, Y. Cho, and J. Nakamura, A simulation for the in-plane distribution of the surface dipole
moment using DFT calculations, 31st International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM31), S7-2,
Tokyo Institute of Technology, Tokyo, Japan, Dec. 7-8 (2023).
[6] 平永良臣, 長康雄, “局所 C-V マッピング法を用いた強誘電体メモリ材料のナノスケールドメイン挙動分析”, 映情学技報, vol. 47, no. 17, MMS2023-36, pp. 9-15, 2023 年 6 月 [招待講演][7] Yoshiomi Hiranaga, “Visualization of Nanoscale Ferroelectric Domain Dynamics Based on Local Capacitance
Measurements”, JAIST International symposium of Nano-Materials for Novel Devices, 2024 年 1 月 [招待講演]

17計算システム基盤研究部門

物性機能設計研究室

次世代情報デバイス創製のための物性・機能の理論設計

四元ホイスラー合金／MgO 接合界面における交換スティッフネスの機械学習予測値（縦軸）と第一原理計算値（横軸）の相関図（左）と接合界面の結晶構造の模式図（右）物 性 機 能 設 計 研 究分 野 教
極 限 物 性 研 究 分野 准 教 授

授 白井 正文
阿 部 和多 加＜ 研 究 室 の 目 標＞
本研究室では、次世代情報デバイスの基盤となる材料において発現する量子物理現象を理論的に解明し、デバイス性能の向上につながる新しい機能を有する材料を理論設計することを研究目標としている。同時に大規模シミュレーション技術や機械学習などのデータ駆動アプローチを駆使した画期的な物性・機能の設計手法の確立を目指している。現在は、
高スピン偏極合金や強磁性半導体の物質設計に加えて有限温度のデバイス特性を評価する
計算手法の開発に取り組んでいる。一方、高密度領域で現れる特異な物性を、第一原理的手法により探る研究も進めている。
＜2023 年度の主な成果＞
１． 機械学習を援用した磁気トンネル接合の理論設計
不揮発性磁気抵抗ランダムアクセスメモリの要素素子である磁気トンネル接合における室温での磁気抵抗比を改善するために、接合界面における磁気モーメントの熱揺らぎ耐性に優れた磁気トンネル接合を、第一原理計算と機械学習を用いて理論設計した。電極材料
として四元ホイスラー合金に着目し、バルクにおけるキュリー温度などの物性量に加えて、ホイスラー合金／酸化マグネシウム(MgO)界面における磁気特性を計算した。その結果を収録したデータベースを構築し、ホイスラー合金バルクのキュリー温度とヘテロ接合界面における交換スティッフネスを高精度に予測する機械学習手法を開発することに成功した。
この設計手法を用いて、CoCrMnZ (Z = Al, Ga, Si, Ge)と Fe2CoZ (Z = Al, Ga, In)が MgO 障壁
磁気トンネル接合における有望な電極候補材料であることを見出した[3, 4]。さらに、
CoCrMnZ/MgO/CoCrMnZ 接合におけるスピン依存伝導特性を第一原理計算することにより、
CoCrMnAl および CoCrMnG が電極材料としての優れていることを理論的に検証した[5-7]。

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計算システム基盤研究部門

２． 水素の超高圧原子相の第一原理構造探索
水素の分子解離圧力を第一原理計算で探る場合、交換相関エネルギー密度汎関数に対する近似として、通常の一般化勾配近似（GGA）では不十分であるとされる。ただ汎関数型の選択の影響が、さらに高圧の領域でどれほど大きいかはよく分っていなかった。本研究では GGA および van der Waals 密度汎関数 （vdW-DF）の二つを用い、テラパスカル領域
における水素の構造を調べた。陽子の非調和零点エネルギーの影響は、self-consistent
harmonic 近似を用いて解析している。GGA と vdW-DF の結果を比較すると、現れる構造自体に大きな違いはないが、ただ転移圧力に明確な違いがみられた。GGA では 3.5TPa で等方的構造へと転移するが、vdW-DF ではその転移圧は 4.6TPa まで上昇する。また等方的構
造が力学的に安定化される圧力も、GGA と比較し、vdW-DF では高圧側に 1〰2TPa 程度シフトする傾向があった。本結果は、テラパスカル領域においても、汎関数の選択が水素の相図予測に大きく影響することを示唆している。

＜ 職員名 ＞教 授

白井 正文（2002 年より）准教授

阿部 和多加（2017 年より）

助 教

辻川 雅人、助 教 Tufan Roy＜プロフィール＞
白井 正文 1988 年 3 月 大阪大学大学院基礎工学研究科博士後期課程中退。同大学基礎工学部助手・助教授を経て、2002 年 4 月 東北大学電気通信研究所教授、現在に至る。工学博士。
阿部 和多加 1998 年 3 月 大阪大学大学院基礎工学研究科博士後期課程修了。大阪大学基礎
工学部非常勤講師、高輝度光科学研究センター協力研究員、日本学術振興会海外特別研究員、Cornel University Postdoctoral Fellow、東北大学電気通信研究所助手・助教を経て、2017 年
4月

同准教授、現在に至る。博士（理学）。

＜2023 年度の主な発表論文等＞
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]

[8]

S. Pakhira, A. K. Kundu, F. Islam, M. A. Tanatar, T. Roy, T. Heitmann, T. Yilmaz, E. Vescovo, M.
Tsujikawa, M. Shirai, R. Prozorov, D. Vaknin and D. C. Johnston, “Anisotropic magnetism and electronic
structure of trigonal EuAl2Ge2 single crystals,” Phys. Rev. B, Vol. 107, pp. 134439/1-16, 2023
J. Inoue, M. Tsujikawa and M. Shirai, “Orbital current and torque at the interface of magnetic tunnel
junctions,” Phys. Rev. B, Vol. 108, pp. 014431/1-8, 2023
R. Okabe, M. Li, Y. Iwasaki, N. Refnault, C. Felser, M. Shirai, A. Kovacs, T. Schrefl and A. Hirohata,“Materials informatics for the development and discovery of future magnetic materials,” IEEE Magn.
Lett., Vol. 14, pp. 2500305/1-5, 2023
M. Shirai, T. Roy and M. Tsujikawa, “Robust exchange stiffness at interface of magnetic tunnel junctions,”
International Magnetics Conference (Intermag 2023), Sendai, Japan, May 15-19, 2023
T. Roy, M. Tsujikawa and M. Shirai, “Ballistic spin-transport properties of magnetic tunnel junctions with
MnCr-based ferromagnetic quaternary Heusler alloys,” Phys. Rev. Mater., Vol. 7, pp. 104410/1-11, 2023
T. Roy, M. Tsujikawa, and M. Shirai, “CoCrMnZ (Z = Al, Ga, Si, Ge) Heusler alloys: Potential electrodematerials for MgO-based magnetic tunnel junctions,” International Magnetics Conference (Intermag
2023), Sendai, Japan, May 15-19, 2023
T. Roy, M. Tsujikawa, and M. Shirai, “Stability analysis of promising ferrimagnetic quaternary Heusler
alloys CoCrMnZ (Z = Al, Ga, Si, Ge): An ab-initio study,” Advanced Materials Research Grand Meeting;
3rd Mateirlas Research Meeting and 24th IUMRS-International Conference in Asia, Kyoto, Japan,
December 11-16, 2023
S. Sakamoto, M. Tsujikawa, M. Shirai, K. Amemiya and S. Miwa, “Orbital polarization enhanced byelectron correlation at the Fe/MgO interface: A depth-resolved x-ray magnetic circular dichroism study,”International Magnetics Conference (Intermag 2023), Sendai, Japan, May 15-19, 2023

19

計算システム基盤研究部門



スピントロニクス研究室

スピントロニクスを用いた省エネルギー・高機能な素子の創製

確率動作スピン素子とプログラマブル半導体回路からなる製造容易性に優れた確率論
的コンピューター（文献>@）

ナノスピン材料デバイス研究分野 教授 深見俊輔
ナノスピン機能デバイス研究分野 准教授 金井 駿
＜研究室の目標＞
固体中のスピンと電荷の自由度を使った省エネルギーかつ高機能なスピントロニクス素子の実現を目的として、固体中でのスピン関連現象、及びそれらを利用した新規スピントロニクス素子の創製に関する研究を行っている。具体的には、スピントロニクス材料・構造の作製、電流や電界を用いた磁化反転などのスピン依存物理現象の評価と理解、それらを利用した新機能素子の開発、及びスピントロニクス素子を用いた高性能・低電力情報機器への応用に関する研究を進めている。
＜2023 年度の主な成果＞
１． 磁気多極子のスピン制御における磁気双極子との違いを解明 ノンコリニア反強磁性体のカイラルスピン構造を電子スピンで制御する際、その状態を対称性の観点で記述する磁気八極子は、強磁性体の磁気双極子と逆方向に応答することを解明。
（文献[2]）
２． 省エネ半導体の切り札 STT-MRAM の素子の極限微細化技術を確立
 省エネ半導体実現の切り札として実用化が進んでいる STT-MRAM が将来の 1 桁ナノメートル領域にて様々な要求性能を満たすための材料・素子技術に関する理解を確立し、動作実証。
（文献[5]）
３． 製造容易性に優れた半導体・スピン融合確率論的コンピューターを実証 人工知能で多く用いられる確率的なアルゴリズムの実行に適し、かつ現行の半導体集積技術と少数のスピントロニクスの組み合わせで実現できる確率論的コンピューターを提案・実証。
（文献[7]）

20

計算システム基盤研究部門＜職員名＞
教授 深見 俊輔（2020 年より）准教授 金井 駿（2022 年より）＜プロフィール＞
深見俊輔 2005 年名古屋大学大学院工学研究科結晶材料工学専攻博士前期課程修了。博士（工学）。
2005 年日本電気株式会社、2011 年東北大学助教、2015 年同大学准教授、2020 年同大学教授。2012 年応用物理学会論文賞、2014 年船井研究奨励賞、2014 年応用物理学会講演奨励賞、2015 年文部科学大臣表彰若手科学者賞、2017 年青葉工学振興会賞、2018 年 Asian Union of Magnetics Societies, Young ResearchersAward、2018 年日本磁気学会優秀研究賞、2019 年応用物理学会優秀論文賞、2021 年丸文研究奨励賞、2022 年日本磁気学会業績賞、2023 年日本学術振興会賞ほか受賞。2022 年から稲盛科学研究機構（InaRIS）
フェロー、2023 年から日本磁気学会フェロー。応用物理学会、日本磁気学会、IEEE 会員。
金井駿 2014 年東北大学大学院工学研究科電子工学専攻博士課程後期 3 年の課程修了。博士(工学)。
2014 年東北大学助教、2022 年同大学准教授。2010 年東北大学総長賞、2014 年応用物理学会講演奨励賞、2014 年応用物理学会英語講演奨励賞、2014 年エヌエフ基金研究開発奨励賞、2014 年 RIEC Award 東北大学学生賞、2015 年青葉工学研究奨励賞、2016 年船井研究奨励賞、2016 年原田研究奨励賞、2017 年井上研究奨励賞、2017 年安藤博記念学術奨励賞、2023 年文部科学大臣表彰若手科学者賞、2023 年本多記念
研究奨励賞ほか受賞。応用物理学会、日本物理学会、American Physical Society、IEEE 会員。

＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] A-S. Koshikawa, J. Llandro, M. Ohzeki, S. Fukami, H. Ohno, and N. Leo, "Magnetic order in nanoscale gyroid
networks," Physical Review B 108, 024414 (1)-(10) (2023). doi:10.1103/PhysRevB.108.024414[2] J.-Y. Yoon, P. Zhang, C.-T. Chou, Y. Takeuchi, T. Uchimura, J. T. Hou, J. Han, S. Kanai, H. Ohno, S. Fukami,
and L. Liu, "Handedness anomaly in a non-collinear antiferromagnet under spin–orbit torque," Nature
Materials 22, 1106–1113 (2023). doi:10.1038/s41563-023-01620-2[3] B. Chen, M. Zeng, K. H. Khoo, D. Das, X. Fong, S. Fukami, S. Li, W. Zhao, S. S.P. Parkin, S.N.
Piramanayagam, and S. T. Lim, "Spintronic devices for high-density memory and neuromorphic computing –A review," Materials Today 70, 193-217 (2023). doi:10.1016/j.mattod.2023.10.004[4] D. Abdelrahman, R. Iseli, M. Musya, B. Jinnai, S. Fukami, T. Yuasa, H. Sai, U. B. Wiesner, M. Saba, B. D.
Wilts, U. Steiner, J. Llandro, and I. Gunkel, "Directed Self-Assembly of Diamond Networks in Triblock
Terpolymer Films on Patterned Substrates," ACS Applied Materials and Interfaces 15, 57981−57991 (2023).
doi:10.1021/acsami.3c10619[5] J. Igarashi, B. Jinnai, K. Watanabe, T. Shinoda, T. Funatsu, H. Sato, S. Fukami, and H. Ohno, "Singlenanometer CoFeB/MgO magnetic tunnel junctions with high-retention and high-speed capabilities," npj
Spintronics 2, 1(1)-(9) (2024). doi:10.1038/s44306-023-00003-2[6] T. Shinoda, J. Igarashi, B. Jinnai, S. Fukami, and H. Ohno, "Pitch Scaling Prospect of Ultra-Small Magnetic
Tunnel Junctions for High-Density STT-MRAM: Effects of Magnetostatic Interference from Neighboring
Bits," IEEE Electron Device Letters 45, 184-187 (2024). doi:10.1109/LED.2023.3345743[7] N. S. Singh, K. Kobayashi, Q. Cao, K. Selcuk, T. Hu, S. Niazi, N. A. Aadit, S. Kanai, H. Ohno, S. Fukami, andK. Y. Camsari, "CMOS plus stochastic nanomagnets enabling heterogeneous computers for probabilistic
inference and learning," Nature Communications 15, 2685(1)-(9) (2024). doi:10.1038/s41467-024-46645-6

21計算システム基盤研究部門

ナノ集積デバイス・システム研究室

ナノ集積化技術の深化と脳型計算機の開発

量子ヘテロ構造高集積化プロセスの構築に向けて脳型計算機の実現に向けて

ナノ集積デバイス研究分野

教

授

佐藤 茂雄

量子ヘテロ構造高集積化プロセス研究分野

准教授

櫻庭 政夫

ナノ集積神経情報システム研究分野

准教授

山本 英明

＜研究室の目標＞
本研究室では脳型計算や量子計算などの非ノイマン型計算に着目し、それらのハードウェア基盤
技術について研究を行っている。デバイス、プロセス、回路、あるいはアルゴリズムや神経科学など多様な研究を遂行し、それらの統合により全く新しい計算機技術の創成に挑戦する。
ナノ集積デバイス研究分野では、脳型計算を含む AI 技術のより一層の社会実装に向けて、ハードウェアの高効率化や低消費電力化を可能とする脳型デバイスや専用 LSI、あるいはそれらから構成される AI システムの開発を通して脳型計算ハードウェア基盤技術の構築を目指す。また、量子ヘテロ構造高集積化プロセス研究分野では、プラズマ誘起反応などを駆使して極薄領域におけるヘテロ構造形成を可能にし、新規電子物性を探索する。同時に、量子へテロ構造を Si 集積回路に搭載するための基盤技術構築を目指す。さらに、ナノ集積神経情報システム研究分野では、半導体微細加工・神経細胞培養・数理モデリングを統合し、脳情報処理の神経基盤をボトムアップに解析するための新しい実験系を構築する。これにより，脳神経系の基礎理解はもちろん，現行の脳型システ
ムが直面している電力効率やアーキテクチャの壁などの解決に向けた、生物規範的なアプローチの創成を目指す。
＜2023 年度の主な成果＞
1. ナノ集積デバイス
多様な神経パルスを再現し極低電力で動作するスパイキングニューラルネットワーク LSI を用いてリザバー計算システムを構成した。音声や手書き文字などのデータを、低電力で正しく分類できることを電気測定により確認した。
22

計算システム基盤研究部門

2. 量子ヘテロ構造高集積化プロセス
負性抵抗エサキダイオードの開発を目指し、ECR プラズマ CVD を用いてキャリア濃度が 2x1020
cm-3 に達する高濃度 P ドープ Si 薄膜形成を実現した。さらに、高濃度 P ドープ Si のウェットエ
ッチングによる pn 接合ダイオード製作プロセスの構築を進め、良好な整流特性を確認した。
3. ナノ集積神経情報システム
哺乳類大脳皮質に見られるネットワーク構造と神経活動パターンとの相互関係を検証するために、微細加工基板上で神経細胞を培養し、その刺激応答をリアルタイムに計測する新たな実験系を構築した。リザバーコンピューティングの枠組みを用いて神経活動パターンをデコーディングし、
モジュール性が高いネットワークではパターン分類性能が上昇することなどを明らかにした。

＜職員名＞
教授

佐藤 茂雄（2012 年より）准教授

櫻庭 政夫（2002 年より）准教授

山本 英明（2020 年より）

特任助教

守谷 哲

（2022 年より）＜プロフィール＞
佐藤 茂雄 1989 年 3 月 東北大学工学部電子工学科卒業。1994 年 12 月

同大学院情報科学研究科シ

ステム情報科学専攻博士後期課程修了。日本学術振興会特別研究員を経て、1996 年 4 月
研究所助手。2002 年 10 月

同大電気通信

同大電気通信研究所助教授。2007 年 4 月 同准教授。2012 年 4 月

同教授、現在に至る。脳型計算機や量子計算機に関する研究に従事。IEICE 論文賞受賞（2000 年）、石田記念財団研究奨励賞受賞（2005 年）、応用物理学会優秀論文賞（2019 年）、日本神経回路学会優秀研究賞（2019年）。
櫻庭 政夫 1990 年 3 月 東北大学工学部電気工学科卒業。1995 年 3 月
信工学専攻博士後期課程修了。1995 年 4 月
究所助教授。2007 年 4 月

同大学院工学研究科電気及通同大電気通信研究所助手。2002 年 8 月

同大電気通信研

同准教授、現在に至る。IV 族半導体高度歪量子へテロ構造の高集積化プロセスの研究に従事。固体素子材料（SSDM）国際会議 Young Researcher Award 受賞（1992 年）、第 12 回
トーキン科学技術振興財団研究奨励賞受賞（2002 年）。石田記念財団研究奨励賞受賞（2015 年）。
山本 英明 2005 年 3 月 早稲田大学理工学部電子・情報通信学科卒業。2009 年 3 月 同大学院先進理工学研究科ナノ理工学専攻博士後期課程修了。日本学術振興会特別研究員、早稲田大学高等研究所助教、東北大学学際科学フロンティア研究所助教、同大材料科学高等研究所助教を経て、2020 年 1 月 同大電気通信研究所准教授、現在に至る。神経細胞ネットワークの構成論的研究に従事。トーキン科学技術振興財団奨励賞受賞（2017 年）。青葉工学研究奨励賞受賞（2017 年）。RIEC Award 本賞受賞（2023 年）。

＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] J. Madrenas, B. Vallejo-Mancero, J. À. Oltra-Oltra, M. Zapata, J. Cosp-Vilella, R. Calatayud, S. Moriya,
S. Sato, “Real-time adaptive physical sensor processing with SNN hardware,” 2023 International Conferenceon Artificial Neural Networks (ICANN), pp 423–434, 2023.
[2] T. Sumi, H. Yamamoto, Y. Katori, K. Ito, S. Moriya, T. Konno, S. Sato, A. Hirano-Iwata, “Biological neurons
act as generalization filters in reservoir computing,” Proceedings of the National Academy of Sciences, U.S.A.,
120, e2217008120, 2023.

23計算システム基盤研究部門

量子デバイス研究室

固体ナノ構造の物性解明とデバイス応用

固体ナノ構造試料の電子顕微鏡写真

量子デバイス研究分野

准教授

大塚

固体ナノ構造中局所電子状態の測定・制御

朋廣＜研究室の目標＞
本研究室では、新しい情報処理、通信に向けた基盤研究として、人工的に作製、制御した固体ナ
ノ構造における物性解明、およびデバイス応用の研究を進めている。ナノメートルスケールの微小な固体ナノ構造では量子効果等の特異な物理現象が生じ、これらを活用することにより新しい機能性デバイスを創製することができる。本研究室では固体ナノ構造中の局所電子状態の電気的な精密高速測定、制御技術を駆使しながら固体ナノ構造における物理現象を解明し、また固体ナノ構造における電子物性を活用した新しい材料、デバイスの研究、開発を行っている。これにより量子エレ
クトロニクスやナノエレクトロニクス等を通して、新しい情報処理、通信技術に貢献することを目指す。
＜2023 年度の主な成果＞
１． 固体ナノ構造中局所電子状態の精密高速測定、制御手法の研究
固体ナノ構造中の局所電子状態を解明し活用するためには、局所的な電子状態に直接的にアクセスできる測定、制御手法が重要となる。そこで我々は半導体量子ドット等を用いたミクロなセンサ
や高周波を活用した精密高速電気測定、制御技術を開発している。測定感度やダイナミックレンジの改良等、局所電子状態の測定、制御技術の改良を進めるとともに、原子層材料等の新しい材料においても技術開発を行った[1]。

24計算システム基盤研究部門

２． 固体ナノ構造中の局所電子状態の研究
固体ナノ構造中の局所電子状態およびそのダイナミクスは、物性物理等の基礎科学やデバイス応用等の観点から注目を集めている。我々は電気的精密高速測定手法を活用することにより、固体ナ
ノ構造デバイスにおける局所電子状態を測定した。半導体量子ドットやナノ粒子等の微細構造、新材料における電子状態等について測定、解明を行った[2, 4]。
３． 固体ナノ構造を用いた量子デバイス、システムの研究
半導体量子ドット中の電子スピンは比較的長いコヒーレンス時間を持ち、量子情報処等に向けた
量子ビットの候補として研究が進められている。我々は局所電子状態の精密高速測定・制御技術を活用して、半導体量子ビット等の量子デバイス、システムの研究を行った。半導体量子デバイスの状態測定、制御の研究とともに、新材料の活用や、集積化に向けた技術開発を行った[3, 5]。

＜職員名＞
准教授

大塚

朋廣（2018 年より）

技術補佐員

熊坂

武志、佐藤

事務補佐員

善積

利佳子

彰一、佐藤

仁美、多田

亜希子

＜プロフィール＞
大塚

朋廣

2005 年 3 月

東京大学理学部物理学科卒業。2010 年 3 月

専攻博士課程修了。2010 年 4 月

同大学院理学系研究科物理学

同工学系研究科特任研究員。2013 年 4 月

学研究センター特別研究員。2016 年 1 月

同研究員。2018 年 2 月

理化学研究所創発物性科

東北大学電気通信研究所准教授、現在に至る。人工固体ナノ構造における物性解明とデバイス応用の研究に従事。東京大学理学系研究科
研究奨励賞（2010 年）、日本物理学会若手奨励賞（2017 年）、理化学研究所研究奨励賞（2017 年）、矢崎
科学技術振興記念財団学術奨励賞（2018 年）、文部科学大臣表彰若手科学者賞（2018 年）、東北大学ディスティングイッシュトリサーチャー（2020, 2023 年）。

＜2023 年度の主な発表論文等＞
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]

“Wide dynamic range charge sensor operation by high-speed feedback control of radio-frequency reflectometry”, Y.
Fujiwara, M. Shinozaki, K. Matsumura, K. Noro, R. Tataka, S. Sato, T. Kumasaka, and T. Otsuka,
Applied
Physics Letters 123, 213502 (2023).
“Single PbS colloidal quantum dot transistors”, K. Shibata, M. Yoshida, K. Hirakawa, T. Otsuka, S. Z. Bisri, and Y.
Iwasa, Nature Communications 14, 7486 (2023).
“Radio-frequency reflectometry in bilayer graphene devices utilizing micro graphite back-gates”, T. Johmen, M.
Shinozaki, Y. Fujiwara, T. Aizawa, and T. Otsuka, Physical Review Applied 20, 014035 (2023).
“Channel length dependence of the formation of quantum dots in GaN/AlGaN FETs”, K. Matsumura, T. Abe, T.
Kitada, T. Kumasaka, N. Ito, T. Tanaka, K. Nakahara, and T. Otsuka, Applied Physics Express 16, 075003 (2023),“Semiconductor spin qubits and new materials”, T. Otsuka, Workshop: Emerging Platforms for Quantum Computing,Sendai, Apr. 11, 2023.

25

計算システム基盤研究部門



革新的スピントロニクスデバイス研究室

磁化ダイナミクスによる革新的スピントロニクスデバイスの創製
アレイ構造による自励発振の同期
メモリスタ機能を有した
スピンホールナノオスシレータの実現

反強磁性トポロジカル磁気構造

革新的スピントロニクスデバイス素子

計算システム基盤研究部門 教授 Johan Åkerman
先端スピントロニクス研究開発センター（&6,6） 准教授 $KPDG$ZDG
＜研究室の目標＞
スピントロニクス素子において、電子スピンを介した磁化と電流の相互作用を明らかにし、脳型コンピュータ、イジングマシンなどの新原理コンピュータに応用することを目指した研究を進めています。スピンホール効果を介した DC 入力に対する磁化の発振とそれに伴う RF 信号の出力、
RF 入力に対する磁化の共鳴とそれに伴う DC 信号の出力を利用するスピンホールナノ振動子の高性能化・高機能化、未開拓反強磁性トポロジカル磁気構造の実現とその高速・高効率な電流駆動
ダイナミクスなどに取り組んでいます。
＜2023 年度の主な成果＞
１． 超低消費電力 10 nm スピンホールナノオスシレータの実現 一般的に用いられてきた Si 基板の代わりに、熱伝導率の良い Al2O3 を SiN 基板上に成膜したシード層を用いることでわずか 30 A で自励発振が生じる極微細 10 nm スピンホールナノオスシレータを実現しました。
（文献[2]）
２． ナノメートルスケールの磁気渦「スキルミオン」の新たな特性を発見し制御技術を確立
 磁気スキルミオンでは、コロイドのような一般的な粒子とは質的に異なるブラウン運を示すことを観測しました。磁気渦の捩れ（トポロジー）が拡散性に強く影響することを明らかにし、かつそれを制御する方法を確立しました。（文献[3]）26計算システム基盤研究部門

３． 様々なトポロジカル磁気構造の作り分けに成功 ─超低消費電力電子素子の実現に一歩─ 反強磁性的に結合したメロン、アンチメロン、バイメロンと呼ばれる新奇なトポロジカル磁気構造を実現し、制御する方法を確立しました。反強磁性トポロジカル磁気構造を用いた革新的情報デバイスの実現に向け、重要な知見となる成果です。（文献[4]）＜職員名＞
教授 Johan Åkerman（2023 年より）
准教授（兼）Ahmad Awad（2023 年より）
助教 土肥 昂尭（2022 年より）＜プロフィール＞
Johan Åkerman received the Ing. Phys. Dipl. degree from EPFL, Zurich, Switzerland, in 1994, the M.Sc. degreein physics from Lund University, Lund, Sweden, in 1996, and the Ph.D. degree in materials physics from KTH
Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden, in 2000. In 2008, he was appointed Full Professor at the
University of Gothenburg, Gothenburg, Sweden, and is a Guest Professor at the KTH Royal Institute of Technology.
Also, he was appointed to a post at Tohoku University and - following an extensive nomination and review process- been named its first "Professor, University Research Lead" as of January 1, 2023. He is also the Founder of NanOsc
AB and NanOsc Instruments AB, Kista, Sweden.
Ahmad A. Awad (Member, IEEE) received the Ph.D. degree in physics on high-frequency magnetization and vortex
dynamics in both magnetic and superconducting nanostructures from the Autonomous University of Madrid, Madrid,
Spain, in 2012., Since 2014, he has been a Postdoctoral Research Fellow at the University of Gothenburg,
Gothenburg, Sweden. His research interests include the characterization of magnetic nanostructures and spintronic
devices with a focus on spin-torque-induced magnetization dynamics. In 2023, he was appointed associate Professor
at Tohoku University.

＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] Akash Kumar, Himanshu Fulara, Roman Khymyn, Mohammad Zahedinejad, Mona Rajabali, Xiaotian Zhao,
Nilamani Behera, Afshin Houshang, Ahmad A Awad, and Johan Åkerman, "Robust mutual synchronization in longspin Hall nano-oscillator chains," Nano Letters 23, 6720-6726 (2023). doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c02036[2] Nilamani Behera, Avinash Kumar Chaurasiya, Victor H González, Artem Litvinenko, Lakhan Bainsla, Akash Kumar,
Roman Khymyn, Ahmad A Awad, Himanshu Fulara, and Johan Åkerman, "Ultra‐Low Current 10 nm Spin Hall
Nano‐Oscillators," Advanced Materials 36, 2305002(1)–(9) (2024). doi/10.1002/adma.202305002[3] Takaaki Dohi, Markus Weißenhofer, Nico Kerber, Fabian Kammerbauer, Yuqing Ge, Klaus Raab, Jakub Zázvorka,
Maria-Andromachi Syskaki, Aga Shahee, Moritz Ruhwedel, Tobias Böttcher, Philipp Pirro, Gerhard Jakob, Ulrich
Nowak, and Mathias Kläui, " Enhanced thermally-activated skyrmion diffusion with tunable effective gyrotropic
force," Nature Communications 14, 5424(1)-(10) (2023). doi.org/10.1038/s41467-023-40720-0[4] Mona Bhukta, Takaaki Dohi, Venkata Krishna Bharadwaj, Ricardo Zarzuela, Maria-Andromachi Syskaki, Michael
Foerster, Miguel Angel Niño, Jairo Sinova, Robert Frömter, and Mathias Kläui, "Homochiral antiferromagnetic
merons, antimerons and bimerons realized in synthetic antiferromagnets," Nature Communications 15, 1641(1)−(10)(2024). doi.org/10.1038/s41467-024-45375-z

27計算システム基盤研究部門

コンピューティング情報理論研究室

ヒトとコンピュータのギャップを埋める

プログラム変換による効率化「ジャグリングの数学」の形式化


コンピューティング情報理論研究分野 教 授 中野圭介
＜研究室の目標＞
プログラミングは人間が計算機に命令するための最も基本的な道具であるが、「人間にとっての考えやすさ」と「計算機にとっての処理のしやすさ」には大きな隔たりがある。人間の思考に沿ったプログラムは可読性が高いものの、必ずしも計算機が効率よく処理できるとは限らない。一方、計算機の処理方法を考慮してプログラムを記述すれば時間効率や空間効率を共に上げることができるが、プログラムとしては複雑になり、デバッグや仕様変更による改良も困難になる。本研究室では、このような「人間」と「計算機」の間のギャップを埋める研究を進めている。具体的な研究テーマは「プログラム変換」と「プログラム検証」である。
「プログラム変換」は、人間の思考に合わせた可読性の高いプログラムから、計算機の処理方法を考慮した効率のよいプログラムを自動生成するための研究であり、「プログラム検証」は、効率のために複雑に記述されたプログラムについて、その動作が与えられた仕様に沿ったものであるかを自動検査するための研究である。なお、「プログラ
ム検証」については、自動で検査を行うことが難しい場合であってもプログラムの動作を保証するために、定理証明支援系とよばれるツールの利用や拡張も進めている。
＜2023 年度の主な成果＞
１双方向変換言語の計算モデル設計に向けた一貫性の理論的特徴づけ異なる環境におけるデータベースの同期や保守を行うことを目的として、双方向変換理論の研究が盛んに行われている。双方向変換とは、異なるデータベース間の相互変換のことであるが、互いに情報量が異なる環境においてはその相互変換にある種の一貫性が必要となる。本年度は、この一貫性を満たすために必要な条件について精査を行った。具体的には、従来知られていた条件では双方向変換が全域関数として与えられている場合に限定されていたのに対し、部分関数で与えられた場合の条件の特定に成功した >@。多くの汎用
プログラミング言語によるプログラムがそうであるように、計算可能な双方向変換プログ
ラムは必ずしも全域関数になるとは限らない。今回の特定された条件は、一貫性をもつ双方向変換を過不足なく表現できる計算モデルの重要なヒントになることが期待できる。
28

計算システム基盤研究部門


２．再帰型を持つ量子計算プログラミング言語の完全抽象モデル
量子計算を汎用の高級言語に融合するために、量子計算プログラミング言語に高階関数型・不動点演算子・再帰型・多相型・抽象データ型などの構造を組み込んだ言語のモデルを与えることを目標として研究を進めている。これまで既存研究では高階関数型・不動点演算子にのみ対応できていたが、今回世界で初めて再帰型に対応したモデルを与えることができた>@。本モデルは完全抽象性という非常に良い性質を備えており、プログラム検証への応用が期待される。本モデルの構築手法は強力で、今後多相型や抽象データ型にも対応できることが期待でき、研究を進めている。

３．形式検証へのプログラミング言語意味論の応用
高階モデル検査で培われた技術を応用することで、強化学習のモデルであるマルコフ決定過程（0'3）を解くための合成的アルゴリズムを与えた>@。実験により最先端ソルバを凌ぐ高いスケーラビリティが示された。

４．項書き換えシステムの局所十分完全性判定手続きの実装
 項書き換えシステムは、等式に基づく柔軟な計算と効率的な推論を与える数学的理論であり、関数型言語のプログラムのモデルとしても用いられる。停止性を持たない項書き換えシステムに対する十分完全性や局所十分完全性の判定手続きの実装は、既存研究では与えられていない。本研究では、導出システムの推論規則を効率よく適用する順序等を考慮した判定手続きを、関数型プログラミング言語を用いて実装し、具体例に対して適切に動作することを確認した。さらに、有限のデータを表すソートとそうではないソートの間に順序を導入することでソート付き項の概念を拡張し、既存研究では判定の対象とされていなかった項も扱えるように手続きを改良した。これにより、局所十分完全性を判定できる項の範囲が著しく拡大した。また、上述の実装を変更することにより、この改良された手続きに対する実装を与えた。
＜職員名＞
教 授 中野 圭介（ 年より）
助 教 浅田 和之、菊池 健太郎

＜プロフィール＞
中野圭介年東京大学理学部数学科中退。年京都大学大学院理学研究科数学・数理
解析専攻数理解析系博士後期課程単位取得退学。東京大学大学院情報理工学系研究科産学官連
携研究員、電気通信大学先端領域教育研究センター特任助教、同大大学院情報理工学研究科准教授を経て、年月より東北大学電気通信研究所教授。関数型プログラミング、形式言語理論、証明支援系に関する研究に従事。日本ソフトウェア科学会、情報処理学会、$&0各会員。博士（理学）
＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] Keishi Hashiba, Keisuke Nakano, Kazuyuki Asada, and Kentaro Kikuchi. In Proc. the 26th Workshop on
Programming and Programming Languages (PPL 2024).
[2] Takeshi Tsukada and Kazuyuki Asada.
Enriched Presheaf Model of Quantum FPC,
Proc. ACM Program. Lang., January 2024, Volume 8, Issue POPL, Article No. 13, pp. 362-392.
[3] Kazuki Watanabe, Clovis Eberhart, Kazuyuki Asada, and Ichiro Hasuo.
Compositional Probabilistic Model Checking with String Diagrams of MDPs,
In Proc. the 35th International Conference on Computer Aided Verification (CAV 2023),
LNCS 13966, pp. 40-61.

29

計算システム基盤研究部門

新概念 VLSI システム研究室

新概念 VLSI コンピューティングパラダイムの実現

新概念 VLSI システム研究分野 教 授 羽生 貴弘
新概念 VLSI デザイン研究分野 准教授 夏井 雅典
新概念 VLSI コンピューティング研究分野 准教授 鬼沢 直哉＜研究室の目標＞
現在の VLSI (Very Large Scale Integration) においては，素子間の配線に起因するメモリと演算器間のデータ転送ボトルネック，プロセス微細化に伴うリーク電流がもたらす消費電力の増大，および材料特性ばらつきに起因する信頼性の低下といった様々な要因がシステム性能を向上させる上で深刻な問題となっている．これらの問題を全く新しい視点から解決する新概念 VLSI コンピ
ューティングパラダイムの実現を目的とし，本研究室では，従来の延長上にはない新しい概念に基
づく VLSI アーキテクチャに関する研究，すなわち不揮発記憶機能を有する新デバイスを演算回路に分散配置させることで高性能性・多機能性と高信頼性の両立を可能にする不揮発性ロジックイン
メモリ VLSI アーキテクチャ，脳機能を模倣することで人間的判断・意味理解を可能にする VLSI コ
ンピューティングなど，高性能 VLSI プロセッサの実現に関する研究を行っている．
＜2023 年度の主な成果＞
１． スピントロニクス／半導体融合集積回路技術に基づく不揮発性ロジック LSI（図 1）
MTJ 素子の確率的特性を活用した新たなデータ書込み方式に基づく不揮発レジスタを設計した．
本レジスタは，レジスタに内蔵された MTJ 素子による不揮発的なデータ保持機能に加え，MTJ 素子への書込みが正しく行われたかどうかを検証するエラーチェック機能を有している．55nm
CMOS/MTJ ハイブリッドプロセス技術による設計および性能評価を通し，不揮発部へのデータ退避に要するエネルギーを 65%削減するとともに，本レジスタを用いて構築した RISC-V CPU による間欠的コンピューティングの処理効率を 200%以上改善可能であることを確認した．この研究成
果は，集積回路技術に関する歴史ある国際学会である MWSCAS2023 で報告された．
30

計算システム基盤研究部門

２． 正しい並列処理をこなす確率的アルゴリズムを開発（図２）
確率ビット(p ビット)によるコンピュータは，現在のトランジスタを用いた決定論的計算を行うコン
ピュータと比較して大幅な省エネルギー化が期待されている一方で，計算アルゴリズムを並列処理させると正答率が大幅に低下する問題があった．本研究では p ビット同士の相互干渉が問題であることを特定し，さらに p ビットを部分的に働かせなくすることで，相互干渉を効率的に防ぐアルゴリズムを開発した．その結果，従来アルゴリズムと比較して計算エラーが 99.2%から 1.6%まで低減され，安定的に最適解に近い解が得られることを実証した．本研究成果は英国 Springer Nature の科学誌「Scientific

Reports」に採録され，機械学習などの分野で新たな展開をもたらし得るものと期待される．

＜職員名＞
授

羽生 貴弘（2002 年 4 月より）准教授

鬼沢 直哉（2013 年 12 月より）

教准教授

夏井 雅典（2008 年 4 月より）＜プロフィール＞
羽生 貴弘 1989 年 3 月東北大学大学院工学研究科電子工学専攻博士後期課程了．1989 年 4 月同大工学部助手．1993 年 2 月同大工学部助教授．2002 年 4 月同大電気通信研究所教授，現在に至る．不揮発性ロジックに関する研究に従事．IEEE ISMVL Best Paper Award（1986 年，1988 年），丹羽記念賞（1988 年），
坂井記念賞（2000 年），LSI デザイン・オブ・ザ・イヤー審査員特別賞（2002 年），ASP-DAC2007 Special
Feature Award（2007 年），応用物理学会 JJAP 論文賞（2009 年），電子情報通信学会優秀論文賞（2010 年），
市村学術賞貢献賞（2010 年），IEEE ISVLSI’10 Best Paper Award（2010 年），SSDM Paper Award（2012年），IEEE ASYNC’14 Best Paper Finalist（2014 年），平成 27 年度科学技術分野文部科学大臣表彰科学技術賞（研究部門）(2015 年)などを受賞．IEEE Senior Member．
夏井 雅典 2005 年 3 月東北大学大学院情報科学研究科基礎科学専攻博士後期課程了．2005 年 4 月豊橋技術科学大学情報工学系助手．2008 年 4 月東北大学電気通信研究所助教．2014 年 7 月同准教授，現在に至る．自動回路設計，不揮発性ロジックに関する研究に従事．電子情報通信学会 エレクトロニクスソ
サイエティ論文賞（2010 年），同活動功労表彰（2021 年），IEEE ISMVL K. C. Smith Award (2012 年)，
石田實記念財団研究奨励賞（2020 年）などを受賞．IEEE Member．
鬼沢 直哉 2009 年 3 月東北大学大学院工学研究科電気・通信工学専攻博士後期課程了．2013 年 12 月
同大学際科学フロンティア研究所助教．2018 年 10 月 JST さきがけ研究員，2020 年 11 月同学電気通信研究所准教授，2021 年 5 月同大ﾃﾞｨｽﾃｨﾝｸﾞｲｯｼｭﾄﾘｻｰﾁｬｰ，現在に至る．確率的演算とその応用に関する研究に従事．IEEE ASYNC’14 Best Paper Finalist（2014 年），令和 2 年度科学技術分野文部科学大臣
表彰・若手科学者賞 (2020 年)，第 16 回青葉工学振興会賞(2022 年)などを受賞．IEEE Member．

＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] N. Onizawa and T. Hanyu, “Enhanced Convergence in p-bit Based Simulated Annealing for Large Scale Combinatorial
Optimization Problems,” Scientific Reports, vol. 14, p. 1339, 2024. DOI: 10.1038/s41598-024-51639-x[2] N. Onizawa, K. Kuroki, D. Shin, and T. Hanyu, “Local Energy Distribution Based Hyperparameter Determination for Stochastic
Simulated Annealing,” IEEE Open Journal of Signal Processing, vol. 4, pp. 452-461, 2023. DOI: 10.1109/OJSP.2023.3329756[3] K. Sakai, M. Natsui, and T. Hanyu, "Design of an Error-Tolerant Nonvolatile Register for Energy-Aware Intermittent
Computing," The 66th IEEE International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS2023), pp.269-273, August2023. DOI: 10.1109/MWSCAS57524.2023.10405935[4] D. Suzuki and Takahiro Hanyu, "Design of an Energy-Efficient Nonvolatile Lookup Table Circuit Using Active-Load-Localized
Circuitry with Self-Terminated Writing/Reading," Japanese Journal of Applied Physics (JJAP), 2023 (in press). DOI:
10.35848/1347-4065/acbd5a

31

情報通信基盤研究部門

３. 2 情報通信基盤研究部門の目標と成果
情報通信基盤研究部門は、持続可能なスマート社会を支える次世代通信システ
ムを創出するための超高速・高機能・超低消費電力な光・高周波デバイス、ならびにセキュア・レジリエント・グリーンなブロードバンド ICT インフラの構築に向けて、ネットワークの物理レイヤから上位レイヤまでを網羅する研究開発を垂直統合的に推進している。以下、基幹研究室における本年度の研究活動成果の概要を述べる。
(1)超高速光通信研究室(目標)超短光パルス伝送技術、デジタルコヒーレント光伝送技術、ならびにそれらを融合した超高速・高効率光伝送技術の研究開発を通じて、高速・大容量光通信システムの構築、限られた周波数帯域を有効に活用するための周波数利用効率の高い光伝送方式の実現、ならびに光通信と無線通信とを同じ電磁波として融合する新領域の開発を目指している。
(成果) コヒーレント光ナイキストパルスによる 1 Tbit/s/伝送の長距離化に取り組
み、確率整形(Probabilistic Shaping: PS)した QAM 変調を用いて 1 Tbit/s/ ×23 ch,
PS-32 QAM 信号の 1,600 km 伝送に成功した。また、5G で運用が開始されている
28 GHz 帯において、16 Gbit/s 256 QAM 信号の光ファイバ 10 km、無線 20 m フ
ルコヒーレント光・無線融合伝送に成功した。
(2)応用量子光学研究室(目標)高性能・高機能な半導体光デバイス実現へ向け、超高速、超低雑音動作可能な半導体光源、高機能半導体光変調器の研究を進めている。また新原理に基づく新機能半導体光デバイス創出を目的として、高機能半導体光デバイス及び新機能半導体光集積回路の研究を進めている。
(成果)提案した混合変調半導体レーザ光源の周波数チャープ抑制特性を明らかにした。これにより、本光源によって生成した高速信号光は光ファイバ伝送時の分散耐力を向上できることを明らかにした。また、素子寄生容量等を増加することなく光子共鳴効果による変調感度増強周波数の制御を可能とするパッシブ光導波路を本レーザ光源へ集積することで、負荷抵抗が 50の系において CR 時定数の制限を受けても周波数応答帯域を 200GHz 以上にまで拡大できることを数値解析で明らかにした。
(3)先端ワイヤレス通信技術研究室(目標)Society5.0 や Industry4.0 に示されている本格的な無線 IoT 社会と
B5G/6G 時代の非地上系(NTN)ネットワーク実現を目指し、先端ワイヤレス通信
技術に関する研究を、デバイス・回路・実装・ディジタル信号処理技術から送受信機・サブシステムに至るまで、一貫して研究・開発を行っている。
(成果) わが国独自の低軌道(LEO)衛星コンステレーションとして、新しい周波数帯である Q/V 帯(40/50GHz 帯)を用いた通信システムを開発している。急激なトラ
フィックの変動に対応するため、よりフレキシブルなビーム形成が可能な衛星搭
載用ディジタルビームフォーミングアンテナを提案し、小型な LEO 衛星にも搭載可能な、スケーラブル構成の DBF アンテナ送受信機構成を考案した。

32

情報通信基盤研究部門(4)情報ストレージシステム研究室(目標) IT 技術の進展とともに飛躍的な情報量の増大が続いている。高密度・高性
能のストレージに対する需要の高まりに応え、次世代垂直磁気記録の研究を行う。高性能データインテンシブ解析に向け、コンピューティングとストレージを融合一体化したコンピュテーショナル・ストレージ解析プラットフォームの研究を行う。
(成果) 複数記録層を持つ記録媒体に選択的に多重記録可能な 3 次元熱アシスト記録技術を開発し、上下２層構造の記録各層のキュリー温度 Tc を最適化制御することにより多重記録による記録密度向上を検証した。スピントルク発振素子(STO)の磁気的なカップリングによる発振周波数の同期現象を用いたニューロモルフィッ
ク記録構造を研究した。STO 列の２次元配置によるデータ伝送が可能であること、STO 素子形状の制御により選択的なデータ伝送が出来ることをシミュレーシ
ョンで検証し高速不揮発性磁性ストレージの可能性を確認した。コンピュテーシ
ョン機能を近接化した 2PB 級の分散オブジェクト Ceph コンピュテーショナル・
ストレージシステムを完成し、脳神経構造可視化解析処理に関する大規模データ伝送とデータアクセスの性能向上を検証した。
(5)超ブロードバンド信号処理研究室(目標)いまだ開拓途上にあるミリ波・テラヘルツ波帯を次世代の情報通信・計測シ
ステムへ応用することを目的として, 化合物半導体ヘテロ構造やグラフェンをはじめとする二次元材料を用いて新しい集積型の光電子プラズモニックデバイスの創
出と,それらを応用した超ブロードバンド信号処理技術に関する研究開発を推進している。
(成果) 第一に、グラフェン Dirac プラズモンの Coulomb ドラッグ効果およびグラ
フェン Dirac フェルミオンの Zener-Klein トンネル効果に由来する新たな２つの不安定性機構を理論発見し，それらの類い稀な巨大テラヘルツ利得帯域特性を明らかにした。第二に、InGaAs 系高電子移動度トランジスタのチャネル内における二次元プラズモンを活用した、独自の金属回折格子構造を有するテラヘルツ・プラ
ズモニック検出素子において、ゲート・チャネル間のダイオード電流非線形性がプラズモン流体非線形性に重畳された三次元整流効果を正ゲート電圧印加によって発現させ、検出感度を従来より一桁向上させることに成功した（2023.11. プレスリリース）。
(6)量子光情報工学研究室(目標)電子および光子を用いた量子情報通信デバイスの実用化を目指し,未来の量子情報通信の中核となるべき極限技術の開発に挑戦する。
(成果) (1) ナノ光ファイバ上のプラズモン増強単一光子源の開発と評価，(2) ナノ
光ファイバ上のナノ粒子の光捕捉と輸送の計測，(3) 超低損失偏光保存光子スイッチの開発，(4) 制御された擬似位相整合構造による超高純度伝令付単一光子源の開発，(5) 小規模量子コンピュータにおける量子ビット系の量子計測と誤差・擾乱の不確定性関係の検証。

33

情報通信基盤研究部門(7)ネットワークアーキテクチャ研究室(目標) 人々の多様な活動を支える高度な情報ネットワークシステムの実現を目指
し、アプリケーション層からデータリンク層にわたる広範なネットワーキング技
術に関する研究開発を推進している。
(成果) (1) 従来概念を根本から覆すネットワーク内輻輳制御アーキテクチャを提唱
し、性能解析によりその潜在的なパフォーマンスを明確化。(2) インターネットにおける輻輳制御アルゴリズムの混在という回避できない状況でも公平性を維持す
る改良手法を開発 (3) LPWA ネットワークを用いたネットワーク機器の遠隔管理のためのトラヒック圧縮技術を開発。(4) エッジコンピューティング技術の導入と無線ネットワーク資源利用効率の改善との関係を明らかにし、機械学習に基づくエッジ利用判断手法を確立。
(8)環境調和型セキュア情報システム研究室(目標)次世代情報通信技術の恩恵を誰もが安全に享受できる社会の実現を目指して、セキュア情報通信システムの基礎理論と実装技術に関する研究開発に取り組んでいる。
(成果)次世代暗号として注目を集める耐量子計算機暗号に対する世界最高効率の物
理安全性評価技術の開発に成功した。同技術は、米国標準技術研究所が 2023 年度に策定した標準方式にも適用可能である。また、暗号の物理安全性を飛躍的に向上させる新概念の鍵交換技術を開発した。同技術は，今後の暗号搭載製品の長期的な安全性と性能の向上に大きく貢献することが期待される。

34

情報通信基盤研究部門

超高速光通信研究室

次世代超高速光通信技術に関する研究

1 Tbit/s/ PS-32 QAM コヒーレントナイキストパルス信号の 1,600 km 伝送(a)伝送実験系 (b)伝送結果

超 高 速 光 通 信 研 究分 野 教
光 波 制 御 シ ス テ ム研 究 分 野

授 廣岡 俊彦
准 教 授 葛 西 恵介

＜ 研 究 室 の 目 標＞
超高精細映像伝送や超臨場感通信をはじめとする高度なグローバル ICT サービスの実現のためには、高速・大容量な光伝送システムの構築が不可欠である。それと同時に、限られた周波数帯域を有効に活用するために、周波数利用効率の高い光伝送方式が望まれている。本研究室では、光時分割多重方式による 1 チャネルあたり Tbit/s 級の超高速光伝送、
QAM と呼ばれるデジタルコヒーレント光伝送、ならびにそれらを融合した超高速・高効率光伝送技術の研究開発を進めている。また、5G/6G、IoT 等の新たな ICT サービスの進展を見据えて、デジタルコヒーレント伝送のアクセスネットワークおよびモバイルフロントホールへの展開と、光通信と無線通信とを同じ電磁波として融合する新領域の開発を目指している。
＜2023 年度の主な成果＞
１． 超高速光伝送技術に関する研究
本研究室では、スペクトル広がりを抑えつつ高速伝送を実現できる新たな光パルス「光ナイキストパルス」を提案している。2023 年度は、コヒーレント光ナイキストパルスによる 1 Tbit/s/伝送の長距離化に取り組み、確率整形(Probabilistic Shaping: PS)した QAM 変調
をコヒーレント光ナイキストパルスに適用することにより、1 Tbit/s/×23 ch, PS-32 QAM
信号の 1,600 km 伝送に成功した。その結果、1 Tbit/s/信号を用いた大容量（> 10 Tbit/s）か
つ陸上系伝送システムに適用可能な長距離（> 1,000 km）伝送を初めて実現した。
２． 光・無線融合フルコヒーレント伝送技術に関する研究
本研究室では、5G、Advanced 5G、Beyond 5G/6G 等の無線アクセスネットワークにおいて、光と無線をシームレスにつなぐモバイルフロントホールとしてフルコヒーレントと呼ばれる光・無線融合伝送方式の実現を目指している。2023 年度は、本方式を 5G で運用が35

情報通信基盤研究部門開始されている 28 GHz 帯へ適用し、19.5 dBi 小型マイクロストリップアンテナおよび我々が開発した注入同期ヘテロダイン型光・マイクロ波周波数変換回路を用いて、16 Gbit/s 256
QAM 信号の光ファイバ 10 km、無線 20 m フルコヒーレント伝送に成功した。また、従来のセルフヘテロダイン方式との性能比較を行い、本方式が 9 dB 高いロスバジェットを有していることを明らかにした。

＜ 職員名 ＞教 授

廣岡 俊彦（2018 年より）准教授

葛西 恵介（2019 年より）＜プロフィール＞
廣岡 俊彦 2000 年 3 月大阪大学大学院工学研究科博士後期課程修了。同年 4 月コロラド大学
博士研究員。2002 年 4 月東北大電気通信研究所助手、2007 年 10 月同准教授、2018 年 4 月同教授、現在に至る。超高速光通信、非線形ファイバ光学の研究開発に従事。電子情報通信学会学術奨励賞、光科学技術研究振興財団研究表彰、文部科学大臣表彰若手科学者賞、RIEC Award など受賞。
葛西 恵介 2008 年 3 月東北大学大学院工学研究科博士後期課程修了。2009 年 4 月日本学術振興会特別研究員（PD）。2012 年 11 月東北大電気通信研究所助教。2019 年 8 月同准教授、現在に至る。光波位相制御技術、デジタルコヒーレント光通信の研究開発に従事。電子情報通信学会 ELEX Best Paper Prize（2008 年）､電子情報通信学会論文賞（2012 年）など受賞｡＜2023 年度の主な発表論文等＞[1]

M. Nakazawa and T. Hirooka, “Theory of Higher-Order Hermite-Gaussian Pulse Generation From an FM
Mode-Locked Laser,” IEEE J. Quantum Electron., vol. 59, no. 2, 1600325, Apr. (2023).
[2] M. Nakazawa, M. Yoshida, and T. Hirooka, “GAWBS Noise in Digital Coherent Transmission,” J.
Lightwave Technol., vol. 41, no. 11, pp. 3358-3371, June (2023).
[3] M. Yoshida, K. Kimura, T. Hirooka, K. Kasai, and M. Nakazawa, “Demodulation performancecomparison of high-speed coherent Nyquist pulse signal with analog and digital demultiplexing schemes,”
IEICE Trans. Commun. vol. E106-B, no. 11, pp. 1059-1064, November (2023).
[4] M. Nakazawa, M. Yoshida, and T. Hirooka, “Experiments on the Generation of Higher-Order HermiteGaussian Pulses From an FM Mode-Locked Laser,” IEEE J. Quantum Electron., vol. 59, no. 6, 1300216,
December (2023).
[5] M. Nakazawa, M. Yoshida, and T. Hirooka, "Eigen-function division multiplexed coherent opticaltransmission in time domain by using higher-order Hermite-Gaussian pulses," Opt. Express, vol. 32, no.
7, pp. 12682-12707, March (2024).
[6] K. Kasai, K. Shirahata, T. Sato, M. Yoshida, T. Hirooka, M. Nakazawa, T. Kobayashi, and U. Azuma,“Coherently-Linked Optical and Wireless Transmission with Microstrip Array Antenna at 28 GHz,”EXAT 2023, P-3.
[7] M. Yoshida, T. Hirai, K. Kasai, T. Hirooka, and M. Nakazawa, “GAWBS Noise in Few-mode Fiber,”
EXAT 2023, P-5.
[8] K. Shirahata, K. Kasai, T. Hirooka, M. Yoshida, M. Nakazawa, U. Azuma, and T. Kobayashi, “16 Gbit/s,
256 QAM optical and wireless fully coherent transmission at 28 GHz using small microstrip antenna,”
ECOC 2023, Tu.B.4.1, October (2023).
[9] M. Nakazawa, M. Yoshida, and T. Hirooka, “Mode Division Multiplexed Coherent Optical Transmissionin Time Domain by Using Higher-order Hermite-Gaussian Pulses,” OFC 2024, W2B.19, March (2024).
[10] M. Yoshida, T. Hirai, S. Beppu, K. Kasai, T. Hirooka, M. Nakazawa, Y. Wakayama, and N. Yoshikane,“New GAWBS Noise Interacting with Longitudinally Propagating Acoustic Waves in Few-mode Fibers,”
OFC 2024, W2B.22, March (2024).

36

情報通信基盤研究部門

応用量子光学研究室

革新的光通信用高機能半導体光デバイスの創出に関する研究
高機能半導体光デバイスと新機能半導体光集積回路の研究

高機能フォトニクス研究分野

教

授

八坂

洋

高精度光計測研究分野

准教授

吉田

真人

新原理半導体光源研究分野

准教授

横田

信英

＜研究室の目標＞
新世代光通信ネットワークや次世代光測距システムを構築する上で必要不可欠な高性能・高機能な半導体光源実現へ向け、超高速動作可能な半導体レーザ、超低位相雑音半導体レーザ、および高機能光変調器の研究を進めている。また、新原理に基づく新機能半導体光デバイス創出を目的として、高機能半導体光デバイスおよび新機能半導体光集積回路の研究を行っている。光の強度、位相、周波数、偏波を自由に操ることのできる半導体光デバイス、光集積回路を実現することで、超大容量、高機能光通信ネットワークシステムや超高精度光測距システムの実現を目指している。
＜2023 年度の主な成果＞
１． 超高速半導体レーザ光源
超高速・超大容量光通信ネットワークを構築する上で、100Gb/s 以上の動作速度を有する高機能半導体光源の実現が必須である。半導体レーザの応答帯域拡大に向け、半導体レーザ共振器損失と注入電流量を同時に変調可能な混合変調半導体レーザの研究を進め、本光源の周波数チャープ抑制
特性を明らかにした。これにより、生成した高速信号光の光ファイバ伝送時の分散耐力を向上できることを明らかにした。また、素子寄生容量等を増加することなく光子共鳴効果による変調感度増強周波数の制御を可能とするパッシブ光導波路を本レーザ光源へ集積することで CR 時定数の制限を受けても周波数応答帯域を 200GHz 以上にまで拡大できることを数値解析で明らかにした。

37

情報通信基盤研究部門

２． 小型狭線幅半導体レーザ光源
近年注目されている FMCW LiDAR システムへの適用を目指し、簡便な構成の光学的負帰還回路
による半導体レーザの線幅狭窄化の研究を継続して進めた。本光負帰還半導体レーザ光源の周波数掃引幅拡大へ向け、周波数弁別器として用いる光フィルタの共振周波数を半導体レーザの発振周波数に同期して掃印する光源システムを構築し、線幅を 1.4MHz に低減した光負帰還半導体レーザ光源の周波数掃引幅を 10GHz にまで拡大できることを検証実験を通して明らかにした。

＜職員名＞
教

授

八坂

洋

（2008 年より）

准教授

吉田

真人

（2018 年より）

准教授

横田

信英

（2022 年 10 月より）＜プロフィール＞
八坂洋

1983 年 3 月 九州大学理学部物理学科卒業。1985 年 3 月 同大学院理学研究科物理学専攻

博士前期課程修了。1985 年 4 月 日本電信電話（株）入社、NTT 厚木電気通信研究所、NTT 光エレク
トロニクス研究所、NTT 光ネットワークシステム研究所、NTT フォトニクス研究所勤務。1993 年 12 月
工学博士（北海道大学）。2008 年 4 月

東北大電気通信研究所教授、現在に至る。光通信用高機能半導体光デバイスの研究開発に従事。
吉田真人

1997 年 3 月

東北大学工学部電気工学科卒業。2001 年 3 月

学専攻博士課程後期課程修了。2001 年 4 月

同大学院工学研究科電子工

同大電気通信研究所助手。2011 年 7 月

同准教授、現在に至る。ファイバレーザおよびそれを用いた光計測の研究開発に従事。
横田信英2009 年 3 月

高知工業高等専門学校専攻科機械・電気工学専攻卒業。2011 年 3 月

先端科学技術大学院大学物質創成科学研究科博士前期課程修了。2014 年 3 月

奈良

同博士後期課程修了。

2014 年 4 月 東北大学電気通信研究所助教。2022 年 10 月 同准教授、現在に至る。新原理半導体光源の研究開発に従事。

＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] N. Yokota, T. Nohara and H. Yasaka, "Wide-bandwidth and high-sensitivity measurement technique of intrinsic
modulation response of semiconductor lasers," IEEE Photonics Journal, vol. 15, No. 4, p. 5800106 (pp. 1-6),
2023.
[2] S. Asami, N. Yokota, W. Kobayashi, T. Shindo, and H. Yasaka, "Numerical analysis of negative chirp operationin hybrid modulation semiconductor laser," IEICE Electronics Express, vol. 20, No. 17, pp. 20230268 1-5,
2023.
[3] 浅見昇輝、横田信英、八坂洋、"25Gbit/s 混合変調半導体レーザのファイバ分散耐力の数値解析"、2023
年電子情報通信学会総合大会、C-3/4-53、2023.
[4] 長久保峻介、吉田真人、横田信英、八坂洋、"光負帰還レーザの光フィルタ同期制御による周波数掃引範囲拡大"、2023 年電子情報通信学会ソサイエティ大会、C-3/4-54、2023.
[5] 横田信英、野原友治、八坂洋、"光変調および光スペクトル測定による半導体レーザの広帯域・高感度周波数応答評価"、電子情報通信学会技術研究報告、vol. 123、no. 222、pp. 28-31、2023.
[6] H. Yasaka, N. Yokota, T. Shindo, and W. Kobayashi, "Improvement in bandwidth of an electro-absorption
modulator by optical pre-emphasis utilizing photon-photon resonance," IEICE Electronics Express, vol. 21,
No. 2, pp. 20230594 1-4, 2024.
[7] 八坂洋、横田信英、進藤隆彦、小林亘、"光子共鳴効果による多重共振を用いた混合変調半導体レーザの広帯域化"、2024 年電子情報通信学会総合大会、C-3/4-39、2024.

38

情報通信基盤研究部門

先端ワイヤレス通信技術研究室

次世代無線通信デバイス・システムの実現へ向けて

次世代ワイヤレス通信用 超多素子アンテナ・送受信機の研究
信号処理回路・デバイス・実装技術の研究として、シリコン CMOS 技術を用いた高周波(RF)帯
パワーアンプ・シンセサイザ・ミキサなどの設計・開発、超小型アンテナモジュール、ディジタル
ビームフォーミング用信号処理の開発を行っている。さらに、RF 信号をディジタル信号から直接生成、あるいは、RF 信号をディジタル信号に直接変換するダイレクトディジタル RF 送受信機の研究・開発を行っている。

先端ワイヤレス通信技術研究分野

教

授

末松

憲治

＜研究室の目標＞
将来目指すべき高度情報化社会である Society5.0 や Industry4.0 に示されている本格的な無線Internet of Thing (IoT)社会の実現においては、大量かつ様々なモノをリアルタイムかつブロードバン
ドでインターネット網に接続する必要があり、無線通信技術はますます重要となっている。この無線通信技術の中でも、特に物理層である送受信機ハードウェア技術は、目標とするシステム実現を支える重要な基盤技術である。当研究室では高度情報ネットワークの実現を目指して、先端ワイヤ
レス通信技術（Advanced Wireless IT）に関する研究を、デバイス・回路・実装・ディジタル信号処理技術から送受信機・サブシステムに至るまで一貫して研究・開発を行っている。
＜2023 年度の主な成果＞
１． ミリ波(40GHz)帯ダイレクトディジタル RF 送信機の新たな構成の提案
Beyond5G で注目され始めているミリ波(40 GHz)帯の RF 信号を直接ディジタル信号から生成するミリ波ダイレクトディジタル RF 送信機では、1-bit DAC 出力から高次イメージ信号を取り出し、送信出力としている。高次イメージ信号の S/N を改善するには、この 1-bit DAC 出力を矩形波化する方法がとられてきたが、今回、新たに、マンチェスター符号化を行ったのち、3 逓倍することで、

39

情報通信基盤研究部門

高次イメージ信号の S/N を改善できることを示し、実験により実証した。この新しいダイレクト
ディジタル RF 送信機構成の提案および動作実証結果は、IEEE Access に採択、掲載された。
２．サブ THz 帯アンテナ一体化 CMOS RFIC の開発
サブ THz 帯の送受信機では、送受信機を構成する RFIC とアンテナとの接続部の実現が難しく、アンテナを RFIC の半導体チップ上に集積するオンチップアンテナの研究開発が進められている。
当研究室では、100GHz 帯のオンチップアンテナの開発を行うとともに、130GHz 帯 CMOS 増幅器の開発を行った。

＜職員名＞
教

授

末松 憲治

助

教

古市

研究員

朋之

Ahmad Abdalrazik
張

技術補佐員

俊皓
富澤 幸恵

塗師 香織

＜プロフィール＞
末松 憲治

1987 年 3 月早稲田大学大学院理工学研究科電気工学専攻博士前期課程修了。博士 (工学)(2000 年)。1987 年 4 月三菱電機 (株) 入社。1992 年 9 月～1993 年 9 月英国リーズ大学客員研究員。2008
年 4 月～2010 年 3 月東北大学電気通信研究所客員教授。2010 年 4 月教授。1997 年、2006 年、2009 年関
東地方発明表彰発明奨励賞、2002 年第 50 回電気科学技術奨励賞 (オーム技術賞)、2009 年文部科学大臣
表彰科学技術賞 (開発部門) 、2012 年電子情報通信学会エレクトロニクス賞各受賞。電子情報通信学会
フェロー、 IEEE シニア会員。

＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] Junhao Zhang, Noriharu Suematsu, “Image Enhancement Technique Using Manchester Coding and RF Tripler for
1-bit Bandpass Delta Sigma Direct Digital RF Transmitter,” IEEE Access, pp. 73359 - 73369, Nov. 2023.
[2] Jean Temga, Mizuki Motoyoshi, Noriharu Suematsu, “Sub-Terahertz-Band On-Chip 2×2 Beam-Forming Array
Antenna Using a Compact 2-D BFN On 45nm SOI CMOS,” 2023 IEEE International Symposium on RadioFrequency Integration Technology (RFIT), pp. 63-66, Aug. 2023.
[3] Fumito Karasawa, Taiki Machii, Mizuki Motoyoshi, Tomoyuki Furuichi, Noriharu Suematsu, “130 GHz Band
CMOS Amplifier with Miniaturized Interstage Circuit by Stacked Radial Stubs,” 2023 Asia-Pacific Microwave
Conference (APMC), pp.769-771, Dec. 2023.
[4] Ahmad Abdalrazik, Noriharu Suematsu, "Wideband Half-Cross Shaped Slotted Patch Antenna For 5G Applications," 2023 Asia-Pacific Microwave Conference (APMC), pp.688-690, Dec. 2023.

40

情報通信基盤研究部門

情報ストレージシステム研究室

高密度・高速エネルギーアシスト磁気記録、及びコンピュテーショナル・ストレージシステム研究
Disaggregated Com pute Cluster
Laser
Read
sensorNeuron I m aging App.
Com puter NodeCom pute Node

Write pole

Recording Layer 2
Recording Layer 1

Heatedspot
Recording
media

Ceph FS
I nterconnect Fabric up to 1 0 0 Gb/ s

Storage Node- 1

Storage N ode- 2

NL-HDD Storage

NL-HDD Storage

Storage Node- F
SAS/SATA SSD

PB- Class Ceph Data Store

２記録層の HAMR 媒体の記録機構概念図

分散コンピュテーショナルストレージ
テストベッドのシステム構成図

情報ストレージ・コンピューティングシステム研究分野
記録理論コンピューテーション研究分野

准教授

教

授

田中 陽一郎サイモン グリーブス＜研究室の目標＞
IT 技術の進展とともに飛躍的な情報量の増大が続いている。この膨大な情報の蓄積を担うのがデータセンターであり、その中心的な技術がハードディスク装置（HDD）を代表とする磁気記録スト
レージである。増大する情報量に対応するために高記録密度化による HDD の記録容量増加の努力が続けられており、本分野では超高密度情報ストレージデバイスを目指し研究を進めている。コン
ピュータシミュレーションによる記録及び再生理論の検討と、今後の高速データ転送速度と高い面
記録密度を実現するためのエネルギーアシスト垂直磁気記録再生方式の確立に取り組んでいる。さらに、高性能データインテンシブ解析に向け、コンピューティングとストレージを融合一体化してインテリジェンス性を高めたコンピュテーショナル・ストレージ解析プラットフォームの研究を行っている。
＜2023 年度の主な成果＞
複数記録層を持つ記録媒体に選択的に多重記録可能な 3 次元熱アシスト記録技術を開発し、上下２層構造の記録各層のキュリー温度 Tc を最適化制御することにより多重記録による記録密度向上を検証した[1][2]。スピントルク発振素子（STO）の磁気的なカップリングによる発振周波数の同期現象を用いたニューロモルフィック記録構造を研究した。STO 列の２次元配置によるデータ伝送が可能であること、STO 素子形状の制御により分岐での選択的なデータ伝送が出来ることをシミュレーションで検証し高速不揮発性磁性ストレージの可能性を確認した[3]。
41情報通信基盤研究部門

大規模ストレージとコンピュテーション機能を近接化して PB 級データセットの解析を行うコン
ピュテーショナル・ストレージの研究を推進している。今年度は、コンピュテーション機能を近接化した 2PB 級の分散オブジェクト Ceph コンピュテーショナル・ストレージシステムを完成し、脳神経構造可視化解析処理に関する大規模データ伝送とデータアクセスの性能向上を検証した[4]。
本研究に対し、2020 年度より科研費基盤研究（B）20H02194 の助成を受けている。

＜職員名＞
教

授

准教授

田中 陽一郎（2019 年より）
サイモン グリーブス（2003 年より）＜プロフィール＞
田中 陽一郎 1981 年 3 月東北大学工学部通信工学科卒業。1983 年 3 月同大学院工学研究科電気及通信工学専攻博士前期課程修了。2006 年 9 月同電子工学専攻博士後期課程修了。1983 年 4 月東芝。2016 年
11 月山形大学大学院教授。2019 年 4 月東北大学電気通信研究所教授、2024 年 3 月退職。2024 年 4 月東北大学特任教授・総長特別補佐、現職。高密度垂直磁気記録方式、情報ストレージシステムの研究開発に従事。日経 BP 技術賞（2006 年）、日本応用磁気学会業績賞（2006 年）、大河内記念技術賞（2007 年）を受賞。IEEE Magnetic Society Distinguished Lecturer for 2023、IEEE フェロー。日本磁気学会フェロー。
サイモン グリーブス

1993 年英国サルフォード大学大学院物理学科博士課程修了。同年英国ウェール

ズ大学助手。2000 年 HOYA 株式会社。2003 年東北大学准教授。高密度磁気記録理論、大規模コンピュー
タシミュレーション、等の研究に従事。

＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] Greaves Simon John, Tatsuno Keita, Kanai Yasushi, Write Head Design for Control of Transition Curvature in
Heat-Assisted Magnetic Recording, IEEE Trans. Magn., 10.1109/TMAG.2023.3319459 (2023)[2] Greaves Simon, Three-dimensional magnetic recording, Journal of Magnetism and Magnetic Materials,
10.1016/j.jmmm.2023.171343 (2023)[3] Ise Tsubasa, Greaves Simon John, Tanaka Yoichiro, Controlling Information Flow in Arrays of Spin-Torque
Oscillators, IEEE Trans. Magn., 10.1109/tmag.2023.3294515 (2023)[4] Tanaka Yoichiro, Magnetic data storage technology: from perpendicular magnetic recording to thecomputational storage integration, Spintronics XVI, 0.1117/12.2673322 (2023)

42

情報通信基盤研究部門

超ブロードバンド信号処理研究室

ミリ波・テラヘルツ波帯電子デバイスの創出とその情報通信への応用に関する研究
上：グラフェン FET における Dirac プラズモンの
Coulomb ドラッグ不安定性（左）および Zener-Klein
トンネル不安定性（中）の理論発見とそれらの類い稀な巨大負性導電率特性（右）．
下：InGaAs 系回折格子ゲ
ート構造テラヘルツ・プラ
ズモニック検出素子および三次元整流効果の模式
図（左）、その電子顕微鏡写
真および 0.8 THz における検出感度の測定結果（右）．

超ブロードバンドデバイス・システム研究分野 教 授 尾辻 泰一
超ブロードバンドデバイス物理研究分野 准教授 佐藤 昭
＜研究室の目標＞
本研究分野では，いまだ未開拓な電磁波領域であるミリ波・テラヘルツ波帯の技術を開拓し，次世代の情報通信・計測システムへ応用することを目的として，半導体へテロ接合構造内に凝集した二次元電子系の分散特性や緩和応答を利用した新しい集積型のミリ波・テラヘルツ波電子デバイスの創出と，それらを応用した超ブロードバンド信号処理技術に関する研究開発を推進している。
＜2023 年度の主な成果＞
１．超ブロードバンドデバイス・システム研究分野
我々は、電子・正孔が相対論的 Dirac 粒子として振る舞うグラフェンの電荷振動量子：Dirac プ
ラズモンの物性を応用した新原理電流注入型テラヘルツレーザートランジスタを開発し、独自の非対称二重回折格子ゲート構造を有する試作素子により、室温下でプラズモン不安定性を由来とする最大利得 9％のテラヘルツ帯コヒーレント増幅に成功している。今回、Dirac プラズモンの
Coulomb ドラッグおよび Zener-Klein トンネル効果に由来する新たな不安定性機構を理論発見
し，そのテラヘルツ利得帯域特性を明らかにした。
（国際学術論文 3 編；国際会議招待講演 10 件）。
２．超ブロードバンドデバイス物理研究分野
新規材料・動作原理に基づくミリ波・テラヘルツ波デバイスの創出を目指し、デバイス内の電子輸送現象・光電子物性の理論的解明や実験的実証を行なうとともに、超高速無線通信や光電子
融合ネットワークへのデバイス実用化に向けた研究開発を進めている。今年度は、InGaAs 系高電子移動度トランジスタのチャネル内における二次元プラズモンを活用した、独自の金属回折格子構造を有するテラヘルツ・プラズモニック検出素子において、ゲート・チャネル間のダイオー
ド電流非線形性がプラズモン流体非線形性に重畳された三次元整流効果を正ゲート電圧印加によって発現させ、検出感度を従来よりも一桁向上させることに成功した（2023.11. プレスリリース）。

43

情報通信基盤研究部門＜職員名＞
教 授 尾辻 泰一
准教授 佐藤 昭
特任准教授 林 宗澤
助 教 渡辺 隆之
学術研究員 RYZHII Victor（2005 年より）（2017 年より）（2022 年より）（2017 年より）；

唐 超（2023 年より）
秘

書

菅野

穂

＜プロフィール＞
尾辻 泰一 1982 年 3 月 九州工業大学工学部電子工学科卒業。1984 年 3 月 同大学院工学研究科電子工学専攻修士課程修了。1994 年 2 月 博士（工学）取得（東京工業大学）。1984 年 4 月 電電公社厚木電気通信研究所入所。1999 年 4 月 九州工業大学情報工学部助教授。2001 年 9 月 同教授。2005 年 4 月 東北大学電気通信研究所教授，現在に至る。テラヘルツデバイスとその超ブロードバンド信号処理への応用に関する研究開発に従事。文部科学大臣表彰科学技術賞（研究分野）受賞（2019 年），IEEE GaAs IC
Symposium Outstanding Paper Award 受賞（1997 年），IEICE 業績賞(2021 年)。IEEE Electron Device Society
Distinguished Lecturer, IEEE Fellow，OSA Fellow，JSAP Fellow，IEICE シニア会員，MRS，SPIE，各会員。
佐藤 昭 2003 年 3 月 会津大学コンピュータ理工学部ハードウェア学科卒業。2005 年 3 月 同大学
院コンピュータ理工学研究科コンピュータシステム学専攻博士前期課程修了。2006 年 4 月－2008 年 3月 日本学術振興会特別研究員（DC2）。2008 年 3 月 同専攻博士後期課程修了。2008 年 4 月 同大学
情報センター助教。2009 年 4 月 同大学先端情報科学研究センター助教。2010 年 4 月 東北大学電気通信研究所助教。2017 年 11 月 同准教授，現在に至る。テラヘルツ・ミリ波デバイス物理の研究開発に従事。IEEE Senior Member，APS，応用物理学会，IEICE，各会員。
＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] A. Satou, T. Negoro, K. Narita, T. Hosotani, K. Tamura, C. Tang, T.-T. Lin, P.-E. Retaux, Y. Takida, H.
Minamide, T. Suemitsu, and T. Otsuji, “Gate-readout and a 3D rectification effect for giant responsivity
enhancement of asymmetric dual-grating-gate plasmonic terahertz detectors,” Nanophotonics, vol. 12, iss. 23,
pp. 4283-4295, Nov. 2023. DOI: 10.1515/nanoph-2023-0256[2] V. Ryzhii, C. Tang, T. Otsuji, M. Ryzhii, V. Mitin, and M.S. Shur, “Resonant plasmonic detection of terahertz
radiation in field‑effect transistors with the graphene channel and the black‑AsxP1−x gate layer,” Sci. Rep.,
vol. 13, pp. 9665-1-10, June 2023. DOI: 10.1038/s41598-023-36802-0[3] V. Ryzhii, C. Tang, T. Otsuji, M. Ryzhii, V. Mitin, and M. S. Shur, "Effect of electron thermal conductivity on
resonant plasmonic detection in terahertz hot-electron bolometers based on metal/black-AsP/graphene FETs,"
Phys. Rev. Appl., vol. 19, pp. 064033-1-10, June 2023. DOI: 10.1103/PhysRevApplied.19.064033[4] T.-T. Lin, M. Watanabe, D. Nakajima, K. Kasai, M. Yoshida, T. Suemitsu, T. Otsuji, and A. Satou, “Efficient
Optical-to-sub-THz Carrier Frequency Down-Conversion by UTC-PD-Integrated HEMT,” IEEE MWP 2023:
2023 IEEE International Topical Meeting on Microwave Photonics, Nanjing, China, Oct. 15-18, 2023. DOI:
10.1109/MWP58203.2023.10416637[5] T.-T. Lin, D. Nakajima, K. Nishimura, M. Watanabe, K. Kasai, M. Yoshida, T. Suemitsu, T. Otsuji, and A.
Satou, “Utilizing High-Intensity Optical Subcarrier Signal for Conversion Gain Enhancement Of A UTC-PDIntegrated HEMT Photonic Double-Mixer,” IRMMW-THz: the 48th International Conference on Infrared,
Millimeter and Terahertz Waves 2023, Montreal, Canada, Sept. 17-22, 2023. (date 17, Mo-PM1-5-1) DOI:
10.1109/IRMMW-THz57677.2023.10299383[6] K. Tamura, S. Uchigasaki, H. Seki, C. Tang, D. Ogiura, K. Suwa, H. Fukidome, Y. Takida, H. Minamide, T.
Suemitsu, T. Otsuji and A. Satou, “Fast THz Detection by an Asymmetric-Dual-Grating-Gate Gra-pheneChannel FET Based on Plasmonic and Photothermoelectric Effects,” IRMMW-THz: the 48th International
Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves 2023, Montreal, Canada, Sept. 17-22, 2023. (date 20,
We-PM1-1-2) DOI: 10.1109/IRMMW-THz57677.2023.10299381[7] K. Narita, T. Negoro, Y. Takida, H. Minamide, T. Suemitsu, T. Otsuji, and A. Satou, “Introduction of InvertedHEMT Structure in a Grating-Gate Plasmonic THz Detector for Drastic Improvement of the Pulse Response,”
IRMMW-THz: the 48th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves 2023, Montreal,
Canada, Sept. 17-22, 2023. (date 21, Th-P1-03) DOI: 10.1109/IRMMW-THz57677.2023.10299025[8] K. Tamura, C. Tang, D. Ogiura, K. Suwa, H. Fukidome, Y. Takida, H. Minamide, T. Suemitsu, T. Otsuji, and
A. Satou, “Fast and Sensitive THz Detection by an Asymmetric-Dual-Grating-Gate Epitaxial-GrapheneChannel FET Due to Plasmonic and Photothermoelectric Rectification Effects,” CLEO: Conference on Lasers
and Electro-Optics 2023, SF1I.3, San Jose McEnery Convention Center, San Jose, CA, USA, May 7-12, 2023.
DOI: 10.1364/CLEO_SI.2023.SF1I.3

44情報通信基盤研究部門

量子光情報工学研究室

電子と光子を用いた量子情報通信デバイスの開発

図 1. ナノ光ファイバ上のプラズモン増強単図 2. 超低損失偏光保存光子スイッチの概念

一光子源の概念図。

図。

量子光情報システム研究分野

教授

量子光情報デバイス研究分野

教授（兼）

枝松

圭一

金田

文寛

＜研究室の目標＞
現在の情報処理・通信技術は，信号を電圧や周波数などの古典的でマクロな物理量に対応させて様々な処理を行っているが，近い将来，情報の高密度化と高速化に限界が訪れることが指摘されている。これに対し，個々の電子や光子などのミクロな量に情報を保持させ，量子力学の原理を直接応用することによって，従来の限界を打ち破る性能を持ちうる量子情報通信技術の実用化が強く期待されている。本研究室は，電子および光子を用いた量子情報通信デバイスおよびシス
テムの実用化を目指し，未来の量子情報通信の中核となる極限技術の開発に積極的に挑戦する。
＜2023 年度の主な成果＞(1) ナノ光ファイバ上のプラズモン増強単一光子源の開発と評価
ナノ光ファイバ上の金ナノ粒子・半導体量子ドット複合体によるプラズモン増強単一光子源を開発し，電磁界数値シミュレーションによってその性能を評価した。
（図 1）。
(2) ナノ光ファイバ上のナノ粒子の光捕捉と輸送の計測
液中のナノ光ファイバ近傍のナノ粒子の光捕捉と輸送現象を光学顕微鏡を用いて計測し，電磁界数値シミュレーションによってその特性を評価した。

45

情報通信基盤研究部門(3) 超低損失偏光保存光子スイッチの開発
量子情報通信用単一光子ルータや光子メモリに用いるための，超低損失偏光保存光子スイッチを開発し，その性能を評価した。
(4) 制御された擬似位相整合構造による超高純度伝令付単一光子源の開発
疑似位相整合周期を空間制御した光子対光源を用いて，超高純度伝令付単一光子源を開発した。
(5)

小規模量子コンピュータにおける量子ビット系の量子計測

小規模量子コンピュータにおける超伝導量子ビット系の一般化量子計測を行う量子回路を構築し，誤差・擾乱の不確定性関係を検証した。

＜職員名＞
教

授

枝松圭一（2003 年より）教授（兼）金田文寛（2023 年より）助

BAEK, Soyoung（2018 年より）

教

事務補佐員

渋谷美奈子

＜プロフィール＞
枝松

圭一

1987 年東北大学大学院理学研究科博士課程修了，東北大学工学部助手，California Instituteof Technology 客員研究員，東北大学大学院工学研究科助教授，大阪大学大学院基礎工学研究科助教
授，2003 年 1 月より現職
金田文寛

2012 年東北大学大学院工学研究科博士課程修了，東北大学電気通信研究所教育研究支援者，イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校物理学科博士研究員，東北大学学際科学フロンティア
研究所助教，東北大学電気通信研究所准教授，2023 年 4 月より東北大学理学研究科教授（兼）電気通信研究所＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] A. Syouji, R. Shimizu, S. Nagano, K. Suizu, and K. Edamatsu, “Short interference fringe and high event rate of twophoton interference using up-converted photon pairs”, Jpn. J. Appl. Phys. 62, 022003/1-4 (2023) doi:
10.35848/1347-4065/acb874[2] Y. Xuan, R. Sun, S.-Y. Baek. M. Sadgrove, and K. Edamatsu, “Numerical investigation of plasmon-enhanced
emission from a nanofiber coupled single photon emitter”, Appl. Phys. Exp. 17, 012003/1-6 (2024) doi:
10.35848/1882-0786/ad1318[3] P. Wang, S.-Y. Baek, K. Edamatsu, and F. Kaneda, “Low-loss polarization-maintaining optical router for photonic
quantum information processing”, Jpn. J. Appl. Phys. 63, 040901/1-5 (2024) doi: 10.35848/1347-4065/ad3533

46情報通信基盤研究部門

ネットワークアーキテクチャ研究室

IoT/AI 社会を支える次世代ネットワークアーキテクチャ

ネットワーク内輻輳制御アーキテクチャ NCC (in-Network Congestion Control)

情 報 ネ ッ ト ワ ー ク アー キ テ ク チ ャ 研 究 分 野教

授

長 谷川 剛＜研究室の目標＞
社会の隅々まで浸透してきた様々な情報ネットワークシステム、及び、これらをもとに構築される各種システムは、人々の日常生活や仕事を支援し、新しいライフスタイルや社会を生み出す上で重要な役割を担うシステムとして期待されている。本研究室では、その実現に向けた基礎から応用に至る研究に取り組む。
＜2023 年度の主な成果＞
１． ネットワーク内輻輳制御アーキテクチャ (文献[6][9])
本研究では、今後ますます多様化するインターネットのための、新たな輻輳制御アーキテ
クチャを提案している。具体的には、既存のインターネット輻輳制御が依りどころとしているエンドツーエンド原則から脱却し、送受信端末間ネットワークを複数のサブネットワークに分割し、各サブネットワークにおいて、その特性に応じた輻輳制御アルゴリズムを個別に適用する。これにより、これまで長年に渡って培われてきたインターネット輻輳制
御技術の利点を最大限に活かしながら、エンド間ネットワークの複雑化・大規模化・多様化などに対してその性能が低下しない、理想的な輻輳制御を実現する。
２． 機械学習に基づくネットワーク状態推定とその応用
競合フローの輻輳制御アルゴリズムを推定し，推定結果に基づいて自身の輻輳制御アル
ゴリズムを変更することにより、フロー間の公平性を改善することを提案している。具体的には，送信端末によるネットワークやフローの状態の観測結果に基づき，機械学習アル
ゴリズムを用いて競合フローの輻輳制御アルゴリズムを推定し，推定結果に応じて自フローの輻輳制御機構を変更する．評価の結果，推定手法による競合フローのアルゴリズムの推定精度は最大で 70%であり、推定結果に基づくアルゴリズムの切り替えにより、フロー間の公平性を最大で 78%改善できることを明らかにした。
さらに、ネットワークボトルネックで自フローと帯域を競合している他のフロー数を、自フローが観測できる情報のみを用いて推定する技術に関する研究を行っている。仮想ネッ
トワークを用いた実験により、提案する推定手法により、競合フロー数を役 25%の誤差で47

情報通信基盤研究部門

推定できることがわかった。フォント：MS 明朝、サイズ：11 ポイント。アルファベット・
数字は半角で入力してください。ギリシャ文字など特殊文字は、Symbol フォントを利用してください。数式は、MS ワード標準の数式エディタを利用してください。サブタイトル
は、MS ゴシックです。
３． ネットワーク機器管理のためのトラヒック圧縮技術 (文献[1][4]ネットワーク機器の管理において，ネットワーク管理者は機器が具備する対話型操作機
能を用いて 障害解決や設定の変更を行う．障害発生時においても確実にネットワーク経由
で機器を遠隔操作するため には，専用の管理用ネットワークを構築する必要があるが，設備コストが課題となる．ここで，長距離通 信が可能な LPWA を用いることで安価に管理
ネットワークを構築できれば，その利点は大きい．しかし，LPWA の通信速度は遅いため，
対話型操作に使用することは難しい．そこで本研究では，ネットワーク機器 のアウトオブ
バンド管理における通信量を削減するために，対話型操作コマンドに含まれる単語の出現
確 率に基づくコマンド系列の符号化手法を提案している。提案手法を用いて圧縮を行うプ
ログラムを試作し，これを用いた実験の結果、ネットワーク機器管理のための通信量を最大で 96%削減できることを明らかにした。

＜ 職員名 ＞
教 授

長谷川 剛（2019 年より）＜プロフィール＞
長谷川 剛 1984 年 3 月 1997 年 3 月 大阪大学大学院基礎工学研究科博士前期課程修了。同年 7 月大阪大学経済学部助手。2002 年 1 年同大サイバーメディアセンター助教授。2019 年より現職。博士(工学)（2000 年 5 月・大阪大学）。情報ネットワークアーキテクチャ、無線ネットワークなどの研究に従事。電子情報通信学会通信ソサイエティ論文賞(2008 年)、電子情報通信学会論文賞(2010 年)など受賞。

＜2023 年度の主な発表論文等＞
[1]

[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]

48

坂本和也, 北形元, 長谷川剛, ‘‘LPWA を用いた小規模 IoT 機器向けの移動エージェントフレ
ームワークの提案,’’ 情報処理学会論文誌, vol. 64, No. 5, pp. 1031-1040, May 2023.
Hideyuki Shimonishi, Masayuki Murata, Go Hasegawa, Nattaon Techasarntikul, ‘‘Energy Optimizationof Distributed Video Processing System using Genetic Algorithm with Bayesian Attractor Model,’’ inProceedings of IEEE Netsoft 2023, June 2023.
Satoshi Utsumi and Go Hasegawa, ‘‘A New Congestion-Based Congestion Control for Low Latency and
Low Packet Drop Rate,’’ in Proceedings of IEEE ICUFN 2023, July 2023.
Kodai Tanabe, Go Hasegawa, and Gen Kitagata, ‘‘Adaptive compression of operational commands forremote network management over LPWA,’’ in Proceedings of IEEE ITNAC 2023, November-December
2023.
Liwei Peng, Fan He, Go Hasegawa, Yanfen Cheng, Xun Shao, ‘‘Distributed Smart Multihome Energy
Management Based on Federated Deep Reinforcement Learning,’’ in Proceedings of IEEE ICPADS 2023,
December 2023.
Mitsihiro Watanabe and Go Hasegawa, ‘‘In-Network Congestion Control Toward Enhanced Network
Resource Utilization,’’ in Proceedings of IEEE ICOIN 2024, January 2024.
長谷川操, 長谷川剛, ‘‘エッジ-クラウドアプリケーションにおける端末の無線ネットワーク資源占有時間評価,’’ 電子情報通信学会技術研究報告, vol. 123, no. 2, NS2023-7, pp. 32-37, 2023 年
4 月.
長谷川剛, ‘‘［招待講演］Beyond 5G/6G アプリケーションのためのエッジ・クラウドコンピュ
ーティングに基づく制御技術に関する研究,’’ 電子情報通信学会技術研究報告, vol. 123, no. 249,
SR2023-60, pp. 67-67, 2023 年 11 月. Link
渡邉光裕, 長谷川剛, ‘‘ネットワーク内輻輳制御アーキテクチャの大規模ネットワークを想定した性能評価,’’ 電子情報通信学会技術研究報告, vol. 123, no. 317, IN2023-40, pp. 1-6, 2023 年
12 月.

情報通信基盤研究部門

環境調和型セキュア情報システム研究室

安心・安全な社会を支える情報セキュリティ技術の創出

環 境 調 和 型 セ キ ュア 情 報 シ ス テ ム 研 究 分 野 教 授 本 間 尚文
助 教 上野 嶺＜ 研 究 室 の 目 標＞
モノのインターネットに代表される次世代情報通信技術は、豊かな社会をもたらすと期待される一方、新たなセキュリティ上の脅威を生じさせると危惧されている。本研究室では、将来のサービスやテクノロジを誰もが安全に利用できる社会システムを目的として、その基幹となる情報通信システムのセキュリティ設計・評価・検証技術の研究開発に取り組んでいる。特に、暗号等のセキュリティ機能を超高速・極低電力に行う LSI コンピュー
ティング、各種攻撃に頑健なセキュ ア実装技術、利用環境・応用分野に応じたシステムセ
キュリティ設計技術に関する研究を中心に推進している。将来的には、膨大かつ多様な情報発生源（センサ端末などのハードウェア）のレベルからシステム実装、利用環境・応用分野まで考慮したセキュア情報通信システムの統一的な構築技術の確立を目指している。
また、国内外の大学・企業・政府機関との連携により、上記の研究開発から得られた成果を積極的に社会実装していく。
＜2023 年度の主な成果＞
１．
長期安全性を担保する暗号実装方式に関する研究：
近年セキュリティに係るコストは増加の一途をたどっており、効率的な暗号実装技術が強く求められている。本年度は、新しい概念の「暗号鍵変換」により暗号化した情報を物理的な攻撃から守る手法を開発した[1]。今回開発した技術は、暗号鍵の再生成および切り替えを行う「リキーイング（鍵変換）」と呼ばれる技術の新手法で、攻撃に対して 100％安
全な構成要素が無い状況であっても、安全のかなめである暗号鍵を適切に交換すれば現実的に十分な安全性を有する暗号モジュールを実現できることを明らかにした。これまで攻撃への対策は特殊な回路技術を付加するなど非常に大きなコスト（速度低下や消費電力増加）を伴うものが大半だった。これに対して開発技術は、軽量な対策を施した暗号モジュールであっても攻撃への耐用期間を現実的な条件・環境下で指数関数的に延長できるため、性能と物理安全性の両立をこれまでより数万倍以上効率的に実現する可能性を有する。

49

情報通信基盤研究部門

２． 耐量子計算機暗号の実装安全性に関する研究：
近年量子計算機でも解読されない耐量子計算機暗号の研究開発が活発化している。現在
アルゴリズムの評価に加えて、実装した際の物理的な攻撃に対する安全性（実装安全性）
も重要な要件とされている。現在国際標準化候補となっている耐量子計算機暗号の実装安全性に関する探求が世界的にすすめられているが、特に NIST 標準方式に選定された
CRYSTALS-Kyber を中心とした格子暗号方式の実装安全性に高い関心が集まっている。本
年度は、CRYSTALS-Kyber の全鍵を世界最高効率で全復元できる攻撃を発見した[4]。
また、同攻撃に対して安全な実装方式を合わせて提案・実証した。
３． 次世代暗号の設計に関する研究：
Contention 型キャッシュサイドチャネル攻撃は、2018 年 1 月にその最初の攻撃である
Meltdown と Spectre が発表されて以降、CPU システム・ユーザの秘密情報に対する極めて現実的かつ重大な脅威とされ、関連報告が加速度的に増大している。これらの攻撃は現代のほぼ全ての CPU が採用しているキャッシュ構造や投機実行などのハードウェアレベル
の脆弱性を悪用する攻撃であり、個々のアプリケーションソフトウェア開発者が対策を講じることは極めて難しいため、これらの攻撃に対して安全な CPU アーキテクチャの設計が急務となっていた。Cache-Randomization はそのような対策技術の一つとして期待されていたが、Cache-Randomization を具体的に実装するためにどのような関数が必要なのかは明らかになっていなかった。本成果では，Cache-Randomization に必要な安全性要件・機能要件を定式化し、それに特化した超低遅延調整値付きブロック暗号 SCARF を設計し、そのハードウェアおよびアーキテクチャレベル評価を行った[3]。

＜ 職員名 ＞
教 授

本間 尚文（2016 年より）

助 教

上野 嶺

秘 書

服部 美紀子＜プロフィール＞
本間

尚文 1997 年 3 月 東北大学工学部情報工学科卒業。2001 年 9 月 同大学院情報科学研

究科システム情報科学専攻博士後期課程修了。2001 年 10 月 同大学院助手/助教。2009 年 4 月
同大学院准教授。2016 年 6 月 同大電気通信研究所教授、現在に至る。博士(情報科学)。20092010 年/2016-2017 年 国立パリ高等情報通信大学客員教授。RIEC Award (2012 年)、IEEE EMCBest Symposium Paper Award (2013 年)、IACR CHES Best Paper Award (2014 年)、SCIS イノベーション論文賞 (2014 年、2015 年)、日本学術振興会賞(2018 年)、市村学術賞(2018 年)、German
Innovation Award (2018 年)、ドコモ・モバイル・サイエンス賞（2022 年）など受賞。

＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] Rei Ueno, Naofumi Homma, Akiko Inoue, and Kazuhiko Minematsu, “Fallen Sanctuary: A Higher-Orderand Leakage-Resilient Rekeying Scheme,” IACR Transactions on Cryptographic Hardware andEmbedded Systems, 2024(1), pp. 264-308, 2023.
[2] Katsumi Ebina, Rei Ueno, and Naofumi Homma, “Side-Channel AnalysisAgainst SecOC-Compliant
AES-CMAC,” IEEE Transactions on Circuits andSystems II: Express Briefs vol. 70, No. 10, pp. 37723776, October 2023.
[3] Federico Canale, Tim Güneysu, Gregor Leander, Jan Philipp Thoma, Yosuke Todo, and Rei Ueno,“SCARF---A Low-Latency Block Cipher for Secure Cache-Randomization,” USENIX Security
Synposium '23, pp.1937–1954, Anaheim, CA, USA, August 2023.
[4] Yutaro Tanaka, Rei Ueno, Keita Xagawa, Akira Ito, Junko Takahashi, and Naofumi Homma, “MultipleValued Plaintext-Checking Side-Channel Attacks on Post-Quantum KEMs,” IACR Transactions on
Cryptographic Hardware and Embedded Systems, 2023(3), pp.473–503, 2023.
[5] Rei Ueno, Yusuke Yagyu, and Naofumi Homma, “Efficient DFA-Resistant AES Hardware Based on
Concurrent Fault Detection Scheme,” 2023 IEEE 53rd International Symposium on Multiple-Valued
Logic (ISMVL), pp.196–201, Matsue, Japan, May 2023.

50

人間・生体情報システム研究部門

３. 3 人間・生体情報システム研究部門の目標と成果
情報通信システムの高度化のためには，人間の情報処理過程の仕組みの解明とその応用，
いつでも・どこでも通信できる環境の実現が重要である．本部門は，生体情報生成の解明，
音声・視覚を中心とした人間情報処理過程の解明を進め，情報通信環境の最適化を行うことにより，人間によりフレンドリーな高度情報通信システムを実現することを目標としている．
この目標をより確実に達成するため，以下の 7 分野体制で研究を進めている：(1) 生体と情報通信環境について有用な情報の創成と制御システム実現を目指す生体電磁情報研究分野，(2) 聴覚認識情報処理過程の解明と高次音環境及びマルチモーダル情報の認識・符号化・提示システムの研究開発を行う先端音情報システム研究分野，(3) 視覚を中心とした脳の情報処理機構の解明と視環境・情報環境評価などの応用的展開の研究を行う高次視覚情報システム研究分野，(4) 生物のようにしなやかかつタフに実世界環境に適応可能なシステムの設計原理の理解を目指す実世界コンピューティング研究分野，(5) 微細加工技
術とバイオ材料との融合により新機能バイオ情報デバイスの創成を目指すナノ・バイオ融合分子デバイス研究分野，(6) インタラクティブコンテンツ研究分野，(7) 脳型コンピュータハードウェアの研究を行うソフトコンピューティング集積システム研究分野．
2023 年度の各分野の研究目標と成果の概要を以下に示す．
(1) 生体電磁情報研究分野（目標）磁気的微細構造を制御した磁性体を利用し，磁気が本質的に有する特徴を活かしたデバイスを開発することで，生体あるいは電気機器の発する電磁界を情報として捕らえるための超高感度センサ並びにシステムの確立，ならびに生体情報を能動的に取得するためのシステムの確立を目指して研究を遂行した．
（成果）我々は，パルスレーザーと磁性ガーネットを利用した高周波磁界計測システムを開発している．このシステムを，市販されているアナログ高周波回路（周波数シンセサイ
ザ）に適用したところ，IC チップの中央付近で最も強い漏洩磁場が確認された．これは，本手法を使用しなければ，分からなかったことである．今後は，市販の電子機器を含
め，幅広い電子回路の磁界計測が可能であることを示す．さらに，より高精度な高周波磁界計測システムの実現，および新しい磁気光学デバイス開発を目指し，磁性ガーネット材
料の新しい作製方法を開発した．レーザーを用いることで磁性ガーネットを局所的に加熱し，結晶化することに成功した．これにより，半導体回路基板や光回路基板上に，磁気光学材料を部分的に作製することが可能になった．これを踏まえ，システムの性能向上，および新しい磁気光学デバイス開発を進めている．
(2) 先端音情報システム研究分野（目標）ヒトの最重要情報処理過程の一つである聴覚系の情報処理過程と，聴覚を含む複合感覚情報処理過程を明らかにするとともに，その知見を応用して，臨場感あふれる音響
通信システムやユーザインターフェイス等の開発を行っている．
（成果）聴覚情報・多感覚情報処理過程に関する研究では，聴覚オブジェクトの知覚様相を明らかにする研究を行い，音圧，周波数，空間特性の各属性が，聴覚オブジェクトの統合，分離知覚にどのように寄与するのかを明らかにした．さらにアファンタジアと呼ばれる視覚イメージの形成が困難な特質がどの程度存在するかについても研究を進めた．3 次
元音空間収音・提示技術に関する研究では，複数の球状マイクロホンアレイを用いた音空間収音技術の開発を進め，これまでの方法に比べより広い領域での音空間を精度高く収音出来る技術の提案を行った．
51

人間・生体情報システム研究部門(3) 高次視覚情報システム研究分野（目標）人間の視覚に関する脳内の情報処理機構を解明する事により，人間に適した視環
境・情報環境の設計や，情報機器の評価などの応用的展開を目標として研究を行っている．
（成果）2023 年度の主な成果は以下の 2 件である．1）視覚処理の促進効果である注意に関して、行動との関連を検討した。指さし課題と同時に視覚刺激の認識課題を与えると、指差し課題のゴール位置が視覚刺激処理に影響することを実験的に確認した。指差しのゴール位置とトップダウンの注意位置では、空間的広がりが異なり、それぞれの特性が脳波から分離できることから、指先しのゴール位置には、トップダウン注意と独立の注意効果が生じていると考えられる。２）顔表情を利用して学習時の集中度を推定する手法について、個人差の影響を検討した．学習への集中度が高いほど，学習と無関係な刺激（課題非関連刺激）の検出に時間がかかることから，顔表情による課題非関連刺激に対する応答時
間予測が集中度の評価に利用できる．機械学習によって応答時間予測が可能であるが、学習に用いたデータを取得した被験者以外のデータの予測の精度は非常に低くなることを明らかにした。それを踏まえて個人やグループへのカスタマイズについても検討した。
(4) 実世界コンピューティング研究分野（目標）生物が示すしなやかかつレジリアントな振る舞いに内在する適応能力の発現原理の解明，ならびにその人工物システムへの実装方策の構築を目指す．
（成果）2023 年度の主たる研究成果は以下の通りである：(1) イトミミズの群れが織りな
す不整地走破メカニズムを明らかにした． (2)形態の異なる動物のように重心位置に応じた旋回歩行を四脚ロボットによって実現した．(3) 解剖学的知見に基づく柔軟な身体を有する四脚ロボットを設計した．
(5) ナノ・バイオ融合分子デバイス研究分野（目標）ナノテクノロジーとバイオ・有機材料との融合により固体チップ上に多様な生体機能を再構成し，これらに基づく種々の電子・イオンデバイスを開発し，健康社会のための新技術として展開することを目指している．
（成果）2023 度の主たる成果は以下の通りである：(1) 膜タンパク質の一種イオンチャネルの機能を示す時系列データであるチャネル電流を，チャネルの開閉状態に対応する 2 つのレベルに分類する自動解析システムを開発した．(2) マイクロ流体デバイスを用いて，モジュール構造と呼ばれる人工神経細胞回路を実現し，神経回路の自発活動パターンに及ぼす炎症性サイ
トカインの影響を評価した．(3)電気化学発光イメージングを用いて，再生医療や創薬分野での活用が期待されるスフェロイドを対象に，呼吸活性および代謝変化を追跡可能な測定系を構築した．

52

人間・生体情報システム研究部門(6) インタラクティブコンテンツ研究分野（目標）コンピュータで直接扱えるようにデジタル化されているものだけでなく，身の回
りのあらゆるものをコンテンツと捉え，これらを活用して人々が快適に，または効率的・直感的に作業をしたり，円滑かつ豊かなコミュニケーションができるようにするために，
人と空間（およびその構成物）のインタラクションを考慮して，インタラクティブコンテ
ンツに関する研究に取り組む．
（成果）本年度の主な成果は次の 4 つである．(1) 無限に広がるバーチャル空間を狭い部
屋で歩き回れる新技術として，連続的なドアの開扉動作によるリダイレクション法の提案，(2) 水流を観測データから深層強化学習で再現する流体シミュレーション法を提案，(3) 三人称視点と AR を用いて遠隔地を飛行するドローンの周囲状況を分かりやすく提示することで、ドローンの安全な操縦を実現するユーザインタフェースを提案， (4) VR 空
間内の音ではなく，リアル／フィジカル空間から発せられる音が知覚に与える影響について実験した結果，実空間内のある位置に固定された音源を提示した場合に，リダイレクテ
ッドウォーキングの視覚操作がその音源に対する定位精度を低下させ，結果としてその効果を向上させる可能性を示した．

(7)ソフトコンピューティング集積システム研究分野（目標）脳の情報処理様式に学んだ、高性能で効率的、柔軟でロバストな情報処理が可能なブレインモルフィックハードウェアの研究・開発を目指している。
（成果）2023 年度は、予測的なダイナミクスを導入したニューロンモデルを提案し、これをリザバーニューラルネットワークへ応用し、時系列予測性能が向上すること、及び、記
憶容量の時間遅れに対する指数的減衰特性が性能向上に寄与することを明らかにした。また、時空間系列コンテキスト学習・記憶ネットワークモデルをイベント駆動スパイキング
ニューラルネットワーク学習回路システムとして実装するため、連続値・時間時間の微差分方程式として記述し、プロトタイプ回路により有効性を実証した。

53

人間・生体情報システム研究部門

生体電磁情報研究室

生体との良好なコミュニケーションを目指して

図 1 市販のアナログ高周波回路（周波数シンセサイザ）から発生している漏洩磁界分布を測定した様子。本手法により、チップの中央部分に大きな漏洩磁界があることが分かった。

生 体 電 磁 情 報 研 究分 野
生 体 電 磁 情 報 材 料分 野

教 授
准教授

石山
後藤

図 2 磁気センサや光通信に使われる磁気光学材料をレーザー局所加熱で作製した。これにより磁気光学材料を半導体回路や光回路と融合することが可能になった。

和志太一＜ 研 究 室 の 目 標＞
磁気的微細構造を制御した磁性体を利用し、磁気が本質的に有する特徴を活かしたデバ
イスを開発することで、生体あるいは電気機器の発する電磁界を情報として捕らえるための超高感度センサおよびシステムの確立、ならびに生体情報を能動的に取得するためのシ
ステムの確立を目指して研究を進める。これらの研究を通じて、生体の発する情報を受け取る技術や生体に対して働きかけを行う技術の確立を目指す。
＜2023 年度の主な成果＞
１． 高周波磁界計測に関する研究
我々は、パルスレーザーと磁性ガーネットを利用した高周波磁界計測システムを開発している。今回、このシステムを市販されているアナログ高周波回路（周波数シンセサイザ）に適用したところ、IC チップの中央付近で最も強い漏洩磁場が確認された（図 1）。これは、本手法を使用しなければ分からなかったことである。今後は、市販の電子機器をふくめ、幅広い電子回路の磁界計測が可能であることを示す。
２． 新たな磁気光学材料の研究
より高性能な高周波磁界計測システムの実現および、新しい磁気光学デバイス開発を目指し、磁性ガーネット材料の新しい作製方法を開発した。従来磁性ガーネットは、電気炉を使って、基板全体を 700 度近くに高温にすることで、結晶化し、作製していた。この手法は、簡便で、高い磁気光学効果が得られる一方で、基板全体が高温に晒されるため、異種材料あるいは異種デバイスとの融合を難しくしていた。そこで、図 2 のようなレーザーを用いた局所加熱装置を開発した。これにより、半導体回路基板や光回路の上に、磁気光学材料を部分的に作製することが可能になった。本手法を用いることで、計測システムの性能向上、および新しいデバイス開発が進展することを期待している。

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人間・生体情報システム研究部門＜ 職員名 ＞教 授

石山 和志（2007 年より）准教授

後藤 太一（2022 年より）＜プロフィール＞
石山 和志 1986 年 3 月 東北大学工学部電気工学科卒業。1988 年 3 月

同大学院工学研究科

電子工学専攻博士前期課程修了。1988 年 4 月 同大電気通信研究所助手。1993 年 1 月 博士
（工学）学位取得。2003 年 1 月

同助教授。2003 年 4 月から 2005 年 3 月まで内閣府総合科学

技術会議事務局参事官補佐（兼務）。2007 年 4 月

東北大学電気通信研究所教授、現在に至る。

磁気工学ならびに磁気応用に関する研究開発に従事。電気学会優秀論文発表賞（1991）、原田研究奨励賞（1996）、Best Paper Award on International Conference on Ferrites （2000）、生体医工学シンポジウムベストリサーチアワード（2004）、日本応用磁気学会論文賞（2005）。
後藤 太一 2008 年 3 月 豊橋技術科学大学工学部卒業。2009 年 3 月 同大学院工学研究科電気・電子工学専攻博士前期課程期間短縮修了。2011 年 9 月 同博士後期課程期間短縮修了、博士（工学）学位取得。日本学術振興会特別研究員 DC1・PD、海外特別研究員、マサチューセッ
ツ工科大学ポスドク研究員を経て、2013 年豊橋技術科学大学助教、2022 年東北大学電気通信研究所准教授、現在に至る。ナノ・マイクロスケールの磁気光学デバイス・材料の研究開発に従事。2015～2019 年に科学技術振興機構さきがけ研究員。2016～2020 年マサチューセッツ工科大客員研究員。文部科学大臣表彰・若手科学者賞受賞（2019）。

＜2023 年度の主な発表論文等＞
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]

Takenori Karita, Ryuta Ishida, Taichi Goto, and Kazushi Ishiyama, “Proposal of high frequency nearmagnetic field measurement method applicable to actual circuits in electronic devices,” Transaction of theMagnetics Society of Japan Special Issues, Vol. 7, pp. 40-44, 2023.
Keigo Toyoda, Taichi Goto, and Kazushi Ishiyama, "Analysis of strain sensor operation by local
anisotropy measurement," Transaction of the Magnetics Society of Japan Special Issues, Vol. 7, pp. 108111, 2023.
Yuki Yoshihara, Kazushi Ishiyama, Toshiaki Watanabe, Pang Boey Lim, Mitsuteru Inoue, Caroline A.
Ross, and Taichi Goto, "Growth of magnetooptical cerium-substituted yttrium iron garnet on yttrium
aluminum garnet using ion beam sputtering," Applied Physics Letters, Vol. 123, p. 112404, 2023.
Hibiki Miyashita, Yuki Yoshihara, Kanta Mori, Takumi Koguchi, Pang Boey Lim, Mitsuteru Inoue,
Kazushi Ishiyama, and Taichi Goto, "Vacuum laser annealing of magnetooptical cerium-substituted
yttrium iron garnet films," Optical Materials, Vol. 146, p. 114530, 2023.
Kanta Mori, Takumi Koguchi, Toshiaki Watanabe, Yuki Yoshihara, Hibiki Miyashita, Dirk Grundler,
Mitsuteru Inoue, Kazushi Ishiyama, and Taichi Goto, "Orientation-dependent two-dimensional magnonic
crystal modes in an ultralow-damping ferrimagnetic waveguide containing repositioned hexagonal latticesof Cu disks," Physical Review Applied, Vol. 21, p. 014061, 2024.

55

人間・生体情報システム研究部門

先端音情報システム研究室

快適な音環境・高度な音響通信技術の実現を目指して
人間の情報処理過程の解明人間の情報処理に根ざしたシステム開発

聴覚
体性
感覚

統合
相互作用
視覚

!

人間は，聴覚をはじめ様々な感覚器官から入力される情報を，能動的・統合的に処理することで，外界を認知する．
その仕組みを解明

融基
合礎
一と
体応
研用
究の

視聴覚情報，体性感覚情報等を総合的に正しく再現することにより，臨場感にあふれ，人にやさしい空間表現を実現する．
高度な空間情報提示装置を開発

本分野での研究テーマのイメージ図

先端音情報システム研究分野

教

授

坂本

修一

＜研究室の目標＞
本研究室の研究目標は，人間の知覚情報処理系の中で最重要な情報処理過程の一つである“聴覚”における情報処理過程を明らかにすることである。さらに，聴覚情報と視覚・体性感覚情報とのマ
ルチモーダル処理過程についても研究を行っている。これらの知見を応用し，高度な音響情報通信システムやユーザインターフェース，さらには臨場感にあふれ快適な 3 次元音空間表現を実現する。
＜2023 年度の主な成果＞
１． 聴覚および聴覚を含む多感覚情報処理過程の解明
人間は同時並列的に複数の感覚器官に入力された情報を取捨選択，統合して外界をより安定・正確に認識している。本研究室ではこのような人間の認識過程に着目し，その主要な感覚情報の一つである聴覚情報を中心に，この聴覚・多感覚情報処理過程の解明に取り組んでいる。
2023 年度は，聴覚知覚体制化に関して研究を進めた。聴覚知覚体制化は，様々な音の中から聞きたい音を選択的に聴取するカクテルパーティー効果のメカニズムを知る上で重要な情報処理過程である。これまでに，複数提示された音脈列における統合知覚と分離知覚の知覚様相の変化を指標として，周波数や音の大きさなどの物理パラメータと音脈の知覚（音脈分凝）についての研究が多くなされてきた。今回は特に空間に着目し，空間位置の変化が音脈分凝にどのような影響を与えるかについて聴取実験を実施して検討した。その結果，空間位置が離れることにより分離知覚が増加すること，さらに，この音脈分凝に影響する空間位置のずれの大きさには方向依存性があるといった興味深い結果が得られた[1]。今後は，聴覚選択的注意が今回得られた結果にどのように影響するかを検討し，聴覚知覚体制化における聴覚選択的注意の影響を調べていく予定である。
56

人間・生体情報システム研究部門

そのほかにも，視覚イメージの形成が困難で頭の中にイメージを視覚化できない状態であるアファンタジアについて，このアファンタジアを示す人の割合がどの程度いるのか，および，視覚に関連する質問紙の結果との関係について，調査研究の結果から明らかにした[2]。
２． 3 次元音空間の制御・再現法の研究
3 次元音空間高精度収音・再生技術は，高臨場感など高次の感性情報に基づくコミュニケーショ
ンシステムを構築するうえで，重要な要素技術である。その中でも，音源位置から耳までの音響伝達特性である頭部伝達関数は，バイノーラルにて音空間を提示する際の最も重要な要素の一つであり，これまでに多くの研究者がその形状や合成法について研究を行ってきた。2023 年度は，特に複数の球状マイクロホンアレイを用いた広領域音空間収音提示技術の開発を進めた。その結果，仮想球モデルを用いたバイノーラル音空間再生技術 ADVISE を規範として，複数の球状マイクロホ
ンアレイを用いて仮想球上の音圧を求め，その音圧分布から聴取点の音圧を算出する方法を提案し，その有効性を確認した[3]。この結果は国際学会において招待講演にて発表した。
そのほかにも，近距離頭部伝達関数の合成法や，2 チャネルステレオ音源やモノラル音源など空間情報を含まない音源に 3 次元空間情報を付与するアップミックス技術，音空間印象を規定する物
理要因の検討などについても多くの成果を得た。

＜職員名＞
教

授

坂本 修一（2019 年より）＜プロフィール＞
坂本

修一

1995 年 3 月 東北大学工学部情報工学科卒業。1997 年 3 月

ステム情報科学専攻博士前期課程修了。2000 年 10 月

同大学院情報科学研究科シ

東北大学電気通信研究所助手，2011 年 7 月同准教授，2019 年 8 月同教授，現在に至る。この間，2004 年 3 月に東北大学大学院工学研究科電気及び通信工学専攻博士後期課程修了。2007 年

McGill University 客員研究員。聴覚を含む複数感覚情報処

理過程の解明，および，その工学応用に関する研究に従事。日本音響学会粟屋潔学術奨励賞（2005 年），
同佐藤論文賞（2017），同論文賞佐藤賞（2022）受賞。日本音響学会理事（2016 年 6 月～2020 年 5 月，
2021 年 5 月～）。

＜2023 年度の主な発表論文等＞
[1]

[2]

[3]

The effect of angular disparity between sound source sequences on the perceptual organization of auditory objects
S. Sakamoto and M. Tamakawa
Proc. 185th Meeting of the Acoustical Society of America (Acoustics 2023), 3pPPa10 (2023).
Diversity of aphantasia revealed by multiple assessments of visual imagery, multisensory imagery, and cognitivestyle
J. Takahashi, G. Saito, K. Omura, D. Yasunaga, S. Sugimura, S. Sakamoto, T. Horikawa, and J. Gyoba
Frontiers in Psychology, 14, 1174873 (2023).
Sound field recording using distributed spherical microphone arrays based on a virtual spherical model (invitedlecture)S. Sakamoto and K. Katada
Proc. INTERNOISE2023, 1-5-17, (6-page manuscript) (2023).

57

人間・生体情報システム研究部門

高次視覚情報システム研究室

視覚コミュニケーションのための視覚機能理解

ヒトの脳の視覚処理系を探求し、その成果を人間工学、画像工学などへ展開し、人間
性豊かな視覚コミュニケーションの実現を目的とする。そのために心理物理学的実験
を中心に脳機能測定やコンピュータビジョン的アプローチを利用して、視覚による立
体認識、運動認識、色認識、注意や眼球運動による選択機構の研究を行っている。


高次視覚情報システム研究分野 教 授 塩入 諭注意・学習研究分野 准教授 曽 加蕙＜研究室の目標＞
人間の脳機能は、環境に柔軟に適応できるシステムによって実現されている。このような脳機能を知ることは、工学を含め我々を取り巻く環境のデザインや評価にとってもっとも重要な課題のひとつである。本研究分野では、脳機能について特に視覚系の働きの研究から探求し、その成果を情報通信における人間工学、画像工学などへ展開することを目的としている。人間の視覚特性を知るための心理物理学的実験を中心に脳機能測定やコンピュータビジョン的アプローチを利用して、視覚による立体認識、運動認識、色認識、注意や眼球運動による選択機構の研究を行っている。
＜2023 年度の主な成果＞
１． 手の動きに応じた視覚的注意
 視覚的注意は意図的に対象に向けられるトップダウン注意と顕著な音や視覚刺激に誘導されるボトムアップ注意があると考えられてきたが、近年身体や行動と関連した注意過程が報告されている。我々は、手が次の作業のために運動する場合などにおいて、注意が先
行して運動ゴール位置に移動する可能性に注目した。トップダウン注意と独立した手のゴール位置への注意の存在を示すために、両者を個別に制御して注意効果を計測した。その結果は、手のゴール位置に注意を向けるための、トップダウン注意と別の処理系があることを示した。実験においてボトムアップ注意による誘導効果は生じない条件であり、手が動くのに先行して移動位置の視覚処理を促進する注意処理過程があることを示唆する。こ
の考えは、手のゴール位置の注意とトップダウン注意の空間的広がりが異なる（後者が広い）ことからも支持される。
58

人間・生体情報システム研究部門

２． 動作による感情表現の分類と文化の影響の検討
 言葉によるコミュニケーションが効果的でない場合には、体の動きが敵味方の区別をつけるなどに有効である。しかし、行動がどのように意思表示や理解につながるのか、また、文化がこの能力にどのような影響を与えるのかは不明である。我々は、プロのパフォーマ
ーを研究室に招き、こうした試みに取り組んだ。彼らの動きはモーションキャプチャーシ
ステムによって記録され、運動情報のみを抽出するために点の動きに変換された。オンラ
イン実験プラットフォームを利用し、観察者がこれらのアニメーションを視聴し、知覚した印象報告を収集した。その結果、(1)観察者は動きから感情を判断できる。(2)日本人観察者は、非日本人観察者よりも否定的な表情を検出する能力が優れている。(3)観察者は、親しみを判断する能力がほぼ完璧であることが明らかになった。今後、同人種優位性や文化的効果を検討し、それらのメカニズムの解明を進める。

＜職員名＞
教 授 塩入 諭（2005 年より）准教授 曽 加蕙（2016 年より）助 教 羽鳥 康裕（2018 年より）、Sun Sai（2020 年より）
秘 書 永島 亜未＜プロフィール＞
塩入 諭 1986 年 東京工業大学・大学院総合理工学研究科博士課程修了。その後 1989 年 5月までカナダ・モントリオール大学心理学科において博士研究員として勤務。カナダより帰国
後、1990 年 4 月まで ATR 視聴覚機構研究所で勤務。1991 年 5 月より千葉大学工学部画像工学科・助手。情報画像工学科・助手、助教授、同大学メディカルシステム工学科教授を経て、2005 年 3 月より東北大学電気通信研究所・教授。1988.5 Fight for Sight 賞受賞、1993.3 応用物
理学会光学論文賞受賞、1999.7 照明学会論文賞受賞、2000.5 映像情報メディア学会丹生高柳著
述賞受賞、2010 Distinguished Contributed Paper of the 2010 SID International Symposium曽 加蕙台湾国立大学で学士号および修士号を取得後、カリフォルニア大学アーバイン校にて博士号を取得。その後、米国ラトガース大学認知科学センター視覚研究室で博士研究員。多くのアジアの都市でコミュニティへの参加を促すために科学アウトリーチ活動を行っている。また、香港で乳児科学者プログラムと乳児研究施設の所長を務める。台湾と香港で大学教員を務めた後、2016 年より東北大学電気通信研究所准教授。

＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] Wei Wu, Zhan Li, Takumi Miura, Yasuhiro Hatori, Chia-huei Tseng, Ichiro Kuriki, Yoshiyuki Sato, Satoshi
Shioiri; Different Mechanisms for Visual Attention at the Hand-movement Goal and Endogenous Visual
Attention. J Cogn Neurosci 2023; 35 (8): 1246–1261[2] Spillmann, L., Hsu, L.C., Wang, W. Chen, C.C., Yeh, C.I., Tseng, C.H.. Gestalt neurons and emergent
properties in visual perception: a novel concept for the transformation from local to global processing.
Journal of Vision, 23(12):8, 1-5. (2023)[3] Fujiwara, K., Cheng, M., Tseng, C.H., Kitamura, Y. Reading emotions from bodily movements: The
development of the Motion Unit AI. Journal of Information Processing. (2023)

59

人間・生体情報システム研究部門



実世界コンピューティング研究室

生き物のようにレジリアントな知能システムの創成
イトミミズの群れが織りなす
不整地走破メカニズム

重心位置に応じた旋回歩行を実現する四脚ロボット

実世界コンピューティング研究分野 教 授 石黒 章夫
実世界数理モデリング研究分野   准教授 加納 剛史
＜研究室の目標＞
実世界コンピューティング研究室では，生物のようにしなやかかつタフに実世界環境に適応可能
な｢生き生きとしたシステム｣の設計原理の理解を目指した研究を進めている．その中核となる概念
が｢自律分散制御｣である．自律分散制御とは，比較的単純な認知・判断・運動機能を持つ要素（自律個）が多数存在し，それらが相互作用することによって，個々の要素の単純性には帰着できない
ような非自明な大域的特性（機能）を自律個集団から創発させるという，｢三人寄れば文殊の知恵｣をまさに地でいくような制御方策である．本研究室では，ロボティクスや数理科学，生物学，物理学といったさまざまな学問領域を縦横無尽に行き来しながら，｢ハードでリジッド｣なシステムを基盤とする既存技術では決して達成し得ない，生物のような｢しぶとさ｣や｢したたかさ｣，｢打たれ強さ｣，｢多芸多才さ｣といった知を有する，｢ソフトでウェット，コンティニュアム｣な知的人工物シ
ステムの創成を目指す．
＜2023 年度の主な成果＞
１． イトミミズの群れが織りなす不整地走破メカニズム
太さ 0.3mm，長さ 10-40mm 程度の小さなイトミミズは，その柔軟な身体をくねらせ，たくさんの個体が絡まり合って団子のような塊を形成する．このイトミミズの塊は，あたかも一つの生き物であるかのように，状況に応じて形状を変化させながら動き回ることができる．本研究では，行動観察実験，数理モデリング，シミュレーションを通して，イトミミズの塊が地面の凹凸を利用して移動するしくみを世界で初めて明らかにした．この成果は動物の群れが複雑なデコボコした自然界で動き回るしくみの理解にのみならず，たくさんの「やわらかい」ロボットが協調して変幻自在に機能を発揮する，新しい工学システムの実現につながると期待される．
60

人間・生体情報システム研究部門

２． 重心位置に応じた旋回歩行を実現する四脚ロボット
ウマやサルなど重心位置が異なる動物は，重心位置の近い前脚か後脚で旋回に必要な横力を発生させる．こうした形態的特徴に対して適応的な旋回運動の制御メカニズムを明らかにするために本研
究では，床反力の大きさに基づいた脚の協調制御則を提案した．ロボット実機を用いた検証実験の結果，ロボットの重心位置に応じて効果的に旋回を生み出す脚の協調パターンの生成に成功した．
この成果は，動物の運動制御原理の理解のみならず，搬送タスクにおける四脚ロボットの重心位置に対する適応性を向上させることが期待できる．

＜職員名＞
教 授    石黒 章夫 （2011 年より）准教授    加納 剛史 （2016 年より）助 教    福原 洸  （2018 年より）
助 教

安井 浩太郎（2020 年より）

秘 書    門間 いずみ （2021 年より）＜プロフィール＞
石黒 章夫 1991 年 3 月 名古屋大学大学院工学研究科博士後期課程修了（工学博士）．1991 年 4 月名古屋大学工学部助手． 1997 年 5 月 名古屋大学大学院工学研究科助教授．2006 年 4 月 東北大学大学院工学研究科教授． 2011 年 4 月 東北大学電気通信研究所教授，現在に至る．生物規範ロボティク
ス，数理生物システム論に関する研究に従事．IEEE/RSJ IROS Best Paper Award（2004 年）, IEEE/RSJ IROSBest Paper Award Nomination Finalist（2003 年，2009 年）, Ig Nobel Prize（2008 年），IEEE/RSJ NTF Award
Finalist for Entertainment Robots and Systems（2011 年），IEEE/RSJ JCTF Novel Technology Paper Award for
Amusement Culture Finalist（2012 年），計測自動制御学会論文賞（2014 年），CLAWAR Association BestTechnical Paper Award（2014 年），計測自動制御学会システム情報部門 Best Research Award（2014 年）。

＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] Mikami T, Wakita D, Kobayashi R, Ishiguro A, Kano T (2023) Elongating, entwining, and dragging: mechanism foradaptive locomotion of tubificine worm blobs in a confined environment. Front. neurorobot, 17:1207374..
[2] Amaike, H., Fukuhara, A., Kano, T., & Ishiguro, A. (2023). Decentralized Control Mechanism Underlying
Morphology-Dependent Quadruped Turning. Journal of Robotics and Mechatronics, 35(5), 1290-1299.
https://doi.org/10.20965/jrm.2023.p1290

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人間・生体情報システム研究部門

ナノ・バイオ融合分子デバイス研究室

ナノテクノロジーとバイオ材料との融合による新機能デバイスの創出

PDMS マイクロ流体デバイス中に形成した人工神経細胞回路

微小電流データのための適応的自動解析システム

ナノ・バイオ融合分子デバイス研究分野

教授

電気化学発光イメージングによるスフェロイドの呼吸活性評価
L-012: ルミノール誘導体, AP:
アミノフタル酸

平野 愛弓＜研究室の目標＞
微細加工技術とバイオ・有機材料との融合により，高次情報処理を可能にする様々な分子デバイスの開発を目指す．半導体微細加工技術を薬物スクリーニング等に応用するバイオエレクトロニクスの研究
や，有機材料に基づくデバイス開発，生きた細胞を使って神経回路を作り上げ，固体基板上に脳機能を再構成しようとする研究を進めている．これらのデバイスは情報通信システムと結合可能であり，健康社会のための新技術として実現することを目指している．

＜2023 年度の主な成果＞
１． 微小チャネル電流データに対する適応的自動解析システムの開発
膜タンパク質イオンチャネルの機能は，チャネルを透過するイオン電流（チャネル電流，pA レベル）の計測によって評価される．チャネル電流の解析では，各測定点における電流値をチャネルの開状態と閉状態に対応する 2 つのレベルに分類する「理想化」と呼ばれるプロセスから始めるが，計測の S/N が低いことが解析の障壁となっていた．本年度は，この理想化プロセスを低 S/N の単一チャネル電流に対して行うための自動解析システムを開発した．擬似チャネル電流データセットを生成して，この解析システムの性能を評価した結果，約 8 割の電流データに対して，本システムの方が従来の 50％閾値に比べて高い正答率を示した．これらの結果を国際誌 Biophysical Journal 誌に発表するとともに，解析プログ
ラムと擬似チャネル電流データセットを研究データリポジトリ Zenodo にて公開した．

２． 人工神経細胞回路の医工学デバイス応用に関する研究
マイクロ流体デバイスを用いて神経細胞をパターニングすることで，モジュール構造と呼ばれる脳神経系で見られる結合構造を模した人工神経細胞回路を実現した．そして，COVID-19 患者において血中濃度が最も増加した炎症性サイトカインである IL-6 が神経細胞回路の自発活動パターンに与える影響を調べた．実験の結果，高濃度（10 ng/mL）の IL-6 に 24 時間暴露されると，神経活動の同期性が上昇することや，その効果はモジュール性が高い回路においてより顕著に見られることなどを明らかにし，
国際誌 Biochemical Biophysical Research Communications 誌にて発表した．
62

人間・生体情報システム研究部門

３． 電気化学発光イメージングを用いたスフェロイドの活性評価
3 次元培養環境で作製されるスフェロイドは，生体模倣性の高い培養細胞組織として再生医療や創薬分野での活用が期待される．本研究では電気化学発光イメージングを用いてスフェロイドの呼吸活性および代謝物の計測を行う測定系を構築した．電気化学発光種として酸素濃度に応じて発光輝度が正比例
するルミノール誘導体を用いることで，電極基板上の複数のスフェロイドの酸素消費を一斉に評価することができる．まず，乳がん細胞スフェロイドに薬剤を投与したときの呼吸量変化を計測し，本系が薬効評価に有効であることを国際誌 Electrochimica Acta 誌にて報告した．また，骨再生医療の移植材料として期待される間葉系幹細胞スフェロイドを作製し，電気化学発光イメージングとマイクロ流体デバイスを用いた評価を行った．本研究により骨分化誘導に伴うスフェロイドの代謝変化や，幹細胞性の維持が組織形成に与える影響について明らかにすることができた（Electrochmica Acta, accepted）．

＜職員名＞
教

授

平野 愛弓

助

教

但木 大介

助

教

小宮 麻希

助

教

平本 薫

＜プロフィール＞
平野 愛弓 1998 年

東京大学大学院理学系研究科博士課程修了．博士（理学）．1998 年日本学術振興会

特別研究員（PD），2001 年

日本大学文理学部助手，2003 年

英国国立医学研究所博士研究員，2006 年

日本学術振興会海外特別研究員，2005 年

東北大学電気通信研究所助手，2008 年同大大学院医工学研究科准教授，2016 年 同大電気通信研究所教授，現在に至る．微細加工技術に基づくに新機能バイオデ
バイスの開発に従事．所属学会は，応用物理学会，日本表面真空学会，日本化学会，日本分析化学会，
日本薬理学会．

＜2023 年度の主な発表論文等＞[1]

M. Sato, M. Hariyama, M. Komiya, K. Suzuki, Y. Tozawa, H. Yamamoto, A. Hirano-Iwata, “Model-freeidealization: Adaptive integrated approach for idealization of ion channel currents”, Biophys. J, 122, 39593975 (2023).

[2]

M. Sakaibara, H. Yamamoto, H. Murota, N. Monma, S. Sato, A. Hirano-Iwata, “Enhanced responses toinflammatory cytokine interleukin-6 in micropatterned networks of cultured cortical neurons”, Biochem.
Biophys. Res. Commun., 695, 149379 (2024).

[3]

K. Hiramoto, K. Komatsu, R. Shikuwa, A. Konno, Y. Sato, A. Hirano-Iwata, K. Ino, H. Shiku, “Evaluation of
respiratory and secretory activities of multicellular spheroids via electrochemiluminescence imaging”,
Electrochimica Acta, 458, 142507 (2023).

[4]

K. Hiramoto, A. Konno, Y. Nashimoto, A. Hirano-Iwata, K. Ino, H. Shiku, “Osteogenic differentiation ofmesenchymal stem cell spheroids: A microfluidic device and electrochemiluminescence imaging study”,
Electrochimica Acta, accepted.

63人間・生体情報システム研究部門

インタラクティブコンテンツ研究室

インタラクティブコンテンツを実現する技術の研究開発

(a)

(b)

(c)

インタラクティブコンテンツ研究分野

(d)

教

授

ヒューマンコンテンツインタラクション研究分野

北 村 喜文准教授

高 嶋 和毅＜研究室の目標＞
コンピュータで直接扱えるようにデジタル化されているものだけでなく，身の回りのあらゆるものをコンテンツと捉え，これらを活用して人々が快適に，または効率的・直感的に作業をしたり，円滑かつ豊かなコミュニケーションができるようにするために，人と空間（およびその構成物）のインタラクシ
ョンを考慮して，インタラクティブコンテンツに関する研究を進めています．

＜2023 年度の主な成果＞
１． ルームスケール VR のための開扉時触覚提示・リダイレクション手法
VR 空間内での歩行時に，開扉の触覚フィードバックを再現するとともに，ユーザの進行方向を操作することで現実世界の限られた空間を有効活用するようユーザを誘導するシステムを開発しました（図 a，[1]）．

２． VR の空中インタラクションを支援するロボティックタッチサーフェス
VR の空中インタラクションによる疲労や精度低下の問題を解決するため，任意の位置・角度にタッチ
サーフェスを配置可能なロボットシステムを開発しました（図 b, [2]）．
３． 拡張 3 人称視点による周囲状況理解支援ドローン操縦ユーザインタフェース
ドローンの遠隔操縦を支援するために，副ドローンによる 3 人称視点，および AR での空間情報の重畳表示を用いたユーザインタフェースを開発しました（図 c, [6]）．
64人間・生体情報システム研究部門

４．

水流を観測データから深層強化学習で再現
実際の液体全体の流れを、限られた観測データからリアルタイムに，深層強化学習を用いてバーチャル世界に再現する手法を提案しました．（図 d, [3]）．

＜職員名＞
教

授

北村 喜文

准教授

高嶋 和毅

助

藤田 和之

教

池松 香

＜プロフィール＞
北村 喜文 1987 年大阪大学大学院基礎工学研究科博士前期課程修了．同年キヤノン株式会社，1992 年
ATR 通信システム研究所，1997 年大阪大学大学院工学研究科／情報科学研究科 助教授／准教授．2010
年東北大学電気通信研究所教授，現在に至る．博士（工学）．情報処理学会フェロー，日本バーチャルリ
アリティ学会フェロー．SIGGRAPH Asia 2015 Conference Chair や CHI 2021 General Chair 等多くの国際会議等でいろいろな役割を務めてきた．IFIP TC-13 (Human-Computer Interaction)日本代表，ACM SIGCHI
Asian Development Committee や Japan ACM SIGCHI Chapter 等の Chair にも就いてきた．IEEE VGTC
Virtual Reality Academy 会員，日本政府観光局の MICE アンバサダーにも認定されている．
高嶋 和毅 2008 年大阪大学大学院情報科学研究科博士後期課程修了．同年大阪大学大学院国際公共政策研究科助教（兼任：情報科学研究科），2011 年東北大学電気通信研究所助教，2018 年東北大学電気通信研究所准教授，現在に至る．博士（情報科学）．2008 年情報処理学会インタラクション ベストペーパ
ー賞 DIS 2016 Honorable Mention Award, 2017 年情報処理学会論文誌ジャーナル特選論文等を受賞．

＜2023 年度の主な発表論文等＞
1.

2.

3.
4.

5.

6.

Yukai Hoshikawa, Kazuyuki Fujita, Kazuki Takashima, Morten Fjeld, Yoshifumi Kitamura, RedirectedDoors+: DoorOpening Redirection with Dynamic Haptics in Room-Scale VR, IEEE Transactions on Visualization and Computer
Graphics, Vol. 30, Issue: 5, pp. 2276-2286, Mar. 2024.
Ryota Gomi, Kazuki Takashima, Yuki Onishi, Kazuyuki Fujita, Yoshifumi Kitamura, UbiSurface: A Robotic Touch
Surface for Supporting Mid-air Planar Interactions in Room-Scale VR, Proc. of the ACM on Human-Computer
Interaction, Vol. 7, Issue ISS, Article no. 443, pp. 376-397, Nov. 2023.
Kinfung Chu, Jiawei Huang, Hidemasa Takana, Yoshifumi Kitamura, Real-Time Reconstruction of Fluid Flow under
Unknown Disturbance. ACM Trans. Graph. Vol. 43, Issue: 1, Article 4, 14 pages, Oct. 2023.
Kumpei Ogawa, Kazuyuki Fujita, Shuichi Sakamoto, Kazuki Takashima, Yoshifumi Kitamura, Exploring VisualAuditory Redirected Walking using Auditory Cues in Reality, IEEE Transactions on Visualization and Computer
Graphics, to appear.
Kazuyuki Fujita, Kazuki Takashima, Yuichi Itoh, Yoshifumi Kitamura, Human-Workspace Interaction: prior research
efforts and future challenges for supporting knowledge workers, Quality and User Experience, Vol. 8, Article no. 7,
Aug. 2023.
Maakito Inoue, Kazuki Takashima, Kazuyuki Fujita, Yoshifumi Kitamura, BirdViewAR: Surroundings-aware Remote
Drone Piloting Using an Augmented Third-person Perspective, Proc. of the 2023 CHI Conference on Human Factors
in Computing Systems (CHI '23), Article No. 31, pp. 1-19, May. 2023.

65

人間・生体情報システム研究部門

ソフトコンピューティング集積システム研究室

ブ レ イ ン モ ル フ ィ ッ ク コ ン ピ ュ ーテ ィ ン グ ハ ー ド ウ ェ ア の 開 発

ソフトコンピューティング集積システム研究分野

教

授

堀尾

喜彦

＜研究室の目標＞
脳の情報処理様式に学んだ、高性能で効率的、柔軟でロバストな情報処理装置である脳型コンピュータハードウェアの実現を目標とする。特に、脳が多数の神経細胞の複雑なネットワークであることに注目し、その生物物理的な高次元複雑ダイナミクス（プロセス）を、アナログ集積回路やデバイスのダイナミクスにより直接的に実装する。そのため、高次元カオス結合系や大規模複雑系集積回路、超低消費電力非同期ニューラルネットワーク集積回路、スピントロニクスデバイスによるニューロンや不揮発アナログシナプス回路など、脳型コンピュータハードウェア実現のための基
盤・応用技術の開発を行っている。これにより、最新の脳科学の知見に基づいた「ブレインモルフィックコンピューティングパラダイム(Brainmorphic Computing Paradigm)」の創成を目標とする。さらに、ダイナミックに状態や機能的結合構造が変化する神経ネットワークや、身体性の導入などにより、自己や意識を持つ自律的な脳型コンピュータの実現を目指す。
＜2023 年度の主な成果＞
１． 予測的ニューロンを用いたリザバーニューラルネットワーク(NN)の研究
ニューロンの内部状態と出力を自身にフィードバックさせることで、ニューロン自身に予測的なダイナミクスを導入したニューロンモデルを提案した。これを、リザバーNN 中の(1)リザバー層ニ
ューロンとして用いた場合と、(2)出力層ニューロンとして用いた場合について、それぞれ検討を行った。その結果、(1)では、エコーステートプロパティの十分条件を導出することにより、ネットワークの設計を可能とし、さらに、予測的ダイナミクスが時系列の閉ループ予測性能を向上させること、それが記憶容量の時間遅れに対する指数的減衰特性に起因することを明らかにした。一方、(2)66人間・生体情報システム研究部門

では、カオス時系列の 1 ステップ予測性能が向上することをシミュレーション実験により明らかにした。これは、ハードウェアコストを大幅に改善できる画期的な成果である。
２． 時空間系列コンテキスト学習・記憶ネットワークに関する研究
時空間系列コンテキスト学習・記憶ネットワークモデルをイベント駆動スパイキングニューラ
ルネットワーク学習回路システムとして実装するため、連続時間・連続値の微分・差分方程式として記述した。さらに、アナログ/デジタル混成回路によるプロトタイプを個別部品により実装し、提案回路の有効性を確認した。また、集積回路実装では各シナプス結合値を取り出して学習性能を評価することが困難であるため、観測可能なネットワークの出力から学習性能を評価する方法として、ハミング距離ヒストグラムとその階層的 2 次元マップ法を提案した。これらにより、集積回路設計
時の回路パラメータの事前決定が可能となった。

＜職員名＞
教

授

堀尾 喜彦（2016 年より）特任助教

織間 健守（2023 年 5 月より）技術補佐員

高橋 真梨子、日比野 智香子＜プロフィール＞
堀尾 喜彦 1982 年 3 月 慶應義塾大学工学部電気工学科卒業。1987 年 3 月 同大学院工学研究科電気工学専攻博士課程修了。1987 年 4 月 東京電機大学工学部助手。1991 年 4 月 同講師。1993 年 10 月 同助教授。2000 年 4 月 同教授。2016 年 4 月 東北大学電気通信研究所教授、現在に至る。2021 年 4 月より、ナノ・スピン実験施設長。東京電機大学 名誉教授。非線形アナログ集積回路、ニューラルネットワーク
集積回路、複雑工学システムの研究に従事。安藤博記念学術奨励賞(1990)、IEEE Myril B. Reed Award(1991)、
NCSP Best Paper Award(2005, 2007, 2008. 2013, 2020)、IEEE NDES Best Paper Award (2005, 2007)、
ICSI-ISIS Best Paper Award(2008)、電子情報通信学会 NOLTA ソサイエティ特別功労賞(2016)、電子情報通信学会フェロー(2018)、応用物理学会優秀論文賞(2019)、NOLTA2020 Best Paper Award(2020)。

＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] T. Orima, T. Tsuji, and Y. Horio, "An extended spatiotemporal contextual learning and memory network model for
hardware implementation," Procedia Computer Science, vol. 222, pp. 478-487, 2023. DOI:
10.1016/j.procs.2023.08.186[2] T. Orima, Y. Horio, T. Tsuji, and M. Furuya, "Analysis of hippocampal spatiotemporal contextual learning memory
model for hardware implementation," in Proc. 5th International Symposium on Neuromorphic AI Hardware, p. 22,
Kita-Kyushu, Japan, March 1-2, 2024
[3] Go Ishii, Yoshihiko Horio, and Takemori Orima, "Effect of memory capacity characteristics on time-series
prediction in reservoir neural network consisting of neurons with local temporal history," in Proc. The 10th
Anniversary Korea-Japan Joint Workshop on Complex Communication Sciences, BP-6 (3 pages), Beppu, Ohita,Japan, January 29-31, 2024. (Best Student Paper Award 受賞)[4] T. Orima, T. Tsuji, Y. Horio, S. Moriya, and S. Sato, "Memory state evaluation of spatio-temporal contextual
learning memory network based on output spike rate," in Proc. International Symposium on Nonlinear Theory and
Its Applications, pp. 378-381, Catana, Italy, September 26-29, 2023. DOI: 10.34385/proc.76.B4L-35[5] T. Tsuji, T. Orima, and Y. Horio, "Detailed evaluation of spatiotemporal learning rule based on Hamming distancesamong output vectors," in Proc. International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications, pp. 415-418,
Catana, Italy, September 26-29, 2023. DOI: 10.34385/proc.76.C1L-31[6] T. Orima, T. Tsuji, and Y. Horio, "An extended spatiotemporal contextual learning and memory network model for
hardware implementation," in Proc. of International Joint Conference on Neural Networks, paper no. 1570883985(10 pages), Gold Coast, Queensland, Australia, June 18-23, 202367

ナノ・スピン実験施設

３．4 ナノ・スピン実験施設「ナノ・スピン実験施設」は、本研究所附属研究施設として平成16年4月1日に設置された。その目的は、情報通信を支えるナノエレクトロニクス・スピントロニクス基盤技術を創生することにある。これを実現するため、「ITプログラムにおける研究開発推進のための環境整備」によって整備されたナノ・スピン総合研究棟とその主要設備を用いて、本研究所および本所と密接な関係にある本学電気・情報系の各研究分野と共にナノテクノロジーに基づいた電子の電荷・スピンを駆使する基盤的材料デバイス技術の研究開発を進め、さらに全国・世界の電気通信分野の研究者の英知を結集した共同プロジェクト研究を推進する。
現在、ナノ・スピン総合研究棟では、「ナノ・スピン実験施設」が推進するナノ集積デバイス・システム、スピントロニクス、ナノ・バイオ融合分子デバイスの各基盤技術を担当する施設研究室と、国際集積センタープロジェクト室、施設共通部、及び超ブロードバンド信号処理研究室、
ソフトコンピューティング集積システム研究室、量子デバイス研究室が連携して研究を進めている。これらの陣容で、上記基盤技術を創生し、ナノエレクトロニクス・スピントロニクスにおける世界のセンターオブエクセレンス(COE)となることを目標としている。

以下に、施設研究部と利用研究室の令和 5 年度の研究成果のハイライトを記す。

68

ナノ・スピン実験施設

ナノ集積基盤技術関連● ナノ集積デバイス・システム（佐藤茂雄・櫻庭政夫・山本英明）(1) 多様な神経パルスを再現し極低電力で動作するスパイキングニューラルネットワーク
LSI を用いてリザバー計算システムを構成した。音声や手書き文字などのデータを、低電力で正しく分類できることを電気測定により確認した。
(2) 負性抵抗エサキダイオードの開発を目指し、ECR プラズマ CVD を用いてキャリア濃度が2x1020 cm-3 に達する高濃度 P ドープ Si 薄膜形成を実現した。さらに、高濃度 P ドープ Si のウェットエッチングによる pn 接合ダイオード製作プロセスの構築を進め、良好な整流特性を確認した。
(3) 哺乳類大脳皮質に見られるネットワーク構造と神経活動パターンとの相互関係を検証するために、微細加工基板上で神経細胞を培養し、その刺激応答をリアルタイムに計測する新たな実験系を構築した。リザバーコンピューティングの枠組みを用いて神経活動パターンをデコーディングし、モジュール性が高いネットワークではパターン分類性能が上昇することなどを明らかにした。
● ソフトコンピューティング集積システム（堀尾喜彦）
脳の情報処理様式に学んだ、高性能で効率的、柔軟でロバストな情報処理が可能なブレインモ
ルフィックハードウェアの研究・開発を行っている。本年度の主な成果を以下にまとめる。
(1) ニューロン自身に予測的なダイナミクスを導入したニューロンモデルを提案し、これをリザ
バーニューラルネットワーク中の(A)リザバー層ニューロンとして用いた場合と、(B)出力層ニューロンとして用いた場合について、それぞれ検討を行った。その結果、(A)では、エコーステート
プロパティの十分条件を導出することにより、ネットワークの設計を可能とし、さらに、予測的ダイナミクスが時系列の閉ループ予測性能を向上させること、それが記憶容量の時間遅れに対す
る指数的減衰特性に起因することを明らかにした。一方、(B)では、カオス時系列の 1 ステップ予測性能が向上することをシミュレーション実験により明らかにした。これは、ハードウェアコストを大幅に改善できる画期的な成果である。
(2) 時空間系列コンテキスト学習・記憶ネットワークモデルをイベント駆動スパイキングニュー
ラルネットワーク学習回路システムとして実装するため、連続値・時間時間の微差分方程式として記述した。さらに、アナログ/デジタル混成回路によるプロトタイプを個別部品により実装し、提案回路の有効性を確認した。また、集積回路実装では各シナプス結合値を取り出して学習性能を評価することが困難であるため、観測可能なネットワークの出力から学習性能を評価する方法
として、ハミング距離ヒストグラムとその階層的 2 次元マップ法を提案した。これらにより、集積回路設計時の回路パラメータの事前決定が可能となった。

スピントロニクス基盤技術関連● スピントロニクス（深見俊輔・金井駿）
固体中の電子の電荷とスピンの自由度を使った省エネルギーかつ高機能なスピントロニクス素子の実現を目的としてスピントロニクス物理、材料、素子に関する研究を行っている。令和 5 年
度は主に以下の成果に関する論文発表を行った。(1) マイクロマグネティックシミュレーションを用いてナノスケールジャイロイドネットワークが取り得る磁気構造を解明した。(2) ノンコリ
ニア反強磁性体の磁気八極子のスピン軌道トルクに対する応答が磁気双極子の応答とは決定的に異なること（掌性異常）を発見した。(3) パターンを形成した下地の利用による自己組織化ナノス
ケールネットワーク構造の方位を揃える方法を確立した。(4) 確率動作磁気トンネル接合素子を用いた方向性確率的ニューラルネットワークを実証した。(5) 高密度 STT-MRAM 実現に向けた極69

ナノ・スピン実験施設

微細磁気トンネル接合素子のクロストークに由来した充填限界を解明した。(6) 保持特性、及び動作速度が重要となる応用向け STT-MRAM 実現のための極微細磁気トンネル接合素子の設計し史を体系化してまとめた。(7) CMOS 回路と確率動作磁気トンネル接合からなるヘテロジーニアス確率論的コンピュータを提案し、その基本動作を実証した。
● 超ブロードバンド信号処理（尾辻泰一・佐藤昭）
本研究室では、いまだ未開拓な電磁波領域であるミリ波・テラヘルツ波帯の技術を開拓し、次世代の情報通信・計測システムへ応用することを目的として、III-V 族化合物半導体ならびに炭素
同素体単原子材料グラフェンを材料系として用い、プラズモンなどの新しい動作原理の導入によって、新規の集積型ミリ波・テラヘルツ波電子デバイスと回路システムの創出を目指している。
さらに、それらを応用した超高速無線通信システムや安心安全のための分光・イメージング技術などの超ブロードバンド信号処理技術に関する研究開発を推進している。本年度は、以下の成果を得た。
1.

グラフェンによる電流注入型テラヘルツレーザーの創出

我々は、電子・正孔が相対論的 Dirac 粒子として振る舞うグラフェンの電荷振動量子：Dirac
プラズモンの物性を応用した新原理電流注入型テラヘルツレーザートランジスタを開発し、独自の非対称二重回折格子ゲート構造を有する試作素子により、室温下でプラズモン不安定性を由来とする最大利得 9％のテラヘルツ帯コヒーレント増幅に成功している。今回、グラフ
ェン Dirac プラズモンの Coulomb ドラッグ効果および Zener-Klein トンネル効果に由来する新たな２つの不安定性機構を理論発見し，そのテラヘルツ利得帯域特性を明らかにした。
（国際
学術論文 3 編；国際会議招待講演 10 件）。
2. プラズモニック・テラヘルツ検出素子の開発
将来の超高速無線通信システム実現に向けて、InGaAs 系高電子移動度トランジスタ（InGaAsHEMT）のチャネル内における二次元プラズモンの流体力学的非線形性を活用した、独自の金属
回折格子構造を有するプラズモニック・テラヘルツ検出素子の研究を進めている。今年度は、出力信号のゲート端子読み出し方式において、電子トンネリングに起因するダイオード電流非線形性がプラズモン流体非線形性に重畳された”三次元整流効果”を、正ゲート電圧印加によって発現させ、検出感度を従来の負ゲート電圧印加時よりも一桁向上させることに成功した（2023.11. プ
レスリリース；招待講演 2 件）。
● 量子デバイス（大塚朋廣）
本研究室では、新しい情報処理、通信に向けた基盤研究として、人工的に作製、制御した固体
ナノ構造における物性解明、およびデバイス応用の研究を進めている。固体ナノ構造中の局所電
子状態の電気的な精密高速測定、制御技術を駆使することにより、固体ナノ構造における物理現象を解明し、固体ナノ構造における電子物性を活用した新しい材料、デバイスの研究、開発を行っている。
(1) 固体ナノ構造中の局所電子状態を解明し活用するために、局所的な電子状態に直接的にアクセスできる測定、制御手法を開発している。測定感度やダイナミックレンジの改良等、手法の改良を進めるとともに、原子層材料等の新しい材料においても技術開発を行った。
(2) 電気的精密高速測定手法を活用することにより、固体ナノ構造デバイスにおける局所電子状態を測定した。半導体量子ドットやナノ粒子等の微細構造、新材料における電子状態等についてその詳細の測定、解明を行った。
(3) 半導体量子ドット中の電子スピンは、量子情報処等に向けた量子ビットの候補として研究が進められている。我々は局所電子状態の精密高速測定・制御技術を活用して、半導体量子ビット
等の量子デバイスの研究を行った。量子ビット操作、読み出しに関する研究とともに、新材料の活用や集積化に向けた研究を行った。

70

ナノ・スピン実験施設

ナノ・バイオ融合分子デバイス基盤技術関連● ナノ・バイオ融合分子デバイス（平野愛弓）
微細加工技術とバイオ・有機材料との融合により、高次情報処理を可能にする様々な分子デバ
イスの開発を目指す。半導体微細加工技術を薬物スクリーニング等に応用するバイオエレクトロニクスの研究や、有機材料に基づくデバイス開発、生きた細胞を使って神経回路を作り上げ、固体基板上に脳機能を再構成しようとする研究を進めている。これらのデバイスは情報通信システ
ムと結合可能であり、健康社会のための新技術として実現することを目指している。
(1) 微小チャネル電流データに対する適応的自動解析システムの開発
膜タンパク質イオンチャネルの機能は、チャネルを透過するイオン電流（チャネル電流，pA レベル）の計測によって評価される。チャネル電流の解析では、各測定点における電流値をチャネ
ルの開状態と閉状態に対応する 2 つのレベルに分類する「理想化」と呼ばれるプロセスから始めるが、計測の S/N が低いことが解析の障壁となっていた。本年度は、この理想化プロセスを低 S/Nの単一チャネル電流に対して行うための自動解析システムを開発した。擬似チャネル電流データセットを生成して、この解析システムの性能を評価した結果、約 8 割の電流データに対して、本システムの方が従来の 50%閾値に比べて高い正答率を示した。これらの結果を国際誌 BiophysicalJournal 誌に発表するとともに、解析プログラムと擬似チャネル電流データセットを研究データリ
ポジトリ Zenodo にて公開した。
(2) 人工神経細胞回路の医工学デバイス応用に関する研究
マイクロ流体デバイスを用いて神経細胞をパターニングすることで、モジュール構造と呼ばれる脳神経系で見られる結合構造を模した人工神経細胞回路を実現した。そして、COVID-19 患者において血中濃度が最も増加した炎症性サイトカインである IL-6 が神経細胞回路の自発活動パター
ンに与える影響を調べた。実験の結果、高濃度（10 ng/mL）の IL-6 に 24 時間暴露されると、神経活動の同期性が上昇することや、その効果はモジュール性が高い回路においてより顕著に見られることなどを明らかにし、国際誌 Biochemical Biophysical Research Communications 誌にて発表した。
(3) 電気化学発光イメージングを用いたスフェロイドの活性評価
3 次元培養環境で作製されるスフェロイドは、生体模倣性の高い培養細胞組織として再生医療や創薬分野での活用が期待される。本研究では電気化学発光イメージングを用いてスフェロイドの呼吸活性および代謝物の計測を行う測定系を構築した。電気化学発光種として酸素濃度に応じて発光輝度が正比例するルミノール誘導体を用いることで、電極基板上の複数のスフェロイドの酸素消費を一斉に評価することができる。まず、乳がん細胞スフェロイドに薬剤を投与したときの呼吸量変化を計測し、本系が薬効評価に有効であることを国際誌 Electrochimica Acta 誌にて報告した。また、骨再生医療の移植材料として期待される間葉系幹細胞スフェロイドを作製し、電気化学発光イメージングとマイクロ流体デバイスを用いた評価を行った。本研究により骨分化誘導に伴うスフェロイドの代謝変化や、幹細胞性の維持が組織形成に与える影響について明らかにすることができた（Electrochmica Acta, accepted）。

71

ブレインウェア研究開発施設

３．5 ブレインウェア研究開発施設
ブレインウェア研究開発施設は、本研究所附属研究施設として平成 16 年 4 月の研究組織の改組・再編と同時にブレインウェア実験施設として新設され、その後、平成 26 年度概算要求の採択を機に、平成 26 年 4 月にブレインウェア研究開発施設と名称変更した。その目的は、電脳世界と時々刻々複雑に変化する実世界をシームレスに融合する次世代情報システムを、世界に先駆けて実現する基盤技術の創製とその応用分野を展開することである。そのために、本研究所及び本所と密接な関係にある本学電気・情報系の各研究分野の研究成果と全国のブレインウェア分野の研究者の英知を結集して研究を行う。
この施設は、適応的認知行動システム研究部（認識・学習システム研究室）、自律分散制御シス
テム研究部（実世界コンピューティング研究室）、脳型 LSI システム研究部（新概念 VLSI システ
ム研究室、ソフトコンピューティング集積システム研究室）、ブレインアーキテクチャ研究部の４
研究分野の協力の下に、研究及び施設の運営を行う。

＜施設の目標＞本施設の目標は、電脳世界と時々刻々複雑に変化する実世界をシームレスに融合する次世代情報システムを、世界に先駆けて実現する基盤技術の創製とその応用分野を展開することである。この目標の実現へ向け、本施設に参画する各研究室では、下記の個別目標を設定し、研究活動を推進している。
実世界コンピューティング研究室：生物は、自身の身体に持つ膨大な自由度を巧みに操り、自己組織的に振る舞いを生成することで、非構造的かつ予測不能的に変動する実世界環境に対してリア
ルタイムで対処している。本研究室では、自律分散制御を中核的な概念に据え、生物のようにしなやかかつレジリアントに実世界環境に適応可能な｢生き生きとしたシステム｣の設計原理の理解と72

ブレインウェア研究開発施設

その知的人工物システムへの実装方策の構築を目指す。
新概念VLSIシステム研究室：配線数、電力消費及び材料特性ばらつきに起因する信頼性低下が超微細VLSIにおいて益々問題となる。そこで本研究室では、従来の延長上にはない新しい概念に基づ
くVLSIアーキテクチャに関する研究、すなわち不揮発記憶機能を有する新デバイスを演算回路に分散配置させることで高性能性・多機能性と高信頼性の両立を可能にする不揮発性ロジックインメモ
リVLSIアーキテクチャなど、高性能VLSIプロセッサの実現に関する研究を推進し、従来技術の問題を全く新しい視点から解決する新概念VLSIコンピューティングパラダイムの実現を目指す。
認識・学習システム研究室：人間は、環境の中で頻繁に自らの身体部位を動かしながら、視覚情報や触覚情報といった複数の感覚情報から外界を認識し、その認識に基づいて複雑で多様な行動を効率的かつ適応的に行うことができる。本研究室では、このような人間の認知行動システムが示す
適応的な情報処理原理とその機能を実験的に解明し、その知見に基づいて脳内で認識・学習する過程のモデル構築を目指す。
ソフトコンピューティング集積システム研究室：脳の情報処理様式に学んだ、高性能で効率的、柔軟でロバストなブレインモルフィックコンピュータパラダイムの創成とそのハードウェア実現を目標とする。特に、物理的な高次元複雑ダイナミクスなどのプロセスによる情報処理を活用し、アナログ集積回路を核とした計算システムとして実装する。さらに、ダイナミックな状態や構造の変化や体性感覚などの導入により、自己や意識を持つ自律的な脳型コンピュータの研究も目指す。
＜2023 年度の主な成果＞
ブレインウェア研究開発施設の目標である、電脳世界と実世界のシームレスな融合に向けて種々の研究成果を挙げた。特に、2023 年度の下記研究成果は、本目標に向けた重要な前進である：
・イトミミズの群れが塊となって不整地環境を移動するメカニズムに関する研究を報告（実世界コンピューティング研究室）
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnbot.2023.1207374/full・Stochastic computing の活用により、1,000 ノード以上の大規模組合せ最適化問題の求解に成功（新概念 VLSI システム研究室）
https://doi.org/10.1109/TNNLS.2022.3159713
・「色名カテゴリーの境界に関する文化間比較」についての研究を報告（認識・学習システム研究室）
https://scholar.google.co.jp/citations?view_op=view_citation&hl=ja&user=I9qDcUsAAAAJ&sortby=pub
date&citation_for_view=I9qDcUsAAAAJ:cRMvf6lLvU8C
・「顔特徴分析による学習者の支援要望状態の推定」についての研究を報告（認識・学習システム研究室）
https://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/3573051.3596182
・海馬の時空間列コンテクスト学習・記憶ニューラルネットワークモデルを、微分差分方程式として記述。
（ソフトコンピューティング集積システム研究室）
https://doi.org/10.1016/j.procs.2023.08.186
なお、各研究室のより詳細な研究成果については以下の通りである：
実世界コンピューティング研究室：（人間・生体情報システム研究部門実世界コンピューティング研究室を参照）
新概念 VLSI システム研究室：（計算システム基盤研究部門新概念 VLSI システム研究室を参照）
認識・学習システム研究室：（人間・生体情報システム研究部門高次視覚情報システム研究室を参照）（人間・生体情報システム研究部門先端音情報システム研究室を参照）
ソフトコンピューティング集積システム研究室：（人間・生体情報システム研究部門ソフトコンピューティング集積システム研究室を参照）

73

ブレインウェア研究開発施設

認識・学習システム研究室

人間の認識・学習機構の理解（高次視覚情報システム研究分野

教

授

塩入

諭）

（先端音情報システム研究分野

教

授

坂本

修一）

＜研究室の目標＞
情報通信技術は，社会活動の基盤となるコミュニケーションを支えている。近年の情報通信技術の急速な進歩に伴い，人の行動に内在する意図や感情も考慮した新たな情報通信環境による，質的に異なったコミュニケーションの実現が期待されている。このような情報通信環境の構築には人間の外界認識に関わる認知機能の理解が必要不可欠である。本研究室では，外界から入力される様々な情報を人間が統合処理し脳内で認識・学習する過程を明らかにし，その知見に基づいてこれまでとは質的に異なった情報通信環境を構築するための感覚情報提示の設計原理の確立，および，脳型 LSI など神経細胞を模擬するハードウェアへの実装を目指して研究を進めている。
＜2023 年度の主な成果＞
1. 色名カテゴリーの境界に関する文化間比較
色知覚に関する生理学的知見は，文化による大きな差異はないことを示し，また Berlin と Kay の研究（1969）以来，異なる言語間での共通性についてはよく知られている。本研究では，複数の言
語話者に対して，共通の実験を実施した結果について，情報通信に色名を利用するという視点で考察し，まとめた。英語話者（米国被験者），日本語話者，中国語話者（台湾被験者）それぞれに対する実験結果を，色を分離する各単語のカバーする色の範囲を定量的に評価することで，共通点と相違点を調査した結果，高い共通性があることから，異なる言語話者間でも，共通言語話者間と同程
度に色名を利用したコミュニケーションが成立することを示した。一方，日本語においては，青と異なる色領域として水色があるなど言語間での差異も明らかにした。

74

ブレインウェア研究開発施設

２．聴覚知覚体制化における時空間特性の影響
両耳に同時並列的に入力された音情報をそれぞれの聴覚オブジェクトにグルーピングするプロ
セスは聴覚知覚体制化と呼ばれており、複雑な音響シーンを適切に認識する上で極めて重要な情報処理過程である。しかし、聴覚知覚体制化にどのような物理パラメータがどの程度寄与するかについては、現在でも未解明な部分が多い。
本研究では、特に空間に関連する物理パラメータに着目し、聴覚知覚体制化に寄与する時空間パ
ラメータの影響について研究を進めている。2023 年度は、物理パラメータを制御する事で単一の音
脈と二つの音脈のいずれにも知覚されうる状況を作り出せる音脈分凝を対象に、周波数と空間位置を変化させた音刺激を用いて、音脈分凝の知覚様相に各パラメータが及ぼす影響を検討した。実験の結果、周波数で得られる傾向と同様に、空間位置が離れる事によって二つの音脈に分離知覚されやすくなること、得られた空間特性は方向依存性を持ち、周辺にいくに従って空間位置が違っていても分離知覚されにくくなるといった結果が得られた。このことは、人間の音空間知覚における空間分解能が関連している可能性を示唆するものである。
そのほかにも、視覚イメージの形成に困難を有する状態であるアファンタジアに関し、どの程度の割合の人がアファンタジアを有するのかといった調査研究結果を、教育心理学を専門とする研究者との共同研究により報告した。

＜職員名＞
教

授（兼）

塩入 諭（2005 年より）

教

授（兼）

坂本 修一（2019 年より）

[1]

S Shioiri, R. Tokunaga, I. Kuriki, Volume 1 Cross-Linguistic Studies, edited by Masatoshi
Koizumi, Berlin, Boston: De Gruyter Mouton, 2023, pp. 41-62.
Kato, H., Takahashi, K., Hatori, Y., Sato, Y., Shioiri, S. (2023). Prediction of Engagement from Facial
Expressions: Effect of Dynamic Factors. In: Kondo, K., Horng, MF., Pan, JS., Hu, P. (eds) Advances inIntelligent Information Hiding and Multimedia Signal Processing. IIHMSP 2022. Smart Innovation, Systems
and Technologies, vol 339. Springer, Singapore.
R. Miao, H. Kato, Y. Hatori, Y. Sato and S. Shioiri, "Analysis of Facial Expressions to Estimate the Level ofEngagement in Online Lectures," in IEEE Access, vol. 11, pp. 76551-76562, 2023
S. Sakamoto, “Binaural sound field recording and reproduction using spherical microphone arrays,” Proc. The
7th Noise and Vibration: Emerging Methods (NOVEM 2023) (Keynote Forums) (2023).
S. Sakamoto, M. Tamakawa, “The effect of angular disparity between sound source sequences on theperceptual organization of auditory objects,” Proc. 185th Meeting of the Acoustical Society of America(Acoustics 2023), 3pPPa10 (2023).
J. Takahashi, G. Saito, K. Omura, D. Yasunaga, S. Sugimura, S. Sakamoto, T. Horikawa, J. Gyoba, “Diversityof aphantasia revealed by multiple assessments of visual imagery, multisensory imagery, and cognitive style,”
Frontiers in Psychology, 14, 1174873 (2023).

[2]

[3]
[4]
[5]

[6]

75

21世紀情報通信研究開発センター

３．6

２１世紀情報通信研究開発センター

産学官連携による実用化技術の研究開発＜センターの目標＞
電気通信研究所がこれまでに蓄積してきた情報通信技術 (IT) に関する実績を，産学官連携研究開発体制により，5 年間の期間をもって実用化技術として完成させることを目的とする．大学の保有する基本技術をコアとして，社会が求めるアプリケーションニーズとマッチングをとり，設計・実装・評価まで行うことで，製品化へ適応可能な実用化技術を完成させる．プロジェクトの推進には，産業界からの技術者を多く受け入れ，大学の保有する先端技術，先端設備を研究開発現場にて体験することで，若手技術者の教育・社会人技術者の再教育センターとしての役割を果たす．また，開発した技術を用いた新
しいビジネスモデルの創出と有力企業との産学連携などを通じて，全国並びに東北地区の産業と学術の振興に貢献することを目標としている．

＜2023 年度の主な成果＞
産学官連携研究プロジェクトに対応する産官学連携研究開発部と，(A)全学的に認められたプログラ
ムなど本学の複数部局の研究者で組織するものであって，将来の発展が期待できる学際的な研究プロジ
ェクトに対応する学際連携研究部と，(B)将来の発展が期待でき，研究期間終了後に IT21 センターのミッションである産官学連携プロジェクトにつながる可能性が十分に期待できる萌芽的研究プロジェク
トに対応する萌芽研究部の 3 部体制で運営した．学際連携研究部と萌芽研究部では，現在，以下のプロ
ジェクトを推進している．
(A)

1 プロジェクト

・スピントロ二クス・CMOS 融合脳型集積システムの研究プロジェクト（代表者：羽生 貴弘 教授）(B)

3 プロジェクト

・注意推定による教育支援システムの実現（代表者：塩入諭 教授）

・共生社会を実現するドローン利活用技術の研究（代表者：北村喜文 教授）・スマート工場を実現するワイヤレス IoT 基盤技術の研究開発（代表者：末松憲治 教授）

これまでの産学官連携研究プロジェクトに対応する産官学連携研究開発部においては，2002 年度から 2006 年度まで，文部科学省 IT プログラム（RR2002）のプロジェクトとして，「次世代モバイルイン
ターネット端末の開発」と「超高速高密度ハードディスクの開発」を受託し，研究開発を進めてきたが，モバイル分野においては 2007 年度～2014 年度はこれらの研究成果を発展させた「ディペンダブルワイ
ヤレスシステム・デバイスの開発」，2015 年度からはさらに「低炭素社会に貢献する情報通信用高効率
送信電力増幅モジュールの開発」を実施，またストレージ分野においては 2012 年度から東日本大震災
で明らかになったストレージの耐災害性の不備を向上させる「高機能高可用性情報ストレージ基盤技術の開発」を実施してきた．その後，総務省のプロジェクトとして，2017 年度から 2020 年度に，電波資源拡大のための研究開発「狭空間における周波数稠密利用のための周波数有効利用技術の研究開発」を，2019 年度から 2021 年度に，電波資源拡大のための研究開発「高ノイズ環境における周波数共用のための適応メディアアクセス制御に関する研究開発」を、それぞれ受託し，実施した．また，2020 年度から2023 年度に、NEDO のプロジェクトとして、ポスト 5G 情報通信システム基盤強化研究開発事業「新規結晶成長製造技術と、それを用いた高出力 GaN デバイスの研究開発」を受託し、実施した． 2022 年度
からは、総務省・SCOPE（国際標準獲得型）「製造分野における 5G 高度化技術の研究開発」、総務省・76

21世紀情報通信研究開発センター

電波資源拡大のための研究開発「空間伝送型ワイヤレス電力伝送の干渉抑制・高度化技術に関する研究開発」、情報通信研究機構(NICT) ・革新的情報通信技術研究開発委託研究 Beyond 5G 機能実現型プログラム基幹課題「Beyond 5G 宇宙ネットワーク向け Q/V 帯高機能デジタルビームフォーミング（DBF）
送受信システム技術および W 帯衛星搭載機器基盤技術の研究開発」の計 3 つのプロジェクトを実施し
ている．

＜職員名＞
センター長（教授）末松憲治

産官学研究開発部
ワイヤレス ICT プラットフォームプロジェクト
代表・教授（兼）

末松

憲治

特任教授

芝

隆司

特任教授

塚本

悟司

客員教授

板谷

聡子

客員准教授

本良

瑞樹

客員准教授

前畠

貴

学際連携研究部
スピントロ二クス・CMOS 融合脳型集積システムの研究プロジェクト
代表・教授（兼）

羽生

貴弘

教授（兼）

遠藤 哲郎

助教（兼）

李

涛

萌芽研究部
注意推定による教育支援システムの実現
代表・教授（兼）塩入諭

共生社会を実現するドローン利活用技術の研究
代表・教授（兼）北村喜文

スマート工場を実現するワイヤレス IoT 基盤技術の研究開発
代表・教授（兼）

末松

憲治

末松

憲治

運営委員
本研究所教授本研究所特任教授

工学研究科教授

齊藤

伸

山田

博仁

長谷川

剛

北村

喜文

情報科学研究科教授

田中

和之

佐藤

茂雄

本研究所事務長

三上

洋一

白井

正文

羽生

貴弘

廣岡

俊彦

芝

隆司

塚本

悟司

77

21世紀情報通信研究開発センター

産学官研究開発部
ワイヤレス ICT プラットフォームプロジェクト

ディペンダブル・エアの実現へ向けて
図面説明：
ディペンダブル・エア
現在規格化されている無線通信システムの通信速度と通信距離の関係を示したものである。
通信距離に応じて、広域系・無線 LAN 系・近距離系の三種類のシステムが存在する。
ユーザ端末には、電池の容量や人体への影響から 1W の送信電力制限があると考えると、2GHz 帯では図中の線のよ
うに通信距離と伝送速度との間にトレードオフが存在し、各々のシステムの高速化には限界が存在する。
当分野では、これら複数のシステムを統合することによって、最適な通信距離・伝送速度で通信できる小型・低消費電力無線通信端末用ハードウェアの実現を目指す。
また、これら複数のシステムが存在する場合に問題となる
システム間干渉問題を解消するために必要となる広帯域リアルタイム型周波数モニタリング技術の実現を目指す。

代表・教授（兼）
特任教授

末松 憲治
芝 隆司

特任教授

塚本 悟司

研究員

西野 有

＜研究室の目標＞
ユーザをネットワークに接続するアクセス回線技術としてのモバイルワイヤレス通信技術は、光ファイバによる超高速バックボーンネットワークとともに、ICT 社会の根幹を支える情報基盤技術である。世界の移動通信のリーダシップを担うわが国の移動通信技術は、日本経済を支える原動力としてますます発展する必要がある。IT-21 センター・モバイル分野では、発足以来、国内移動体通信機メーカーや第一種通信事業者との産学連携プロジェクトにより、広域通信と高速・大容量通信を両立し、かつ大規模災害時においても安定した通信回線の提供を可能とするディペンダブル・
エアの研究開発を行ってきた。
これまでに、（1）324Mbit/s 5GHz 帯無線 LAN 端末の開発、（2）ハイビジョン非圧縮伝送超小型
3D SiP（システム・イン・パッケージ）ミリ波無線端末の開発を行い、また（3）広域モバイルブロー
ドバンドワイヤレスアクセス（MBWA）実証実験により、自動車移動中のシームレスハンドオーバ、
無線 LAN と MBWA との異種ネットワーク間シームレスシステムハンドオーバを成功させてきた。さらに、これらの地上系無線通信方式のみならず準天頂衛星システムなどの衛星通信方式を融合することで無線通信ネットワークのディペンダビリティを実現させる提案を行ってきた。
2015 年からは、産学連携プロジェクトである JST A-STEP タイププロジェクト研究「低炭素社会に貢献する情報通信用高効率送信電力増幅モジュールの開発」を行った。2017 年度からは、総務省・電波資源拡大のための研究開発「狭空間における周波数稠密利用のための周波数有効利用技術の研究開発」のプロジェクトを実施し、複数の無線システムが存在する際生じるシステム間干渉問
題を解決するために必要となる広帯域リアルタイム型周波数モニタリング技術の開発を行った。
78

21世紀情報通信研究開発センター

2019 年度からは、総務省・電波資源拡大のための研究開発「高ノイズ環境における周波数共用のための適応メディアアクセス制御に関する研究開発」のプロジェクトを実施し、稼動物体との高信
頼無線通信技術の開発を行った。さらに、2020 年度からは、NEDO ポスト 5G 情報通信システム基
盤強化研究開発事業「新規結晶成長製造技術と、それを用いた高出力 GaN デバイスの研究開発」のプロジェクトを実施しており、B5G 向け Si RFIC の開発を行った。2022 年度からは、次の 3 件のプ
ロジェクトを実施している。1 つ目は、総務省・SCOPE（国際標準獲得型）「製造分野における 5G
高度化技術の研究開発」のプロジェクトであり、無線センサを用いたチャネルモデル測定系の開発を行っている。2 つ目は、総務省・電波資源拡大のための研究開発「空間伝送型ワイヤレス電力伝送の干渉抑制・高度化技術に関する研究開発」のプロジェクトであり、スペクトラムモニタを用いた無線電力伝送系と無線 IoT 混在下での漏洩電力スペクトラム観測技術の開発を行っている。3 つ目は、情報通信研究機構(NICT) ・革新的情報通信技術研究開発委託研究 Beyond 5G 機能実現型プ
ログラム基幹課題「Beyond 5G 宇宙ネットワーク向け Q/V 帯高機能デジタルビームフォーミング（DBF）送受信システム技術および W 帯衛星搭載機器基盤技術の研究開発」のプロジェクトであり，わが国独自の低軌道(LEO)コンステレーション衛星通信システムおよび LEO 衛星搭載用 Q/V 帯
フルディジタル方式 DBF アンテナ、W 帯衛星搭載用ミリ波デバイスの開発を行っている。
＜2023 年度の主な成果＞
１．スマートファクトリ用無線環境測定装置の開発
スマートファクトリ等では、異種の無線システム(無線 IoT、Local5G、空間伝送型ワイヤレス電力伝送)が混在するため、それぞれの無線信号の混信等により、通信速度が劣化してしまう等の問題があった。また、それらの通信速度を上げるため、空間分割多重アクセス方式(Spatial Division
Multiple Access, SDMA)等を用いる方法があるが、そのためには、無線通信系をなるべく保持したま
ま、その通信系のチャネルモデルを測定する必要があった。そこで、我々は、従来より開発してきた東北大学独自方式の、広帯域スペクトラムモニタ技術の応用展開を図り、上記、無線 IoT、各国の Sub6-Local5G、準ミリ波-Local5G、空間伝送型ワイヤレス電力伝送系に対応した、広帯域スペク
トラムモニタを開発し、さらに、そのスペクトラムモニタを用い、信号送信系回路の改良を施す事なく、測定環境を保持したまま、回線設計チャネルモデル（距離―受信電力、Type1 と呼称する）、
SDMA 設計用チャネルモデル（Power Dela Profile, PDP、Type2 と呼称する)の測定を可能とするシス
テムを構築 する。本年 度は、上記 スペクトラ ムモニタの 試作機を用 い、ドイツ の２事業 所（IFAK,DEMAG）にて、新たに提案を行った測定法による Sub6-Local5G の Type1 チャネルモデル
測定及び Type2 チャネルモデル測定を行い、有効な測定結果を確認した。
２．LEO コンステレーション衛星搭載用 DBF アンテナの概念設計
我が国独自の低軌道 (LEO)コンステレーション衛星通信では、新しいミリ波周波数帯である Q/V
帯の開拓が求められている。また、多数のフレキシブルなビームの実現も求められているため、ア
レーアンテナを用いたフルディジタル DBF 送受信機が必要である。本報告では、想定される LEO
コンステレーション衛星通信の概要を示すとともに、ダイレクトディジタル RF 送受信機構成を用いた衛星搭載用 Q/V 帯 DBF アンテナ装置の構成を示す。さらに、従来の送受信機に比べてディジ
タルリッチなダイレクトディジタル RF 送受信機で問題となるディジタル信号処理の規模を抑えることを目的に、面分割構成 DBF アンテナを提案し、これによるディジタル信号処理演算量の削減量を検討した。

79

21世紀情報通信研究開発センター

＜職員名＞
教授（兼）

末松 憲治

特任教授

芝 隆司

特任教授

塚本 悟司

研究員

西野 有

＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] T. Shiba, T. Furuichi, N. Suematsu, “Measurement of Power Delay Profile for Local 5G System,” URSI GASS 2023,
Sapporo, Japan, 19-16 August 2023.
[2] T. Shiba, T. Furuichi, N. Suematsu, “Power Delay Profile Measurement Applied MUSIC for Local 5G System,”
2023 6th World Symposium on Communication Engineering (WSCE), pp. 49-55, September 2023.
[3] N. Suematsu, “Q/V-band direct digital RF transceiver design for LEO constellation on-board DBF antenna,” 2023
IEEE International Symposium on Radio-Frequency Integration Technology (RFIT), 2023.
[4] J. Zhang, K. Furuuchi, N. Suematsu, “20GHz-Band Low Backlobe Vivaldi Endfire Antenna Array for Digital
Beamforming Transmitter Antenna Module,” 2023 IEEE International Symposium on Radio-Frequency Integration
Technology (RFIT), pp. 41-43, 2023.

80

21世紀情報通信研究開発センター

学際連携研究部
スピントロニクス・CMOS 融合脳型集積システム研究プロジェクト

MRAM を用いた高機能・超低電力不揮発脳型集積システムの実現

スピントロニクス・CMOS 融合集積回路の新たな体系による高機能且つ超低電力の不揮発脳型集積システムの実現

代

表・教

教
助

授（兼）

羽生

貴弘

授（兼）

遠藤

哲郎

教

李

涛

＜研究室の目標＞
本研究分野は、スピントロニクス工学、CMOS 半導体集積回路工学及び脳科学を融合し、デバイ
ス、回路、アーキテクチャ、ソフトウェアまでにわたる新しい工学技術分野を構築し、人間のように高度な情報処理・判断を高効率かつ低電力で実行できる新しい脳型コンピューチィングシステムの実現を目的として研究を進めている。具体的には、研究全体を「ノイマン型」と「非ノイマン型」の２つのアプローチに分けて研究を展開し、スピントロニクス・CMOS 融合デバイスに関する理解、
スピントロニクス・CMOS 融合に基づく回路・アーキテクチャ設計論、脳型 CMOS 集積回路、及びAI コンピューティング実現のための学理を結集し発展させることによって、自動運行や知的ロボットなどの応用に着目した高機能且つ超低電力の不揮発脳型視覚認識システムの実現を目指す。
＜2023 年度の主な成果＞
本研究プロジェクトは、2021 年にスピントロニクス・CMOS 融合の不揮発性脳型回路の検証とデモ実験環境の整備を完了し、高効率・高精度な脳型 VLSI チップの評価と解析を実現するための保証を得ることができている。令和 5（2023）年度は、ニューラルネットワークのエラー耐性特性と不揮発デバイスのスイッチング特性を組み合わせることにより、デバイスの消費電力を削減する方法を探求しております。理論的には、DNN のエラー耐性と不揮発デバイスのスイッチング電流の関係を明らかにし、実験的には低 8 ビット DNN パラメータにランダムエラーを導入することで、DNN の精度を損なうことなく消費電力を削減する手法を実証しています。実験結果は、ランダムな 20%の二進数を反転させることで、5.63%の電力を削減し、100%のバイナリを反転させることで 34.84%のエネルギーを節約できることを示しています。さらに、最大誤り率が 0.00868 の 6 つの実用的な STT-MRAM チップのエラー
マップを DNN の低 8 ビットパラメータに組み込むことで、100%スイッチング確率に相当するスイッチ
8121世紀情報通信研究開発センター

ング電流の下で、その精度に影響を与えることはありません（最大損失は 0.00067）。MobileNet 平均的なトップ 1 とトップ 5 の精度低下はそれぞれ 0.000355、0.00079、0.000670、0.000310 であり、その産業応用にわずかな影響しか与えません。
また、ECC プロジェクトでは、STT-MRAM を重みデータストレージとして利用する将来の物体認識
システム向けに、高スループットと小面積を実現しつつデータの整合性を保証する新しいエラー訂正コ
ードモジュールを提案した。提案された ECC モジュールは、STT-MRAM の高スループット要件に対応するために、パイプライン化された高並列 BCH モジュールを採用している。小面積要件を最適化す
るために、エンコーダー用の 64 並列線形 LFSR と、並列要因削減デコーダを提案している。BCH コー
ドのコード長と訂正能力は、メモリ冗長性と計算複雑性の高効率を考慮して最適化されている。提案された ECC モジュールの訂正性能は、実際に動作する STT-MRAM チップの実測値に基づいて検証され、実装結果は、64 ビット高スループットと 5.76 ns の読み取り遅延で 18.27𝐾𝐾 𝜇𝜇𝜇𝜇� の小面積を実現していることを示した。実験結果は、STT-MRAM のビットエラー率が2 � 10�� 以下であれば、ニューラルネ
ットワークの認識精度に影響を与えないことを示している。これらの研究成果は、ECC モジュールがほ

とんどの製造された STT-MRAM チップに適しており、物体認識システムへの統合が可能であることを示している。

＜職員名＞
教

授（兼）

羽生 貴弘（2002 年より）

教

授（兼）

遠藤 哲郎（2008 年より）

助

教

李

涛 （2023 年より）＜プロフィール＞
羽生 貴弘 1989 年 3 月東北大学大学院工学研究科電子工学専攻博士後期課程了。1989 年 4 月同大工学部助手。1993 年 2 月同大工学部助教授。2002 年 4 月同大電気通信研究所教授、現在に至る。不揮発性ロジックに関する研究に従事。IEEE ISMVL Best Paper Award（1986 年，1988 年）、丹羽記念賞（1988 年）、
坂井記念賞（2000 年）、LSI デザイン・オブ・ザ・イヤー審査員特別賞（2002 年）、ASP-DAC2007 Special
Feature Award（2007 年）、応用物理学会 JJAP 論文賞（2009 年）、電子情報通信学会優秀論文賞（2010 年）、
市村学術賞貢献賞（2010 年）、IEEE ISVLSI’10 Best Paper Award（2010 年）、SSDM Paper Award（2012 年）、IEEE ASYNC’14 Best Paper Finalist（2014 年）、平成 27 年度科学技術分野文部科学大臣表彰科学技術賞（研究部門）(2015 年)などを受賞。IEEE Senior Member．
遠藤

哲郎

1987 年 3 月

東京大学物理学卒業。1995 年 3 月

東北大学電気工学専攻博士後期課程修了。1987 年より、東芝 R&D センターの VLSI 研究ラボにて NAND フラッシュメモリと３D 先端 CMOS
デバイス設計に関する研究開発に従事。1995 年より東北大学電気通信研究所講師。1995 年より同准教授。2008 年より同教授。2008 年 5 月より同大学際フロンティア研究所教授。2012 年より同大工学研究科教授、及び、同大国際集積エレクトロニクス研究開発センター・センター長、同大先端スピントロニ
クス研究開発センター・副センター長（世界トップレベル拠点）現在に至る。東北大学にて、最先端 CMOS
デバイス設計、クリーンルーム技術、低電力・高速回路技術、次世代メモリ技術、スピン・CMOS 融合型ナノ LSI、GaN パワーデバイス、及び集積パワーエレクトロニクスの研究に関する研究開発に従事。
JSAP フェロー、LSI IP Design Award 受賞(2001)、JJAP Paper Award 受賞(2009)、JSAP 6th Fellow Award 受賞(2012)、SSDM Paper Award 受賞(2012)、2020 VLSI Test of Time Award 受賞（2021）、第 14 回産学連携功
労者賞・内閣総理大臣賞（2017 年）、全国発明賞（2018 年）。

82

21世紀情報通信研究開発センター李涛

2016 年 6 月

ハルビン工程大学工学研究科航法・誘導・制御博士後期課程修了。2016 年 10 月

東海大学創造科学技術研究機構特任研究員。 2020 年 5 月 東北大学国際集積エレクトロニクス研究開発センターと同大工学研究科助教。2023 年 4 月同大電気通信研究所助教。

＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] Y. Saito, S. Ikeda, N. Tezuka, H. Inoue, and T. Endoh, “Field-free spin-orbit torque switching and large damping-likespin-orbit torque efficiency in synthetic antiferromagnetic systems using interfacial Dzyaloshinskii-Moriya
interaction,” Physical Review B, vol.108, pp.024419, 2023.
[2] Y. Saito, S. Ikeda, H. Inoue, and T. Endoh, “Charge-to-Spin Conversion Efficiency in Synthetic Antiferromagnetic System
Using Pt–Cu/Ir/Pt–Cu Spacer Layers,” IEEE Transactions on Magnetics, vol.59, pp.1300405, 2023.

[3] T. Li, Y. Ma, K. Yoshikawa, and T. Endoh, “Neuromorphic processor-oriented hybrid Q-format multiplication with adaptive
quantization for tiny YOLO3,” Neural Computing and Applications, vol. 35, issue 15, pp.11013-11041, Feb. 2023. DOI：
10.1007/s00521-023-08280-y.
[4] T. Li, Y. Ma, K. Yoshikawa, T. Endoh, “Hybrid signed convolution module with unsigned divide-and-conquer multiplier for energy-efficient STT-MRAM-based AI accelerator,” IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems, vol.31, pp.1078-1082, Feb. 2023. DOI：10.1109/TVLSI.2023.3245099.
[5] T. Li, L. Zhang, Y. Ma, and T. Endoh, “Bridging Artificial Intelligence and Devices: Power Reduction Method of
Non-volatile Devices with Error-resilient Deep Neural Networks,” IEEE Transactions on Magnetics, pp.1-9, Oct. 2023.
DOI：10.1109/tmag.2023.3321878.
[6] T. Li, L. Zhang, and T. Endoh, “Small Area and High Throughput Error Correction Module of STT-MRAM for
Object Recognition Systems,” IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2024 (in press).

8321世紀情報通信研究開発センター

萌芽研究部
注意推定による教育支援システムの実現

0nline processing
Improve teaching

Don’t understandCurious
Tired

How to improve
Frequent change of attention → Repeating
Fixed attention →Describe more in details
Diverse attention → BreakMeasure facial expression,gaze, head movement, pose,voice, etc.
Estimate attention
states

Improve teaching
methods/matrials
Vicarious
experience

Offline processing

注意状態推定とその追体験システム。まずオフラインで注意状態推定をし、それを利⽤した追体験を⾏う。
注意状態の時系列データおよび追体験から、注意状態による対応策を検討する。その後、学習時の注意推定からオンラインで対応する⼿法を確⽴する。

代表・教授（兼）塩入諭＜研究室の目標＞
加速度的に進展する高度情報化社会における教育学習環境の深化に向け、学習者の注意状態推定とその追体験システムの実現を目指す。
＜2023 年度の主な成果＞
学習効果を高めるために学生の集中状態を把握することは重要であるが、教師が一人で多くの学生の様子を把握することは困難である。近年その問題に対して、学習中の学生の顔映像を用いた
集中状態の推定が試みられている。しかし学習者の心的状態評価の信頼性は十分に高いとはいえず、更なる検討が必要とされている。本研究の目的は、助力が必要な心的状態を対象として、顔映像を用いることで機械学習によってヒントが必要な状況を予測する手法を確立することである。言語オリンピックの問題を課題とし、Web 上での問題解決環境を作り、課題支援機能としてヒントボタンを設けた。課題解放中の行動と顔表情を記録し、ヒントボタンを押してヒントを求めたタイミングを、顔表情から予測すること試みた。ヒントボタンを押す数秒間の顔映像特徴量を利用した機械学習モデルを作成し、ヒントボタン利用予測を行った結果、その有効性が確認された。この結果は、顔表情から助力を必要とする心的状態の予測が可能である事を示す。

84

21世紀情報通信研究開発センター

＜職員名＞
教

授

塩入

諭

＜プロフィール＞
塩入 諭 1986 年 東京工業大学・大学院総合理工学研究科博士課程修了．その後 1989 年 5 月までカナダ・モントリオール大学心理学科において博士研究員として勤務．カナダより帰国後，1990 年 4 月まで ATR 視聴覚機構研究所で勤務．1991 年 5 月より千葉大学工学部画像工学科・助手。情報画像工学科・助手，助教授，同大学メディカルシステム工学科教授を経て，2005 年 3 月より東北大学電気通信研究所・教授．1988.5 Fight for Sight 賞受賞, 1993.3 応用物理学会光学論文賞受賞,1999.7 照明学会論文賞受賞, 2000.5, 映像情報メディア学会丹生高柳著述賞受賞, 2010 DistinguishedContributed Paper of the 2010 SID International Symposium.

＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] Wang, GY., Nagata, H., Hatori, Y., Sato, Y., Tseng, C.H., Shioiri, S. Detecting learners' hint inquiry behaviors
in e-learning environment by using facial expressions, Proceedings of the Tenth ACM Conference on Learning@
Scale, 2023
[2] Miao, R., Kato, H., Hatori, Y., Sato, Y., Shioiri, S. Use of facial expressions to estimate level of attention
while watching video lectures, Journal of Vision 23 (9), 4726-4726, 2023
[3] Shioiri, S., Nagata, H., Sato, Y., Hatori, Y. Prediction of preference judgments of face images using facial
expressions and EEG signals, Journal of Vision 23 (9), 5063-5063, 2023

85

21世紀情報通信研究開発センター

萌芽研究部
共生社会を実現するドローン利活用技術の研究

共生社会を実現するドローン利活用技術の研究

2 機のドローンによる BirdViewAR の概要

代表・教授（兼）北村喜文＜研究室の目標＞
ドローンは最近ますます活躍する機会が増えつつあるが，その利活用にはサスティナビリティやアクセシビリティへの考慮が求められるようになってきている．本研究では共生社会の実現を目指
し，オープンソースの枠組みや環境にやさしい技術を導入することで，誰もがドローンを利用できる利活用基盤技術を開発する．
＜2023 年度の主な成果＞
周囲を認識した遠隔ドローン操作システム BirdViewAR を提案した．これは，自動操縦のセカン
ダリー・フォロワー・ドローンから拡張された三人称視点（TPV）を通じて，パイロットに重要な
空間認識を提供することができる．フォロワードローンは，最適化ベースのオートパイロットを使用して，メインドローンの動きと方向に応答し，パイロットは余分な入力なしでメインドローンとその差し迫った目的地を明確に観察することができる．メインドローンとその周囲の空間的関係の理解を向上させるために，TPV は AR 重畳で視覚的に補強され，メインドローンの空間的状態（方位，高度，地上位置，カメラ視野（FOV），近接領域）が強調表示される．この成果の論文は，ヒューマンコンピュータインタラクションのトップ国際会議である ACM CHI 2023 にフルペーパーが採択され，2023 年 5 月に口頭発表した[1]．この内容は，メタバース総研「メタバースの研究事例まとめ」に掲載された(https://metaversesouken.com/metaverse/university/#BirdViewAR)．

86

21世紀情報通信研究開発センター

＜職員名＞
教

授

北村 喜文

＜プロフィール＞
北村 喜文 1987 年大阪大学大学院基礎工学研究科博士前期課程修了．同年キヤノン株式会社，1992 年
ATR 通信システム研究所，1997 年大阪大学大学院工学研究科／情報科学研究科 助教授／准教授．2010
年東北大学電気通信研究所教授，現在に至る．博士（工学）．情報処理学会フェロー，日本バーチャルリ
アリティ学会フェロー．SIGGRAPH Asia 2015 Conference Chair や CHI 2021 General Chair 等多くの国際会議等でいろいろな役割を務めてきた．IFIP TC-13 (Human-Computer Interaction)日本代表，ACM SIGCHI
Asian Development Committee や Japan ACM SIGCHI Chapter 等の Chair にも就いてきた．IEEE VGTC
Virtual Reality Academy 会員，日本政府観光局の MICE アンバサダーにも認定されている．

＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] Maakito Inoue, Kazuki Takashima, Kazuyuki Fujita, Yoshihumi Kitamura. BirdViewAR: Surroundings-aware

Remote Drone Piloting Using an Augmented Third-person Perspective, Proc of the Conference on Human
Factors in Computing Systems (CHI), Article No. 31, April 2023.

8721世紀情報通信研究開発センター

萌芽研究部
スマート工場を実現するワイヤレス IoT 基盤技術の研究開発

スマート工場への次世代ワイヤレス IoTの社会実装を目指して

図 1: 漏洩同軸ケーブル(LCX)通信実験

代表・教授（兼）末松 憲治

特任教授（兼）助教（兼）図 2: 工場内での電波環境モニタリング

芝

古市

隆司
朋之

＜研究室の目標＞
第 5 世代(5G)以降の Beyond 5G や 6G における、期待される経済効果としては、図 1 に示すように、通信のブロードバンド(広帯域)化が求められる医療、スマートホーム、小売りに比べて、低遅延特性や多接続数の実現が求められる交通、製造業の方がはるかに大きい。その中でも、Society5.0
や Industory4.0 で注目されているスマートファクトリーは、世界的にも我が国がトップレベルの競争力を保っている数少ない分野となっている。スマートファクトリーでは、少量多品種のオーダー
メードに対応可能なフレキシブルな製造ラインの構築が必要であり、低遅延、多接続数に対応する
Beyond5G や 6G 時代の新しいワイヤレス IoT 技術の実現が強く求められている。
本研究プロジェクトでは、スマートファクトリーに適したローカル 5G のような、自営ワイヤレ
ス通信システムおよび無線機ハードウェア技術、無線制御（アクセス制御）技術、ディジタル信号処理技術を開発する。
＜2023 年度の主な成果＞


漏洩同軸ケーブル(LCX)を用いた工場内無線 IoT 通信の検討
工場内の無線 IoT で広く使われている 920MHz 帯、2.4GHz 帯において、LCX 通信を行う際の通信可能エリアの検討を行っている。特に工場においては、製造ラインが直線的に長い配置となっている点、アンテナ近傍に波長に比べて大きい金属障害物がおかれることがある点などで、通常のアンテナでは電波が届かないエリアが発生してしまう。例えばライン上での組み立て作業においては88

21世紀情報通信研究開発センター

アンテナ近傍に金属遮蔽物が置かれることが想定され、パッチアンテナなどの点波源アンテナでは金属遮蔽物によるシャドウイングによって不感帯が生じ通信が不安定になると考えられる。本研究開発ではアンテナ近傍に金属遮蔽物が置かれた状況でのシャドウイングの影響について、パッチア
ンテナと LCX アンテナで電磁界シミュレーションにより評価を行い、LCX アンテナがパッチアン
テナよりも遮蔽物後方に生じるシャドウイングの低減に有効である可能性を示した。


広帯域リアルタイムスペクトラムモニタを用いた電波環境モニタリング
無線 IoT 等の複数の異なる無線システムが共存する環境においてはこれらの無線システム間の干渉等により通信データ速度や応答速度が低下し生産効率が低下する問題が生じており、電波状況を把握するための電波環境モニタリングが求められている。そこで、研究室で開発した広帯域リア
ルタイムスペクトラムモニタを用いた工場内の電波環境モニタリングを行った。実際の製造現場において同一の免許不要帯を使用する WLAN や Bluetooth など異なる通信規格のアクセスポイントと無線 IoT 端末が多数配置された実環境において電波環境をモニタリングし、チャネル占有率から
その混雑状況を評価した。さらに、工場内での不感帯エリアの評価を行い、金属やメタマテリアルなどの反射板を用いた不感帯の改善効果を検証し、不感帯の改善に反射板の利用が有効である可能性を示した。

＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] E. Nagahari, T. Furuichi, T. Shiba, N. Suematsu, "A study on shadowing caused by a metallic object placed near
LCX antenna of 920MHz-band," 2023 XXXVth General Assembly and Scientific Symposium of the International
Union of Radio Science (URSI GASS), Sapporo, Japan, 2023.

89サイバー＆リアル ICT 学際融合研究センター

３．7 サイバー＆リアル ICT 学際融合研究センター＜目標＞

未来の遠隔コミュニケーションでは、人同士が、サイバー／バーチャル空間をうまく活用しながら、自らがいるリアル／フィジカル空間のモノや情報も使いつつ、豊かなコミュニケーションができることが期待されている。
そういった豊かなコミュニケーションを実現するための鍵は、我々の日常の対
人コミュニケーションで重要な役割を担っている「非言語情報」の機微を適切に伝送することができる「非言語情報通信」を実現することである。そのためには、心理学や脳科学を基礎とした人間科学の研究や XR コミュニケーション技術の研究に加えて、AI、通信・ネットワークやセキュリティの基盤・応用研究を包括的に推し進める必要がある。我々は「非言語情報」の AI をうまく作ることによって、障がい、文化、ジェンダー等のダイバーシティに寄りそうアクセシブルでインクルーシブな社会の実現への貢献を夢見ている。

90サイバー＆リアル ICT 学際融合研究センター

非言語情報通信で拓く豊かな遠 隔コミュニケーション＜2023 年度の主な成果＞
1. リアル／フィジカル空間内の音手掛かりを用いた視聴覚リダイレクション
バーチャル／サイバー空間内の音ではな
く，リアル／フィジカル空間から発せられる音がリダイレクテッドウォーキングの知覚に与える影響について検討した[1]．
2. ルームスケール VR における空中平面インタラ
クションを支援するロボットタッチサーフェス
バーチャルな入力平面を物理的にユーザに提示するために，自動的に位置を変え，ユーザが仮想の部屋を歩き回りながら正確で疲労の少ない入力を達成できるようにする
ロボットタッチサーフェスを提案した[2]．
3. リアル／フィジカル空間とのインタラクション
をサイバー／バーチャル空間で共有
実観測データを利用できる新しい流体シミュレーションの方法を開発した．深層強化
学習で，少数の限られた観測データをもとに液体全体の動きをリアルタイムで計算して再現することができた[3]．
4. 無限に広がるサイバー／バーチャル空間を狭い部屋で歩き回わる
ユーザがサイバー／バーチャル空間内でドアを開けて前方に進む際にユーザに気づかれない程度に サイバー／バーチャル 空間全体を回転させることで、ユーザの進行方
向をだますリダイレクション手法を提案した[4]．
＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] Kumpei Ogawa, Kazuyuki Fujita, Shuichi Sakamoto, Kazuki Takashima, Yoshifumi Kitamura,
Exploring Visual-Auditory Redirected Walking using Auditory Cues in Reality, IEEE Transactions
on Visualization and Computer Graphics, 2023.
https://doi.org/10.1109/TVCG.2023.3309267[2] Ryota Gomi, Kazuki Takashima, Yuki Onishi, Kazuyuki Fujita, and Yoshifumi Kitamura. UbiSurface:
A Robotic Touch Surface for Supporting Mid-air Planar Interactions in Room-Scale VR, Proceedingsof the ACM on Human-Computer Interaction, Volume 7, Issue ISS, Article No.: 443, pp. 376–397,
2023
https://doi.org/10.1145/3626479[3] Kinfung Chu, Jiawei Huang, Hidemasa Takana, and Yoshifumi Kitamura. Real-Time Reconstructionof Fluid Flow under Unknown Disturbance, ACM Transactions on Graphics, Volume 43, Issue 1,
Article No. 4, pp 1–14 https://doi.org/10.1145/3624011[4] Yukai Hoshikawa, Kazuyuki Fujita, Kazuki Takashima, Morten Fjeld, Yoshifumi Kitamura:
RedirectedDoors+: Door-Opening Redirection with Dynamic Haptics in Room-Scale VR, IEEE
Transactions on Visualization and Computer Graphics, 2024.
https://ieeexplore.ieee.org/document/10466477

91

共創研究所

３．8 共創研究所
古 河 電 工 × 東 北 大 学 フ ォ ト ニ クス融合共創研究拠点＜共創研究拠点の目標＞
本共創研究拠点では、高度化していく情報社会基盤の形成に不可欠なフォトニクス分野を基軸として、古河電気工業がもつ素材加工力と社会課題解決に取り組む東北大学の総合力との融合・連携により、新たな発想に基づく革新的な萌芽技術の創出、および高度な専門人材の育成を目指している。
具体的には、安全・安心で人々が快適に暮らすことができるサステナブルな社会の実現に資する、モビリティ、エネルギー、情報の融合等の多様な波及効果を有する革新的萌芽技術の創出に向けた研究テーマの探索および共同研究の推進に取り組んでいる。
また、両機関の共創連携を通じ、高度な工学的素養を有し、異分野との融合的・創造的思考を実践できる人材育成に貢献する。

＜2023 年度の成果＞
フォトニクス領域の共創の起点とする事を目的に、共創研究拠点の構成員と古河電気工業の関係者による意見交換会を開催した。本活動等により、フォトニクス領域で多数の交流を持つ事となり、この中から３件の共創を開始する事ができた。
フォトニクス以外の領域においても、東北大学の様々な部局と古河電気工業の間で、極めて多くの対話の機会を持つ事ができた。その中から３件の共創を開始する事ができた。
2023 年度に開始した共創は、共同研究もしくは学術指導の契約を調整中であり、2024 年度には、東北大と古河電工で目標を共有し、それぞれの技術課題、社会課題の解決に向けた取り組みに進める計画である。

＜職 員名 ＞
特任教授

島田 道宏

Fig.1 共創研究拠点の概要と目標

92

安全衛生管理室

３．9 安全衛生管理室
安全で快適な環境の実現と維持による研究支援

安全衛生講習会（Web 開催）

高圧ガス保安講習会（Web 開催）＜安全衛生管理室の概要＞
安全衛生管理室は研究所で働く職員や学生の安全と健康を維持することを目的とした組織である。研究所における研究活動においては、薬品、高圧ガス、放射線などが使われており、危険性を伴う作業が少なくない。安全衛生管理室では所内での研究活動が安全かつ円滑に行われるように、
各種活動を通して研究室や実験施設、研究基盤技術センターの安全衛生管理のサポートを行っている。
＜研究所における安全衛生管理体制と安全衛生管理室の役割＞
研究所の組織は、管理組織である所長および教授会、研究活動を行っている各研究室、その支援組織である実験施設や研究基盤技術センターおよび事務機構からなる。所長および教授会が研究所全体の運営管理をおこない、個々の研究室および施設等の運営管理は管理担当者である教授、運営委員会などが行っている。研究所の安全衛生管理においては、所長、研究所の職員、産業医から構成される安全衛生委員会が所内の安全衛生管理体制の整備や安全衛生に関するさまざまな事項を審議し、所長および教授会に勧告を行う。所長および教授会は勧告の内容にしたがって方針を決定
し、各研究室、施設などが安全衛生管理の実際の作業を行うことになる。安全衛生管理室はこれら組織との連携の下に安全衛生に関する実務を担当し、研究所での研究活動が安全かつ快適に行われるよう活動している。

93

安全衛生管理室＜安全衛生管理室の活動内容＞
所内での実際の安全衛生管理では、まず安全衛生委員会が研究所における安全管理の基本的方針を示し、次に安全衛生管理室がそれに基づく具体的な行動内容の策定と実行を行っている。大学の組織は各部署（研究室など）の独立性が高いために、通常の会社組織と異なりトップダウン型の安全管理は不向きであり、各部署の自立性に即した対応が必要である。また、教職員以外に学生、研究員などさまざまな形で研究活動に携わっている構成員に対する配慮が必要である。さらに、本研究所では、薬品、高圧ガス、Ｘ線装置などの危険性の高い材料、設備を使用しており、作業環境もクリーンルームなどの特殊な作業場が存在するために、これらに対応した安全管理が必要になる。
したがって、安全衛生管理室では、所内の各部署における状況や特性を把握し、実態に即した管理
方法や改善対策の策定と勧告、および実行の支援を行い、安全衛生管理を効率的かつ実効性のあるものにするために活動している。本年度における主な活動内容は以下の通りである。
○ 研究所内の職員、学生を対象とした安全衛生講習会の Web 開催（参加者 435 名）○ 高圧ガス保安講習会の Web 開催（参加者 153 名）○ 研究所内の安全衛生管理体制、作業環境などの点検、および改善の支援○ 局所排気装置の定期自主点検の支援○ 危険物質総合管理システムの管理、支援○ 安全衛生関係の法令の調査および安全衛生管理に関する情報の収集○ 各部署の安全管理担当者へのアドバイスや情報の提供○ 学内の他部局や監督官庁との連絡調整○ Web ページによる関連情報の提供○ 新型コロナウイルス感染防止対策の実施（消毒液の配布、Web ページによる情報提供など）
＜職員名＞
室

長（教授）

佐藤

茂雄

助

教

佐藤

信之

技術職員

阿部

真帆

技術職員

柳生

寛幸

事務補佐員

高橋

遥

94

やわらかい情報システムセンター

３．10 やわらかい情報システムセンター

図１ 電気通信研究所サーバルーム

図２

電気通信研究所ＥＰＳ＜やわらかい情報システムセンターの概要と役割＞
現在のコンピュータに代表される情報システムは、前もって決められた使い方で固定的な処理や機能のみを提供するいわゆる「かたい」システムである。本センターの目的は、これまでの「かたい」情報処理原理を超えて、人間の意図や環境に合わせて柔軟な情報処理を行い、柔軟な人間の思考に対応できるような「やわらかい」情報処理の考え方に基づき、電気通信研究所（以下、通研）
内の円滑な研究活動を支えるための情報ネットワーク、および情報システムを管理・運用することにある。
また、情報ネットワーク、および情報システムの実際の運用を通じて得た技術的ノウハウを活用
し、学術情報の高度な組織化、利用、管理・運用、発信を支援する先進的なシステムを設計・構築を行っている。具体的には、次のような活動を行っている。
１．情報の収集・組織化・利用・発信及び研究支援環境の構築
２．ネットワークの高度な保守・管理・運用
３．研究所の情報ネットワークおよび情報システムに関する技術的支援＜やわらかい情報システムセンターの活動内容＞
本センターでは、通研における学術・研究の基盤となる情報ネットワーク及びサーバシステムの管理・運用を行っている。
・サーバ機器、ネットワーク機器のメンテナンス、監視・情報セキュリティインシデントへの対応
・各研究室からのネットワーク使用に関する相談対応95

やわらかい情報システムセンター

・情報システムのアカウント管理
・通研 Web サイトの構築・更新
・通研に関連するイベント・カンファレンスの動画コンテンツ作成と公開
・オンライン会議システム会議室の構築およびオンラインイベントの運営支援
・所外に持ち出すモバイル通信機器のセキュリティ対策チェック
・計画停電時の予備電力によるシステム運用＜職員名＞(１) 運営委員会
教授 長谷川 剛
教授 白井 正文教授 菅沼 拓夫
教授 八坂 洋教授 石黒 章夫

96(２) 職員
センター長(教授)技術職員
太田
技術職員(兼) 丸山
技術補佐員 首藤技術補佐員 角野技術補佐員 庄子

長谷川 剛
憲治
由子
睦
究（～2023 年 11 月）
仁（2024 年 3 月～）

研究基盤技術センター

３．１１ 研究基盤技術センター

図1

研究基盤技術センター

組織図＜分野の目標＞
図 1 は研究基盤技術センターの組織図である。工作部、評価部、プロセス部、情報技術部の 4 部から成る。ナノ・スピン実験施設、やわらかい情報システムセンター、安全衛生
管理室、事務部とも連携し、多様な研究開発活動に対して高度な専門知識と技術に基づいた幅広い技術支援を行っている。今年度の活動は次のようにまとめられる。
＜2023 年度の主な成果＞
1. 工作部
工作部は機械工作技術を提供している。研究者からの要求に応じて、87 件の依頼工作を提供した。この中で約 11％は研究所外のからの要求に応じたものである。図 2 は工作部所有の工作機械の一例である。
2. 評価部
評価部では共通利用計測機器の提供、寒剤（液体ヘリ
ウムと液体窒素）の供給を担っている。図 3 は提供している計測機器の例である。23 の研究室と 6 つの外部研究
機関・企業が共通利用計測機器を利用した（総使用時間
は 2,117 時間）。2 研究室での液体ヘリウム利用において技術的支援を行った。また、事務部並びに安全衛生管理室と連携して研究所の安全維持に携わった。

図2

MAKINO 製 NC フライス

図3

評価部保有の分析装置（左：X 線回折装置、右：電子ビー
ム蛍光 X 線元素分析装置）

97

研究基盤技術センター

3. プロセス部
プロセス部はナノ・スピン実験施設 共通部と協力して電子線リソグラフィー技術提供(図 4)やフォトマスク受託加工(図 5)、および集束イオンビーム加工解析装置(図 6)を主とした各種受託分析を行っている。今年度は 381 件の電子線描画依頼、31 件のフォトマスク
受託加工、および 18 件の受託分析に対応した。関連して、ナノ・スピン実験施設の附帯設備およびクリーンルームの維持・管理を行っている。

図4

電子線描画装置

図5

フォトマスク作製装置

図6

集束イオンビーム加工解析

4. 情報技術部
情報技術部は、やわらかい情報システムセンターと共同で、所内ネットワークの運営と共通利用の情報機器の管理を担っている。また、知的財産権等に関連した共同研究契約等の企業との折衝や、教員の知的財産権の出願に係る相談対応を行った。

図 7 通研ネットワークシステム（左：システムの様子、右：構成図）＜職員名＞
センター長（教授）
助
教
技術職員

98

佐藤
佐藤
末永
丹野
丸山

茂雄
信之
保、阿部 健人、前田 泰明、月本 佳奈、阿部 真帆、健徳、柳生 寛幸、森田 伊織、小野 力摩、武者 倫正、由子、太田 憲治

機動的研究グループ

３.１2 機動的研究グループ
電気通信研究所の幅広い研究ポテンシャルを生かし、萌芽的・挑戦的な研究や市場のニーズに応じた先端応用研究等を行う。研究所の組織にとらわれず機動的に構成される研究グループである。

＜サイバーフィジカルセキュリティ研究グループ＞
IoT、M2M、CPS といった次世代情報通信基盤のため、ソフトウェア構成理論、システムセキュリ
ティ、ハードウェアセキュリティ、回路アーキテクチャおよび次世代プロセッサなどを専門とする
多様な研究者による垂直統合的なアプローチにより、膨大かつ多様な情報発生源（センサ端末などのデバイスハードウェア）のレベルからシステムの安全性・信頼性を担保する新しい情報セキュリ
ティ技術の確立を目指す。2023 年度は、セミナー・勉強会を数回開催するとともに研究の方向性を検討・確認した。

＜脳型ナノデバイス・回路研究グループ＞
近年、脳型ハードウェアの研究が盛んであるが、未だ真の脳型には程遠く、大きなブレークス
ルーには至っていない。この研究グループは、脳の最新の生理学的知見に基づき、特に脳における生物物理やダイナミクスを、ナノデバイスや微細低消費電力集積回路の物理とダイナミクスを活用して再現する、新しい脳型情報処理アーキテクチャの開発とその集積回路による実装を目指している。本年度は、脳科学、スピントロニクスデバイス、アナログ及びデジタル集積回路、培養神経回路、非線形複雑ダイナミクスなどの幅広い観点から、ブレインモルフィックコンピュー
ティングの研究を推進するため、堀尾が代表者を務める科研費基盤研究(A)および非線形ワークシ
ョップの合同研究会での企画および研究発表などを行った。さらに、2023 International
Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications においてスペシャルセッションを企画した。また、学術変革領域研究(A) 山本プロジェクトの申請に当たっては、JST CREST 佐藤プロジ
ェクトと本研究グループが全面的にこれを支援した結果、採択に至った。

99

第 4 章共 同 プロジェクト研 究

共同プロジェクト研究４．１ 共同プロジェクト研究の理念と概要○共同プロジェクト研究の理念と概要
本研究所は、情報通信分野における COE（Center of Excellence）として、その成果をより広く社会に公開し、また研究者コミュニティーがさらに発展するために共同利用・共同研究拠点として所外の研究者と共同プロジェクト
研究を遂行している。本研究所の学問の性格上、単なる設備の共同利用ではなく、本研究所教員との共同研究を前提としているところに特徴がある。本研究所の「共同プロジェクト研究」とは、情報通信分野における技術・システムに関する各種の研究を国内外の優れた研究者の協力のもとに企画・コーディネートし，プロジェクト研究として実施していくものである。
共同プロジェクト研究は、所内外の研究者の英知を集めて企画され、さらにその積極的な参加を得て実施されることが肝要である。これまで、本研究所の共同プロジェクト研究の提案および実施は、国・公・私立大学、国・公立研究機関及び、民間企業・団体等の教員及び研究者を対象として、公募により行われている。

○共同プロジェクト研究委員会
共同プロジェクト研究の運営のために、共同プロジェクト研究委員会及び共同プロジェクト実施委員会、共同プロ
ジェクト選考委員会が設置されている。共同プロジェクト研究委員会は、共同プロジェクト研究に関する重要な事項を審議するために所内３名、学内２名と学外５名の合計１０名の委員により構成されている。共同プロジェクト研究委
員会の使命は、本研究所で遂行されている研究内容の特徴を重視しながら、所内外の意見を広く求め、研究所の目的である「人間性豊なコミュニケーションを実現する総合的科学技術の学理と応用の研究」の発展に不可欠な共同プ
ロジェクト研究を積極的に推進することにある。これまで、公募研究の内容、採択の基準、外部への広報、企業の参加に関する点等について議論を行ってきており、特に企業の参加に関しては，公平・公表を原則として積極的な対応を行ってきている。なお、共同プロジェクト研究の採択に際し審査を厳格に行うため、外部委員を含めた共同プロジェク
ト選考委員会が設置されている。
また、共同プロジェクト研究の円滑な実施を図るために、本研究所専任の教員により組織されている共同プロジェ
クト実施委員会が設置されている。
今年度のテーマは、令和４年度共同プロジェクト研究の公募方法に関して議論を行い、次の４テーマを取り上げることとした。
１） 物理現象を活かしたナノ情報デバイスの創成に関する研究
２） 超広帯域通信のための次世代システムの創成に関する研究
３） 人間と環境を調和させる情報システムの創成に関する研究
４） 情報社会を支えるシステムとソフトウェアの創成に関する研究○令和５年度共同プロジェクト研究
令和５年度の共同プロジェクト研究は、所内外から公募され審議の結果、130 件（A：78 件，B：38 件，Ｓ：１件,Ｓ
国際１件,Ｔ：１２件）が採択された。なお、区分 A は各々の研究課題について行う研究であり、78 件のうち 70 件が外部よりの提案、区分 B は短期開催の研究会形式の研究で、38 件のうち 35 件が外部よりの提案のものである。また
民間の研究者が参加している研究は区分 A の 11 件、区分 B の 14 件である。
区分 A に対しては、大型プロジェクト提案型、若手研究者対象型、萌芽的研究支援型、先端的研究推進型、国際共同研究推進型の５つの研究タイプ、区分 B に対しては、これらに加え産学共同研究推進型を設けている。
区分Ｓは組織間連携に基づく共同プロジェクト研究であり、区分Ｓ国際は国際的連携研究推進を目的として海外組織と共同研究を実施するものである。情報通信分野の特に力点を置いて研究を推進すべき課題について、本研究所が中心となりつつ、相乗・補完効果の期待できる国内外の大学附置研等の研究組織と共同して推進する。

103

共同プロジェクト研究

なお、これまで研究発表・討論、新分野の開拓および萌芽的研究の育成の場として運営されてきた「東北大学電気通信研究所工学研究会」を、令和４年度より学内の学生育成支援を主たる目的とした「区分Ｔ」として、共同プロジェ
クト研究の一環として取り扱うこととした。工学研究会の理念を継承したうえで、学内外の研究者による研究会や講演会での発表・討論を通じ、共同利用・共同研究拠点の活動をさらに推進する。

○共同プロジェクト研究の公募，実施について
共同プロジェクト研究の公募、実施は年度単位で行われている。令和２年度公募より、１月中旬に次年度の研究の公募要項を公開し、２月末日が申請書の提案締切としている。採否の判定には共同プロジェクト選考委員会による書面審査を行い、その結果は、４月中旬に申請者へ通知される。研究期間は、採択決定日から翌年３月１５日までであり、研究終了後、共同プロジェクト研究報告書を提出することになっている。なお、「理念と概要」の項で述べたように、本共同プロジェクト研究は本研究所教員との共同研究を前提としたものであるので、申請にあたっては本研究所の対応教員がいることが必要である。
なお、本共同プロジェクト研究については、次の web page にて広報している。
https://www.riec.tohoku.ac.jp/ja/nation-wide/

問い合わせ先：東北大学電気通信研究所研究協力係
電話：022-217-5422

104

共同プロジェクト研究４．２ 令和5年度共同プロジェクト研究採択一覧
採択番号

タイプ

R03/A02

先端

R03/A03

若⼿

R03/A04

国際

R03/A06

萌芽・先端

R03/A07

共同プロジェクト研究題⽬

(円）
特別⽀援
国際・若⼿

共同研究経費配分

研究代表者

通研対応教員

旅費

物件費

Si・Ge混合プラットフォーム上への異種機能混載集積回路の実現

⼭本 圭介

櫻庭 政夫

230,000

107,0000⾮磁性体中におけるスピンダイナミクスの制御に関する研究

⽯原 淳

⾦井 駿

106,000

107,000

50,000⾮平衡プラズマ活性種を活⽤したバイオ・医療デバイスの創成

⾦⼦ 俊郎

平野 愛⼸

133,000

107,000

100,000

量⼦デバイスの放射線応答に関する開発・研究

岸本 康宏

⼤塚 朋廣

121,000

107,0000

先端

原⼦層量⼦デバイスの開発

加藤 俊顕

⼤塚 朋廣

114,000

107,000

0

R03/A09

先端

超広帯域通信のためのTHzオンチップアレイアンテナに関する研究

⾦⾕ 晴⼀

末松 憲治

122,000

107,000

0

R03/A10

萌芽

RTDの⾮線形性を⽤いた⾼周波カオス回路とその応⽤

前澤 宏⼀

尾辻 泰⼀

111,000

107,000

0

R03/A11先端

端末内蔵型ミリ波⼤規模アレイアンテナの研究

吉⽥ 賢史

末松 憲治

199,000

107,000

0

丸⼭ 珠美

末松 憲治

171,000

107,000

100,000

R03/A12R03/A13
R03/A14萌芽・先端・国５G・IoTのためのエネルギーハーベストとメタサーフェス応⽤に関する研究
際
広帯域光電⼦機能集積デバイスを⽤いた低遅延かつシームレスな アクセス先端
ネットワークに関する研究
国際

吉本 直⼈

尾辻 泰⼀

111,000

107,000

0

現実世界に重畳された情報インターフェイスを⽤いたIoTデバイスおよびロボッ
トの操作・可視化技術

鈴⽊ 遼

北村 喜⽂

182,000

107,000

100,000

R03/A15

萌芽

外界とのインタラクションを実現する再構成可能な頭部搭載型ディスプレイ

清川 清

北村 喜⽂

144,000

107,000

0

R03/A16先端

聴覚的注意の時空間特性に関する研究

寺岡 諒

坂本 修⼀

136,000

107,000

0

R03/A17先端

バイノーラルキュー制限条件の⾳空間知覚に関する研究

森川 ⼤輔

坂本 修⼀

199,000

107,000

0

R03/A20

先端

薄膜メムキャパシタを⽤いたニューロモーフィックシステム

⽊村 睦

堀尾 喜彦

296,000

107,000

0

R03/A22

先端

IoTセキュリティの研究

⼩熊 博

本間 尚⽂

182,000

60,0000R03/A23

先端

先端的ハーモナイズドエージェントプラットフォームの研究開発

打⽮ 隆弘

坂本 修⼀

236,000

107,000

0

R03/A25

先端

デバイス・インフォマティクスの創成とBeyond5Gデバイスへの応⽤

吹留 博⼀

吹留 博⼀

142,000

107,000

0

R03/A26

萌芽・先端

福原 武

⼤塚 朋廣

103,000

107,000

0

R03/A27

先端

遠距離における⾮接触電⼒伝送の検討

稲森 真美⼦

末松 憲治

154,000

107,000

0

R03/A28

萌芽・先端

空間知覚の⾝体性︓異⽅性と個⼈差

寺本 渉

坂本 修⼀

144,000

107,000

0

R03/A30

先端

視聴覚情報からの⾼臨場感ハイブリット振動作成

⼭⾼ 正烈

坂本 修⼀

139,000

107,000

0

R03/A31先端

R03/A32

先端・国際

R04/A01
R04/A04

実験・理論・データ科学の融合による量⼦技術の研究

光通信技術を⽤いた重⼒観測網の構築と⽕⼭活動監視に関する研究

葛⻄ 恵介

葛⻄ 恵介

111,000

100,000

0

脳型計算ハードウェアとエッジコンピューティングへの応⽤

佐藤 茂雄

佐藤 茂雄

296,000

107,000

100,000

Coplanar waveguide size and magnetization angle
萌芽・先端・国 dependence of magnetization dynamics in CoFeB-MgO
際
magnetic tunnel junction structure measured by spin
rectification ferromagnetic resonanceEli Christopher
Inocencio Enobio

深⾒ 俊輔

248,000

107,000

100,000

先端

SiH4-CVDによる⾦属ナノドットのシリサイド化反応制御に関する研究

宮崎 誠⼀

佐藤 茂雄

243,000

107,000

0

R04/A05

国際

Study of magnetic, dielectric and optical properties ofnanomaterials for Terahertz applications

AMINE El
Moutaouakil

尾辻 泰⼀

243,000

107,000

100,000

R04/A06

萌芽

ナノギャップ⾦属電極による単⼀コロイド量⼦ドット の電気伝導評価

柴⽥ 憲治

⼤塚 朋廣

0

107,000

0

R04/A08先端

⾮対称磁気渦構造を有するサブミクロンサイズ磁性体の⾼周波応答

神⽥ 哲典

⽯⼭ 和志

106,000

00

R04/A09

萌芽

軽元素を含む逆ペロブスカイト型⾦属材料の開発とスピントロニクス実⽤素
⼦の作製

磯上 慎⼆

⽩井 正⽂

158,000

107,000

0

R04/A10

国際

Japan-USA International Collaborative Research on the
Theoretical and Experimental Investigation of Coulomb Drag
Instability of Graphene Dirac Plasmons and its Application
for THz Laser Transistors

MITIN Vladimir

尾辻 泰⼀

248,000

107,000

100,000

R04/A11

萌芽・先端

ポスト 5G 基地局に向けたダイヤモンド⾼周波⾼出⼒素⼦および回路の 開
発

⾦⼦ 純⼀

末松 憲治

169,000

107,000

0

R04/A12

萌芽

多感覚情報を⽤いた⾃⼰感の制御に関する研究

⽥中 章浩

坂本 修⼀

183,000

107,000

0

BOUSTILA Sabah

⾼嶋 和毅

197,000

107,000

100,000

酒井 宏

塩⼊ 諭

115,000

107,000

0

R04/A13

国際

Exploring and designing interactions for VR headsets using
smartphone interfaces

R04/A14

萌芽オンライン視覚⼼理物理実験・モデル共有環境の構築

R04/A15

萌芽・国際

学習時の注意推定に関する研究

塩⼊ 諭

塩⼊ 諭

197,000

107,000

100,000

R04/A16

萌芽

顔表情分析の遠隔医療応⽤に関する研究

佐藤 好幸

塩⼊ 諭

102,000

107,000

0

R04/A17

国際

Creation, manipulation, and electrical control of chiral spin
textures in non-collinear antiferromagnetic heterostructures

TRETIAKOV/Oleg

深⾒ 俊輔

187,000

107,000

100,000

R04/A19

萌芽・先端

単⼀光⼦検出のための超伝導ナノワイヤーに関する研究

美⾺ 覚

佐藤 茂雄

221,000

107,000

0

若⼿・国際Interpersonal coordination of motor, cognitive andneurophysiological processes in joint activities

チェン ミャオ

チェン ミャオ

208,000

107,000

150,000

⼈体領域通信⽤指向性伝搬特性に関する研究

秋元 浩平

末松 憲治

122,000

107,000

0

林 雅⼦

北村 喜⽂

125,000

107,000

100,000

永瀬 雅夫

尾辻 泰⼀

208,000

107,000

0

櫻庭 政夫

櫻庭 政夫

296,000

107,000

100,000

R04/A20
R04/A21
R04/A22
R05/A01
R05/A02

萌芽

先端・⼤型・国XR技術を活⽤した協働型HyFlex授業環境構築のための探索的研究
際先端

グラフェンエミッタの研究

萌芽・先端・国 新IV族半導体ナノエレクトロニクスにおける材料・プロセス基盤技術開発に
際
関する研究

105

共同プロジェクト研究

採択番号

タイプ

共同プロジェクト研究題⽬

研究代表者

通研対応教員

共同研究経費配分
旅費

物件費

特別⽀援
国際・若⼿

R05/A03先端

酸化チタンナノチューブ型⾼感度ガスセンサの開発

⽊村 康男

平野 愛⼸

82,000107,000

0

R05/A04

先端

⾼磁場MRI対応体腔内NMR受信プローブの開発

松永 忠雄

末松 憲治

127,000

107,000

0

若⼿

逆磁歪効果と磁気光学効果を⽤いた⼝腔内咬合⼒計測に関する基礎調査

R05/A05
R05/A06

国際

R05/A07

国際

R05/A08

先端

2D van der Waals quantum materials for efficient chargespin conversion
Japan-Russia International collaborative research of new
designs of high-power large-area photoconductive antennaemittershigh-k/Ge構造における界⾯物理構造のプロセス温度依存の解明

R05/A09先端

⼆次元材料を⽤いたプラズモニック・ナノデバイスに関する研究

R05/A10

国際

R05/A11

萌芽・国際

Current-induced orbital effects in magnetic heterostructures
超100GHz帯ダイレクトディジタル送受信機技術の創成

R05/A12萌芽

ミリ波デバイスおよび伝送線路の最適設計に関する研究

R05/A13

国際

New generation of 2d material based devices for terahertz
technology

R05/A14

国際

R05/A15

磯⾕ 亮介

後藤 太⼀

104,000

107,000

50,000Singh Ravi
Prakash深⾒ 俊輔

208,000

107,000

100,000

DMITRY
Ponomarev

尾辻 泰⼀

257,000

107,000

100,000

王⾕ 洋平

佐藤 茂雄

131,000

107,000

0

内野 俊

尾辻 泰⼀

0

107,000

0

DUTTAGUPTA
SAMIK

深⾒ 俊輔

197,000

107,000

100,000

末松 憲治

末松 憲治

195,000

107,000

100,000

伊藤 桂⼀

末松 憲治

139,000

107,000

0

MEZIANI Yahya
Moubarak

尾辻 泰⼀

161,000

107,000

100,000

Collaborative evaluation of non-verbal communication
solutions

Benjamin
WATSONチェン ミャオ

133,000

107,000

100,000

先端・その他 産業保健領域におけるVR機器を活⽤した体験型実地研修の実践

⾊川 俊也

北村 喜⽂

0

107,000

0

髙原 良

藤⽥ 和之

122,000

107,000

0

R05/A16

萌芽

⾝体運動を誘発する動的VR/ARワークスペースに関する研究

R05/A17

国際

Auditory influences on saccadic suppression

Hiu Mei CHOW

曽 加蕙

187,000

107,000

100,000

R05/A18

国際

多細胞ネットワークを基盤とする脳情報処理の構成論的解析

⾕井 孝⾄

⼭本 英明

292,000

107,000

100,000

R05/A19先端

⾮線形複雑システム理論の時空間システムへの展開と応⽤

堀尾 喜彦

堀尾 喜彦

240,000

107,000

0

R05/A20先端

⾼機能軟磁性鉄合⾦の組織と特性の評価

鈴⽊ 茂

⽯⼭ 和志

0

107,000

0

R05/A21

⼤型

マルチセルラバイオコンピューティングの新展開

神⾕ 温之

⼭本 英明

226,000

107,000

0

R05/A22

国際動作ユニット︓⾝体による感情表出に関するデータ駆動形研究藤原 健

チェン ミャオ

111,000

107,000

100,000

R05/A23先端

スマートシティを⽀えるエッジコンピューティング基盤技術、およ びそれを活⽤するスマートシステム

ショウ シュン

⻑⾕川 剛

118,000

100,000

0

R05/A24先端

スマート社会を⽀える⾃⼰産出型サービスプラットフォームに関する研究

北形 元

⻑⾕川 剛

114,000

107,000

0

R05/A25先端

QKDシステムにおける⾼精度位相同期技術

平野 琢也

吉⽥ 真⼈

106,000

107,000

0

R05/A26

国際

VRにおける⾝体活動が認知パフォーマンスに及ぼす影響の検討

Tag Benjamin北村 喜⽂

199,000

107,000

100,000

機械学習を⽤いたオンライン⽂章の解析に関する研究

ザビル サラウッディン
ムハマド サリム⻑⾕川 剛

82,000107,000

0

R05/A27

萌芽・先端

R05/A28

先端

深層学習を⽤いた⾼精細画像センシング向け物体検出⼿法

松村 哲哉

尾辻 泰⼀

79,000107,000

0

R05/A29

若⼿

フレキシブル磁気光学薄膜形成に向けた磁性ガーネット超微粒⼦の開発

橋本 良介

後藤 太⼀

111,000

100,000

50,000R05/A30先端

光電⼦融合ヘテロジニアス集積技術の研究開発

北 智洋

佐藤 昭

106,000

107,000

0

R05/A31

萌芽・国際

聴覚的注意と没⼊との関係研究

KIM Sungyoung

坂本 修⼀

154,000

40,000100,000

R05/A32

萌芽・⼤型

⼈⼯知能による表情やジェスチャーを通じた⾮⾔語コミュニケーションの強化

PUNPONGSANON
Parinya

北村 喜⽂

106,000

107,000

0

R05/A33

萌芽・若⼿

Emotion processing in real and cyber world: behavioral andneuroscience perspective

ペルスキアエルナンデス
モニカ

チェン ミャオ

133,000

107,000

50,000R05/A34

萌芽

A computational model for the gender and cultureinteraction effect on facial expression classification

R05/A35

萌芽

⾃律分散組織型の⾳環境⾃動認識システムの構築

R05/A36

先端

実ネットワーク環境における輻輳制御アルゴリズムの性能評価

内海 哲史

⻑⾕川 剛

20,340R03/B01

先端

スピン・軌道・多極⼦がもたらす新規界⾯物性の開拓

三浦 良雄

⽩井 正⽂

185,000

0

R03/B02先端

光のモード⾼度制御に関する研究開発

浜本 貴⼀

吉⽥ 真⼈

185,000

0

萌芽

知的⽣産性場のモデル化と⽣産性向上のための計算機による介⼊⼿法の
検討

伊藤 雄⼀

⾼嶋 和毅

206,000

0

R03/B03

CHEN ChienChung

曽 加蕙

146,000

107,000

0

⾼根 昭⼀

坂本 修⼀

122,000

107,000

0

107,000

0

R03/B04

国際

機能酸化物界⾯デバイスの創⽣とバイオデバイスへの新展開

廣瀬 ⽂彦

平野 愛⼸

277,000

100,000

R03/B05⼤型

⾼次元・時空間ニューロダイナミクスとそれに基づくシステム構築への展開

廣瀬 明

佐藤 茂雄

251,000

0

R03/B06

萌芽・先端

制御不要な無線給電システム実現に向けた理論構築とその実装

関屋 ⼤雄

堀尾 喜彦

187,000

0

R03/B07

産学アフターコロナ時代の適応型ワークスペースに関する研究

藤⽥ 和之

藤⽥ 和之

122,000

0

R03/B08

萌芽・先端

進化計算の機械学習への適⽤に関する研究

神野 健哉

堀尾 喜彦

227,000

0

筒井 健⼀郎塩⼊ 諭

286,000

100,000

R03/B09

国際

社会⾏動の脳内機序解明にむけたヒトの知覚・運動・認知・情動特性の検討

R03/B11萌芽

アファンタジア（aphantasia）に関する⼼的イメージ情報処理特性の検討

⾼橋 純⼀

坂本 修⼀

137,000

0

R03/B12先端

持続可能なユビキタスシステムに向けた実証的研究

⽯⽥ 繁⺒

⻑⾕川 剛

254,0000106共同プロジェクト研究

共同研究経費配分

特別⽀援
国際・若⼿

採択番号

タイプ

共同プロジェクト研究題⽬

研究代表者

通研対応教員

R04/B01

萌芽

磁性材料の微細構造制御による次世代情報通信システムのための磁気デバイスの開発

池⽥ 愼治

⽯⼭ 和志

264,000 -0

萌芽

⾰新的気相プロセスによるナノ材料創成と⾼機能デバイス応⽤

内⽥ 儀⼀郎佐藤 茂雄

167,000 -

0

松野 丈夫

深⾒ 俊輔

255,000 -

0

今野 佳祐

末松 憲治

185,000 -0
100,000

R04/B03
R04/B04

萌芽・先端・産量⼦物質の制御と機能開拓およびそのデバイス応⽤学
次世代無線技術の基盤を構築するためのアンテナ・電磁界解析技術の研
究

旅費

物件費

R04/B05

先端

R04/B06

国際・産学これからの学術集会を考える

村⼭ 公美

北村 喜⽂

199,000 -R04/B07

萌芽・先端

視聴覚におけるオブジェクト認知の原理

栗⽊ ⼀郎

坂本 修⼀

100,000 -0

R04/B08

国際・産学

持続的社会を実現する⽔上モビリティの要素技術に関する研究会

末⽥ 航

北村 喜⽂

208,000 -100,000

薗⽥ 光太郎

坂本 修⼀

288,000 -100,000

近⽊ 祐⼀郎

⼋坂 洋

213,000 -

0

曽 加蕙

曽 加蕙

236,000 -100,000

佐藤 光哉

末松 憲治

226,000 -

0

⻲⽥ 卓

末松 憲治

284,000 -0

R04/B09
R04/B10R04/B11
R05/B01
R05/B02

萌芽・先端・国多機能マルチメディア⽣成に関する研究
際
先端・産学

マイクロ波・レーザSARの応⽤研究

国際・産学

An Inter-personal Dimension of MA: Behavior, Physiology,
and Engineering

萌芽・先端・産デジタルツイン社会に向けた境界のない無線ネットワークの設計
学
萌芽・先端

Massive Connect IoT時代の無線通信システムとハードウェアの統合設
計

R05/B03先端

コヒーレント光・マイクロ波統合型⾼機能通信・計測システムに関する研究

井上 崇

廣岡 俊彦

211,000 -0

R05/B04

国際・産学6Gに向けたミリ波・テラヘルツ波技術の創成とその応⽤

真⽥ 篤志

末松 憲治

296,000 -100,000

R05/B05

萌芽・⼤型

情報環境による⾏為や感情の増幅・減衰作⽤に着⽬する⼈と情報環境の相互作⽤に関する研究

中⼩路 久美代

北村 喜⽂

121,000 -0

R05/B06

国際

Physical / Virtual Presentations

Mario DOULIS

北村 喜⽂

121,000 -100,000

R05/B07

国際

⾃⼰運動知覚における多感覚情報の統合過程の解明

櫻井 研三

坂本 修⼀

280,000 -100,000

塚原 直樹

北村 喜⽂

248,000 -100,000

真鍋 宏幸

⾼嶋 和毅

131,000 -0

R05/B08
R05/B09
R05/B10

萌芽・国際・産カラスの群れの誘導⼿法の検討
学
萌芽

3Dプリンタを⽤いた⾼機能デバイスモジュールの開発とその応⽤

萌芽・先端・国⼈の⾏動理解・解析に基づく空間情報学
際・産学

⼭本 豪志朗⾼嶋 和毅

226,000 -100,000

萌芽

半導体微細加⼯技術とナノ材料機能を利⽤した膜タンパク質機能計測のための細胞膜モデル系の構築と制御

⼿⽼ ⿓吾

平野 愛⼸

154,000 -0

R05/B12萌芽

牧⽺⽝のヒツジ追い現象におけるヒツジ・牧⽺⽝間の「駆け引き」メカニズム
の解明

⾓⽥ 祐輔

加納 剛史

139,000 -0

R05/B13

先端・⼤型

神経回路網における記憶と学習に関する理論的研究

池⼝ 徹

堀尾 喜彦

212,000 -0

R05/B14若⼿・国際

ドキュメントベース動画の直接操作インタフェースに関する研究

藤⽥ 和之

藤⽥ 和之

144,000 -150,000

R05/B15萌芽

⼈・社会のセンシングと介⼊に関わる基盤技術の研究

荒川 豊

尾辻 泰⼀

133,000 -0

R05/B16

国際

スマートフォンによる頭部視線トラッキング技術を⽤いたアプリケーションの検討

藤⽥ 和之

藤⽥ 和之

139,000 -100,000

R05/B17

萌芽・国際

脳型LSI向け回路・システム技術国際共同研究

⽻⽣ 貴弘

⽻⽣ 貴弘

290,000 -100,000

R05/B11107

共同プロジェクト研究

採択番号

共同プロジェクト研究題⽬

研究代表者

通研対応教員

共同研究経費配分

⻘⽊ 徹

⼋坂 洋

1,000,000

R05/S01

先端的コヒーレント波技術の応⽤研究

R03/SI01

⼈間科学とAI技術(Human sciences with AI technologies）

Su-Ling Yeh

塩⼊ 諭

1,000,000

R04/T01

伝送⼯学研究会/Electromagnetic-Wave Transmission Technologies
Workshop（Society 5.0に向けた電波・光波伝送技術/Electromagnetic- and light-wave
transmission technologies toward Society 5.0）

松浦 祐司

葛⻄ 恵介

150,000

R04/T02

⾳響⼯学研究会/Technical committee for acoustic engineering（⾳響・⾳声・聴覚およびマルチモーダルシステムに関する基礎と応⽤に関する研究発表/Research presentation on basic and application of acoustics, speech,
hearing and multimodal systems）

坂本 修⼀

坂本 修⼀

150,000

R04/T03

東北プラズマフォーラム/Tohoku Plasma Forum（⾮平衡プラズマ現象の基礎と応⽤/Fundamentals and applications of nonequilibrium plasma phenomena）

⾦⼦ 俊郎

平野 愛⼸

150,000

R04/T04

コンピュータサイエンス研究会/Special Interest Group on Computer Science（理論計算機科学を中⼼とする情報科学の基礎と応⽤/Foundation and Applicationof Information Science around Theoretical Computer Science）

住井 英⼆郎

中野 圭介

150,000

R04/T05

システム制御研究会/Technical committee for system control（システム制御理論と応⽤に関する研究発表/Research presentation on theory
and applications of system control）

渡邉 ⾼志

⽯⿊ 章夫

150,000

R04/T06

情報バイオトロニクス研究会/Information Biotronics Seminar（バイオ・ナノエレクトロニクスに基づく次世代バイオデバイス創製/Next generation
biodevices based on bio-nanoelectronics）

平野 愛⼸

平野 愛⼸

150,000

R04/T07

スピニクス研究会/Spinics Research Society（磁性材料開発と磁気応⽤/Development of Magnetic Materials and Their
Magnetic Applications）

薮上 信

⽯⼭ 和志

150,000

R04/T08

ニューパラダイムコンピューティング研究会/New Paradigm Computing ResearchGroup（次世代IoT社会を担う新概念コンピューティング技術の開拓/Research anddevelopment of new paradigm computing technologies for the next
generation IoT society）

本間 尚⽂

本間 尚⽂

150,000

R04/T09

超⾳波エレクトロニクス研究会/Technical committee for ultrasonic electronics（超⾳波の基礎と応⽤に関する研究発表/Research presentation on basics andapplications of ultrasound）

吉澤 晋

坂本 修⼀

150,000

R04/T10

ブレインウェア⼯学研究会/Brainware Research Project（⽣物に⽐肩しうる知的情報処理システムの構築を⽬指して/Toward Life-likeIntelligent Information Processing System）

⽯⿊ 章夫

⽯⿊ 章夫

150,000

R04/T11

⽣体・⽣命⼯学研究会・/Biocybernetics and Bioinformatics（⽣体信号の解析・モデリング/Analysis and modelling of biological signals）

塩⼊ 諭

⽻⿃ 康裕

150,000

R04/T12

ナノ・スピン⼯学研究会/Study Group on Nanoelectronics and Spintronics（ナノエレクトロニクス・スピントロニクスをベースとした次世代情報通信基盤/Nextgeneration information and communication technology based on
nanoelectronics and spintronics）

佐藤 茂雄

深⾒ 俊輔

150,000108

共同プロジェクト研究４．3 令和 5 年度共同プロジェクト研究成果報告
共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/A02

研究課題名
Si・・Ge 混合プラットフォーム上への異種機能混載集積回路の実現[ 1 ］ 研究 組織
研究代表者：
山本 圭介（九州大学大学院総合理工学研究院）
通研対応教員：櫻庭 政夫（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
室田 淳一（東北大学ﾏｲｸﾛｼｽﾃﾑ融合研究開発ｾﾝﾀｰ）
図 1. 本研究で提案する Si・Ge 混合プラット中島 寛（九州大学ｸﾞﾛｰﾊﾞﾙｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝｾﾝﾀｰ）
佐道 泰造（九州大学大学院ｼｽﾃﾑ情報科学研究院） フォーム上の異種機能混載集積回路の模式図.
王 冬（九州大学大学院総合理工学研究院）
茂藤 健太（〃）［5］研究成果と波及効果等
清水 昇、松尾 拓朗、永松 寛大、髙山 智成、那 （5-1）研究成果
須 新悟、王 一、鍬釣 一、本田 彬、黄 林昱（九州大学大学院総合理工学府）
A．L-GOI 作製プロセスの構築 および
小杉 智浩、千代薗 修典、原 龍太郎、河原 聡、 B. L-GOI 中の欠陥評価および改善
岡本 紘汰、古賀 泰志郎、花房 祐樹（九州大学
大学院ｼｽﾃﾑ情報科学府）[2 ]研究期間
令和３年４月～

令和６年３月[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
ゲルマニウム（Ge）は、「高いキャリア移動度」「近赤外域に対応するバンドギャップ」等の特徴を有しており、Si プラットフォーム上に Ge の材
料特性を活用・集約した異種機能混載集積回路
図 2. (a)貼り合わせとエッチバックによる（図 1）は、IoT 時代の更なる発展を推進する理GOI 作製の模式図. (b)エッチング面に形成し想のデバイス構造といえる。代表者は、こうしたた p-Ge MOS キャパシタの容量-電圧特性.
デバイスに必須かつ Si と Ge 双方の長所を最大限に発揮できる基板構造として、種々の面方位を有
L-GOI の作製方法として、「基板貼り合わせとする複数の小面積単結晶 Ge 薄膜が支持 Si 基板上エッチングによる薄膜化（エッチバック）」によに配置された、ローカル Ge-on-Insulator（Lる手法を検討した（図 2(a)）。この方法では、GOI）を着想した。本研究では、L-GOI 作製と LSOI で実用化されている「Smart-Cut 法」を GOIGOI 上への種々の素子作製を通じて、世界に先駆作製に適用した場合に問題となる、残留欠陥によけた革新的 Ge 異種機能混載素子の実現を目標とる特性劣化から解放される。検討の結果、フッした。
酸・過酸化水素・酢酸の混合溶液が高速なエッチ
ングレートを有し、また Ge 表面の平坦性を維[4]研究計画及び内容
持・改善することが判明した。実際に、Ge 基板
A． L-GOI 作製プロセスの構築の非研磨面をこの溶液で平坦化後に MOS キャパシ
B． L-GOI 中の欠陥評価および改善タを作製したところ、市販 Ge 基板の研磨面上の
C． L-GOI 上への異種機能混載の実現ものと比較しても遜色のない特性が得られた（図2(b)）。

109

共同プロジェクト研究

800

1’. SiO2 growth on Si

Eg (L → Γ) Eg (Γ → Γ)Bulk p-Ge
GOI point 1
GOI point 2
GOI point 3

Si bulk
GeON

bonding

2. bonding
Si bulk

3. layer separation

PL intensity (arb. unit)

SiO2: 50 nm

Al2O3(ALD): 3 nm

600

-6
-4
-2
0
-6

(a)

GND

Pt

Pt
Ge
BOX

-15 V
-10 V
-5 V

0.6

VD (<0)Si
Ohmic
VG(<0)

L/W= 5/55 μm

-0 V
+5 V

Drain current, ID (mA)-8

VG = -20 V

Inversion n-channel
GND

0.5

0.2

TiN

Ge

(b)

VG = +14 V

BOX
Si

0.4
0.3

VD (>0)TiN

Ohmic
VG(>0)

L/W=7/55 μm

0

+10 V
+8 V
+6 V
+4 V

0.1

+2 V
0V

0.0
-4
-2
Drain Voltage, VD (V)

+12 V

0

1
2
Drain Voltage, VD (V)3

図 4. GOI 上に作製したバックゲート MOSFET の出
力特性 (a) p-MOSFET, (b) n-MOSFET.

Smart-CutTM GOI
3 positions

20
10
0

0.7
0.8
0.9
1.0
Photon Energy (eV)λ = 532 nm(penetration
depth ~ 20 nm)

400

200

0
Si bulk(b)

Directband-band

30
PL Intensity (arb. unit)(a)
1. Al2O3 depo. on
GeON

Accumulation p-channel-10
Drain current, ID (mA)

また、上記の手法に加えて、中空構造上に薄膜
Ge が形成された Ge-on-Nothing（GeON）構造の転写による高品質 L-GOI の作製にも取り組んだ（GeON はベルギー・imec より提供）。GeON を用い
た GOI 作製の模式図を図 3(a)に示す。図 3(b)は作製した GOI のフォトルミネッセンス(PL)特性であり、バルク Ge と比較して発光強度が増大していることが見て取れる。また、Smart-CutTM 法によって作製した GOI（図 3(b)挿入図）と比較すると、測定点毎のばらつきが小さく、均一な GOI が形成されていることが分かる。

P = 20 mW
Lens = 20x

Indirectband-band

0.6

T=300 K

0.7
0.8
0.9
Photon energy (eV)1.0

図 3. (a) GeON を用いた GOI の作製フロー.
(b) 作製した GOI の PL 特性（3 点＋比較用バ
ルク Ge）.挿入図は Smart-CutTM 法によって作製した GOI の PL 特性（3 点）.

図 5. (a)多結晶 Ge 上に作製した CMOS インバータ. (b) CMOS 上の n-,p-MOSFET の伝達特性.

（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
本プロジェクト（PJ）に関連したテーマとして、
JSPS 二国間交流事業(共同研究)が採択され、研C. L-GOI 上への異種機能混載の実現究の展開と加速がなされた。また令和 5 年 1 月お
GOI 上にて高性能デバイスを実現するためには、 よび 12 月には、本 PJ とも関連する国際ワークシ
高品質ゲート絶縁膜の低温形成、ソース/ドレイ ョップが開催され、国内外の研究者による活発なン（S/D）となる PN 接合の低温形成、等の要素技 議論が展開された。目下、より大型の国際共同研術が必要となる。これらの要素技術をそれぞれ構 究教育 PJ に向けた申請準備を行っている。
築した後、GOI 上に MOS トランジスタ(FET)を試作した。図 4 に GeON から作製した GOI 上のバック （関連 PJ）
ゲート MOSFET の出力特性および伝達特性を示す。 ・JSPS 二国間交流事業 ベルギーFWO との共同研
究 代表 山本 圭介（九州大学）、Roger Loo
いずれも良好なトランジスタの動作特性が得られ（imec）、課題名: 中空 Ge 基板を用いた高品質ており、電界効果移動度のピーク値として p-, n22Ge-on-Insulator 作製プロセスの新規開発
それぞれで約 290 cm /Vs、および約 50 cm /Vs が（国際ワークショップの詳細）得られた。特に p-MOSFET の値は代表者によるSmart-CutTM GOI 上の値（150 cm2/Vs、但しトップ ・ 13th/14th International Workshop on New
Group IV Semiconductor Nanoelectronics
ゲート構造）を上回っており、本手法による GOI
開催地 東北大学電気通信研究所
が良好な品質を有することを意味している。
開催日(13th)2023 年 1 月 23 日-24 日
また、低温ゲートスタック形成技術、低温 S/D(14th)2023 年 12 月 14 日-15 日
形成技術を元に、多結晶 Ge 薄膜上に作製した pMOSFET および n-MOSFET の伝達特性を図 5 に示す。
いずれも明瞭な ON/OFF 特性が得られており、低 [6]まとめと今後の課題
本 PJ を通じて、Ge の結晶成長及び GOI 作製、
温デバイスプロセスにて作製した MOSFET が稼働
またそのデバイス化に関する有意義な知見と国際していることが分かる。これら n-, p-MOSFET を組み合わせた CMOS 動作にも成功しており（デー 共同研究成果が得られた。今後は、より応用に向タ未掲載）、GOI 上の異種機能混載に向けた基本 けたデバイス実現を目指し、後継 PJ「単結晶シリコン/多結晶ゲルマニウムスズから成るモノリ
デバイスプロセスの構築に成功したと言える。
シック三次元積層デバイスの実現（R06/A06, R68）」にて研究を継続・発展させる。

110

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）(R3)
・K. Moto, K. Yamamoto, T. Imajo, T. Suemasu,
H. Nakashima, K. Toko, Sn Concentration
Effects on Polycrystalline GeSn Thin Film
Transistors, IEEE Electron Device Letters,
42, 1735-1738, 2021.
・ (Invited) K. Yamamoto, D. Wang, H.
Nakashima, Fabrication of Ge-on-Insulator
By Epitaxial Growth and Ion-Implanted
Exfoliation
forElectronics
andOptoelectronics
Applications,
ECS
transactions, 104, 157-166, 2021.
・K. Moto, K. Yamamoto, T. Imajo, T. Suemasu,
H. Nakashima, K. Toko, Sn Doping Effects on
Polycrystalline
Germanium
Thin-Film
Transistors on Glass, 2021 Int. Conf. on
Solid State Devices and Materials, Sept. 8,
2021, online.
・ K. Yamamoto, K. Iseri, D. Wang, H.
Nakashima, Low-Temperature Fabrication of
Ge MOS Capacitor with Wet Oxidized Yttrium
Interlayer, 2021 Int. Conf. on Solid State
Devices and Materials, Sept. 9, 2021,
online.
・原 龍太郎, 千代薗 修典, 茂藤 健太, 山本 圭介,佐道 泰造, a-Si キャップ付加による界面変調 Sn 添加 Ge 極薄膜/絶縁基板のキャリア移動度向上, 第 82 回応用物理学会秋季学術講演会,
2021 年 9 月 10 日, オンライン.
・茂藤 健太, 山本 圭介, 今城 利文, 末益 崇,
中島 寛, 都甲 薫, 固相成長 GeSn 薄膜トラン
ジスタにおける Sn 組成の影響, 第 82 回応用物
理学会秋季学術講演会, 2021 年 9 月 10 日, オ
ンライン.
・松尾 拓朗, 山本 圭介, 王 冬, Ge スピン MOSFETのための低温（～250°C）デバイスプロセスの構築, 第 82 回応用物理学会秋季学術講演会,
2021 年 9 月 10 日, オンライン.
・松尾 拓朗, 山本 圭介, 王 冬, リセスチャネ
ル化によるメタル S/D 型 Ge n-MOSFET の電流駆動力向上, 第 82 回応用物理学会秋季学術講演会, 2021 年 9 月 23 日, オンライン.
・那須 新悟, 松尾 拓朗, 山本 圭介, 王 冬, Ge
スピン MOSFET 実現に向けた低温（～250°C）
デバイスプロセスの構築, 2021 年応用物理学会
九州支部学術講演会, 2021 年 12 月 4 日, オンライン.
・髙山 智成, 茂藤 健太, 山本 圭介, 今城 利文,
末益 崇, 都甲 薫, ガラス上における多結晶 Ge
系薄膜トランジスタの作製と評価, 2021 年応用物理学会九州支部学術講演会, 2021 年 12 月 4日, オンライン.[[発表奨励賞受賞]（R4）
・(Invited) K. Yamamoto, T, Matsuo, D. Wang,
K. Moto, K. Toko, H. Nakashima, Novel group
IV semiconductor materials and devices forbeyond Si technology, The 5th International
Union of Materials Research Societies
International
ConferenceofYoung
Researchers on Advanced Materials (IUMRSICYRAM 2022), Aug. 3, 2022, Kyushu Univ.
・S. Nasu, T. Matsuo, K. Yamamoto, D. Wang,
Fabrication of Ge MOSFET at low temperature( ～ 250℃) for spintronics application,IUMRS-ICYRAM 2022, Aug. 3, 2022, Kyushu
Univ.
・N. Shimizu, Y. Wang, K. Yamamoto, S. Zhang,
S. Shibayama, O. Nakatsuka, D. Wang,
Electrical characteristics of metal/GeSncontacts in lateral Schottky diodes, IUMRSICYRAM 2022, Aug. 3, 2022, Kyushu Univ.
・T. Takayama, K. Moto, K. Yamamoto, T. Imajo,
K. Toko, Fabrication and evaluation ofpolycrystalline
Ge-basedthin-filmtransistors on glass, IUMRS-ICYRAM 2022,
Aug. 3, 2022, Kyushu Univ.
・ W.-C. Wen, K. Yamamoto, D. Wang, H.
Nakashima,
Fabrication
andCharacterization of Ge n-MOS and n-MOSFET
with Thermally Oxidized Yttrium Gate
Insulator, 9th International Symposium on
Control of Semiconductor Interfaces (ISCSIIX), Sept. 5, 2022, Nagoya Univ.
・K. Moto, K. Toko, T. Takayama, T. Imajo, K.
Yamamoto, First Demonstration of Rectifying
Schottky Contact on Polycrystalline P-Type
Ge Using ZrN Electrode, 2022 International
Conference on Solid State Device andMaterials (SSDM 2022), Sept. 27, 2022,
Makuhari Messe, Chiba, Japan・K. Yamamoto(Invited), D. Wang, R. Loo, C.
Porret, J. Cho, K. Dessein, and V. Depauw,
Ge-on-Insulator from Ge-on-Nothing andLayer Transfer, 13th Int. WS on New GroupIV Semicond. Nanoelectronics, Jan. 23,
2023, Tohoku Univ.
・N. Shimizu, Y. Wang, A. Honda, K. Yamamoto,
S. Zhang, S. Shibayama, O. Nakatsuka, andD. Wang, N-type characteristics of undoped
GeSn in the low Sn concentration region,
13th Int. WS on New Group IV Semicond.
Nanoelectronics, Jan. 23, 2023, Tohoku

111

共同プロジェクト研究

Schottky Contact in ZrN/polycrystalline pUniv.
Ge, IEEE Journal of the Electron Devices
・ K. Moto, K. Yamamoto, and K. Toko,
Society, 11, 553, 2023.
Polycrystalline Thin-Film Transistor Basedon Solid-Phase Crystallized Ge and GeSn, ・T. Nagano, R. Hara, K. Moto, K. Yamamoto,and T. Sadoh, Improved carrier mobility of
13th Int. WS on New Group IV Semicond.
Sn-doped Ge thin films (≤20 nm) on
Nanoelectronics, Jan. 23, 2023, Tohoku
insulator by interface-modulated solidUniv.
phase crystallization combined with surface
・L. Huang, K. Moto, T. Ishiyama, K. Toko, D.
passivation, Mat. Sci. Semicond. Process.,
Wang, and K. Yamamoto, Inversion Mode n165, 107692, 2023.
channel TFT on Polycrystalline Ge Formed by
Solid-Phase Crystallization, 13th Int. WS ・L. Huang, K. Moto, K. Igura, T. Ishiyama,
K. Toko, D. Wang, and K. Yamamoto, Lowon New Group IV Semicond. Nanoelectronics,
temperature process design for inversion
Jan. 24, 2023, Tohoku Univ.
mode n-channel thin-film-transistor on
・ H. Kuwazuru, S. Nasu, D. Wang, and K.
polycrystalline Ge formed by solid-phase
Yamamoto, Study on the Performance of Metal
crystallization, Japanese
Journal of
S/D Ge n-MOSFET with Recessed Channel
Applied Physics, 63, 02SP42, 2024.
Structure, 13th Int. WS on New Group IV
Semicond. Nanoelectronics, Jan. 24, 2023, ・ N. Shimizu, D. Wang, H. Nakashima, K.
Yamamoto, Development of Ge Isotropic Wet
Tohoku Univ.
Etching Solution and its Application to・那須 新悟、王 冬、山本 圭介, リセスチャネ
High Quality Ge-on-Insulator Fabrication
ル化によるメタル S/D 型 Ge n-MOSFET の電流駆
through the Etchback Method, ECS J. Solid
動力向上(II), 2022 年第 83 回応用物理学会秋State Sci. Technol., 13, 044001, 2024.
季学術講演会, 2022 年 9 月 20 日, 東北大学
・清水 昇、王 一、山本 圭介、張 師宇、柴山 ・[[Spotlights 2024] K. Yamamoto, D. Wang, R.
茂久、中塚 理、王 冬, 電子・光デバイス応用
Loo, C. Porret, J. Cho, K. Dessein, V.
に向けた Pt/GeSn 接合のショットキー特性調査,
Depauw, Ge-on-Insulator Fabrication based2022 年第 83 回応用物理学会秋季学術講演会,
on Ge-on-Nothing Technology, Jpn. J. Appl.
2022 年 9 月 21 日, 東北大学
Phys., 63, 04SP32, 2024.
・茂藤 健太、都甲 薫、高山 智成、今城 利文、 ・N. Shimizu, Y. Wang, A. Honda, K. Yamamoto,山本 圭介, 多結晶 p 型 Ge 上におけるショット
S. Zhang, S. Shibayama, O. Nakatsuka, andキー整流性コンタクトの形成, 2022 年第 83 回
D. Wang, N-type characteristics of undoped
応用物理学会秋季学術講演会, 2022 年 9 月 21
Ge0.967Sn0.033 fabricated on bulk n-Ge, ISTDM日, 東北大学
ICSI 2023), S2-9
・髙山 智成、茂藤 健太、都甲 薫、王 冬、山本 ・K. Moto, K. Toko, T. Takayama, T. Ishiyama,
圭介, 金属/多結晶 Ge 界面におけるフェルミレ
and K. Yamamoto, Control of Schottky
ベルピニングの緩和とショットキー障壁制御,
Barrier Height at Metal/Polycrystalline Ge
2022 年第 83 回応用物理学会秋季学術講演会,
Interfaces
withFermi-Level
Pinning
2022 年 9 月 21 日, 東北大学
Alleviation, ISTDM-ICSI 2023, S11-7
・鍬釣 一、那須 新悟、王 冬、山本 圭介, メタ ・K. Yamamoto, D. Wang, R. Loo, C. Porret, J.
ル S/D 型 Ge n-MOSFET のリセスチャネル形状とCho, K. Dessein, and V. Depauw, Evaluation
性能に関する研究, 2022 年応用物理学会九州支of the physical properties of Ge-on部学術講演会, 2022 年 11 月 26 日, 大分大学
insulator based on Ge-on-Nothing and layer（R5）transfer, ISTDM-ICSI 2023, S12-7
・ W.-C. Wen, D. Wang, H. Nakashima, K. ・K. Moto, K. Toko, T. Takayama, T. Ishiyama,
Yamamoto, Fabrication and Characterization
and K. Yamamoto, Various Metal Contacts onof Germanium n-MOS and n-MOSFET with
Polycrystalline
Gewith
Amorphous
Thermally Oxidized Yttrium Gate Insulator:
Interlayer Formed by ZrN Sputter-Deposition,
Formation of underlying Germanium Oxide andExtended Abstract of 2023 International
Its Electrical Characteristics, Mat. Sci.
Conference on Solid State Device and
Semicond. Process., 162, 107504, 2023.
Materials (SSDM 2023), p. 533, Sept. 7,
・K. Moto, K. Toko, T. Takayama, T. Imajo, T.
2023, Nagoya, Japan
Ishiyama, and K. Yamamoto, Rectifying ・L. Huang, K. Moto, T. Ishiyama, K. Toko, D.

112

共同プロジェクト研究

Wang, and K. Yamamoto, Inversion Mode nchannel TFT on Polycrystalline Ge Formed by
Solid-Phase
Crystallization,
2023
International Conference on Solid State
Device and Materials (SSDM 2023), p. 249,
Sept. 8, 2023, Nagoya, Japan・K. Yamamoto(invited), W.-C. Wen, D. Wang,
H. Nakashima, Thermally oxidized Yttrium
Oxide on Germanium for n-MOS Capacitor andField-Effect Transistor, 244th ECS meeting,G02-1522, Oct. 9, Gothenburg, Sweden.
・[[Best Paper Award] K. Yamamoto, D. Wang, R.
Loo, C. Porret, J. Cho, K. Dessein, V.
Depauw,Fabrication
andElectrical
Characterization of Ge-on-Insulator basedon
Ge-on-Nothing
Technology
2023
International Workshop on DIELECTRIC THINFILMS FOR FUTURE ELECTRON DEVICES, p. 39,
Oct. 24, Kanazawa, Japan・H. Kuwazuru, D. Wang, K. Yamamoto, Low
Temperature (~210 °C) Fabrication of Ge
MOS Capacitor using Plasma Oxidation andOxi-Nitridation
fortheInterlayer
Formation 2023 International Workshop on
DIELECTRIC THIN FILMS FOR FUTURE ELECTRONDEVICES, p. 131, Oct. 25, Kanazawa, Japan.
・T. Koga, T. Nagano, K. Moto, K. Yamamoto,and T. Sadoh, High Carrier Mobility of SnDoped Ge Thin-Films (≤20 nm) by Thinning
Combinedwith
Post-Annealing,
2023
International Conference on Solid State
Device and Materials (SSDM 2023), p. 873,
Sept. 8, 2023, Nagoya, Japan・T. Koga, T. Nagano, K. Moto, K. Yamamoto,and T. Sadoh, Improved Carrier Mobility of
Sn-Doped Ge Thin-Films (≤20 nm) by PostAnnealingforThin-Film
Transistor
Application, AM-FPD 2023, p. 161, July 6,
2023, Kyoto, Japan・H. Kuwazuru, D. Wang, and K. Yamamoto,
Fabrication of a Ge gate stack using plasma
irradiation and low-temperature annealing
for Ge applications, 14th International
Workshop on New Group IV Semiconductor
Nanoelectronics, Dec. 14, 2023, Sendai,Japan・L. Huang, K. Moto, K. Igura, T. Ishiyama,
K. Toko, D. Wang, and K. Yamamoto,
Inversion Mode n-channel TFT Fabricated on
Solid-Phase Crystallized Polycrystalline
Ge at Low Temperature Improved by Metal
Induced
DopantActivation,
14th

International Workshop on New Group IV
Semiconductor Nanoelectronics, Dec. 14,
2023, Sendai, Japan・ A. Honda, N. Shimizu, Y. J. Feng, K.
Yamamoto, S. Shibayama, O. Nakatsuka, andD. Wang Observation of acceptor-type defectlevels using low-temperature Hall effectmeasurement for GeSn layers fabricated bymolecular beam epitaxy, 14th International
Workshop on New Group IV Semiconductor
Nanoelectronics, Dec. 14, 2023, Sendai,Japan・K. Yamamoto(invited), W.-C. Wen, D. Wang,and H. Nakashima, Electrical and Structural
Characterization of Thermally Oxidized
Yttrium
OxideonGermanium,
14th
International Workshop on New Group IV
Semiconductor Nanoelectronics, Dec. 14,
2023, Sendai, Japan・L. Huang, K. Moto, T. Ishiyama, K. Toko, D.
Wang, K. Yamamoto, Fabrication of InversionModen-channel
TFT
on
Solid-Phase
Crystallized Polycrystalline Ge, 2023 年第84 回応用物理学会秋季学術講演会, 2023 年 9月 20 日, 熊本市
・鍬釣 一、王 冬、山本 圭介、リセスチャネル
化によるメタル S/D 型 Ge n-MOSFET の電流駆動力向上(III), 2023 年第 84 回応用物理学会秋季学術講演会, 2023 年 9 月 20 日, 熊本市
・森本 敦己、茂藤 健太、黄 林昱、居倉 功太、
石山 隆光、都甲 薫、王 冬、山本 圭介、多結
晶 p 型 Ge 上における CMOS プロセスの検討、
2023 年(令和 5 年度) 応用物理学会九州支部学術講演会, 2023 年 11 月 26 日, 九州大学
・麻生 大聖、鍬釣 一、王 冬、山本 圭介、Ge
スピン MOSFET に向けたゲートスタックの低温形成とフラットバンド電圧制御、2023 年(令和5 年度) 応用物理学会九州支部学術講演会, ,2023 年 11 月 26 日, 九州大学
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果（R3）
・ 永 松 寛 大 , 山 本 圭 介 , 王 冬 , Ge-onInsulator 基板の PL 発光強度の膜厚依存性の調査, 2021 年応用物理学会九州支部学術講演会,
2021 年 12 月 4 日, オンライン.
・清水 昇, 王 一, 山本 圭介, 張 師宇, 中塚理, 王 冬, 電子・光デバイス応用に向けた金属/GeSn 接合の低温形成, 第 69 回応用物理学会
春季学術講演会, 2022 年 3 月 22 日, オンライ
ン.
（R4）

113

共同プロジェクト研究・L. Huang, K. Moto, T. Ishiyama, K.Toko, D.
Wang, K.Yamamoto, N-type doping into
polycrystalline Ge thin-film on glass, 2022
年応用物理学会九州支部学術講演会, 2022 年
11 月 26 日, 大分大学
・本田 彬、王 一、清水 昇、山本 圭介、柴山
茂久、中塚 理、王 冬, ノンドープ GeSn エピ
タキシャル膜のホール効果測定による電気伝導特性評価, 2022 年応用物理学会九州支部学術講演会, 2022 年 11 月 26 日, 大分大学
・王 一、本田 彬、清水 昇、山本 圭介、柴山
茂久、中塚 理、王 冬, 光・電子デバイス応用に向けたノンドープ GeSn の MOS 特性調査,
2022 年 応 用 物 理 学 会 九 州 支 部 学 術 講 演 会 ,2022 年 11 月 26 日, 大分大学
（R5）・ Y. J. Feng, K. Yamamoto, A. Honda, N.
Shimizu, D. Wang, Measurement of FowlerNordheim tunneling barrier height in Ge-MIS
structures, The 8th Asia Applied Physics
Conference (2023 年(令和 5 年度) 応用物理学会九州支部学術講演会), 2023 年 11 月 26 日,
九州大学

114

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/A03

研究課題名
非磁性体中におけるスピンダイナミクスの制御に関する研究属する深見・金井研究室にある二台の超短パルス
レーザーシステムおよびオプティカルクライオス
タットを利用した極低温下での超高速スピン検出
系と、白色レーザー光源を用いた広波長域対応の通研対応教員：高空間分解分光光学系を用いて実験を行う。超高金井 駿（東北大学電気通信研究所）
速時間分解能を有するスピン検出光学系を利用しスピン緩和が完全に抑制される永久スピン旋回状
研究分担者
態を観測するとともに、そこに例えば軌道角運動
時光 遼（東京理科大学大学院理学研究科:M2） 量を持つ制御光を入射することでスピン操作を実
鶴田 和哉（東京理科大学大学院理学研究科:M2） 証する。また、顕微分光光学系を利用して新たな絶縁体中の欠陥中心スピンの観測とその高周波磁[2 ]研究期間
場制御を行う。スピン生成に関しては光励起以外
令和 5 年 4 月 ～ 令和 6 年 3 月にも非磁性金属中から半導体量子井戸中へのスピ
ンホール効果による電気的スピン注入を目指す。
[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
素子作製は電気通信研究所附属ナノ・スピン実験
スピントロニクス分野における応用の中心は強 施設のクリーンルームを利用する。
磁性金属をベースとした磁化制御素子にあるが、具体的な実施内容は、以下の通りである。
定常的にはスピン状態が表に出てこない非磁性体 ・半導体中の永久スピン旋回状態の光制御中においてもスピンの自由度は大きな注目を集め 永久スピン旋回状態では、スピンの空間構造が安ている。非磁性体の中でも半導体は光との相性が 定化する。本項では、光学的手法によりスピン空
良く、スピンと光の偏光の相関を利用することで、 間構造の制御を行った。
容易に光-スピン変換が可能である。また、スピ ・新規母体材料における欠陥中心の制御
ン軌道相互有効磁場によるスピン制御だけでなく、 新たな母体材料として酸化物絶縁体に着目し、カGaAs/AlGaAs 量子井戸といった化合物半導体の二 ラーセンターからの発光の観測およびスピンの初次元構造ではスピン状態の長時間保持も実証され 期化・読み出しを行った。
ている。一方、半導体や絶縁体中の欠陥中心のス
代表者の所属が本学になったことにより、実験
ピンでは、孤立した電子スピンにおいて量子力学 だけでなく研究の進捗報告や議論が活発化した。
的性質が顕著に表れるため、スピンは量子情報の また 11/17,18 の 2 日間は、東北大学に研究組織の担体となり、量子計算機のビットとして期待され メンバーが一堂に会し、研究基盤となる光学測定ている。このように非磁性体におけるスピンの活 技術に関する知見交換と研究方針の共有、研究議
用方法は幅広く、強磁性金属単体では実現できな 論ができた。これは、今後の研究を推進する上でい多様なスピン機能デバイス創生の可能性を持っ 非常に有意義なものとなった。
ている。そこで本研究では、非磁性半導体、絶縁体、金属といった非磁性体中におけるスピン情報 ［5］研究成果と波及効果等に着目し、そのダイナミクスの観測と制御を目指 （5-1）研究成果
す。
・半導体中の永久スピン旋回状態の光制御
バンド間吸収の無い光照射によって永久スピン[4]研究計画及び内容
旋回状態を作り出すスピン軌道相互作用の大きさ
非磁性体中のスピンダイナミクス制御に関して、 がどのように変化するかを調べた。スピンパター
半導体中のスピンの時空間分布の直接観測と光波 ンに対して磁場を印加することで、同位相点のシによる制御、新たな欠陥中心スピンの観測と高周 フトを観測し、位相速度 vph からスピン軌道相互波制御、に焦点を当てて研究を進める。電気通信 作用を定量できる。図 1 は永久スピン旋回が形成研究所においては、電気通信研究所担当教員の所[1］研究組織
研究代表者：
石原 淳（東北大学大学院工学研究科）

115

共同プロジェクト研究ている。この変化は発光および発光励起スペクト
ルから得られたキャリア密度の変化と傾向が同じである。つまり、変調ドープ層にある残存キャリ
アが量子井戸に流れ込むことで量子井戸の非対称性が増したと結論付けられる。

図 1 (a)制御光非照射時の x 方向のスピン分布, (b)
制御光照射時のスピン分布. 赤色はスピンアップ、青色はスピンダウンを示す. (c)同位相点シフトから求めた位相速度の照射光強度依存性.
(d)スピン軌道相互作用の照射光強度依存性.

・新規母体材料における欠陥中心の制御
スピントロニクスにおいて広く用いられている絶縁体材料の MgO および MgAl2O4 中にイオン注入された Ce の発光及び偏光特性を評価した。ア
ニール温度の最適化によりいずれも発光が観測されたが、MgO が母体材料の場合は、発光偏光度が得られなかったことから、Ce3+以外の発光が観測されている可能性がある。一方で、母体材料がMgAl2O4 の場合は MgO の場合と比べて 10 倍以上の発光強度が得られた。また、極低温において磁場に依存する発光円偏光度が観測された。以上より、MgAl2O4 中に導入された Ce は光学的に読み書き可能なスピンセンタであることが明らかになった。

するストライプパターンに平行方向に磁場印加した場合の結果である。永久スピン旋回磁場と外部磁場は負の方向ではキャンセルされ、正の方向では強め合い、ストライプがシフトしたパターンが得られる(図 1(c))。光照射によって、シフト量が （5-2）波及効果と発展性等変化していることがわかる(図 1(b))。照射光強度
明らかになった永久スピン旋回状態の光によるに対してプロットすると図 1(c)のように変化して 制御は、光照射位置のみにおいてスピン軌道相互おり、そこからスピン軌道相互作用パラメータ 作用が変調されることでスピン空間構造が変化す|𝛼𝛼| � �𝛽𝛽��を求めると図 1(d)の照射光強度依存性が る。これは、スピンの空間構造情報を任意の時間得られた。また、ストライプパターンに垂直に外 に局所的制御できるアクセスフリーな制御技術に部磁場を印加して y 方向のスピン分布の時間発展 なり、スピン空間情報を利用した機能性発現の加を観測することで、同様に|𝛼𝛼| � �𝛽𝛽��が求まる。こ 速につながると期待される。
また、欠陥中心スピンに関しては、発光測定、れらからラシュバスピン軌道相互作用係数|𝛼𝛼|とドレッセルハウススピン軌道相互作用係数�𝛽𝛽� �を 偏光状態の観測、周波磁場制御、高速ダイナミク
個別に定量した結果を図 2 に示す。照射光強度の ス測定とあらゆる状態の評価技術の獲得とスピン増加に伴って、|𝛼𝛼|が増大することがわかる。一 コヒーレンス則を頼りに、材料探索がより効率的方で、�𝛽𝛽� �は光照射によってほとんど変化しない。 に進められるようになっている。特に今回示されラシュバスピン軌道相互作用は量子井戸構造の反 たスピントロニクス分野で広く使われている絶縁
転非対称性に起因する。つまり本結果は、光照射 膜中の欠陥中心スピンの発見は、従来のスピントにより量子井戸のポテンシャルの非対称性が増加 ロニクスデバイスに新しい機能を付与することがし、量子井戸内の電場が大きくなったことを示し できると期待される。

図 2 ラシュバスピン軌道相互作用係数|𝛼𝛼|とドレッセルハウススピン軌道相互作用係数�𝛽𝛽��の照射
光強度依存性.

116[ 6 ] ま と めと今 後 の 課題
期間全体で得られた、スピンテクスチャの光制
御やベクトル光渦を用いたスピンテクスチャの直接励起は、スピンの一状態を情報として用いるためだけでなく、光通信分野で発展した空間分割多重といった技術と同様にスピンの空間構造情報を
新たな情報担体として用いるための研究につながる。また、欠陥中心については、その位相情報保持だけではなく、母体材料の特性に着目することで、新たな機能を併せて用いる新たな研究につながる。各物質間のスピン移行を実現し、非磁性体
中のスピンを最大限に活用するための要素基盤技術を獲得することが今後の課題である。

共同プロジェクト研究・ M. Kawahara, S. Kanai, Y. Abe, K. Takano, J.
Ishihara, M. Kohda, and S. Fukami, "Polarizationand magnetic-field dependent photoluminescence[論文、学会発表、および関連成果]of (MgO)x(Al2O3)1-x:Ce," (poster) The 7th(1) 成果リスト（謝辞あり）
Symposium for the Core Research Clusters for・ J. Ishihara, T. Mori, T. Suzuki, S. Sato, K. Morita,
Materials Science and Spintronics and the 6th
M. Kohda, Y. Ohno, and K. Miyajima, “Imprinting
Symposium on International Joint Graduate
spatial helicity structure of vector vortex beam on
Program in Materials Science and Spintronics,
spin texture in semiconductors”, Physical Review
Tohoku Univ., Sendai, Japan, 2023/11/28Letters 130, 126701 (2023).
2023/12/01.
・ Manato Kawahara, Yuichiro Abe, Shun Kanai, Jun
・ K. Takano, Y. Abe, M. Kawahara, J. Ishihara, M.
Ishihara, Yusuke Aoki, Makoto Kohda, andKohda, S. Kanai, and S. Fukami, "Spin-dependent
Shunsuke Fukami, "Optical properties of Ce
optical properties of Eu implanted SiO2," (poster)
implanted MgO," (poster) International Workshop
The 7th Symposium for the Core Research Clusters
on the Quantum Spinoptics, WASEM Monastery,for Materials Science and Spintronics and the 6th
Ingelheim, Germany, 2023/06/13-2023/06/15.
Symposium on International Joint Graduate
・ Yuichiro Abe, Shun Kanai, Manato Kawahara, Jun
Program in Materials Science and Spintronics,
Ishihara, Yusuke Aoki, Makoto Kohda, Shunsuke
Tohoku Univ., Sendai, Japan, 2023/11/28Fukami, "Polarization dependence of optical2023/12/01.
properties of Ce doped SiO2," (poster)・ S. Kanai, Y. Abe, M. Kawahara, J. Ishihara, M.
International Workshop on the Quantum Spinoptics,
Kohda, and S. Fukami, "Optical Control of Spin in
WASEM Monastery, Ingelheim, Germany,
Amorphous SiO2:Ce3+," (oral) 2023 MRS Fall
2023/06/13-2023/06/15.
Meeting, Boston, U.S.A./Online , 2023/12/07.
・ 時光遼, 石原淳, 森貴親, 大野裕三, 宮島顕祐,
・ Y. Abe, M. Kawahara, J. Ishihara, M. Kohda, S.
(001)GaAs/AlGaAs 量子井戸におけるスピン軌
Fukami, and S. Kanai, "Polarization-Dependent
道有効磁場の励起密度依存性, 第 84 回応用物
Optical Properties of Ce-Implanted Quartz," (oral)
理学会秋季学術講演会, 熊本城ホールほか (熊2023 MRS Fall Meeting, Boston, U.S.A./Online ,2023/12/07.
本県熊本市) +online, 2023/09/19-2023/09/23.
・ Manato Kawahara, Yuichiro Abe, Koki Takano, ・ M. Kawahara, Y. Abe, K. Takano, F. J. Heremans,
J. Ishihara, E. Sullvan, C. Vorwerk, V. Somjit, C. P.
Jun Ishihara, Makoto Kohda, Shun Kanai,
Anderson, G. Wolfowicz, M. Kohda, S. Fukami, G.
Shunsuke Fukami, "Optical properties ofGalli, D. D. Awschalom, H. Ohno, and S. Kanai,(MgO)x(Al2O3)1-x:Ce," (poster) 第 84 回応用物理"Spin-dependent optical properties of Ce学会秋季学術講演会, 熊本城ホールほか (熊本implanted MgAl2O4," (oral) APS March Meeting,県熊本市) +online, 2023/09/19-2023/09/23.
Minneapolis, Minnesota, USA, 2024/03/03・ Yuichiro Abe, Shun Kanai, Manato Kawahara, Jun
2024/03/08.
Ishihara, Makoto Kohda, Shunsuke Fukami, ・ M. Kawahara, Y. Abe, K. Takano, F. J. Heremans,"Polarization-dependence of optical properties of
J. Ishihara, E. Sullvan, C. Vorwerk, V. Somjit, C. P.
Ce-implanted quartz," (oral) 第 84 回応用物理学
Anderson, G. Wolfowicz, M. Kohda, S. Fukami, G.
会秋季学術講演会, 熊本城ホールほか (熊本県
Galli, D. D. Awschalom, H. Ohno, and S. Kanai,熊本市) +online, 2023/09/19-2023/09/23.
"Polarization-dependent optical properties of・ M. Kawahara, Y. Abe, K. Takano, J. Ishihara, M.
MgAl2O4:Ce under magnetic fields," (poster) 第 27
Kohda, S. Kanai, and S. Fukami, "Circularly
回半導体におけるスピン工学の基礎と応用
polarized photoluminescence spectroscopy of(PASPS-27), 東 北 大 学 ⽚ 平 キ ャ ン パ ス,
solid-states spin defects in oxides," (poster) 1st
Workshop on the Chicago-Tohoku Quantum
2024/03/16-2024/03/17.
Alliance, Tohoku Univ., Sendai, Japan, ・ M. Kawahara, Y. Abe, K. Takano, F. J. Heremans,
2023/10/05-2023/10/06.
J. Ishihara, E. Sullvan, C. Vorwerk, V. Somjit, C. P.
・ M. Kawahara, S. Kanai, Y. Abe, K. Takano, J.
Anderson, G. Wolfowicz, M. Kohda, S. Fukami, G.
Ishihara, M. Kohda, and S. Fukami, "PolarizationGalli, D. D. Awschalom, H. Ohno, and S. Kanai,
dependent optical properties of MgAl2O4:Ce,""Polarization-dependent optical properties of(poster) 第 42 回電子材料シンポジウム, 奈良県
MgAl2O4:Ce under magnetic fields," (poster) スピ
橿原市, 2023/10/11-2023/10/13.
ントロニクス学術研究基盤と連携ネットワー
・ K. Takano, Y. Abe, M. Kawahara, J. Ishihara, M.
ク（Spin-RNJ）シンポジウム 2023, 東北大学
Kohda, S. Kanai, and S. Fukami, "Optical
⽚平キャンパス, 2024/03/17-2024/03/18.
properties of Eu implanted SiO2," (poster) 第 42 回
電 子 材 料 シ ン ポ ジ ウ ム, 奈 良 県 橿 原 市,
2023/10/11-2023/10/13.
117共同プロジェクト研究(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・Jun Ishihara, “Optical generation of electron spin
textures in semiconductors”, The 27th Symposium on
the Physics and Applications of Spin-related
Phenomena in Semiconductors, 2024 年 3 月 16-17 日,
東北大学.
・Jun Ishihara, “Generation of spin textures insemiconductors using vector vortex beams”, EU-Japan
Workshop on Spintronics and Quantum Transformation(Spin-QX 2023), 7-10, Aug., 2023, Jülich, Germany.
・石原 淳, “非磁性半導体におけるスピンテクス
チャの光生成と制御”, CREST トポロジー領域 合同セミナー 2023 年 5 月 30 日, 筑波大学.

118

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/A04

研究課題名
非平衡プラズマ活性種を活用したバイオ・医療デバイスの創成が活発に行われている，アメリカ，台湾，韓国，[1］研究組織
中国の研究機関との連携を深め，国際共同で研究研究代表者：を推進する．
金子 俊郎（東北大学 大学院工学研究科）（研究討論会等開催状況）
通研対応教員：
日時：令和 6 年 (2024 年) 2 月 26～27 日
平野 愛弓（東北大学 電気通信研究所）
場所：東北大学 大学院工学研究科 電子情報シス
研究分担者
Cheng-Che Hsu（National Taiwan University, Taiwan） テム・応物系 教育研究実験棟 306 講義室
本研究会では，学内外を含め延べ 50 名程度のMichael Kong（Old Dominion University, USA）
Peter Bruggeman (The University of Minnesota, USA) 参加者があり，講演は「気液界面プラズマを用い
Yongfeng Li (China University of Petroleum, China)
たバイオ・医療デバイスの創成」を主テーマに，
Wonho Choe (Korea Advanced Institute of Science and 植物応用プラズマプロセス，医療応用プラズマプ
Technology, Korea)
ロセス，触媒フリー選択酸化反応プロセス，気液
畠山 力三（東北大学 大学院工学研究科）
界面プラズマ反応場の数値計算や短寿命活性種計
加藤 俊顕（東北大学 大学院工学研究科）
測等の立場から，専門分野を越えて活発な議論が髙島 圭介（東北大学 大学院工学研究科）
なされた．
佐々木 渉太（東北大学 大学院工学研究科）
平田 孝道（東京都市大学 大学院工学研究科）[4]研究計画及び内容
堀 勝（名古屋大学 大学院工学研究科）
Ⅰ.低
低温プラズマを用いたヒトコロナウイルス不活化
白谷 正治（九州大学 システム情報科学研究院）
昨今の新型コロナウイルス感染症 (COVID‑19)
浜口 智志（大阪大学 大学院工学研究科）に代表されるように，ヒトコロナウイルスが引き佐々木 浩一（北海道大学 大学院工学研究院）
起こす大規模な感染症流行は，2000 年以降だけ
佐藤 岳彦（東北大学 流体科学研究所）
で三度も引き起こされており，今後も新たな感染症の出現が危惧されている．従って，ヒトコロナウイルスに対する効率的な不活化技術の開発が急～ 令和６年３月
務の課題である．低温大気圧プラズマは，ガス温度を低く保ちながら，高い電子温度を持つ非平衡[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
反応場を容易に作り出し，ラジカルを含む活性本プロジェクトでは，２１世紀の重点的研究分 種・荷電粒子・紫外線などの不活化因子を，その野と目されている環境・エネルギー，ナノテクノ 場合成し同時供給できることから，強力なウイル
ロジー・材料，ライフサイエンス，フロンティア ス不活化への活用が期待されている．今年度は，（宇宙など）そして情報通信のいずれにも学問的 低温プラズマ技術によって作り出される活性種を基盤として根幹的に関わっているプラズマ科学と， 制御することで，高いウイルス不活化能を有する
ナノバイオ科学，さらには医療・農業分野が融合 活性種を同定することを目的に実験を行った．
する新領域に特化して，研究開発を行う．
具体的には，気相中，液相中，気液界面プラズ ［5］研究成果と波及効果等
マ中の新規プラズマプロセスを駆使することによ （5-1）研究成果
り，次世代ナノ情報電子・バイオ・医療デバイス Ⅰ.低低温プラズマを用いたヒトコロナウイルス不活化
創成に資する研究基盤を，日本国内のみならず海
実験には，これまでに開発してきた五酸化二窒
外のプラズマ理工学者と共同してナノバイオ・医 素 (N2O5) 等を空気から選択合成するプラズマ装療科学技術に関わる電子・磁気・光工学，材料工 置を使用した（図 1）． ヒトコロナウイルスとし学，物理，化学，分子生物学，医学・生命科学者 て，1966 年に同定された旧型のコロナウイルスの英知を結集して確立する．特に，本プロジェク で あ る HCoV-229E ウ イ ル ス を 用 い た ．HCoVトでは気液界面プラズマを用いた医療・農業研究 229E ウイルス原液 200 μL に対して，プラズマ処[ 2 ]研究期間
令和５年４月119

共同プロジェクト研究

N2O5 によるウイルス不活化要因を明らかにす理を行った後，宿主細胞としたアカゲサル細胞（LLC-MK2）に感染させて，感染価を評価した． るために，硝酸 (HNO3) を用いた対照実験を行っプラズマ選択合成した N2O5 ガスを HCoV-229E たが，N2O5 暴露に相当する濃度の HNO3 溶液では，ウイルスに暴露したところ，プラズマを直接接触 HCoV-229E ウイルスを不活化することは出来なさせることなく，2 分の処理でウイルス感染価を かった．従って，少なくとも N2O5 溶解後の一様
2~3 桁程度減少（99 ~ 99.9%の不活化に対応）さ に生成された HNO3 もしくは pH 低下が，不活化せることに成功した（図 2）．一方で，オゾン の主因子ではないといえる．N2O5 は，溶解の際，(O3) や NOx (一酸化窒素 NO/二酸化窒素 NO2 の混 一 時 的 に 反 応 活 性 の 高 い 中 間 体 (NO2+, [NO2+•合) ガスでも，HCoV-229E ウイルス不活化効果は NO3−]) を生成することが知られている．N2O5 暴
見られたが，5 分の処理でウイルス感染価を 1 桁 露時間相当の HNO3 添加でウイルス不活化効果が減少させる程度であった．使用した O3 密度は， 見られなかったことは，HNO3 が重要因子ではな
N2O5 密度より 3 倍高いこと，NOx 密度もおよそ 2 く，HNO3 に至るまでの中間体によるウイルス不倍高いことを鑑みると，N2O5 は O3 や NOx と比較 活化への重要な寄与を示唆している．N2O5 溶解
して，高いウイルス不活化効果を有する活性種で に伴う中間体生成場は，気液界面近傍で形成されあるといえる．N2O5 は O3 や NOx と比較して非常 るため，比表面積の高い液滴，すなわち飛沫中のに高い水溶解性を有していることから，液中への ウイルス不活化に適している可能性があり，今後活性種輸送効率が極めて高い．この特性が，高い さらなるメカニズム解明が望まれる．
ウイルス不活化能を示す要因の一つではないかと （特別支援（国際）に係る研究成果）
本年度の国際共同研究推進型の特別支援分の研予想される．
究費については，気液界面プラズマ科学分野における国際交流拠点を形成すべく，米国の分担者（Prof. Peter Bruggeman）との共同研究活動で使用した．具体的には，2023 年 7 月～10 月に米国の分担者の研究室（ミネソタ大学）に学生を派遣して，レーザー誘起蛍光法と呼ばれる計測手法を用いて，プラズマと液体が接触する界面での短寿
命活性種（OH ラジカル）の計測を実施し，その空間分布から短寿命活性種の気相（プラズマ相）
から液相への輸送特性を解析した．

図 1:ヒトカゼコロナウイルスの不活化試験
実験系の(a)概略図と(b)写真．
7: Dry air
: N2O5

Log10TCID50 /mL

6

: O3
: NOx

5
4
3
2
1
0

0

1

2

3

4

Exposure time (min)5

図 2:HCoV-229E ウイルス感染価の各活性種
含有ガス暴露時間依存性．
120（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
本プロジェクトで実施した「気液界面プラズマを用いたライフサイエンス応用」の成果が高く評価され，国内外の学会，国際会議で，プレナリー
講演を含む 10 件の招待講演を行った．
また，本プロジェクトでの研究成果を基盤として，「F-REI 委託事業・福島国際研究教育機構における農林水産研究の推進」および「科研費・学
術変革領域研究（A）」等の大型競争的資金の採択につながっている．さらに，本プロジェクトで明らかになった細胞，ウイルスに対するプラズマ
合成活性種の効果に関する研究成果は，プラズマのライフサイエンス（医療，農業，衛生環境）応用という新しい研究領域の開拓に結びつき，新しい医療機器・農業機器や環境浄化装置の開発等の今後の発展が期待されている．
[ 6 ] ま と めと今 後 の 課題
非平衡（低温）プラズマ技術によって作り出される活性種（五酸化二窒素）が高いウイルス不活化能を有することを明らかにした．今後は，そのメカニズム解明を目指した研究を推進する．

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）【査読付学術論文】
1. T. Kaneko, “Applications of physically andchemically controlled non-equilibrium plasmas:
From nanomaterial synthesis to cell function
control”, JSAP Review, 2024 (2024) 240205-1-8.
(査読有)(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果【査読付学術論文】
1. T. Chida, K. Hiromori, N. Shibasaki-Kitakawa, S.
Sasaki, T. Kaneko, and A. Takahashi, “Applicationof nonthermal atmospheric-pressure plasma
irradiation as a new method for noncatalytic liquidphase selective oxidation of polyhydric alcohols”,
Plasma Process. Polym., 21 (2023) e2300163. (査読有)【国際・国内会議・研究会等発表】
1. S. Sasaki, S. Osana, M. Yamaya, H. Nishimura, R.
Nagatomi, and T. Kaneko, “Inactivation of Human
Coronavirus Using Reactive Oxygen and NitrogenSpecies Generated by Atmospheric Pressure
Plasmas”, 4th International Conference on Data
Driven Plasma Science (ICDDPS-4)/14th EU Japan
Joint Symposium on Plasma Processing (JSPP-14),
Okinawa, Japan, 2023/4/18.
2. S. Takeshi, K. Takashima, S. Sasaki, A. Higashitani,
T. Kaneko, “Nitrogen Fertilization with Plasma
Generated
Dinitrogen
Pentoxide”,
25thInternational Symposium on Plasma Chemistry,
Kyoto, Japan, 2023/5/22.
3. S. Kawano, K. Takashima, S. Sasaki, T. Kaneko,“Development of BB-CEAS (broadband cavityenhanced absorption spectroscopy) measurement
for reactive nitrogen species”, 25th International
Symposium on Plasma Chemistry, Kyoto, Japan,
2023/5/22.
4. K. Takeda, S. Sasaki, K. Takashima, T. Kaneko,“Evaluation of interfacial OH radical transport
using plasma exposed high-speed water jet”, 25th
International Symposium on Plasma Chemistry,
Kyoto, Japan, 2023/5/25.
5. S. Sasaki, S. Osana, M. Yamaya, H. Nishimura, R.
Nagatomi, and T. Kaneko, “"Inactivation effect ofplasma-generated reactive oxygen and nitrogenspecies on human coronavirus”, 25th International
Symposium on Plasma Chemistry, Kyoto, Japan,
2023/5/25.
6. K. Takashima, R. Fujita, K. Muratomi, S. Sasaki,
and T. Kaneko, “Development of AtmosphericPressure Plasma Source with Liquid Column
Interface for Plasma-Liquid Interfacial Reactions in

Spatio-Temporal Dynamics”, 25th International
Symposium on Plasma Chemistry, Kyoto, Japan,
2023/5/25.
7. （ プ レ ナ リ ー 講 演 ）T. Kaneko, S. Sasaki, K.
Takashima, “Innovative technology for controlled
synthesis of reactive species using gas-liquidinterfacial plasmas and its applications”, 25th
International Symposium on Plasma Chemistry,
Kyoto, Japan, 2023/5/26.
8. （招待講演）T. Kaneko, S. Sasaki, K. Takashima, A.
Higashitani, S. Ando, H. Takahashi, “Plasma
Generated Dinitrogen Pentoxide Activating Plant
Immunity”, 4th International Workshop on Plasma
Agriculture (IWOPA4), Seoul, Korea, 2023/6/19.
9. （招待講演）K. Takashima, Y. Kunishima, and T.
Kaneko, “Generation of Vibrationally Excited
Nitrogen in a DC-Superimposed Repetitive
Nanosecond Pulse Discharge”, The 35th
International Conference on Phenomena in Ionized
Gases, Egmond aan Zee, The Netherlands,
2023/7/11.
10. S. Takeshi, K. Takashima, S. Sasaki, A. Higashitani,
T. Kaneko, “Nitrogen Fertilization and Dissolution
Efficiency with Plasma Generated Dinitrogen
Pentoxide”, 2023 年度電気関係学会東北支部連
合大会, 岩手県, 滝沢市, 2023/9/6.
11. S. Kawano, K. Takashima, S. Sasaki, T. Kaneko,“Development of BB-CEAS (Broadband Cavity
Enhanced Absorption Spectroscopy) measurement
for reactive nitrogen species”, 2023 年度電気関係
学 会 東 北 支 部 連 合 大 会, 岩 手 県, 滝 沢 市,
2023/9/6.
12. （招待講演）金子 俊郎，高島 圭介，佐々木 渉太，
安藤 杉尋，高橋 英樹，東谷 篤志, “大気圧空気
プラズマ合成活性窒素種による植物免疫誘導”,
第 40 回日本植物バイオテクノロジー学会, 千葉県,
千葉市, 2023/9/13.
13. （ 招 待 講 演 ）T. Kaneko, S.Sasaki, K.Takashima,“Plant pathogens control using air atmosphericpressure plasmas”, Technical Meeting on Emerging
Applications of Plasma Science and Technology,
International Atomic Energy Agency, Austria,
Vienna, 2023/9/21.
14. （招待講演）高島 圭介，佐々木 渉太，金子 俊郎,“大気圧空気プラズマを活用した持続可能な食糧生産システム”, 第 84 回応用物理学会秋季学術講演会, 熊本県, 熊本市, 2023/9/20.
15. 大場 優人，佐々木 渉太，高島 圭介，金子 俊郎,“プラズマ合成五酸化二窒素によるアミノ酸化学
修飾の分析”, 第 84 回応用物理学会秋季学術講演会, 熊本県, 熊本市, 2023/9/21.
16. 武田 一希，佐々木 渉太，高島 圭介，金子 俊郎,“プラズマ－液体界面における短寿命活性種の挙121

共同プロジェクト研究動解析”, 第 84 回応用物理学会秋季学術講演会,
熊本県, 熊本市, 2023/9/22.
17. T. Kaneko, K. Takeda, S. Sasaki, and K. Takashima,“Analysis of short-lived reactive species in gasliquid interfacial plasma with high-speed liquidcolumn flow”, The 76th Annual Gaseous
Electronics
Conference,
Michigan,USA,
2023/10/11.
18. T. Kaneko, K. Taketa, S. Sasaki, K. Takashima,“Decaying Characteristics of Short-lived Reactive
Nitrogen Species Generated by Gas-liquidInterfacial Plasma”, the 13th Asian-European
International Conference on Plasma Surface
Engineering (AEPSE 2023), Busan, Korea,
2023/11/7.
19. （ 招 待 講 演 ）T. Kaneko, K.Takeda, S.Sasaki,
K.Takashima, “Gas-liquid interfacial plasmas:
Controlled generation of short-lived reactive
species and its applications”, 7th Asia-PacificConference on Plasma Physics and (AAPPS-DPP
2023), Aichi, Japan, 2023/11/16.
20. （招待講演）佐々木 渉太，高島 圭介，金子 俊郎,“実験と数値計算によるプラズマ誘起液相化学反応の理解”, 第 33 回日本 MRS 年次大会, 神奈川
県, 横浜市, 2023/11/15.
21. 武士 将熙，高島 圭介，佐々木 渉太，東谷 篤志，
金子 俊郎, “プラズマ生成五酸化二窒素の植物直接処理による窒素施肥効果と自家蛍光への影響”,
第 33 回日本 MRS 年次大会, 神奈川県, 横浜市,
2023/11/15.
22. 川野 翔平，高島 圭介，佐々木 渉太，金子 俊郎,“空気プラズマ排ガス中の NO3 ラジカル生成の促進”, 第 33 回日本 MRS 年次大会, 神奈川県, 横浜
市, 2023/11/16.
23. （ 招 待 講 演 ）T. Kaneko, K.Takeda, S.Sasaki,
K.Takashima, “Atmospheric pressure plasma withhigh-speed liquid flow: basic science and its
application”, 97th IUVSTA Workshop on plasmaassisted conversion of gases for a sustainable future,
Cerklje na Gorenjskem, Slovenia, 2023/12/19.
24. （招待講演）佐々木 渉太，高島 圭介，金子 俊郎,“プラズマ活性種の計測・反応理解・制御と植物応答”, 第二回プラズマ種子科学研究会, 愛知県, 名
古屋市, 2024/1/7.
25. 高橋 英樹, 金子 俊郎, 宮下 脩平, “立枯れ症状を示したトルコギキョウの植物体ならびに栽培土壌から分離された Fusarium 属菌の多様性解析”, 令
和 5 年度日本植物病理学会東北部会, 弘前大学,
青森県，弘前市, 2023/9/14-15.
26. 高橋 英樹, 佐々木 渉太, 高島 圭介, 金子 俊郎, 宮下 脩平, “活性酸素種および活性窒素種の状態が変化したタバコではキュウリモザイクウイルス黄122

斑系統[CMV(Y)]の全身移行と病徴発現が抑制される”, 令和 6 年度日本植物病理学会大会, 仙台国際センター, 宮城県，仙台市, 2024/3/13-15.
27. 入野田 和奏, 佐々木 渉太, 高島 圭介, 金子 俊郎,
高橋 英樹, 宮下 脩平, “活性酸素種および活性窒
素種の状態が変化したタバコにおけるキュウリモ
ザイクウイルス MOI の低下” 令和 6 年度日本植物病理学会大会, 仙台国際センター, 宮城県，仙台市, 2024/3/13-15.
28. 山梨太郎，武士将熙，佐々木渉太，高島圭介，
金子俊郎，石丸泰寛，魚住信之 “空気から生成した気体 N2O5 を用いた植物への窒素供給法の開発”第 65 回植物生理学会年，兵庫県，神戸市，2024/3/17-19.

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/A06

研究課題名
量子デバイスの放射線応答に関する研究・開発
本研究では，半導体量子ドットが各種の放射線に対し，どのような影響があるかを調べる研究であり，従って，まず，半導体素子に放射線を照射・非照射の状態を比較する手法の確立が必要である．我々は，次の 2 つの方法を開発・研究した．
通研対応教員：
即ち，１）半導体素子が，GaAs 基板で作成され大塚 朋廣（東北大学 電気通信研究所）ていることを利用した中性子放射化法による手法，
２）クライオスタット内に密封小線源を導入し，研究分担者
半導体素子上に照射・非照射の状態を機械的に作吉田 斉 （大阪大学 理学研究科）
り出す手法である．
中性子放射化法：表 1 に示すように，GaAs 基
板は中性子によって放射化され，その寿命が数十[ 2 ]研究期間
時間でβ崩壊する同位体を高濃度に有している．
令和３年４月 ～ 令和６年３月
この数十時間という寿命は，経時変化を利用して，放射線の影響を調べることができるため，非常に[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
都合の良い時間である．この特徴を利用して，ポ本研究の目的は，半導体量子ドット（半導体 リエチレン減速材とグラファイト中性子反射材のQD）の電離放射線耐性，及び放射線検出器用のセ 中に，252Cf 中性子源（1.1 MBq）と量子ポイント
ンサーとして利用可能性を調査，研究することで コンタクトの素子を導入し，基板を放射化した．
ある．
この放射化した基板を，岐阜県神岡町の地下に設
半導体 QD は，超伝導量子ビットとともに，量 置した，超低放射能環境下のゲルマニウム半導体
子コンピュータの中核となる量子デバイスとして 検出器で，放射化の様子を調べた．その結果，表有望視されている．量子コンピュータでは量子の ２に記した放射性元素の崩壊が見られた．予想に可干渉性が必須であり，半導体 QD 及びその周辺 反して，198Au が最も強く（1.64 Bq）測定された．
からの電離放射線はこの可干渉性を破壊し，多数 金（197 Au，自然存在比 100％）は，電極として使ビットの量子コンピュータの実現を阻害する要因 われる他，基板周辺部でメッキとして用いられてとなり得る．本研究では，半導体 QD の放射線応 いる．この原子核が非常に効果的に放射化され，答を調べることで，この点について研究する．ま その寿命も 64.44 h と測定に都合の良い時間スケ
た，発想を逆にして，半導体 QD が放射線に対し ールであるため，これを測定に利用した．
て敏感であるならば，それを積極的に超高感度の機械的動作による，照射・非照射の切り替え
放射線センサー素子として応用する可能性を探る． 機 構 ： アルファ線やガンマ線のチェッキングソ
ースを取り付けた部位を，クライオスタット外部
核種 存在 断面生成 半減期 Q 値
から回転させることで，基板上のある領域に放射
(MeV)
比
積
核
線を照射・非照射を素早く切り替える（図１）．
(%)(barn)
69Ga
70Ga
60.2
1.9
21.1 m 1.66
71Ga
72Ga
39.8
5.0
14.1 h 3.99
生成核種
放射能（Bq）
半減期
−2
75As
76As
72Ga
100
4.5
26.3 h 2.97
14.1 h
(1.3±0.3)×10−
762
表 1：Ga と As で中性子捕獲断面積の大きい核種
26.24 hAs
(2.6±0.5)×10
198Auと，その存在比，中性子捕獲断面積，生成する原64.66 h1.64±0.06
び Q 値の一覧
表 2：量子ポイントコンタクトを実装した GaAs
基板を中性子で放射化後の，G 半導体検出器によ[4]研究計画及び内容って測定された，放射能(検出効率で補正後)[1］研究組織
研究代表者：
岸本 康宏（東北大学 ニュートリノ科学研究セ
ンター）

123

共同プロジェクト研究

図 1：上部からのステンレス製ドライブシャフト
によって，放射線チェッキングソースを固定する
治具を回転する．回転の角度は，２本のステンレ
ス製のポールに依って制限される．この機構により，量子ポイントコンタクト部分に対して，アルファ線を照射する場合（右図）と照射しない場合（左図）を切り替えることが可能である．

図 2 ： アルファ線の照射（オレンジ）と非照射（青）を連続的に行った場合に，量子ポイントコ
ンタクトの応答で明確な差違が見られた期間の例．
この期間では，照射・非照射の差違は 90％の確率で出現している．
この報告書を書いている時点では，まだ解析が継続しており，最終的な結果は得られていないものの，量子ポイントコンタクトへの影響が見られたものはアルファ線源を用いた場合のみで有り，その場合であっても，影響が明瞭な期間とそうで無い期間があることから，半導体量子素子に対する放射線影響は大きくないと予想される．今後は，量子ポイントコンタクトと比較して，より外部環
境の擾乱に敏感な系である，半導体量子ドットに対する放射線影響を測定し，量子コンピュータへの影響までを調査したいと考えている．

［ 5 ］研 究 成果 と 波 及効果 等（5-1 ）研究成果
本研究では，素子として量子ポイントコンタク
トのソース・ドレイン電流（ISD）を測定し，その値の放射線依存性を調べた．
量子ポイントコンタクトでは，量子ポイントコ
ンタクト近傍にトラップされた電荷が遷移し，短期間でスパイク的な電流変化が見られることが知られている．放射線（この場合ベータ崩壊）によって，この現象がトリガされると考え，放射化終 （5-2）波及効果と発展性等
了後，20〜170 時間の測定と，放射化終了後 1 ヶ本プロジェクトによって，量子ドットの研究者
月を経過した測定とを比較した．その結果，スパ と素粒子・原子核分野の研究者が協力し，量子素
イク頻度と放射化寿命との間に明瞭な相関を見つ 子の放射線センサー利用，量子素子の耐放射線性
ける事は出来なかった．
能という 2 つの側面から，学際的な研究を開始す
この反省から，チェンキングソースの位置を機 ることができた．この結果，2022 年度の挑戦的械的に変化させる場合には，照射・非照射の頻度 研究（萌芽）「半導体量子ドットデバイスの放射を上げ，容易に比較ができる様，モーターで自動 線応答の調査と放射線検出器への利用」（研究代的かつ連続的な測定可能な実験系を構築した．チ 表者：大阪大学 吉田斉）が採択された．
ェッキングソースとしては，アルファ線源
また，本研究を契機として，超伝導デバイスを（241Am, 5.4 MeV）と低エネルギーガンマ線源 素粒子物理分野に応用するための勉強会などが開（57Fe，14.4 keV）を用いた．アルファ線源の場 催され，共同研究の機運が高まった．そして，合は飛程が短く，高エネルギーであるため，非常 2024 年度からの学術変革領域研究「地下稀事象」にローカルにエネルギーを付与する．57Fe の場合 （領域代表 岸本康宏）の計画研究 B01 が採択さは，エネルギーも低いが，アルファ線と比較して， れた．この計画研究は，暗黒物質アクシオンを，
基板の奥深くにまで到達可能である．また，崩壊 超伝導センサーを用いて探索する計画である．ア
率も 1 桁以上大きいものを利用した．
クシオン探索では，高磁場中で稼働する極低ノイ
この結果，57Fe では，照射・非照射の明瞭な差 ズアンプを用いるが，この要求は，量子ドットコ
違は見られなかった．しかし，アルファ線源の場 ンピュータにも必要な要素であるため，今後も，合，照射・非照射で明確な差が見られる場合と， 素粒子研究分野と量子ドット研究分野が協働した
その様な差を見いだすことのできない場合とが存 研究が継続し，学際的な展開が加速するものと期
在した．
待される．
図２は，アルファ線の照射・非照射を連続して行った場合に，明瞭に差が見られた期間を示している．
124

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
・「量子ポイントコンタクトの放射線応答の調査」，
湯田秀明，吉田斉，大塚朋廣，岸本康宏，2022
年 3 月，日本物理学会 第 77 回年次大会
・”Basic Research on Radiation Response of
Semiconductor Quantum Devices”, H. Yuta, Y.
Kishimoto, T. Ohtsuka, S. Yoshida, 2022 年 2月，令和３年度 東北大学電通通信研究所 共同プ
ロジェクト研究会
・「量子ポイントコンタクトの放射線応答についての研究」，吉田斉，西川隆宏，柴田真尚，岸本康宏，大塚朋廣，2023 年 2 月，令和４年度 東北大学電通通信研究所 共同プロジェクト研究会
・「量子デバイスの放射線に対する応答の研究」，
吉田斉，高草元，岸本康宏，大塚朋廣，2024 年 2月，令和５年度 東北大学電通通信研究所 共同プ
ロジェクト研究会・ ”TheStudyoftheresponseofsemiconductor quantum devices to radiation”,
G. Takakusa, 2024 年 3 月，UGAP2024
・「量子デバイスの放射線に対する応答の研究」，
高草元，2024 年 3 月，新学術「地下宇宙」第４回
若手研究会
・「量子デバイスの放射線に対する応答の研究」，
高草元，岸本康宏，吉田斉，大塚朋廣，2024 年 3月，日本物理学会 2024 年春季大会(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果

125共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/A07

研究課題名
原子層量子デバイスの開発[1］研究組織
研究代表者：
加藤 俊顕（東北大学
通研対応教員：大塚 朋廣（東北大学

大学院工学研究科）

令和 5 年６月 21 日、令和 5 年 8 月 23 日、令和 5
年 9 月 14 日、令和 5 年 10 月 4 日、令和 5 年 10月 18 日、令和 5 年 12 月 14 日、令和 6 年 1 月 17日、令和 6 年 2 月 6 日（オンライン）
参加者：大塚朋廣（東北大 准教授）

電気通信研究所）

学内外を含め延べ１０名以上の研究者と、「原研究分担者
子層量子デバイス開発」を主テーマに共同研究に
澁田 靖 (東京大学 大学院工学研究科)
関する綿密な打ち合わせを行った。
李 秦宜（九州大学 大学院工学研究院）
宮田 耕充（東京都立大学 大学院理学研究科） [4]研究計画及び内容
中西 勇介（東京都立大学 大学院理学研究科） 原子層材料の一種として注目されている遷移金
属ダイカルコゲナイド(TMD)は、通常上限面に同[2 ]研究期間
じカルコゲン原子が配置されている。これに対し、
令和３年４月 ～ 令和６年３月
近年上下面で異なるカルコゲンから構成されるヤ
ヌス TMD が注目を集めている。面直方向に電荷[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要の偏りが生じるため、ピエゾ効果やラシュバ効果
原子オーダーの厚みを有する原子層物質は、優 等多くの魅力的な物性が理論的に予測されている
れた基礎物性を示すことから世界中で活発な研究 一方で、実験的にヤヌス TMD を合成することはが展開されている。特に、半導体的性質を有する 極めて困難とされてきた。本研究では、これまで
原子層物質に関する研究・開発は、近年ますます 加藤等が開発してきたマイルドプラズマプロセス
その重要性を増している。本プロジェクトでは、 を原子層材料に活用することで、ヤヌス TMD のこれら原子オーダーの厚みをもつ半導体物質に関 高品質合成を目指して実験を行った。
して、構造制御合成と新たな高性能量子デバイス［5］研究成果と波及効果等
応用を目的として研究を行った。
研究三ヶ年計画の最終年度にあたる本年度は、 （5-1）研究成果
原子層量子デバイスへの応用が期待きるヤヌス ＜その場観測ヤヌス化装置の開発＞
単層 TMD の最表面カルコゲン原子のみを別の
TMD の創成に関する研究を重点的に行った。
カルコゲン原子に置換するヤヌス化反応に関して、
以下、研究活動状況の概要を記す。
＜研究打ち合わせ＞
日時：令和 5 年 5 月 22 日、令和 5 年 8 月 7 日（オンライン）
参加者：宮田 耕充（都立大 准教授）
日時：令和 5 年 11 月 21 日
場所：東北大学 材料科学高等研究所
参加者：中西 勇介（都立大 助教）他 5 名
日時：令和 5 年 12 月 18 日（オンライン）
参加者：岡田晋（筑波大 教授）他 3 名
日時：令和 5 年 5 月 24 日、令和 5 年 6 月 17 日、
126

図 1.その場観測ヤヌス化装置で取得した WSe2 のヤヌス化反応に伴う PL スペクトル変化。

共同プロジェクト研究

高品質化と反応機構解明を目的として反応過程を
光学スペクトルで直接観測するその場観測装置の開発に取り組んだ。その結果、TMD の蛍光（PL）
スペクトルをヤヌス化(水素プラズマ照射)中にリ
アルタイムで取得可能な装置の開発に成功した。
二セレン化タングステン(WSe2)のヤヌス化に伴うPL スペクトルの変化に着目すると、まず初めに水素プラズマ照射開始と同時に急激に PL 強度が減衰し、次に徐々に高エネルギー側にピークがシ
フトし、最終的にピーク強度が増大するという一連の過程がその場観測中の連続スペクトルとして観測された(図 1)。この PL スペクトルの変化は、最表面 Se の脱離、Se 空孔の S 終端、S 被覆率の増大によりそれぞれ引き起こされていると考えている。さらに、光学測定に加え、四重極質量分析器も配備することによって、ヤヌス化反応過程における気相活性種を同時に分析可能とした。この
図 3.走査型透過型電子顕微鏡(STEM)による（左）ヤ
結果、ヤヌス化反応が進行する際に SHx 系の活性
ヌス TMD ナノスクロールの構造と（右）元素マッピ
種が気相に生成されていること、SOx 系の活性種
ング結果。
が存在する場合にはヤヌス化反応が抑制されることなどが明らかとなった。これ等の知見は、ヤヌ った。最表面の S が Se に置換されている構造が確認され、ヤヌス TMD ナノチューブの創成を世ス化反応の制御に重要な知見である。
界で初めて実現した。さらに、平面上のヤヌス
TMD に対して、液体を滴下して乾燥させること＜ヤヌス TMD の表面反応性＞
ヤヌス TMD の表面反応性を明らかにするため で、ヤヌス TMD が巻物状構造に変化したヤヌスに、その場観測によるヤヌス化直後に、様々なガ TMD ナノスクロースが形成されることを発見しスを暴露し PL 強度の変化を計測する実験を行っ た（図 3）。この様に本研究で合成に成功したヤた。その結果、通常のヤヌス TMD に比べ、過剰 ヌス TMD ナノチューブやヤヌス TMD ナノスク
な プ ラ ズ マ 処 理 に よ り 欠 陥 を 導 入 し た ヤ ヌ ス ロールは新たな１次元原子層材料と呼べるものでTMD に対して酸素ガスを暴露した場合に、PL 強 あり、特に量子物性において今後新たな特性の発度が著しく増大する現象を見出した(図 2)。これ 現が期待できるものである。
はヤヌス TMD 特有の面直電場に加え、欠陥構造
が酸素吸着サイトとして複合的に作用しているものと考えている。

図 2.ヤヌス TMD に対するガス暴露に伴う PL 強度変化。緑、赤、青線はそれぞれ欠陥導入したヤヌス
TMD、通常のヤヌス TMD、および欠陥を導入した TMDを表す。

＜新規ヤヌス構造の創成＞
これまでの平面所の TMD ではなく、ナノチュ
ーブ状の TMD に対して同様のヤヌス化処理を行（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
本プロジェクトは学内外研究者との交流が飛躍的に活性化し、JST-CREST プロジェクトに発展した。また、本プロジェクトで合成に成功した新
規ヤヌス TMD は、１次元ヤヌス TMD という新しい研究領域の開拓に結び付き、今後の発展が期待されている。
[6]まとめと今後の課題
実験による報告が極めて限定的であるヤヌス
TMD に対して、その場観測プラズマ機能化装置を開発することにより、高品質ヤヌス TMD が安定に合成できるようになった。本成果は多くの共同研究に発展する可能性を秘めた重要な発展と言える。実際共同研究により実現したヤヌス TMD
ナノチューブやヤヌス TMD ナノスクロールは１次元ヤヌス構造体として新たな研究領域への発展が大いに期待できるものである。今後は、これら新材料のデバイス化を行い、量子物性の解明を進める。
127共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
・Masahiko Kaneda, Wenjin Zhang, Zheng
Liu, Yanlin Gao, Mina Maruyama, Yusuke
Nakanishi, Hiroshi Nakajo, Soma Aoki,
Kota Honda, Tomoya Ogawa, Kazuki
Hashimoto, Takahiko Endo, Kohei Aso,Tongmin Chen, Yoshifumi Oshima, Yukiko
Yamada-Takamura, Yasufumi Takahashi,
Susumu Okada, Toshiaki Kato*, andYasumitsu Miyata*, Nanoscrolls of Janus
Monolayer
Transition
Metal
Dichalcogenides, ACS Nano 18 (2024),
2772−2781.
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・Wenjin Zhang*, Zheng Liu, Hiroshi
Nakajo, Soma Aoki, Haonan Wang, Yanlin
Wang, Yanlin Gao, Mina Maruyama,
Takuto Kawakami, Yasuyuki Makino,
Masahiko Kaneda, Tongmin Chen, Kohei
Aso, Tomoya Ogawa, Takahiko Endo,
Yusuke Nakanishi, Kenji Watanabe,
Takashi Taniguchi, Yoshifumi Oshima,
Yukiko Yamada-Takamura, Mikito Koshino,
Susumu Okada, Kazunari Matsuda,
Toshiaki Kato*, and Yasumitsu Miyata*,
Chemically Tailored Semiconductor Moiré
Superlattices of Janus Heterobilayers,
Small Structures 5 (2024), 2300514-1-8.
・Yusuke Nakanishi*, Shinpei Furusawa,
Yuta Sato, Takumi Tanaka, Yohei Yomogida,
Kazuhiro Yanagi, Wenjin Zhang, Hiroshi
Nakajo, Soma Aoki, Toshiaki Kato, Kazu
Suenaga,andYasumitsu
Miyata*,Structural Diversity of Single-Walled
Transition
Metal
Dichalcogenide
Nanotubes Grown via Template Reaction,
Advanced Materials 35 (2023), 2306631-111.

128

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
R03/A09

採択番号
研究課題名

超広帯域通信のための THz オンチップアレイアンテナに関する研究[1］研究組織
研究代表者：
金谷 晴一（九州大学大学院
システム情報科学研究院）

一 部 の 研 究 成 果 に つ い て は 国 際 会 議 （ IEEE
Electronics Packaging Technology Conference(EPTC)）等にて発表した。

[4]研究計画及び内容
申請者らが提案した、単方向平面スロットアンテナの設計手法を用いて、Global Foundries 社の45nmSOI プロセスデザインキットの情報により、研究分担者
1THz 帯で動作するオンチップアレイアンテナを金 怜（九州大学大学院システム情報科学府） 設計する。本アレイアンテナは、二つのメタルレ
イヤとレイヤ間の絶縁層間膜により構成される極[2 ]研究期間
めてシンプルな構造である。上層メタルにコプレ
令和３年４月 ～ 令和６年３月
ーナ型給電線路、プローブパッド、およびスロッ
トアンテナを配置する。下層メタルは上層メタル[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要と電気的な接続のないフローティング構造とする。
通信トラフィックの増大に伴い、超高速・超広 これにより単方向化を実現する。単方向化により、
帯域無線システムの構築が喫緊の課題であり、国 アンテナチップ上面の放射利得の向上はもとより、内外で「100Gbit/s 無線」に対するニーズが顕在 THz 電磁波の基板側への侵入を抑制できるので、化している。テラヘルツ波(THz, 300GHz～3THz） 将来的にトランジスタなどを実装した場合、アンの利用は上記の課題解決のための有力な解である。 テナ放射による雑音を低減できる。アンテナトッ
本研究では、将来の超広帯域・大容量テラヘルツ プメタルを 8 層メタルとし、フローティングメタ
通信を実現するため、アンテナ及び送受信回路を ルを 6 層メタルとする。絶縁層 2 層を一体化する
集積化するための基盤技術を確立することを目的 ことで層間膜の膜厚を制御する。これを基準アンとする。テラヘルツ波は一般に伝送距離が短いた テナとする。動作周波数は 1THz とする。
め、アンテナをアレイ化し高利得化を行う必要が昨年度までに 1THz で動作する 4 アレイアンテある。
ナの設計に成功した。
これまで、末松憲治 教授（東北大学電気通信
該当年度は、単方向指向性の向上を目指し、コ研究所）と共に、Global Foundries 社 45nm SOI プレーナ型給電線路とプローブパッドの最適化を(Silicon on Insulator)プロセスを用いて、集積 行う。さらに、汎用プロセスによりアレイアンテ
回路基板上にテラヘルツ帯で動作する超広帯域平 ナを試作する。レイアウト設計において、最小線
面アンテナの設計手法を確立し、1THz 帯で動作 幅や、金属密度等のデザインルールチェックを行する平面アンテナの試作及び評価を行ってきた。 詳細に行う。
今回、その成果や設計・計測方法の知見を用いて、 試作アンテナは、研究代表者らが所有するオンアンテナの利得向上のためのアレイ化及び THz 信 ウエハ・テラヘルツプローブと、テラヘルツ発振
号を伝送させるコプレーナ線路に関する研究を実 器、及びシグナルアナライザ、また末松研究室に施した。なお、アンテナ及び伝送線路の設計につ 所有の装置等により測定する。
いては九州大学が所有する三次元電磁界解析ツール（HFSS,ANSYS）を用い、末松 憲治 教授と共同 ［5］研究成果と波及効果等
で、Global Foundries 社のプロセスデザインキッ （5-1）研究成果
トを使用して設計した。これまで電子メール等に研究期間の前半では、Global Foundries 社のより、デザインキットに関する、線路幅や物性定 45 nm SOI プロセスを用いて、単方向スロットア
数について、継続的に打合せを行ってきた。また、 ンテナを設計した。メタル密度ルールなどのデザ
通研対応教員：末松 憲治（東北大学電気通信研究所）

129

共同プロジェクト研究

インルールを満足する設計ができた。
図１は前回試作したアンテナのチップ写真である。図の点線の部分がコンタクト用のパッドである。中心が信号線路で両脇が GND 用のコプレーナ型パッドである。図 2 に受信電力の周波数特性を示す。青点が発信機の電源 OFF の状態、赤点が発信機 ON の結果である。975GHz 付近において受信信号が増大しており、受信できていることが分かる。1×2 アレイアンテナでは 975GHz 付近において受信電力が約-66.5dBm である。同様に高利得 1×4 アレイアンテナを試作・評価したところ、1×4 アレイアンテナでは 1×2 アレイアンテナと比較して受信電力が約 2dBm ほど高いことから、利得としても 2dB ほど高くなっていることが推測される。なお、理想的なアレイ化においては利得の向上は 3dB となるため、約 1dB 程度が配線部等の損失であると考えられる。

図４に汎用プロセスにより試作したアンテナのチップ写真を示す。866GHz-900GHz 帯において検波の兆候が見られたが、受信感度が設計値に比べ大幅に低下した。十分な成膜とエッチングができていない可能性が示唆される。

図3

利得の絶縁膜依存性

図１ 1x2 アレイアンテナのチップ写真
図４ アンテナの写真（汎用プロセス）（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
本プロジェクトで実現された Global Foundries
社 45 nm SOI プロセスによる 1 THz 帯単方向平
面アレイアンテナの研究に関する成果は、国際会
議 （ IEEE Electronics Packaging Technology
Conference）において発表した。
特にプロセス分野やセンシング分野、および通信分野の研究者と活発な議論をすることができ、今後の異分野融合の研究分野への発展が期待できる。

図2

1x2 アレイアンテナの受信電力の実験結果

次に汎用プロセスによるテラヘルツアンテナの設計・評価結果について述べる。絶縁膜としてポリレジストを用いた。アンテナ利得におけるポリレジストの膜厚依存性の設計結果を図 3 に示す。
ピーク周波数付近における膜厚依存性は±10%程度の変動であれば影響は少ないと考えられる。
130[ 6 ] ま と めと今 後 の 課題本研究ではテラヘルツ帯で動作するアンテナについて設計と試作、測定を行った。テラヘルツ帯におけるデバイスの試作にはレイアウトのライン
アンドスペース等の精度の向上が要求される。また、層間膜の誘電率の変動が周波数変動の主要な要因となるため、試作・評価結果を再設計にフィードバックする必要がある。

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
・Ryeong Kim, Ryo Takigawa, Haruichi Kanaya,“Design of 1THz band 4array on-chip onesided directional antenna”, Proc. 2023 IEEE
25rd
Electronic
PackagingTechnology
Conference, December 5-8, 2023.
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・Chai-Eu Guan, Masahiro Hata. Akira Ishikawa,
Shugo Fukagawa, Ren Karasuyama, Koto Miyahara,
Kohei Takegami, Haruichi Kanaya, “A FlatGain Array Antenna Comprising Disparate
Elements Designed for 5G Applications”, IEEE
Antennas and Wireless Propagation Letters,
Vol.23, Issue 2, p.723-727, Feb. 2024.
DOI: 10.1109/LAWP.2023.3334824

131共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/A10

研究課題名
RTD の非線形性を用いた高周波カオス回路とその応用[1］研究組織
研究代表者：
前澤宏一（富山大学学術研究部工学系）
通研対応教員：尾辻泰一（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
安藤浩哉（豊田高専情報工学科）
森雅之 （富山大学学術研究部工学系）
Umer Frooq（富山大学大学院）
中村浩輔（富山大学大学院）
清水晴喜（富山大学大学院）
延べ参加人数：7 人[2 ]研究期間
令和３年４月～

令和６年３月[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
最近、超高速通信など、THz 周波数帯への注目が集まるに連れて、共鳴トンネル素子(RTD)への期待も高まっている。RTD は室温で微分負性抵抗を示すヘテロ接合素子であり、THz を越える超高周波動作が特徴である。RTD の微分負性抵抗特性
は発振器の基盤であり、他の固体電子デバイスでは困難であった THz 信号の室温における生成が可能である。すでに 1.98THz という高い発振周波数が報告されている。
一方、RTD には非常に強い非線形性を示すという特徴もあり、この両者を活かせれば THz 領域での新しい情報処理デバイスの実現も期待できる。
強い非線形性を活かす一つの応用としてカオス生
成器がある。カオスは決定論的現象であるが、予測不可能な複雑な振る舞いを示し、最近、情報処
理や通信への応用が模索されている。RTD を使うことにより、シンプルな回路で THz 領域のカオス生成が可能となれば、様々な応用が可能となる。
本研究では、RTD 発振器を基盤としてカオス生成器を作製し、その特性を明らかにする。
[4]研究計画及び内容
本年度は、本プロジェクトの３年目であり、こ132

れまでに検討したダッフィング方程式に類似したカオス回路とは異なるタイプの RTD カオス回路について検討を進めた。
以下、今年度の研究の概要を示す。
(1) 伝送線路スタブを持つ RTD 発振器
伝送線路スタブは、小信号では共振器として働くが、大信号で見ると時間遅れ系であり、伝送線路スタブとショットキーダイオードに
マイクロ波を注入するだけでカオス信号が得られることが報告されている。ここでは、
RTD 発振器に伝送線路スタブを設けることで系がどのような振る舞いをするかを検討する。
これは、自律発振系であり、昨年度までに検討した外部信号によるカオス系とは異なる特徴がある。また、この効果はショートやオー
プンスタブだけではなく、配線のインピーダ
ンスミスマッチにともなう反射でも起こり得るため、この効果を検討することは、THz 領
域の RTD 発振器やその応用回路を設計するときに重要な知見となる。
(2) まず、回路シミュレーションにより、図 1 の回路の発振特性を検討した。ここでは、後の実験を考えてオープンスタブを用い、その長さをパラメータとして、系の振る舞いを調べた。
(3) 上記結果を受けて、PCB 基板上にプロトタイ
プ回路を構成し、実験的検証を行った。ここ
では、前年までに確立したマイクロ波周波数帯でのカオス信号制御による特性評価法を応
用した。

図1

伝送線路スタブ付き RTD 発振器［5］研究成果と波及効果等（ 5-1 ） 研究成 果(1) 図 1 に示す回路のシミュレーションを行い、共同プロジェクト研究

カオスを含む、非線形特有の複雑な振る舞いを確認した。図 2 にカオスと思われる出力波形の一例を示す。また、伝送線路長をパラメータとして分岐図を描くと図 3 に示すように
period adding bifurcation に類似の結果が得られた。このことは、伝送線路スタブにより RTD 発振器の振る舞いが大きく変化することを示しており、回路設計上非常に重要である。

図 4 作製したオープンスタブ付き RTD 発振
器の外観
図2

カオス波形の一例とその相空間軌道

図 3 図 1 の回路のシミュレーションにより得られた分岐図

図 5 測定結果の例。上から 2 倍周期、準周期、カオス波形。

(2) 次に、図 1 の回路を PCB 基板上に作製した。
RTD は InGaAs/AlAs 系のエピタキシャル基板（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
上に作製したもので、1.7mm 角のチップに切上で述べた結果は、RTD を用いた 100 GHz 以上
り離した上で PCB 上に実装した。PCB 上の配の超高周波領域での制御されたカオス信号の生成、線との接続にはワイヤーボンディングを用い及び、それによる情報処理の基盤となるものである。
た。共振器はチップインダクタ、チップコン
カオスを用いた超高速暗号化通信や、新しい情報処
デンサで作製した。寄生成分の影響を避ける
理アーキテクチャーに基づいた超高速集積回路などため、共振周波数は 2GHz 程度の低い値とした。
様々な応用が期待できる。
作製した回路のチップ写真を図 4 に示す。こまた、今回の結果は伝送線路スタブのような時間の回路の出力は伝送線路のギャップを用いた
遅れで反射が生じる回路パターンが存在することにキャパシタ結合を用いて取り出し、計測器のより、通常の発振器と異なる複雑な減少が生じうること
影響を最小化した。また、回路は電圧パルスを意味しており、特に THz 領域では重要な影響を与を用いて駆動し、間欠的な動作を行い、そのえうる。そのため、ここで得られた知見は今後の RTD
パルスをサンプリングオシロスコープのトリ
発振器の設計に重要な意味を持つと考えられる
ガパルスとすることで非周期的信号の観測を可能とした。スタブ先端をナイフで削除する [6]まとめと今後の課題
ことにより長さを変化させて測定を行った。
本研究では、RTD 発振器の非線形性に着目し、図 5 に異なる長さのスタブを持つ発振器の出 カオスを含む複雑な振る舞いが生じることを明ら
力波形の例を示す。上から順に 2 倍周期信号、 かにした。今後は、カオス生成の条件を明らかに
準周期的信号、カオス信号である。これらの するとともに、その応用可能性を検討していく。
図に見られるように、回路はカオス系に特有の複雑な挙動を示すことが確認できた。
133

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・中村浩輔、森雅之、前澤宏一、「共鳴トンネル
素子を用いた硬い発振器の発振初期過程の観測」、
令和 5 年度(2023 年)応用物理学会 北陸・信越支部 学術講演会 A01
・清水晴喜、森雅之、前澤宏一、「共鳴トンネル
素子と周波数ΔΣ変調方式を用いた走査型マイク
ロ波近接場顕微鏡の提案」、令和 5 年度(2023 年)
応用物理学会 北陸・信越支部 学術講演会 A02

134

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号：R03/A11
研究課題名
端末内蔵型ミリ波大規模アレイアンテナの研究[ 1 ］ 研究 組織
研究代表者：
吉田 賢史（龍谷大学先端理工学部）
通研対応教員：末松 憲治（東北大学電気通信研究所）
研究分担者：
朝倉 俊哉（鹿児島大学大学院理工学研究科）
亀田 卓（広島大学・ナノデバイス研究所）
西川 健二郎（鹿児島大学学術研究院理工学域工学系）[2 ]研究期間
令和３年４月 ～ 令和６年３月[ 3 ] 本 プ ロジ ェ ク トの目 的 、 背景や 概 要
5G と呼ばれる第 5 世代の移動通信システムでは，マッシブ MIMO（Multi Input Multi Output）
や，キャリアアグリゲーション技術に加え，今までの 4G では使われていない 28GHz 帯通信についてもサービスが開始されている．しかし，現状で市販されている 5G 端末では，すべての機種に
28GHz 帯の通信機能は搭載されておらず，ハード
ウェア的なハードルの高さが端末価格に反映されている．次世代の６G や７G においては，更なる通信の高速化のため，より高い周波数帯である
60GHz 帯の採用の可能性もあり，ソフトウェア，
ハードウェアを問わず多くの分野において基礎研究を進めておくことは適切な時期が到来した際にFig.1 The fabricated antenna.
スタートダッシュを決めて日本の技術力を示す際に重要となる．本提案では，従来のスマートフォ
ンに，60 GHz 帯の通信システムを搭載した小型携帯端末の実現を見据え，60 GHz 帯のアンテナに着目する．マイクロ波帯に比べ電波の直進性が高く，かつ伝搬損失が大きいためアンテナの利得を大きくするアレイ化が必須となる．しかし，利得を上げることはビーム幅を狭くすることである
ため，レーザポインタのようにピンポイントで端末の位置や方向を調整し続けなければ安定した通信ができない．これでは実用性にかけるため，提案者らは 60 GHz 帯 3 次元指向性制御アンテナをFig.2 The block diagram of the fabricated antenna.
135

共同プロジェクト研究

Fig.3 Measured radiation patterns withco-feed condition.
提案している．電磁界シミュレータによる設計のみならず，試作および測定により 60GHz
帯における 3 次元指向性制御の実現性を示すこと
を大きな研究目的とする．
[ 4 ] 研 究 計画及 び 内 容
本プロジェクトは，本年度が第 3 年度目（最終年度）である．昨年度は４✕２構成のパッチアレイ
アンテナの測定を行ったが，基板２枚を積層する単純構造であり，アンテナ下部に配置された IF
信号配線用レイアウトがアレイアンテナよりも大きくアンテナ特性に与える影響が懸念された．今
年度はそれらの IF 信号配線をアレイアンテナ基板と同じサイズの基板に収め，そのかわりに縦方向のサイズ増大を許容した場合の基板レイアウト
でのアンテナ特性の評価を行った．アレイアンテ
ナ自体はこれまでと同様の４✕２構成のパッチア
レイアンテナである．測定生データを MATLAB により処理し，３次元指向性パターンを得た上で，利得が 10 dBi 以上となる領域を抽出する．位相差給電操作も MATLAB 上で行い，デジタルビーム
フォーミングを行った場合のカバレッジアンテナを評価した．
［ 5 ］研 究 成果 と 波 及効果 等（5-1 ）研究成果
図 1 は提案アンテナの全体構造の写真である．また，図２は提案アンテナのブロック図である．提案 ア ン テ ナ は 主 に Top substrate と Bottom
substrate の多層基板 2 枚を筆頭に，中間に IF お
よび LO 信号の分配および伝送線路用の基板を配置した全５枚から構成されており，多層基板同士を銅ボール接続技術により積層した．銅ボール接続技術により，60GHz 帯の信号の基板間伝送と物
理的な基板支持を可能にした．銅ボールの直径は0.35 mm である．Top substrate にはベアチップの GaAs MMIC Mixer が多層基板上にフリップチッ
プ実装されている．円形パッチ素子を用いた 4✕
2 アレイ構成とした．素子アンテナが２点給電型のため，各素子に２個ずつ，合計 16 個のミキサ
チップを搭載した．提案アンテナを受信アンテナと し て 動 作 さ せ ， 受 信 し た 60 GHz の 信 号 を
59.999 GHz の LO 信号により 1 MHz の IF 信号に変換し，その IF 信号をオシロスコープにより観測
136

Fig.4 Coverage area having over 10 dBi
gain at 60 GHz while each orthogonal
feeding point was used.
する．そのため，Bottom substrate には IF 信号を取り出すための表面実装型の W.FL 超小型同軸コネクタを搭載している．また，LO 信号の分配には Wilkinson divider を用いた．基板材料はMEGTRON7 である．
これまで提案者らにより維持管理されてきた東北大学電気通信研究所の測定系を用いて，60 GHz
帯における 3 次元放射パターン測定を行った．図
3 は全ての素子アンテナを同相給電した場合の３次元放射パターンである．直交２点給電の素子アンテナを用いたため，２種類に分けて表示している．図１で示す座標系の+z 方向，すなわち thetaが 0 度方向に強い放射が認められ，所望の動作を確認できた．
その後，位相差をつけた場合の３次元放射パターンデータを MATLAB によりデータ処理を行って，利得が 10 dBi 以上となる領域を抽出し，カバレ
ッジエリアと定義し評価する．図 4 は各素子アンテナの給電位相差を 45 度刻みで得られる全 64 個の組み合わせの３次元放射パターンから 10 dBi以上の利得となる領域を足し合わせたカバレッジ
エリアである．素子アンテナは直交２点給電されるため，それぞれの偏波ごとにカバレッジエリアを評価する．上は port1 から 8 を用いた結果，下は port9 から 16 を用いた結果となっており，phi
方向で 90 度移動した結果が得られたことから，偏波の直交性を確認できた．
（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
2020 年度に新たに発足した若手研究者向けの
JST の競争的資金公募である創発的研究支援事業のステージゲート審査が 2023 年末に実施され，最終的に Phase2 採択となった．本テーマとは直接的な関係はないが，本テーマで間接的に得られた知見やノウハウが生かされている．
[ 6 ] ま と めと今 後 の 課題
３年間の研究期間内に，パッチ素子を用いた
60GHz 帯パッチアレイの測定評価を行い，今後大規模アレイ化していくための基礎となるノウハウや知見が得られた．今後は具体的な大規模アレイの設計に入りたい．

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
・特になし(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・S. Yoshida and K. Nishikawa, “Dependable
wireless powering for the wireless sensor
station by using combination of solar celland rectenna,” in Proc. IEEE AP-S Int. Symp.,
July 2023.
・S. Yoshida and K. Nishikawa, “Effect of
the shielding for opened windows of thereusable vehicle test for
5.8-GHz-band
microwave power transmission,” in URSIXXXVth General Assembly and Scientific Symp.,
Aug. 2023.

137

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/A12

研究課題名
５G・・IoT のためのエネルギーハーベストとメタサーフェス応用に関する研究[1］研究組織
研究代表者：
丸山 珠美（函館工業高等専門学校）
通研対応教員：末松 憲治（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
中津川征士 (函館工業高等専門学校)
Chen Zhi Ning (National University of Singapore(NUS)
陳 強（東北大学大学院工学研究科）
佐藤 弘康 (東北大学大学院工学研究科）
古市 朋之（東北大学電気通信研究所）
大宮 学 （北海道大学）
小野 安季良 （香川工業高等専門学校）
海老田 のあ（函館工業高等専門学校）
鎌田 緋莉（函館工業高等専門学校）
浦上大世（奈良先端科学技術大学院大学）
草水愛斗（香川工業高等専門学校）
西山 真平（香川工業高等専門学校）[ 2 ]研究期間
令和 3 年 4 月～

令和 6 年３月[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要（背景と目的）本プロジェクトは，通信用の電波を，ワイヤレ
ス電力伝送の技術により電波を電力に変えて IoT
端末に用いられるセンサーなどの駆動に用いるエネルギーハーベストの実現を目的とする．このため，八木宇田アンテナの原理を用いた電力伝送距
離の拡張と，メタサーフェスの応用による，電力伝送エリア改善について研究を行った．
（概要）
本研究は、今年度が三年目に相当する．初年度
は，八木宇田レクテナアレーについて，素子の先端部を折り曲げることによる構造の自由度向上，試作レクテナアレーのワイヤレス電力伝送効率のネットワークアナライザを用いた測定を実施し導波素子の効果を明らかにした．またメ
タサーフェスを送電部の背面に設置し電力の進行方向が送電部に対して傾いている場合でも電力を所望方向に伝送できることを明らかにした．第二138

年度は，ループ型八木宇田アレーアンテナの応用による素子変形と集中定数の装荷による小型化について検討し，解析と実験により効果を明らかにした．さらに，各レクテナ素子から得た電力を集約し，より高い電力を得る手法を，アレー配置を変化させて検討した．第三年度は，キャパシタン
ス装荷ループ型レクテナアレー，クロスダイポー
ル型偏波共用レクテナアレーを考案し一層特性を向上させた．またダイオード装荷マッシュルーム型メタサーフェスによるビーム制御法について検討し国際会議などで発表した．
（研究打ち合わせ，討論会等の開催状況）(1)2023 年 8 月札幌コンベンションセンター参加
者 3 名（末松先生，陳先生，丸山）．
この会場で行われた URSIGASS 国際会議で得た質問やコメントを踏まえて今後の研究の進め方について議論し 9 月に電子レンジから漏れる電力を測定することを決定した．
(2)2024 年 2 月電気通信研究所末松研究室参加者 2名（末松先生，丸山）
2023 年度の研究まとめに関する相談および年度からの末松先生から，ハンディタイプのスペアナとパワーメータをお借りし，使用方法についてレクチャーを受けて測定を実施した．その結果を踏
まえて AWPT2023 に投稿した．
(3)2023 年 3 月鳥取大学，参加者 2 名 (末松先生，丸山) 今年度研究成果まとめ，および次年度の共同研究について打ち合わせを実施(4)通年 総合大会や国際会議，MWE 展示会などの会場での技術討論，電子メールにて，参加者組
織全員による投稿原稿などに関する意見交換を実施した[4]研究計画及び内容
ループ型八木宇田応用レクテナアレーを函館高専
丸山研究室海老田が，素子間相互結合の磁界結合
WPT への拡張検討を鎌田がインダクタおよびキャパシタ装荷レクテナについて中津川先生の指導の元海老田および鎌田が担当した．メタサーフェ
ス，リフレクトアレーについては，今年度から香川高専小野先生および奈良先端大の浦上さんがメンバーに加わり検討を強化した．

共同プロジェクト研究（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等［ 5 ］研 究 成果 と 波 及効果 等
本共同研究を発展させた内容で科研基盤研究（5-1 ）研究成果
八木宇田レクテナアレーの設計の自由度改善のた C24K07497 が採択された．IEEE WPTCE2024 よりめ，ループ型八木宇田アンテナの応用を考えたが， 招待講演の，ISAP2024 においてセッションオル
整流回路が短絡するという問題があった．これを ガナイザの依頼をそれぞれ受けた．海外共同研究解決するためループに切り欠きを加え C 型にした 者の Chen Zhi Ning 先生が，東北大学で開催されレクテナアレーを報告した[1]．しかし，この場 た IEEE 国際会議 iWT2024 に参加するため来訪し合はループアンテナとは異なる特性となり素子を た．3 年間実施した本共同研究の成果を令和 5 年
小型にできない．そこで，切り欠きの代わりにキ 度共同研究プロジェクト発表会で報告した[20]．
ャパシタンスとすることで，ループ型のアンテナ特性を維持したまま整流回路を短絡させないレク
テナアレーを考案し報告した[2], [3], [4]．また，
小型アンテナを実現するのに通常用いられるインダクタンス装荷が，八木宇田アンテナ，さらにはレクテナアレーの小型化にも有効となるか，電磁界解析による検討を行いその効果を明らかにした[5].. [9]．これまでの検討では，整流ダイオード 図 １ ク ロ ス ダ イ ポ ー ル 型 レ ク テ ナ ア レ ー の 解をそのまま半波長ダイポールアンテナとして用い 析モデル
るレクテナを構成し電子レンジの漏れ波を利用したエネルギーハーベストによる LED 点灯実験を行ってきた．これに対して，本研究では，レクテ
ナで点灯する２つの LED もアンテナとして用いてクロスダイポールアンテナを構成してアレー化
し，テザリングモードによる Wi-Fi 電波のエネル
ギーハーベストによって同時に 16 個以上のレク
テナの点灯，携帯端末から 150ｍｍ離れたところの LED の 点 灯 に 成 功 し そ の 成 果 を 報 告 し た[10]..[12]．図１にクロスダイポール型レクテナア
レーの解析モデルを，図２にワイヤレス電力伝送
効率をそれぞれ示す．レクテナをアレー化しない
場合は，素子間距離を離すにつれて減衰するのに対して，レクテナをアレー化した場合は，給電ポートとの距離を離してもワイヤレス電力伝送効率が変化しないことがわかる．Wi-Fi テザリングモードによる LED の点灯実験を図３に示す．素子 図 2 クロスダイポール型レクテナアレーのワイをアレー化することによって波源から 150 mm 離 ヤレス電力伝送効率れたところでも LED が点灯していることが確認できる．次にメタサーフェス応用について大型ビアを有するバラクタダイオード装荷マッシュルー
ム構造を用いてビームの方向制御を可能とするマルチバンドリフレクタを考案報告した [13], [14]． 図３ テザリングモードによる LED 点灯実験
IoT 端末に対して同時無線電力伝送を可能とする
マルチビームメタサーフェス反射器を考案し報告 [6]まとめと今後の課題
した[15]．マッシュルーム型メタサーフェスにお 本共同研究プロジェクトを通じて，末松先生にごいてマルチビア構造を用いることによる反射位相 指導いただき，八木宇田構造を有するレクテナア
特性改善法について検討し，その結果を査読付き レーの研究開発を進めることができた．メタサー
国際会議 TJMW&AWPT 2023 で報告した[16]. これ フェスについては，3 年目から共同研究者のメンまで実施してきた空間伝送型ワイヤレス電力伝送 バーを増やすことにより，成果を充実させることにおける素子間相互結合を，磁界結合ワイヤレス ができた．本研究成果をより発展させた形で，電力伝送にも応用する手法について検討し，その 2024 年度から新たな共同研究プロジェクトに採成果を報告した[17]..[19]．
択された．今後このプロジェクトで得た成果を論文にまとめて投稿する．
139

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）[1] Tamami MARUYAMA, Noa EBITA, Masashi
NAKATSUGAWA, Masaya TAMURA: “Novel Cshaped loop rectenna arrays for LED
accessories,” IEEE URSI GASS 2023 pp.1-2,
DOI 10.23919/URSIGASS57860.2023.10265330.
[2] Noa Ebita, Tamami Maruyama, Akari Kamada,
MasashiNakatsugawa,
MasayaTamura,Noriharu Suematsu: “LED Illumination
Experiment through Energy Harvesting using
Novel Capacitance Loaded Loop Rectenna,”
Joint Workshop of Thailand-Japan MicroWave
Workshop and Asian Wireless Power Transfer
Workshop 2023 (TJMW&AWPT 2023) 23(202) 1-3
2023 年 12 月.
[3]海老田 のあ, 鎌田 緋莉, 丸山 珠美, 中津川
征士, 田村 昌也, 末松 憲治: “キャパシタン
ス装荷ループ型レクテナの提案と エネルギー
ハーベストによる LED 点灯実験,” 令和 5 年度
電気・情報関係学会北海道支部連合大会 講演
1(15) 20-21 2023 年 10 月.
[4]海老田 のあ, 鎌田 莉, 丸山 珠美, 中津川 征士, 田村 昌也, 末松 憲治: “ キャパシタ装荷
ループ型レクテナアレーの解析と LED 点灯実
験 ”, 電子情報通信学会総合大会 B(20) 14-142024 年 3 月.
[5]Tamami Maruyama, Hiroto Ishiguro, Noa
Ebita, Akari Kamada, Masashi Nakatsugawa,
Masaya Tamura, "Miniaturization of Yagi-Uda
rectenna by impedance loading ," IEEE AP-S
2023, IEEE International Symposium on
Antennas and Propagation and USNC-URSI
Radio Science Meeting,AP-S 2023 1(1) 673674
2023,
DOI:
10.1109/USNCURSI52151.2023.10237630.
[6] Tamami Maruyama, Noa Ebita, Akari Kamada,
Hiroto Ishiguro, Masashi Nakatsugawa (NIT,
Hakodate College, Jap, Masaya Tamura,
Toyohashi University of Technology, Japa,
Noriharu Suematsu, : “Novel compact
rectenna array by integrating powerreceiving and waveguide elements withloaded inductor,” Joint Workshop of
Thailand-Japan MicroWave Workshop and Asian
Wireless Power Transfer Workshop 2023
(TJMW&AWPT 2023) 2023(404) pp.1-4.
[7] 丸山珠美, 海老田のあ, 鎌田緋莉, 石黒大翔,
中津川征士, 田村昌也, 末松憲治: “インダク
タ装荷による受電および導波素子一体型 レク
テナアレーの小型化,” 信学技報, vol. 123,
no. 252, WPT2023-25, pp. 12-16, 2023 年 11140

月.
[8]丸山 珠美, 石黒 大翔, 海老田のあ, 鎌田緋
莉, 畑沢公陽, 中津川征士, 田村昌也, 末松 憲
治: “インピーダンス装荷レクテナアレー,”
信学技報, vol. 123, no. 223, AP2023-121, pp.
123-126, 2023 年 10 月.
[9]丸山珠美, 海老田のあ, 鎌田緋莉, 中津川征士, 田村昌也, 石黒大翔 : “八木宇田構造応用
レクテナのインピーダンス装荷による小型化,”
信学技報, vol. 123, no. 115, MW2023-47, pp.
111-114, 2023 年 7 月.
[10]丸山珠美, ハイネン オラン, 海老田のあ,鎌田緋莉, 中津川征士, 田村昌也, 末松憲治,“クロスダイポール型レクテナアレーの解析特性とテザリングによる LED 点灯実験,” 信学技報, vol. 123, no. 437, WPT2023-58, pp. 111116, 2024 年 3 月.
[11] Tamami Maruyama, Olan Heinen, Noa Ebita,
MasashiNakatsugawa,
MasayaTamura,Noriharu Suematsu, “Analysis and LEDs
Illumination Using Wi-Fi Tethering of Novel
Crossed Dipole Rectenna Array,”2024 IEEE
Wireless Power Technology conference andexpo (WPTCE 2024) 124-127 2024 年 5 月．
[12] HEINEN Olan, Tamami Maruyama, Olan
Heinen, Noa Ebita, Masashi Nakatsugawa,
MasayaTamura,Noriharu
Suematsu,“Experiment of Simultaneous Illuminationof Multiple LEDs by Receiving the Radio
Waves of Wi-Fi Tethering with Rectenna
Array,” 信学技報, vol. 124, no. 4, WPT20242, pp. 7-11, 2024 年 4 月. 124(4) 7-11 2024
年 4 月.
[13] Taisei Urakami, Tamami Maruyama, Akira
Ono, Na Chen, Minoru Okada. “ Variable
Multi-Band
Metasurface
Reflector
withControllable Direction Using Varactor Diodes
Mounted Large-Via Mushroom-Type Structure,“18th European Conference on Antennas andPropagation (EuCAP 2024) pp. 804-808, 2024.
[14] 浦上大世, 丸山珠美, 小野安季良, 陳 娜,
岡田 実. “バラクタダイオード装荷型マッシュ
ルーム構造を用いた反射方向と周波数帯を考慮したメタサーフェス反射板,” 信学技報, vol. 123,
no. 396, MW2023-190, pp. 78-83, 2024 年 2 月.
123(396) 78-83 2024 年 2 月.
[15] 西山真平, 浦上大世, 中村一智, 依岡寛人,
丸山珠美, 岡田 実, 小野安季良: “多端末無線
電力伝送に向けたマルチビームメタサーフェス反射器,” 信学技報, vol. 123, no. 437, WPT202339, pp. 20-25, 2024 年 3 月. 123(437) 2025 ,2024 年 3 月.

共同プロジェクト研究[16] Taisei Urakami, Tamami Maruyama, Shimpei
Nishiyama, Manato Kusamizu, Akira Ono,
Takahiro Shiozawa: “Reflection Phase ofMushroom-Type Metasurface Reflector with
Multi- and Single-Via Structures, ” Joint
Workshop of Thailand-Japan MicroWave Workshop
and Asian Wireless Power Transfer Workshop
2023 (TJMW&AWPT 2023) 23(104) pp.1-3, 2023.
[17]鎌田 緋莉, 海老田 のあ, 丸山 珠美, 中津
川 征士, 田村 昌也, 末松 憲治: “ 両側同時給電における磁界結合 WPT 用コイルの向きと kQ 積の関係”, 電子情報通信学会総合大会 B(20) 7-7
2024 年 3 月.
[18] Akari Kamada, Tamami Maruyama, Noa Ebita,
Masashi Nakatsugawa, Masaya Tamura, Noriharu
Suematsu, "Coil Orientation Impact on
Efficiency in Double-Sided WPT with Magnetic
Field Coupling", AP-S 2024 (Accepted).
[19] 鎌田緋莉, 丸山 珠美, 中津川征士, 海老田のあ, 田村昌也, 末松 憲治： “両側同時給電における磁界結合 WPT 用コイルの向きの 効率に対する影響,” 信学技報, vol. 123, no. 396,
MW2023-178, pp. 21-24, 2024 年 2 月. 123(396)21-24 2024 年 2 月.
[20] 丸山珠美, “IoT 用エネルギーハーベストのための受電および導波素子一体化レクテナアレー
に関する研究,” 令和 5 年度共同研究プロジェク
ト発表会, セッション３，2024．
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果

141共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/A13

研究課題名
広帯域光電子機能集積デバイスを用いた低遅延かつシームレスな
アクセスネットワークに関する研究[1］研究組織
研究代表者：
吉本 直人（公立千歳科学技術大学）
通研対応教員：尾辻 泰一（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
岩月 勝美（東北大学災害科学国際研究所）
檜垣 長太（公立千歳科学技術大学）
及川 怜聖（公立千歳科学技術大学）

た光無線通信が注目を集めている。しかしながら、海中・水中の通信方式と既存の陸上の通信方式は大きく異なっており、これらをシームレスに接続し、低遅延性を確保することが課題となっている。

e servic e servic

Environment
monitoring

Infrastructure
inspection～

令和 6 年３月

Smartaquaculture

Underwater IoT service platform
Network (B5G/6G, LPWA)
repeater[2 ]研究期間
令和 5 年 4 月

VR/ARSightseeing

underwater
optical wirelesscommunication( UOWC)sensoraquaculture

camera seaweed bed[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
図１ 水中 IoT サービスプラットフォーム
背景：
目的：
人口知能（AI）技術を用いて多様なデータを活
この課題を解決するために、本研究では、図２に用する Society5.0 時代を見据え、低レイテンシ示すように海中・水中から陸上までシームレスにーでかつリアルタイム性の高いネットワーク基盤
接続可能な通信方式を提案し、その実現性を検証の実現が期待されている。また、5G の商用化にすることを目的としている。
伴い、その先を見据えた beyond-5G や 6G の技術検討が開始されている。一方、実サービスにおいても、自動運転や拡張現実・仮想現実（AR/VR）を利用したサービスにおいて、ネットワークのリ
アルタイム性の要求が高まっている。近年では、
NTT が提唱する IOWN（Innovative Optical andWireless Network）構想も、この要求の実現を目指した手法のひとつである。一方、これらのネッ 図２ 水中-陸上間シームレス無線通信の概要
トワーク基盤のカバーエリアを拡張させ、あらゆる場所からのネットワークアクセスを可能にする [4]研究計画及び内容対象とする無線通信技術として、陸上のセンサことが期待されている。近年着目されているエリーネットワークとして広く普及している
アの一つが成層圏や宇宙空間と地上間との通信である。もう一つが電波の不感領域である水中・海 LPWA(Low Power Wide Area)技術に着目した。
中と地上との通信である。我が国は四方を海に囲 LPWA で用いられている 980nm の周波数領域は水中まれた海洋国家であり、広い大陸棚や多くの港湾 での減衰が大きく直接用いることはできない。そが存在し、これらのエリアをネットワーク化する こで、水中では前述した青・緑色の可視光を用いことによって、様々な IoT 関連サービスを提供す た無線通信を採用する。このように、地上と水中る基盤を構築することが可能となり、新たな経済 での無線通信のキャリア周波数が大きく異なるた
成長や環境保全に貢献することができる（図１）。 め、図２の中継器(REP)ではその差異を解消する
近年、水中での透過性が高い青・緑色領域を用い しくみが必要となる。考えられる方法として、中142

共同プロジェクト研究

継器において地上の通信方式（変調フォーマット） 次に、水中区間のエリア拡張性について検討しを終端し、新たに水中向けの通信方式に変換する た。図５に、マルチホップ無線信号の RSSI 値と方法がある。この方法は、水中区間に最適化した 光送受信器の受信信号レベルとの関係を示す。左通信方式を採用することが可能であるが、中継器 側が緑色、右側が青色 LD を用いた場合である。
のコストが増大する。もう一つの方法は、フルコ 無線信号の変調信号強度を高めるほど、RSSI 値
ヒーレント方式である。所謂、地上から水中まで が高くなる。一般的に RSSI が-100dBm 以下では通の通信方式をそのままとし、中継器においてキャ 信品質が保証できないことを考慮すると、受信強リア周波数変換のみを行うものである。今回は、 度の下限は-35dBm 程度と考えられる。LD の出力
地上区間の変調無線信号を、中継器に内蔵されて 強度を 15dBm とすると、光送受信レベル差は 50dBいる水中区間向けの可視光 LD に重畳させ、LD の となる。光フィルタなどの光学部品の損失を 5dB
アナログ的な直接変調を行う方式を採用した。こ と し て そ の 分 を 差 し 引 く と 、 沿 岸 部 の 水 質の方式は水中環境に最適化されたものではないも （1.5dB/m）である場合で 30m、よどんだダムののの、陸上の無線方式の送受信器に変更を加える ような水質（3.0dB/m）の場合でも 15m のエリア
ことなく、簡便に水中までそのカバーエリアを拡 を確保できることが明らかとなった。
大できるメリットがある。
［ 5 ］研 究 成果 と 波 及効果 等（ 5-1 ） 研究成 果
図３に陸上・水中間のフルコヒーレント方式に関 す る 実 験 構 成 を 示 す 。 通 信 方 式 はIEEE802.15.4d 準 拠 の マ ル チ ホ ッ プ 無 線 （ 920
MHz 帯）を用い、その１区間を水中区間とした。
図５ RSSI 値と光受信レベルとの関係（左：緑
水中区間は水槽を用い、ミラーによって折り返さ
色、右：青色）れた全 2.4m である。水中区間では、青(450nm)/
最後に、水中・陸上間の end-to-end のパケット
緑(520nm)LD を用いた光無線に変換した。具体的
伝送実験を行った（図６）。受信レベル-25dBm 以には、ある固定バイアス電流で発光している LD
上において、パケットエラーフリーな動作を確認の変調端子からマルチホップ無線信号を入力した。
した。
また、Si-APD の受信信号をマルチホップ無線装
置の信号ポートに入力する。変調フォーマットは
GFSK、信号速度は 100kbps である。

図６ パケットエラーレートと光受信レベルとの関係（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
図３ 陸上・水中間の伝送実験構成図
本プロジェクトは、光アクセスネットワークの図４に、水中区間前後での無線信号スペクトル
低遅延性を活かしたサービスエリアの拡大を想定を示す。信号波形に大きな変化が見られなかった。
している。これは、これから本格化する次世代
この結果により、光信号への変換による劣化が無光・無線融合アクセス（beyond-５G:B5G）のスコいことが確認できた。
ープでもあり社会的に意義がある。

図４

無線信号スペクトル（左：水中区間前、
右：水中区間後）[ 6 ] ま と めと今 後 の 課題
フルコヒーレント方式を用いた地上・水中間のシームレス伝送方式を提案し、その有用性を示した。今後の課題として、光の特性を活かした大容量化ならびに、通信チャネルの信頼性向上、さらには光電融合デバイスの活用によるシステムの経済化が挙げられる。
143

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）[1] Nagataka Higaki and Naoto Yoshimoto,“Requirements for LED Matrix in Optical
Camera Communications Using QR Code
Recognition
System,”23th
ChitoseInternational Forum (CIF23), IT_11,
September 2023.
[2] Ryusei Oikawa, and Naoto Yoshimoto,“Experiments on long-term stability offull-coherent
underwater
opticalwireless communication,” 23th Chitose
International Forum (CIF23), VO_11,
September 2023.
[3] Ryusei Oikawa, Nagataka Higaki,and Naoto
Yoshimoto, “First Demonstration of Endto-End Wireless Signal Transmission
between Over- and Under-water region
using Visible Light Sources,” 2023
International Conference on Emerging
Technologies
forCommunications(ICETC2023), P3-16, December 2023.
[4] 及川怜聖,檜垣長太,吉本直人, “光無線技術を用いた 920MHz 帯マルチホップ無線通信の
水 中 へ の カ バ レ ッ ジ 拡 張 ,” 信 学 技 報 ,OCS2023-58, 2024.
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果[1] 吉本直人、鈴木謙一 「可視光を用いた水中 LiDAR の 開 発 」 電 子 情 報 通 信 学 会 誌
Vol.J106-C, No.6, pp.208-215,2023144

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/A14

研究課題名
現実世界に重畳された情報インターフェイスを用いた
IoT デバイスおよびロボットの操作・可視化技術[1］研究組織
研究代表者：
鈴木 遼（カルガリー大学）
通研対応教員：北村 喜文（東北大学電気通信研究所）[2 ]研究期間
令和３年４月 ～ 令和６年３月[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
本研究の目的は、環境に溶け込まれた IoT デバイ
ス及びロボットの操作を、コンピュータのディスプレイを介してではなく、現実世界に埋め込まれた情報インターフェイスを通じて可能にすることである。具体的には、拡張現実ディスプレイ
（Augmented Reality / AR Display）を用いて、IoT/
ロボットの操作、センサー情報の可視化、さらに人と IoT デバイス/ロボットとのインタラクションを可能にするための基盤技術を開発する。
近年、IoT やロボットは急速に我々の環境に溶け込まれてきている。環境に埋め込まれた IoT やロボットを使って、部屋の温度や光量を変化させた
り、自動的に掃除を行ったり、センサーを使った
健康管理などはもはや当たり前の風景になりつつある。しかし、そうした環境に埋め込まれた IoTデバイスやロボットとのインタラクションや操作が必要になると我々は未だにコンピュータディス
プレイに頼らざるを得ない。例えば、スマート電球の光量や色を変化させようとすると、我々はス
マートフォンを探しに行き、2 次元のインターフ
ェイスで操作を行う。ロボットのプログラムにしても、コンピュータディスプレイと物理世界にあるロボットを行ったり来たり行いしながらテストを行う。すなわち、IoT デバイスやロボットは我々の環境に埋め込まれているにも関わらず、その操作端末すなわちコンピュータディスプレイに大きく依存している。
我々の目標は、この IoT デバイスやロボットの操
作を 2 次元のコンピュータディスプレイを介してではなく、現実世界に情報を埋め込むことで、人間と環境とのより自然でシームレスなインタラク
ションを可能にできると考えている。
[4]研究計画及び内容
現在の AR 技術は主に、バーチャルな情報を現実世界に投影することに焦点を当てている（例えば、ポケモン Go などのアプリケーションでコンピュータグラフィックス・モデルを現実世界に投影するなど）。しかし、我々が知りうる限りでは、IoTやロボットと AR をつなぐ技術はまだ比較的初期段階にあり、我々が大きく貢献できる余地が残されていると考えている。これには大きく 2 つの挑戦課題がある。
一つは、IoT やロボットから得られたセンサー情報と AR をつなぐ技術である。バーチャルモデル
を現実世界に投影する場合スマートフォンなどのカメラ情報のみで完結するが、IoT やロボットな145

共同プロジェクト研究

ど物理的なデバイスとのインタラクションを行う
場合、そうした外部のデバイスのセンサー情報とAR ディスプレイの情報を統合しなければならな
い。外部から得られたセンサー情報をどのように可視化するか、また情報として提示するか、といった点についてはまだ大きな研究余地が残されている。
もう一つが、ロボットや IoT デバイスを操作する
際のインタラクションに関する課題である。例えば、スマートフォンで操作する場合は、画面上にあるボタンなどをタップするだけのシンプルなものになるが、AR ディスプレイを介したインタラ
クションはより自由度の高いインタラクションが可能になる。例えば、ジェスチャーを使うのか、音声を使うのか、物理的なインタラクションを行
うのか、またそれらすべてを状況に応じて使い分けるのか、もしくは全く違うインタラクションの方式になるのかは、まだ答えは出ていない。
この新たなインタラクションを提示し、ユーザー
実験を通じて評価していくことも重要な研究課題になっている。
本研究では、こうした 2 つの課題に対して、東北大学の北村教授のグループと蜜に連携を行いながら研究を行い、拡張現実を使った新たなユーザー
インターフェイスおよびインタラクションをデザ
イン、プロトタイプ、及び評価を行っていくことを目指す。

［ 5 ］研 究 成果 と 波 及効果 等（5-1 ）研究成果
2021（令和 3）年度は、大きな成果が得られた。
まず、はじめに、東北大学北村研究室とカルガリ
ー大学の鈴木研究室で、共同研究ミーティングを行った。共同研究ミーティングでは、それぞれの学生が自分たちのデモや研究発表を行うという形式で、延べ２０名前後の参加者による積極的な意
見交換が行われた。コロナ禍ということで、
Zoom の形式で行われたが、非常に学生たちに高評価であり、機会がある際にまたやりたいという声を多数出た。Zoom を使うことで、多くの学生が参加する機会を得られたことは非常に大きな意義があったと考えている。共同研究で発表された
内容は、この研究計画に関わる多岐にわたる研究

146

アイデアで、拡張現実を用いたインターフェイスのアイデアや、仮想現実世界でのロボットを用いた、触覚フィードバックデバイスの研究アイデアなどが発表された。
2022（令和 4）年度は、初めて東北大で対面方式
で打合せを行い、具体的に共同研究のプロジェク
トを開始した。まず、カルガリー大学の鈴木が10 月に東北大の北村研究室訪問した。訪問中は、
北村研究室の様々なデモを試し、学生へのフィードバックやディスカッションを行った。また、この研究室訪問から、具体的な成果も生まれた。
具体的な成果の一つは、北村研究室の博士課程の学生である、大西悠貴さんのプロジェクトへのフィードバック・ディスカッションから発展し、彼女の博士論文へのアドバイスを行った。それをきっかけに、鈴木が彼女の博士論文の審査員の一人として論文指導を行った。彼女へのフィードバッ
クは Zoom や、二人とも出席した UIST 2022 のカ
ンファレンス会場でのディスカッションなどを通じて行った。彼女の博士論文のフレーミングに大きく寄与できたと同時に、今後の共同研究プロジ
ェクトのアイデアもそれらのディスカッションを通じて生まれる、大変有意義なディスカッションになった。
二つ目に、共同プロジェクト研究として、ソフト
ロボットを使った VR の触覚デバイスの研究を開始した。このアイデアは、東北大学への訪問時に、北村研究室の修士一年学生である、五味諒太くんとのディスカッションがきっかけとなったものである。彼は、これまで ZoomWalls というような壁型の VR の触覚提示デバイスを開発していたが、それの延長線上として、形状変化ができる大型のVR 触覚システムを開発できないか、というディ
スカッションになった。

共同プロジェクト研究2023（令和 5）年度は、前年度のコラボレーショ
ンを元に大きな成果を上げた。その一つは、
ACM CHI 2024 という、ヒューマンコンピュータ
インタラクション分野の最重要トップカンファン
レンスでのフルペーパーの発表である。

引き続き続けて行こうと考えている。また、逆にカルガリー大学の客員研究プログラムを通じて、東北大学の大学院学生を短期のインターンとして、
カルガリー大学に迎え入れたいと考えている[6]まとめと今後の課題
東北大学北村研究室とカルガリー大学鈴木研究室の共同研究は、多くの成果を上げた。特に、VR
触覚デバイスの研究や博士論文指導で大きな進展があり、ACM CHI 2024 での発表という快挙を達成した。今後の課題として、継続的な共同研究の推進、大型助成金の獲得、相互訪問プログラムの拡充を図り、研究環境をさらに整備していく予定である。これにより、両大学間の協力関係を強化
し、新たな科学技術の発展を目指している。

今年度の前半に、前年度にディスカッションを行ったアイデアをベースに、鈴木の過去の研究である、LiftTiles や HapticBots といった研究プロジェ
クトを元に、アイデアを固めていった。それらのもとで、現在 InflatableBots という、自律走行型ロ
ボットと空気圧制御のインフレータブルオブジェ
クトを組み合わせた、触覚システムを開発してい [論文、学会発表、および関連成果]
る。バルーンのようなインフレータブルを使うこ (1) 成果リスト（謝辞あり）とで、安全で柔らかく、かつサイズを自由に大き Ryota Gomi, Ryo Suzuki, Kazuki Takashima,
くできる触覚システムが開発可能だと考えている。 Kazuyuki Fujita, and Yoshifumi Kitamura.
具体的なプロジェクトの実装は 2022 年の 12 月頃 "InflatableBots: Inflatable Shape-Changing
からはじめ、北村研究室と週に 1 回のペースで、 Mobile Robots for Large-Scale EncounteredZoom でミーティングを行い、プロジェクトを進 Type Haptics in VR." In Proceedings of the
めた。その成果として、ACM CHI へ 9 月に論文 CHI Conference on Human Factors in Computingを投稿し、晴れてアクセプトされ、2024 年 5 月の Systems, pp. 1-14. 2024 (CHI ’24).

学会で発表する運びとなった。ACM CHI は採択率が 20-25%で、HCI 分野のトップカンファレン (2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
スで、難易度は高く、東北大学の修士課程の学生 Ryo Suzuki, Adnan Karim, Tian Xia, Hooman
が筆頭論文として通すことは、快挙であり、この Hedayati, Nicolai Marquardt. Augmented
共同プロジェクト研究がなければ実現しなかった。 Reality and Robotics: A Survey and Taxonomy
for AR-enhanced Human-Robot Interaction
and Robotic Interfaces. In Proceedings of the
ACM CHI Conference on Human Factors in
Computing Systems. ACM, 2022. (CHI ’22)

（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
今後の予定として、引き続き、共同研究を進め、来年度は、共同プロジェクトから生まれたトップ
カンファレンス論文を発表したいと考えている。
また、東北大訪問時において、北村先生と、より大型の助成金の応募についても検討を始めた。その一つとして、研究代表者が採択された JST さき
がけが挙げられる。これらの他の助成金を通じて、より東北大学とカルガリー大学との共同研究を強化していきたいと考えている。また、東北大への訪問は非常に有意義で実りの多いものだったため、

Ryo Suzuki, Eyal Ofek, Mike Sinclar, Daniel
Leithinger, Mar Gonzalez-Franco. HapticBots:
Distributed Encountered-type Haptics for VR
with Multiple Shape-changing Mobile Robots.
In Proceedings of the Annual ACM Symposium on
User Interface Software and Technology. ACM,
2021. (UIST ’21)147

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/A15

研究課題名
外界とのインタラクションを実現する再構成可能な頭部搭載型ディスプレイに関する研究
ユーザの視界（眼球を動かして見える範囲）周辺
部の眺めや機能を切り替えられるようにすることである．これにより，ユーザはモジュールを取り外して外界を認識でき，取り外したモジュールを
通研対応教員：
即席の手持ちデバイスとして再利用することもで北村 喜文（東北大学電気通信研究所）
きる．
図 1 は，本研究における現行のプロトタイプで研究分担者あり，小型の商用 HMD の側面と底面に着脱可能な
磯山直也（大妻女子大学）
3 つのディスプレイモジュールを設置している．
酒田信親（龍谷大学）
基本形態では，側面と底面の内向きのディスプレ
高嶋和毅（芝浦工業大学）
イモジュールを介して，通常より広い視野角を提供する．ユーザが VR 体験中に外界に意識を向け[2 ]研究期間
たい時には，側面や底面のモジュールを取り外す
令和 5 年 4 月 ～ 令和 6 年 3 月
ことで，視界周辺部で外界を視認できる．図1(b)はモジュールの状態によって変化するユーザ[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要の視点の様子である．Virtual mode では広視野の本研究では，手動で再構成可能なモジュラー機 VR コンテンツを視聴できるが，側面モジュール構を用いた新たなモバイルヘッドマウントディス を取り外した Removed モードでは，周辺視野で近プレイ（HMD）を開発する．この HMD では，フェ くの人やモノを視認できる．さらに，取り外した
イスカバーやヘッドベルト部を改造してモジュー モジュールをインタラクションデバイスとしてユル化し，没入感の高い広視野 VR 体験を可能にし ーザ自身が再利用したり，近接者に貸し出すこと
つつも，必要に応じてモジュールの着脱により視 もできる．このように，モジュールを取り外し，界周辺部での実物体や近接者とのアドホックなイ 再利用し，返却するというサイクルを経ることで，ンタラクションを可能にする．複数の試作機を実 余分なデバイスを使うことなく，HMD による境界
装し，HMD を用いたあらたなインタラクションの 問題を緩和できる．
形態を議論する．
本研究の成果は，ヒューマンインタフェース関連最大の国際会議 ACM CHI Conference on Human[4]研究計画及び内容
Factors in Computing Systems や同分野のトップ
本年度は，これまでの共同研究成果をベース 会議 UIST2021 (User interface software andとして，そもそも下方視野を拡大した HMD のメリ Technology) にて発表した．また，ディスプレイ
ットが十分に調査されていない点に着目し，これ 関 連 の 国 際 会 議 IDW (Interactive Displayを調査した．また，研究代表者と分担者は，メー Workshop)にて招待講演し，国内のディスプレイ
ルやオンライン会議ツールを用いて協議し，今後 企業のエンジニアや研究者と情報交換する機会をの研究計画についても議論を深めた．
得た．
今年度は，下方視野を拡大した HMD のメリット［5］研究成果と波及効果等
が十分に調査されていない点に着目し，ほぼ真下（ 5-1 ） 研究成 果まで視認できる HMD を用いてその効果を検証した研究では，HMD ユーザの没入感の高い VR 体験を（図 2）．その結果，VR や AR において自己アバタ確保できるようにしつつ，必要に応じて外界とのを視認できることによる臨場感の向上や歩きやす
アドホックなインタラクションを実現するために，さの向上などのメリットを確認した．この成果はモジュラー機構を用いて再構成可能な新たな HMD
AR/VR 分野のトップ会議 ISMAR にて口頭発表しての概念を提案した．基本となる考えは，HMD の周いる．
辺部に着脱可能なモジュールを設置することで，[1］研究組織
研究代表者：
清川 清（奈良先端科学技術大学院大学）

148

共同プロジェクト研究

図 2 下方視野拡大 HMD の様子[ 6 ] ま と めと今 後 の 課題
（ 5 - 2 ） 波及効 果 と 発展性 等
手動で再構成可能なモジュラー機構を用いた新HMD を利用して事務的作業や教育活動を実施す
る日は近いと考えられる．日常に HMD が自然に溶 たな HMD を開発した．この HMD は，没入感のけ込むには周囲とのインタラクションもなめらか 高い広視野 VR 体験を提供しつつ，必要に応じてに実現することである．本研究はその課題に対し モジュールの着脱により視界周辺部での実物体やて HMD の新たな設計コンセプトを提案し，根本的 近接者とのアドホックなインタラクションを可能解決を図るものである．その中でも没入感を失わ にする．また，下方視野を拡大した HMD のメリ
ずに，かつユーザの邪魔にならないように周囲 ットを調査して，VR や AR における臨場感の向（外界）とのインタラクションをするのは難しく， 上や歩きやすさの向上などの効果を確認した．今
本研究のようにシンプルな方法で大きな効果を得 後は，モジュラー機構のさらなる改良，多様なイることができれば高い注目を集めると予想される． ンタラクションシナリオにおけるさらなるユーザ
また，今年度の研究から明らかになったように， 評価の実施などが課題として挙げられる．
モジュール構成とすることで広視野の VR 環境を容易に構築できるメリットもある．本研究の成果は今後ますます進展すると考えられるリアルとバーチャルが混合した柔軟なインタラクション環境の発展に寄与すると期待される．

149

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
該当なし(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
1. Nakano, K., Perusquia-Hernandez, M.,
Isoyama, N., Uchiyama, H., & Kiyokawa, K.
Effects of visual presentation near themouthoncross-modal
effectsofmultisensory flavor perception and ease ofeating. In 2023 IEEE ISMAR, pp. 902-911,
2023.

150

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/A16

研究課題名
聴覚的注意の時空間特性に関する研究[ 1 ］ 研究 組織
研究代表者：
寺岡 諒 （室蘭工業大学）
通研対応教員：坂本 修一（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
寺本 渉 （熊本大学）
黒田 尚輝（熊本大学）
原田 新也（熊本大学）
田中 優希（熊本大学）[2 ]研究期間
令和３年４月 ～ 令和６年３月

図１ 実験①の概略図とを意味している。しかし従来の研究の多くは左右方向に対する注意効果を検討したものが多く，
奥行き方向に対する聴覚的注意効果やその時空間特性については不明な点が多い。

[ 3 ] 本 プ ロジ ェ ク トの目 的 、 背景や 概 要
近年の情報通信技術の発展に伴い，自宅にいな [4]研究計画及び内容
本研究課題では，注意機能を考慮した効率的ながらにしてあたかも別の場所にいる感覚をもたらす，高臨場感システムの普及が進んでいる。例え 情報呈示を実現するための基礎データを得るため，
ば，Meta Quest に代表される VR システムは，頭 聴覚に対する注意（聴覚的注意）の持つ特性を検部運動と連動して動く高精細な映像やサラウンド 討することを目的とした。本研究課題では特に，音声を呈示することで，高い臨場感を実現してい ①聴覚的注意の空間的特性，および②接近移動音
る。このような感覚を実現するためには，感覚情 像に対する聴覚的注意効果の２つの目的を軸に研報を高精度で呈示することはもちろん，システム 究を進めた。
を利用する人間の知覚・認知特性を考慮した効果［ 5 ］研 究 成果 と 波 及効果 等
的な刺激呈示が欠かせない。
人間は，通常，効率的に周辺環境を把握するた （5-1）研究成果① 聴 覚 的 注意の 空 間 的特性 の 解 明
めに，注意による情報の取捨選択を行っている。
聴覚的注意を特定の距離に向けた際の注意効果
特に聴覚は，360°様々な方向で生じる音を取得でとその効果が及ぶ範囲（空間特性）の定量的計測
きることから，この要因は特に有効に働くことが予想される。しかし，従来の情報通信システムの を試みた。実験では，聴取者の前方に対して奥行多くでは，こうした情報の受け手の情報の取捨選 き方向に並べられた 5 つのラウドスピーカ（図１
択（注意機能）が及ぼす影響については考慮して 参照）から音刺激を提示した。音刺激として，こなかった。このような情報呈示の実現には，人 25 Hz，75 Hz で振幅変調したピンクノイズを使用間が注意を向ける際の時間的，空間的な特性（注 し，それぞれ標的音と競合音とした。
実験では，音刺激の提示確率を統制することで意の効果が及ぶ空間的範囲，注意を向けるまで/向けた後の効果の時間変化）を知ることが肝要で 特定の距離（聴取者から 32 cm，96 cm, or 160 cm）のラウドスピーカに対して聴覚的注意が向くようある。
特に本研究課題では，奥行き方向に対する聴覚 仕向けた。聴取者には，注意を向けた位置によら的注意に着目した。日常生活においては，自身の ず，標的音が聴こえたら素早く反応するよう求め近くにある音と遠くにある音を聴き分け，片方の た。このとき，標的刺激に対する感度（d’）と誤音だけを選択的に聴き取ることができる。これは， 警報率（False alarm rate）を指標として注意効果
特定の距離に対して注意を向けることができるこ を計測した。
151

共同プロジェクト研究

図２. 実験①の結果。縦軸は標的音に対する感度と誤警報率，横軸は刺激呈示距離を意味する。

実験の結果を図２に示す。標的音に対する感度は，注意を向けた距離で最も高く，そこから離れるに伴って低下する傾向が示された。一方誤警報
率は，注意を向けた距離で最も低く，そこから離図３. 実験②の結果。縦軸は接近移動音が反応時間に及ぼす影響（促進効果），横軸は刺激呈示距離を意れるに伴って増加する傾向が示された。この結果味する。
は，注意がある距離に対して影響を及ぼし，標的刺激の検出に影響を及ぼしたことを意味している。より後方のほうが広いことを示唆している。これ② 接 近 移 動音像 に 対 する聴 覚 的 注意効 果は，接近する音の印象の違いや，それに伴う安全
日常生活では，音像（音事象）が静止し続ける マージンの広さの変化が影響しているかもしれな
ことは少なく，聴取者と音像との位置関係は動的 い。
に刻一刻と変化する。しかし従来の研究では，音像の相対的な位置関係が固定された状態での注意 （5-2）波及効果と発展性等効果を検討したものがほとんどで，音像の位置や  本プロジェクトで検討する聴覚的注意効果の音圧が動的に変化する状況下での注意の効果や様経時変化は，その維持や移動の特性（時間特相についてはほとんど検討がなされていない。
性）と関連することから，その全容が明らか
本研究では，注意効果の指標として身体近傍空になれば，情報通信技術の高度化に寄与する間（PPS）に着目した。PPS は，身体により近いことが期待される。
位置で音刺激が生じた場合，触覚刺激に対する注  本プロジェクトによって，竹島康博講師（法意が促進される現象である。聴覚刺激を様々な距
政大学），永井聖剛教授・山崎大暉博士（立命離，角度から接近させることで，距離が注意効果
館大学），竹島康博講師（法政大学），山本浩に及ぼす影響とその方位依存性を検討した。
輔研究員（早稲田大学）など学外研究者との実験の概略図は図１とほぼ同様であった。相違交流が活性化し，共同研究に発展している。
点として，参加者の胸部に振動刺激を装着し，特  本プロジェクトで得られた成果は，「脳の可塑定のタイミングで振動刺激（100 ms）を呈示した性による注意機能改善に関する基礎的研究」
実験では，連続する 4 つのラウドスピーカを用という新たなプロジェクトに結びつき，今後
い，ピンクノイズを 48 cm/s で１秒間，聴取者にの発展が期待される（MEXT 科研費 学術変革
向かって接近させた。プローブの呈示開始位置は
領域研究「生涯学」（公募研究），21H05335）。
3 箇 所 か ら ラ ン ダ ム に 決 定 さ れ （ Near: 96 cm,
Middle: 144 cm, Far: 192 cm），プローブが接近し [6]まとめと今後の課題ている最中に，ランダムなタイミングで触覚刺激
本研究課題では，特に奥行方向に対する聴覚のが呈示された（0.25, 0.5, 0.75 s）。また，ベース 選択的注意の効果や様相を明らかにした。奥行方ライン条件として，触覚刺激のみを呈示する条件 向に対する注意効果に関する研究は近年徐々に研も設けた。加えて，PPS の方位依存性を検討する 究が行われ始めており，本研究はそれらに先駆けために，スピーカアレイに対する身体の向きを 2 て成果をあげることができたといえる。
条件（0°，180°）設けた。参加者の課題は，振動今後の課題の１つとして，注意効果のモデル化
刺激を感じたら素早くボタンを押下することであ の検討が挙げられる。注意機能を考慮した情報通った。
信技術の創出において，その様相の数理モデル化
実験の結果を図３に示す。参加者毎に各距離の は欠かせない。今後の研究では，機械学習や情報
条件の中央値とベースライン条件の中央値との差 科学で一般的に用いられるベイズモデルなどを駆分を算出することで，距離条件毎の反応促進量を 使し，注意機能の数理モデル化をすすめていく。
計算した。すべての距離条件において，促進効果
は後方条件のほうが前方条件に比べて有意に大きいことを示した。以上の結果は，PPS が身体前方152

共同プロジェクト研究・寺
寺岡 諒，"胸部の身体近傍空間の方位依存性"[論文、学会発表、および関連成果]
Young Perceptionists’ Seminar (YPS), 立命館大学大(1) 成果リスト（謝辞あり）
阪いばらぎキャンパス，大阪府茨木市, 9 月 4-5[論文]
日 (2023).
・R. Teraoka, Y. Hayashida, and W. Teramoto,・田中優希，寺
寺岡 諒，寺本 渉，"標的音聴取に“Difference in auditory time-to-contact estimation
between the rear and other directions,” Acoustical
おける距離に対する聴覚的注意の影響" 日本音Science and Technology, 44(2), pp. 77-83 (2023).
響学会 2023 年秋季研究発表会，名古屋工業大学，
・R. Teraoka, N. Kuroda, R. Kojima, and W.
愛知県名古屋市, 9 月 26-28 日 (2023).
Teramoto, “Comparison of peripersonal space in front・寺
寺岡 諒，黒田尚輝，寺本 渉，"胸部の身体近and rear spaces,” Experimental Brain Research,
傍空間表象の方位依存性" 日本基礎心理学会第242(1), pp. 797-808 (2024).
42 回大会，豊橋技術科学大学, 愛知県豊橋市, 12[国際学会]
月 1-2 日 (2023).
・R.
Teraoka，"Auditory
time-to-contact
・寺
寺岡 諒，黒田尚輝，寺本 渉，"聴覚による身
estimation changes with age: From the perspective of体近傍空間の方位依存性の検討."
日本音響学会
cognitive function," International Symposium on
2024 年春季研究発表会, 拓殖大学文京キャンパ
Lifelong Sciences, Kyoto，Japan, March 19-20
ス,
東京都文京区, 3 月 6-8 日 (2023).
(2023).
・R. Teraoka, R. Kojima, N. Kuroda, and W.
Teramoto, “Anisotropy of audiotactile peripersonal (2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果[論文]
space between rear and front space,” International
Multisensory Research Forum (IMRF2023), Brussels,
・T. Kawase, R. Teraoka, C. Obuchi, and S.
Belgium, June 27-30, (2023).
Sakamoto, “Temporal and directional cue effects on[国内学会・シンポジウム等]
the cocktail party problem for patients with listening
difficulties without clinical hearing loss,” Ear and
寺岡 諒，寺本 渉，"聴覚接近刺・林田侑志郎，寺Hearing, 43(6), pp. 1740-1751 (2022).
激の到来方向が接触時間予測に及ぼす影響." 電・Y. Fujii, R. Teraoka, N. Kuroda, and W. Teramoto,
子情報通信学会ヒューマン情報処理研究会“Inhibition of intentional binding by an additional（HIP）, オンライン開催, 12 月 23-24 日 (2021).
sound presentation,” Experimental Brain Research,・林田侑志郎，寺寺岡 諒，寺本 渉，"聴覚刺激の241, pp. 301-311 (2022).
到達時間予測の到来方向依存性に関する研究."[国際学会]
第 12 回多感覚研究会, オンライン開催, 2 月 23 日
・S. Harada，R. Teraoka，N. Kuroda，S. Hidaka，(2022).
W. Teramoto，"Influences of non-spatial auditory
寺岡 諒，林田侑志郎，寺本 渉，"動的に変化
・寺
cueing on visual search in older adults," International
する音像に対する聴覚的注意効果."学術変革領
Symposium on Lifelong Sciences, Kyoto，Japan,
域「生涯学」第３回領域会議, オンライン開催,
March 19-20 (2023).
3 月 5 日 (2022).
・N. Kuroda, R. Teraoka, S. Harada, and W.
・折原空良，寺寺 岡 諒 ，富松智志，坂本修一，"
Teramoto, “Effect of postural instability on passable
距離方向への聴覚的注意が標的音検出に及ぼす
width perception in older adults,” International
影響."第 386 回音響工学研究会, オンライン開催,
Multisensory Research Forum (IMRF2023), Brussels,
Belgium, June 27-30, (2023).
3 月 14 日 (2022).
[国内学会・シンポジウム等]・寺
寺岡 諒，寺本 渉，"加齢が接近移動音像の接寺岡 諒，黒田尚輝，日高聡太，寺・原田新也，寺
触時間予測に及ぼす影響" 日本基礎心理学会第本
渉，"非空間的な聴覚手がかりは高齢者の視41 回大会, 千葉大学，千葉県千葉市, 12 月 2-4 日
覚探索を促進するか？" 電子情報通信学会ヒュ(2022).
ーマン情報処理研究会（HIP）, 京都テルサ，京寺岡 諒，小嶋琳佳，黒田尚輝，寺本 渉，"聴・寺
都府京都市, 10 月 17-18 日 (2022).
覚接近刺激の到来方向が身体近傍空間に与える・原田新也，寺影響" 第 13 回多感覚研究会, 立命館大学大阪い
寺岡 諒，黒田尚輝，日高聡太，寺ばらぎキャンパス，大阪府茨木市, 2 月 18-19 日
本 渉，"高齢者の視覚探索における非空間的な(2023).
聴覚手がかりの影響" 日本基礎心理学会第 41 回
・田中優希，寺
寺岡 諒，寺本 渉，"距離方向に対大会, 千葉大学，千葉県千葉市, 12 月 2-4 日する聴覚的注意が標的音聴取に及ぼす影響" 電(2022).
子情報通信学会ヒューマン情報処理研究会
寺 岡 諒 ，黒田尚輝，寺本 渉，"2・藤井芳孝，寺（HIP），大学コンソーシアム富山，富山県富山
つの行為随伴刺激による Intentional Binding の抑市, 2 月 22-23 日 (2023).
制と視聴覚間の相互作用" 第 13 回多感覚研究会,
153

共同プロジェクト研究

立命館大学大阪いばらぎキャンパス，大阪府茨木市, 2 月 18-19 日 (2023).
・黒田尚輝，寺
寺岡 諒，原田新也，寺本 渉，"身体の行動制限時の身体近傍空間" 第 13 回多感覚研究会, 立命館大学大阪いばらぎキャンパス，大阪府茨木市, 2 月 18-19 日 (2023).
・原田新也，寺
寺岡 諒，黒田尚輝，日高聡太，寺本 渉，"非空間的な聴覚刺激呈示が，高齢者の視覚探索に与える影響" 第 13 回多感覚研究会, 立命館大学大阪いばらぎキャンパス，大阪府茨木市, 2 月 18-19 日 (2023).
・黒田尚輝，原田新也，寺寺岡 諒，寺本 渉，"胸部の身体近傍空間様相の加齢変化" 電子情報通信学会ヒューマン情報処理研究会（HIP），大学
コンソーシアム富山，富山県富山市, 2 月 22-23
日 (2023).
・双須藍里，黒田尚輝，原田新也，寺寺岡 諒，寺
本 渉，"他者の歩容がパーソナルスペースに与える影響" 電子情報通信学会ヒューマン情報処理研究会（HIP），大学コンソーシアム富山，富山県富山市, 2 月 22-23 日 (2023).
・藤井芳孝，黒田尚輝，寺寺岡 諒，原田新也，寺本 渉，"高齢者の Temporal binding と行為部位の影響" 第 14 回多感覚研究会, 六日市中学校体育
館, 島根県鹿足郡吉賀町, 11 月 3-5 日 (2023).
・原田新也，寺
寺岡 諒，黒田尚輝，寺本 渉，"運動知覚における視聴覚統合の加齢変化." 電子情報通信学会ヒューマン情報処理研究会（HIP）,
那覇市ぶんかテンブス館, 沖縄県沖縄市, 2 月 2223 日 (2024).

154

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/A17

研究課題名
バイノーラルキュー制限条件の音空間知覚に関する研究[1］研究組織
研究代表者：
森川 大輔（富山県立大学 工学部 知能ロボット工学科）
通研対応教員：坂本 修一（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
Parham Mokhtari（富山県立大学 工学部 知能ロ
ボット工学科）
William L. Martens（University of Sydney, R3-4 年
度のみ）[ 2 ]研究期間
令和３年４月

3/10, 3/16-18 に行った。また、共同プロジェクト
研究発表会にて得られた結果について発表した。
○令和 4 年度
東北大学電気通信研究所にて実験・議論・情報共有を 8/5-6, 12/23-24, 2/23-24 に、オンラインでの研究打合せ・議論を 4/28, 7/13, 8/25, 9/7, 11/11 に行った。また、共同プロジェクト研究発表会にて得られた結果について発表した。
○令和 5 年度
東北大学電気通信研究所にて実験・議論・情報共有を 8/31-9/1, 12/22-23 に、オンラインでの研究
打合せ・議論を 8/2-3, 11/4-6, 12/12-13, 1/16, 2/14,
2/26-28 に行った。

[4]研究計画及び内容
本研究では、バイノーラルキューが制限された
条件での方向知覚に ITD、ILD、SC が与える影響[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要を調査する。理想的な環境で条件を系統的に変化
ヒトが音の到来方向の知覚に利用する主な情報 させるために、受聴者本人の HRTF を厳密に計測は 、 両 耳 に 到 達 す る 音 の 時 間 差(Interaural time する必要がある。そのため、東北大通研が所有す
difference: ITD)や 音 圧 レ ベ ル 差(Interaural level る球状スピーカアレイ装置を利用して、受聴者本
difference: ILD)、そして、音源から耳までの音響 人の HRTF の測定を行う。次に、球状スピーカア
伝達関数(Head-related transfer function: HRTF)によ レイ装置もしくは、計測した HRTF を合成したバって生じるスペクトル上の特徴(Spectral cue: SC) イノーラル音を用いて受聴条件を系統的に変化さと言われている。我々のこれまでの研究によって、 せて立体音の知覚実験を行い、バイノーラルキュ
両耳聴者の一方の耳を閉塞した状態であっても、 ーの制限した条件での音像定位、音源定位および閉塞した耳側に小さな入力があり、制限されたバ 音像の分離に ITD、ILD、SC が与える影響についイノーラルキューが利用できる場合には、方向知 て検討する。そして、HRTF と知覚実験の結果を覚が可能な範囲が広くなることがわかった。この 解析することで、ITD、ILD、SC が音像を知覚す
知覚の成因を明らかにすることは、ヒトの聴知覚 るためにどのように利用されているかを明らかにメカニズムを解明する上で大きなブレイクスルー し、ヒトの知覚メカニズムの解明に繋げる。
になると考えられる。
そこで本研究では、音空間知覚にバイノーラル ［5］研究成果と波及効果等
キューの制限が与える影響を明らかにすることを （5-1）研究成果
目的として、バイノーラルキューを制限した条件
受聴者本人の厳密な HRTF の計測を行うとともでの音像定位実験を行った。また、実験の過程で に、スピーカアレイまたは合成バイノーラル信号
問題となった受聴者の内観的な座標の確認実験と、 を用いて、バイノーラルキューを制限した条件で距離の知覚精度の確認実験を行った。
の音像定位実験を行った。また、耳栓装着時の正以下、研究活動内容の概要を示す。
面音源からの音の最小可聴値を測定し、計測した○令和 3 年度
HRTF との対応から、バイノーラルキューを制限
東北大学電気通信研究所にて実験・議論・情報 した条件の音像定位実験で、受聴者の各音源方向
共有を 12/7-8 に、オンラインでの研究打合せ・議 からの音の感覚レベルを算出した。その結果、音論 を 7/1, 9/7, 9/29-30, 10/21-22, 2/20-21, 2/27-28,～

令和６年３月155

共同プロジェクト研究

像定位実験において音像が動かずに知覚される音 （5-2）波及効果と発展性等
本プロジェクトで得られた成果は、ヒトの聴知源の角度は、開放耳側もしくは低域に入力がある
角度であり、閉塞耳側の低域に小さな入力がある 覚特性の解明につながるもので、得られた知見の場合に計算される ITD が、バイノーラルキューが 一部は、近年需要が拡大している補聴器の設計指制限された条件で方向知覚可能な範囲を広げる要 針などにも役立つものである。
本プロジェクトで得られた結果のうち、距離知因となっている可能性が高いことがわかった。また、バイノーラルキューを制限した条件の音像定 覚に関する結果については、VR システム等での位実験において、2 方向に分離して音像を知覚す 立体音の距離の呈示につながる知見であり、令和る現象が生じた際の、音源方向と 2 つの音像方向 6～8 年度の日本学術振興会 科学研究費補助金 基について、本人の各方向の HRTF の関係を調べた。 盤(C) 「バイノーラル再生における距離知覚に必その結果、この分離現象は、ノッチとノッチの周 要な音響特徴の解明」での研究の継続に発展した。
波数差を用いて音像位置を計算しようとした結果、 さらに、本プロジェクトで継続して行っている
周波数差が近い角度が複数存在したために生じた 厳密な HRTF の計測は、本プロジェクトを含む立
体音の知覚に関する研究や、立体音を再生する技
可能性が考えられることがわかった。
また、これまでの実験結果から、受聴者が本人 術に関する研究に資するため、研究分野の発展にの頭部表面と想定している位置が、実際の頭部表 大きく貢献できると考えられる。そして、これま
面よりも遠方である可能性が高いことがわかった。 での計測データやノウハウを生かすことで、新たそこで、ITD・ILD を変化させた刺激音が頭内、 な HRTF のデータベースの構築について検討が可
頭の側端、頭外のいずれに定位しているかを判断 能になったことから、令和 6～8 年度の共同プロする実験を、受聴者が自身の指先をこめかみにあ ジェクト研究 R06/A32「頭部伝達関数の多点自動て指先位置が頭部表面位置であることがわかりや 計測に関する研究」に発展した。
また、本プロジェクトは、東北大学電気通信研
すい条件で行った。その結果、実空間の頭部の側端の座標と受聴者の内観的な頭部の側端の座標に 究所と富山県立大学の共同研究に貢献するだけではズレがあり、実際の側端位置よりも外側に側端 なく、2 大学の若手研究者の交流・育成にも繋ががあるように知覚していること、音の位置の判断 っている。
時にこめかみに指先を当てることで、内観的な頭部の側端位置を実際の頭部の側端位置に近づける [6]まとめと今後の課題
本研究では、バイノーラルキューを制限した条効果が得られることがわかった。
件での音像定位実験、受聴者の内観的な座標の確さらに、受聴者の距離方向の知覚精度が低いこ
とも実験結果に影響する可能性があることも確認 認実験、距離の知覚精度の確認実験を行った。そされた。しかし、距離知覚に関する知見が少ない の結果、バイノーラルキューを制限しても低域にことから、次年度に研究を発展させる方向性を検 小さな入力がある角度であれば定位が可能になっ討することも考慮して距離知覚実験を実施した。 ていること、受聴者の内観的な座標では頭部の側距離知覚実験は異なる音圧レベルの刺激音を混在 端位置を実際よりも外側と捉えているた可能性がさせた条件下で正面方向において行った。頭部を あること、頭部を動かさない場合受聴レベルが一動かすことによって音源の位置が知覚しやすくな 定であれば距離もおおよそ一定に知覚されるが、ると言われていることから、頭部運動条件の実験 頭部運動で定位精度が向上することがわかった。
バイノーラルキューが音像の定位にそれぞれどについても合わせて行った。その結果、頭部静止のような影響を与えているのかを解明するために条件では受聴レベルが同じ場合、知覚距離がおおよそ一定になり、定位精度が低くなった。また、 は、バイノーラルキューを制限した条件の際に頭部運動条件は頭部静止条件より定位精度が向上 ITD・ILD・SC がそれぞれどのように作用していし、呈示位置が 20 cm から 60 cm の近傍では回答 るのかを個別に明らかにする必要がある。
内観的な頭部の側端位置と ITD・ILD の関係の距離と呈示距離がほぼ一致することがわかった。
測定は、本結果では受聴者本人のHRTF を考慮でさらに、本プロジェクトで厳密に測定した受聴者本人の HRTF は、前プロジェクトの R30/A17 きていない。したがって、受聴者本人の HRTF か「単耳受聴と両耳受聴による音空間知覚の違いに ら得られる受聴者ごとの ITD・ILD と、頭部側端関する研究」から派生したプロジェクトである、 に定位する際の ITD・ILD の関係を調べることは
科学研究費補助金 若手研究「両耳間差による音 今後の課題である。
距離の知覚実験は正面方向についてを行ったが、の分離に腹話術効果が与える影響」の実験にも活用し、音像の分離知覚に到来方向情報が与える影 他の方向での傾向についても調査することが必要である。また、音圧と頭部運動以外の手がかりが響を明らかにすることにも寄与した。
与える影響についても調査する必要がある。
156

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
・酒井翼, 森川大輔, モクタリ パーハム, 平原達也
“両耳間時間差・音圧差の相互作用による音像の分離知覚の検知限,” 音学シンポジウム 2021, 情報処理学会研究報告 音楽情報科学, Vol. 2021-MUS131, No.24, 1-3, 2021.06.
・酒井翼, 森川大輔, モクタリ パーハム “合成バイノーラル信号の周波数帯域が音像の分離知覚の検知限に与える影響,” 日本音響学会 2021 秋季研究
発表会講演論文集, 649-650, 2021.09.
・酒井翼, 森川大輔, モクタリ パーハム “視覚刺激が合成バイノーラル信号の音像の分離知覚に与える影響,” 映像情報メディア学会技術報告, Vol. 46,
No. 7, HI2022-7, 57-62, 2022.02.
・酒井翼, 森川大輔, モクタリ パーハム “視覚刺激のサイズが両耳間差による音像の分離知覚に与える影響,” 日本音響学会 2022 春季研究発表会講演
論文集, 651-652, 2022.03.
・Tsubasa Sakai, Daisuke Morikawa, Parham
Mokhtari “Detection limit of sound images spatiallysplit by synthesized binaural signals,” Acoustical
Science and Technology, vol. 43, no. 3, 213-215, 2022.
・Daisuke Morikawa, Tsubasa Sakai, Parham
Mokhtari “Effect of the frequency band on spatiallysplitting sound image by interaural time and level
differences,” Proc. 24th International Congress on
Acoustics, ABS-0751, 2022.10.

(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・森皓治郎, 森川大輔, モクタリ パーハム “広帯域雑音の音像距離知覚に頭部運動が与える影響,” 日
本音響学会 聴覚研究会資料, Vol. 53, No, 7, H-202372, 399-404, 2023.11.
・Daisuke Morikawa, Tsubasa Sakai, Parham
Mokhtari “Effects of visual stimuli on auditory
separation of sound images spatially split bysynthesized binaural signal,” Acoustics 2023, 3pPPa8,2023.12.

157

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/A20

研究課題名
薄膜メムキャパシタを用いたニューロモーフィックシステム[1］研究組織研究打合・研究発表会の開催状況：
・研究代表者と通研対応教員のメールの研究打合研究代表者：
・研究代表者と研究分担者（奈良先端科学技術木村 睦（龍谷大学先端理工学部）
大学院）の 1 週間 1 回程の対面による研究打合
通研対応教員：・研究代表者と研究分担者（北陸先端科学技術堀尾 喜彦（東北大学電気通信研究所）
大学院大学・京都工芸繊維大学）の 1 年間に 10
研究分担者：
回程度の電子メールによる研究打合浦岡 行治・中島 康彦・張 任遠・Kan Yirong・押尾怜穏・桑原 拓海（奈良先端科学技術大学院大学） ・研究代表者と研究分担者（龍谷大学）のほぼ毎日の対面による研究打合古田 守（高知工科大学） 曲 勇作（北海道大学）
・研究発表会, BFBC 2024, Feb. 17-18, Special Se
徳光 永輔（北陸先端科学技術大学院大学）
ssion 4, "Brain-Mimicking and Inspired Computin
西中 浩之（京都工芸繊維大学） 伊藤 良・
g: Devices, Architectures, and Algorithms", M. Kim
谷内田 健太・平野 太雅・國本 雅椰（龍谷大学）
ura (Ryukoku Univ.), E. Tokumitsu (JAIST), B. Go
lbabaei (NAIST), H. Tang (NAIST)[2 ]研究期間
令和３年４月 ～ 令和６年３月[4]研究計画及び内容[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
目的・背景・概要：
人工知能は、現在も様々な応用に用いられ、未来の社会において不可欠な技術である。しかしながら、従来は、超ハイスペックなノイマン型のハードウェアで実行される複雑で長大なソフトウェアであり、マシンサイズが巨大でエネルギ消費が膨大であるという課題があった。そこで我々は、2018～2020 年
度の東北大学電気通信研究所共同プロジェクト研
究をはじめとして、「薄膜デバイスを用いた脳型集積システム」の研究開発を行ってきた。脳型集積シ
ステムは、ハードウェアレベルからの生体模倣シス
テムで、生体の脳と同様にコンパクト・低エネルギ
消費・頑強動作といった特長をもつ。一方、薄膜半導体デバイスは、大面積に三次元積層構造で作製することが可能である。薄膜デバイスを利用することで、脳型集積システムの特長をさらに高めることを目的とした。その研究は、多くの成果を挙げ、おおよその目的を達成することができた。しかしながら、新たな課題も浮き彫りになってきた。それは、抵抗変化素子やメモリスタをプロセシングエレメントに用いるアーキテクチャでは、DC 電流が定常的に流れるため、究極の低エネルギ消費が実現できないという課題である。そこで、本共同プロジェクト研
究では、「薄膜メムキャパシタを用いたニューロモ
ーフィックシステム」の研究開発を行う。究極の低エ
ネルギ消費を実現することを目的とする。
158

2018～2020 年度の東北大学電気通信研究所共同プロジェクト研究での成功に倣って研究をすすめる。すなわち、本共同プロジェクト研究においても、研究代表者の木村と通研対応教員の堀尾教授との議論で、1 年目には、本共同プロジェクト研
究における薄膜メムキャパシタを用いたニューロモ
ーフィックシステムの研究開発の方向を確認し、2年目には、さらにその具体的な研究開発の方向を決定するので、3 年目には、その具体的な研究開発の成果を評価する。木村と研究分担者の中島教授と張助教は、1 年目には、所属機関でシステム設
計試作、すなわち、制御回路としての LSI の設計方針を確認し、2 年目には、具体的な設計試作などを行うので、3 年目には、シミュレーションや実機による評価を行う。一方、木村と研究分担者で機能性薄膜デバイスについて多くの知見を持つ浦岡教
授と古田教授は、1 年目には、三次元積層構造の薄膜デバイスの議論や検討を行い、2 年目には、実際の成膜試作などを行うので、3 年目には、ニューロモーフィックシステムへの実装を検討する。さらに、木村と研究分担者の徳光教授と西中准教授は、
1 年目には、液相プロセスとミスト CVD プロセスの薄膜メムキャパシタの成膜試作や評価解析などを行い、2 年目には、評価解析の結果を反映してのさらなる成膜試作などを行うので、3 年目には、やはりニューロモーフィックシステムへの実装を検討する。次に、木村と中島教授と張助教が、1 年目には、

共同プロジェクト研究［5］研究成果と波及効果等（ 5-1 ） 研究成 果
上記の個々の研究内容を組み合わせた結果として、下記の研究成果などを得た。
[論文 1)]
メムキャパシタと自律的局所学習を使う
ニューロモーフィックシステム
メムキャパシタと自律的局所学習を用いたニューロ
モーフィックシステムを開発した。メムキャパシタを用いることで、電力を最小限に抑えることができ、自律的局所学習を用いることで、シナプス素子を扱う制御回路を削減することができる。まず、強誘電体層を水平電極と垂直電極のあいだに挟んだクロスバーア
レイのなかにメンキャパシタを完成させる。分極と静電容量は、誘電分極によるヒステリシスを示す。次に、自律的局所学習は、学習フェーズでは、記憶すべき
連想パターンを直接に送入し、比較的高電圧を印加し、誘電分極を誘導する。推論フェーズでは、比較的低電圧を印加し、入力信号をメムキャパシタの静電容量で重み付けして足し、出力信号として送出する。最後に、実験システムをセットアップし、実験結果を得る。学習フェーズでの記憶パターン、推論フ
ェーズでの入力信号としての歪みパターン、推論フ
ェーズでの出力信号としての再生パターンが示される。再生パターンは、記憶パターンと完全に同じであることがわかる。これは、ニューロモーフィックシステ
ムが連想記憶として機能していることを意味する。

BLT
Pt

Pt

Au

3
2

BLT

Au

1

Pt

0.9

Q

0.8

V

0.7

0

0.6

-1

0.5

-2

0.4

-3

0.3

-4

0.2

-5

0.1

-6

C (F/cm2)

P (C/cm2)

所属機関でニューロモーフィックシステムとしての特性評価・アナログニューラルネットワークとしての動作評価・学習機能の動作確認・消費電力の詳細測定などの計画立案を行い、2 年目には、現実の試作を受けての特性評価・動作評価・動作確認・
詳細測定などを行うので、3 年目には、さらに、スパ
イキングニューラルネットワークとの親和性などを検討する。そして、1～2 年目にはコロナ禍のため実現できなかったが、3 年目には、木村がその評価結果を持って通研を訪問し、研究成果について堀尾教授と議論や考察を行うとともに、将来的にデバイスや回路を共同で開発するための準備を行い、共同研究を立ち上げるための枠組みや基盤について議論する。なお、研究の進捗に応じて、研究代
表者や研究分担者が通研で議論や考察を行う。

-400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400
E (kV/cm)

0

メムキャパシタ
1

2

3

4

5

6

7

8

9

Input
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Input

学習フェーズ
1

2

3

4

5

6

7

8

9

Input
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Output

推論フェーズC
Training

Training

Operation

Operation

Training
OperationE

自律的局所学習

Neuronin FPGA

Synapse incross-bar array

320nm

Glass
1.2mm

実験システム
1.2mm

Au

159

共同プロジェクト研究

Distorted



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Memorized

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



Memorized

Retrieved

Training

Operation

実験結果

タンデム CGRA+確率的計算による非ノイマン計
算基盤のプログラマビリティ革命 2022～2026 年度
・科学研究費補助金 基盤研究(C) （分担研究者）
高信頼化に向けたメムキャパシタ脳型コンピュータ設計基盤 2022～2024 年度
・科学技術振興機構（JST） ALCA-Next （研究開発参加者） 多連装マルチレベルパイプラインＣ
ＧＲＡ 2023～2029 年度[6]まとめと今後の課題「薄膜メムキャパシタを用いたニューロモーフィッ[論文 投稿中] （詳細は不記載）
クシステム」の原理検証・実機検証に成功した。す強誘電体キャパシタによるアナログメムキャパシタと
なわち、材料として強誘電体、デバイスとしてクロス
スパイキングニューロモーフィックシステムへの応用
バーアレイ、システムとして自律的局所学習を開発
強誘電体キャパシタによってアナログメムキャパ
した。デバイスの動作は実デバイスで、人工知能のシタを作製した。メムキャパシタはキャパシタであ
基本的な動作は実機で、より複雑な動作はシミュレ
るので、原理的に電力消費はまったくない。デバーションで確認にした。薄膜メムキャパシタを用いイスの構造は、下部電極と上部電極のあいだにたニューロモーフィックシステムは、スパイクキング
強誘電体層が挟まれるものである。最大印加電
ニューロモーフィックシステムにおいて、許容可能圧を変化させ、静電容量がそれに強く依存するとな精度で、たいへんわずかな電力しか消費しない
いうアナログメムキャパシタ特性が実現されている。
ことがシミュレーションされており、これは他のシス
動作原理は、強誘電体層の固有特性の動作点
テムよりはるかに低い。
解析によって説明できる。メムキャパシタがニュー
今後の課題は、現在の人工知能の研究の潮流は
ロモルフィックシステムに実装されれば、消費電
大規模モデルに移行しており、その研究には桁違力が著しく削減されることが期待される。スパイク
いの金銭・人的リソースが必要とされることである。
キングニューロモーフィックシステムは、許容可能
この潮流に乗ってさらなる大型プロジェクトへの発な精度で、たいへんわずかな電力しか消費しない展を考えるとともに、逆にこの潮流に抗って小規模ことがシミュレーションされており、これは他のシス検証で大規模モデルの実現可能性を明確にする
テムよりはるかに低い。
方法も考えたい。
（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等[波及効果]
本研究で、薄膜メムキャパシタを用いたニューロ [論文、学会発表、および関連成果]
モーフィックシステムの基本的な構成や動作を確 (1) 成果リスト（謝辞あり）
認することで、かなりの将来においては、大規模集 [論文]
積化や 3 次元積層構造により、コンパクト・究極の・ Takumi Kuwahara, Reon Oshio, Mutsumi Kimura,
低エネルギ消費・頑強動作という特長を活かすこと
Renyuan Zhang, and Yasuhiko Nakashima, Fusion
により、世界的なエネルギ危機を回避し、すべてのSynapse by Memristor and Capacitor for Spiking
モノの人工知能（AIoE）を実現する可能性が拓くとNeuromorphic Systems, Neurocomputing, to be
published
考えられる。たとえば、人間の脳に匹敵する 1010 個
141)・ Mutsumi Kimura, Yuma Ishisaki, Yuta Miyabe,
以上のニューロン素子と 10 個以上のシナプス素
HomareYoshida, Isato Ogawa, Tomoharu Yokoyama,子を想定すると、55cm のサイズと 30W の消費電
Ken-ichiHaga, Eisuke Tokumitsu, and Yasuhiko
力、すなわちこれも人間の脳と同等のものが実現
Nakashima,
Neuromorphic
Systemusing
できると予想される。なお、これらの成果は、2018
Memcapacitors and Autonomous Local Learning,～2020 年度の東北大学電気通信研究所共同プロ
IEEE Trans. Neural Netw. Learn. Syst., Vol. 34, No.
ジェクト研究と類似であるが、究極の低エネルギ消
5,pp.
2366-2373,
May
2023,
DOI:
費をさらに高い確度で実現することが期待される。
10.1109/TNNLS.2021.3106566[大型プロジェクトへの発展]
・ Tetsuya Katagiri, Tokiyoshi Matsuda, Hidenori
Kawanishi, and Mutsumi Kimura, In-Ga-Zn-O
・科学技術振興機構（JST） 日本-台湾研究交流
Memristor with Double Layers of Different Oxygen「AI システム構成に資するナノエレクトロニクス技
Vacancy Densities and Long-Term Memory towards術」 薄膜メムデバイスとスパイキング計算を用い
Neuromorphic Applications, Jpn. J. Appl. Phys., Vol.
るニューロモーフィックシステム 2022～2024 年度
62, No. 5, 058002, May 2023, DOI: 10.35848/1347・科学研究費補助金 基盤研究(A) （分担研究者）
4065/acd498
160

共同プロジェクト研究[招待講演]・ 木村 睦, 薄膜メムデバイスとニューロモルフィックシ
ステム, 日本学術振興会 R025 先進薄膜界面機能創成委員会 第１８回研究会 「情報通信技術における消費電力マネージメント」, 2024 年 4 月
・ Mutsumi Kimura, Shihori Akane, Isao Horiuchi,
Yasushi Hiroshima, and Yasuhiko Nakashima,
Neuromorphic System using Memristor Array −Application Example of Phase-Change Memory
using Cu2GeTe3 –, PCOS 2023, Nov. 2023
・ Etsuko Iwagi and Mutsumi Kimura, Character
Inference Learning for Stacked Neuromorphic
Devices using IGZO Thin Films, IEEE Electron
Devices Society Kansai Chapter 第 23 回 関西コロ
キアム電子デバイスワークショップ, 2023 年 10 月
・ Yuma Ishisaki, Osuke Tanaka, Takumi Kuwahara,
Hidenori Kawanishi, and Mutsumi Kimura, Synaptic
Characteristics of Ferroelectric Capacitors for
Neuromorphic Systems, IEEE Electron Devices
Society Kansai Chapter 第 23 回 関西コロキアム電子デバイスワークショップ, 2023 年 10 月
・ Mutsumi Kimura, Yuji Miyato, Hidenori Kawanishi,
Michihiro Shintani, Mami N. Fujii, Tokiyoshi
Matsuda, Yusaku Magari , Thin-Film Memristors &Memcapacitors for 3D Integration of Neuromorphic
Systems - Display Technology for Electronics
Applications !!, SID Taipei Chapter, Student Chapter,
IEEE Tainan Section, Sep. 2023
・ 木村 睦, 酸化物半導体薄膜デバイスによるニュー
ロモーフィックシステム, JST SICORP 日本-台湾研究交流 応用物理学会トータルバイオミメティクス研究会 新材料・新原理で築くニューロモルフィックシ
ステム, 2023 年 8 月[学会発表 （査読あり）]
・ Mutsumi Kimura, Thin-Film Memdevices and
Neuromorphic Systems, The 12th
RIEC
International Symposium on Brain Functions andBrain Computer, SS4-1, Feb. 2024
・ Kazuma Uno, Hodehito Kita, Atushi Horiuchi,
Tokiyoshi Matsuda, Hidenori Kawanishi, andMutsumi Kimura, Fabrication of Ga-Sn-O Thin Film
Device by Mist CVD and the Application to Spiking
Timing Dependent Plasticity (STDP), IMFEDK
2023, Nov. 2023
・ Taiyo Shinoda, Yuki Kawasaki, Ren Deguchi,
Tokiyoshi Matsuda, Hidenori Kawanishi, andMutsumi Kimura, Characteristics of Non-Volatile
Charge Trap Memory based on a-IGZO TFTs with
Hf0.5Zr0.5O2 as a Gate Insulator, IMFEDK 2023, Nov.
2023
・ Kunimoto Masaya, Kazuki Sawai, Kenta
Yachida,Tokiyoshi Matsuda, Hidenori Kawanishi,
and Mutsumi Kimura, Initial State Dependent
Neuromorphic Device on Resistance Change of aIGZO Memristor combined with Capacitor,
IMFEDK 2023, Nov. 2023

・ Arashi Dakeyama, Ryo Ito, Seiya Nakagawa,
Hidenori Kawanishi, and Mutumi Kimura, ReRAM
using Al-Sn-O Film formed by Mist CVD Method,
IMFEDK 2023, Nov. 2023
・ Tsuguyoshi Nakaso, Ryo Ito, Tokiyoshi Matsuda,
Hidenori Kawanishi, and Mutumi Kimura,
Switching Characteristics of a-IGZO-based 3-layer
ReRAM, IMFEDK 2023, Nov. 2023
・ Kazuki Sawai, Kenta Yachida, Yoshiya Abe,
Tokiyoshi Matsuda, Hidenori Kawanishi, andMutsumi Kimura, Reset Operation of Thin-Film
Neuromorphic Devices integrating a Memristor anda Capacitor, IMFEDK 2023, Nov. 2023
・ 伊藤 良, 杉崎 澄生, 嶽山 嵐, 中川 聖也, 松田 時宜, 河西 秀典, 木村睦, ミスト CVD 法による Ga2O3
薄膜メモリスタのアナログ特性, 薄膜材料デバイス
研究会 第 20 回研究集会, pp. 85-87, 2023 年 11 月
・ Atsushi Sawada, Reon Oshio, Mutsumi Kimura,
Renyuan Zhang, and Yasuhiko Nakashima, Spiking
Neuromorphic System using Memcapacitors andPulse Accumulation Circuits, 2023 International
Symposium on Nonlinear Theory and its
Applications, NOLTA 2023, pp. 124-127, Sep. 2023
・ Mutsumi Kimura, Shu Shiomi, Norito Komai,
Etsuko Iwagi, Tomoharu Yokoyama, Yuma Ishisaki,
Tokiyoshi Matsuda, and Hidenori Kawanishi, ThinFilm Memristors and Memcapacitors for 3D
Integration of Neuromorphic Systems, IEEE SOCC
2023, pp. 303-308, Sep. 2023
・ Kenta Yachida, Yoshiya Abe, Kazuki Sawai,
Tokiyashi Matsuda, Hidenori Kawanishi, andMutsumi Kimura, Novel Thin-Film Neuromorphic
Devices integrating Memristors and Capacitors, AMFPD ’23 pp. 232-233, July 2023
・ Ryo Ito, Sumio Sugisaki , Arashi Dakeyama,
Tokiyoshi Matsuda, Hidenori Kawanishi, andMutsumi Kimura, Amorphous Ga-Al-O Thin Film
Double-layer Memristor with Different Oxygen
Density fabricated by Mist CVD Method, AMFPD ’23 pp. 182-183, July 2023
[学会発表 （査読なし）]
・ 谷内田 健太、阿部 祥也、澤井 一輝、松田 時宜、
河西 秀典、木村 睦, メモリスタを用いたシナプス素子によるニューロンの膜電位変化の再現, 発光型／非発光型ディスプレイ合同研究会, EID2023-4,
pp. 9-12, 2024 年 1 月
・ Yoshiya Abe, Kenta Yachida, Kazuki Sawai,
Mutsumi Kimura, Hidenori Kawanishi, andTokiyoshi Matsuda, Resistance Change Behavior
using Negative Resistance in ReRAM with Threelayer GTO, 発光型／非発光型ディスプレイ合同研究会, EID2023-3, pp. 5-8, 2024 年 1 月
・ 三上 創太、木村 睦、宮戸 祐治, ガリウムスズ酸化物薄膜 ReRAM における負性微分抵抗の発現, 第84 回応用物理学会秋季学術講演会, 21p-P09-26,
2023 年 9 月
161

共同プロジェクト研究(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果[論文]
・ Mutsumi Kimura, Ryo Tanaka, Shihori Akane, Isao
Horiuchi, Yasushi Hiroshima, and YasuhikoNakashima,
Neuromorphic
Systemusing
Crosspoint-type TaOx/Ta Memristors and Direct
Device Training for Associative Memory, IEEE
Trans. Electron Devices, Vol. 70, Issue: 9, pp. 46354640, Sep. 2023, DOI: 10.1109/TED.2023.3296393[学会発表 （査読あり）]
・ Reon Oshio, Takumi Kuwahara, Mutsumi Kimura,and Yasuhiko Nakashima, Time-Domain Subtractive
Readout Scheme for Scalable Capacitive Analog InMemory Computing, IEEE SOCC 2023, pp. 309-314,
Sep. 2023
・ Takumi Kuwahara, Memcapacitor, promising device
for SNN., ICONS 2023, Aug. 2023
・ Takumi Kuwahara, Yuma Ishisaki, Hiroki Umemura,
Hiroyuki Nishinaka, Mutsumi Kimura, and YasuhikoNakashima, Memcapacitor-type Synapse and AC
Driving Scheme for Ultra-low Power Consumption
Neuromorphic Systems, ICONS 2023, Aug. 2023

162

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/A22

研究課題名
IoT セキュリティに関する研究[1］研究組織
研究代表者：
小熊 博（富山高等専門学校）
通研対応教員：本間 尚文（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
藤井 友哉（富山高等専門学校）
廣川 輝（富山高等専門学校）
松下 礼（富山高等専門学校）[2 ]研究期間
令和３年４月～

令和６年３月National Institute of Standards and Technology（NIST）
で規格化された耐量子公開鍵暗号方式である，
CRYSTALS-Kyber（FIPS203）[1]（ 以 下 Kyber）に着目した。なお，セキュリティは，電気通信領域に加え，情報ネットワーク，数学など高度にかつ総合力が必要な分野である。そのため，高専単独で最先端のセキュリティ研究及び教育の実施は難しい。さらに，Kyber は最先端の耐量子公開鍵暗号であるため公開情報が少ない。プロジェクト
を通して，学生へのセキュリティ分野の教育研究の深化および東北大学電気通信研究所への進学も念頭に，通研対応教員と頻繁に打ち合わせを実施
しながら，学生が主軸となり実装および評価を進めている。

[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要[4]研究計画及び内容
IoT の利用シーンは自動車, 医療系機器, ウェア
令 和 4 年 度 ま で に 認 証 暗 号 AES-GCM,
ラブル端末, 産業機器, 家電など多岐ににわたる。 ChaCha20-Poly1305 および軽量暗号の Ascon など
IoT は組み込みシステムとも言える。組み込みシ の種々の暗号方式をマイコン上に実装評価した。
ステム特有に求められる要件として, 「回路規模, 令和 5 年度には，NIST に公開されている Kyber の
消費電力量, 低遅延」の 3 要素が挙げられる。 こ 仕様書をもとに，マイコン上にソフトウェア実装の 3 要素の環境のもとで, セキュリティつまり IoT を行うこととした。Kyber は耐量子公開鍵暗号の用の暗号化回路の設計, 実装, 評価を行う必要があ 一種であり，安全性は「MLWE（Module Learning
る。
With Errors）問題」を解くことの難しさに基づい
令和 2 年度までのプロジェクトにおいて, 通研 ている。MLWE 暗号では，剰余多項式行列演算
対応教員指導のもとに，ファンノイマン型コンピ が主要演算となる。Kyber では，255 次剰余多項
ュータが前提のもとで，世界中で最も安全な共通 式環𝑅𝑅� � ����� ���/�� ��� � 1�上の乗算が計算コス
鍵暗号として認識されている AES （Advanced トの大部分を占める。剰余多項式環上の乗算では，
Encryption Standard）を対象にハードウェアに関 多項式の畳み込み乗算を行う代わりに，数論変換する研究を実施してきた。
を用いて計算コストを小さくする。式 1 に数論変
令和 3 年度から開始した本プロジェクトにおい 換を用いた剰余多項式環上の乗算を示す。Kyberて，認証暗号および軽量暗号の 実装および評価 では、負巡回畳み込みに対応した重み付き数論変を行っている。最終年度となる R5 年度について 換を使用する。回転因子（原子 n 乗根）ζ=17 であは，実装する暗号の対象を，近年，非常に注目さ り，原子 2n 乗根は存在しないため，1 次式までのれている量子コンピュータに耐えうる暗号方式に 数論変換となる。式 2, 3 を用いて計算を行い，式拡大した。量子コンピュータが登場すると RSA 4 の数論変換後の値を求める。式 2,3 で行う累乗暗号や楕円曲線暗号のような公開鍵暗号の安全性 の計算コストが大きいため，実装を行う際は，効の低下が大きく懸念されている。公開鍵暗号の安 率化が必須となる。なお，本プロジェクトでは，全性を保つためには，公開鍵暗号を耐量子公開鍵 3 種類のデバイス（Raspberry pi 4, Jetson Nano,
暗号に置き換える必要がある。耐量子公開鍵暗号 MacBook Air）上に Kyber をソフトウェア実装し，とは，量子コンピュータを使用しても，効率よく 処理時間の計測および評価を行う。
鍵を見つけることができない暗号である。そこで，
163

共同プロジェクト研究

表 2:

鍵生成処
理
暗号化処
理
復号化処
理

計算時間の比較[s]Raspberry pi
4

Jetson Nano

0.78606

0.55366

MacBookAir（M22022）
0.120620.93927

0.931900.15961

0.626400.50434

0.09612［5］研究成果と波及効果等（ 5-1 ） 研究成 果
数論変換・逆数論変換を実装する際に，累乗計 （5-2）波及効果と発展性等
Kyber の先行研究では，FPGA 等ハードウェア
算を繰り返すため，計算コストが上昇する。これ
上への実装が主となっている。一方，ソフトウェ
に対して，回転因子の累乗計算をテーブル化し，計算コスト上昇を抑える。本プロジェクトでは， ア実装例は、あまりなく，そのため、本成果はとそれぞれに Python を用いて Kyber を実装し，計算 ても有効であると考えられる。なお，高専専攻科
時間の評価を行った。実装した Kyber の秘密鍵・ 生が，最先端の耐量子公開鍵暗号の 1 つである
公開鍵長は 1632 バイト・800 バイトである。表 1 Kyber を実装できたのは，ひとえに東北大学電気に評価に使用したデバイスの性能を示す。いずれ 通信研究所共同プロジェクト研究を通した通研対のコンピュータの CPU は ARM コアとなっている。 応教員の丁寧な指導によるものであり，若手研究
ただし，動作周波数は 1.5GHz および 3.2GHz， 者の育成の観点において，非常に有効である。まRAM メモリ容量は 4GB および 16GB と違いがあ た，東北大学電気通信研究所との共同研究は，高る。また，搭載 OS は，それぞれ Rasbian，Ubuntu， 専内部においても注目されており，学生たちの東macOS となっている。計算時間の評価では，各 北大学大学院への進学にもつながる取り組みであ処理を Python の time モジュールを用いて，5 回計 ると言える。なお，本研究成果を学会等で順次発測し平均時間を算出した。表 2 に鍵生成・暗号 表していく予定であり，学術分野への貢献も計り化・復号化処理それぞれの計算時間を示す。鍵生 知れない。
成処理では，MacBook Air が最も高速の約 0.12 秒
に対し Jetson Nano では約 0.55 秒となり処理時間 [6]まとめと今後の課題
本プロジェクトにおいて，高専生たちが，認証が 4.5 倍かかった。さらに Raspberry pi では 6.5 倍の 処 理 時 間 が か か っ た 。 暗 号 化 処 理 で は ， 暗号 AES-GCM, ChaCha20-Poly1305，軽量暗号のMacBook Air が最も高速の約 0.15 秒に対し Jetson Ascon および耐量子公開鍵暗号 Kyber をマイコン
Nano, Raspberry pi では約 0.93 秒となり処理時間が 上に実装し，処理時間の評価を実施した。高専生
6.6 倍かかった。復号化処理では，MacBook Air が が種々の最先端の暗号方式を実装したことは，非最も高速の約 0.096 秒に対し Jetson Nano では約 常に大きなこ価値がある。一方で，本プロジェク
0.50 秒となり処理時間が 5.2 倍かかった。さらに ト期間において残念だった点は，covid-19 の流行のなかにあったことにある。厳しい感染対策が求
Raspberry pi では 6.4 倍の処理時間がかかった。
められるなかでの研究実施であったため，リアル
な打ち合わせおよび学会参加が難しかった点が挙表 1: 性能比較表
げられる。令和 5 年に感染症の分類が 2 類に 5 類
Raspberry pi Jetson Nano
MacBook4
Air（M2に変わり，ようやく人のリアルな交流が活発して2022）きた。高専においても気兼ねなく出張できる雰囲
CPU
ARM
ARM
Apple M2
気になってきたため，共同プロジェクト研究によCortex-A72
Cortex-A57
チップ 8 コる成果を積極的に学会の場で発表していく所存でアある。東北大学電気通信研究所共同プロジェクト
1.50GHz
1.48GHz
3.20GHz
動作周波数
研究のシステムが，これまで同様に，今後も高専
RAM
4GB
4GB
16GB
の学生たちにとって有効な取り組みであることをOS
Raspbian
UbuntumacOS願う。通研対応教員のご指導には厚く御礼申し上
GNU/Linux
18.04.6 LTS
げます。
11 (bullseye)164

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
・特に無し(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・小熊博, “Internet of Things: データ収集からセキュリティまで,” 富山大学次世代スーパーエンジニ
ア養成コース電機システム工学特論 (メカトロニ
クスと AI/IoT) , 2021 年 7 月.
・小熊博, “Internet of Things: データ収集からセキュリティまで,” 富山大学次世代スーパーエンジニ
ア養成コース電機システム工学特論 (メカトロニ
クスと AI/IoT) , 2022 年 7 月.
・小熊博, “Internet of Things: データ収集からセキュリティまで,” 富山大学次世代スーパーエンジニ
ア養成コース電機システム工学特論 (メカトロニ
クスと AI/IoT) , 2021 年 7 月.
・小熊博, “Internet of Things: データ収集からセキュリティまで,” 富山大学次世代スーパーエンジニ
ア養成コース電機システム工学特論 (メカトロニ
クスと AI/IoT) , 2023 年 10 月.

165

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/A23

研究課題名
先端的ハーモナイズドエージェントプラットフォームの研究開発
援も実現した．さらに，エージェントで構成され[1］研究組織
る IoT(Internet of Things)デバイス連携にも成研究代表者：
打矢 隆弘（名古屋工業大学大学院工学研究科） 功し，環境に適応する種々のシステム開発を推進している．本研究では，これまでの取り組みを通し得た知見を基に，ユーザ／グループ／コミュニ
通研対応教員：ティと情報システム／ロボットが調和し，環境の坂本 修一（東北大学電気通信研究所）
状態を考慮して適切に人々の生活を支援する IoT
研究分担者
システムの設計/開発/運用支援の強化を目的とす
木下 哲男
る．具体的には，過去の研究をさらに発展させ，
菅沼 拓夫（東北大学サイバーサイエンス
エージェントフレームワークの開発・運用機能のセンター）
充実と，エージェントシステムで構成される IoT
笹井 一人（茨城大学工学部）
ソフトウェアの構築・評価を行う．
藤田 茂（千葉工業大学情報科学部）
以下，研究活動状況(研究会)の概要を記す．
原 英樹（千葉工業大学情報科学部）
令和 4 年 3 月 15 日 14:00～，Zoom オンライン研
今野 将（千葉工業大学工学部）究会（参加者：打矢，木下，藤田，笹井，顧，真真部 雄介（千葉工業大学情報科学部）
部，今野，福谷）顧 優輝（目白大学メディア学部）
令和 4 年 8 月 3 日 14:00～，東北大学電気通信研
和泉 諭（仙台高等専門学校総合工学科）
究所及び Zoom オンライン研究会（参加者：打矢，福谷 遼太（高知大学教育研究部）
木下，藤田，笹井，福谷，太田）
太田 憲治（東北大学電気通信研究所）
令和 6 年 2 月 29 日 14:00～，東北大学電気通信研
究所及び Zoom オンライン研究会（参加者：打矢，[2 ]研究期間
藤田，笹井，福谷，太田，真部）
令和 3 年 4 月 ～ 令和 6 年 3 月[4]研究計画及び内容
１．運用支援 A：リポジトリ型マルチエージェン[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
今後の情報化社会において，人々とロボット/ トフレームワーク DASH に対して，エージェント
システムが共に調和し，システム側が人々に適切 のサービス処理モジュールであるベースプロセス
なサービスを提供する共生型コンピューティング を改良する．具体的には，ベースプロセス群を束環境が極めて重要になる．我々は，人・社会・情 ねたマイクロサービスコンテナ機構を新規導入し，報環境を総合的な協調系と捉え，これらが共生す このコンテナ内のベースプロセスをエージェント
る世界である「共生社会」の実現に向けた研究開 が必要に応じて参照することで，エージェントの発（共生コンピューティングの実現）を進めてき サ ー ビ ス 処 理 の 効 率 化 ／ 高 速 化 を 実 現 す る ．
た．共生コンピューティングの概念に基づくソフ ２．運用支援 B：広域環境においてリポジトリ／
トウェアを構築するために，ソフトウェアの開発 ワークプレースを環境に設置し，そのうえでエー
支援環境および運用支援環境を整備した．具体的 ジェントシステムを稼働させることを想定した，には，知的エージェントの集合で構成されるソフ セキュアな通信機構やエージェント間コミュニケ
トウェアをボトムアップ的に設計・開発・構築し， ーションモジュール／協調プロトコル／エージェ
これらをエージェントリポジトリで保持・管理す ント間交渉・譲歩機構の設計・開発を行う．
る方法論の策定と，インタラクティブな開発支援 ３．応用アプリケーションの開発：エージェント
ツールの構築を行い，開発面での支援を実現した． の多様な性質を利用し，災害時のユーザ生活サポ
また，セキュアなエージェント間通信を可能とす ートなど“生活支援”に重点をおいた IoT システ
るエージェント運用環境を開発し，運用面での支 ムソフトウェアの構築を進める．
166

共同プロジェクト研究［5］研究成果と波及効果等（5-1）研究成果：主要研究とその成果を示す．
【タスクベース効用関数を用いた経路交渉手法の実行時間の改善】
近年，自律移動ロボットの開発・普及が進んでおり，これらをエージェントとしてモデル化し制御する具体例として MAPD (Multiagent Pickup and
Delivery) 問題がある．MAPD 問題では指定されたスタート地点からゴール地点まで移動する「タスク」が継続的に発生する．各エージェントは他との競合を回避しながら全タスクが終了するまで
図 1:実行時間
タスクを繰り返し処理する．従来の MAPD 問題の研究では各エージェントは倉庫内自動搬送のよ実験
うに共通の目標を持つことが仮定されていた．今各エージェントの初期位置は，マップの両端マ
後ロボットの利用が拡大すると，同じ空間に異なスからランダムに与えられる．ゴール位置はタスるオペレータによるロボットが動作することが考
クごとに中心部のマスからランダムに設定される．
えられ，各オペレータの目標(例：タスクの締切初期位置と各タスクのゴール位置の往復をそれぞ時間)に応じた競合解消が必要となる．
れ 1 タスクとし，全エージェントで合計 100 タス
問題設定
ク行ったところでシミュレーションは終了する．
各エージェント𝑎𝑎� はスタート位置𝑠𝑠� から動作を
各タスクの締め切り時間は初期位置からゴール地
開始する．エージェント𝑎𝑎� はタスク𝑇𝑇� を任意の点までの最短距離に 0 から 5 の整数を加算したも時間に与えられ，遂行する．タスク𝑇𝑇� はゴール位のとした．
置 𝑔𝑔� と〆切𝑡𝑡� ，報酬𝑟𝑟� から構成され，エージェ
結果
ントは〆切𝑡𝑡� までにゴール位置𝑔𝑔� に移動できればエージェント数を 10，20，30 に設定し，それ報酬𝑟𝑟� を獲得できる．マップは二次元空間に加え，ぞれ 20 試行行った．図 1 に実行時間を示す．エ
垂直方向に時間の経過軸を持つグラフ G(V)としージェント数 10 の時ではタスク成功率の減少がて表される．時間は離散タイムステップ t ∈ T と
0.95%で実行時間が 68.58%削減，エージェント数
し，𝑣𝑣�� はエージェント𝑎𝑎� がタイムステップ t の時
20 の時ではタスク成功率の減少が 0.05%で実行時に占有する頂点 v ∈ V であることを示す．1 タイ
間が76.9%削減，エージェント数 30 の時でタス
ムステップで，各エージェント𝑎𝑎� は現在位置𝑣𝑣��
ク成功率の減少が 0.26%で実行時間が 77.0%削減��
から隣接頂点𝑣𝑣���
に辺 (𝑣𝑣�� , 𝑣𝑣���
) を利用して移動された．以上から，先行研究の手法と比べて提案するか，現在位置𝑣𝑣�� にとどまる．
手法は実行時間の増加を抑えながらタスク成功率
先行研究：タスク効用関数を用いた経路交渉手法を維持できているといえる．
予約ベースの経路割り当てにより経路衝突を防まとめ止する．各エージェントは探索した経路をサーバ
先行研究では交渉によりタスク成功率を上昇さに送信し，FCFS メカニズムにより，先に送信させることに成功したが，実行時間の増加が問題点れた有効な経路が承認され，該当頂点が予約されであった．提案手法により，先行研究のタスク成る．先に予約された経路と衝突のある経路が後か功率を維持しながら，実行時間の削減を達成した．
ら送信された場合，送信したエージェントが経路交渉を用いて自身の経路を再計画する．
（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
提案手法
本プロジェクトは複数機関共同で共生コンピュ
先行研究は交渉を行うことでタスク成功率が改ーティングの基盤技術の研究開発を推進し，上記善することを示したが．全エージェントと順に効
以外にも多数のフレームワーク拡張・アプリケー
用計算を行っていたため，エージェント数の増加
ション開発が実施できた(別紙)．更に，当該分野に伴い実行時間が増加した．本研究ではこの先行の海外研究者との議論も積極的に展開し，研究者
研究の問題点に対し，スタート位置かゴール位置
間交流の活性化も図った．
が近いエージェント同士は経路が重複する可能性が高いことから，タスクが与えられたエージェン [6]まとめと今後の課題
トの迂回経路長分のタイムステップ中に対象範囲 マルチエージェントフレームワークとエージェン(タスクが与えられたエージェントのスタート地 ト実応用システムの開発は，Society5.0 の実現に点とゴール地点の周囲 1 マス) に存在するエージ 向けた重要な研究テーマであり，複数機関共同で
ェントのみと効用計算を行うことを提案する．
の研究開発を今後も継続実施する．
167

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・Takahiro Uchiya, Taiga Yamada, “Data Augmentation
Method for Improving Object Detection Accuracy of
Recumbent Human in Disaster”, Proc. of BWCCA2023,
pp.354-364, 2023.
・Hiromu Mawatari, Takahiro Uchiya, Ichi Takumi, “AnExploration Algorithm Suitable for Indoor Mapping
Based on RRT-Exploration”, Proc. of GCCE2023, 2023.
・Tetsuya Nishibe, Takahiro Uchiya, Takumi Ichi, Arao
Funase, “Analysis of the Relationship Between Various
Heart Rate Indices and Emotion During Emotion
Induction by Image Stimulation”, Proc. of GCCE2023,
2023.
・Haruto Domoto, Takahiro Uchiya, Ichi Takumi,“DevelopmentofaHybridInformation
Recommendation System Considering Serendipity”,
Proc. of GCCE2023, 2023.
・打矢隆弘，藤田茂，笹井一人，木下哲男, “実応用システム構築のためのマルチエージェントフレームワ
ークの高度化”, 合同エージェントワークショップ＆シ
ンポジウム 2023, 2023.
・本部真史，打矢隆弘, “階段混雑度を考慮した誘導ロボットによる避難誘導方法の検討と評価”, 合同エージェントワークショップ＆シンポジウム 2023, 2023.
・久保田隆一, 笹井一人, “逆ベイズ推論による視線予測に関する研究”, 共創学会第 7 回年次大会予稿
集, pp.151-155, 2023.
・鈴木優太, 熊谷僚太, 笹井一人, “媒介的対話状況
での話者の空間認知の影響に関する研究”, 共創学会第 7 回年次大会予稿集, pp.171-173, 2023.
・岡野龍樹, 笹井一人, “多資源マイノリティゲームにおける逆ベイズ推論の適用”, 第 24 回システムインテ
グレーション部門講演会, pp.1660-1663, 2023.
・井深綾乃, 笹井一人, “拡張されたベイズ推論のコン
ピュータ大貧民への応用”, 第 24 回システムインテグ
レーション部門講演会（SI2023）, pp.1673-1675, 2023.
・笹井一人, “マルチエージェント協調における非同期的相互作用の役割”, 第 24 回システムインテグレー
ション部門講演会（SI2023）, pp.1678-1680, 2023.
・熊谷僚太, 笹井一人, “「おいておくだけ」の媒介対話システムの有効性に関する検証”, 第 24 回システ
ムインテグレーション部門講演会（SI2023）, pp.16811684, 2023.
・Tatsuki Okano, Kazuto Sasai, “Application ofBayesian and Inverse Bayesian inference in MultiResource Minority Game”, Proc. Of AROB-ISBCSWARM 2024, pp.1325-1328, 2024.
・Kazuto Sasai, “Asynchronous Interaction Between
Cooperative Agents for Networked Graph Coloring
Game”, Proc. of AROB-ISBC-SWARM 2024,
pp.1329-1332, 2024.
168

・仁科京介，藤田茂, “非対照学習に Representation
Learning via Invariant Causal mechanisms を用いることによる背景情報にまどわされない世界モデル強化
学習法”, 知能と情報（日本知能情報ファジィ学会誌）
Vol.36, No.1, pp.571-581, 2024.
・Shigeru Fujita, Norio Shiratori, “Double: Post Agentoriented Model Towards Trustable Smart Society basedon AI Technologies”, ICCI*CC'23, 2023.
・藤田茂, 白鳥則郎，“Double 指向コンピューティングのアーキテクチャと基本動作 -適用事例：大規模通信障害の克服-”，情報処理学会 DPS 研究会, 2023.
・永沼祥吾, 滝雄太郎, 藤田茂，“並列処理を導入した秘密分散法を用いたネットワークファイルシステムの開発”，情報処理学会 DPS 研究会，2023.
・藤田茂, 白鳥則郎, “Double:ポストエージェント指向
モデルの研究”, 電子情報通信学会人工知能と知識処理研究会, JAWS2023, 2023.
・本田光来, 早坂喜哉, 高橋晶子, 菅沼拓夫, “マルチエージェントに基づく学習データ流通基盤のためのエージェント間自動交渉の提案”, 情報処理学会論文誌,
Vol.65, No.2, 2024.
・Shuhei Yoshida, Toru Abe, Takuo Suganuma, “Designof a Support System for Guitar Performance Training
Using XR Technology”, Proc. of GCCE2023, pp.278281, 2023.
・Yuki Hamaguchi, Toru Abe, Takuo Suganuma, “A
Concept and Functional Design of AR Cards”, Proc. of
GCCE2023, pp.621-625, 2023.
・伊藤優樹, 富井駿介, 阿部亨, 菅沼拓夫, “地域内分散型 IoT アプリケーションのためのエージェント化デ
バイスの開発”, 第 31 回マルチメディア通信と分散処理ワークショップ(DPSWS2023), pp.169-171, 2023.
・ 富 井 駿 介, 伊 藤 優 樹, 阿 部 亨, 菅 沼 拓 夫,
“MicroPADE：地域内分散型 IoT アプリケーションのためのエージェントフレームワークの開発”, 第 31 回
マルチメディア通信と分散処理ワークショップ(DPSWS2023), pp.259-263, 2023.
(優秀デモンストレーション賞)
・濵口裕基, 阿部亨, 菅沼拓夫, “AR 型カードゲームのための赤外線カメラを用いた空間的解像度の向上
利用”, 第 31 回マルチメディア通信と分散処理ワーク
ショップ(DPSWS2023), pp.130-137, 2023.
(優秀プレゼンテーション賞)
・福谷遼太, 板垣翔大, 安藤明伸, 志儀孝典, 眞鍋悠介, “CBT プラットフォーム"TAO"の独自 UI の操作性に関する調査～技術科教育法における検証～”, 日本産業技術教育学会第 66 回全国大会講演要旨集,
p.107, 2023.
・濱森俊亮, 福谷遼太, 板垣翔大, 安藤明伸, “材料と加工の技術における設計を支援する VR HMD 向け
アプリケーションの提案”, 日本産業技術教育学会第66 回全国大会講演要旨集, p.101, 2023.

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
R03/A25

採択番号
研究課題名

デバイス・インフォマティクスの創成と Beyond5G デバイスへの応用[1］研究組織
研究代表者：
吹留博一（東北大学電気通信研究所）
通研対応教員：吹留博一（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
尾嶋 正治（東京大学）
川合 眞紀（分子科学研究所）
渡邊 一世（情報通信研究機構）
尾辻 泰一（東北大学電気通信研究所）
舘野 泰範（住友電工）
松田 巌 （東京大学）
原田 慈久（東京大学）
川原田 洋 （早稲田大学）
日比野 浩樹（関西学院大学）
水口 将暉（東北大学）
小嗣 真人 (東京理科大学)
組頭 広志（高エネルギー加速器研究機構）
堀場 弘司（高エネルギー加速器研究機構）
永村 直佳（物質・材料研究機構）

動が電圧印加により表面・界面で起こることを
o-nXS を用いて観測した。ここで、ナノ物性摂動の一例として、GaN 高速電子移動度トランジスタ（GaN-HEMT）の表面電子捕獲を調べた。さらに
電気特性の周波数依存性に基づく等価回路の観点から洞察し、企図しないナノ物性摂動（例：表面電子捕獲）の時空間ダイナミクスが物性と機能を乖離させると認識した。物性と機能の乖離を解消するために、機能を定量評価できる「等価回路モデリングによる可視化」に注目した。具体的には、代表者は次の学術的問いを着想した：応用物理学と電気工学を相補的に融合させることで「ナノ物性に根差した特徴量を抽出して機能を等価回路でモデリングできれば、ナノ物理学に基づいて機能を可視化して、かつ、定量的に説明することができるようになるのでは？」（目的）そこで、機能を等価回路モデリングにより定量的に説明する「デバイス・インフォマティ
クス」を創成することを目的とした研究を行う。
[4]研究計画及び内容
o-nXS 計測とデバイス機能計測のデータからナノ物性に根差した特徴量を抽出し、その特徴量を用いて，解釈性の高い機械学習法によりナノ物性[2 ]研究期間摂動の寄与を可視化するデバイス・インフォマテ
令和 3 年 4 月 ～ 令和 6 年３月
ィクスを構築する。デバイス・インフォマティク
スを活用して、新規デバイスの創出を目指す[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要［5］研究成果と波及効果等（背景）新材料を用いた機能化研究が盛んである。 （5-1） 研究成果
これらの研究の多くは「物性と機能は直結する」 （A. InGaAs-HEMT のデバイス・インフォマティクスの構築）を前提とする。しかし、現実には、この前提は成 InGaAs-HEMT2)をモデルとして、デバイスシミュレーター
立しないことが多い。その原因を探るために。代 を活用することで機械学習用のデータセットを作成した。
表者は「電圧印加下でデバイスのナノ物性を元素 モデルデバイスはゲート長 L を変化させた。ゲート-ソース
選択的に診る」 画期的分光法：o-nXS（operando 間電圧 Vgs を-0.6 V~0.6 V の範囲で 0.005 V ずつ変化さ
nano X-ray Spectroscopy）を開拓してきた。
せ、デバイス動作下での 4 種類の物性（電子密度分布,
更に、今回の共同プロジェクト研究の基となっ 正孔密度分布, 電界分布, ポテンシャル分布）を画像とした前回の共同プロジェクト研究にて、代表者らは て取得した。
4 種の物性の分布図に主成分分析を行ったところ、電o-nXS を発展させ空間的にも時間的にも高分解能でデバイスの物性を詳細に調べることができる 子密度分布図の主成分分析結果において、ゲート長に
o-STXS（operando SpatioTemporally resolved X- 依存する特徴がみられた。ゲート長が短いほど第一主成
分が広く分布している。固有ベクトルの観察も加味し、電ray Spectroscopy）を世界に先駆けて開発した。
代表者らは o-STXS を駆使して、機能発現を企 子密度分布図の第一主成分は物性のゲート長に依存す
図した新材料領域以外で、企図しないナノ物性摂 ることが明らかとなった。図中の各ゲート長で見られて169

共同プロジェクト研究

図 2 本研究の概略
いる屈曲点は、その近傍において有意な画像変化が起こっていることが示唆する。そこで、屈曲点周辺にフォーカスして、どのように画像変化が起きているかを観察した。第一主成分を用いて再構築した画像を用いてその差分を観察することで画像変化を分かりやすく可視化した。その結果、ゲート長の長短に依らず、屈曲点を境にして画像変化の起こる位置がゲート直下からソース・ドレイン側へと変化していることが、初めて明らかとなった。主成分分析を用いて画像表示した物性を解析することで、デバイスの特定の位置における物性変化がデバイス機能発現に寄与することを示唆した。
次に、電子密度分布がデバイス機能発現にどのように寄与するのかを可視化するために、ゲート長ごとにデバイス機能が最大化する Vgs 値近傍における画像変化を観察した。デバイス機能の指標として、電流利得遮断
周波数 fT を用いた。fT を用いた理由は、fT に対して物性が直接反映しやすいためである。fT が最大になる Vgs の前後 0.1 V の値近傍での画像変化を観察した結果、ゲート長が 330 nm よりも短い時、画像変化の位置に変化がみられた。画像変化の量はゲート長が短いほど顕著であった。また、fT が最大になる Vgs の前後 0.04V 間での画像変化に対しても比較を行った。画像変化の位置
は全ゲート長で共通していたがゲート長が短くなるほど画像変化の量が顕著であった。さらに、主成分分析結果の分布における屈曲点と fT 最大点の距離はゲート長が短くなるほど離れていた。電子密度分布図の主成分
分析結果および画像変化にはゲート長依存性がみられている。このことから、電子密度分布と短チャネル効果とが相関し、電子密度分布がデバイス機能発現に寄与していることが示唆された。
さらに、電子密度分布の PC1 と PC2 を x 軸・y 軸
として、z 軸にデバイス全体のポテンシャルエネル
ギーの総和をプロットした。その結果、拡張型自由エネルギーの多様体曲面が描画された。拡張型自由エネルギーに着眼した、電子デバイスの動作機構の研究成果はこれまでにない。ゆえに、本研究は、デバイス動作の理解に新たな光をあてるものになると考えている。
(B.単原子長ゲートを持つ究極のトランジスタ開発)
これまでに培ってきた二次元半導体の立体的エピ成長技術およびデバイス技術を駆使することで、ゲート長を単原子一個分およびチャネルを原子一170層まで超極薄化した研究開発を開始した。令和 5
年度までに、単原子ゲート構造を既に実現している。二年以内に単原子長ゲート・トランジスタを作製し、従来の RF Si-CMOS や InGaAs-HEMT を大きく凌駕する増幅器を実現させたい。
（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
本プロジェクトは、学外研究者との交流が飛躍的に活性化し複数の大型プロジェクトに発展した。
代表者は、国際会議における Speical session の
企画立案・開催を主導している。また、応物学会のシンポジウムにおける代表者の招待講演が高く評価された。本講演に曽根純一氏（JST フェロー）が大きな関心を寄せ、新たな競争的資金の設立を立ち上げる動きをすると明言し、実際に資金獲得につながった。また、Beyond 5G に関するシンポジウムを開催し、総務省本省の Beyond 5G 政策を取り仕切っている方からも高い評価を受けた。
（大型プロジェクトにつながった事例）
1）単原子長ゲートによる低環境負荷物質から成る高出力 THz 増幅器の創出、Beyond 5G 研究開発促進事業、NICT、R4-R6、代表：吹留博一
2）2 次元ホウ素未踏マテリアルの創製と機能、CREST、JST、R3-R8、代表：松田巌（吹留博一：分担）3）2D 材料 CMOS・デバイス集積化技術の開発、未来社会創造事業、JST、R4-R8、代表：長汐晃輔（吹留博一：分担）（国際会議・シンポジウムへの発展）
ALC20222 におけるオペランド X 線分光に関する
special session を主宰
2022.10.21-22、沖縄、参加人数：300 人（その他）第 69 回応用物理学会春季講演会シン
ポジウム「二次元物質を集積回路に！」、神奈川
県相模原市青山学院大学、2020.3.24 を企画立案。
[6]まとめと今後の課題
デバイス・インフォマティクスの基盤構築および単原子長ゲートを有する究極のトランジスタの製造プロセスの創出に成功した。今後は、得られた成果、特に、拡張型自由エネルギー曲面を詳細に解析する。そして、神経細胞回路における自由エネルギー原理を活用して、新たな等価回路モデ
リングを創出する。これらを融合し、次世代情報通信に不可欠な高出力 THz デバイスを実現する。

共同プロジェクト研究・[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）（学会発表）・ 次世代高周波デバイス応用に向けた時空間
オペランド X 線分光計測
吹留博一
TIA 光・量子計測 MG 研究会、つくば市、
2022.9.1（招待講演）
・ 機械学習を援用したグラフェンの顕微ラマ
ンデータの自動解析法
杉野 秀明、小濱 路生、山本 うらん、吹留
博一
2022 年応用物理学会秋季学術講演会、東北大学川内キャンパス、2022.9.21
・ 物性の画像情報解析を活用した Beyond 5G
デバイスの動作機構解明
山本 うらん、杉野 秀明、佐藤 駿丞、増澤賢、渡邊 一世、小嗣 真人、吹留 博一
2022 年応用物理学会秋季学術講演会、東北大学川内キャンパス、2022.9.22
・ SiC 上に形成したグラフェンおよび Au/Ti から成るコプレーナ導波路の特性インピーダ
ンスの評価
石田 智也、佐々木 文憲、渡邊 一世、吹留
博一2022 年応用物理学会秋季学術講演会、東北大学川内キャンパス、2022.9.22
・ SiC 表面における h-BN へのグラフェンヘテ
ロ成長
小濱 路生、米窪 和輝、杉野 秀明、渡邊 一世、菅原 大樹、唐 超、佐藤 昭、尾辻 泰
一、吹留 博一2022 年応用物理学会秋季学術講演会、東北大学川内キャンパス、2022.9.23
・ High performance graphene-based devices
with an affordable cost by using a wafer
bonding
Hirokazu Fukidome
2nd Global Conference on POLYMERS,PLASTICS AND COMPOSITES & 5th WorldCHEMISTRY CONFERENCE AND EXHIBITION(WCCE-2022 & PPC-2022), オ ン ラ イ ン ,2022.10.5（招待講演）
・ Spatiotemporal dynamics of electronic
properties of Beyond 5G devices observedby operando x-ray nanospectroscopy
Hirokazu Fukidome
14th International Symposium on Atomic
Level
Characterizations
for
New
Materials and Devices '22 (ALC '22),

・

・

・

・

・

・

・

・

Okinawa（招待講演）
Operando X-ray nanospectroscopy ofdevices using 2D-confined electrons for
Beyond 5G
Hirokazu Fukidome
International Conference on Materials
Science, Engineering and Technology,
Online, 2022.12.23（招待講演）
放射光を用いた先端デバイス・回路の研究
開発と社会実装・国際標準化に向けた取り組み
吹留博一
第 36 回日本放射光学会、立命館大学草津キ
ャンパス、2023.1.7（吹留博一）
二次元原子薄膜を用いた 超高周波デバイス
の研究開発
吹留博一
未来 ICT シンポジウム、東京ビッグサイト、
2023.2.1（招待講演）
Operando
X-ray
Nanospectroscopy
Observation of Devices Using 2D Channel
LayersHirokazu Fukidome
8th Annual Conference of AnalytiX-2023,
Osaka, 2023.5.18（招待講演）
Heteroepitaxy of graphene on h-BN using
SiC as a substrate
R. Kohama, K. Yonekubo, H. Sugino, K.
Suwa, K. Sugawara, C. Tang, T. Otsuji, H.
Fukidome
Teretech2023, Aizu-Wakamatsu,
2023.9.6
低環境負荷物質から成る単原子ゲート・ト
ランジスタの創出
杉野秀明、佐々木文憲、米窪和輝、入沢寿
史、松本武雄、大堀大介、遠藤和彦、渡邊一世、吹留博一
第 84 回応用物理学会秋季学術講演会、熊本
市、2023.9.21
放射光分光を活用した社会実装・国際標準化に向けた取り組み
吹留博一
SPring-8 Symposimu 2023 、 大 阪 大 学 、
2023.9.26（招待講演）
High efficient graphene-based antennaformonolithic
integration
withtransistors
Hirokazu Fukidome, Tomoya Ishida, Issei
Watanabe
JVSS-2023, 名古屋国際会議場, 2023.10.30
単原子長ゲート構造への二次元半導体結晶の成長
171

共同プロジェクト研究杉野秀明，佐々木文憲，米窪和輝，入沢寿 ・ Graphene-based plasmonic metamaterial
for terahertz laser transistors
史，松木武雄，大堀大介，遠藤和彦，渡邊
T. Otsuji, S.A. Boubanga-Tombet, A. Satou,
一世，吹留 博一
D. Yadav, H. Fukidome, T. Watanabe, T.
第 29 回電子デバイス界面テクノロジー研究
Suemitsu, A.A. Dubinov, V.V. Popov, W.
会、愛知県三島市、2024.2.2
Knap, V. Kachorovskii, K. Narahara, M.
・ オペランド時空間 X 線分光による GaN-HEMT
Ryzhii, V. Mitin, M.S. Shur, and V.
の表面電子捕獲ダイナミクスの機構解明
Ryzhii
吹留博一
Nanophotonics 2022, in press.
半導体の結晶成長と加工および評価に関す(DOI: 10.1515/nanoph-2021-0651)
る産学連携委員会 第 5 回研究会、明治大学（特許出願）
駿河キャンパス、2024.3.14（招待講演）
・ 放射光を活用した先端デバイスの研究開発 ・ 名称：アンテナモジュールおよびその製造方
法とデバイス・インフォマティクスに向けた
出願人：東北大学、信越化学工業株式会社、取り組み
国立研究開発法人情報通信研究機構
吹留博一
発明人：吹留博一、末光哲也、川合信、渡邊
2023 年度 第 4 回 光材料・応用技術研究会
一世
中央大学後楽園キャンパス、2024.3.15（招出願番号：特願 2021-207486
待講演）
出願日：2021.12.16
・ グラフェン超極薄ゲート構造への二次元半・ 名称：アンテナモジュールおよびその製造方
導体結晶の成長法杉野 秀明、佐々木文憲、米窪和輝、入沢寿
出願者：東北大学，信越化学工業，情報通信史、松木武雄、大堀大介、遠藤和彦、渡邊
研究機構
一世、吹留博一
発明者：吹留博一，末光哲也，渡邊一世，川2024 年第 71 回応用物理学会春季学術講演会、
東京都市大学世田谷キャンパス、2024.3.24
原実，飛坂優二，秋山昌次，川合信・ 主成分分析を用いた InGaAs-HEMT の微視的物
出願番号：PCT/JP2022/039252（出願先：世性解析への応用界知的所有権機関）
志賀研仁、谷脇三千輝、長岡竜之輔、渡邊
出願日：2022.10.21
一世、小嗣真人、吹留博一・ 名称：アンテナモジュールおよびその製造方
2024 年第 71 回応用物理学会春季学術講演会、
法
東京都市大学世田谷キャンパス、2024.3.24
出願者：東北大学，信越化学工業，情報通信(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
研究機構
（論文）
発明者：吹留博一，末光哲也，渡邊一世，川・ デバイス用基板上 SiC 単結晶薄膜を用いた超原実，飛坂優二，秋山昌次，川合信
高品質グラフェンと高周波デバイスの廉価な
出願番号：111148988（出願先：台湾）
製造法の創出
出願日：2022.12.20
表面と真空, 64 (2021), pp.306-311.
・ 名称：トランジスタ，集積回路，およびトラ
吹留 博一
ンジスタの製造方法
・ Atomic arrangements of quasicrystal
出願者：東北大学，信越化学工業，情報通信
bilayer graphene: Interlayer distance研究機構
expansion
発明者：吹留博一・渡邊一世・川原実・飛坂Y. Fukaya, Y. Zhao, H. Kim, J. Ahn, H.
優二・秋山昌次・川合信
特願 2023-095711，2023 年 6 月 9 日
Fukidome, Iwao Matsuda
出願日：2023 年 6 月 9 日
Phys. Rev. B 104 (2021) L180202
・ Environmental effects on layer-dependent ・ 名称：トランジスタの集積回路およびその製
造方法
dynamics
ofDiracfermions
in
出願者：東北大学，信越化学工業，情報通信
quasicrystalline bilayer graphene
研究機構
Y. Zhao, T. Suzuki, T. Iimori, H. -W. Kim,
発明者：吹留博一・末光哲也・渡邊一世・川J. Ahn, M. Horio, Y. Sato, Y. Fukaya, T.
Kanai, K. Okazaki, S. Shin, S. Tanaka, F.
原実・飛坂優二・秋山昌次・川合信
Komori, H. Fukidome, and I. Matsuda
特願 2023-095712
Phys. Rev. B 105 (2022) 115304.
出願日：2023 年 6 月 9 日
172

共同プロジェクト研究（口頭発表）・ Fast terahertz detection in asymmetricdual-grating-gate graphene-channel FETs
Koichi Tamura, Daichi Ogiura, Kento Suwa,
Hirokazu Fukidome, Akira Satou, Y. Takida, ・H. Minamide, and T. Otsuji
DRC:
79th
AnnualDeviceResearch
Conference Dig., PS1.G, vol. 1, pp.1-2,
Web-Online, June 21, 2021
・ Controlling the parity and time-reversal
symmetry of graphene Dirac plasmons andits application to terahertz lasers
T. Otsuji, A. Satou, V. Ryzhii, H.
Fukidome, and K. Narahara
AAAFM-UCLA2021: International Conference
on Advances in Functional Materials, UCLA,
Los Angeles, CA, USA and Online, Aug. 1820, 2021
・ THz detection by an asymmetric dualgrating-gate graphene FET
K. Tamura, D. Ogiura, K. Suwa, H.
Fukidome, A. Satou
IRMMW-THz:
The
46th
International
Conference on Infrared, Millimeter andTerahertz Waves, Changdu, China, andOnline, Aug. 29-Sep. 3, 2021
・ Controlling the PT symmetry of graphene
Dirac plasmons and its application toterahertz laser transistors
T. Otsuji, A. Satou, V. Ryzhii, H.
Fukidome, M. Ryzhii, and K. Narahara
ICMNE: The 14th International Conferenceon Micro- and Nanoelectronics 2021,
Zvenigorod, Moscow Region, Russia, andOnline, Oct. 4-8, 2021
・ Fast terahertz detection in an asymmetricdual-grating-gate epitaxial graphenechannel FET
D. Ogiura, A. Satou, H. Fukidome, and T.
Otsuji
RPGR: Recent Progress on Graphene and 2D
materials
Research Conference 2021
Proceedings, C-TS3-0083, p. 398, Seoul,
South Korea
・ High Speed Terahertz Detection by an
Asymmetric Dual-Grating-Gate Graphene
FET
K. Tamura, D. Ogiura, K. Suwa, H.
Fukidome, A. Satou, Y. Takida, H.
Minamide, and T. Otsuji
RJUSE-TeraTech2021: 9th Russia-Japan-USAEurope Symposium on Fundamental & Applied

ProblemsofTerahertz
Devices&
Technologies Tech. Dig., vol. 1, pp. 1213, Sendai, Japan (Hybrid), Nov. 1-4,
2021
Controlling the parity and time-reversal
symmetry of non-Hermitian graphene Dirac
plasmons and its application to terahertz
lasersT. Otsuji, A. Satou, H. Fukidome, M.
Ryzhii, V. Ryzhii, and K. Narahara
WINDS: the Workshop on Innovative
Nanoscale Devices and Systems Abstracts
Booklet, vol. 1, pp. 43-44, Waikoloa
Beach Marriott Spa&Resort, Hawaii, USA,
Nov. 28-Dec. 3, 2021

173

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/A26

研究課題名
実験・理論・データ科学の融合による量子技術の研究[1］研究組織
研究代表者：
福原 武（理化学研究所量子コンピュータ研
究センター）
通研対応教員：大塚 朋廣（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
山本 隆太（理化学研究所量子コンピュータ
研究センター）
小沢 秀樹（理化学研究所量子コンピュータ
研究センター）
志賀 元紀（東北大学未踏スケールデータア
ナリティクスセンター）[2 ]研究期間
令和３年４月～

令和６年３月[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
近年、量子力学的な自由度を活用した量子技術
が、高度・多機能な情報処理や通信の実現に向けて注目を集めている。小規模な量子系を用いた量子センサーや量子メモリ、さらには大規模な量子系を用いた量子計算機等のアプローチがあり、従来のエレクトロニクスの限界を超えていくための候補として盛んに研究が進められている。また一方、コンピュータの計算機能力の飛躍的向上により、大量で複雑なデータから新しい知識や、その意味を引き出す情報科学技術が大きく進展してきた。この状況をふまえ、最近では機械学習をはじめとするデータ科学手法が量子技術の研究に導入され、量子系の測定や、デバイス構造や実験パラメータの自動最適化等で成功を収めるようになってきた。
一方でこの研究の進展とともに課題も明らかとなりつつあり、量子系の実験のみではデータ科学的処理に耐えうる十分なデータを低コストで大量に用意することが難しい場合も多いことが分かってきた。そこで本研究では、実験とデータ科学手法に加えて、比較的データ収集コストの小さいシ
ミュレーション等の理論計算データを組み合わせ
ることにより、データ科学手法を活用する際のデ174

ータ不足の困難を克服し、有用となる量子技術の研究を実施した。
[4]研究計画及び内容
データ科学手法を活用する際のデータ不足の困難を克服し、有用となる量子技術の創出に向けて、
実験・理論・データ科学の融合による量子技術の研究を推進した。特にシミュレーションデータに基づく手法・学習が、実デバイス、システムにおいても有効となるよう、物理過程を考慮したデー
タ科学アプローチの設計を行い、研究を実施した。
また本研究の推進にあたり、参加研究者間での最新の研究成果や技術に関するディスカッションを行うとともに、2023 年 11 月 7 日に量子技術・
機械学習融合ミーティング（参加者 8 名）を開催
し、融合研究の詳細の議論や、新しいデータ科学
手法の情報共有等を行った。また、本活動および
研 究 成 果 を 広 く 周 知 す る た め に 、 ウ ェ ブ HP
（ https://qmbd.riken.jp/qtml/index.html ） を通じた情報公開を行った。
［5］研究成果と波及効果等（ 5-1 ） 研究成 果
本年度は以下に示す研究成果を得た。
融合的な量子技術の創生に向けて、実験データや理論、シミュレーションを取り入れたデータ科
学手法について研究を行った。実験データのみに基づくデータ科学手法の際に問題となるデータ不足の困難を克服するために、シミュレーション等の理論も活用した手法の研究を実施した。シミュ
レーションにより、実験と比較して低コストに十分な量の学習データを用意し、これにデータ科学
手法を活用して学習等を行う手法を開発した。
まず半導体量子ドット系を用いた研究では、半導体量子ドットの電荷状態推定についての研究を
引き続き行った。電荷状態を推定する推定器を畳み込みニューラルネットワークを用いて構成し、これに対して量子ドット状態のシミュレータによって得られるデータを学習データとして学習を行った。なおこの学習の際に、電荷状態遷移に特徴的な構造等を活用することで、シミュレーション
データだけでなく、実験データにも有効となる電共同プロジェクト研究

荷状態推定器を構成した。そしてこの推定器に改良を加えることにより、ノイズのある実験データへの適応能力の改良を行った。
またこの推定器の動作を調べるために、
Gradient-weighted Class Activation Mapping(Grad-CAM)と呼ばれる手法を活用した。この手法
は推定器の判断根拠を可視化できるものである。
これを用いて、構成した電荷状態推定器の動作の確認を進めるとともに、Grad-CAM を用いて、推定エラーの起こっている状況での解析を進めた。
これにより推定エラーの原因として、ノイズがつながって電荷状態遷移に見えることが分かり、この情報を元に学習に工夫を加えることで、推定精度をさらに高めることに成功した。これらの結果
は電荷状態推定器の改良や動作の理解に有用であるとともに、可視化手法を活用した手法改良の有効性を実証するものであり、今後の技術発展に有用となるものである。

図 1：(a)推定エラーの際の Grad-CAM (b)改善後の推定器による電荷状態推定結果

ニューラルネットワークを用いた画像解析に取り組む前に、実際に実験で得られる蛍光画像のパラメータについて調べた。これはシミュレーショ
ンデータを作成するために必要となる。

図 2：蛍光画像から孤立した単一原子（○で記す）の抜き出し蛍光画像の孤立した単一原子を調べることで個々の原子からの蛍光信号やその相対的な配置（光格子の構造）について詳細な情報を得ることが出来た。今後はこれをもとに作り出したシミュ
レーションデータを学習データとしてニューラル
ネットワークの学習を行っていく。
（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
本研究課題の実施を通して、情報科学と量子科
学、また量子科学の中でも冷却原子量子系と半導体量子系といった、異分野の研究者の協力、連携を活性化することができた。この連携の中で、実験・理論・データ科学の融合による量子技術という新しい融合分野の研究を進めることができ、また新しい研究コミュニティの形成に貢献することができた。
今後としては、引き続きシミュレーションデー
タと実験データのずれに影響されない頑強性のある手法の開発を、複数の量子系において進めていきたい。また、さらに融合を進める上で、理論計算、シミュレーション、実験データ取得のトータ
ルコストを最適化できる手法の開発も重要になると考えている。

[ 6 ] ま と めと今 後 の 課題
冷却原子系の実験研究においては、量子気体顕本技術は量子系の自動制御、自動最適化等を可微鏡技術で得られる蛍光画像の解析に取り組んだ。 能とするものであり、量子研究開発分野を推し進
量子気体顕微鏡とは光格子中の冷却原子を単一原 めるために不可欠な技術である。これにより量子子・単一格子レベルで測定する技術である。この センサーや量子メモリ、さらには大規模な量子計
画像データを元に実験パラメータを最適化するこ 算機等に貢献し、高度・多機能な情報処理や通信とが最終目標となる。一方で、これまで用いてき への発展が期待される。また、この研究の中で取た画像解析では原子配置の決定やその配置からサ り組んでいる手法は情報科学の分野としても新し
ンプルの温度などを評価に時間がかかりオンライ いものであり、応用分野だけでなく情報科学分野
ン最適化を困難にしていた。畳み込みニューラル においても重要な成果となりうる。
ネットワークを用いてこの困難を解決することを
目指す。
175

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
・“Visual explanations of machine learningmodel estimating charge states in quantumdots”, Yui Muto, Takumi Nakaso, Motoya
Shinozaki, Takumi Aizawa, Takahito Kitada,
Takashi Nakajima, Matthieu R. Delbecq, Jun
Yoneda, Kenta Takeda, Akito Noiri, Arne
Ludwig, Andreas D. Wieck, Seigo Tarucha,
Atsunori Kanemura, Motoki Shiga, and Tomohiro
Otsuka, APL Machine Learning 2, 026110 (2024).
・「機械学習を用いた量子ドット電荷状態判別の汎化性能改良」、武藤由依、中曽拓、相澤拓海、
篠﨑基矢、北田孝仁、中島峻、 Matthieu R.
Delbecq、米田淳、武田健太、野入亮人、Arne
Ludwig、 Andreas D. Wieck、 樽茶清悟、兼村厚範、志賀元紀、大塚朋廣、第 9 回 量子技術・機械学習 融合ミーティング、仙台、2023 年 11 月 7日(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・“Improvement of Charge State Estimation in
Quantum Dots by Machine Learning and
Visualization of the Model by Grad-CAM”, Yui
Muto, Takumi Nakaso, Takumi Aizawa, Motoya
Shinozaki, Takahito Kitada, Takashi Nakajima,
Matthieu R. Delbecq, Jun Yoneda, Kenta Takeda,
Akito Noiri, Arne Ludwig, Andreas D. Wieck,
Seigo Tarucha, Atsunori Kanemura, Motoki
Shiga, and Tomohiro Otsuka, The 5thInternational Symposium on AI and Electronics,
Sendai, Feb. 20, 2024
・“Quantum gas microscopy of an XY model inshakentriangularlattices”,
Takeshi
Fukuhara, Ultracold Atomic Gases: ThirtyYears of Activities and Looking Forward, Hong
Kong, Dec. 5, 2023 (Invited talk)・「機械学習による量子ドット電荷状態推定の汎化性能改良」、武藤由依、中曽拓、相澤拓海、篠﨑 基 矢 、 北 田 孝 仁 、 中 島 峻 、 Matthieu R.
Delbecq、米田淳、武田健太、野入亮人、Arne
Ludwig、 Andreas D. Wieck、 樽茶清悟、兼村厚範、志賀元紀、大塚朋廣、日本物理学会、仙台、
2023 年 9 月 17 日

176

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/A27

研究課題名
遠距離における非接触電力伝送の検討[ 1 ］ 研究 組織
研究代表者：
稲森 真美子（東海大学大学院工学研究科）
通研対応教員：末松 憲治（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
亀田 卓（広島大学ナノデバイス研究所）
上原 圭吾（東海大学大学院工学研究科）
古橋 汰晟（東海大学大学院工学研究科）
杉野 晴紀（東海大学大学院工学研究科）
田中 寛之（東海大学大学院工学研究科）
柴田 直人（東海大学大学院工学研究科）[2 ]研究期間
令和 3 年 4 月～ 令和 6 年３月[ 3 ] 本 プ ロジ ェ ク ト の 目 的 、 背 景 や 概 要
近年、海底資源の調査や海底での作業を目的とし海底で AUV(Autonomous Underwater Vehicle)や
ROV(Remotely Operated Vehicle)などのロボットが稼働している。これらの機器はバッテリにより自律航行を行っているが、充電の度に海面に浮上する必要があり、稼動範囲に制限が生じている。この問題点を改善するため、海水中で非接触電力伝送によりバッテリへ充電する方法が検討されている。この非接触電力伝送の方式として磁界共振方式が盛んに研究されている。磁界共振方式では、コイルの位置ずれや伝送距離によって電力効率、電力及び磁束等が変化する。我々は先行研究において、空気中の磁界共振型非接触電力伝送回路の特性として、送信側コイルの漏れ磁束の増加により遠距離で電力効率が低下することを報告した。
また、海水を濃度 3%の塩水と仮定し、塩水中では送受信コイルが塩水から受ける近接効果や表皮効果の影響により、空気中よりも伝送効率が低下することを明らかにした。しかし、塩水中の磁束密度分布、近接効果および表皮効果以外が伝送性能に与える影響は解明できていない。本研究の目
的は、塩水中における非接触電力回路の伝送特性を明らかにし、塩水中での電力効率低下の要因を解明することである。また、海水中における遠距離での電力効率低下の要因を解明することで、長距離伝送系の設計への考察も行う。
[ 4 ] 研 究 計画及 び 内 容
海水中で非接触電力伝送を行うにあたり、環境が電力伝送に与える影響を考える必要がある。東海大学海洋学部環境社会学科の海洋調査結果から、水深により塩分濃度と電気伝導率が変化することが明らかになっている。本研究では、海水中の非接触電力伝送を想定し、塩分濃度を変化させたときのコイルの特性評価を行う。これにより塩分濃度変化に対する海水中非接触電力伝送の伝送効率への影響を検討することができる。また塩水中での伝送実験を行い、塩分濃度の変化が伝送特性に影響を及ぼすことを明らかにする。
［ 5 ］研 究 成果 と 波 及効果 等（5-1 ）研究成果
図 1 に本研究で用いた実験構成の概略図を示す。
本システムは、電源回路、送信回路および受信回路で構成される。電源には矩形波を出力するインバータを使用し、共振コンデンサを含むコイルの両端の入力電力と出力電力をパワーアナライザで測定する。

図 1 海水中非接触電力伝送システム

図 2 異なる塩分濃度での電力伝送効率177

共同プロジェクト研究

海水中での非接触電力伝送の実験結果をもとに、 るのに対し、漏れ磁束のみが急激に増加すること
塩分濃度と伝送距離を変化させたときの電力効率 が確認できた。これが電力効率低下の要因であるを導出し、海水中における電力効率の低下につい と考えられる。
て検討する。電力伝送測定は入力電流 2[A]一定、
周波数は 85[kHz]とし、伝送媒質の塩分濃度は 1,
3, 8, 10[%]とした。使用する塩水は塩化ナトリウ
ムの水溶液であり、この水溶液を海水として模擬した。伝送距離は 25[mm]と 50[mm]から 300[mm]まで 50[mm]ごとに変化させ、電力効率が約 0%になるまで行った。また、ここでは回路における共振コンデンサを調整することで共振状態を維持する。また、負荷抵抗には合成抵抗 10[Ω]の酸化被図 4 伝送距離に対する鎖交磁束数
膜抵抗を用いた。測定項目は電力効率、入力電流、
出力電流、入力電圧、出力電圧、入力電力、出力電力とした。実験により得られた塩分濃度変化における電力効率と伝送距離の関係を図 2 に示す。
電力効率は伝送距離 50[mm]までは濃度によってばらつきがあるが、50[mm]以降から伝送距離に応じて徐々に低下し、300[mm]で約 0[%]になる。
また、塩分濃度が増加すると電力効率が低下した。
次に塩分濃度と伝送距離を変化させたときに電図 5 伝送距離に対する主磁束と漏れ磁束力効率が低下する要因を磁界解析 JMAG により明（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
らかにする。
非接触電力伝送では伝送距離にかかわらず高効
率で電力を伝送することが求められている。これまでの研究により、空気中や海水中の近距離での効率低下の要因は交流抵抗の増加であることがわ
かっている。また、本研究により遠距離では漏れ磁束の増加により電力効率は低下するが、一定の電力を伝送できる可能性があることがわかった。
(a)25[mm](b)100[mm](c)250[mm]
一方、海水中における電力伝送では、電力効率の
図 3 磁束密度分布図
図 3 に 3[%]での伝送距離 25[mm]、100[mm]およ 低下の原因として、塩水による近接効果の影響がび 250[mm]での磁束密度分布図を示す。遠距離に あることがわかっている。さらに渦電流の影響がおける磁束密度分布では、磁束密度が送信側と受 考えられるが、その検討はまだ十分に行なってい信側で二つに分かれていることが確認できる。し ない。また、実際の海での環境の影響も考えなけ
かし、25[mm]で磁束密度分布はコイルの領域に ればならない。電力効率が決定される要因を明ら集中していることが確認できる。磁束の変化を調 かにすることで、海水中においても高効率な非接べるため、コイルの鎖交磁束数を明らかにする。 触給電システムの設計の実現が可能となる。
図 4 に伝送距離に対する鎖交磁束数を示す。ここで、鎖交磁束数は送信側および受信側コイル断面に鎖交する磁束と定義する。送信側コイルの鎖交
磁束数は近距離では僅かに減少するが、伝送距離が長くなると急激に増加する。受信側コイルの鎖交磁束数は伝送距離に関わらずほぼ一定である。
図 5 に海水 3[%]における送信側コイルの主磁束と漏れ磁束を示す。磁界共振方式における主磁束は電力伝送に有効な磁束で、漏れ磁束は電力伝送に無効な磁束を意味している。主磁束は近距離で僅かに増加するが、遠距離で伝送距離に関わらずほぼ一定である。一方、漏れ磁束は、伝送距離に応じて増加し、伝送距離 100[mm]付近から急激に増加する。したがって、遠距離で主磁束は一定にな
178[ 6 ] ま と めと今 後 の 課題本研究では、海水の塩分濃度による非接触電力伝送への影響を明らかにするため、電力伝送実験と磁界解析を行った。磁界解析より、塩分濃度が増加することで送信側の鎖交磁束数が減少し、塩分濃度の増加に対する電力効率が低下する要因であることが明らかになった。また、長距離における電力伝送では受信側に鎖交していない漏れ磁束の急激な増加が電力効率の低下の要因であるということが明らかになった。しかし、塩水は導電性をもつ誘電体であるため、損失の全てを磁束密度のみで説明することはできない。今後はさらなる検討を続けていく。

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
・R. Nur Adabi, K. Uehara, N. Shibata, M.
Inamori, “Investigation of Data Transmission
for Wireless Power Transfer System in
Seawater,” in Proc. 2023 International
Symposium on Communications and Information
Technologies, Sydney, Oct.2023.
・R. Nur Adabi, K. Uehara, N. Shibata, M.
Inamori, “Investigation of Data Transmission
for Wireless Power Transfer System in
Seawater,” in Proc. 2023 International
Symposium on Communications and Information
Technologies, Sydney, Oct. 2023.
・古橋汰晟, 田中寛之, 杉野晴紀, 稲森真美子,“海水中非接触電力伝送システムにおける濃度変化の影響,” 電子情報通信学会ソサイエティ大会，
2023 年 9 月.
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・[招待講演] 稲森真美子, “海水中非接触電力
伝送の損失解析の検討“, 電子情報通信学会無線
電力伝送研究会, 2023 年 6 月.

179

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/A28

研究課題名
空間知覚の身体性：異方性と個人差ライン）VR 実験のパラメータについて議論を行[1］研究組織った。
研究代表者：
寺本 渉（熊本大学大学院人文社会科学研究部） ・第 2 回研究打ち合わせ（2022 年 2 月 17 日 オンライン）第 1 年度に得られた実験データを共有し，通研対応教員：
来年度の研究計画について議論を行った。
坂本 修一（東北大学電気通信研究所）
・第 3 回研究打ち合わせ（2022 年 12 月 22 日）
研究分担者
VR 実験のパラメータについて議論を行った。
黒田 尚輝（熊本大学大学院人文社会科学研究 ・第 4 回研究打ち合わせ（2023 年 2 月 15 日）第部）
2 年度に得られた実験データを共有し，来年度の田中 優希（熊本大学大学院社会文化科学教育 研究計画について議論を行った。
部）
・第 5 回研究打ち合わせ（2023 年 4 月 25 日）VR
実験のパラメータについて議論を行った。
[2 ]研究期間
・第 6 回研究打ち合わせ（2024 年 2 月 15 日）第
令和３年４月 ～ 令和６年３月
3 年度に得られた実験データを共有し，来年度新規申請のための研究計画について議論を行った。
[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
情報通信技術，特にバーチャルリアリティ技術 [4]研究計画及び内容の発展に伴い，情報の受け手が高いリアリティで本研究は 3 年計画である。初年度は静止時の身提示情報と相互作用できる情報システムへの期待 体近傍空間の広がりに焦点をあて，身体力学的制が高まっている。そうしたシステムにとって今後 約および個人の身体能力との関係を調べた。第 2重要になると考えられるのは，映像情報や音声情 年度は，自己運動時の身体近傍空間の広がりに焦報など複数の感覚情報を一方的に伝達するだけで 点を当て，各自己運動情報の役割を調べた。第 3はなく，情報の受け手であるユーザーの動きや姿 年度は，若齢者の静止時の身体近傍空間の広がり
勢，あるいは好みに応じてできるだけ自然なかた に関する知見をベースに，高齢者の静止時およびちで情報を提示することであろう。人間は，通常， 自己運動時の身体近傍空間の広がりの異方性を調
眼や頭部，身体全体を動かしながら周囲の環境を べ た 。 な お ， 身 体 近 傍 空 間 （PPS: peripersonal
認識し，相互作用している。その身体の動かし方 space）とは身体から数センチから数十センチのは，生体力学的な制約を強く受けると同時に，日 範囲の空間である。外部対象に対する働きかけや常の生活習慣や余暇活動などライフスタイルの影 危機回避行動を行ううえで重要な空間であり，脳響も受ける。座っているときには立っているとき 内でも他とは異なる空間として表現されているに比べて，手の届く範囲は狭くなり，一方向に動 （e.g., Rizzolatti et al., 1981）。また，PPS は身体部いている時には進行方向以外へ向けた動作は制約 位毎に形成され，さらに，その範囲は固定されてされる。スポーツをする習慣がある人はない人に いるわけではなく，道具使用時には道具の先端ま比べて，特定の動きに対する身体の可動範囲が拡 で拡大し（Iriki et al., 1997），身体全体の運動時にがっていたり，洗練されていたりする。そこで本 は進行方向側に拡大する（Noel et al., 2015; Kuroda
研究では，高いリアリティをもった情報システム & Teramoto, 2021）等可塑的な変化があることがを実現するための基礎データを得るため，こうし 知られている。
たユーザーの動きや姿勢，あるいは運動能力や身体運動特徴等の個人特性に応じて，空間知覚や認 ［5］研究成果と波及効果等（ 5-1 ） 研究成 果
識がどのように変わるのかを明らかにする。
研究 1：身体全体の行動制限時の PPS 変容
・第 1 回研究打ち合わせ（2021 年 8 月 29 日 オン 参加者を大きな箱に入れることによって行動制限180

共同プロジェクト研究を行い（Fig.1），PPS を計測した。PPS 範囲の計 研究 3：自己運動時の PPS 変容の年齢関連差
測には，一般によく用いられる視触覚検出課題を 自己運動情報は HMD を用いて視覚的に与えた。
用いた。視覚プローブを様々な距離から身体に向 視覚的自己運動情報の呈示範囲によって自己運動
けて接近運動させ，その間に参加者の胸に触覚刺 強度を操作し，小視野条件と大視野条件を設定し激を提示した。参加者には触覚刺激を検出したら た。その結果，若年者群と高齢者群両群において，できるだけ早く反応するように教示した。視覚プ すべての距離で視覚プローブによる反応の促進がローブが提示されない条件をベースラインとして， みられ，視覚プローブが身体に近いほど促進量が視覚プローブによる触覚検出の促進量を距離毎に 大きくなった。また，若年者では小視野条件に比算出した。そして，視覚プローブによる検出促進 べて大視野条件では触覚刺激の検出が促進された。
が生じた最大距離を PPS と定義した。その結果， このことは自己運動強度に応じて PPS 範囲を変化
非行動制限時には，視覚プローブが身体から遠く させていることを示唆する。一方で，高齢者ではなるほど触覚検出の促進量は減少し，身体から 視野条件間には有意な差は見られなかった（Fig.
250cm から 300cm 離れた位置に PPS 境界があると 3）。高齢者は自己運動を知覚する際に視覚情報を推定された。一方で，行動制限時には測定した全 重視することから，小視野の視覚的運動情報であての距離条件（50cm から 300cm まで 50cm 刻み） っても PPS を変容させるのに十分強いものであっで触覚検出が促進された。したがって，本研究の た可能性がある。
身体全体の行動制限は PPS を拡大させることを示唆する。
(a )箱あり 条件

VR(b )箱なし 条件

VR

Figure 1: 研究 1 の実験条件

Figure 3: 研究 3 の結果（SF:小視野条件, LF:大視野条件）

研究 2：自己運動の能動性が PPS 範囲に与える影 （5-2）波及効果と発展性等
響
継続的に共同プロジェクト研究を実施している
ヘッドマウントディスプレイ（HMD）および模 ことにより，東北大学電気通信研究所および熊本
擬自転車（セラトレーナーモビ）を用いてすべて 大学の２大学による共同研究体制を維持できていの自己運動手がかりが含まれている能動条件と機 る。得られた研究成果はすでに複数の研究会，学械によって自転車をこがされる受動条件，および 会等で発表を行い，学術論文として国際誌への投
視覚的運動情報のみ条件を比較した（Fig.2）。そ 稿も行っている。またいくつかのデータは投稿準の結果，すべての条件において設定したすべての 備中である。
距離で視覚プローブによる反応の促進がみられ，
視覚プローブが身体に近いほど促進量が大きくな [6]まとめと今後の課題った。その促進量は能動条件で最も大きくなった。 本プロジェクトでは，3 つの研究によってユー
このことは能動的に自転車をこぐ際には運動指令 ザーの動きや姿勢などの置かれた状況および年齢
信号が自己受容情報よりも自己運動時の身体近傍 が空間知覚に強く影響を与えることを示した。今
空間表現を形成するうえで重要な役割を果たして 後さらに心理物理学的手法のみならず，生理心理
いることを示唆する。
学的手法も駆使しながら，系統的に検討を加える
ことによって，学術的に非常にインパクトがある成果となると考えられる。また，当初予定していた異方性を系統的に示すまでには至らなかったた
め引き続き検討をおこなっていく。こうした研究を通して，情報の受け手にきわめて高い臨場感や実在感など豊かな感性情報を伝えることができる
Active/Passive self-motion device
情報システム実現に貢献できると考えられる。
(THERA-Trainer mobi, MEDICA)
Figure 2: 研究 2 の実験環境
181

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
・Kuroda, N., & Teramoto, W. (2022). Contribution of
motor and proprioceptive information to visuotactileinteraction in peripersonal space during bike riding.
Experimental brain research, 240, 491-501. doi:
10.1007/s00221-021-06269-4
・双須藍里・黒田尚輝・原田新也・寺岡諒・寺本渉（2023）他者の歩容がパーソナルスペースに与える影響．信学技法，HIP2022-81(2023-02), 29-32.
・竹尾香凜・黒田尚輝・寺本渉（2023）手の身体
近 傍 空 間 の 時 間 特 性 ． 信 学 技 法 ，HIP202290(2023-02), 68-71.
・黒田尚輝・原田新也・寺岡諒・寺本渉（2023）
胸部の身体近傍空間様相の加齢変化．信学技法，
HIP2022-91(2023-02), 72-75.
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・黒田尚輝・原田新也・寺本渉 (2024). 視覚的自己運動情報が高齢者の身体近傍空間表象に与える影響. 信学技法，HIP2023-109.
・寺岡諒，黒田尚輝，寺本渉 (2023). 胸部の身体近傍空間表象の方位依存性. 日本基礎心理学会第42 回大会, 豊橋技術科学大学, 12 月 1〜2 日.
・Kuroda, N., Teraoka, R., Harada, S., and Teramoto,W. (2023). Effect of postural instability on passable
width perception in older adults. International
Multisensory Research Forum, Blue Point Center,
Brussels, Belgium. (June 27-June 30).
・黒田尚輝・寺岡諒・原田新也・寺本渉（2023）
身体の行動制限時の身体近傍空間．多感覚研究会，
立命館大学，2023 年 2 月 18 日．
・Kuroda, N., Ikeda, K., & Teramoto, W. (2022).
Visual self-motion information contributes to perceived
passable width perception during a bike riding situation.
Frontiers in Neuroscience, 16, 938446.
・黒田尚輝・成瀬香織・寺本渉 (2022). 身体の行
動制限が身体近傍空間表象に与える影響. 信学技法，121, HIP2021-72, 72–75.
・山高正烈・坂本修一・寺本渉 (2021). 音刺激の諸特性がベクション知覚時の音像定位に及ぼす影
響. 第 26 回日本バーチャルリアリティ学会，立命館大学（オンライン），2021 年 9 月 12 日〜14 日.

182

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号
研究課題名

R03/A30
視聴覚情報からの高臨場感ハイブリット振動作成[1］研究組織
研究代表者：
山高 正烈（愛知工科大学工学部）
通研対応教員：坂本 修一（東北大学電気通信研究所）[2 ]研究期間
令和３年５月 ～ 令和６年３月[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要＜目的＞
本研究では，振動情報を手軽に入手する方法として視聴覚情報からの効果的なハイブリット振動作成法を提案・構築する．また，振動情報のあるべき「姿」を「知覚的リアルさ」の側面から分析し，本物の振動より「リアル」な振動情報の作成を目指す．本研究の遂行により，視聴覚コンテン
ツさえあれば誰でも簡単に振動情報を入手することができ，「視覚における HMD」や「聴覚におけるヘッドフォン」と並んで，簡単に振動提示が可能な第三の情報提示システムの実現につながると考えられる．
＜研究背景と概要＞
近年，情報通信技術の進歩に伴い，視聴覚情報に加えて体性感覚や嗅覚など，より多くの感覚情報を含んだマルチモーダルコンテンツ体験が可能になりつつある．その中で，体全体を揺らすような全身振動情報の提示は，臨場感知覚と深い関連があり，VR コンテンツ体験における高次感性の向上に不可欠であることが明らかになった．
しかしながら，既存の VR コンテンツは視覚情報と聴覚情報によるものがほとんどであり，振動情報は含まれていない場合が多い．そのため，今までの振動情報の入手は，振動ピックアップのような専用装置を用いて実際に地面をセンシングする必要があり，手続きが煩雑でハードルの高いものであった．したがって，より高い臨場感を与えるべく振動情報を付加提示するためには，既知の何らかの情報から振動情報を作り出す必要があると考えられる．
このような観点から，本研究では本物の振動より「リアル」な振動を作ることを目的とした．申請者らは，振動情報を生成する方法として，誰でも手軽に入手可能な視聴覚情報からの効果的なハ
イブリット振動作成法を提案・構築した．また，振動情報のあるべき「姿」を「知覚的リアルさ」という側面から分析し，本物の振動より「リアル」
な振動の作成を目指した．
＜研究活動状況の概要＞
・令和 3 年度
プロジェクト研究実施の初年度であることもあり，研究打ち合わせと実験環境の構築をメインに実施した．具体的には，2021 年 4/7～10 日に東北大学電気通信研究所で研究打ち合わせを行い，実験パラメータの整理と問題点を抽出した．研究打
ち合わせの結果を基に，5/28～6/1 日に東北大学
電気通信研究所にて実験プログラムの作成と実験
環境のセッティングを行った．これらの事前準備を経て，10/21～24 日，および，12/15～17 日に，
愛知工科大学の学部生延べ 5 人／次が被験者実験を 2 度に渡って実施した．
・令和 4 年度
前年度に実施した実験結果に基づき，2022 年
4/21～22 日，10/6～10/8 日，12/22～23 日に現地にて 3 回の研究打合せを実施した．また，2 回のオンライン会議を実施し，前年度の実験結果の考察と今後の研究計画について議論した．これらディスカッションの結果を基に，10/6～10/8 日に現地にて実験環境のセッティングを行い，実験刺激の再チェックを行った．
・令和 5 年度
2023 年 2/23～24 日に東北大学電気通信研究所
にて新しい実験環境を構築した．その後，2023
年 5/11～13 日に現場にて実験環境の最終テストと被験者実験を実施した．また，10/19～21 日と12/21～22 日に 2 度東北大学電気通信研究所を訪れて追加実験を実施した．
合わせて，3 年間に渡って参加人数は計 27 人数／回であり，そのうち若手研究者は 5 人数／回となる．
[4]研究計画及び内容
課題Ⅰ：音情報の特徴分析
視聴覚コンテンツの各イベントと，それに対応する実測振動の周波数帯域を分析・整理し，印象
評価実験を実施して，音情報の周波数帯域と包絡線，搬送波周波数等といった音信号の周波数特性
が高次感性に及ぼす影響を明らかにする．これにより，音情報からの振動生成モデル構築のための音情報の諸特徴を明らかにする．
183

共同プロジェクト研究感，迫真性により強く寄与する可能性を示してお課題Ⅱ：音情報からの振動生成モデルの構築
音情報の高周波数帯域から低周波数帯域への変 り，そのためには，映像，音響特徴量に加えて，換を可能にする計算モデルを，実測振動および音 その他の情報，例えば対象物体や事象の情報も考情報の周波数特性をパラメータに検討・構築する． 慮した推定法が必要なことを示唆している．
（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等［5］研究成果と波及効果等
本研究の遂行は，産業界に与えるインパクトが（ 5-1 ） 研究成 果
大きいと考える．本研究の知見により，例えば，
１．最適振動レベルの推定と効果検証
動画共有サイト Vimeo から視聴覚コンテンツを 体験者は観客席にいるような臨場感を感じながら収集し，それらを「非実在」，「日常・自然環境」， も間近でコンテンツの本物らしさを感じ取るとい「スポーツ」，「パフォーマンス」，「知識・トーク」 った「二面性」をも体験でき，実際にその場にいの 5 つのカテゴリに再分類し，最終的に 20 個の る以上の価値を得ることができると考えられる．
コンテンツを得た．次に，振動の大きさを対象と 本システムを通して，実際にその場に行かずともし，体験者が最適と感じる振動の大きさの調査実 VR コンテンツを楽しむ人が増加し VR システムの験を行い，最適な振動の大きさが映像，音響特徴 普及に大きく貢献するとともに，将来人々のライ量でどの程度説明できるかを検討した．その結果， フスタイルを一変させる可能性も潜めていると考最適と感じる振動レベルの時間変化は従来の生成 えている．また，エンターテインメント分野だけ
法 で あ る ViLA(Vibration from Low-Frequency でなく，遠隔協働，教育分野に広く応用すること
Audio)振動レベルの時間変化と類似すること，ま により，これまでにない価値を提供できる可能性
た，最適な振動の大きさにラウドネスやシャープ も考えられる．
本プロジェクト研究は，学内外研究者との交流，ネス等の音響特徴量，顕著な物体と関連するオプ
ティカルフローの大きさ等の映像特徴量が影響を 特に若手研究者間の交流が活性化し，若手研究者の育成につながった．例えば，本プロジェクト研
与えることを示した
これらの実験により明らかになった最適振動レ 究に参加した愛知工科大学の学部生が東北大学電ベル (RAVib：Regression Analysis Vibration)をパラ 気通信研究所を訪れ，東北大学電気通信研究所のメータに，先行研究にて収録した実測振動付き多 学部生，および院生らと交流するとともに，実際
感覚コンテンツ（電車コンテンツとバスケットコ 被験者実験に参加することにより研究に興味を持ンテンツ）を用いて高次感性実験を実施した．そ つことができた．その結果，1 名の学生が博士後の 結 果 ， 電 車 コ ン テ ン ツ で は 振 動 レ ベ ル が ＋ 期課程に進学し，今後の継続研究につながった．
15dB に達するまで評価値が上昇する一方， バス
ケットコンテンツでは評価が下がる結果となった． [6]まとめと今後の課題
本研究の実現により，「体験者に高度な高次感
このことから，コンテンツによって加える振動の性を感じさせる多感覚情報の提示法」や「高次感
最適な大きさが異なる可能性が示唆された．
性を促進するための VR 空間の諸条件」が明らか
２．最適振動レベル推定モデルの検討
先行研究の実験結果，臨場感と迫真性両指標と になると考える．これらの知見を応用することにもに，導出した最適振動レベルが，他の条件より より，将来は，無観客試合で試合が行われているも評価が低くなる場合があった．この点について にも関わらず，多感覚情報を効率よく合成して提検討するために，最適振動レベルと体験者が調整 示することで，普段と変わらない臨場感を感じらした最適振動レベルの関係性を比較・検討した． れる VR システムの構築に貢献できると考える．
昨今の COVID 19 等感染症が広がる情勢の中で，本実験で用いたコンテンツと「コンテンツに含まれる物体や事象」という観点で類似するコンテ 近い将来無観客でイベントが行われることがノーンツを探したところ，大きく，重い物体が移動す マルになることは否定できない．そのような場合
る電車コンテンツはロボットの動作コンテンツが， においても本研究の知見を応用することで，従来複数人がボールを用いてスポーツを行うバスケッ 通りにコンテンツを楽しむことが強く期待される．
しかしながら，本プロジェクト研究は，音情報
トボールコンテンツはフットサルコンテンツが該当した．即ち，実験で用いたコンテンツにおいて がほとんど存在しない場合における疑似振動提示
同程度最適振動レベルが RAVib_org 条件よりも上 手法の検討までは至っておらず，今後の課題とな昇する可能性を示しており，RAVib_org 条件が他 る．また，作成した疑似振動がコンテンツに依存の条件よりも低い印象強度を示したことと，二つ している問題点も克服できてない．今後，多種類のコンテンツ間でより高い印象強度を示す RAVib の振動付きコンテンツを用いてカテゴリ分析を行
条件が異なった理由として考えられる．このこと う．カテゴリ化された素材と物理特徴量との対応は，最適振動レベルを正確に推測することが臨場 関係を求めモデル化する必要がある．
184

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）＜論文＞
 Shota ABE, Shuichi SAKAMOTO, Zhengile CUI,
Yôiti SUZUKI, “Determination of optimallevels of whole-body vibration using audiovisual information of multimodal content,”
JournalofInformation
HidingandMultimedia Signal Processing, 13(4),pp.226-238, 2023.
 阿部翔太，山高正烈，坂本修一，鈴木陽一，
行場次朗，“音から生成した全身振動の周波数特性が高次感性に与える影響～多感覚情報の高次感性を定める要因の解明を目指して～,”日本バーチャルリアリティ学会論文誌, 26(1),pp.62-71, 2021.3.
＜学会発表＞
 阿部翔太，山高正烈，坂本修一，鈴木陽一，“映像音響コンテンツの特徴量から合成した
全身振動情報が臨場感と迫真性に与える影響，”
日本音響学会 2023 年春期研究発表会講演論文集，3-4P-13, pp.549-550, 2023.3.17.
 阿部翔太, 坂本修一, 山高正烈, 鈴木陽一, 行
場次朗, “多感覚コンテンツにおける音響特徴
量を用いた全身振動最適レベル決定法の検討,”
日本音響学会 2022 年春季研究発表会講演論文集，2-4P-2, 2022.3.19.
 阿部翔太，山高正烈，坂本修一，鈴木陽一，
行場次朗,“多感覚コンテンツにおける最適振動レベルに影響を及ぼす映像および音響特徴量の検討,” 信学技報, 121(362), EMM2021-89,
pp.31-36, 2022.1.27.
 阿部翔太，山高正烈，坂本修一，鈴木陽一，
行場次朗,“多感覚コンテンツに付加する全身振動情報の最適振動レベル決定法に関する検討," 日本バーチャルリアリティ学会第 26 回大会論文集, 2021.9.
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
 なし

185

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
R03/A31

採択番号
研究課題名

光通信技術を用いた重力観測網の構築と火山活動監視に関する研究[ 1 ］ 研究 組織
研究代表者：
葛西 恵介（東北大学電気通信研究所）

絶対周波数安定化レーザーを開発してきている。
一方、研究分担者である東京大学 地震研 新谷
昌人教授はレーザー干渉方式の絶対重力計（TAG-1：Transportable Absolute Gravimeter-1）を通研対応教員：
開発している。またその有用性を 10-11 の周波数
葛西 恵介（東北大学電気通信研究所）
安定度を有する波長 0.633 m ヨウ素安定化 He-Ne
レーザーを用いて実証している。本研究ではアセ
研究分担者
チレン分子の超狭線幅（線幅：～2 MHz）な飽和
新谷 昌人（東京大学地震研究所）
吸収線を光周波数基準として用いた高安定な波長
三ヶ田 均（京都大学大学院工学研究科）
1.5 m 帯周波数安定化レーザーを開発する（従来荒木 英一郎（海洋研究開発機構）の周波数安定化レーザーの周波数安定度を向上）。
三浦 哲（東北大学大学院理学研究科）
また本光源を用いたレーザー干渉型絶対重力計の吉田 真人（東北大学電気通信研究所）開発を行う。これを多点配置し、一箇所から光フ
高森 昭光（東京大学地震研究所）
ァイバーを介して供給される周波数安定化光を用坪川 恒也（真英計測）
いて同時に重力計測を行う光ファイバー遠隔計測
坂田 正治（元防災科学技術研究所）
システムを実現する。
本研究は研究期間 3 年として R3 年度より開始している。R3 年度は、極限環境下（低温野外環[2 ]研究期間
境）での長期絶対重力観測の実現を目指して、
令和５年４月 ～ 令和６年３月
TAG-1 の改良（小型化を含む）及び低温環境下における動作特性の確認を行った。また、本装置を[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
南極・昭和基地内に設置し、633 nm 光源を用い我が国はしばしば地震や火山噴火による自然災 て基本的な観測実験を行なった（研究分担者 新害が発生しており、それらの現象を理解すること 谷教授による）。周波数安定化レーザーに関しては学術的にも防災の観点からも極めて重要である。 は、シングルモード光ファイバー結合型光干渉計
そのためには、災害の前兆現象である地面の隆 及びマルチパス型アセチレン飽和吸収セルの設計
起・沈降やマグマの移動といった地殻変動を常時 及び試作を完了した。
観測することが不可欠である。しかしながらこれ
R4 年度は前年度の研究成果を踏まえ、南極・らの現象を温度･湿度等の変化が激しい環境下や 昭和基地における極限環境下（低温野外環境）に火山活動の活発な地域において直接観測ことは困 おける長期絶対重力観測実験を継続して実施した。
難である。そのため、地殻変動を遠隔地から高精 また、本学電気通信研究所においては、重力加速度に観測できる多点監視システムの実現が強く求 度の遠隔計測の実現に向け、周波数安定化光信号
められている。
の光ファイバー伝送実験を実施した。
本研究では、これまでの共同プロジェクト研究
R5 年度は小型化された TAG-1 を用い、蔵王観の成果を活かし、波長 1.5 m 帯光ファイバー通 測所（東北大学地震・噴火予知研究観測センター、
信技術を用いて複数の絶対重力計による多点観測 宮城県蔵王町）において重力加速度計測実験を行システムを展開し、地面の隆起・沈降やマグマの った。また、光ファイバーネットワークを用いた挙動といった地殻変動を重力変動として捉える遠 遠隔監視システムの構築に向けて開発した、重力隔監視技術の研究を行う。
加速度計測用波長 1.5 m 帯レーザー干渉の評価を行い、これを用いた重力加速度計測実験を東北[4]研究計画及び内容
大学電気通信研究所内にて実施した。
研究代表者（東北大通研 葛西）はこれまでに10-9～10-10 の周波数安定度を有する波長 1.5 m 帯
186

共同プロジェクト研究［ 5 ］研 究 成果 と 波 及効果 等（5-1 ）研究成果
蔵王観測所（東北大学地震・噴火予知研究観測センター、宮城県蔵王町）において、TAG-1 を用いた重力観測を行った（図 1）。図 2 は TAG-1 の構成である。真空容器内を自由落下する物体（自由落下ミラー）の位置をレーザー干渉計で正確に計測し、その加速度から重力加速度の絶対値を 9～10 桁の精度で計測する。外部振動による重量加速度計測誤差を補正するため、本装置の加速度センサーには参照ミラー（光干渉計の参照光路用）が取り付けられている。
今回の計測では、レーザー光源として 633 nm
図 3. 重力加速度計測結果
周波数安定化 He-Ne レーザーを用いた。図 3 は重力加速度の計測結果である。変化量は約 10 μGal
（1Gal=10-8m/s2）であった。潮汐の変化を反映し従来の TAG-1 では、マルチモード光ファイバー
た理論値に近い結果が得られている。
結合型のレーザー干渉計が適用されていた。
TAG-1 を重力計測センサーとして用いた遠隔計測
光ファイバーネットワークを構築するためには、シングルモード光ファイバー結合型のレーザー干渉計を新たに開発する必要があった。本研究課題
では、R3 年度に本干渉計の 1 次試作を行い、それ以降改良を進めて来ている。本年度は改良されたレーザー干渉計を TAG-1 に組み込み（図 4）、
本学電気通信研究所本館地下実験室にて重力加速度計測実験を実施した。

図 1. 蔵王観測所における重力加速度計測実験
右下写真：左側装置が TAG-1

図 4. 波長 1.5 m 帯レーザー干渉計（左）およびこれを組み込んだ TAG-1（右）図 2. TAG-1 の構成

図 5 に本学での重力加速度計測実験の様子を示す。本学にて開発した波長 1.5 μm 周波数安定化
レーザー(1538.803242nm)と TAG-1 を組み合わせ、
地下実験室における重力加速度の変化を計測している。図 6(a)は観測結果である。光検出器の応答特性等に起因する系統誤差を補正した結果、理論値に近い結果が得られている。図 6(b)は、周波数安定化レーザーと TAG-1 の間を 26 km のシングル
モード光ファイバーで接続して行った重力加速度
計測結果である。光ファイバーを介して周波数安定化光信号を TAG-1 に供給しており、遠隔計測の模擬実験となっている。光ファイバーを介した場合でも理論値に近い結果が得られている。
187

共同プロジェクト研究

期間：R2～R3[ 6 ] ま と めと今 後 の 課題
波長 1.5 μm 帯周波数安定化レーザー、シング
ルモード光ファイバー結合型レーザー干渉およびTAG-1 を組み合わせることにより、理論値に近い
結高精度な重力加速度計測を実現することができた。今後は、波長 1.5m の光ファイバー通信技術を用いて複数の絶対重力計を用いた多点観測シス
テムを開発し、地殻変動を重力変動として捉える
遠隔監視技術の確立を目指す。

図 5. 波長 1.5 μm 周波数安定化レーザーとTAG-1 を組み合わせて行った重力加速度計
測実験、上段 2 枚の写真は TAG-1 を用いた
重力加速度計測システム、下段写真は波長1.5 μm 周波数安定化レーザー

図 6. 重力加速度計測結果、波長 1.5 μm 周波数安定化レーザーと TAG-1 の組み合わせ、(a)長尺光ファイバーを介さない場合、(b)26
km の光ファイバーを介した場合（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
本共同プロジェクト研究の成果を基に、下記の研究プロジェクトが同時に進められている。
進行中課題
・プロジェクト名：「Slow-to-Fast 地震現象の詳細把握へ向けたマルチスケール観測技術の開発」・科研費：新学術領域研究
代表：田中愛幸（東京大学地震研究所
期間：R3～R7
終了課題
・プロジェクト名：「南極氷床上における多点連
続観測を目指した小型重力計の開発研究」
科研費：新学術領域研究
代表：新谷 昌人（東京大学地震研究所）
188[ 論 文、 学 会発 表 、 および 関 連 成果 ](1) 成果リスト（謝辞あり）

新谷昌人，風間卓仁，西島潤，奥野淳一 青山雄一，土井浩一郎，葛西恵介, 吉田真人，
坪川恒也, “小型絶対重力計 TAG-1 の野外観測へ向けた改良と系統誤差評価,” 日本測地学会第 140 回講演会, 24, 仙台, 2023/10/11.

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/A32

研究課題名
脳型計算ハードウェアとエッジコンピューティングへの応用[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
AI 技術のより一層の社会実装に向けて、脳型
情報処理を実現するハードウェア基盤を確立することが本プロジェクトの目的である。生物神経系
通研対応教員：における脳型情報処理の高効率性や柔軟性は、現佐藤 茂雄（東北大学電気通信研究所）
Si テクノロジーを遙かに凌駕し、次世代の情報処理システムの開発において優れたお手本である。
研究分担者
また、脳のような大規模な集積システムを実現す羽生 貴弘（東北大学電気通信研究所）
る手段は Si テクノロジーが最も有力であり、Si
中尾 光之（東北大学大学院情報科学研究科） テクノロジーと脳型情報処理の融合が大きな課題
片山 統裕（尚絅学院大学理工・自然部門）となっている。課題克服のためには、長期記憶を堀尾 喜彦（東北大学電気通信研究所）
実現する不揮発性メモリデバイス、記憶と演算を小山内 実（大阪大学大学院医学系研究科）
融合するシナプスデバイス、時分割処理により大早川 美徳（東北大学教育情報基盤センター） 規模配線を実現する回路アーキテクチャ、神経素矢内 浩文（茨城大学大学院理工学研究科）
子のダイナミックな力学特性を再現するアナログ
浅井 哲也（北海道大学大学院情報科学研究科） 回路モジュール、有限なハードウェアリソースで
原田 知親（山形大学大学院理工学研究科）
環境変化に対応しうる学習機能モジュール、モジ
廣瀬 明 （東京大学大学院工学系研究科）
ュール競合により判断処理を行う計算機アーキテ
斉藤 利通（法政大学工学部）
クチャなどの要素技術の整備と、これらの統合が八木 哲也（大阪大学大学院工学研究科）
必要不可欠である。
土居 伸二（京都大学大学院工学研究科）
本プロジェクトではこれまでに得られている知森江 隆 （九州工業大学大学院
見、モジュール構造神経回路に発現する複雑ダイ
生命体工学研究科）
ナミクス、リカレントアナログ神経回路を用いた
佐村 俊和（山口大学大学院創成科学研究科） リザバーコンピューティング等をさらに発展させ
上田 哲史（徳島大学情報センター）て、高効率かつ柔軟な脳型ハードウェアを構築す西尾 芳文（徳島大学社会産業理工学研究部） ることなどを目指す。
石田 文彦（富山高等専門学校
電気制御システム工学科） [4]研究計画及び内容
田中 敦 （山形大学大学院理工学研究科）
研究は、(A)脳機能の研究、(B)モデルの研究、
佐野 雅己（上海交通大学自然科学研究院）(C)脳型集積デバイス・回路の開発、そして(D)シ
菅原 研 （東北学院大学教養学部）
ステム応用、に分類される。(A)では脳の神経生
金城 光永（琉球大学工学部）
理学的研究により脳機能の発現に必要な要素を抽
水柿 義直（電気通信大学大学院
出することや、生体の神経回路と工学的な人工神
情報理工学研究科）
経回路との違いを明らかにすることを目的とする。
鳥飼 弘幸（法政大学理工学部）
新たに、構造や結合を制御した培養神経回路上で田向 権 （九州工業大学大学院の検証を重要課題とする。(B)では、(A)の結果を
生命体工学研究科）
踏まえて、これまでの研究で得られている脳型計
Jordi Madrenas（カタルーニャ工科大学
算機向けニューロンモデルやシナプスモデルのブ
電子工学科）
ラッシュアップに努め、そしてそれらが複合した
山本 英明（東北大学電気通信研究所）
システムの構成方法について検討を行う。リカレ
ントアナログ神経回路における複雑ダイナミクス[2 ]研究期間に着目し、エッジコンピューティングにおけるリ
令和３年４月 ～ 令和６年３月[1］研究組織
研究代表者：
佐藤 茂雄（東北大学電気通信研究所）

189

共同プロジェクト研究

intelligence: past findings and new tools, B. J. Kagan(Cortical Labs, Australia)・From quantum perceptrons toquantum reservoir computing, E. Prati (Univ. Milan,
Italy)・Mapping spiking neural applications on digital
custom hardware for efficient real-time execution, J.
Madrenas (Polytechn. Univ. Catalonia, Spain)・Spikepattern learning through STDP mechanisms with competitive
dynamics and axonal delays, Z. Hao (Univ. Tokyo)・
Stimulation in engineered neuronal cultures: fromplasticity to reservoir computing, J. Soriano (Univ.
Barcelona, Spain) ・ Brain-wide mapping of stimulus
induced variability quenching reveals modularity of［5］研究成果と波及効果等
cortical network, T. Matsui (Doshisha Univ.) ・（ 5-1 ） 研究成 果
Development in technology for the production of new
主な成果は次の通りである。まず、サブスレ neural circuits in the brain, Y. Masamizu (Doshisha
ッショルド領域で動作する CMOS 回路を用いてア Univ.)・"Multicellular Neurobiocomputing" and beyond, H.
ナログスパイキングニューロンを設計・試作し、 Yamamoto (Tohoku Univ.) ・ Thin-film memdevices and
極低消費電力で動作することを確認した。次に、 neuromorphic systems, M. Kimura (NAIST, Ryukoku Univ.)・
このニューロン回路を用いた 16 ニューロンから Oxide channel ferroelectric-gate transistors for成るスパイキングニューラルネットワークを構成 nonvolatile memory and computing applications, E.
し、専用 LSI の試作を行い、その動作を確認した。 Tokumitsu (JAIST) ・ Training efficient stochastic
続けて、96 ニューロンから構成されるリカレン computing neural networks using one-bit unipolar encoding,
トニューラルネットワークを実装し、FPGA を介 B. Golbabaei (NAIST)・A stochastic encoding approach for
して PC と接続することにより、リザバー計算シ robust brain-inspired hyperdimensional computing, H.
ステムを構築した。さらに、本システムを音声認 Tang (NAIST)・Context-dependent binding effects and識や手書き文字認識に応用し、世界とトップレベ retrieval of episodic memories in cortical network models
ルの電力性能を有することを実証した。
with Hebbian-like plasticity, P. Herman (KTH Royal Inst.
また、本プロジェクト研究と連動する形で、 Technol., Sweden)・Parameter fitting approach for the「脳機能と脳型計算機に関する通研国際シンポジ piecewise quadratic neuron model using improved particleウム」を計３回開催し、今後の研究開発の方向性 swarm optimization framework, Z. Yang (Univ. Tokyo)・Aについて有益な知見を得ることができた。以下は proposal of fading channel prediction method based on
令和 5 年度開催分の口頭発表リストである。
spin-wave reservoir computing, J. Chen (Univ. Tokyo)・
・Analog spiking neural networks with floating gate Acquisition of physical kinetics of machines by reservoir
synapses in CMOS technology, G. Ferrari (PoliM, Italy)・ computing and its applications to anomaly detection, S.
CMOS spiking neural networks for edge computing, S. Sato Kojima (Hokkaido Univ.)・Neuromorphic design of cortical(Tohoku Univ.) ・Analysis of learning process in spatio- visual prosthesis, T. Yagi (Osaka Univ.)
temporal learning network, T. Orima (Tohoku Univ.)・Spinand acoustic wave based Ising machines, J. Åkerman, (Univ. （5-2）波及効果と発展性等
Gothenburg, Sweden, Tohoku Univ.)・Enhanced convergence
本プロジェクトの成果は、現在の計算機システ
in p-bit based simulated annealing with partial ムでは克服しきれない知的処理の課題を補間する
deactivation for large-scale combinatorial optimization 役割を果たし、次世代の情報システムの基礎とな
problems, N. Onizawa (Tohoku Univ.)・Learning and memory るものである。特に注力して開発を行っている脳in stress circuits, W. Nicola (Univ. Calgary, Canada)・ 型計算ハードウェアは、その高い電力効率から幅Reservoir-based predictive coding model for sensory 広くエッジコンピューティングに応用可能であり、
signal processing, Y. Katori (Future Univ. Hakodate)・ AI 技術のより一層の社会実装に向けて大きく貢Stimulus-induced bursts of hippocampal mossy fibers, H. 献しうるものと期待される。
Kamiya (Hokkaido Univ.) ・ Biomimetic spiking neuralnetwork and real-time closed-loop bio-hybrid systems, T. [6]まとめと今後の課題
本課題の遂行によりエッジコンピューティング
Levi (Univ. Bordeaux, France)・Neuromorphic spatiotemporal spike pattern detection model with biological ハードウェアの電力効率を向上させるいくつか技
plausibility, S. Furuichi (Univ. Tokyo)・Basic and 術が実証された。実課題応用により更に検証を行
translational applications for synthetic biological っていくことが今後の課題である。
ザバーコンピューティングの有用性を詳細に検証する。(C)では、トンネル MOSFET や不揮発性メ
モリデバイスを組み入れた低消費電力シナプスデバイスの開発や、神経素子間の莫大な通信を可能とするアドレスイベント表現プロトコル(AER プ
ロトコル)の実装、カオスなどの非線形力学を取り込んだダイナミックな情報処理機構など、生体が持つ圧倒的な高効率性や柔軟性を実現するためのデバイス・回路技術を探求する。(D)では(C)の成果として得られるハードウェアをエッジコンピューティングへ応用し有効性を明らかにする。

190

共同プロジェクト研究

Josephson Junctions," IEEE Trans. Applied
Superconductivity, 34, 1700204, 2024.

[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
・ Y. Mizugaki, K. Fujikura, H. Shimada, (2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果"Nonlinear Signal Conversion in Gold- ・S. Yamakawa, K. Ando, M. Akai-Kasaya, T.
Nanoparticle Random Array for Physical Asai, "A novel small-signal detection method
Reservoir Applications," Japanese Journal of using divergence properties of second-orderlinear differential equations," Electronics
Applied Physics, 63, 01SP35, 2024.
・T. Orima, T. Tsuji, Y. Horio, "An extended Letters, 59, e12928, 2023.
spatiotemporal contextual learning and memory ・N. Hagiwara, T. Asai, K. Ando, M. Akainetwork model for hardware implementation," Kasaya, "Fabrication and training of 3DProcedia Computer Science, 222, 478-487, 2023. conductive polymer networks for neuromorphic
・T. Orima, Y. Horio, T. Tsuji, M Furuya, " wetware," Advanced Functional Materials, 33,
Analysis ofhippocampal
spatiotemporal 02300903, 2023.
contextual learning memory model for hardware ・ Y. Abe, K. Nishida, K. Ando, T. Asai,
implementation, " Proc. 5th International "SPCTRE: Sparsity-constrained fully-digital
Symposium on Neuromorphic AI Hardware, p. 22, reservoir computing architecture on FPGA,"International Journal of Parallel, Emergent
2024.
・G. Ishii, Y. Horio, T. Orima, "Effect of and Distributed Systems, 39, 197-213, 2024.
memory capacity characteristics on time- ・Y. Uwate, K. Ago, Y. Nishio, "Dynamics ofseries prediction in reservoir neural network Chaotic Circuit Betworks with Local Bridges,"consisting of neurons with local temporal NOLTA, IEICE, 14, 534-546, 2023.
history," Proc. The 10th Anniversary Korea- ・S. Shima, T. Isozaki, Y. Uwate, Y. Nishio,
Japan Joint Workshop on Complex Communication "Investigating Packet Transmission from the
Perspective of Complex Networks Composed of
Sciences, BP-6, 2024.
・G. Joshi, R. Natsuaki, A. Hirose, “Neural- Chaotic Circuits," IEEE Journal on Emerging
network fusion processing and inverse mapping and Selected Topics in Circuits and Systems,
to combine multi-sensor satellite data and 13, 658-668, 2023.
analyze the prominent features,” IEEE ・N. Onizawa, K. Yano, S. Shin, H. Fujita,
Journal of Selected Topics in Applied Earth and Takahiro Hanyu, "Self-Adaptive Gate
Observations and Remote Sensing (JSTARS), 16, Control for Efficient Escape from Local
Minimum Energy on Invertible Logic," IEEE
2819 – 2840, 2023.
・T. Fukami, H. Saito, A. Hirose, “Recursive Access,2023. DOI: 10.1109/ACCESS.2023.327286
Probability Mass Function Method to Calculate ・M. Natsui, K. Sakamoto, T. Hanyu, "Design
Probability Distributions of Pulse-Shaped of a nonvolatile-register-embedded RISC-V CPU
Signals,” IEICE Trans. on Fundamentals of with software-controlled data-retention andElectronics, Communications and Computer hardware-acceleration functions," MemoriesMaterials, Devices, Circuits and Systems,
Sciences, E106-A, 1286-1296, 2023.
・S. Goto, R. Natsuaki, A. Hirose, “Higher- 2023. DOI: 10.1016/j.memori.2023.100035
Saito,
H.
Nonaka,T.
Okano,
order tensor independent component analysis ・ T.
analysisofco-existingfor MIMO remote sensing of respiration and “Theoreticalheartbeat signals,” IEEE Trans. on Radar periodic orbits in sparse binary neuralnetworks,” Neurocomputing,570,
127131,
Systems, 1, 1-11, 2023.
・H. Chen, R. Natsuaki, A. Hirose, “Robust 2024.
Symbol Detection Based on Quaternion Neural ・M. Onuki, K. Saka, T. Saito, “A variety ofstableperiodic
orbitsin
Networks in Wireless Polarization-Shift- globallybinaryneuralKeying Communications,” IEEE Trans. on permutation
Neural Networks and Learning Systems. networks,” Discrete Contin. Dyn. Syst. Ser.
B, doi/10.3934/dcdsb.2023078, 2023.
10.1109/TNNLS.2023.3291702
・K. Watanabe, Y. Mizugaki, S. Moriya, H.
Yamamoto, T. Yamashita, S. Sato, "Numerical
Study on Physical Reservoir Computing with191

共同プロジェクト研究

RIEC Nation-wide Cooperative Research Project
Research Implementation Report（（FY2023））
Grant No.

R04/A01

Title
Coplanar waveguide size and magnetization angle dependence of magnetization dynamics
in CoFeB-MgO magnetic tunnel junction structure measured by spin rectification
ferromagnetic resonance[1]
Principal
Investigator(PI)・・Research
Collaborator of RIECPI：ELI CHRISTOPHER INOCENCIO ENOBIO(Mindanao State University-Iligan Institute ofTechnology, Iligan City, Philippines)
Research collaborator of RIEC：SHUNSUKE FUKAMI (RIEC)

magnetization dynamics by spin rectification.
During the first year of the project and visit to
RIEC in December 2022, we fabricated coplanar
waveguides and characterized ultrathin CoFeB-MgO
pMTJ structure by spin rectification enabled byanomalous Hall Effect. Figure 3 shows the external
magnetic field dependence of rectified anomalous Hall
voltage for the CoFeB/MgO MTJ structure at varying
CPW /sample size.

[2] Summary of Research Results for the YearThe film samples were deposited by dc/rf
magnetron sputtering on Si/SiO2 substrates. From thesubstrate side, the stack for MTJ structure isTa(5)/CoFeB(1)/MgO/CoFeB(t = 2.0, 1.8, 1.6, 1.4,
1.0)/Ta(5)/Ru(5). The numbers in parentheses arenominal thicknesses in nanometers.
Figure. 3. Coplanar waveguide and sample size
dependence of spin-rectified anomalous Hall voltage
with top CoFeB thickness of 1.4 nm.
Figure. 1. Schematic of CoFeB/MgO MTJ structurewith perpendicular easy axis.
Samples were annealed at 300oC under a 0.4 T
magnetic field along the film normal direction.
Magnetization properties were determined by vibrating
sample magnetometer (VSM). Films were cut into
stripes with length L and width W. Microwave rf signal
with amplitude modulation were sent directly into thestripe through a coplanar waveguide. The Hall voltage
Vy along the transverse (y) direction were measured
using lock-in amplifier. Schematic of the measurement
setup is shown in Fig. 2

Figure. 2. Schematic of electrical detection of192

Our previous result shows increase ofresonance Hall voltage Vy amplitude in narrower CPW
and sample size possibly due to increase in rf field.
Microwave power dependence of resonance Hall
voltage amplitude possibly due to increase in Oersted
field which may be the dominant driving mechanism
for the observed ferromagnetic resonance. Results also
shows no CPW size and microwave power dependence
on measured effective anisotropy field HKeff andintrinsic Gilbert damping α of top CoFeB recording
layer.
During the recent visit to RIEC in December
2023, we fabricated new coplanar waveguides designon epoxy resin substrates using standard
photolithography and characterized ultrathin CoFeBMgO pMTJ structure by spin rectification enabled byanomalous Hall Effect. Figure 4 shows the external
magnetic field dependence of rectified anomalous Hall
voltage for the CoFeB/MgO MTJ structure with

共同プロジェクト研究microwave power of 20 dBm.

Relative amplitudes of symmetric andantisymmetric part of resonance peaks determined fromfitting are comparable, and the small shift of resonancefrequency position observed at increased microwave
power could be attributed to decreased fitting errors atincreased signal to noise ratio.
Figure 6 and 7 shows the microwave frequency
dependence of resonance field HR and linewidth
respectively for both the recording and reference
CoFeB layers. The recent results on damping constantand effective field are consistent with previous
measurements using SRE-FMR and VNA-FMR on
MTJ structure with similar recording layer thickness.

Figure. 4. Spin-rectified anomalous Hall voltage of top
CoFeB recording layer with thickness of 1.4 nm, andbottom CoFeB reference layer with nominal thicknessof 1.0 nm
Our recent result shows simultaneous
detection of resonance Hall voltage Vy of both the top
CoFeB recording layer and bottom CoFeB reference
layer. Using our new CPW design and substratesignificantly improves the signal to noise ratio possibly
due to improved rf coupling thus reducing injection
power loss. This enabled us to detect resonance signal
from the thinner CoFeB bottom layer.
Figure 5 shows the microwave power
dependence of resonance Hall voltage amplitude. Hall
voltage amplitude increases at increased microwave
power possibly due to increase in Oersted field which
may be the dominant driving mechanism for theobserved ferromagnetic resonance.

Figure. 5. Microwave rf power dependence of spinrectified anomalous Hall voltage. Inset shows Hall
voltage amplitudes of symmetric and antisymmetricresonance peaks at varied microwave power derived
from fitting.

Figure 6. Microwave frequency dependence ofresonance field HR with top CoFeB recording layer
with thickness of 1.4 nm and bottom CoFeB reference
layer with nominal thickness of 1.0 nm

Figure 7. Microwave frequency dependence oflinewidth ΔH with top CoFeB recording layer withthickness of 1.4 nm and bottom CoFeB reference layer
with nominal thickness of 1.0 nm

193共同プロジェクト研究[3] Future Research Promotion Measures
For the 3rd year of this project, we will reduce
the reference CoFeB layer down to 0.5 nm suppress theAHE voltage signal which can interfere with the AHE
voltage signal from the recording layer. This will be
implemented in order to characterize reduced recording
layer thickness to explore the effect of variedmagnetization angle and strength of interfacial
perpendicular anisotropy to the spin rectification byanomalous Hall Effect. From our current result, we also
expect to further increase the sensitivity of measurements
by optimizing the CPW design and be able to measuredamping parameter of ultrathin films using this method
which would be impossible to do using conventional or
VNA-FMR measurements.
We would also submit the results in a conference
and publication at the conclusion of the work.

194[ Appendix ][Papers, Conference Presentations, and Related
Achievements](1) List of Papers and Conference Presentations (withacknowledgements)
・E. C. I. Enobio, C. R. D. Mahilom, S. Fukami.
Coplanar waveguide size and microwave power
dependence of magnetization dynamics in CoFeBMgO magnetic tunnel junction structure measured byspin rectification effects. FY2022 RIEC Annual
Meeting on Cooperative Research Projects. February 1,
2023.
(2) List of Papers and Conference Presentations(without
Acknowledgements),
andRelated
Achievements
・Y. Takeuchi, E. C. I. Enobio, B. Jinnai, H. Sato, S.
Fukami, H. Ohno, APL 119, 242403 (2021)

共同プロジェクト研究

共 同 プ ロ ジ ェ ク ト 研 究 実 施 報 告 書 （ 令 和 5 年）
採択番号

R04/A04

研究課題名
SiH4-CVD による金属ナノドットのシリサイド化反応制御に関する研究[ 1 ］ 研究 代表 者 ・ 通研対 応 教 員
研究代表者：
宮﨑 誠一（名古屋大学大学院工学研究科）
通研対応教員：佐藤 茂雄（東北大学電気通信研究所）

試料では、室温において明瞭な PL 信号が認められた(Fig. 2)。これらの結果は、-FeSi2 コアが極薄 Si でキャップされた構造になっていることを示唆している。また、PL 信号は Fe ナノドットへの SiH4 照射により形成した-FeSi2 ナノドットに比べ狭帯化していることから、均一サイズのコア/シェルドットが形成できているとともに、シリサイド層表面での欠陥が抑制できていると解釈できる。しかしながら、-FeSi2 ナノドット(平均高さ：~3 nm)の PL(~0.79 eV)に比べて発光位置が低エネルギー側(~0.77 eV)にシフトしていることから、コア/シャルドットの PL 発光は、-FeSi2 コアと Si シェル間での電子-正孔再結合に起因する可能性が高い[ 2 ] 当 該 年度 の 研 究実績 の 概 要
昨年度までに、リモート H2 プラズマ(H2-RP)支援により熱酸化 SiO2 上に Fe ナノドットを高密度(~1011cm-2)形成後、基板温度 400C で SiH4 照射を行うことで-FeSi2 ナノドットが形成でき、さらには、SiH4 照射量を増加した場合、ドット表面にSi 層が選択成長することを明らかにしてきた。本年度は、-FeSi2 コア／Si シェル構造のナノドッ
ト形成を意図し、薄層化した SOI 構造および SiO2
上に予め形成した高密度 Si 量子ドットに、Fe 超薄膜の電子線蒸着と SiH4 照射を行った。
SOI 基板（Si：~10 nm、SiO2：~145 nm）およびSiH4-LPCVD(550C, 133Pa)により形成した Si 量子ドット(~1011cm-2)/SiO2(~300 nm)構造上に、厚さ~1.0 nm の Fe 膜を電子線蒸着することで、表面シリサイド化を行った後、HCl 浸漬により未反応 Feの除去を行った。その後、基板温度 400C にて
Fig. 1 (a) Fe2p core-line spectra of Fe/SOI substrate
SiH4 照射(100 Pa, 1800 sec)を行った。
Si 薄膜上に Fe 蒸着した後、HCl 浸漬による Fe before and after HCl treatment, and (b) Si2p coreline spectra of the Fe/SOI substrate after SiH4
膜除去および SiH4 照射後における AFM 表面形状
exposure taken at photoelectron take-off angle of 90
像では、RMS ラフネスに顕著な変化は認められ and 30o. AFM images of the SOI taken (i) before andない(Inset in Fig. 1)。HCl 浸漬後の試料において (ii) after Fe deposition, and (iii) subsequent HCl
XPS 分析した結果、Fe 膜蒸着直後と比較して Fe- treatment and (iv) SiH4-irradiation are also shown in
O に起因するピーク強度が減少し、Fe-Si に起因 the inset.
する信号強度が増大していることから、Fe 蒸着
時に Si 薄膜表面のシリサイド化が進行し、HCl 浸
漬により未反応の Fe および Fe 酸化膜がエッチン
グ除去できていることが分かる(Fig. 1 (a))。また、
SiH4 照射直後の試料における XPS 角度分解分析の結果、表面側において Si-Si または Si-Fe のピー
クシフトが認められることから、シリサイド層表
面に Si 層が堆積していることが分かった(Fig.1(b))。同様のプロセスを予め形成した Si 量子ドットにおいて行った結果、各工程後の表面形状像に大きな変化は認められないものの、SiH4 照射後の195

共同プロジェクト研究

Fig. 2 AFM topographic images of Si-QDs (a)before and (b) after Fe deposition, (c) subsequent
HCl treatment, and (d) SiH4-irradiation, and (e)room-temperature PL spectrum of the sample after
SiH4-irradiation. The model of NDs after SiH4irradiation is shown in the inset.
[ 3 ] 今 後 の研 究 の 推進方 策
最終年度では、形成したコア／シェルドット固有の物性・機能を明らかにするとともに、半導体ジャーマナイドナノドットにも取り組む。半導体
ジャーマナイドナノドットは、シリサイドと同様な手法により形成し、金属混晶化の進行状況を、
現有設備である高分解能 X 線光電子分光、表面敏
感ラマン散乱分光分析および透過電子顕微鏡での電子線エネルギー損失分光(EELS)を用い、価電子帯および伝導帯の状態密度分布をそれぞれ
XPS/UPS および逆光電子分光分析で計測する。
さらには、申請者らが独自開発した光電子収率分光システムを用いバンド端近傍電子状態を精密決定する。これにより、ジャーマナイド化反応制御の指針を得るとともに、ジャーマナイドナノドッ
ト固有の物性を明らかにすることで、ナノサイズ
系における相図に関する情報を精査する。

[ 論 文、 学 会発 表 、 および 関 連 成果等 ](1) 成果リスト（謝辞あり）
・S. Miyazaki, K. Makihara, “Formation andCharacterization of Fe-Silicide Nanodots for
Optoelectronic Application”, ECS Trans. 112, 131-137(2023).
・Y. Imai, R. Tsuji, K Makihara, N. Taoka, A. Ohta, and
S. Miyazaki, “Alignment control of self-assembling Si
quantum dots”, Materials Science in Semiconductor
Processing 162, 107526 (4pages) (2023).
・Y. Imai, K. Makihara, Y. Yamamoto, W.-C. Wen, M.
A. Schubert, J. Baek, R. Tsuji, N. Taoka, A. Ohta, and
S. Miyazaki, “Formation and Local Electron Charging
196

Properties of One-Dimensionally Self-Aligned SiQDs”,14th International Workshop on New Group IV
Semiconductor Nanoelectronics, O-01, (Sendai, Dec.
14-15, 2023).
・J. Baek, Y. Imai, R. Tsuji, K. Makihara, and S.
Miyazaki, “Self-Assembling Mechanism of Si-QDs on
Thermally-Grown SiO2”,14th International Workshop
on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics, O08, (Sendai, Dec. 14-15, 2023).
・K. Kimura, N. Taoka, A. Ohta, K. Makihara, and S.
Miyazaki, “Impacts of Initial Si/Ni/Si Structure Formedon SiO2 on Surface Morphology and Composition
Ratio of Ultra-thin Ni-Silicide Layer”,14th
International Workshop on New Group IV
Semiconductor Nanoelectronics, P-01, (Sendai, Dec.
14-15, 2023).
・H. Saito, K. Makihara, N. Taoka, and S. Miyazaki,“Study on Photoluminescence from b-FeSi2 NDs”,14th
International Workshop on New Group IV
Semiconductor Nanoelectronics, P-03, (Sendai, Dec.
14-15, 2023).
・Y. Sano, N. Taoka, A. Ohta, K. Makihara, and S.
Miyazaki, “Effect of Ni Electrode Formation andAnnealing on Crystalline Phases and Chemical
Bonding Features of HfZr-oxide layer”,14th
International Workshop on New Group IV
Semiconductor Nanoelectronics, P-05, (Sendai, Dec.
14-15, 2023).
・R. Tsuji, Y. Imai, J. Baek, K. Makihara, and S.
Miyazaki, “Formation of One-Dimensionally Aligned
Si-QDs on SiO2 Line Patterns”,14th International
Workshop on New Group IV Semiconductor
Nanoelectronics, P-07, (Sendai, Dec. 14-15, 2023).
・斎藤 陽斗、牧原 克典、谷田 駿、田岡 紀之、宮﨑 誠一、「Fe ナノドットへの SiH4 照射がシリサイド化反応に及ぼす影響」、電子情報通信学会 シリ
コン材料・デバイス研究会（SDM）「MOS デバイ
ス・メモリ・パワーデバイス高性能化－材料・プ
ロセス技術」（広島大学 ナノデバイス研究所、広島、2023 年 9 月 20 日）
・斎藤陽斗、牧原克典、宮﨑誠一、「Fe シリサイ
ドコア/Si シェル量子ドットの形成と発光特性」、
25p-31B-5、第 71 回応用物理学会春季学術講演会（東京都市大学 世田谷キャンパス＆オンライン、
2024 年 3 月 22 日-25 日）(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果なし共同プロジェクト研究

RIEC Nation-wide Cooperative Research Project
Research Implementation Report（（FY2023））
Grant No.

R04/A05

Title
Study of magnetic, dielectric and optical properties ofnanomaterials for Terahertz applications[1]
Principal
Investigator(PI)・・Research
Collaborator of RIECPI：El Moutaouakil Amine（College of Engineering,
UAE University）
Research collaborator of RIEC：
Otsuji Taiichi（RIEC）[2] Summary of Research Results for the Year
This work is a continuation of last year’s work,where a theoretical analysis of the THz absorptionof the heterostructure MoS2/graphene wasinvestigated. The result was an absorption of about
50% of the incident light with a change in theabsorption frequency when varying the nanoribbon
width or the applied voltage on the MoS2/graphene
heterostructure. In this work, we tried to enhance
the absorption by adding phosphorene, where aphosphorene nanoribbon of width Wn-BP is laid in
between two MoS2/graphene nanoribbons (Fig.1).
The absorption is greatly enhanced to above 90%.
The tunability of the absorption frequency throughvarying the structure dimensions is maintained (Fig.
2 and Fig. 3). Varying the applied voltage on
MoS2/graphene can sweep the absorption
frequency through most of the THz range (1.3THz10 THz) (Fig.4 and Fig. 5). The proposed structure
is a near perfect selective THz absorber model withabsorptivity more than 90%. The structure utilized
2D materials (graphene, Phosphorene, and MoS2)
without adding noble metals to increase theabsorptivity. In comparison with previous selective
absorbers, this structure is simple, made ofnanoribbons of 2D materials only, which allows
easy fabrication through known methods likechemical vapor deposition (CVD), and dry transfer.
Previous structures that have high absorptivity
mainly have complex shapes and are bulky with ametallic ground of several micrometers. The design
and materials of this THz absorber ensure its lowcost manufacturing on an industrial level. Also, theeasy tuning of the absorption frequency through theTHz range makes this design stand out.

Fig.1. 3D schematic of a two-element array of the proposed
structure.

Fig.2. The effect of varying the nanoribbon width of
MoS2/graphene on the absorptance frequency at 𝑊𝑊���� �
15 𝑛𝑛𝑛𝑛, Vg = 0.5 V and VBP = 0.46 V

Fig. 3. The effect of voltage applied on MoS2/graphene
heterostructure (Vg) on shifting the absorptance frequency at
Wn=30 nm , 𝑊𝑊���� � 15 𝑛𝑛𝑛𝑛

197

共同プロジェクト研究

Fig. 4. The effect of voltage applied on MoS2/graphene
heterostructure (Vg) on shifting the absorptance frequency at
Wn = 30 nm, Wn-BP = 15 nm

Fig. 5. The effect of varying the nanoribbon width of
MoS2/graphene on the absorptance frequency at 𝑊𝑊� �
160 𝑛𝑛𝑛𝑛 , Vg = 0.5 V and VBP = 0.46 V[3] Future Research Promotion Measures

This work represents a theoretical model for a
THz absorber. We are still in need of verifying its
operation through fabrication. Nanoribbons ofmonolayer 2D materials are obtained throughchemical vapor deposition (CVD). Using dry
transfer, the nanoribbons could be moved andassembled onto a SiO2 substrate. However, theprecise alignment of these nanoribbons and the
distance between the array elements could be achallenge.
We can also work theoretically on the effect of
doping graphene, MoS2 and phosphorene, on theabsorption. The effect could include an increase inabsorption or a shift in the absorption frequency
outside the THz range. The bandwidth of this THz
absorber is still wide to be used as a selective
absorber. The structure could be modulated toobtain a narrow bandwidth absorber.
[Appendix][Papers, Conference Presentations, and Related
Achievements](1) List of Papers and Conference Presentations (withacknowledgements)
 Samy, Omnia, Belmoubarik, M., Otsuji, T., &198

El Moutaouakil, A. (2023). A Voltage- Tuned
Terahertz Absorber Based on MoS2/Graphene
Nanoribbon
Structure.
Nanomaterials,
13(11),
1716.
https://doi.org/10.3390/nano13111716
Samy, O., Otsuji, T., & El Moutaouakil, A.
(2023).
Terahertz
Absorptancein
MoS2/Graphene Nanoribbon Heterostructures.
2023 Photonics & Electromagnetics Research
Symposium (PIERS), 2031–2036. Prague,
Czech
Republic:IEEE.
https://doi.org/10.1109/PIERS59004.2023.10
221462Samy, Omnia, Otsuji, T., & Moutaouakil, A. E.
(2023). Near-Perfect THz Absorber with Wide
Range Tunability. 2023 48th International
Conference on Infrared, Millimeter, andTerahertz Waves (IRMMW-THz), 1–2.
Montreal,
QC,
Canada:IEEE.
https://doi.org/10.1109/IRMMWTHz57677.2023.10298957(2) List of Papers and Conference Presentations(without
Acknowledgements),
andRelated
Achievements
 Samy, Omnia, & El Moutaouakil, A. (2024). A
graphene-based THz selective absorber withabsorptivity 95 % and wide-range electricaltunability. Results in Physics, 58, 107490.
https://doi.org/10.1016/j.rinp.2024.107490

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R04/A06

研究課題名
ナノギャップ金属電極による単一コロイド量子ドットの電気伝導評価[ 1 ］ 研究 組織
研究代表者：
柴田 憲治（東北工業大学工学部電気電子工学科）
通研対応教員：大塚 朋廣（東北大学電気通信研究所）[2 ]研究期間
令和 4 年 4 月 ～ 令和 5 年 3 月[ 3 ] 本 プ ロジ ェ ク トの目 的 、 背景や 概 要
コロイド量子ドット（QD）は直径数ナノメー
トルの非常に小さな半導体結晶であり、近年特に太陽電池への応用が期待されている。中でも硫化鉛（PbS） QD は赤外光領域で幅広く吸収波長を制御できる有望な光電変換材料であり、デバイス応用に向けて QD 間のキャリア伝導の理解が重要な課題となっている。このような背景から PbS
QD の電気伝導特性に関しては、これまで多数の
QD の 2 次元配列に関する電気伝導特性の評価が行われている一方で、単一 QD や少数 QD に対する電気伝導特性の評価は行われていない。本研究では単一 QD レベルでの PbS QD のキャリア伝導の知見を得ると同時に、単一電子素子への応用も模索することを目的として研究を行った。
(a)

(b)

図 1: コロイド PbS QD を活性層とするトランジス
タ素子の (a) 模式図と、(b) 電子顕微鏡写真。

[ 4 ] 研 究 計画及 び 内 容
素子の作製のため、まずナノメートルサイズのギャップを有する極微細電極（図１参照）を通電
断線により作製した。その上からコロイド QD 溶
液を滴下することで、ナノギャップ金属電極周辺

図 2：QD の直径 d が、(a) d = 3.6 nm、(b) 4.8 nm、(c) 8.7 nm の単一コロイド PbS QD を活性層とする
トランジスタのクーロン安定化ダイアグラム。

にコロイド QD を分散させた。20-30%の確率でナノギャップ金属電極間に単一 QD が挟まり、単一
PbS QD に電気的にアクセスすることが可能となった。その後、4K 程度の極低温から室温までの広い温度範囲で単一 QD を介したトンネル伝導とそのゲート変調を観測することで、単一 PbS QDの電子状態に関する情報を得た。
［ 5 ］研 究 成果 と 波 及効果 等（5-1 ）研究成果
1 年目の研究により、コロイド PbS QD のサイズに依存して伝導特性が変化する様子（図 2 参照）
や同一の試料の中での電子軌道に依存したトンネ
ル電流の変化を検出した。伝導特性には励起準位も明瞭に観測され、この系の大きなクーロン相互作用の影響により、電子数に依存して励起準位の位置が大きく変化する様子が観測された。また、
クーロンピークにはスピンペアによる 2 つずつペアになったピークが観測され、伝導度が異なるス
ピンペア間で大きく変化することも分かった。これは QD 中で電子が占有する電子軌道によって波動関数の形や空間的広がりが変化し、伝導度に反
(a)

(b)

図 3 (a) PbS QD を活性層とする素子で観測された近藤効果。(b) 近藤ピークの温度依存性。

199

共同プロジェクト研究

映されると考えることで説明できることが分かった。更に、ナノギャップ金属電極と単一 QD との間のトンネル結合を強くすることにも成功し、単一コロイド QD をチャネルとするトランジスタでは初めて近藤効果を観測することにも成功した（図 3 参照）。
2 年目には直径 5 nm 以下の小さな QD を対象として、室温付近の高温環境での伝導特性の評価に関する実験を行った。その結果、室温での電気伝導特性に図 4 に示すような明瞭なクーロンダイヤ
モンド特性が観測されたことから、素子が室温でも単一電子トランジスタとして機能することが分かった。一年目からここまでに得られた結果を論文としてまとめ、投稿した結果、Nature Communications に掲載され、出版と同時にプレスリリー
スを行った。

図 4: 単一 PbS QD（直径 4.8 nm）トランジスタで観測された室温での電気伝導特性。

(a)

(b)

図 5: (a) イオン液体をゲート絶縁膜として用いる電気二重層ゲートを採用した素子の模式図と測定回路図。(b) 電気二重層ゲート構造の素子で観測されたクーロン安定化ダイアグラム。

の太陽電池や光検出器などの光デバイスの実現に向けて、有用な情報を提供することが可能であると考えている。これらのデバイスの実現には光の吸収によって発生したキャリアの電気伝導の理解が必須であるが、単一 QD レベルでの伝導特性の評価はこれまでほとんど行われていない。本研究はこれまで多数の報告がある QD アセンブリを対象とした研究結果に対して相補的情報を提供することが期待される。また、光デバイスに限らず、
量子情報デバイスへの応用を探索する研究は、コロイド QD ではほとんど行われていないことから、その可能性を探索する意味でも本研究には意味があると考えている。コロイド QD は良い光学特性を示すことが知られていることから、本素子を用いた単一光子発生や検出への展開が期待できる。

[ 6 ] ま と めと今 後 の 課題本研究では単一 QD レベルでの PbS QD のキャ
更に、これまで行ってきた伝導帯の電子準位の リア伝導の知見を得ることを目的として研究を行観測のみでなく、QD のバンドギャップや価電子 った。単一 PbS QD を活性層とするトランジスタ
帯のホール準位の観測を可能とするべく、より広 構造を用いることで、QD 中の電子数に応じて伝範なゲート変調が可能な電気二重層ゲート構造 導特性が変化することや、近藤効果を観測したほ（図 5a 参照）を単一 QD トランジスタに適用す か、素子が室温でも単一電子トランジスタとしてる実験を行った。その結果、図 5b に示すように、 動作することなどを明らかにした。
非常に大きなクーロンダイヤモンド領域の観測と、 今後は研究対象とするナノ粒子系を、PbS QD
その下の領域での伝導度の上昇を観測した。大き に加えて、ペロブスカイト QD、触媒作用や磁性なクーロンダイヤモンドのサイズは PbS QD のバ を有するナノ粒子系などにも拡張し、個々の材料
ンドギャップのエネルギーにほぼ対応しているこ 系の有する個性や機能を単一粒子レベルで明らかとから、これはバンドギャップ領域を観測してい にしたいと考えている。また、電極材料として強るものと考えられる。更にその下の伝導度の上昇 磁性金属や超伝導金属も新たに採用することで、は、価電子帯のホール準位を介したトンネル伝導 トランジスタ素子に磁気抵抗効果や超伝導電流なによるものと考えられる。以上から、イオン液体 どの新たな機能性を付与することも試みたい。こを用いた電気二重層ゲートを用いることによって、 れらの研究を通して、様々なナノ粒子系の有する単一 PbS QD のバンドギャップとホール伝導を電 個性を単一粒子レベルで見出し、電極構造やクー気的に観測することが可能となることが分かった。 ロン相互作用、電子スピン相互作用、赤外光などを用いて、系の電子状態が多彩に制御できること（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等を実証するとともに、新しい素子への応用を探索
単一 PbS コロイド QD を介した電気伝導の観測 することを試みたいと考えている。
に関しては、PbS QD を用いた紫外から赤外領域
200

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
論文
・K. Shibata, M. Yoshida, K. Hirakawa, T. Otsuka, S.
Z. Bisri, Y. Iwasa, “Single PbS colloidal quantum dot
transistors” Nature Communications 14, 7486 (2023).
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
学会発表
・吉田政希、阿部真弓、平川一彦、大塚朋廣、Bisri Satria、岩佐義宏、柴田憲治 「ナノギャッ
プ電極と結合した単一 PbS 量子ドットの電気伝導特性」 2023 年第 70 回応用物理学会春季学術講演会 2023 年 3 月 18 日 (18p-A202-3)
・K. Shibata, M. Yoshida, K. Hirakawa, T. Otsuka, S.
Z. Bisri, and Y. Iwasa “Gate-tunable carrier transport
through single PbS colloidal quantum dots” EP2DS25/MSS-21, Grenoble, France, 9-14th July 2023.
・柴田憲治、吉田政希、平川一彦、大塚朋廣、Satria Bisri、岩佐義宏 「単一 PbS 量子ドットト
ランジスタの電気伝導特性」 日本物理学会第78 回年次大会 2023 年 9 月 17 日 東北大学
・柴田憲治、吉田政希、平川一彦、大塚朋廣、Satria Bisri、岩佐義宏 「単一コロイド PbS 量子
ドットトランジスタの電気伝導特性」 第 84 回応用物理学会秋季学術講演会 2023 年 9 月 21 日
熊本城ホール・K. Shibata, M. Yoshida, K. Hirakawa, T. Otsuka, S.
Z. Bisri, and Y. Iwasa “Single PbS colloidal quantum
dot transistors” QD2024, Munich Germany, March
18-24th March 2024.
・高橋央輔、大塚朋廣、柴田憲治 「単一ペロブ
スカイト量子ドットの電気伝導特性」 第 71 回
応用物理学会春季学術講演会 2024 年 3 月 24 日
東京都市大学201

共同プロジェクト研究

共 同 プ ロ ジ ェ ク ト 研 究 実 施 報 告 書 （ 令 和 5 年）
採択番号

R04/A08

研究課題名
非 対 称 磁 気 渦 構 造 を 有 す る サ ブ ミク ロ ン サ イ ズ 磁 性 体 の 高 周 波 応 答[ 1 ］ 研究 代表 者 ・ 通研対 応 教 員
研究代表者：
神田 哲典（大島商船高等専門学校）
通研対応教員：石山 和志（東北大学電気通信研究所）

本研究ではこの計算結果に基づいて、強磁性微粒子のモデルとして微細加工によってナノサイズの強磁性ディスクを作製し、その高周波応答を評価する。特に、その磁気渦構造に着目して、反磁界分布の制御方法によって広帯域の周波数に対応する高周波電磁波応答技術の確立を目的とする。
本年度はプロジェクト 2 年目であるため、昨年度得られた円および楕円形上の強磁性ディスクに対する高周波応答測定をより詳細に実施した。測定試料構造を図１に示す。強磁性層として膜厚30nm の FeNi 多結晶薄膜を用いた。この薄膜から微細加工プロセスを用いてディスク形状磁性体を作製した。比較として、本年度は円盤もしくは楕
円状磁性体とそれらを連結させた試料も合わせて作製した。大きさは長軸の長さを 2µm とし、短軸を 1,1.5,2µm の 3 種類の形状とした。磁性体の間隔は縦方向横方向共に 2µm とした。このディスク
形状磁性体を配列し、磁性体上にコプラナー高周波伝送路を形成した。これらの試料は全て同一基板上で作製しているため、磁性薄膜の磁気特性は同一と考えられる。外部磁界印加下でネットワー
クアナライザを用いて反射電力のスペクトルを評価することにより高周波応答を調べた。

[ 2 ] 当 該 年度 の 研 究実績 の 概 要
電磁波ノイズは電子機器の誤動作を引き起こす
ため、電磁波抑制シート等で外部からの電磁波を吸収あるいは反射することが求められる。そのために、電磁波の電界成分、あるいは、磁界成分に大きく応答する材料を用いる方法が一般に用いられ、磁界成分に大きく応答する軟磁性材料が広くその用途に用いられている。軟磁性材料とは外部磁界方向に磁化が容易に向く磁性体であり、低周波数領域においては透磁率の周波数依存性で電磁波に対する特性が決まる。一方で、5G に代表される GHz 波帯については、強磁性体の磁化歳差運動の周波数に近づくために、その高周波電磁界応
答は強磁性共鳴に大きく支配される。
磁化歳差運動とは強磁性体の磁化方向が変化する
際に生じる駒振り運動のことで、その周波数は強磁性体にはたらく磁気的な様々な因子を磁界の大きさに換算した有効磁界で決まる。その因子の一つとして強磁性表面の磁荷によって決まる反磁界がある。電磁波ノイズ抑制用途にはミクロンサイ
ズの強磁性微粒子が広く用いられているが、その内部はやや複雑な磁区構造となっている。強磁性
微粒子のサイズを小さくするとその磁区構造はよ
図１測定素子構造と測定試料配置
り単純化され、その磁界応答を制御しやすくなる
ため、近年、サブミクロンサイズの強磁性微粒子が注目されている。このサイズ領域で現れやすい 今回の実験においては、入力電力を 0dBm とし、磁区である磁気渦構造は強磁性体表面に磁荷が現 1GHz〜12GHz の周波数領域を評価した。代表的なれないために強磁性体内部の反磁界が非常に小さ 測定結果を図２に示す。短軸方向の長さが長くな
い特徴がある。我々はこの磁気渦構造に着目して、 るほど周波数が低磁界側にシフトすることがわか
サブミクロンサイズの強磁性微粒子の高周波応答 る。これは形状異方性に起因する異方性磁界の大を数値シミュレーションで検討してきた。その結 きさが異なることが主要因であると考えられる。
果、外部磁界によって磁気渦の中心位置を変化さ また、無磁界中での測定結果から短軸長に対してせるとそれに伴って反磁界が大きく変化し、その 周波数依存性が大きく異なることがわかる。歳差
歳差運動周波数が強磁性微粒子内部で幅広い周波 運動周波数は有効磁場によって決定されるため、両者の状況が異なることを示している。すなわち、数帯域となることが示された。
202

共同プロジェクト研究

たが両者に明瞭な違いは確認されなかった。マイクロマグネティクスシミュレーションからはディ
スク箇所と連結部の磁化状態は残留磁化状態で異なることが示唆されており、今後外部磁界印加方向依存性等を詳細に調べる必要があると考えられる。

図２(a)ディスク形状における高周波応答の印加
磁界依存性[ 3 ] 今 後 の研 究 の 推進方 策
本研究から素子構造によって大きく高周波応答の挙動が変化することが示唆された。特にそのアスペクト比が重要である。また、条件によっては複数の共鳴モードが存在できることが明らかになっており、かつ、共鳴モードの周波数以外においても、反射電力が低下していることから広帯域での高周波応答が実現されていることがわかる。すな
わち、本研究のコンセプトの基本的な実証ができたと考えられる。今後は、磁気渦構造の確認、磁化曲線の評価を実施してその詳細な磁気特性把握
し、無磁界印加において、広い周波数応答を実現する形状の検討と実証が挙げられる。

図３ 連結されたディスク形状における高周波応答の印加磁界依存性
残留磁化状態が異なることを示唆した結果であると考えられる。
この磁化状態を変える目的でアスペクト比が１のディスク状磁性体同士を連結させた試料を作製し、その高周波応答を評価した。図３にはその測定結果の一例を示す。その挙動は外部磁場の有無で大きく異なり、連結された素子では複数のピークが確認された。この結果から、ディスクと連結部で異なる磁化状態になることが示唆された。一方、連結箇所をディスクの中心部、端部の２種類とし203

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号

R04/A09

研究課題名
軽元素を含む逆ペロブスカイト型金属材料の開発とスピントロニクス実用素子の作製
磁性磁気構造の変化について不明な点が多かった．
我々は超高真空スパッタリング法と分子線エピタ
キシー法を活用し，高温 SrTiO3 基板上に成長できる(001)面配向 Pt 下地層が Mn4N 極薄膜 3 nm の成通研対応教員：長に有効であることを見出した．トポロジカルホ
白井正文（東北大学電気通信研究所）
ール成分の膜厚依存性を考慮すると，膜厚が低減するにつれ，コリニアからノンコリニア磁気構造[2] 当該年度の研究実績の概要へ変化しているものと考えられる．従来は(111)
軽元素（主に窒素）を含む逆ペロブスカイト遷移 面配向 Mn4N 薄膜において，106 A/cm2 レベルの反金属を用いてスピントロニクスデバイスの低消費 転電流密度が得られている反面，磁化状態検出が電力化や新奇デバイス特性の開拓につなげるため， 困難だった．しかし本年の成果によって，異常ホ
エピタキシャル薄膜の基礎特性を探索した．具体 ール効果をとおして検出が可能となるためデバイ
的には，窒化マンガン（Mn4N），窒化鉄（Fe4N） ス実装が期待されり．
をベースとした MnAN，FeBN 複合合金薄膜（A, B
Mn3PtN (5nm) / CoFeB (3nm)および Mn3Pt
は共に遷移金属元素）の作製と，単一膜状態で得 (5nm) / CoFeB (3nm)の二層構造をマグネトロンス
られる磁気構造，磁気輸送特性，磁歪特性である． パッタリング法により作製し，ノンコリニア反強Mn4N 薄膜はフェリ磁性，膜面直方向の磁 磁性体における電荷-スピン変換効率に対する窒化容易軸をもつことで知られ，磁気異方性の解明 素の役割を調べた．スピントルク強磁性共鳴と第から電流誘起磁化反転などのデバイス特性まで活 二高調波ホール測定を両試料について行ったとこ
発に研究されている．R5 年度は Mn を金属元素 A ろ，y 方向にスピン偏極した Mn3PtN のスピンホ= Fe, Co, Ni, Cu, Sn, Ir などで置換しながら X 線磁 ール角は約 0.033 であり，Mn3Pt の約 0.025 を上回
気円二色性測定を用いてそれぞれの磁気構造を検 ることが判った．第一原理計算から求めた y スピ
証した．A の組成比に対して共通して飽和磁化が ン偏極ホール伝導率も，相対的に Mn3PtN が高い
低減し，磁化補償点が認められた．また異常ホー 値を示すことを別途確かめている．これらの結果
ル抵抗率，異常ネルンスト起電力の符号は補償点 から，窒素はノンコリニア反強磁性構造の安定化の前後で反転することが確認されたことから，A に重要な役割を果たすのみならず，スピンホールの磁気モーメントはホストの Mn 磁気モーメント 角の増大に有利な電子状態を与えることが判った．
と反強磁性結合している可能性が示唆された．X
その他，窒化鉄をベースとする FeBN 合金
線構造解析の結果から種々の元素の中でも Cu の 膜の磁歪定数と磁気緩和定数との相関，インバー場合は特に，相安定性の向上が認められた．これ ストンネル磁気抵抗効果を説明するスピン依存トらの成果は，フェリ磁性 Mn4N の電子状態を金属 ンネルの解析，放射光分光によるスキルミオン磁元素の置換で制御するという材料創成上の重要な 気渦の観測が行われた．
意義を含んでいる．今後は種々の A で得られたデ [3] 今後の研究の推進方策
ータを総合的に解析し，MnAN の磁気制御や異常 軽元素が含まれる遷移金属は多くの興味深い材料
ホール伝導を決める主要因子の解明を目指す．ま 特性を示すことが判りつつある．今後は多層膜，
た磁化補償点を与える Mn 置換元素 A の組成比が デバイス構造の作製を通して，異常ネルンスト効
それぞれ異なる点，2 つの Mn 副格子に対して優 果，電流誘起磁化反転などのデバイス特性の導出
先置換されるサイトの解明，異相析出など組織解 を行う．研究チーム内でサンプル作製，デバイス
析とその影響については今後の課題としている． 加工・測定，物性評価，理論考察の担当を決めてまた Mn4N 薄膜の極薄化は，電流誘起磁 取り組む体制づくり，研究会活動のさらなる活発
化反転デバイスの臨界反転電流密度を低減するた 化を通して，ハイインパクト成果の創出を目指す．
めに必要とされている．しかし Mn4N 結晶規則性を維持するのが容易ではない事に加えて，フェリ[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
磯上慎二（物質・材料研究機構）

204

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果等]

and(1) 成果リスト（謝辞あり）

Structures,” Appl. Phys. Lett. 123, 122404 (2023).

1.

W. Yin, K. Ito, Y. Tsubowa, M. Tsujikawa, M.
Shirai, and K. Takanashi, “Anomalous Nernst
effect in epitaxially grown Fe4−xNixN films,” AIP
Advances 13, 025243 (2023).

2.

S. Isogami, Y. Kota, H. Yasufuku, K. Oyoshi, M.
Tanaka, and Y. K. Takahashi, “Carbon-induced

6.

their

thickness-dependent

magnetic

H. Sakaguchi, S. Isogami, M. Niimi and T.
Ishibashi, “Boron-induced magneto-optical Kerr
spectra and dielectric tensors in ferrimagnetic(Mn4N)B antiperovskite thin films,” J. Phys. D:
Appl. Phys. 56, 365002 (2023).

magnetic properties and anomalous Hall effect in
Co2Mn2C thin films with L10-like structures,”Phys. Rev. Mater. 7, 014411 (2023).
3.

B. W. Qiang, T. Fukasawa, T. Hajiri, T. Ito, T.
Hihara, and H. Asano, “Magnetic and transport
properties

ofchiralantiferromagnetic

Co2−xPdxMo3N thin films,” AIP Advances 13,
025138 (2023).
4.

N. Tripathi, S. K. Mishra, Y. Miura, and S. Isogami,
Phys. Rev. B (Accepted).

(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
1.

S. Isogami and Y. K. Takahashi, “Antiperovskite
Magnetic Materials with 2p Light Elements for
Future Practical Applications,” Adv. Electron.
Mater. 9, 2200515 (2023).

2.

K. Imamura, M. Ohtake, S. Isogami, M. Futamoto,T. Kawai, F. Kirino, and N. Inaba, “Introduction of
VN underlayer and caplayer for preparation of
Mn4N(001)

single-crystal

perpendicularmagnetic

thin

film

with

anisotropy,”

AIP

Advances 13, 025110 (2023).
3.

R. Toyama, S. Kokado, K. Masuda, Z. Li, V. K.
Kushwaha, T. T. Sasaki, L. S. R. Kumara, T.
Koganezawa, H. Tajiri, T. Yamazaki, M. Kotsugi,
Y. Iwasaki, and Y. Sakuraba, “Origin of negative
anisotropic

magnetoresistanceeffectin

Fe0.75Co0.25 single-crystal thin films upon Ir
addition,” Phys. Rev. Materials 7, 084401 (2023).
4.

T. Yasuda, T. Horiuchi, T. Suemasu, “Fabricationof highly oriented Mn4N/Pt epitaxial bilayer
structureon

MgO(001)

forspintronics

applications,” AIP Advances 13, 105219 (2023).
5.

T. Yasuda, K. Amemiya, and T. Suemasu, “Growthof ultrathin Mn4N epitaxial films on SrTiO3(001)205

共同プロジェクト研究

RIEC Nation-wide Cooperative Research Projects Report
Grant No.

R04/A10

Title
Research on the Theoretical and Experimental Investigation of Coulomb Drag Instability ofGraphene Dirac Plasmons and its Application for THz Laser Transistor[1］Research Organization
Principal Investigator：University at Buffalo, SUNY,
USA Prof., Dr. MITIN, Vladimir
Research Collaborator of RIEC：
Prof. OTSUJI Taiichi (RIEC, Tohoku Univ.
Research Collaborator
Assoc. Prof. SATOU Akira (RIEC, Tohoku
Univ.)[2] Research Period
2023, April ～ 2024, March[3] Purpose, Background, and Overview of the
Project
The purpose of the project is to use plasmons forenhancement of THz device performance.
[4] Research Plan and Content
We build a solid basis for this proposal demonstratingthat THz detectors based on field-effect transistor(FET) with the graphene channel (GC) and a metal gate(MG) separated from the GC by a b-AsxP1−x barrier
layer have strong resonance response [1-4]. The
operation of these transistors is associated with theheating of the two-dimensional electron gas in the GC
by impinging THz radiation leading to thermionicemission of the hot electrons from the channel to thegate. At the THz radiation frequencies close to theplasmonic resonance frequencies in the gated GC thevariation of the source–drain current and the detector
responsivity can be resonantly large.
We also investigate the response of the
micromechanical field-effect transistors (MMFETs) to
the impinging terahertz (THz) signals [5]. The MMFET
uses the microcantilevers (MC) as a mechanicallyfloating gate and the movable mirror of the Michelson
optical interferometer. The combination of themechanical and plasmonic resonances in the MMFET
with the optical amplification enables an effective THz
detection.
The obtained results were delivered at two conferenceswith one invited [C-1] and one regular [C-2]
presentations (see references in the xlsx file).
5］Research Results and Ripple Effects[5（5-1）Research Results
206

We evaluate the THz detectors based on field-effecttransistor (FET) with the graphene channel and afloating metal gate separated from the graphene
channel (GC) by a black-phosphorus (b-P) or blackarsenic (b-As) barrier layer [1]. The operation of thesetransistors is associated with the heating of the twodimensional electron gas in the GC by impinging THz
radiation leading to thermionic emission of the hot
electrons from the channel to the gate. This results inthe variation of the floating gate potential, which affects
the source–drain current. At the THz radiation
frequencies close to the plasmonic resonancefrequencies in the gated GC the variation of the source–
drain current and, hence, the detector responsivity canbe resonantly large.
Figures 1 schematically shows the cross section of thedevice structures. The bias voltage VSD and the signal
voltage δVω are applied between the FET source anddrain as shown in Fig. 1(a). The signal voltage is
produced by an antenna receiving the impinging THz
radiation with the frequency ω.
Figure 2 shows the major results: the spectral
dependences of the responsivity, RVω, of the GC/b-As
and GC/b-P detectors calculated for different scattering
frequencies ν and different parameters of the structure.
We limited our consideration by the signal frequencies
around the fundamental plasmonic resonance, where
the obtained dependences exhibit pronounced maxima
provided that Ω >> ν. As seen from Fig. 2, an increasein ν gives rise to a smearing of the resonant peak. In awider frequency range, the responsivity of the detectors
under consideration is a profoundly oscillatory functionof the radiation signal frequency ω with a set of the
maxima at the plasmonic resonances ω=nΩ (n is theresonance index). The dependences RVω vs ω/2π exhibit
the alternation of sharp maxima and relatively deep
minima. At the intermediate frequencies, theresponsivity at the minima is smaller than the resonant
responsivity by a factor of (πν/2Ω)2 >> 1. At elevatedcollision frequencies ν, the spectral characteristics of
RVω become smoother. However, up to(πν/2Ω)2~1 (this corresponds to ν~ 4 ps-1), at theplasmonic resonances and between theresonances the responsivity can be still relatively
high. Hence, the nonresonant response can also

共同プロジェクト研究be useful.

Continuing the work initiated in paper [1] we suggested
the GC-FETs with relatively low energy barrier layers(BLs) and the possibility to optimize the device
characteristics by choosing the barriers containing anecessary number of the b-AsxP1−x atomic layers and aproper gate voltage [2]. The excitation of the plasma
oscillations in the GC-FETs leads to the resonant
reinforcement of the carrier heating and theenhancement of the detector responsivity. The room
temperature responsivity can exceed the values of 103
A/W. The speed of the GC-FET detector’s response to
the modulated THz radiation is determined by theprocesses of carrier heating. As shown, the modulation
frequency can be in the range of several GHz at room
temperatures.

FIG. 1. Schematic view of the GC/b-AsP FET detectors (a) with thefloating Metal gate (MG) and (b) with the MG biased by the gate voltage
VG .

detectors vs signal frequency ω/2π for different values of electron
scattering frequency ν.

Continuing the work on the devices suggested andanalyzed in our papers [1] and [2] we analyze the effectof the lateral thermal conductivity of the 2DEG and its
Peltier cooling on the GC-FET responsivity and thecharacteristics [3]. These effects should be taken into
account for the optimization of GC-FET detectors. To
confirm the significance of the electron thermal transfer
in the GC FETs under consideration, we calculated thefrequency dependences of the responsivity disregarding
the electron thermal conductivity, i.e., neglecting theelectron heat transfer to the side contacts. The results
indicate that the electron viscosity naturally weakens
the plasmonic resonances.
Continuing research on GC-FET [1-3] we proposed andanalyzed the modified top dielectric layer [4]. The mainpart of the GC is encapsulated in h-BN, whereas a shortsection of the GC is sandwiched between the b-P gate
BL and the h-BN bottom layer. The b-P gate BL serves
as the window for the electron thermionic current fromthe GC. The electron mobility in the GC section
encapsulated in h-BN can be fairly large. This mightenable a strong resonant plasmonic response of the GCFET detectors despite relatively lower electron mobility
in the GC section covered by the b-P window BL. The
narrow b-P window diminishes the Peltier cooling andenhances the detector performance. The proposed
device structure and its operation principle promoteelevated-temperature
GC-FETTHz
detector
responsivity values and other characteristics, especiallyat the plasmonic resonances.
（5-2）Ripple Effects and Developmental Potential
The obtained results are important contribution toterahertz devices in general and especially to plasmonicenhancement of device performance and it places thegroup of Prof. Taiichi Otsuji on the front line of world
specialists in THz devices that operate at elevatedtemperatures.

[6] Summary and Future Challenges
The major future challenge is in experimental efforts,that are complimentary to the already completed
measurements, that would demonstrate high efficiencyof the suggested devices.

FIG. 2. Responsivity Rω of the (a) GC/b-As/Ti and (b) GC/b-P/Al FET【Appendix】
Publications listed in short are all withacknowledgements of this project. Detail data are listed
in an independent excel file as an attachment.
[1] J. Appl. Phys., 133, 174501 (2023)[2] Scientific Reports, 13, 9665 (2023)[3] Phys. Rev. Applied, 19, 064033 (2023)[4] J. Appl. Phys. 134, 084501 (2023)[5] AIP Advances, 13, 085301 (2023)[C-1] Invited talk, META 2023, Paris, France, July 1821, 2023, 2A2, pp.299-300[C-2] 48th IRMMW-THz 2023 Conference in Montreal,
Canada, Sep 17-22, 2023, book of abstracts We-PM1-1-1
207

共同プロジェクト研究

共 同 プ ロ ジ ェ ク ト 研 究 実 施 報 告 書 （ 令 和 5 年）
採択番号

R04/A11

研究課題名
ポスト 5G 基地局に向けたダイヤモンド高周波高出力素子および回路の開発[ 1 ］ 研究 代表 者 ・ 通研対 応 教 員
研究代表者：
金子 純一（北海道大学工学院工学研究科）
通研対応教員：末松 憲治（東北大学電気通信研究所）[ 2 ] 当 該 年度 の 研 究実績 の 概 要
GaN や𝐺𝐺𝐺𝐺� 𝑂𝑂� 、ダイヤモンなどのワイドバンド
ギャップ/ウルトラワイドギャップ半導体は高い
絶縁破壊電界により、超微細ゲート長素子でも高い電圧での駆動が可能であるため、5G/ポスト 5G
基地局用素子として期待されている。
特にダイヤモンドは表面を水素で終端すること
により p 型の二次元キャリアガス層である“表面伝導層“が形成されるため、ゲート長の微細化に有利であり、70nm のゲート長のトランジスタ動作が確認されている[1]。

図 1 ワイドギャップ/ウルトラワイドギャップ
半導体の JFoM(Johnson’s Figure of Merit)
本研究ではダイヤモンド半導体素子をポスト
GaN デバイスと位置づけ、ポスト 5G 基地局デバ
イスの実用化を目指した研究を行った。
過去に作製した高周波ダイヤモンドトランジス
タについて議論を行ったところ、高周波帯における信号増幅を行うためには、ゲート抵抗の低減を狙い T ゲート構造の導入が必要であるという考えに至った。
設計した T ゲートを導入した高周波ダイヤモン
ドトランジスタを図２に示す。
各ダイヤモンド FET で求めた動作周波数𝑓𝑓��� ,208

𝑓𝑓� を図 3 に示す。(T ゲート導入前は𝑓𝑓��� が最大で21GHz、𝑓𝑓� が最大で 8GHz であったが、T ゲート
導入後は𝑓𝑓��� が最大で 35GHz、𝑓𝑓� が最大で 8GHzであった。)

図 2 ゲート構造の違い(a)T ゲート導入前 (b)T ゲート導入後

共同プロジェクト研究

図 3 ダイヤモンド FET の上面顕微鏡画像および動作周波数(a)T ゲート導入前(b)T ゲート導入後
動作周波数の評価はダイヤモンド FET の上面
顕微鏡画像および S パラメータを取得することで求めた。図 4 に示すように、S パラメータの取得には VNA(Rohde ＆ Schwarz ZVA 67)を用いた。プローブは 100μm ピッチの GSG プローブ(TP40GSG-100-A-W)を使用した。DC バイアスの印加には直流安定化電源(Agilent E3610A)を用いた。
図 5 最も高い ft,fmax を記録した素子の測定結果(a)T ゲート導入前 (b)T ゲート導入後
参考文献[1] H. Umezawa et al, MRS Proceedings, vol. 680, E8.2
(2011)[ 3 ] 今 後 の研 究 の 推進方 策
R5 年度までの研究で𝑓𝑓��� が 20GHz 程度のトランジスタを作製することが出来た。しかし本研究
図 4 測定系の写真
課題ではポスト 5G 基地局への応用を念頭に置い最も高い𝑓𝑓� 𝑓𝑓��� を記録した素子の測定結果を図 ており、その為には𝑓𝑓��� が 80GHz を超えるよう
5 に示す。(a)T ゲート導入前と(b)T ゲート導入後 な素子が必要となる。
を比較すると、(b)の方が𝑓𝑓� , 𝑓𝑓��� ともに高い値を高周波性能を制限する要因はいくつか考えられ示した。これは T ゲート導入によりゲート電極の るものの、現状でそれを特定することは難しい。
配線抵抗が低下したためであると考えられる。
今年度は素子の AC 特性解析を通じて寄生成分の20GHz 以上では k ファクタが 1 を超えてしまっ 存在箇所を検討し、素子作製にフィードバックすている。これはゲート・ドレインのパッドの形状 ることを目標とする。現状では入力抵抗やチャネがオープンスタブの働きをしたためと考えられる。 ル部の高抵抗化が示唆されており、優先的に検討
また S(1,1),S(2,2)にて位相回転が見られるが、 を進める。
これは寄生容量の存在を示している。

[論文、学会発表、および関連成果等]
・R5 年度は特になし

209共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号

R04/A12

研究課題名
多感覚情報を用いた自己感の制御に関する研究[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
田中 章浩（東京女子大学現代教養学部）
通研対応教員：坂本 修一（（東北大学電気通信研究所）

題 1～3 はいずれも申請者の研究室において研究を開始しており，受入研究者との連携によって，とくに聴覚情報処理に関する部分で研究の進展が期待できる。
1 年目にあたる令和 4 年度は上記研究課題 1 が進展し，ヘリウムを用いてリアルタイムに普段とは異なる声をフィードバックする手法の有効性を確認することができた。令和 5 年度は引き続き研究課題 1 を推進し，研究課題 2 についても検討を進めた。

[2] 当該年度の研究実績の概要「自己とは何か」という問いに対して，現象学的哲学者のショーン・ギャラガーは，ミニマル・
セルフ，すなわち自己を構成する最小限の要素という視点から，身体所有感（sense of ownership） 研究課題 1
私たちは日常から，自分と他人の区別を行ってと自己主体感（sense of agency）という 2 種類の自己感（sense of self）を定義した。身体所有感とは， いる。例えば，動画に映っている人物が自分なの「この身体は私のものである」という感覚のこと か他人なのか，あるいは，動画から聞こえる音声である。自己主体感とは，「この行為を引き起こ が自分の声なのか他人の声なのか，といったことしたのは私である」という感覚のことである。ど を区別できる。自他の区別には，自分の身体を他ちらも当たり前のように感じられるかもしれない から切り離して認識し，それが自分のものである
が，こうした感覚が希薄な人も存在するし，また という感覚（身体所有感）を持つことが必要であ
実験操作によってこうした感覚を変容させること る。
自他の境界は実験的に変化させうることが先行もできる。身体所有感と自己主体感はヴァーチャ
ル・リアリティ（VR）において没入感を得るた 研究から報告されている。顔の自分と他人の境界めに重要である。そこで本研究では，身体所有感 が変化し，他人の顔が自分の顔のように感じられと自己主体感を変容させる手法について，いまだ る錯覚として，エンフェイスメントと呼ばれる現明らかにされていない以下の問題について検討す 象がある。本課題では，自分と他人の顔の境界がシフトするのと同様に，自分と他人の声の境界もる。
1) 自分の声に対する所有感と主体感を変容させ シフトするのかどうかを検討した。具体的には，
実験参加者の発話と同時に他人の声をフィードバる手法を検討する
2) 身体所有感に関する錯覚を多感覚情報によっ ックし，自己の発話に対して他人の声がフィードバックされる状況に順応させ，「これが自分の声て増強する手法を検討する
3) 自己主体感を社会的刺激の感覚フィードバッ である」という感覚（声の所有感）の変化について検討した。令和 4 年度の実験の結果，自分と他クによって変容させる手法を検討する
本プロジェクトは，平成 28～30 年度に共同プ 人の顔の境界がシフトするのと同様に，自分と他ロジェクトとして採択された「音声の感性情報か 人の声の境界もシフトすることが明らかになった。
ら人間の認知・行動を制御する通信システムの研 また，具体的な実験手法として，ヘリウム声のフ究」，および令和 1～3 年度「マルチモーダル感情 ィードバックが有効であることが判明した。そこ
誘発システムに関する研究」の延長として位置づ で令和 5 年度は，ヘリウム声をフィードバックすけられる。本プロジェクトでは身体所有感・自己 るタイミングを操作し，発話と同期してフィード
主体感に着目して，感情や感性情報に限定せず， バックする条件と遅延（750ms）してフィードバ
VR や他の通信システムにおける没入感や臨場感 ックする条件で実験を実施した。
実験は，①録音フェーズ と ②実験フェーズ のを高める手法を検討する。研究体制はこれまでの共同プロジェクトにおける体制を継続することで， 2 つのフェーズから構成された。②の実験フェー
スムーズな連携が可能である。なお，上記研究課 ズでは，あらかじめ録音した実験参加者自身の音210

共同プロジェクト研究

声を刺激として使用した。そのため，実験フェー 研究課題 2
身体所有感の錯覚のひとつであるラバーハンドズに参加する前に，実験者が音声を収録した。実験フェーズでは，a) 音声評価セッションと b) 順 錯覚は，ラバーでできた手と自分の手を同時にな
応セッションを行った。音声評価セッションは順 ぞられ続けると，やがてラバーの手が自分の手の応課題の前後に 1 回ずつ実施した（a→b→a）。こ ように感じられる錯覚である。ラバーハンド錯覚
れは，声質を変化させた自分の声を何度も聞く を全身に拡張した錯覚として，体外離脱錯覚があ「順応」による効果を見るため，これをする前と る。自身の後方に設置されたカメラに映る自身の後とで，音声の評価がどのように変化するかを確 背中が HMD を通して自身の前方に見えるという認するためである。この流れを 2 日間に分けて行 状況を設定し，自身の背中を棒で突っつかれる状った。音声評価セッションでは，録音フェーズで 態に数分置かれると，やがて前方に見える「自分」
取得した実験参加者自身の通常声，実験参加者自 を体外離脱して後方から見ているような錯覚が生身のヘリウム声，これらをモーフィングした声 じる。そこで，上記の実験に聴覚フィードバック（2 種類の音を合成し，中間の音を 11 段階作成） を加えることで，体外離脱錯覚を増強させることを聴覚刺激として呈示し，実験参加者が，それぞ ができるかどうかを検討した。具体的には，対象れの音声をどの程度自分の声だと感じたかを測定 要因(人，物体)×音の有無要因(音あり，音なし)のした。順応セッションでは，参加者はヘリウムを 条件を設定し，実際の体の位置と自分が立ってい含む混合ガスを吸引したのちに文章の読み上げを ると推測する位置の差（自己受容感覚ドリフト）行った。ヘリウム声が同期（システム遅延 64ms） と質問紙の結果から音情報が体外離脱錯覚に及ぼまたは非同期（750ms 遅延）のタイミングでフィ す影響について検討した。
実験の結果，自己受容感覚ドリフトは音の有無
ードバックされた。
実験の結果，所有感得点において，テスト時期 に関わらず，物体条件でも人条件でも前方向に生の主効果が有意であり，同期性にかかわらず，プ じたが，人条件は物体条件よりも前方向へ有意に
レテストよりもポストテストのほうが所有感得点 大きくドリフトが生じた。また，触覚と接触位置が高いことが示された。この結果は，体性感覚と に関する質問項目（「まるで映像で見ている対象
聴覚フィードバックの同期・非同期にかかわらず， のある場所で，刺激を与えられたように感じた。」「刺激は，棒が映像で見ている対象に触れたこと
声の所有感錯覚が生じることを示している。
で生じたように感じた。」）と身体所有感に関する質問項目（「映像で見ている対象が自分の体であるように感じた。」）において，音の有無に関わらず人条件の方が物体条件よりも評定が高かった。
以上より，構築した VR システムを用いて体外離脱錯覚を生起させることに成功したが，音による増強効果についてはさらなる検討が必要である。

図2

図1

条件ごとの前後ドリフトの平均値

条 件 ごと の 前 後ドリ フ ト の平均 値[ 3 ] 今 後 の研 究 の 推進方 策
順調に研究が進んでいるため，令和 6 年度は予定通り研究課題 3 を中心に実験を進める予定である。

211

共同プロジェクト研究[論文，学会発表，および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
1.

2.

3.

4.

5.

6.

212

新井田統・小森智康・酒向慎司・田中章
浩・布川清彦 (2024). ヒューマンコミュニケーション研究から見る未来のかたち 電子情報通信学会誌, 107(3), 237-243.
澤田佳子・河原美彩子・田中章浩 (2023). 身
体言語と声による多感覚的な感情表現が人間の利他行動に及ぼす影響 日本感性工学会
論文誌, 22(4), 405-416.
Tanaka, A.: “Multisensory emotion perception
and its cultural differences” LIBC colloquium（Leiden Institute for Brain and Cognition 主催）, 招待講演（2023 年 7 月 13 日）
Tanaka, A.:“Introduction of International
Society for Research on Emotion (ISRE)” 人工知能学会全国大会「Affective Computing 研究のための国際・国内活動」, 招待講演（2023
年 6 月 7 日）
Nakamura, A. K., Yamamoto, H. W., & Tanaka, A.
(2023). "Immigration Modulates Audiovisual
Emotion Integration in Adults: The Effect of the
Host Culture and Migration itself." The 21stInternational Multisensory Research Forum(IMRF)
Oya, R., & Tanaka, A. (2023). "The Prototypical
Expressions Can Facilitate the Perception of
Various Positive Emotions through Face, Voice,and Touch." The 21st International Multisensory
Research Forum (IMRF)

共同プロジェクト研究

RIEC Nation-wide Cooperative Research Projects Report
Grant No.

R04/A13

Title
Exploring and designing interactions for VR headsets using smartphone interfaces[1］Research Organization
Principal Investigator：
BOUSTILA Sabah(Manchester
University)

Metropolitan

Research Collaborator of RIEC：
Kazuki Takashima（RIEC）
Research Collaborator
Dominique Bechmann (University ofStrasbourg)
Kazuyuki Fujita (RIEC)[2] Research Period
2023, April or May ～ 2024, March[3] Purpose, Background, and Overview of the
Project
The purpose of this collaborative project is to further
expand our previous studies by investigating a range ofinteractions with smartphone interfaces for several
dominant in-VR tasks beyond text typing. Morespecifically, we plan to (i) explore interaction aspects on
smartphone interfaces for the different possible
interactions in VR including, navigation, manipulation,
selection, and (ii) evaluate the user experience andinteraction performance compared to other VR controllers
and accordingly (iii) define interaction standards or
guidelines for VR interactions using SIs.

Figure2: smartphone interfaces zones for locomotion. The
user’s finger should touch any location on the upper zone
to move forward (left smartphone) or any location on thelower zone to move backward (rightThis year, PI and RIEC had frequent discussions overemails and video conference system. Specifically, we
argued our research platform creation and anotherresearch funding application to expand this project.
Then, we could successfully setup the research platformusing a HMD and smartphone using this project’s budget.
The next goal is to prepare software to achieve theresearch plan, and the PI will physically visit the RIEC to
perform fine-tuning of the platform and run user-study. We
also successfully obtained another funding (Daiwa AngloJapanese Foundation) that would significantly expand thiscollaboration. It can be considered as a result of this RIEC
collaborative research project, and allows Kazuki
Takashima (RIEC collaborator) to visit Manchester toexpand the current project.

[4] Research Plan and Content
The main actitities from this year’s collaborations are
as flows.
- Kazuki Takashima visited Sabah’s lab at the
Manchester Metropolitan University during July andhad a three-day on-site discussion with the actual
devices and software. This visit also allows us to plan
the purchase and next meeting.
Figure1: In-VR text typing interface using smartphone
touch screen with confirm-on-release paradigm (visualcues)- We run a follow-up online discussion and setup theresearch platform with an HMD and an Android
Smartphone. A research assistant from RIEC created acore part of the experimental software.
213

共同プロジェクト研究- Sabah visited RIEC in January, and we had a dedicatee
don-site discussion to check the software
improvements and discuss the next study planand intuitive.
We also included rotations however, this is still inprogress.

The below picture shows our setup ready for running
the initial experiment.

Experimental study
For the experiment, initially, we decided to test the
prototype when navigating through a maze. For thispurpose, students created a maze and added some coins
as landmarks. However, after discussions, we identified
an additional cognitive workload related to wayfinding
when completing the task. We changed the experimentand created a path oriented using arrows inside themaze to allow participants to focus on their movements
when using the smartphone rather than finding the exit.
We also discussed how the experiment will be
conducted and prepared a few plans according to theperiod when we receive the Ethics application response.
（5-2）Ripple Effects and Developmental Potential［5］Research Results and Ripple Effects（5-1）Research Results
During my visit to RIEC lab, I worked with Pr. Kazuki
Takashima and the two students Shimizu Naoya andChihaya Kamide. Students were charged with
developing the prototype in unity using a smartphone
and a VR headset. Me and Takashima worked on thedesign of the different interactions, testing theprototype, and designing an experimental study toassess the prototype.
I was pleased with the work and effort students madeduring the week; they were able to implement thedifferent interactions, and we were able to test them
before I left the lab.
PrototypeIn the prototype, we designed and implemented
interactions for navigation tasks. We faced some
networking issues with the phone tracking when
implementing selection tasks, for this reason, we
focused on the navigation task and the experimental
study.
For navigation, we changed the design a few times after
tests until we defined two modes of interaction:• Touch mode: in this mode movements forward,
backward, and lateral are executed when users touch
specific areas on the smartphone screen.
• Position mode: movements here are interpreted
according to the orientation of the smartphone, tilt up,
down, right, and left to move forward backward, lateralright, and left respectively.
When testing the two modes, navigation was smooth214

Smartpone+HMD is the best combination in the current
practice around computer devices, making a significant
synergy for both mobile and immersive experiences.
Our study will contribute to this direction that is highly
impactful to the industrial community, beyond the VRrelated academic society.

[6] Summary and Future Challenges
We achieved nice results during the week. Students arestill working on a few modifications. I am structuring
the idea of the project in a paper to prepare it and add
results when we finish data collection and analysis. We
aim to publish our work in peer-reviewed journals suchas those related to ISS. Kazuki Takashima can no longer
be the PI as he will move in April 2024. We willcontinue this collaboration by inviting the new PI,
Kazuyuki Fujita, a colleague of Kazuki, ad we havealready submitted a new collaborative project.

【Appendix】[Papers, Conference Presentations, and Related
Achievements](1) List of Papers and Conference Presentations (withacknowledgements)
・(2) List of Papers and Conference Presentations(without
Acknowledgements),
andRelated
Achievements

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R04/A14

研究課題名
オンライン視覚心理物理実験・モデル共有環境の構築[1］研究組織
研究代表者：
酒井 宏 (筑波大学 システム情報系）
通研対応教員：塩入 愉（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
内川恵二（神奈川大学）
村上郁也（東京大学）
河原純一郎（北海道大学）
西田眞也（京都大学）
一川 誠（千葉大学）
石井雅博（札幌市立大学）
我妻伸彦（東邦大学）
山田祐樹（九州大学）
和田有史（立命館大学）
他東北大研究員・学生 6 名
筑波大学学生 2 名
延べ参加人数：19 人[2 ]研究期間
令和 4 年 4 月～

令和 6 年３月[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
人間生活にとって，感覚，知覚，認識機能は
生物学的意味でも，社会学的意味でももっとも重要なもののひとつである。現在，生理学，心理学，工学を始め様々な取り組みによって，その理解とモデル化が進んでいるが，断片的，局所的なものが多く全体の理解にはほど遠い。本
研究では，特に研究が進んでいて，また学際化においても広がりを持つ視覚機能に着目し，その理解促進のためのオンラインをベースとした
心理物理実験及びモデルの共有システムのあり方について検討した。
研究者間のデファクトスタンダードを提供し，タイムリーで齟齬のない議論と相互検証を可能にするために、視覚機能の研究において報告する心理物理実験や生理実験の機能検討に資することのできる，オープンで基礎を共有する実験

環境とモデル環境を構築することが必要である。
視覚心理実験・認知実験は、オンライン化によって多数の被験者を対象とした大規模な実験を容易に行うことを可能にする技術が提案されつつある。視覚のモデルとしては，色覚，時空間
特性，運動視特性，立体視特性など初期処理についての定量的なものが幾つか提案されている。
注意や物体表象などの高次処理についても抽象的ではあるが，一定の有効性を示すものが提案され始めている。しかし、オンライン実験・モ
デルのいずれでも、各研究者が独自の技術とノウハウによってハンドメイドで作り上げるか，専門組織に依頼する現状がある。それらは一般に共通の環境をもたないため、他者による改良が困難で，相互関連を検討することにも困難が伴う。本研究では、平成 31 年度から令和 3 年度に実施した「視覚モデル共有環境の構築」で進めた検討を基礎に、多様な視覚機能の研究において，多数の研究者間で実験の共有とデータ・
ドライブンな議論を可能にすると共に、さらにそれら視覚機能を共通のフレームワークの上に構築可能として総合的に視覚を理解するための共通環境利用の実質化について研究した。
[4]研究計画及び内容
心理実験環境については，塩入が中心となって，オンラインベースで共用・拡張が容易な環
境に必要十分な仕様を検討した。モデル構築環
境については，酒井が中心となって前駆的な環境構築の検討を行なった。他の参画者は，環境仕様に関する情報提供及びユーザーとしてそれぞれが専門とする多様な実験・モデルについて適用の提案・課題抽出・評価を行なった。
視覚心理実験環境に関しては，多様な視覚実
験刺激および実験手続きに対応できる構築環境について検討した。機械学習や自然画像を利用した新たな視覚研究パラダイムについても議論・勘案した。具体的には、PsyhoPy, Psychlopsを元にしたシステムなどについて検討した。さらに，近年盛んになっているオンライン実験に対応した最新のオープンソースである
PsychoPy3，jspsych などの適用可能性を検討し215

共同プロジェクト研究

た。
た。モデル環境に関しては，視覚経路における多様な実験分担者・参画者は，環境仕様に関
階層構造のモデルを提供し，入力刺激に対するする情報提供及びユーザーとしてそれぞれが専基本的な応答を推定することができるモデル環
門とする多様な実験・モデルについて適用の提境の構築について検討した。検討する環境にお案・課題抽出・評価を行った。多様な実験を実いて，データの可搬性についても議論した。オ
施している研究分担者らとの情報交換・議論にープンデータの理念のもとに、異なる研究者、
よって、多くの研究者が利用できる視覚モデル
実験の間でデータを有用に活用するほか、既存のデザインの方向性を示すことができた。
のデータの集積によって新たな知見を生み出す
ことを可能にするために重要な項目を検討した。
プラットホームとしては，神経科学分野の研究 （5-2）波及効果と発展性等検討してきた環境を基にした研究について先者に広く使われている MATLAB ベースの環境
駆的事例について研究会を行なった。多様に進を利用した視覚処理モデル環境を中心に検討し化を続ける視覚科学において、多くの研究者がた。これらによって，実験に先立った計画段階利用できる視覚モデルが構築できれば、研究成から皮質計算が予測できる実験計画系，すなわ
果の蓄積、構造化において飛躍的な協調的発展
ち実験刺激に応答する標準的な視覚モデルにつが期待できる。さらに、多くの最新の実験・モ
いて検討した。議論・検討された項目についてデルが多くの人に利用できる環境も整うため、留意して、実際の実験データの解析・シミュレ
映像技術への貢献も期待できる。
ーションを実施した。
研究成果の蓄積、構造化において飛躍的な協調的発展が期待できる。視覚機能の研究におい［ 5 ］研 究 成果 と 波 及効果 等て報告する心理物理実験や生理実験の機能検討（5-1 ）研究成果に資することのできる，オープンで基礎を共有
実際の心理実験・モデルとして、自発的注意する実験環境とモデル環境を構築することによに関する研究をケース・スタディとして取り上げて、環境構築の基礎について議論・検討した。 って，研究者間のデファクトスタンダードを提供し，タイムリーで齟齬のない議論と相互検証
注意変化にともなってどのようなダイナミクスを可能にする効果が期待できる。本研究の成果変化が起きえるかを理解するために、脳活動をを取り入れて、いくつかの大型競争的外部資金計測することを心理実験と EEG 計測によって行に応募し、科研費(基盤 A)(塩入愉 代表)の獲得なった。自発的に注意を移動させる前後に、全に繋がった。
頭(64ch)から EEG を記録した。記録を解析した
ところ、注意移動の直前にダイナミクスが変化していることが判った。具体的には、全頭を対 [6]まとめと今後の課題
視覚機能の研究において心理物理実験や生理実象にして，活動の持続時間、活動が観察された地点数の累積頻度を、注意移動時を起点とした 験の機能検討に資することのできる，オープンで経過時間の関数として求めた。このダイナミク 基礎を共有する実験環境とモデル環境の構築を可スを Power Exponent で代表したところ、持続時 能にする基礎研究を行なった。オープンデータ・
間・活動地点数ともに、注意移動の経過時間に ビッグデータ解析の普及に対応するオープンな実
依存して変化することが判った（図１）。特に， 験環境の実用化が期待される。
注意移動直前に活動が上昇する傾向を示し、注
意移動のタイミングを注意移動の発生前に検出できる可能性が示唆された。
一連の心理実験は東北大学、解析およびモデ
ル実験は筑波大学と、遠隔で行われた。この遠隔連携研究によって、心理実験の再現・実験とモデルの連携など、オンライン共有環境に必要な事項について理解が進んだ。これらを基に、心理実験環境については，塩入が中心となって，オンラインベースで共用・拡張が容易な環境に必要十分な仕様を検討して前駆的な環境構築を
図１. EEG ダイナミクスの解析。注意を移動し行った。モデル構築環境については，酒井が中た約 1500ms 前に Power Exponent が変化した。
心となって前駆的な環境構築を行った。さらに、 このことは，EEG のダイナミクスが注意移動前
この結果について分担者を交えて議論を行なっに変化したことを示し，注意移動を生起する情て、問題点の指摘や今度への方針などを検討し報の伝達が生じたことを示唆する。
216

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
Representation of Natural Contours by a Neural
Population in Monkey V4.
I. Machida, M. Shishikura, Y. Yamane, and K. Sakai(2024) eNeuro, 11 (3), 1-17, DOI:
https://doi.org/10.1523/ENEURO.0445-23.2024
Correlation between neural responses and humanperception in figure-ground segregation.
M. Shishikura, H. Tamura, and K. Sakai (2023)
Frontiers in Systems Neuroscience, 12 January 2023,
Volume 16 – 2022; doi: 10.3389/fnsys.2022.999575
Dimensionality of the intermediate-level
representation of shape and texture in monkey V4.
A. Kodama, K. Kimura, and K. Sakai (2022)
Neural Networks, Vol. 153, 444-449
Figure-ground responsive fields of monkey V4
neurons estimated from natural image patches.
K. Kimura, A. Kodama, M. Shishikura, Y. Yamane and
K. Sakai (2022)
PLoS ONE, 17(6):e0268650, 2022,
doi:10.1371/journal.pone.0268650(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
The Reality of a Head-Mounted Display (HMD)
Environment Tested via Lightness Perception.
I Kuriki, K Sato, S Shioiri (2024)
Journal of Imaging 10 (2), 36
Different Mechanisms for Visual Attention at the
Hand-movement Goal and Endogenous Visual
Attention.
W. Wu, Z. Li, T. Miura, Y. Hatori, C. Tseng, I.
Kuriki, Y. Sato, S. Shioiri (2023)
Journal of Cognitive Neuroscience 35 (8), 1246-1261
Analysis of facial expressions to estimate the level ofengagement in online lectures.
R. Miao, H. Kato, Y. Hatori, Y. Sato, S Shioiri,(2023) IEEE Access, vol. 11, 76551-76562
Self-initiation of attentional shift during visual search.
D. Z. Hou, S. Sai, Y. Sato, Y. Hatori, C. H. Tseng, S.
Shioiri (2023) Perception, Vol.52, 39
Size Modulation of Visual Attention Estimated by
Steady State Visual Evoked Potential.
G. Chen, S. Shioiri, Perception, Vol.52, 55
Neural activities preceding self-initiated attention.
D. Z. Hou, S. Ono, Y. Sato, Y. Hatori, C. H. Tseng,
W. Wu, K. Kobayashi, S. Shioiri (2023)
Perception, Vol.52, 56
217

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R04/A15

研究課題名
学習支援のための追体験システムの構築[ 1 ］ 研究 組織
研究代表者：
塩入 諭（東北大学電気通信研究所）
通研対応教員：塩入 諭（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
YUEH, Hsiu-Ping（国立台湾大学）
Weijane Lin（国立台湾大学）
満上 育久（広島市立大学）

されたボタン押しで知ることができた。集中度に関しては、実験終了後評定者が顔映像を観察し、主観的に判断した値を利用した。
利用された問題は、山岳アラペシュ語と日本語の間の翻訳に関する問題であり（図 1）、９人の日本人が参加した。問題の開放にかかった時間は、
平均で 50 分程度、正答率７０%であり、ヒントボ
タン利用数は平均で 36 回程度であった。

[2 ]研究期間
令和 5 年 4 月 ～ 令和 6 年３月[ 3 ] 本 プ ロジ ェ ク トの目 的 、 背景や 概 要
人間性豊かなコミュニケーションのためには、多くの点で異なる個人の間の相互理解を促進するツールの開発が望まれる。代表者らは、他人の視点でものを見ることを支援するための研究を始め、特定の個人の認知・行動の理解、モデル化に関する検討を、共同研究プロジェクトとして「H31/A23 学習支援のための追体験システムの構築」などにより実施してきた。本提案はそれらの実績に基づいて、複数の学習場面での学習者の注
意状況の推定方法の向上を目的とした。
[ 4 ] 研 究 計画及 び 内 容
本研究では、特定の課題の学習時の学習者の認
知・行動特性を計測し、学習行動の AI クローンを構築することを目的とする。学習内容として分
担者 Yueh らの開発した自己学習教材を利用し、対象とする認知特性・行動特性としては、計測結果に基づく無意識的判断も含めた多様な分析を計画した。2023 年度は、言語オリンピックの問題
を解決中の、集中度及び助力必要状況に関する心的過程予測で下記の成果をあげた。
Web 上での自己学習教材を利用し、言語オリン
ピクうの問題である、未知の言語と日本語の間の翻訳の課題を利用し、参加者が問題解決を行なっている間の顔映像を計測した。作成した web 教材
環境では、ヒントを要求するためのボタンが準備されていて、参加者が助力が必要である時は記録
218

図１ 実験に利用された言語オリンピック問題。
左の文章対があたえられ、右側の問題を解く。

図２ 顔映像の分析。OpenFace を利用し、顔特徴の使用である Action Unit (AU)を分析し、心的状態の推測に利用する。
実験結果の分析として、オープンソースの解析ソフトである OpenFace を用いて（図 2）、顔特徴の使用である Action Unit (AU)を抽出、ヒントボ
タンを押す直前の AU の特徴、集中度評価値心的状態の推測に利用し顔表情による助力要請及び集中度に関連する心的過程の推測が可能であることを示した。
［ 5 ］研 究 成果 と 波 及効果 等（ 5 - 1 ） 研究成 果
学習者の認知行動予測システムを想定した実験を設定し、機械学習を顔表情から心的過程である、
ヒント要求時、集中度の予測を試みた。
助言が必要と考えている心的過程を、顔表情を共同プロジェクト研究

用いて推定可能かどうかが本研究の第１の目的である。ヒント要求ボタンが押された時間の 4 秒から 1 秒前までの間の顔映像を利用し（直前 1 秒はボタン押しそのものに関する心的活動、行動の影響が含まれるためは排除）、その AU を入力としてヒント要求の有無を推定するために LightGBM を用いたモデルを構築した。モデル構築のために、
ボタン押しの直前の AU とそれ以外の区間から任意に選択された３秒間の AU を利用し、ボタン押
図３ ヒント要求の推定評価結果。AU に加えし前であるか否かの２分類を学習した。図３に、て、頭部運動、視線位置、及ぼそれらの組み評価に利用する特徴は、AU に加えて、頭部運動、合 わ せ の 指 標 に 対 し て の 、 F1, AUC(Area
視線位置、及ぼそれらの組み合わせを利用した。
under the curve), Accuracy の３種の評価結頭部運動と視線位置は、OpenFace の出力を利用
果を示す。
した。の指標に対しての、F1, AUC(Area under
the curve), Accuracy の３種の評価結果を示す。
AUC は Receiver Operating Characteristic (ROC)の下の面積。F1 は 正刺激の内の正応答比率、正応答に対する正刺激への正応答比率の調和平均、
Accuracy は全応答に対する正解応答比率である。
評価結果は、頭部運動と AU が含まれている場合に安定して高い数値を示し、顔表情が助力要求に関わる心的状態の予測に利用できることがわかる。 図 4 集中度推定評価結果。AU に加えて、頭部運動、視線位置、及ぼそれらの組み合わせ
また視線についても一定の精度で予測が可能であの指標に対しての、F1, AUC(Area under the
ることがわかる。一方で特徴の組み合わせによる
curve), Accuracy の３種の評価結果を示す。
顕著なシナジー効果は見られなかった。
図４は集中度評価に対する推定結果を示す。ヒ
ント要求と同様に頭部運動と AU が有効であり、 （5-2）波及効果と発展性等
視線も予測に利用できる。また組み合わせること
顔表情の分析技術は進歩していて、情報デバイによる顕著な向上効果は見られない点もヒント要 スを利用した学習や遠隔コミュニケーションなど
求の場合と同様である。
での利用が期待されている。それらは画像処理的意に選択された３秒間の AU を利用し、ボタン 技術や深層学習による表情分析など多くの研究が押し前であるか否かの２分類を学習した。図３に、 あるが、注意や集中など心的状態の推定について評価に利用する特徴は、AU に加えて、頭部運動、 は、十分な検討がなされていない。本研究の問題
視線位置、及ぼそれらの組み合わせを利用した。 意識は高精度の心的状態の推定と、それを顔表情
頭部運動と視線位置は、OpenFace の出力を利用 から予測することであり、それにより集中度と注した。の指標に対しての、F1, AUC(Area under 意状態の推定方法が確立できれば、多くの場面へ
the curve), Accuracy の３種の評価結果を示す。 の展開が可能となる。本研究グループは、そのた
AUC は Receiver Operating Characteristic (ROC)の下 めに次年度も新規の提案を申請中である。
の面積。F1 は 正刺激の内の正応答比率、正応答に 対 す る 正 刺 激 へ の 正 応 答 比 率 の 調 和 平 均 、 [ 6 ] ま と めと今 後 の 課題
Accuracy は全応答に対する正解応答比率である。 学習者の顔表情から学習時の集中力に加えて、学評価結果は、頭部運動と AU が含まれている場合 習者の心理状態として重要と考えられる、「助力に安定して高い数値を示し、顔表情が助力要求に を要望する状態」の推定が可能であることを示し
関わる心的状態の予測に利用できることがわかる。 た。助力が必要な学習者に問題を解くヒントを与また視線についても一定の精度で予測が可能であ えるなどの対応は、学習支援として有効と感がらることがわかる。一方で特徴の組み合わせによる れ、今後、助力推定に基づき支援提供（ヒントの顕著なシナジー効果は見られなかった。
提供など）を実施するシステムを開発することが
図４は集中度評価に対する推定結果を示す。ヒ 課題である。
ント要求と同様に頭部運動と AU が有効であり、視線も予測に利用できる。また組み合わせることによる顕著な向上効果は見られない点もヒント要求の場合と同様である。
219

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
1.

GY Wang, H Nagata, Y Hatori, Y Sato, CH
Tseng, S Shioiri, Detecting Learners' Hint
Inquiry Behaviors in e-Learning Environmentby using Facial Expressions, 331-335, 2023

2.

R. Miao, H. Kato, Y. Hatori, Y. Sato, S. Shioiri,
Use of facial expressions to estimate level ofattention while watching video lectures, Journalof Vision, 23, 4726, 2023, 2023

3.

Y. C. Chen, S. L. Yeh, W. Lin, H. P. Yueh, and L.
C. Fu, "The Effects of Social Presence andFamiliarity on Children-Robot Interactions,"
Sensors (Basel), vol. 23, no. 9, Apr 24, 2023

4.

W. Lin, , PL Hung,, HP Yueh, Design of an AR
Application to Support Students with CVD in
Learning Chemistry. In: Rau, PL.P. (eds) CrossCultural Design. HCII 2023. Lecture Notes in
Computer Science, vol 14024. Springer, Cham,
2023

5.

船田深結， 満上育久、眼球・頭部協調運動の再現が CG アバターの 「人間らしさ」 に
与 え る 影 響 の 調 査- IEICE Conferences
Archives, 2023

6.

對馬理向， 原田翔太， 満上育久、表情と視線を制御した顔表情映像の印象評価、研究報告コンピュータビジョンとイメージメ
ディア (CVIM), 2024220

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R04/A16

研究課題名
顔表情分析の遠隔医療応用に関する研究
は，医師不足や感染予防の観点から活動が制限さ[1］研究組織れる状況にあり，継続的な診療を行うことが困難
研究代表者：になっている．研究分担者の板谷は，在宅医療や佐藤 好幸（愛知淑徳大学人間情報学部）
在宅介護における ICT 機器の活用に関する研究を
通研対応教員：
行ってきた．これらの ICT 機器の利用の際には，
塩入 諭（東北大学電気通信研究所）
顔表情などの多様な情報を同時に取得することが研究分担者：
板谷智也（金沢大学医薬保健研究域保健学系） 可能である．そのような多様な情報を活用することで，在宅医療を受ける患者の QOL を維持する
北村喜文（東北大学電気通信研究所）
ための自動状態推定手法や遠隔対話手法などにつ伊藤彰則（東北大学大学院工学研究科）
ながる技術開発研究を行っていく．
[2 ]研究期間
令和 5 年 4 月 ～ 令和 6 年３月[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
昨今のパンデミックの状況下において，ウェブ
会議システムや ICT 機器を用いた非接触型のコミュニケーションの重要性が，医療・教育・ビジネ
スなどをはじめとする社会のあらゆる場面において非常に高まっている．オンラインによるコミュ
ニケーションは距離や時間の制約がなくなるという明確な利点があるため今後も継続的に使われていくことが予想される一方で，対面的なコミュニ
ケーションとは得られる情報が異なるため，その有効性については不明な点も多く，様々な観点からの研究が望まれる．研究代表者の佐藤および通研担当教員の塩入らはこれまで，顔表情を用いて個人の認知・行動を理解・予測する研究などを共同で行ってきた．近年の多くの ICT 機器にはカメラが搭載されており，それを用いて容易に顔表情を得ることができる．また，オンラインコミュニ
ケーションにおいても顔映像を撮影・送信しながら行うことが一般的になってきている．代表者らが発展させてきた顔表情の機械学習解析技術等を活用し，それに加えて研究分担者である伊藤の音声解析技術や北村のユーザーインターフェースに関する知見も融合させることで，これら技術の社会的に有用な応用例を検討することが本研究計画の主たる目的である．
本計画では特に，これら技術の応用例として，
遠隔医療応用に注力する．近年，在宅ケアの重要性が認識されているが，在宅医療の現場において[4]研究計画及び内容
全体の計画としては，在宅医療患者の健康状態などの推定を，顔表情などの簡易に測定可能なデータから自動的に行う遠隔モニタリング・遠隔対話システムの開発をめざし，そのために議論を重ねながら段階的にシステムの開発を行っていく．
臨床現場においては，医療従事者は対面で会話を行う際の患者の表情などから状態をある程度推定可能であると言われるが，どのような情報から推定が可能となっているのかは明らかになっておらず，観察者ごとに異なる特徴に注目している可能性もある．しかし，そのような推定が可能であるならば顔表情などに何らかの情報が含まれているはずであり，機械学習的手法を用いて判断にとって重要な特徴を抽出することが可能となることが期待される．
それらの目的のもと，研究グループによる議論を重ねて，在宅医療において必要とされるシステ
ムについて具体化していくとともに，予備的なシステムの構築及び検証を行っていく．
本研究において構築するシステムは使用者各自が自宅などで使用することを想定しているため，あまりコントロールがされていない個人ごとの環境差が大きい状況における測定となる．一般的に，
そのような環境で取得されたデータから機械学習を行うと精度が低くなる傾向があるため，その点をどのように解決していくかを検討していく必要がある．
ICT 機器からは顔表情の映像だけでなく，音声も取得できるため，伊藤の持つ音声解析技術に関221

共同プロジェクト研究する知見を活用して多様な情報を用いることも検 を下す指針となりうる．さらに，豊富な経験に基討する．また，システムを実際に活用してもらう づき学習された判断基準を，未習熟者に訓練させためにはユーザーインターフェースを洗練させる ることができるようになる可能性もある．このよ
必要が出てくるため，北村の持つ技術・知見を活 うな，熟練者による直感によりコミュニケーショ
用し，より使いやすいシステムの実現を目指す． ンを通して相手の状態を判断するということは，また，医療情報の利用にあたってはプライバシ 教育など他の分野でも行われていることであるたーも大きな問題となる．技術的な面だけではなく め，ここで開発した手法をより広い分野に応用でプライバシー保護の観点からも議論を重ねていき， きる可能性がある．
これらの課題を解決しながら，医療・介護支援において有用なシステムの具体化について検討を行[6]まとめと今後の課題
う．
本プロジェクトにおいては，昨年度と本年度の成果として，応用上の問題点の洗い出しと，顔［5］研究成果と波及効果等
表情分析の基盤技術の研究を行った．
（ 5-1 ） 研究成 果
昨年度においては，在宅医療現場の現状や求本年度は，本プロジェクトにおける基盤技術
められている技術などに関する議論を行った．そとなる，顔表情による内的状態の自動判断手法に関する研究を行った．特に，顔表情の個人差に関 の結果，日常な介護を行うケアテイカーが患者の状態を判断するための補助となるシステムや，患する検証を行った．
本研究では，内的状態として画像に対する主 者の状態を日常的に記録し大きな変化が観察され観評価を対象として，実験計測及び顔表情分析技 たときにアラートするシステムなどが特に有用で術開発を行った．画像に対する好みに関する絶対 あるとの見解を得た．
また，本年度は顔表情の個人差に関する研究
評価と相対評価を行う実験を行い，実験中は顔表
情及び脳波データを計測した．主観評価を，評価 を行った．大きな個人差はあるものの，課題によ
時の顔表情及び脳波データから予測するように機 っては異なる個人のデータも活用しつつ内的状態械学習モデルを学習させ，モデルの予測精度を検 の推定が行えることを示した．
本プロジェクトは，顔表情分析技術を在宅医療証した．その結果，絶対評価に関しては予測を行に応用することを目的としてスタートしたが，顔う参加者のデータだけでなく，他人のデータも学習に用いたほうが予測精度が上がることを示した． 表情分析を主として担当する代表者である佐藤と，それに対して，相対評価に関しては他人のデータ 在宅医療応用を主として担当する分担者の板谷のは予測精度の向上に寄与しないこと示した．どち 両者が本年度中に大学の移籍をしたことにより，らの場合も，他人のデータのみを使う場合は予測 研究方針の変化や多忙などの理由で本プロジェク
トを継続することが困難となったため，本プロジ
精度が大きく落ちた．
これらの結果から，内的状態が顔表情に現れる ェクトは本年度を持って終了とすることとなった．
将来的には，本プロジェクトの成果として得らプロセスには大きな個人差が存在すること，およれた顔表情分析の基盤技術を発展させることで，び課題によっては個人間での共通性もあり，他人のデータも予測に際し有用であることがわかった． 在宅医療現場において応用可能なシステムを構築することが望まれる．
（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
顔表情分析などの技術により，患者の状態推定を行うことができれば，遠隔医療をより効率的に行うことができるようになり，医療関係者の負担の軽減が期待できるとともに患者の QOL 向上につながる．また，患者にとっては簡便に自分で状態を客観的にチェックすることができるようになる
ため，病院へかかる適切なタイミングを知ることにもつながる．また，医療従事者にとっての直感的判断を参考にして機械学習モデルを構築することができれば，医療従事者本人にとっても自分が何を基準に判断を行っているかについてのフィー
ルドバックを与えることができ，より的確な判断222

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
・Yoshiyuki Sato, Kazuma Fujimaki and Satoshi
Shioiri, “Different cognitive mechanisms
underlie absolute and relative evaluation ofimages”, APCV 2024 (accepted)(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・Renjun Miao, Haruka Kato, Yasuhiro Hatori,
Yoshiyuki Sato, Satoshi Shioiri, "Analysis ofFacial Expressions to Estimate the Level ofEngagement in Online Lectures" IEEE Access,vol. 11, pp. 76551-76562, 2023
・ Guan-Yun Wang, Hikaru Nagata, Yasuhiro
Hatori, Yoshiyuki Sato, Chia-Huei Tseng, andSatoshi Shioiri. "Detecting Learners' Hint
Inquiry Behaviors in e-Learning Environmentby using Facial Expressions." In Proceedingsof the Tenth ACM Conference on Learning @Scale (L@S '23). Association for Computing
Machinery, New York, NY, USA, pp. 331–335,
2023

223

共同プロジェクト研究

RIEC Nation-wide Cooperative Research Projects Report
Grant No.

R04/A17

Title
Creation, manipulation, and electrical control of chiral spin textures in non-collinear
antiferromagnetic heterostructures

Furthermore, due to the presence of vdW-bonded layers,[1］Research Organization
it is possible to mechanically exfoliate these NC AFMs
Principal Investigator：
in a layer-by-layer manner, enabling the understanding
Prof. Dr. Oleg A. Tretiakovof the possible connection between topology andResearch Collaborator of RIEC：
magnetism as well as flexible fabrication of NC-AFM
Prof. Dr. Shunsuke Fukami
heterostructures. In FY 2023-24, we successfully
Research Collaborator
synthesized single-crystalline NC AFM Co1/3NbS2 and
Dr. Samik DuttaGupta
evaluated its structural and magnetotransport properties[2] Research Period
from RT down to cryogenic temperatures.
2023, April ～ 2024, March［5］Research Results and Ripple Effects[3] Purpose, Background, and Overview of the（5-1）Research Results
Project
The single crystals of Co1/3NbS2 (CNS, hereafter) are
The realization of high-speed and low-powergrown by chemical vapor transport (CVT) method,
consuming computing architectures is a crucial
reported in our previous works. The Co:Nb:Schallenge towards the development of high-throughput
concentrations of 0.33: 0.98: 1.95 were determined
intelligent computing paradigms. Antiferromagnet
using wavelength dispersive X-ray (WDX)(AFM)-based spintronic devices, with their unique bulk
spectroscopy measurements. Figure 1(a) shows theand topological properties, along with the utilization of
optical micrograph image of the mm-sized single
spin-orbit interactions integrating charge, spin andcrystals obtained using CVT method. Structuralorbital degrees of freedom offer a promising route forcharacterizations were carried out using X-ray
ultra-fast, dissipation-less, dense spintronic devices,
diffraction measurements (Fig. 1(b)).
complementing ferromagnet-based architectures. This
project aims at the exploration of creation,(b)
manipulation, and control of topologically protected(a)spin textures in non-collinear antiferromagnetic
heterostructures with a focus on future spintronicsbased antiferromagnetic hardware architectures.
[4] Research Plan and Content
AFMs and ferromagnets (FMs) constitute two
fundamental forms of magnetic material, where themoments are aligned in an anti-parallel manner in theformer leading to a net zero magnetic moment. Figure 1. (a) Optical micrograph of the single crystalline
Utilizing a “collinear” AFM/non-magnet (NM) system, Co1/3NbS2 synthesized using chemical vapor transport technique.
we have demonstrated electrical “reading” and “writing” (b) X-ray diffraction pattern at room temperature of the single
of antiferromagnetic moments, without any auxiliary crystalline Co1/3NbS2.
FM. However, collinear AFM spintronic devices sufferfrom major challenges, viz. small output signal, and The observed Bragg peaks can be indexed with (00l)partial or un-correlated current-induced switching peaks, indicating that the sample surface corresponds todynamics. A possible solution corresponds to the the ab plane with the c-axis along the out-of-planeutilization of recently discovered hexagonal non- direction. Besides, any new peak corresponding to
unreacted elements or peak shifts due to unintentional
collinear (NC) topological AFMs.
TM1/3MS2 (TM=3d transition metals and formation of other Co-Nb-S variants was not observed,
M=Ta, Nb) are promising candidates for NC indicating a homogenous mixing of Co, Nb and S.
Subsequently, electrical and magnetotransport
antiferromagnetism in a triangular lattice. It consists ofmeasurements
were performed by a physical property
metallic MS2 with triangular layers of TMs
measurement
systemusing a conventional four-probe
intercalating into a van der Waals (vdW) gap of MS2.
technique.
To
check
the
reproducibility of the observed
Such intercalation alters the atomic positions of sulfur
results,
similarexperiments
were repeated in separate
atoms, leading to the chiral magnetic structure.
224

共同プロジェクト研究

single crystals of different sizes. Longitudinal (ρXX) andtransverse (ρXY) resistivities were obtained as afunction of both temperature and applied magnetic field(H). An applied dc I (⊥ c-axis) of magnitude 10 mA waspassed through the single-crystals along the crystal abplane. The resulting change in ρXY under simultaneous
application of external H (along z or x directions) and I
was obtained by measuring voltage drop along the ydirection. For applied H (|| c-axis), we have observed asizable Hall resistance, which can be attributed to theanomalous Hall effect, possibly originating from theinterplay of topology and magnetism in the NC-AFM
structure.
On the theory side, we investigated the
dynamics, creation and electric control of chiral spin
textures, such as merons and skyrmions, first incollinear antiferromagnets [1] and ferromagnets [2-4]and now trying to extend these ideas to NC-AFM
structures.
（5-2）Ripple Effects and Developmental Potential
This work aims at experimental investigations in thistechnologically relevant field of vdW NCantiferromagnetic spintronics. Building from ourprevious works on single crystalline vdW ferro andantiferromagnets, we have initiated a new direction
towards development of functional vdW spin-based
devices. Using magnetotransport techniques, we haverevealed crucial insights enabling the understanding ofunderlying interactions, necessary for the development
and utilization of vdW materials for future spintronic
devices. The results obtained from the project are
expected to initiate a new direction for the utilization of
vdW magnets and non-magnets for future spintronic
devices.
[6] Summary and Future Challenges
Two-dimensional (2D) van der Waals (vdW) magnetic
materials have attracted a lot of attention owing to thestabilization of long-range magnetic order down toatomic dimensions, and the prospect of novel spintronic
devices with unique functionalities. the next step is theclarification of the magneto-resistive properties and its
correlation to the underlying magnetic configurations
in mesoscopic regime is essential for 2D vdW-based
AFM spintronic devices. The present results provide aclue to tailoring of the underlying interactions in the
NC-AFM vdW quantum material, necessary for therealization of a variety of unconventional spin texturesfor 2D vdW-based spintronics.

generated and controlled at room temperature, Nature
Nanotechnology 18, 849 (2023).
2. S. S. Apostoloff, E. S. Andriyakhina, P. A. Vorobyev,
O. A. Tretiakov, and I. S. Burmistrov, Chirality
inversion and radius blow-up of a Neel-type skyrmion
by a Pearl vortex, Physical Review B 107, L220409(2023).
3. X. Zhang, J. Xia, O. A. Tretiakov, G. Zhao, Y. Zhou,
M. Mochizuki, X. Liu, and M. Ezawa, Reversible
magnetic domain reorientation induced by magnetic
field pulses of fixed direction, Physical Review B 108,
064410 (2023).
4. X. Zhang, J. Xia, O. A. Tretiakov, M. Ezawa, G. Zhao,
Y. Zhou, X. Liu, and M. Mochizuki, Chiral SkyrmionsInteracting with Chiral Flowers, Nano Letters 23,
11793 (2023).
Conference Presentations:
1. S. DuttaGupta, R. Roy Chowdhury et al.,Unconventional emergent Hall effect phenomena in avan der Waals ferromagnet Fe3GeTe2, 2dMAT: A
discussion meeting on 2D Materials, January 18-19th
2024, S N Bose National Center for Basic Sciences(SNBNCBS), India (Invited Talk).

【Appendix】
Papers:1. O. J. Amin, S. F. Poole, S. Reimers, L. X. Barton, F.
Maccherozzi, S. S. Dhesi, V. Novak, F. Krzek, J. S.
Chauhan, R. P. Campion, A. W. Rushforth, T. Jungwirth,O. A. Tretiakov, K. W. Edmonds, and P. Wadley,
Antiferromagnetic
half-skyrmionselectrically225共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和  年）

採択番号  R04/A19

研究課題名
単一光子検出のための超伝導ナノワイヤーに関する研究
>］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
美馬 覚（情報通信研究機構）

 産業技術総合研究所の加藤らは、エネルギー分解能が高く可視光・近赤外光において光子数を識別可能である超伝導転移端センサーに開発において、性能を決めるパラメータの 1 つであるタイミ
通研対応教員：ングジッタを改善する検討を行った。インダクタ
佐藤 茂雄（東北大学電気通信研究所）
ンスを小さくして、室温読み出しの帯域幅を広くとることと、TES の体積を小さくすることで、 TES のタイミングジッタが改善することを理論的に得た。
>@当該年度の研究実績の概要
 横浜国立大学の星加らは、低消費電力かつ数本プロジェクトは本年度が２年目であり、プロ GHz の高速動作が可能な超伝導集積回路である断ジェクトの始動にあたり国内の各研究機関の研究 熱量子磁束パラメトロン（AQFP）を用いた乗算
者と技術討論を行うべく、東北大学で  年  器の実証について報告した。本研究では、乗算ア月 日、 日の日程で、電子情報通信学会超伝 ルゴリズムとして array 型と Wallace-tree 型に基づ導エレクトロニクス研究会と共同で研究会を開催 いた 4 ビット乗算器をそれぞれ設計し、HSTP をした。会議はオンラインとオンサイトのハイブリ 用いて作成した。ランダムパターンを含むテスト
ッド形式で行われ、 日が合計  名、 日が合 パターンに対して、どちらの乗算器の出力も正し
計  名の参加があった。会議では、招待講演２ いことを低速測定で確認した。
件の他、超伝導ナノストリプ型検出器、超伝導転  埼玉大学の五十嵐、成瀬らは、力学インダクタ
移端センサー、超伝導集積回路、超伝導共振器、 ンス検出器の一種である LeKID をベースとして、
超伝導トンネル接合素子、物理実験用超伝導検出 高いエネルギー分解能を実現させるために、イン器の研究発表が行われた。研究成果の発表に対す ダクタ部分を基板から浮かせた橋状に加工し、評る活発な意見交換がなされ、有意義な研究会にな 価を行った。エアブリッジと呼ばれる浮かせた部
った。
分の割合を 0.5%から 30％に拡大することで、エ
本年度開催された研究会の発表内容を以下に アブリッジ構造部分の応答を確認することが出来記す。
た。
東京大学の遠藤らは、光電場の直交位相振幅に  東北大学の石村らは、超伝導単一光子検出器に量子状態をエンコードする連続量光量子情報処理 おける薄膜の結晶性と検出器性能との相関解明、の研究において、その実現のボトルネックである および性能向上に向けた設計指針の構築を目的と非ガウス型と呼ばれる量子状態の生成で、高性能 して、MgO(100)基板と格子整合性の良い TiN のの光子数識別機を必要とする。本公演では、超伝 特性評価の報告を行った。N2 流量比によって、導ナノストリップ型光子数識別器の詳細と、それ TiN 膜の転移温度と抵抗率の関数である磁場侵入を利用した非ガウス型状態生成の可能性について 長を 160~280nm の範囲で制御できることが分か報告した。
った。TiN ワイヤの電流分布の非一様性も確認し 情報通信研究機構の知名らは、量子光学や量子 て、Ar イオンビーム照射によって TiN 膜の磁場
センシング等の分野において求められている、波 侵入長の向上や臨界電流密度の低減が可能である
長 2 μm 帯で高効率な超伝導ナノストリップ単一 ことを明らかにした。
光子検出器（SNSPD）の開発について報告した。 これまでに、超伝導ナノワイヤ単一光子検出器
SiO2/Si 誘電体多層膜光共振器上に配置された窒 については 2022 年度に、近赤外光より光子のエ化ニオブチタンナノストリップの光吸収率が、 ネルギーが小さい中間赤外域で単一光子検出器の98%になることを確認した。次に、ファイバと結 性能の向上のため、超伝導体の窒化ニオブチタン
合して、測定温度 0.76K でシステム検出効率が の転移温度を約４K と低くした超伝導ナノワイヤ
84.1％に達することを確認した。
を誘電体多層膜上に作成・評価した。
226



共同プロジェクト研究

波長が 4.3μm の中間赤外光に対して、超伝導ナ
ノワイヤに吸収された光子の検出効率（内部効率）
が 85%を達成していることを示した。2023 年度
は、さらに窒化ニオブチタンの細線化、薄膜化を推し進め、波長が 4.3μm と 6.1μｍで、超伝導ナノワイヤに吸収された光子の検出効率（内部効率）
が 100%を達成していることを示した>@今後の研究の推進方策
本共同プロジェクトは、超伝導ナノワイヤ単一光子検出器の製作と性能評価を中核にし、参画
メンバーの共通基盤である超伝導薄膜や超伝導細の微細加工技術の課題に対して、得られた知見の共有と次世代の超伝導デバイスの基盤構築を目的としている。また、研究会を開催することで、研究者同士の交流から新しい研究領域の開拓を狙う。
超伝導ナノワイヤ単一光子検出器の開発においては、超伝導薄膜や微細加工の影響が強く出る中
赤外用利器において、システムでの検出効率の向上を目指す。

>論文、学会発表、および関連成果等@
(1) 成果リスト（謝辞あり）
・(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・.RML ,VKLGRVKLUR 6DWRUX 0LPD HW DO“Kinetic inductance detectors on calcium
IOXRULGH VXEVWUDWH IRU DVWURSDUWLFOH
physics”, PTEP 2023 (2023) 10, 103H02
・)&KLQD0<DEXQR60LPD60L\DMLPD
H. Terai and S. Miki , “Highly efficient
1E7L1QDQRVWULSVLQJOHSKRWRQGHWHFWRUVXVLQJGLHOHFWULFPXOWLOD\HUFDYLWLHVIRUDPLFURP
wavelength band”, Optics Express Vol. 31,,VVXHSS  227

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号

R04/A21研究課題名
人体領域通信用指向性伝搬特性に関する研究[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
秋元 浩平（秋田県立大学システム科学技術学部
知能メカトロニクス学科）
通研対応教員：末松 憲治（東北大学電気通信研究所）

るため，新しくブロッキングエリア法を提案した．
最後に，実際の混雑環境を想定した実測によりWBAN 間干渉波電力の定量的評価を行い，提案する干渉波の伝搬モデルとの比較を行った．図 3に測定結果と，提案モデルの結果を示す．実測により干渉波の電力分布が明らかとなり，また提案
モデルにおいては伝搬路から w = 0.3 [m] 以内の人
体ブロッキングを考慮することでモデルの精度が最大となることが明らかとなった．

[2] 当該年度の研究実績の概要
人 体 領 域 通 信 （Wireless body area network:
WBAN）とは人体に装着したセンサノードにより医療用途やエンタテインメント用途などに活用される人体領域通信である．従来のマイクロ波帯
WBAN では人体幅に対して波長が十分に短くな
いため回折により電波が回り込み, 遠くのユーザ
図 1 試作した 2×2 素子パッチアレイアンテナ
ーまで干渉が届く．そのため駅や大通りなどのユ（左: 送信用，右，受信用）
ーザー密集環境下ではユーザー間の WBAN 干渉が発生するという課題がある．本研究では指向性アンテナを用いた WBAN システムを提案し，指向性アンテナによって WBAN における信号波と干渉波を分離させることで，ユーザー間のWBAN 干渉の抑制により上記課題を解決する．
令和 5 年度では指向性アンテナを用いたミリ波
帯での人体領域の伝搬特性を 15 GHz 帯で実測し，
図 2 試作したアンテナの放射パターン
WBAN 間干渉の電波伝搬特性を明らかにした．
まず，信号波と干渉波を分離可能な指向性をもち，かつ人体に装着しやすい形状であることから，WBAN に適しているアンテナである 2×2 素子パッチアレイアンテナを設計した．図 1，図 2 に試作した 2×2 素子パッチアレイアンテナとその放射方向特性を示す．アンテナの大きさは 50 mm 四方で作成しており，人体に装着可能となっている．
また放射指向性も 3-dB ビーム幅で最大 50°以下
図 3 WBAN 間干渉電力の分布特性となっており，信号波と干渉波を分離可能な指向（ユーザ密度 1.0 人/㎡のとき）性を実現した．
つぎに，人体によるブロッキングが発生する場 [3] 今後の研究の推進方策
合の干渉波の伝搬モデルを作成した．干渉波は主周波数を 60 GHz 帯に拡張した実験とモデル化に見通し状況における直接波と，非見通し状況に を行い，ミリ波帯における WBAN の指向性アン
おける回折波が混在し，これら複数パスを合成す テナによる信号波と干渉波の分離効果を示す．そるモデルを検討した．特に複数回の回折が発生す のため新しくアンテナの設計を行い，電気通信研
る場合において直接波成分による誤差が大きくな 究所の設備を使った実験を計画している．
228

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）
・福井 蓮太，秋元 浩平，⼾花 照雄，”15 GHz 帯 2×2 素⼦パッチアレイアンテナを⽤いた WBAN 間⼲渉を想定した複数ユーザ環境における⼈体ブロ
ッキングの測定，” 信学技報, vol. 123, no. 121,
WBS2023-24 SRW2023-22 MICT2023-21, pp.
55-60, 2023 年 7 ⽉.

・福井 蓮太，秋元 浩平，⼾花 照雄，”15GHz 帯 2× 2 素⼦パッチアレイアンテナを⽤いた WBAN
間⼲渉を想定した複数ユーザ環境における⼈体ブ
ロッキングの評価” 信学ソ⼤, B-17-19, 2023 年 9
⽉.
・R. Fukui, K. Akimoto, T. Tobana, “Measurementof human body blocking for inter WBAN
interference in user dense environments using 2
by 2 elements patch array antenna at 15GHz,”
Proc. 2023 Asia-Pacific Microwave Conference(APMC), FR-A3 220339, Dec. 2023.
・⼩澤 常直，秋元 浩平，⼾花 照雄，“60 GHz 帯端
末館通信のための電波伝搬特性，”本荘由利テク
ノネットワーク学⽣パネル発表，2024 年 2 ⽉．
・三⽥ 圭祐，秋元 浩平，⼾花 照雄，“⽣体等価ファ
ントムを⽤いた⼈体電波伝搬特性，”本荘由利テクノネットワーク学⽣パネル発表，2024 年 2 ⽉．

(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・福井 蓮太，秋元 浩平，⼾花 照雄，“15 GHz 帯 2×2 素⼦パッチアレイアンテナを⽤いた WBAN 間⼲渉を想定した複数ユーザ環境における⼈体ブロ
ッキングの測定評価，”2023 年度電気関係学会東北⽀部連合⼤会，2G16，2023 年 9 ⽉．
・栢⽊ 優希，秋元 浩平，⼾花 照雄，“15 GHz 帯単素⼦パッチアンテナの⼈体近傍における反射特性，“2023 年 度 電 気 関 係 学 会 東 北 ⽀ 部 連 合 ⼤ 会 ，
2G17，2023 年 9 ⽉．

・229

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R05/A01

研究課題名
グラフェンエミッタの研究[1］研究組織
研究代表者永瀬 雅夫：
永瀬 雅夫（徳島大学）
通研対応教員：尾辻 泰一（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
なし

[2 ]研究期間
令和５年４月 ～ 令和６年３月[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
SiC 基板上に作製した単結晶グラフェンを用いた積層接合デバイスにおいてこれまでにない特性を持つデバイスを実現する。グラフェンは 2010年にノーベル物理学賞を受賞したナノ材料であるが、これまで目立った実用化の事例は見当たらない。これは、グラフェン研究の多くで再現性が望めない、フレーク状の材料を用いているためである。我々は、SiC 単結晶基板上にエピタキシャル
成長が可能な熱分解生成グラフェンを用いること
により産業応用が可能なデバイスの実現を目指してきた。これまでに遠赤外線放射デバイスやガスセンサ等の実証を行ってきた。近年、２枚のグラフェン試料を対面接合して積層接合を作製し、再現性の高い非線形特性が発現することを見いだした。このグラフェン積層デバイスを用いた新機能
デバイスの実現を目指す。

ではこの接合角を他の系に比べて容易に変化、制御することが可能である。この特性を活かして、各種の接合角のデバイスを作製し、特異な接合角（マジックアングル）を探索して、狭帯域な THz
波放射デバイスの実現を目指す。
具体的な計画としては、まず、デバイス電気特性に関する接合角依存性の取得を目指す。特に、低角度においては二層系 van Hove singularity に由来する、バンド変調効果が期待される。実験的に得られた電気特性と理論的な解析結果を対比させながら、マジックアングルの探索を行う。さらに、特異な接合角に於ける、THz 波放射特性の取得を行う。
［5］研究成果と波及効果等（ 5-1 ） 研究成 果
グラフェン積層接合の電気特性の大きな特徴として、高電圧印加下でのスイッチング特性と負性
微分抵抗特性の発現がある。スイッチング特性としては、電圧印加により高抵抗相から低抵抗相へと可逆的に変化する特徴がある。また、低抵抗相において電流が増大するにつれて接合電圧が低下するといういわゆる S 字タイプの負性微分抵抗が観察される。現時点でこの現象の物理的な背景は不明であるが、理論的な検討も含めて解明する努力を進めている。

・接合角依存性の概略
接合角を変化させることにより、電気特性がどのように変化するかの検討を、接合角 0 度から 30度までの範囲で行った。その結果、いずれの接合角に於いても S 字タイプの負性微分抵抗が観察さ[4]研究計画及び内容れた。これは、負性微分抵抗を含む非線形特性が、これまでにグラフェン積層接合デバイスでは電 グラフェン積層接合系に特有な特性で有ることを流注入による遠赤外線放射を確認している。この 示している。一方で、これまでグラフェン積層接現象は、各種の検討の結果、SiC 基板の表面フォ 合系の実験は多くなされているが、類似の非線形
ノンとグラフェンのプラズモンがカップリングし 特性は報告されていない。これまでの行われた実た結果であることが判っている。おおよそ 10μm 験の多くでは接合部に大きな電界を掛けることにの波長にピークを持つブロードな放射であり、効 成功していない。一方で、我々の接合系では接合率は高いものの高帯域であり、応用上問題がある。 部に大きな電界を掛けることに成功している。こグラフェンの積層接合では接合角を変化させるこ れは、SiC 上グラフェンと金属電極とのコンタクとにより各種の物性を制御することが可能である ト抵抗が小さいことに由来する。また、これまでことが知られている。エピタキシャルグラフェン

230

共同プロジェクト研究の検討範囲では 12 度の接合角に於いて、スイッ と 1014A/m2 に達する高電流密度の大電流のスイッ
チング性能を示す on-off 比が 100 を越えることが チングが行える可能性がある。通常の双方向サイ確認されている。
リスタのデバイス構造は複雑であるが、本デバイ
・低電界領域のコンダクタンス
スの構造は単純であり発展性は大いにあると思わグラフェン積層接合間のコンダクタンスは、 れる。さらに、本デバイスの動作原理の解明には
二層間の原子配置の違いにより接合角に大きく依 超高電界下での新たな電子物性物理の体系構築が存することが知られている。特に、過去のグラフ 必要であり、全く新たな学術領域の創出が期待さ
ェン-グラファイト間の伝導の実験で、接合角が れる。
大きくなるとほぼ単調にコンダクタンスが小さくなるとの結果がある。しかし、我々の結果では、 [6]まとめと今後の課題
SiC 基板上に熱分解法で作製した単結晶グラフ
大きな接合角依存性は無く、その平均値は 231µS
2であり、これは 6 e /h に相当する。このことから、 ェンを用いた積層接合の電子物性の解明を目指し
接合部の実効面積は小さく量子ポイントコンタク た検討を行った。これまでに、電気特性の接合角
ト的な状況が実現されていることが判る。SiC 上 依存性の取得を行った。その結果、検討を行った
グラフェンは高温（約 1600℃）でのアニールに 全ての接合角において負性微分抵抗を伴うスイッより作製されているため、試料には必ず凸状の変 チング特性が観測された。低電界印加領域のコン形が見られる。このため接合部はポイントコンタ ダクタンス値には大きな角度依存性が無かった。
負性微分抵抗を示す、高電界印加領域には角度依クト状態になっていると思われる。
存性がみられた。顕著な角度依存性としては接合・最大接合電圧
負性微分抵抗が発現すると接合電圧は低下す 角 12 度に於いて 100 を越える on-off 比が得られる。この特性から、最大接合電圧が各デバイスに た。
今後は、これまで得られた接合特性を理解する存在する。この最大接合電圧は低接合角（4 度）ために超高電界下でのグラフェン電子物性の理解を除けば、12 度付近で 極小（約 3V）となり 0 度と 30 度で極大（約 15V）となる特性を示し、12 が行える理論的なフレームワークを構築する必要
回対称的な振る舞いをする。本来、グラフェン同 がある。また、van Hove 特異点の発現が期待され士の接合系であれば 6 回対称的な特性になるはず る、低接合角を含む詳細な接合角依存性の取得をであるが、倍の対称性となっている。これは SiC 行う必要がある。さらに、本研究の期間中には到
上グラフェンの特有な状況であるバッファ層（界 達出来なかった、本来の目的である THz 領域の面カーボン層）の存在に由来する可能性がある。 放射特性の計測を進める。
また、最小値である 3V でもグラフェンの層間隔である 0.335 nm に印加されていれば、10 GV/m に達する巨大な電界であり、この電界により負性微分抵抗が発現していることが推測される。
以上述べた、グラフェン積層接合の角度依存性の検討結果は、過去に各種報告されているグラ
フェン積層系では報告されていない結果となっており、SiC 上グラフェン特有の現象が観察されていると考えられる。
（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
本検討で得られた結果は、SiC 上グラフェンを用いた積層接合がこれまでに無い新たな特性を有する接合系であることを示している。現時点で、
デバイス応用として期待される特性は、スイッチ
ング特性であり、電圧印加により動作する両方向サイリスタ様のデバイスが実現されている。現状で、最大の on-off 比は 100 を越えており、さらな
る角度依存性の検討により、より大きな on-off 比の実現が期待される。また、見積もったポイント
コンタクトの実効直径は 10nm 程度であり、僅かな実効面積のデバイスで 10mA 程度の電流のスイッチングが実現されている。電流密度に換算する
231共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
該当無し(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
論文
・H. Murakami, F. Fukunaga, M. Ohi, K. Kubo,
T. Nakagawa, H. Kageshima, Y. Ohno, and M.
Nagase, “Twist angle dependence of graphenestacked junction characteristics”, Jpn. J.
Appl. Phys. 63, 04SP56 (2024).
・ Y. Ohno, A. Shinmen, T. Kinoshita, M.
Nagase, “Energy Harvesting of Deionized
Water Droplet Flow over an Epitaxial Graphene
Film on a SiC Substrate”, Materials 16, 4336
(2023).
・ M. Ohi, F. Fukunaga, H. Murakami, H.
Kageshima, Y.
Ohno, and M. Nagase,“Resistive-switching behavior in stacked
graphene diode”, Jpn. J. Appl. Phys. 63,
SG1031 (2023).
学会発表（国際会議）
・ K. Murayama, Y. Ohno, M. Nagase,“Detection of antigens exceeding the Debye
screening length using epitaxial graphene FET
on SiC substrates”, MNC2023, 16P-1-20 (2023).
・H. Murakami, F. Fukunaga, M. Ohi, K. Kubo,
T. Nakagawa, H. Kageshima, Y. Ohno, and M.
Nagase, “Twist angle dependence of graphenestacked junction characteristics”, MNC2023,
16P-1-15 (2023).
・M. Nagase, “Vertically stacked graphene
junction diodes” [Invited], 244th ECS meeting,G02-1513 (2023).
学会発表（国内会議）
・古川 智和人, 大野 恭秀, 永瀬 雅夫,"SiC 上エ
ピタキシャルグラフェン FET の pH 依存性",2024
年第 71 回応用物理学会春季学術講演会, 24a1BM-8 (2024)
・松村 大夢, 森 優介, 髙嶋 宙, 大野 恭秀, 永瀬 雅夫, Hoang Anh Tung, 田端 厚之, 長宗 秀
明, "His タグ B-domain を用いた SiC 上グラフェ
ンへの抗体配向修飾法",2024 年第 71 回応用物理学会春季学術講演会, 24a-1BM-7 (2024)
・竹下 立晟, 大野 恭秀, 永瀬 雅夫, "SiC 上グ
ラフェンの液滴による電位差発生のイオン濃度依
存性", 2024 年第 71 回応用物理学会春季学術講演会, 23p-32A-2 (2024)
・湯川 諒磨, 豊田 蓮青, 濱本 滉太, 大野 恭秀,
永瀬 雅夫, "エピタキシャルグラフェン上の液中
フォースカーブ計測", 2024 年第 71 回応用物理学会春季学術講演会, 22p-P07-33 (2024)
232

・佐藤 優介, 橋本 一輝, 倉科 昌, 永瀬 雅夫,
安澤 幹人, ”タングステンプローブを用いた白金ナノ電極の作製法の検討", 2023 年度日本化学会中国四国支部大会 (2023 年)
・大井 基暉, 村上 隼瑛, 久保 倖介, 中川 剛瑠,
大野 恭秀, 永瀬 雅夫, 影島 博之, "高電圧印加によるグラフェン積層接合の抵抗変化", 第 15 回
「集積化 MEMS シンボジウム」, M-257 (2023)
・名渕 公軌, 大野 恭秀, 永瀬 雅夫, "分子修飾による SiC 上グラフェン FET のドーピング制御",
2023 年度 応用物理・物理系学会 中国四国支部
合同学術講演会, Ap-8 (2023)
・岡田 拓斗, 大野 恭秀, 永瀬 雅夫, "Al2O3 ナ
ノ粒子を形成した SiC 上グラフェン FET の pH 依
存性", 2023 年度 応用物理・物理系学会 中国四国支部 合同学術講演会, Ap-7 (2023)

共同プロジェクト研究

共 同 プ ロ ジ ェ ク ト 研 究 実 施 報 告 書 （ 令 和 5 年）
採択番号R05/A02

研究課題名
新 IV 族半導体ナノエレクトロニクスにおける材料・プロセス基盤技術開発に関する研究[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
櫻庭 政夫 （東北大学電気通信研究所）
通研対応教員：櫻庭 政夫 （東北大学電気通信研究所）･ SiGe テクノロジー＆デバイス国際会議と Si エ
ピタキシー＆ヘテロ構造国際会議の合同会議（3rd Joint Conf. of 11th Int. SiGe Technology andDevice Meeting (ISTDM) & 13th Int. Conf. on Si
Epitaxy and Heterostructures (ICSI)）, Como,
Italy, May 22-25, 2023, 国際諮問委員：室田淳
一.

･ 半導体プロセスインテグレーション国際会議[2] 当該年度の研究実績の概要（Symp. G02: Semiconductor Process Integration
Si や SiC のような高品質大口径単結晶基板をベ
13, 244th Meeting of the Electrochem. Soc.）,ースとする大規模集積回路や各種半導体デバイス
Gothenburg, Sweden, Oct. 8-12, 2023, シンポジの高性能化・新機能化の推進のために、多様な元
ウムオーガナイザー：室田淳一.
素を含む半導体材料やそのナノ構造の集積化搭載を実現するための研究が進められている。本プロ ･ 第 14 回新 IV 族半導体ナノエレクトロニクス
国際ワークショップ（14th Int. WorkShop on
ジェクトでは、新Ⅳ族半導体材料の表面・界面にNew Group IV Semiconductor Nanoelectronics）,
おける異種原子の拡散・偏析現象を系統的に明らTohoku Univ., Sendai, Japan, Dec. 14-15, 2023, 組
かにすると同時に、薄膜・界面・ナノ構造の精密
織委員長：櫻庭政夫, プログラム委員長：室田
制御を可能とするプロセス条件を探索し、新Ⅳ族
淳一, 発表 26 件（Invited 9 件, Oral 8 件, Poster
半導体ナノエレクトロニクスにおける次世代の材
9 件）.
料・プロセス基盤技術開発を目指している。
本年度の主な成果としては、負性抵抗エサキダ
イオードの開発を目指して、ECR プラズマ CVD [3] 今後の研究の推進方策
これまでの成果をベースにして、負性抵抗エサを用いてキャリア濃度が 2x1020 cm-3 に達する高濃
度 P ドープ Si 薄膜形成を実現した。また、高濃 キダイオード製作プロセスと SiC パワーMOSFET
度 P ドープ Si のウェットエッチングによる pn 接 における長期信頼性向上と電力損失削減に関する合ダイオード製作プロセス構築を進め、良好な整 研究を継続する予定である。また、国際共同研究
流特性を確認した。また、SiC パワーMOSFET に 推進型である本プロジェクトでは、学外研究者とおける長期信頼性向上と電力損失削減を目指して、 の交流の活性化によって先端的・萌芽的な研究成
同時横方向エピタキシャル成長法により製作した 果を得て、新 IV 族半導体ナノエレクトロニクス
3C-SiC／4H-SiC 積層ハイブリッド構造基板上に 分野の新領域開拓につなげるために、今後も以下
熱酸化絶縁膜を形成し、界面準位密度を走査型非 の関連国際会議開催を予定している。
線形誘電率顕微鏡法によって計測した所、3C- ･ SiGe, Ge と関連化合物の材料・プロセス・デ
バイスに関する国際会議（Symp. G03: SiGe,
SiC 表面の界面準位密度を 4H-SiC 表面の 200 分のGe, and Related Compounds: Materials,
1 以下まで大幅に低減できることを確認した。こProcessing, and Devices 11, 246th Meeting of the
れらの結果は、新 IV 族半導体材料と高集積デバ
Electrochem., Honolulu, HI, USA, Oct. 6-11, 2024,
イスプロセスのための新しい基盤技術となりうる
エピタキシー部門委員：櫻庭政夫）.
ものである。
その他、各国の本研究プロジェクトメンバーが ･ 新 IV 族半導体ナノエレクトロニクス国際ワー
クショップ（15th Int. WorkShop on New Group
中心となり、以下の国際会議開催や Proceedings
IV Semiconductor Nanoelectronics）, Tohoku
特集号発刊を通して、新 IV 族半導体ナノエレク
Univ., Sendai, Japan, 開催時期調整中, 組織委員
トロニクスにおける材料・プロセス基盤技術開発
長：櫻庭政夫, プログラム委員長：室田淳一.
に関する新たな知見を共有する場と今後の国際共同研究への発展に資する機会を提供した。
233

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）
なし(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果･ H. Nagasawa, Y. Cho, M. Abe, T. Tanno, M.
Musya, M. Sakuraba, Y. Sato and S. Sato, “SNDM
study of MOS interface state densities on 3C-SiC
and 4H-SiC stacked structure”, Int. Conf. on
Silicon Carbide and Related Materials (ICSCRM,
Sorento, Italy, Sep. 17-22, 2023), (Oral
Presentation) , Session: Process 2: MOS II.
･ 長康雄, 長澤弘幸, 櫻庭政夫，佐藤茂雄，「3CSiC/4H-SiC 積層構造 MOS 界面の SNDM 評価」，第 80 回応用物理学会秋季学術講演会（2023 年 9 月 19～23 日、熊本），No. 21pB201-6（口頭発表）．
･ 櫻庭政夫, 佐藤茂雄, 長康雄, 「結晶構造が異なる SiC 同士のシームレスな積層に成功 ─パワー半導体の電力損失を大幅に削減できる見通しを得る─」, 東北大学、プレスリリース・研
究成果, 2023 年 9 月 28 日 14:00,
https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2023/09/press2
0230928-05-power.html .
･ J. Murota, “Langmuir-Type Formulation for
Atomic-Oder Surface Reactions of Reactant Gases
on Group IV Semiconductor (100) Surface”,(Invited, Digital Presentation), Int. Symp.
Semiconductor Process Integration 13, The
Electrochem. Soc. 243th Meeting (Gothenburg,
Sweden, Oct. 10-13, 2023), Abs.No. 1566: ECS
Trans., Vol.112, No.1 (Edited by T. Ono, A. Veloso,
J. Murota, C. Claeys, H. Ishii, A. Mai, Y. Cao, The
Electrochem. Soc., NJ, 2023), pp.3-11.
･ Y. Cho, H. Nagasawa, M. Sakuraba and S. Sato,“SNDM Study on Cubic and Hexagonal
Epitaxially Stacked SiC MOS Interfaces” (Poster
Presentation), 2023 MRS Fall Meeting & Exhibit(Nov. 26-Dec. 1, 2023, Boston, USA),
Symposium: CH01: Advanced Characterization
Methods of Energy Material Applications, Nov. 28,
2023, 20:00-22:00 (Poster Presentation).
･ 長澤弘幸, 阿部真帆, 丹野健徳, 武者倫正, 櫻庭
政夫, 佐藤茂雄, 末光眞希, 「SLE 法における3C SiC/4H SiC 積層構造の制御（Control of 3C
SiC/4H SiC Stacking Structure in Simultaneous
Lateral Epitaxy）」, 応用物理学会・先進パワー
半導体分科会第 10 回講演会（2023 年 11 月 30
日～12 月 1 日, 金沢）, No. IIA（ポスター発表）．
･ Y. Yamamoto, W.-C. Wen, M. A. Schubert, A. A.
234

Corley-Wiciak, S. Sugawa, Y. Ito, R. Yokogawa, H.
Han, R. Loo, A. Ogura and B. Tillack, “Thin andlocally dislocation-free SiGe virtual substratefabrication by lateral selective growth”, Jpn. J.
Appl. Phys., Vol. 63 (2024) p. 02SP53 (7 pages).
･ Y. Yamamoto, Y. Ito, R. Yokogawa, W.-C. Wen, Y.
Yamamoto, T. Minowa and A. Ogura, “Strain andoptical characteristics analyses of threedimensional self-ordered multilayered SiGe
nanodots by photoluminescence and Raman
spectroscopy”, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 63 (2024)
p. 03SP31 (6 pages).
･ H. Nagasawa, Y. Cho, M. Abe, T. Tanno, M.
Musya, M. Sakuraba, Y. Sato, S. Sato, “SNDM
study of MOS interface state densities on 3C-SiC
and 4H-SiC stacked structure”, 14th International
Workshop on New Group IV Semiconductor
Nanoelectronics (Dec. 14-15, 2023, Sendai, Japan),Abs. No. P-09 (Short Oral & Poster Presentation).
･ 長澤弘幸, 武者倫正, 阿部真帆, 丹野健徳, 櫻庭
政夫，佐藤茂雄，「3C-SiC と 4H-SiC の交互エピタキシャル積層構造の形成」，第 71 回応用物理学会春季学術講演会（2024 年 3 月 22～25
日、東京都市大），No. 23a-52A-1（口頭発表）．

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R05/A03

研究課題名
酸化チタンナノチューブ型高感度ガスセンサの開発[1］研究組織
研究代表者：
木村 康男（東京工科大学工学部）
通研対応教員：平野 愛弓（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
廣瀬 文彦（山形大学大学院理工学研究科）
須田 茂明（チェスト株式会社）
高橋 秀美（チェスト株式会社）
高附 佑輔（チェスト株式会社）
岩田 一樹（東北福祉大学総合ﾏﾈｼﾞﾒﾝﾄ学部）
庭野 道夫（東北大学歯学研究科）
但木 大介（東北大学電気通信研究所）
馬 騰（東北大学電気通信研究所）
阿部 宏之（宮城県産業技術総合センター）
桜井 史敏（株式会社メムス・コア）
伊藤 一孝（株式会社メムス・コア）[2] 研究期間
令和 5 年 4 月 ～ 令和 6 年 3 月[3] 本プロジェクトの目的，背景や概要
本研究では，既存の医療機器への搭載を目的として，金属の陽極酸化技術と半導体微細加工・集積化技術を組み合わせることにより，シリコン基板上に形成した酸化チタンナノチューブ薄膜を検出媒体とする，多成分分析・高信頼性分析が可能
な，省電力・超小型・高感度ガスセンサを開発する。開発するガスセンサは，酸化チタンナノチュ
ーブ薄膜にガス分子が吸着・解離することにより膜抵抗が変化する現象を利用したセンサである。
（研究打ち合わせの開催状況）
・第 1 回：令和 5 年 7 月 28 日，参加人数 7 名
・第 2 回：令和 5 年 11 月 22 日，参加人数 6 名
・第 3 回：令和 6 年 2 月 14 日，参加人数 3 名
・第 4 回：令和 6 年 3 月 12 日，参加人数 10 名
[4] 研究計画及び内容
我々は，ナノチューブ表面に貴金属微粒子を触媒として担持することにより感度・反応時間などを従来型に比べ一桁程度向上できることを示した（Sens. Act. B, 321, 128525 (2020)）。また，機械学習の適用により，混合ガス中の特定ガスの濃度計測が可能であることを示した（Sens. Act. B, 361,
131732 (2022)）。既存の医療機器へ搭載するために求められるスペックに対して，ガスセンサの応
答時間と回復時間が長いという問題が残されている。本研究における課題は，以下のとおりである。
（1）触媒金属担持技術の確立
センサの応答特性向上のために，原子層堆積（ALD）法における，酸化チタンナノチューブ
薄膜への触媒金属担持条件の最適化を行う。
（2）ガス導入方式の最適化
センサの応答速度向上とガス導入量低減のために，我々が新規に提案した電磁弁を用いたショッ
トガス吹き付け方式の開発を行う。
（3）混合ガスの多成分分析技術の開発
同一基板上にアレイ化した複数のセンサからの出力信号，機械学習を活用して解析し，医療機器での検査に用いられる 4 種混合ガス（CO，He，
O2，N2）中の特定のガス種（CO，O2）の濃度を同時検出・計測する技術を確立する。
［5］研究成果と波及効果等（ 5-1 ） 研究成 果（1）触媒金属担持技術の確立
センサの応答特性向上のために，原子層堆積（ALD）法における，酸化チタンナノチューブ
薄膜への触媒金属担持条件の最適化を試みた。セ
ンサ応答特性（出力感度，応答・回復時間など）に係わる ALD 条件を様々探索した結果，ソース（原料）であるトリメチルメチルシクロペンタジ
エニル白金の加熱温度が主要なパラメータである
ことを見出した。詳細な調査の結果，加熱温度が37.5℃程度である場合に，作製されるセンサが最適な特性（出力感度：大，応答・回復時間：少）を示すことが分かった（図 1）。
次に，最適な ALD 条件により作製されたセン
サの，医療機器での検査に用いられる 4 種混合ガス（CO，He，O2，N2）に対する応答を検証した。
その結果，図 2（a）に示すように，微小な CO 濃度（0.20%～0.10%）の範囲において，出力感度235

共同プロジェクト研究

図 1. 最適条件（ソース加熱温度 37.5 ℃，サイク
ル数 1）での ALD により作製したセンサの CO＋N2 ガスに対する出力応答特性（DC 1 V 印加時の測定電流）※緑色の領域がガス導入時間領域。

が再現よく差別化されている特性を得た。ある時間における立ち上がり付近の拡大図（図 2（b））
を見ると，傾きにも差が生じている。この時間領域での傾きの最大値を濃度ごとにプロットすると，線形に近い依存性を示すことが見出された（図 2（c））。また，図 2 を元に編集した図 3 から，応
答時間・回復時間がそれぞれ約 2 秒・約 5 秒と，白金微粒子担持前よりも一桁程度短縮されていることも分かった。
以上，ALD 条件の最適化と 4 種混合ガスに対する応答の検証を通じて，出力感度や応答・回復時
間といったセンサ特性が，実用化に近い水準まで到達していることが確かめられた。
（2）ガス導入方式の最適化
触媒金属担持技術の確立に時間を要したため，今年度での実施には至らなかった。
（3）混合ガスの多成分分析技術の開発
触媒金属担持技術の確立に時間を要したため，今年度での実施には至らなかった。

図 2. (a) 4 種混合ガスに対する出力応答特性，(b)出力応答特性における立ち上がり付近の拡大図，(c) 各 CO 濃度における 1 階時間微分の最大値のプロット図 ※緑色の領域がガス導入時間領域。

図 3. 図 2 における (a) 応答時間領域の拡大図，(b) 回復時間領域の拡大図 ※ガス導入（550 秒時）からセンサ応答までの若干のずれは，
ガス導入系側の構造に依存するものである。
236（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
本 共 同 研 究 プ ロ ジ ェ ク ト は ，JST・A-STEP（JPMJTR211E）と並行する形で実施されたものであり，この 1 年を通じ，学外研究者・共同研究
先企業との交流が活発に行われた。中でも，計 4
回に亘り開催した，研究進捗報告会（研究打ち合わせ）において議論を重ねることで，本プロジェ
クトの目的である「省電力・超小型・高感度ガスセンサの開発」に向けた現状・克服すべき課題がより明確なものとなり，今後の展開に向けての重要な指針を得た。さらに，本プロジェクトを通して，ガスセンサ開発研究に係わる産学連携としてのネットワークが一層強化され，今後も活発な相互交流が期待できる状況にある。
（国際会議・シンポジウムへの発展）
・シンポジウム名：第 14 回ナノ構造・ナノエレ
クトロニクスに関する国際ワークショップ
・日時：令和 6 年 3 月 5 日～6 日
・開催場所：オンライン開催
・参加人数：延べ 77 名（うち外国人 47 名）[ 6 ] ま と めと 今 後 の課題
本プロジェクトでは 3 つの課題を設定し，このうち 1 つ目の課題について実施を完了した。特に，4 種混合ガスに対するセンサ応答から得られた傾き最大値の濃度依存性は，今後実施を目指す機械
学習解析（3 つ目の課題）における有用な特徴量（入力データ）になると見込まれる。また，今回構築された産学連携ネットワークの活用により，実用化に向けた開発研究の加速化が期待される。

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
該当なし(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
該当なし

237

共同プロジェクト研究

共 同 プ ロ ジ ェ ク ト 研 究 実 施 報 告 書 （ 令 和 5 年）
R05/A04

採択番号
研究課題名

高磁場 MRI 対応体腔内 NMR 受信プローブの開発[ 1 ］ 研究 代表 者 ・ 通研対 応 教 員
研究代表者：
松永 忠雄（鳥取大学工学部電気情報系学科）
通研対応教員：末松 憲治（東北大学電気通信研究所）

側の磁場不均一部分が均一になることを昨年度に得られている。
そこで当該年度においては、FEM シミュレー
ション結果から得られた「開き角 160°」構造のNMR 受信コイルを非平面微細加工技術により試作した。図 3 に作製プロセスフローを示す。図で[ 2 ] 当 該 年度 の 研 究実績 の 概 要
本研究の最終的な目的は、小動物体腔内（直腸など）へ挿入できる直径 2 mm 以下、かつ 500
MHz の NMR 信号を受信できる細径 MRI プロー
ブを開発し、リアルタイムバイオイメージングを実現することである（図 1）。そこで、当該共同研究においては、体腔内 MRS プローブの設計、試作、評価を行う。

図 3. 高磁場 NMR 受信コイル作製プロセスフロー

図 1. 体腔内 MRI 概念図
図 2 に体腔内 MRI プローブの MNR 受信コイル
断面方向から観察した磁場分布を示す。短軸方向からみたコイルの開き角度をパラメータとして120°、および 160°においての磁場分布を解析した。その結果、160°の方がコイル近傍付近の磁場強度が大いため、高い SNR となりコイル外図 2. NMR コイル構造と算出結果
238

図 4. NMR 受信コイル試作結果(a) コイル上面, (b) コイル裏面, (c) 配線部
は直径 2 mm のポリイミドチューブ断面の上部半分を示している。非平面露光装置を用いることで細径チューブ表面に、線幅 100 µm の銅配線を多層でパターニングにより作製可能である。図 3 に作製プロセスフロー、図 4 に試作した NMR 受信
コイルを示す。直径 2 mm のポリイミドチューブ
上に銅配線（厚み35 μm）のコイルパターンを作製した。強磁場 MRI 装置を用いることから、配線には非磁性材料である銅を電解めっきにより成膜した。また、チューブ表面には表皮効果を考慮した配線厚さを確保できた。

共同プロジェクト研究[3] 今後の研究の推進方策
今後は、試作した NMR 受信コイルのインダク
タンス、抵抗成分、寄生容量の周波数特性などの基本的電気的特性を評価する。その後、7 Tesla
MRI 装置用の受信回路を設計し、試作した NMR
受信コイルに実装する。7 Tesla MRI でのプロトンのラーモア周波数は約 300 MHz であることから、
NMR 受信コイルと受信回路のチューニングを
300 MHz、およびインピーダンスを MRI 装置と同
じ 50Ωに調整した上で体腔内 MRI プローブの電気的特性を評価する。その後、最終的に高磁場
MRI 装置を用い、ファントム撮像後、倫理面に配慮した上で小動物の体腔内リアルタイムバイオイ
メージングを行う。

[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）
・該当なし(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・Matsunaga T, Kawabata T, Koga A, Yoshida T,
Lee S-S. Evaluation of a High Frequency
Receiving Coil for an Intraluminal MRI Probe.
2023 Asia-Pacific Microwave Conference(APMC2023), Taipei, Taiwan. （関連性：受信コイル設計結果について報告）239

共同プロジェクト研究

共 同 プ ロ ジ ェ ク ト 研 究 実 施 報 告 書 （ 令 和 5 年）
採択番号R05/A05

研究課題名
逆磁歪効果と磁気光学効果を用いた口腔内咬合力計測に関する基礎調査[ 1 ］ 研究 代表 者 ・ 通研対 応 教 員
研究代表者：
磯谷 亮介（セイコーフューチャークリエーシ
ョン株式会社）
通研対応教員：後藤 太一（東北大学電気通信研究所）[ 2 ] 当 該 年度 の 研 究実績 の 概 要
令和５年度は、本共同プロジェクトの枠内で下記の検討を実施した。
１．FeSiB 膜の磁気光学特性（カー効果）の計測と圧力印加時の応答の観察
電気通信研究所に２度訪問し、新規に調達した
FeSiB 磁性フィルムの磁気光学特性の計測を試みた。調達したフィルムの表面の凹凸が無視できないほど大きく、磁気光学特性を定量的に計測することができなかった。標準歯形（一般成人の理想的な歯形模型）を利用して磁性膜に応力印加を試みたが、こちらも特段の応答は見られなかった。
今後は、FeSiB のみに限定する必要はないが、表面粗さの小さい磁性膜を新たに選定することが必要である。

２．生体適合コーティングの透過性計測
セイコーフューチャークリエーション社で成膜した生体適合膜（パリレン）を上記の磁性膜と併せて利用することを目的に、パリレン膜が十分な透過率を持つかを確認した。コーティングによる光吸収が多いと、反射光の S/N 比が低下し、期待する磁気光学効果が得られない可能性がある。電気通信研究所に１回訪問し、ガラス基板上に成膜した 9 ㎛のパリレン膜（体液中に浸された場合でも十分な防水性を有する）の透過率を計測し、およそ 80～90%前後の十分透明な膜が形成できたことを確認した。今後、適切な磁性膜の上に、本コーティングを施すことによって生体適合性を持たせることが期待できる。

[ 3 ] 今 後 の研 究 の 推進方 策
今後は、本応用に適用可能な磁性膜の継続探索と、口腔内計測可能な生体適合フィルムでラッピングした磁性構造を開発する予定である。

図１．磁気光学効果計測器でのカー効果計測

図２．FeSiB 膜への標準歯形模型の押付240

令和６年度の具体的な計画は下記の通り：
・ 口腔内での圧力分布（咬合力、歯列矯正力、
顎矯正力）計測可能な磁性材料の選定。現状の有力候補は FeSiB 膜、ただしより凹凸の少ない膜を探索する。
・ 口腔内計測可能な生体適合性を有する構造の検討[ 論 文、 学 会発 表 、 および 関 連 成果等 ](1) 成果リスト（謝辞あり）
・なし(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・なし

共同プロジェクト研究



RIEC Nation-wide Cooperative Research Projects ReportGrant No.
 R05/A06
Title
2D van der Waals quantum materials for efficient charge-spin conversion>］Research Organization
Principal Investigator：
Prof. Dr. Ravi Prakash Singh
Research Collaborator of RIEC：
Prof. Dr. Shunsuke Fukami
Research Collaborator  Dr. Rajeswari Roy Chowdhury
Dr. Samik DuttaGupta>@Research Period 2023, April ～ 2024, March>@Purpose, Background, and Overview of theProject
The demand for high-performance and energy-efficientelectronic devices and the ever-increasing quest forcontinuous miniaturization has garnered significant
attention towards developing new materials with novel
functionalities at reduced dimensions. Magnetic 2D van
der Waals (vdW) materials, with their uniquerelativistic,
topological,
quantum
properties,
cleavability down to atomically thin units, andflexibility of creating tailored heterostructures is an
attractive route for the development of highperformance and low-power consuming novel
spintronic devices. Building from our previous resultson bulk single-crystalline 2D magnetic quantum
materials, this project explores spin-dependent
magnetotransport and electrical control of magnetismin mesoscopic 2D vdW heterostructures andmultilayered devices.
>@ Research Plan and Content
The capability of realization of 2D vdW singlecrystalline magnetic multilayer structures, generationof non-equilibrium current-induced torques and controlof magnetic order are of utmost importance for thedevelopment of 2D vdW spintronics. In recent times,
experimental results pertaining to electrical control ofmagnetic order in 2D ferromagnet CrI3, proof-ofconcept magnetic tunnel junction using 2D ferromagnet(FM)
Fe3GeTe2/hBN/Fe3GeTe2
has
been
demonstrated, enunciating a unique platform towards
atomically tunable future magnetic devices. Previously,
this collaborative effort has succeeded in materials
development and exploration of fundamental magnetic
and unconventional magnetotransport properties offerromagnet (FM) and antiferromagnet (AFM) vdW
systems. In FY 2023-204, we fabricated ferromagneticvdW devices and investigated the possibility ofexistence of spin textures from RT down to cryogenic
temperatures.

［］Research Results and Ripple Effects（）Research Results
The single crystals of Fe3GeTe2 (FGT, hereafter) and(Co0.25Fe0.75)3GeTe2 (Co0.25FGT, hereafter) are grownby chemical vapor transport method, reported in ourprevious works. The FGT, and Co0.25FGT flakes weremechanically exfoliated in a glovebox with inert
atmosphere. Next, the exfoliated flakes are transferred
to a PDMS stamp, and subsequently transferred to the
Cr/Au prepatterned devices using a dry transfer
technique. Figure 1(a) shows the optical micrographimage of a typical device used in this study.

Figure 1. (a) Optical micrograph of the device. Yellow regions
are pre-patterned Cr/Au contact pads for electrical measurements.
Green regions denote the exfoliated flake of the vdW
ferromagnet. (b) Atomic force microscope (AFM) image of a
FGT flake. (c) Thickness of the flakes determined from line scanof AFM. (d), (e) Transverse Hall resistivity (RXY) versus appliedmagnetic field (μ0H) parallel to c-axis, for FGT and Co0.25FGT,
respectively. (f), (g) Transverse Hall resistivity (RXY) versus
applied magnetic field (μ0H) perpendicular to c-axis, for FGT
and Co0.25FGT, respectively.

Figure 1(b) shows the atomic microscope image of theflake. A line scan along the flake edge is carried out todetermine the flake thickness (Fig. 1(c)). Figure 1(d)and (e) shows the experimental results of the transverse
resistivity versus applied magnetic field parallel to caxis (i.e., along the out-of-plane directions with respect241
共同プロジェクト研究to the devices), for FGT and Co0.25FGT, respectively. 【Appendix】 
For applied H (|| c-axis), we observe a sizable Hall Manuscript:
resistance, which can be attributed to the anomalous
Hall effect (AHE), possibly originating from 1. R. Roy Chowdhury et al., Manuscript under
topological nodal lines in the band structure with the preparation (2024).
magnetization pointing along the easy axis. On theother hand, for the applied field along the place of the Conference Presentations:devices (H ⊥ c-axis), we observe the emergence of aprominent cusp-like feature in transverse resistivity, 1. S. DuttaGupta, R. Roy Chowdhury et al.,similar to our observed behavior in single crystalline Unconventional emergent Hall effect phenomena in abulk compounds. Detailed micromagnetic calculations van der Waals ferromagnet Fe3GeTe2, 2dMAT: A
considering exchange, anisotropy, Zeeman energy and discussion meeting on 2D Materials, January 18-19th
interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction revealed 2024, S N Bose National Center for Basic Sciences
the prominent role of magnetic frustration responsible (SNBNCBS), India (Invited Talk).
for the stabilization of unconventional spin-textures
responsible for the observed behavior. Our findings
suggest a possible route towards tailoring of interfacialinteractions and stabilization of unconventional spin
textures in a vdW magnet FGT for future topologicalmagnetic devices.
（）Ripple Effects and Developmental Potential
This work aims at experimental investigations in thistechnologically relevant field of vdW spintronics.
Building from our previous works on single crystalline
vdW ferro and antiferromagnets, we have initiated a
new direction towards development of functional vdW
spin-based devices. Using magnetotransport techniques,
we have revealed crucial insights enabling theunderstanding of underlying interactions, necessary forthe utilization of vdW materials for future spintronic
devices. The results obtained from the project are
expected to initiate a new direction for the utilization of
vdW magnets and non-magnets for future spintronic
devices.
>@Summary and Future Challenges
Two-dimensional (2D) van der Waals (vdW) magnetic
materials have attracted a lot of attention owing to thestabilization of long-range magnetic order down toatomic dimensions, and the prospect of novel spintronic
devices with unique functionalities. The clarification of
the magneto-resistive properties and its correlation to
the underlying magnetic configurations in mesoscopic
regime is essential for 2D vdW-based spintronic
devices. Here, the effect of Co-doping on the magnetic
and magnetotransport properties of Fe3GeTe2
mesoscopic structures have been investigated.
Magnetotransport measurements reveal an unusual Hall
effect behavior whose strength was considerably
modified by Co-doping and attributed to arise from theunderlying complicated spin textures under the
influence of DMI. The present results provide a clue totailoring of the underlying interactions necessary forthe realization of a variety of unconventional spin
textures for 2D vdW-based spintronics.





242

共同プロジェクト研究

RIEC Nation-wide Cooperative Research Project
Research Implementation Report（（FY2023））
Grant No.

R05/A07

Title
Japan-Russia International collaborative research of new designs of high-power lage-area
photoconductive antenna-emitters[1] Principal Investigator(PI)・・Research
Collaborator of RIEC
PI：PONOMAREV Dmitry, Dr.
Institute of Ultra-High Frequency Semiconductor
Electronics of RAS, Moscow, Russian Federation
Research collaborator of RIEC：OTSUJI Taiichi, Prof.（RIEC）[2] Summary of Research Results for the Year
We have realized an experimental observation of theenhancedTHzemissioninalarge-area
photoconductive antenna (PCA)-based emitter, boosted
by an array of cylindrical sapphire-fiber-based microlenses. The observed enhancement is achieved thanks
to the sharp focusing of a pump laser beam near thesemiconductor surface, for which the high-refractiveindex sapphire lenses are used. We first predictednumerically and then confirmed experimentally aconsiderable enhancement in the emitted THz spectral
power for such a sapphire-fiber-coupled large-area
PCA-emitter, as compared to an ordinary one with anequal electrode topology. In fact, a 8.5-fold THz power
boost is achieved, resulting in a +9.3 dB increase in the
dynamic range [C1,P1].
Figures 1(a),(b) show a sketch of the proposed LAE
with sapphire fibers atop. The 280-μm thick fibers weregrown using the Edge-defined Film-fed Growth (EFG)
technique, where crystal is grown from a melt meniscus
formed atop of a molybdenum capillary die, while themelt rises to the crystallization front through thin
capillary channels. For positioning of the fiber array on
the LAE surface, a specific assembly was developed
and fabricated using the Liquid Crystal Display Resin
3D-printing technology, which allows faster and more
precise printing than other 3D printers, with the lateral
resolution 35×35 μm2. The fibers were packed into
individual slots in the assembly, and, then,mechanically fixed via specific fixators, as shown in
Figs. (b) and (c). The longitude of each fiber was 3 mm,
according to the assembly.

Figure 1. A scheme of the proposed THz Large-Area PCAEmitter, i.e. LAE, with a sapphire fiber array atop. (a)Attaching the sapphire fiber array to the emitter surface via
the 3D-printed polymer assembly. (b) 3D rendering of thesapphire fiber array handled in the assembly. (c) Microscopyof fixators designed for precise bracing of fibers in theassembly, where the distance (i.e. emitter period) of 280 μm
is chosen accordingly to the fiber diameter used.

The THz measurements were performed using thein-house THz time-domain spectrometer based on the
Avesta EFOA-SH-HP laser with a 150 mW averagelaser beam power at the central wavelength of 780 nm,
the laser pulse duration 100 fs and repetition rate of and
65 MHz [P2,C1C3]. Figure 2 (a) shows the measured
THz spectra for the two emitters plotted by power andnormalized by the noise level (for convenience). The
shapes of the two emitted THz spectra almost reproduce
each other at the frequencies below 2.5 THz. To
estimate an impact of the fibers array to THz emission,
we plotted an enhancement factor THz, which isderived as the ratio between the values of PTHz with andwithout array for selected frequency of the spectrum,and plotted THz vs. Popt for a constant bias voltage Ub= 40 V. The enhancement was calculated for  = 0.4
THz, that corresponds to maximum redistribution of theTHz power. The results are given in panel (b). As seen,
the sapphire fiber-boosted LAE demonstrates a THz =8.5-fold increase in the THz power. Such anenhancement results in a +9.3 dB increase in thefrequency-domain dynamic range. Next, Fig. 4(c)depicts the photocurrent iph as a function of averagepump power at constant bias voltage Ub = 40 V.
243

共同プロジェクト研究

known, do not need the precise laser focusing
requirements, which are essential for increased
sensitivity, while demonstrating high signal-to-noise
ratio.
[3] Future Research Promotion Measures
In 2023FY we realized our seminal approach on asapphire-fiber based large-area PCA-emitter [C1,P1].
In 2024FY (the 2nd year of project) and 2025FY (the
3rd year of project) we will be optimizing theperformance of large-area PCA-emitters by new
topology designs, using different types of the fibers(providing an optimization of our EFG-growthtechnique), and working with ‘destructive’ THz
absorption in GaAs wafer. During 2024 and 2025FY weare planning to realize new large-area PCA-emitters
stripline topology designs and implement novel THz
metasurfaces to suppress the THz absorption in GaAs.
Figure 2. Experimental characterization of the developed
THz LAE, boosted by a sapphire fiber array (blue curves) incomparison with the reference one, i.e. without fibers (redcurves). (a) Measured THz power spectra PTHz at the laser
pump of Popt = 100 mW and the bias voltage of Ub = 40 V. (b)Enhancement factor THz for the selected frequency  = 0.4
THz. (c) Photocurrents iph as a function of Popt at Ub = 40 V;
i is the photocurrents ratio.

As seen, maximum observed difference in the THz
power is less than an order of magnitude, as is shownin (a,b), that correlates well with a i = 1.3 enhancementin the photocurrents ratio at Popt = 115 mW, as seen fromdata on (c). We notice that due to LAE topology, where
the radiating areas are located periodically, a
destructive interference might occur in far-field zone.
To moderate an impact of the emission pattern on THz
spectrum, we used equal LAE topology for the both
samples. As the period we used is close to THz
wavelength, in a far-field the main lobe of the emission
pattern becomes narrower, and a part of the emittingenergy is transforming to side lobes (which may notreach PCA-detector), leading to some spatial dispersionof the THz wave. Nevertheless, this does not
significantly limit the overall THz power of the LAE,
that is  100 μW. As seen in (b), no saturation occurs
for THz in the considered range of Popt. The same
behavior is observed for iph(Popt) on (c). This means that
additional increase in the emitted THz power providing
increased THz bandwidth and signal-to-noise ratio, canbe achieved by using high-power Ti:S lasers withaverage power above 1W, and applying stronger bias
voltages. Moreover, our approach can be applied forlarge-area PCA-detectors. The detector sensitivity canbe increased thanks to intensified localization ofphotocarriers, which allows them to rapidly reach the
LAE terminals, even at small incident THz electricfields. On contrary to a single one, these detectors, as
244[ Appendix ][Papers, Conference
Achievements]

Presentations,

andRelated(1) List of Papers and Conference Presentations (withacknowledgements)[C1] N.V. Zenchenko, D.V. Lavrukhin, R.R. Galiev,
A.E. Yachmenev, R.A. Khabibullin, Yu.G. Goncharov,
I.N. Dolganova, V.N. Kurlov, T. Otsuji, K.I. Zaytsev,
D.S. Ponomarev, Enhanced terahertz emission in alarge-area photoconductive antenna through an array oftightly-packed sapphire fibers, Applied Physics Letters,
124(12), 121107 (2024).
[C2] P.M. Kovaleva, K.A. Kuznetsov, P.I. Kuznetsov,
D.V. Lavrukhin, R.R. Galiev, D.S. Ponomarev, G.Kh.
Kitaeva, Plasmonic photoconductive antennas based on
Bi2-xSbxSeyTe3-y topological insulator, IEEE Xplore,
ICLO-2024, in press (2024).
[P1] D.S. Ponomarev, D.V. Lavrukhin, R.A.
Khabibullin, T. Otsuji, K. Zaytsev, Large-area THz
emitters with sapphire-fiber optics, TeraTech 2023, 10th
International Symposium on Terahertz-Related Devices
and Technologies, Aizu-Wakamatsu, Japan, September
4-8, 2023.
(2) List of Papers and Conference Presentations(without
Acknowledgements),
andRelated
Achievements[P2] D.S. Ponomarev et al, Plasmonic-enhanced THz
emission in high-aspect-ratio metal grating
photoconductive
antennas,
30th
International
Conference on Advanced Laser Technologies (ALT’23),
Samara National Research University, 18-21
September 2023.

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号R05/A08

研究課題名
high-k/Ge 構造における界面物理構造のプロセス温度依存の解明[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
王谷 洋平（公立諏訪東京理科大学）
通研対応教員：佐藤 茂雄（東北大学電気通信研究所）[2] 当該年度の研究実績の概要➀RF スパッタ法による HfO2/Ge 構造の形成と評価に関して
こ れ ま で の 研 究 か ら 、 RF ス パ ッ タ 法 に よ る
HfO2/Ge 構造の形成の際に、成膜時の基板温度と熱処理時の温度領域を大きく変えることによって界面特性に非常に大きなバリエーションが生じることが分かっていた。そのため、当該年度には、その原因を探るべく、p 型 Ge 基板上に様々な条件下で形成した HfO2/p-Ge 構造の電気特性評価を継続して行った。また、HfO2/n-Ge 構造も実デバイ
ス形成において不可欠であるため、p 型 Ge 基板上に形成した HfO2/p-Ge 構造と比較検討を行うためにも n 型 Ge 基板上に HfO2/n-Ge 構造を形成し、その電気特性評価を開始した。従来、様々な試料形成手法において HfO2/p-Ge 構造に比べて HfO2/nGe 構造は良好な界面特性を有するものの作製が難しいとされてきたが、我々が検討を行っている
RF スパッタ法による試料形成においても、良好な界面特性を有する試料の形成に苦戦しており、
当該年度内での研究成果発表には至らなかった。
➁極低温 ALD 法とプラズマ照射を組み合わせた手法による Al2O3/Ge 構造の形成と評価に関して
これまでの研究から、極低温 ALD 法とプラズマ照射を組み合わせた手法による Al2O3/Ge 構造の形成の際に、氷点下の特定の温度領域において Ge 基
板表面で特異的に表面酸化が生じることが示唆されていた。そのため、その現象を明確にすべく、
Al2O3/Ge 構造の試料の電気特性評価を継続して行い研究成果発表を行った。加えて、同様の試料形成手法を用いて C/Ge 構造を形成し、比較検討を行った。この際、C/Ge 構造の試料の I-V 特性を測定したところ整流特性が確認されたため、この現象についても詳細な測定ならびに評価を進めた。

[3] 今後の研究の推進方策➀室温以上の温度領域で堆積した high-k/Ge 構造の堆積温度・熱処理温度と high-k/Ge 構造の電気特性・物理構造との相関の検討に関して
室温以上の温度領域における Ge 基板上への highk 絶縁膜を堆積するに際して、RF スパッタ法による HfO2/Ge 構造の形成に加えて、真空蒸着法を用いた TiO2/Ge 構造や Al2O3/Ge 構造の形成を行い、それらの試料の電気特性評価を行うことにより、堆積温度ならびにその後の熱処理温度と highk/Ge 構造の電気特性・物理構造との相関を明らかにすることを目指して研究を進める。
➁氷点下の温度領域で堆積した high-k/Ge 構造の堆積温度・熱処理温度と high-k/Ge 構造の電気特性・物理構造との相関の検討に関して特性評価の精度向上のために high-k 絶縁膜の膜
厚・膜質の面内均一性の向上に向けた取り組みを進めるとともに、面内での膜厚・膜質の不均一性を逆手に取りコンビナトリアル手法的に詳細な電気特性の評価ならびに物理構造の解析を進める。
➀➁ともに high-k 絶縁膜材料としては、Al2O3、TiO2、HfO2 などの単元素の酸化物での検討を行う
ことにより現象の複雑化を防ぐ。これらの試料について、室温でのコンダクタンス法や XPS/TEM 等の機器分析法を用いて、電気特性評価や界面とその近傍の欠陥評価、結合状態の評価を行う。これ
らを通して、high-k/Ge 界面で生じている物理現象の理解を深めることを図る。また➀➁で得られた評価結果を合わせて考察を行うことで、数 K から 1000K 程度の広い温度領域で形成した highk/Ge 構造の電気特性ならびに界面物理構造を明らかにするとともに、プロセス温度が high-k/Ge
構造における high-k/Ge 界面特性に及ぼす影響な
らびに high-k/Ge 界面で生じる物理現象への理解を深める。
研究代表者所属機関において、走査型プローブ顕微鏡が導入されたため、電気特性評価のみならず、表面形状の評価についても、随時、機動的に行え
るようになった。
また、電気特性評価のスピードを向上させるため、
電気特性評価システムの増強の準備を進めている。

245

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）
・Ayato Nishizaki, Kaito Nakao, Takeshi Miyairi,
Tatsuya Yokohira, Daichi Yamada, Atsuki Okawa,
Tetsuya Sato, Yohei Otani, “Fabrication of Al2O3
film on Ge substrate at 190K and its electricalproperties”, 14th International Workshop on New
Group IV Semiconductor Nanoelectronics, P-06,
Dec. 15, 2023, Tohoku University, Sendai, Japan.
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・なし

246

共同プロジェクト研究

共 同 プ ロ ジ ェ ク ト 研 究 実 施 報 告 書 （ 令 和 5 年）
採択番号R05/A09

研究課題名
二 次 元 材 料 を 用 い た プ ラ ズ モ ニ ック ・ ナ ノ デ バ イ ス に 関 す る 研 究[ 1 ］ 研究 代表 者 ・ 通研対 応 教 員
研究代表者：
内野 俊（東北工業大学工学部電気電子工学科）
通研対応教員：尾辻 泰一（東北大学電気通信研究所）
研究分担者：
佐藤 昭（東北大学電気通信研究所）
吹留 博一（東北大学電気通信研究所）
唐 超（東北大学電気通信研究所）
田村 紘一（東北大学電気通信研究所）
衡 君彦（東北工業大学大学院工学研究科電子工学専攻）

多層より約 2 倍高い感度を持つことがわかった。
そして、水素アニール処理が SERS 効果に及ぼす影響について調べた。その結果、350℃のアニー
ルをすると金属を凌駕する SERS 効果が得られる
ことを見出した（図１）。これは、転写プロセス中に発生した残渣がアニールによって除去され、清浄なグラフェン表面が得られたためである。さらにアニール後のグラフェン表面は負電荷を帯びるため、正電荷を持つ分子が吸着しやすくなると考えられる。以上から、水素アニールした単層グラフェンで SERS 基板を作製することにより、これまでの結果より１桁以上高感度の 0.1 pg/mL 以
下の検出感度が得られる見通しがたった。

延べ参加人数：7 人[ 2 ] 当 該 年度 の 研 究実績 の 概 要
グラフェンや MoS2 などの二次元材料は、特異な物性を持つことから次世代電子材料として、近年ますますその重要性が増している。そこで我々は、グラフェンの表面増強ラマン散乱(SERS)を応用したバイオケミカルセンサと高効率太陽光発電が期待される光レクテナに関する研究を行った。
初年度にあたる本年度は、以下の研究成果を得た。
（1）グラフェン・バイオケミカルセンサ
感染症やガンなどの診断、食品検査、水質検査を迅速かつ簡便にできる高感度バイオケミカルセ
ンサを開発することを目的として、グラフェンのプラズモン増強場形成のメカニズムを解明し、SERS 基板の高性能化を行った。最初に、SERS 効
果に支持基板が及ぼす影響を調べるために、
Si3N4 メンブレン上にグラフェンを転写した試料を作製し、その SERS 効果を調べた。その結果、メンブレン上のグラフェンは雑音が大きくなるがSiO2/Si 基板上のグラフェンとほぼ同じ増強効果を示すことがわかった。この結果から、SiO2/Si
基板と空気は有意差がないことがわかった。一方、マイカ基板の表面にグラフェン、裏面に銀薄膜を形成した試料は、銀薄膜からのレイリー散乱が大きすぎて SERS 信号を観測することができなかった。
次に、単層と多層(２層)グラフェンの SERS 効
果について調べた。その結果、単層グラフェンは

図 1 本研究で開発した SERS 基板を用いて観測した
R6G(10-6 M)のラマン信号

図 2 本研究で開発した MISM ダイオードの I-V 特性

247

共同プロジェクト研究

カルセンサを用いた定量分析などの課題を解決し（2）グラフェン・光レクテナ
光レクテナはナノアンテナに高性能整流ダイオ た。今後は開発した SERS 基板を用いて、疾患のードを集積化した発電デバイスで、高効率太陽光 発見をリアルタイムで実現する臨床現場即時検査
発電や無線送電への応用が期待できる。しかし、 （POCT）デバイスの開発を行う。
次に、今年度開発した積層トンネル絶縁膜
可視光に応答できる高周波ダイオードやナノアン
テナの開発や高性能ダイオードとナノアンテナの MISM ダイオード技術をグラフェン光レクテナのモノリシック集積化が困難なため、実用化に至っ 作製に応用する。
ていない。本研究では変換効率の向上を目指して、 他に、二次元材料の自己組織化プロセスを用い
グラフェンや MoS2 などの透明な二次元材料を用 た光レクテナの作製を検討する。MoS2 は、原材
いて高性能ダイオードを作製する。
料の比を変化させることにより結晶を三角形や六本年度は、正電圧側と負電圧側で非対称な I-V 角形に変えることができる。三角形の結晶を横並特性を持つ MIM ダイオードを実現するために、 びに配置することができれば、自己組織化プロセ
トンネル絶縁膜をバンド構造の異なる 2 種類の絶 スでボウタイアンテナを作製することができる。
縁膜で形成した MISM ダイオードを作製し、その ナノアンテナとトンネルダイオードが統合された
電気特性を調べた。トンネル絶縁膜は Si 基板上 光レクテナは、サブミクロン以下で集積化されてに AD-230LP（サムコ製）を用いて 200℃の熱 いるので、コプレナー配線により損失を抑えるこ
ALD 法で Al₂O₃膜(t=6 nm)、プラズマ ALD 法で とができ、光変換効率の改善が期待できる。
SiO₂膜(t=3 nm)を堆積した。その結果、非対称な
I-V 特性が得られることがわかった（図２）。また、
C-V 特性から Al₂O₃膜の比誘電率は 9.0 で、従来の [論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）
結果と一致することがわかった。
（3）触媒化学気相成長法を用いた大面積 MoS₂の ・衡彦君, 相澤佳乃, 濱田佑希乃, 熊谷龍馬, 葛西重信, 吹留博一, 佐藤昭, 尾辻泰一, 内野俊, “表面増合成
強ラマン分光法を用いたバイオケミカルセンサ
MoS₂薄膜はバンドギャップ 1.8 eV の直接遷移の改善”, 第 84 回応用物理学秋季学術講演会, 熊型半導体で、FET を作製すると高 Ion/Ioff=108 が得
本城ホール, 2023 年 9 月 21 日.
られる。近年、PTAS (ぺリレン-3,4,9,10-テトラカ
ルボン酸テトラカリウム塩) を触媒として用いた  Y. Heng, R. Kumagai, S. Kasai, H. Fukidome, A.
Satou, T. Otsuji, and T. Uchino, “Development of
常圧 CVD 法で、大面積の MoS2 膜が得られること
Graphene-Based SERS Substrates for Enzymeがわかった。そこで本研究では、デバイス応用がLinkedImmunosorbent
Assay(ELISA)”,可能な大面積の MoS₂の成長を目的として、PTAS
ChinaNANO 2023, 4P-005, Beijing, Aug 26-27th,を用いた触媒化学気相成長法で MoS₂の合成を行2023.
っ た 。 成 長 条 件 を 最 適 化 し た 結 果 、 成 長 温 度  T. Uchino, Y. Heng, R. Kumagai, S. Kasai, H.
690 ℃で 400 µm 角以上の大面積 MoS2 が合成でき
Fukidome, A. Satou, and T. Otsuji, “Graphene-based
surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) for
ることがわかった（図３）。しかし、成長した膜
enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA)”,上に MoO3 などの異物が残った。異物が少ない成SPIE Photonics WEST 2024, 12860-7, San
長条件を見出すことが今後の課題として残った。
Francisco (USA), Jan 28th, 2024.
 衡彦君, 相澤佳乃, 濱田佑希乃, 吹留博一, 唐超,佐藤昭, 尾辻泰一, 内野俊, “グラフェン表面増強
ラマン散乱(G-SERS)基板の高性能化”, 71 回応
用物理学春季学術講演会, 東京都市大学, 2024 年
3 月 22 日.
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
内野 俊, 本間孝治“光学デバイス及びその製造方法” 特許 7296681 号.
図 3 MoS2 の光学顕微鏡写真[ 3 ] 今 後 の研 究 の 推進方 策
今年度は、従来からの課題であったグラフェン
SERS 基板の高性能化やグラフェン・バイオケミ
248

共同プロジェクト研究

RIEC Nation-wide Cooperative Research Projects Report
Grant No.

R05/A10

Title.
Current-induced orbital effects in magnetic heterostructures[1］Research Organization
Principal Investigator：
Dr. Samik DuttaGupta
Research Collaborator of RIEC：
Prof. Dr. Shunsuke Fukami
Research Collaborator
Mr. Sachin Majee
Mr. Dibyendu Majee[2] Research Period
2023, April ～ 2024, March[3] Purpose, Background, and Overview of the
Project
The realization of high-speed and low-power
consuming computing architectures is a crucial
challenge towards the development of high-throughput
intelligent computing paradigms. The generation ofangular momentum (spin or orbital) in a solid and its
non-equilibrium flow under the application of electricalcurrent offers a promising route for the development of
ultra-fast, dissipation-less,non-volatile future
spintronic devices. In the last decade, the discovery ofspin Hall effect (SHE) ushered a lot of attention towards
the generation, flow, and magnetization switching by
spin-orbit torques. However, this mechanism of spincurrent generation is generally limited to specific classof materials owing to the requirement of spin-orbit
interaction. Interestingly, recent theoretical studies
have predicted an alternative route, where large orbitalHall current and orbital torques (OTs) can be generated
from orbital Hall effect (OHE), independent of spinorbit interaction. This project aims at the experimental
investigations concerning quantification of OTs,
exploration of the underlying physics, and thepossibility of manipulation and control of ferro andantiferromagnets using OTs for future spintronic
devices.
[4] Research Plan and Content
Recent theoretical investigations and someexperimental results have shown that electric-field
generation of orbital currents or OHE is a fundamental
process, not requiring spin-orbit interaction and canoccur in a wide variety of materials. Despite its
fundamental importance, an unambiguous confirmationof OHE and OTs in magnetic heterostructures,
universal consensus concerning its underlying origin,symmetry of OTs, and bulk and interfacial
contributions has remained elusive. Our laboratory at
Saha Institute of Nuclear Physics (SINP) has developed
non-magnet/ferro or antiferromagnet heterostructuresusing magnetron sputtering or pulsed laser deposition,
crucial for the establishment of a materials platform. On
the other hand, laboratory of nanoelectronics andspintronics at Research Institute of ElectricalCommunication (RIEC) pioneers in development of
spintronic physics and devices down to nanometer scale.
In FY 2023-24, we had planned to (1) utilize thedeveloped stack structures for fabrication ofmesoscopic and nano-scale devices, and (2) quantify
OTs in these structures and demonstrate control ofmagnetic order in non-magnet/ferro or antiferromagnet
structures.
［5］Research Results and Ripple Effects（5-1）Research Results
In FY 2023-24, I was not able to come to RIEC, Tohoku
University to carry out collaborative research. It is dueto the fact that I had several teachings (condensed
matter theory course for two semesters, advanced
experimental techniques courses for two semesters) andadministrative commitments (purchase of instruments,
construction works, etc.) at SINP. Furthermore, I am
also in the process of setting up of my laboratory due towhich several civil construction, electrical works aswell as instrument installation works were ongoing in
FY 2023-24. I believe that, given the opportunity, I will
be able to visit RIEC, Tohoku University in this andsubsequent years for the successful continuation of ourcollaborative research activities.
However, during this time at SINP, we havebeen successful in optimization and growth offerromagnet/non-magnet, ferromagnet/antiferromagnet
structures using our newly installed ultra-high vacuum
magnetron sputtering set-up. In addition, we have also
been successful in development of 2D van der Waals
structures using dry transfer and optical lithography
techniques.
(5-2）Ripple Effects and Developmental Potential
We believe the in this and subsequent years, it will bepossible to demonstrate interesting results which can beof immense potential for orbital device physics.

249

共同プロジェクト研究[6] Summary and Future Challenges
The emerging field of current-induced orbital effects inmagnetic heterostructures bears a multidisciplinary
character and is expected to be attractive for data
storage, magnetic sensing, and non-volatile
computation. The obtained results would enhance thelimited knowledge available on orbital effects in solids
enabling clarification of relevant charge to angularmomentum interconversion physics and enunciating
new routes towards control and manipulation ofmagnetism. The development of orbitronic devices also
provides an unprecedented opportunity to explore
angular momentum phenomena and effects in magnetic
structures, and broadens the research scope on
spintronics and nanomagnetism, enabling developmentof new concept spintronic devices. The obtained results
would bear substantial implications for thedevelopment of future spintronic devices forconventional
andunconventional
computingarchitectures.
【Appendix】
Manuscript:
Conference Presentations:
1. S. DuttaGupta, R. Roy Chowdhury et al.,Unconventional emergent Hall effect phenomena in avan der Waals ferromagnet Fe3GeTe2, 2dMAT: A
discussion meeting on 2D Materials, January 18-19th
2024, S N Bose National Center for Basic Sciences(SNBNCBS), India (Invited Talk).
2. S. DuttaGupta, Thematic Talk on Quantum Materials
and Devices, Future Roadmap Vision 2047 (Vision
2047/Vision Amritkal), organized by Department ofAtomic Energy (DAE), Government of India at
Ramanujan Lecture Hall, 5-9th March 2024, ICTS
Bengaluru (invited talk).

250

共同プロジェクト研究

共 同 プ ロ ジ ェ ク ト 研 究 実 施 報 告 書 （ 令 和 5 年）
採択番号R05/A11

研究課題名
超 100GHz 帯ダイレクトディジタル送受信機技術の創成[ 1 ］ 研究 代表 者 ・ 通研対 応 教 員
研究代表者：
末松 憲治（東北大学電気通信研究所）
通研対応教員：末松 憲治（東北大学電気通信研究所）[ 2 ] 当 該 年度 の 研 究実績 の 概 要
当初予定では、2023 年度に、超 100GHz 帯増幅器 の 高 利 得 化 検 討 を 行 い 、 フ ァ ン ダ リ(Global
Foundry 社)の協力が得られれば実際の IC 試作を行うとしていた。しかし、コロナ禍以降の半導体
市況の変化に伴い、GF 社のアカデミックシャト
ルと呼ばれている無償 RFIC 試作サービスが実質的に中止されてしまったために、今年度は、①
2022 年度後半に IC 試作を行った超 100GHz 帯増
幅器 IC の評価と、②超 100GHz 帯増幅器 IC 設計を実施した。ここでは、①で得られた成果について報告する。
増幅器の高利得化のためには、単段の増幅器の高利得化とともに、カスケード(縦続)接続による多段化も行われる。超 100GHz 帯では、IC 上の伝送線路(この場合は、マイクロストリップ線路)の損失が大きいため、多段化の際に段間接続用の線路への配慮が必要となっている。図 1 は 3 段増幅器のチップ写真であるが、超 100GHz 帯では、高周波的な GND(接地)を図中に示すラジアルスタブ(半径 1/4 波長弱の扇形のパターン)で実現することが多い。下/上の 1 対のラジアルスタブの間の回路が 1 段分の増幅器回路となるが、1 段目と 2段目の間には、直流(DC)カット用の MIM キャパ
シタ以外に、入出力 PAD 約 2 個分の長さ(およそ
300um)の伝送線路を入れないと、上下のラジア
ルスタブの干渉を防ぐことができない。
ここでは、2 つのラジアルスタブを上下に積層することで、IC チップ上の面積を縮小した、多層構造のラジアルスタブを提案した。このラジアルスタブにより、段間線路を最短化でき、増幅器
多段化の際の段間接続部による利得減少を抑えることができる。

図 1 通常のラジアルスタブを用いた 130GHz 帯 3
段 CMOS 増幅器 IC のチップ写真
図 2 に提案する積層ラジアルスタブの構造を示す。CMOS プロセスの多層メタル配線を 2 層使い、
ラジアルスタブを 2 枚積層している。ただし、両者のメタルは DC 的に接続されていないので、上層と下層で異なるバイアス電圧(例えば、ゲート
電圧とドレイン電圧)を印加することができる。
問題は、上層と下層のラジアルスタブ間のアイソ
レーションになるが、所定の周波数では、ラジア
ルスタブはショート回路として動作するので、入力端子間のアイソレーションは十分にとれる。一方、それ以外の周波数では積層されたラジアルス
タブは単なる並行平板の容量とみなされるので、アイソレーションが十分に取れない恐れがある。
上記特性は、図 3 に示す電磁界シミュレーション
結果と一致した。

図2

積層ラジアルスタブの構造251

共同プロジェクト研究

図 6 試作した増幅器 IC の利得の周波数特性[ 3 ] 今 後 の研 究 の 推進方 策
TSMC 社の 28nm RFCMOS プロセスを用いた IC
試作を 2024 年度に実施し、2023 年度に設計したIC コア、超 100GHz 帯増幅器 IC、オンチップア
図 2 積層ラジアルスタブの電磁界シミュレーショ
ンテナの実証を行う予定である。超 100GHz 帯増ン結果（s パラメータ）
幅器のターゲット周波数は B5G/6G で注目されている 130GHz 帯とし、ゲート-ドレイン間にフィ
今回は、この積層ラジアルスタブを前段のドレイ
ードバック回路を付加し、帯域内では正帰還によン側と後段のゲート側の回路に使うこととし、帯る高利得化、帯域外では帰還量を抑圧し安定性を域外でアイソレーションが起こっても、発振など確保をする回路的な工夫を検討する。オンチップの問題が生じないような位置で使用している。図
アンテナ設計においては、プロセス変更に伴い、4 に提案した積層ラジアルスタブを用いたシリコンバルク（シリコン基板）が高抵抗基板か130GHz 帯 3 段 CMOS 増幅器の回路図を、図 5 にら低抵抗基板に変更となってしまった。このため、
IC チップの写真をそれぞれ示す。図 6 に利得の周シリコン基板による高周波信号の減衰が問題とな波数特性の回路設計（シミュレーション）結果とり、第 1～３アルミ配線層を地導体とするマイク
実測結果の比較を示す。設計に比べて、やや利得
ロストリップ線路構造を採用した IC 設計を進めは低いものの、発振を起こさず、安定して状態で、る。オンチップアンテナに関しては、IC 設計・
10dB 程度の利得を実現することができ、本積層試作だけでなく、オンウェハ RF プローブを用い
ラジアルスタブの有効性を確認した。
たアンテナパターン測定系も新たに立ち上げる。
2025 年度にはこれら回路・アンテナの改良検討を行い、実用的な無線通信装置への適用の目処を立てることを目標とする。
[ 論 文、 学 会発 表 、 および 関 連 成果等 ]図 4 回路図

図 5 IC チップ写真(1) 成果リスト（謝辞あり）
・F. Karasawa, T.Machii, M.Motoyoshi, T.Furuichi,
N.Suematsu, “130 GHz Band CMOS Amplifier with
Miniaturized Interstage Circuit by Stacked Radial
Stubs,” 2023 Asia-Pacific Microwave Conference,
pp.769-771, 2023 年.
・古内航紀, 張俊皓, 古市朋之, 末松憲治, “QSFP28
光モジュールを用いた WDM 光ファイバ給電ダイ
レクトディジタル RF 送信機による 20 GHz 帯
DBF 実験,” 2023 年電子情報通信学会ソサイエテ
ィ大会、2023 年.
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果なし

252共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和５年）
採択番号R05/A12

研究課題名
ミリ波デバイスおよび伝送線路の最適設計に関する研究[ 1 ］ 研 究 代 表 者 ・ 通研 対 応 教 員
研究代表者：
伊藤 桂一（秋田工業高等専門学校）
通研対応教員：末松 憲治（東北大学電気通信研究所）

はじめにストレート導波管の透過特性を測定した。測定結果を図 2 に示す。各周波数において，メッキ時間の違う 3 つを測定したが，大きなロスもなくメッキ時間による変化はなかった。これまで周波数はワンポイントでの測定であったため，試作した導波管は周波数数に対してほぼ変動がな
いことを確認した。次にミリ波導波管バンドパスフィルタの結果を図 3 に示す。透過特性より，通過周波数は 44GHz にずれたが，提案した構造でフィルタ性能が得られることを確認することができた。

S21[ dB ]S21[ dB ][2] 当該年度の研究実績の概要
5G などの需要が見込まれるミリ波部品を 3D プ
リンタ（以下 3DP）を用いて安価に製作する利点は大きい。本研究では，通常の加工では一体成型
困難な構造を 3DP で再現できるか確認するために導波管フィルタについて着目した。3DP による試作に適したフィルタ構造について提案し，透過特性の測定結果から提案構造の有用性について明
かにすることが本研究の目的である。本研究ではWR-19 規格の導波管および導波管フィルタを試
図 1 設計したミリ波導波管フィルタ（WR-19）
作し，ネットワークアナライザで透過特性の測定を行った。
0導波管フィルタは導波管回路において任意の周波数帯を透過，または遮断する目的で使用される。
−5
誘導性窓や容量性ポストを導波管内に設置することでフィルタとして機能するが，両者を同じ場所に設置して窓を構成し，3 枚の窓によるフィルタ
−10
60min
90min
の試作を行った。測定に用いるネットワークアナ
120minFlangeライザの測定周波数範囲（40～60 GHz）に合わせて導波管の規格を WR-19（4.78×2.39 mm）とし，
−15
40
50
60
同軸導波管変換器で測定するため外寸は 30×30
Frequency[GHz]mm と四角形とした。
3DP では急な変化は印刷できないため通常の窓 図 2 ストレート導波管の透過特性を印刷することができなかった。そこで図 1 に示
0
すように窓の両側に最大印刷角度 60°のスロープを付ける構造を考案した。50 GHz で透過するフ−20
ィルタ特性が得られるように各寸法を FDTD 法（時間領域差分法）を用いて設計した。設計で得−40られた STL 形式のデータをスライサーで変換し
60min
90min
て 3DP で印刷した。
−60
120min3DP で印刷後，無電解ニッケルメッキを 60 分，
90 分，120 分と時間を変えて施し，メッキ後フラ
−80
40
50
60
ンジと接続できるように穴加工した。また，メッFrequency[GHz]
キ性能を評価するためストレートの導波管も製作することとした。
図 3 バンドパスフィルタの透過特性

253

共同プロジェクト研究

次に，以上述べてきた 3DP とメッキによるミ
リ波部品の設計製作技術をプリント基板部品にも応用する方法について検討した。現在，携帯電話などの無線通信は 5G の導入により使用周波数帯が 28 GHz まで高周波化している。今後さらに高周波帯が使用されると予想でき，コスト面を考えると高周波部品をより安価かつ小型，軽量に製作する技術の開発が望まれている。本研究では電磁界解析およびトポロジー最適化を用いて小型プリ
ント基板用フィルタを設計することを目的としている。今回の報告ではプリント基板線路の計算モデルの作成と 40 GHz のバントパスフィルタの設計を目的としたトポロジー最適化を行った。
本研究では FDTD 法（時間領域差分法）を用い
図 5 s21 の周波数特性（間隙 10 セルのとき）てモデリングをした。計算モデルを図 4 に示す。
FDTD セルサイズは x，y 方向は 0.5 mm，z 方向は[ 3 ] 今 後 の研 究 の 推進方 策
0.4 mm とした。基板の寸法は 100×20 mm，厚み
本研究は 3 年計画を予定しており，2024 年度がは 0.8 mm，比誘電率は 4.4，損失は tan=0.016 を2 年目となる。2024 年度は設計した基板実装フィ与えた。基板裏面はアース面（金属）である。図
ルタの試作と測定を行う。トポロジー最適化によ
4 はマイクロストリップ線路の途中に間隙を空け，る構造設計を行い，3DP および工作機械での試作
間隙を覆うようにフィルタの設計領域を設けた。
について検討する。2025 年度は基板実装フィル
40 GHz を通過するバンドパスフィルタの設計
タの周波数を 40 または 50 GHz に設定して設計おを行うために，線路の間隔上に 10×10×8 mm の誘よび試作を行う。両年度ともフィルタ特性の測定
電体，金属，空気の 3 材料からなる設計領域を設
は貴研究所内で行う予定である。
けてトポロジー最適化を行った。誘電体としては
比誘電率r=2.6，誘電正接 tan=0.003 とした。材料の境界を滑らかに設計するために本研究では材料分布関数として NGnet（正規化ガウス関数ネットワーク）を用いた関数近似器を用いた。設計領
域周囲は電磁波を漏洩しないように金属壁で覆った。本研究では 40 GHz と 39 GHz の s21 の差の最大化を目的関数として用いて最適化を行ったとこ
ろ，図 5 に示すように設計周波数上でスペクトルの変化を確認した。提案手法によりミリ波部品を設計できる可能性を示すことができた。
Microstrip line
V₂
50Ω

50Ω

図4

254

V₁

Ground plane

プリント基板の計算モデル

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）
・松田英昭，伊藤桂一，野坂肇，西野智路，田中将樹，古市朋之，末松憲治，”3D プリンタを用いたミリ波導波管とフィルタの試作と測定”，令和
5 年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会，
26, p.35(2023.10)
・Keiichi ITOH, Yuma HORI, Hideaki MATSUDA,
Hajime NOZAKA, Tomomichi NISHINO, Masaki
TANAKA, Tomoyuki FURUICHI and Noriharu
SUEMATSU, "Design of Millimeter Wave Waveguide
Bandpass Filter for Prototyping with 3D Printer," 21stInternational Symposium on Applied Electromagnetics
and Mechanics (ISEM2023), Tokyo, OB-A3（査読あり）
4(2023.11)（
・柴田勝成，武居周，野村政宗，伊藤桂一，“電磁界解析を用いたプリント基板フィルタの設計”，
令和 5 年東北・北海道地区高等専門学校専攻科産学連携シンポジウム，T23-5-06 (2023.11)
・柴田勝成，武居周，野村政宗，菅原英子，伊藤桂一，“ミリ波プリント基板用バンドパスフィル
タのトポロジー最適化”，令和 6 年東北地区若手研究者研究発表会, YS-22-P17, pp.237-238(2024.3)
・松田英昭，伊藤桂一，野坂肇，西野智路，加藤
航雅，田中将樹，古市朋之，末松憲治，”3D プリ
ンタ製ミリ波誘電体充填導波管の試作”，令和 6年電気学会全国大会，3-011 (2024.3)(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果なし

255共同プロジェクト研究

RIEC Nation-wide Cooperative Research Project
Research Implementation Report（（FY2023））
Grant No.

R05/A13

Title
New generation of 2d material based devices for terahertz technology[1] Principal Investigator(PI)・・Research
Collaborator of RIEC
PI：
Prof. Taiichi OTSUJI（School of Engineering,Tohoku University）
Research collaborator of RIEC：
TSUKEN Ichiko（RIEC）[2] Summary of Research Results for the Year
The aim of the present project is to develop new
devices, based on two dimensional (2D) materials,
graphene (Gr) and hexagonal boron nitride(h-BN), fordetection and emission of terahertz radiations.
Graphene is a single sheet of carbon atom and has asemi-metal behavior. However, h-BN is a large band
gap material which can be used as dielectric for thedevice fabrication. In our previous project, wefabricated the first ADGG-GFETs device usinggraphene and demonstrate room temperature detection.
In the present project, we want to enhance theresponsivity of the fabricated devices by integration ofantennas and by increasing the quality of the fabricatedstack (h-BN/Gr/h-BN). We will investigate terahertz
detection between in the range 0.1-4.7 THz using
facilities recently installed in Salamanca University.
Other structures based on double-graphene-layer(DGL),
A graphene layer was sandwiched between two h-BN
layers to enhance carrier mobility and shield thegraphene from environmental influences. 2D material
layers were fabricated through mechanical exfoliation
technique. Van der Walls heterostructure (h-BN/Gr/hBN) was obtained using the hot pickup method andplaced on. The device architecture included top
asymmetric dual grating gates and an integrated 90ºbowtie with a 500 μm radius, as illustrated in Figure 1.
The doped silicon substrate was used as the back gatecontact. The device was placed in an optical cryostat at
a temperature of 8K for DC characterization, during
which the voltages of both the top and back gates werevaried as depicted in Figure 2. The charge neutrality
point was observed at a back gate voltage of -1.25V(Fig.2-(b)). A quantum cascade laser emitting at
frequencies of 2.5, 2.9, and 4.7 THz was used to excite
the ADGG-GFET. The photocurrent was recorded at
the drain by employing a lock-in technique. Here theterahertz beam was modulated electrically at 160 Hz
256

and this signal was used as a reference for the lock-in.

Fig. 1. Microscope photo of the fabricated asymmetric dual gratinggate FET with an integrated bow-tie antenna.

Fig. 2. (a) Channel resistance measurements versus back gate voltage.
(b) Mapping of the channel resistance versus both top gates while theback gate voltage was kept fixed at the charge neutrality point
VBG=-1.25V.

Figure 3 shows the obtained photoresponse signal
under the excitation at each frequency when the THz
radiation was switched on and off. A clear photocurrent
was measured, up to 0.1 nA at f=4.7THz. This is a clear
demonstration that our devices work at higher
frequencies of the terahertz range. The photocurrent
was measured versus both top gates and with fixed backgate voltage at the CNP (Vbg=-1.25V) as shown infigure 3. We observed an enhancement of the response共同プロジェクト研究

for specific biasing of both top gates. When both top
gates were biased with voltages of opposite sign,
periodic p & n regions are created along the channel
which improve the response through the so calledplasmon drag effect.
We also performed measurements of the detector speed

Fig. 3. (a) Photocurrent signal versus time when the terahertz
radiation was switched on and off (b) Photocurrent map versus both
top gates under excitation at 4.7 THz.

response. Here the modulation frequency was caried
from 160 Hz up to 2 kHz (fig.4). At low modulation,
the intensity was around 115pA and it was maintained
up to 2kHz where the intensity was 110 pA. This
indicate clearly that the device has a higher response
timpe in comparison with other thermal detector likeFig. 4. Photocurrent versus the modulation frequency.

pyroelectric (response time below 100 Hz). It
demonstrates the possibility to use those devices forpractical applications as communication and high-speed

inspection.

[3] Future Research Promotion Measures
As a future research plan, we are fabricating more
devices and we will investigate their detection at higher
temperature and frequencies, the behavior of thephotoresponse as a function of the polarization of theincoming light and speed response up to 5kHz will also
be investigated. The team from Salamanca will send his
Ph.D. Student to conduct experiments on detection
using other sources disponible at the RIEC team,
UTCPD terahertz source and the parametric THz
sources.
The second line of our investigation is to use new typeof devices based on 2D material for terahertz emission.
We will fabricate those devices at the Salamanca
University and the experiment will be performed using
the facilities of the prof. Otsuji at the RIEC, Tohoku
University.
We plan to submit the obtained results to highly impact
open access peer reviewed journals and promote thestudents to present their work at the international
conferences.
[ Appendix ][Papers, Conference Presentations, and Related
Achievements](1) List of Papers and Conference Presentations (withacknowledgements)
 E. Abidi et al., “Terahertz Detection by Asymmetric
Dual Grating Gate Bilayer Graphene FETs with
Integrated Bowtie Antenna,” Nanomaterials, vol. 14,
no. 4, pp. 1–12, 2024, doi: 10.3390/nano14040383.
 Y.M. Meziani & J.E. Velázquez-Pérez Trends inTerahertz Technology ISBN: 978-1-83768-168-6.
https://doi.org/10.5772/intechopen.102214(IntechOpen, Sept. 2023)
 E. Abidi, J.A. Delgado-Notario, V. Clericó, J. CalvoGallego,J.E. Velázquez, T. Taniguchi, K. Watanabe,
T. Otsuji & Y.M. Meziani Terahertz rectification up
to 4.7 THz by using an Asymmetric Dual-Grating
Gate Field-Effect Transistor. Invited at the 10th
International Symposium on Terahertz-Related
Devices and Technologies, Aizu-Wakamatsu, Japan,
Sept. 4–8, 2023.
 Y.M. Meziani, 2d material and their use in terahertz
technology. Invited at the 4th edition of the workshop”
Modeling of Electronic Structure in Material
Science” (Benguerir, Morocco, May 11–12, 2023).
 E. Abidi, J.A. Delgado-Notario, V. Clericó, J. CalvoGallego, J.E. Velázquez, C. Bray, C. Consejo, F.
Teppe, T. Taniguchi, K. Watanabe, T. Otsuj & Y.M.
Meziani Terahertz rectification using graphenebased Field effect transistor with integrated antenna.
in 14th Spanish Conference on Electron Devices(CDE 2023) Poster (Valencia, Spain, June 6–8,
2023)

257

共同プロジェクト研究(2) List of Papers and Conference Presentations(without
Acknowledgements),
andRelated
Achievements
・J. Calvo-Gallego et al., “Enhancing resolution ofterahertz imaging systems below the diffraction limit,”
Opt. Laser Technol., vol. 164, no. January, pp. 0–6,
2023, doi: 10.1016/j.optlastec.2023.109540.
・K. Maussang et al., "Temperature dependance ofIntrinsic Spin Orbit Coupling Gap in Graphene probed
by Terahertz photoconductivity," 2023 48th
International Conference on Infrared, Millimeter, andTerahertz Waves (IRMMW-THz), Montreal, QC,
Canada, 2023, pp. 1-2, doi: 10.1109/IRMMWTHz57677.2023.10299006.

258

共同プロジェクト研究

RIEC Nation-wide Cooperative Research Project
Research Implementation Report（（FY2023））
Grant No.

R05/A14

Title
Collaborative Evaluation Of Non-Verbal Communication Solutions[1] Principal Investigator (PI)・・Research
Collaborator of RIECPI：
WATSON Benjamin（Department ofComputer Science, North Carolina State
University）
Research collaborator of RIEC：
CHENG Miao（RIEC）[2] Summary of Research Results for the Year
Our collaborative research focused on three projects,
all seeking to support non-verbal communication.
Cheng’s project researches eye blinking incommunication between humans and digital avatars.
Watson’s first project is a new tool for supportinggaze in remote conferencing. His second project is a
Delphi survey of conference organizers on hybrid
conferencing, which has become increasingly
important after the pandemic. All of these projects
were summarized during the poster session at FY
2023’s Annual Meeting on Cooperative Research
Projects (1).

Figure 1: Emotional change as measured by the
PANAS survey. Red synchronized, blue not.
Decline in positive emotion was less withsynchronized blinking.
[2.1] Eye Blinking Between Humans and Avatars
Cheng and Watson investigated the influence of
blink synchronization between humans and virtualavatars on emotions and memory recall during
storytelling. Figure 1 shows the only significant

result: while generally participants felt less positive
emotion after the story than before, this was
especially true when the avatar’s eye blinks were notsynchronized to human participants’ blinks. Watson
participated in the design of the experiment and its
materials.

Figure 2: The gaze-preserving video conference
prototype. This was the first successful test withthree participants: one in Japan and two in the US.
[2.2] Gaze-Preserving Video Conferencing
Current video conferencing systems do not support
shared eye contact, making monitoring attention andtaking turns in conversation difficult. This project
restores eye contact by assigning relative locations
shared by conference participants, and giving eachparticipant a camera. Participants view one anotheraccording to relative location. Figure 2 shows
Watson and Cheng’s first and recently completed
trans-Pacific, pilot video conference with our videoconferencing prototype.
[2.3] Delphi Survey on Hybrid Conferencing
Hybrid conferences provide many benefits to those
who can’t physically attend conferences, but theformat comes with new and unique challenges.
Utilizing a Delphi survey of 28 organizers, Watson
and Cheng are identifying and ranking the benefits,challenges and best practices of hybrid conferencing.
Watson and Cheng have nearly completed theanalysis of participant responses to our first stage
survey (see Figure 3), and are preparing to ask
participants to improve and verify this analysis in thesecond and third survey stages.

259

共同プロジェクト研究

With the gaze-preserving video conferencing project,
Watson and Cheng will complete their prototype,and evaluate it with both quantitative and qualitative
measures of communicative success, including task
performance, counts of interruptions, and subjective
ratings. They will perform evaluations within the US,
Japan, and between the US and Japan.
Finally, with their Delphi survey on hybrid
conferencing, Watson and Cheng will complete thefinal survey stages with IEEE conference organizers.
Next, they are translating the IEEE survey into
Japanese, to survey Asian conference service
providers.

Figure 3: Analyzing responses to the first stage of
our Delphi survey on hybrid conferencing.
[2.4] Research Meetings
In the summer soon after this grant began, Watson
became a Visiting Scholar at Tohoku University,where presented his relevant research at RIEC (2).
Over the following five weeks, he met with Cheng
weekly to plan their three research projects,
particularly the blinking and Delphi survey efforts.
Soon after Watson’s departure, his doctoral student
Dani Hove visited Cheng at Tohoku University as
well, and also made a presentation at RIEC (3). Hoveand Cheng piloted an early prototype of the gazepreserving video conferencing system.
Last February Watson visited RIEC for the Annual
Meeting on Cooperative Research Projects, where
he presented a poster describing the three research
projects with Cheng (1). They also met to discuss
future research.
Finally, since the end of his time as a Visiting
Scholar, Watson, Cheng and Hove have met
remotely every two weeks, discussing their ongoing
research.
[3] Future Research Promotion Measures
As they continue working on the eye blinking
project, Cheng and Watson will study the effect ofsynchronized blinking with more familiar topics ofconversation, allowing individual participants to try
both synchronized and unsynchronized avatars, lessrealistic avatars, and working with new medical
collaborators at Tohoku University. Longer term,
they may study other eye behaviors such as pupillary
response and eye contact.

260

Project Publications(1) D. Hove, *B.A. Watson & M. Cheng (2024).
Collaborative evaluation of non-verbal
communication solutions. Research Institute ofElectrical Communications (RIEC) Annual
Meeting on Cooperative Research Projects.
(Sendai, Japan, February).
(2) *B. Watson. (2023). Supporting humanconnection and performance at the Visual
Experience Lab. At the Research Institute forElectronic Communication (RIEC) at Tohoku
University. (Sendai, Japan, June).
(3) D. Hove. (2023). Eye2Eye: enriching videoconferencing with software-based full gazeawareness.
At the Research Institute forElectronic Communication (RIEC) at Tohoku
University. (Sendai, Japan, October).
(* corresponding author)共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R05/A15

研究課題名
産業保健領域における VR 機器を活用した体験型実地研修の実践[ 1 ］ 研 究 組織研究代表者：
色川 俊也（東北大学大学院医学系研究科）
通研対応教員：北村 喜文（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
五味 良太（東北大学電気通信研究所）
田中 雄大（東北大学電気通信研究所）
阿部 真成斗（東北大学電気通信研究所）
清水 尚弥（東北大学電気通信研究所）
北村 喜文（東北大学電気通信研究所）[ 2 ]研究期間
令和５年４月 ～ 令和６年３月[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
本 プ ロ ジ ェ ク ト の 目 的 ： 産業医職場巡視実地研
修に VR 機器を導入し、事業場（現地）巡視とほぼ同等の教育効果のある研修機会を提供する。
背 景 ： 職場巡視は、産業医の法的義務のある実践活動の一つである。日本医師会等では、実地研修として事業場を訪問し巡視を実施してきたが、訪問は、事業場の営業（稼動）時間内に限られる
ため、平日日中、診療業務に従事する医師は参加が困難であった。又、2020 年以降、COVID-19 パ
ンデミックにより社会生活が制限される中、集団で直接事業場を訪問する職場巡視研修が開催不可となっていた。
概要：2021 年から 2024 年に開催された日本医師会認定産業医実地研修会、及び日本産業衛生学会
全国協議会実地研修会にて VR ゴーグルを用いた体験型実地研修を行った。概要を表 1 の通り。
実施日
参加人数 VR 台数
2021/12/21 30
Oclus:52022/3/22
20
iPhone:10
2022/9/630
Oclus:5 iPhone:10
2022/10/19 36
Oclus:5 iPhone:10
2022/12/20 35
Oclus:62023/9/21
30
Oclus:62023/10/27 30
Oclus:62023/11/9
36
Oclus:62024/1/23
36
Oclus:6
その他 Oclus:4 台で 100 名のデモ実演 2 回

Oclus:3 台で 30 名のデモ実演 1 回[4]研究計画及び内容①宮城県内の印刷工場、山形市内の自動車ボディ
ー工場で操業中に撮影した 360 度動画を使用した。
②労働安全・衛生上改善すべき問題点のある作業
環境や作業態様を含む動画を 3 分から 5 分の教材に計 8 本編集した。
③1 グループ 5 名又は 6 名とし、各グループに
OclusQuest2○R 1 台とノート PC1 台（Windows10、
又は Windows11）を設置した。
④編集した教材動画ファイルを Oclus Quest 2○R ファイルフォルダーに転写し、Deo VR video player○R
にて視聴した。
⑤VR 装着者以外の者も視聴している動画をグー
プ内で共用できるように有線又は Bluetooth で VR
機器と接続した PC モニター上に教材動画を投影し た 。 ミ ラ ー リ ン グ ソ フ ト は 、quest-mirrorwin32-x64.を利用した。
⑥教材動画中の安全・衛生上、改善を要する指摘事項（2～3 点）を各人が抽出し、グループ内でディスカッションを行いグループの指摘事項として 3 点に整理した。又、安全・衛生上良好な点があれば、併せて抽出し最大 3 点までにグループ内で整理した。
⑦各グループの代表者が、安全・衛生に関する改善すべき点・良好点を発表し、参加者全員で意見交換を行った。
⑧総括として、講師より、改善を要する根拠とな
る法的規制や過去の事故事例などを紹介し、研修を総括した。
その他：新型コロナ感染症流行下での実地研修実施にあたり、VR デバイス装着時に眼周囲を覆う
VR マスクや、使い捨てキャップを着用してもら
い、使用後の VR デバイスはアルコールで拭くなどの感染対策を行った。

261

共同プロジェクト研究

実際の職場巡視においては、五感を最大限に活用して、職場の危険性・有害性を感知することが理想とされている。従って、視覚・聴覚のみならず、触覚、嗅覚、温痛覚などにも訴えるデジタル
教材が作成できれば更なる教育効果向上が期待される。
[論文、学会発表、および関連成果]
1.色川 俊也, 中谷 敦, 五味 遼太, 田中 雄大,
他. 新型コロナ感染症流行下での産業保健活動における VR・AR デバイスの活用. 産業衛生学雑誌.
2021. 63. 6. 332-333［5］研究成果と波及効果等（ 5-1 ） 研究成 果
これまで実施されていた写真や動画を用いた職
場巡視実地研修では、画像の中に必ず解答（指摘
すべき安全・衛生上の問題事項や良好事例）があったのに対して、VR デバイスを用いて 360 度動
画教材を視聴する本研修では、実際の事業場巡視と同様に教材動画の VR 空間から潜在する危険または有害要因を見つけ出し指摘する点で、より教育効果の高い研修を実施することができた。VR
画像空間は、現実性や臨場感が高い点でも教育効
果が高められていると思われた。参加者に実施したアンケート結果でも、臨場感があり興味深く研修できたと高評価を得た。
更に、COVID-19 蔓延の様な感染症流行により事業所訪問ができない社会生活制限下であっても教育効果の高い臨場感のある実地研修が開催出来た点は大きな成果であったと考えている。
（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
産業医や衛生管理者が就労下に他職種・異職種の現場経験を持つことは困難であるため複数の業種について 360 度動画教材セットを作成できれば、多様な実務対応能力を習得した専門科の育成教育に貢献することが期待される。
[6]まとめと今後の課題
産業保健従事者（特に産業医）の実務能力向上に貢献する教育研修手法の定着に貢献する事ができた。
今回、作製した 360 度動画教材では、参加者から VR 酔いの訴えが出ていることから、教材の画質向上が今後の課題と考えられた。
262

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号R05/A16

研究課題名
身体運動を誘発する動的 VR/AR ワークスペースに関する研究[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
高原 良（株式会社 TATAMI）
通研対応教員：藤田 和之（東北大学 電気通信研究所）の結果，首の回転のみによってスクリーンを追従する必要のあるベースライン座標系と，首以外の動きによってもスクリーンが追従可能な提案座標系との間で，ストレッチ達成度に差が見られなかった．これは，実験中であるために参加者が正しい姿勢を取ろうとした心理的バイアスによるものである可能性が考えられた．そこで，2 つ目の実
験では，参加者には首ストレッチが目的であることを教示せずにスクリーンを移動させ，同様に 2つのバーチャルスクリーンの配置座標系を用いてタスクを実施してもらった（N=6）．結果，提案
座標系がストレッチをすることをユーザが意識しない場合にもストレッチ姿勢へ誘導可能であることが示唆された．

[2] 当該年度の研究実績の概要
本プロジェクトでは，デスクワークにおける身体
各部位の筋肉の緊張や血行不良の問題を解決する
ため，デスクワーク作業を中断することなく身体のストレッチを誘発させる動的 VR/AR ワークス
ペースの実現を目指す．具体的には，作業者がイ
ンタラクションをしているワークスペースの要素（例：バーチャルスクリーン，バーチャルキーボ [3] 今後の研究の推進方策ード）の位置や向きを適応的に変化させることで， 本年度は，実験室実験により，バーチャルスクリ
作業者の視線や身体各部位を特定の場所に誘導す ーンの配置・移動による首ストレッチ誘導の可能ることで，ストレッチやエクササイズを促す．こ 性を示すことができた．次年度は，これを実際のの際，作業者のパフォーマンスを損ねない，かつ デスクワーク環境に適用し，より現実的なタスク
作業者に不快感を与えない方法を確立することを 下における姿勢誘導への有用性について検証する
目指す．本研究では特に眼と上半身の運動に着目 予定である．また，本研究成果をまとめ，国際会
し，眼精疲労および肩こりを解消するためのワー 議論文またはジャーナルへ投稿予定である．
クスペースの動作について取り組む．
本年度では，この目的に向け，以下の日程で通研対応教員および分担者らと研究打合せを実施してきた．実装物を実際に体験する際には，現地（通研）での打合せを実施した．
- 令和 5 年 5 月 2 日 10-12 時@オンライン- 令和 5 年 7 月 31 日 10-12 時@オンライン- 令和 5 年 8 月 8 日 16-18 時@通研 M565
- 令和 6 年 2 月 15 日 14-16 時@通研 M557
本年度の取り組みとして，バーチャルスクリーンの配置座標系や動作形式がユーザ体験に与える影響を調べた．1 つ目に実施した実験では，2 種類の座標系（バーチャル世界座標を基準としたベースライン座標系，人の体幹を基準とした提案座標系）と 2 種類の動作形式（連続，離散）の条件下
で 3 つの回転軸（Yaw，Pitch，Roll）でスクリーンを移動させた際，ユーザのストレッチ行動および主観評価に与える影響を調査した（N=8）．こ263

共同プロジェクト研究

RIEC Nation-wide Cooperative Research Project
Research Implementation Report（（FY2023））
Grant No.

R05/A17

Title
Auditory Influences on Saccadic Suppression[1] Principal Investigator(PI)・・Research
Collaborator of RIECPI：
CHOW Hiu Mei (St. Thomas University, Canada)_
Research collaborator of RIEC：
TSENG Chia-huei, SHIOIRI Satoshi（RIEC）[2] Summary of Research Results for the YearIn Year 1 (2023-2024), we developed proof-of-concept
evidence that sound affects visual stability perception.
Specifically, we evaluated if sound affects visualstability perception, by exploring the effect ofauditory blanking on saccadic suppression of
displacement. Previous literature has consistently
reported an effect of visual blanking – the temporary
disappearance of the visual target – in reducing
saccadic suppression of displacement, but little is
known if there is an auditory counterpart. That is,whether a brief gap in sound could induce similar
performance changes? Three experiments were
designed and conducted to explore the effect ofauditory blanking with the appropriate control
conditions.

Human participants were recruited to participate in acomputer-based task similar to that used by Tseng &Shiroi (Takano et al., 2020; Figures 1 & 2). Specifically,
participants were instructed to make a rightward
saccade from a fixation point to the target (a small discon a uniform background), while their eye positions
were recorded by an eye-tracker. Upon the detection of
saccade onset, the target would disappear briefly andreappear to the left or right of the original position.
Participants reported whether the target was displaced
to the left or the right (two-alternative forced choice).
The displacement discrimination sensitivity wasquantified to measure saccadic suppression of
displacement.

Figure 2. Illustrated visual (top) and auditory (bottom)
stimulus timeline.

Figure 1. Apparatus and set-up used in all experiments.

264

Critically, sound conditions were manipulated indifferent experiments (illustrated in Figure 2, bottom)
to understand the effects of sound on saccadic
suppression of displacement. For example, in the firstexperiment, we found that a brief gap in sound (audio
blank) significantly improved observers’ ability to共同プロジェクト研究

discriminate target position shifts during saccades,
compared to audio (a continuous sound) or silent (nosound) (Figure 3). Further experiments and analyses are
pursued currently to understand (1) how saccade
kinematics might be affected by sound, potentiallymediating the effect of sound on perception, and (2)whether temporal factors are critical for the effect ofsound.

Low visual contrast

High visual contrast[Papers, Conference
Achievements]

Presentations,

andRelated(1) List of Papers and Conference Presentations (withacknowledgements)
・Ma, J., Chow, H.M., Hatori, Y., Shioiri, S., & Tseng,
C.H. (2023). Auditory modulation on saccadic
suppression of displacement. Oral Presentation at theSummer Conference of the Vision Society of Japan.
・Chow, H.M., Ma, J., Shioiri, S., & Tseng, C.H.
(2024). The effect of sound on visual stability
perception during saccades. Presentation at theEuropean Conference on Visual Perception, Scotland.
(2) List of Papers and Conference Presentations(without
Acknowledgements),
andRelated
Achievements
・N/A

Figure 3. Results of Experiment 1 showing the highest
displacement discrimination sensitivity in the audio
blank condition compared to audio or silent conditions.
In summary, we have:(1) Completed pilot tests to identify and optimize
experimental conditions(2) Established data analysis pipeline(3) Trained student researchers to collect andanalyze data
(4) Conduct pilot research data sufficient to
prepare for a full grant support[3] Future Research Promotion Measures
In the next year (2024-2025), we plan to further
investigate what kind of sound affects visual stability
perception, by manipulating the type of changes in thesound. For example, changes in loudness, pitch, andmodulation frequency can all signal changes in world
events. Are they similarly effective in inducing
performance changes, compared to auditory blanking?
We will explore whether visual and auditory blanking
effects are summative or multiplicative to round out ourinvestigation in Year 1. This work presents a new
avenue to study multisensory processing during active
vision and will interest both fields of research. The data
will allow the research team to write and submit
multiple journal publications and pursue additional
funding opportunities.

265共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号R05/A18

研究課題名
多細胞ネットワークを基盤とする脳情報処理の構成論的解析た独自性の高い技術である．また，単一細胞からモジュール構造へとボトムアップ的に脳の機能を解析しようとするスタンスは上記のグループ特有のものである．これらの特長を生かしつつ，他方では互恵補完的なグループ体制を最大限に活用して，安定な情報システムとしての脳の構造と機能の関係を解析し，現象の包括的な理解を進める．
[2] 当該年度の研究実績の概要
プロジェクトの初年度である R5 年度には，東複数の神経細胞の活動を in vivo で同時記録する技術が進歩し，同時に，高等生物の脳神経回路の 北大と University of Barcelona グループとの共同研
神経細胞間の結びつきに関する情報が蓄積されて 究により，モジュール構造型培養神経回路の摂動きた．その結果，神経同士の解剖学的な結びつき 応答特性を理論・実験の両面から解析し，モジュを表す構造的結合関係と，発火相関から導かれる ール構造が強い神経回路網においては同期状態と機能的結合関係とは必ずしも一致しないことが明 非同期状態との間の制御性が高くなることを明ららかとなった．構造的結合は，発達などによる回 かにした．
また，令和 6 年 2 月 27〜28 日に東北大通研で路のリモデリングによって，数時間あるいは数日といった遅い時間オーダーで調整されるのに対し， 開 催 さ れ た 通 研 国 際 シ ン ポ ジ ウ ム 12th RIEC
機能的結合は，動物が行う実験課題の内容や外部 International Symposium on Brain Functions and Brainからの感覚刺激に応じて，数百ミリ秒という速い Computer において研究代表者，通研対応教員，
時間スケールで切り替わる．シナプス回路の構造 ならびに海外研究者を含む研究分担者が研究成果的変化は，神経間の機能的結合とその結果として 発表を行った．
生じるシナプス可塑性を通じて回路構造に再びフィードバックされるため，安定な情報システムと 12th RIEC International Symposium on Brain
Functions and Brain Computer
しての脳の構造と機能との関係，および，自発的(3rd Symposium on Multicellular Neurobiocomputing)
神経活動による調整のメカニズムを一体として解
日時： 令和 6 年 2 月 27〜28 日
析することが，現象の包括的な理解に不可欠であ
場所：東北大学電気通信研究所＋Zoom
る．
（口頭発表）
本プロジェクトでは，安定な情報システムとし S. Sato et al. (Tohoku University)ての脳の構造と機能の関係に対する深い理解を得 B. J. Kagan (Cortical Labs)
るために，脳のモジュール構造に着目し，それを J. Soriano et al. (University of Barcelona)
ガラス基板やプラスチック基板表面のパターンに Y. Katori (Future University Hakodate)他
沿って成長した神経細胞で構築できる東北大グル（ポスター発表）
ープ，より基本的な構造である帰還接続をもつ単 T. Tanii et al. (Waseda University)
他
一神経細胞を同様にパターニングして解析を行え N. Fujiwara et al.(Tohoku University)
る早稲田大グループ，この２つの実験グループに加えて，得られた実験結果を個別の方法論で理論的に解析する，公立はこだて未来大学，山形大学， [3] 今後の研究の推進方策
通研対応教員（山本）を領域代表とし，研究代および，University of Barcelona からなる理論グループを加えた体制を構築する．研究対象は，生き 表者（谷井）が計画研究の代表者を務める科研た神経細胞回路を用いて基板表面に，接続構造を 費・学術変革領域研究(A)が R6 年度から採択され規定した状態で構築される in vitro 系である．単 ることが決定した．研究分担者の香取と平野も計一細胞から複数の神経細胞を含む規定された構造 画研究代表として参画する．脳型ハードウェアやを有する神経細胞回路を基板表面に構成する技術 ロボティクス分野の専門家とも共同研究の環を広は東北大－早稲田大の共同研究として構築してき げながら，研究課題を推進する．
[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
谷井 孝至（早稲田大学理工学術院）
通研対応教員：山本 英明（東北大学電気通信研究所）266

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）
・マイクロ流体デバイスを用いた神経回路機能の実細胞再構成. 山本英明, 平野愛弓, 佐藤茂雄,
応用物理 92, 278-282 (2023).
・Biological neurons act as generalization filters inreservoir computing. Takuma Sumi, Hideaki
Yamamoto, Yuichi Katori, Koki Ito, Satoshi Moriya,
Tomohiro Konno, Shigeo Sato, Ayumi Hirano-Iwata,
Proc. Natl. Acad. Sci., U.S.A. 120, e2217008120(2023).
・Modular architecture facilitates noise-driven control
of synchrony in neuronal networks. Hideaki
Yamamoto, F. Paul Spitzner, Taiki Takemuro, Victor
Buendía, Carla Morante, Tomohiro Konno, Shigeo
Sato, Ayumi Hirano-Iwata, Viola Priesemann,Miguel A. Muñoz, Johannes Zierenberg, Jordi
Soriano, Science Advances 9, eade1755 (2023).
・Enhanced responses to inflammatory cytokine
interleukin-6 in micropatterned networks ofcultured cortical neurons. Mamoru Sakaibara,
Hideaki Yamamoto, Hakuba Murota, Nobuaki
Monma, Shigeo Sato, Ayumi Hirano-Iwata,
Biochemical
andBiophysicalResearch
Communications 695 149379 (2024).
・Integrating predictive coding with reservoir
computing in spiking neural network model ofcultured neurons. Yoshitaka Ishikawa, Takumi
Shinkawa, Takuma Sumi, Hideyuki Kato, Hideaki
Yamamoto, Yuichi Katori, NOLTA, IEICE(accepted).
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・安価な量子計測のための＋αの研究技術：ローエンド FPGA を用いたダイヤモンド中 NV セン
タの量子計測. 谷井孝至, 応用物理 93, 39-43(2024).

267

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号R05/A19

研究課題名
非線形複雑システム理論の時空間システムへの展開と応用[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
堀尾喜彦（東北大学電気通信研究所）
通研対応教員：堀尾喜彦（東北大学電気通信研究所）[2] 当該年度の研究実績の概要
力学系の解析手法については、時系列データのみ
から力学系のスーパーファミリー現象を用いることで解を同定する既存手法の改善を行い、既存手法よりも多くの解をより精度良く同定することが可能になった。
さらに、カオス時系列データから得られるグラフ構造の複雑性を Campanharo 法に基づいて定量化する手法を提案した。その結果、グラフ構造か
ら周期的、準周期的、カオス的な状態を定量化することが可能であり、数値はリアプノフ指数と同じ傾向を示すことを示した。さらに、周期倍増分
岐の周囲に特有のグラフパターンが生成されることがわかり、リアプノフ指数では捉えられない時
系列データの特徴を捉えることができることを示した。
また、分岐図推定手法を応用した臨界状態遷移予測のロバスト性の検証を行った。さらに、ニューラルネットワークの学習に正則化項を取り入れることにより強いノイズが付加された時系列からも予測ができることを確認した。
実システムから観測された種々のデータをテン
ポラルネットワークで表現することで元のシステ
ムの時間的・空間的性質を捉えることができる。
このテンポラルネットワークはグラフ間距離を用
い る こ と で Recurrence Quantification Analysis(RQA)を用いた解析が可能になるが、採用するグ
ラフ間距離の違いが RQA に与える影響は明らかになっていない。そこで、様々なグラフ間距離を用いてテンポラルネットワークからリカレンスプ
ロットを生成し RQA によって元のテンポラルネ
ットワークの時間的性質がどの程度捉えられるかを調査した。
一方、言語における colexification (意味的共通性) に対して、概念を頂点、意味的共通性を辺に割り当てることでネットワークを作成し、これを解析することで、言語における中心的感情が268"GOOD"、"WANT"、"BAD"、"LOVE “の 四 つ であることを明らかにした．
また、神経細胞の数理モデルに対して周期入力を印加した際の応答を解析し、神経応答と印加電流の周期・振幅の関係が平衡点の存在とその安定性に依存することを明らかにした。
無線ネットワークの応用においては、無線スパ
イキングニューラルネットワークの実装と、それを用いた学習実験を進めた。具体的にはパブロフの犬のモデリング、材質推定人数システム、
MNIST 文字認識システムを構築し、その特性を考察した。
複雑最適化では、入れ子構造をもつ PSO を用いた分岐点探索アルゴリズムの並列化と汎用のマ
ルチコアプロセッサを用いた実装について研究を進め、ライブラリとしての実装を実現した。並列化の粒度を最適化する上で生じるオーバーヘッド対策として、非同期な振る舞いをする PSO の効果を示した。
カオスニューラルネットワークリザバー(CNNR)の応用として、時系列予測に基づく心電図異常検知アルゴリズムの実装と，そのパラメー
タ特性の調査を行った．ベンチマークデータに対して正解率 93%を達成した。
さらに、ニューロンモデルの不応性パラメータの範囲を拡張した拡張 CNNR を提案し、時系列の閉ループ予測に適用した（図１）。

図１：拡張 CNNR による閉ループ時系列予測
その結果、従来の CNNR と比較して予測限界時
間が約 3 倍に延びること、その原因が、記憶容量(MC)の指数的な減衰特性にあることを明らかにした（図２）。

共同プロジェクト研究

図４：スパイキング STCLMN の評価回路
図２：発見した記憶容量の指数的テイル特性
また、時空間文脈学習・記憶ネットワーク(STCLMN)の学習性能を評価するため、ネットワ
ーク出力間のハミング距離の 2 次元マップを(2D HD Map)を構成する手法を提案し、出力空間の入れ子階層構造を明らかにした（図３）。

図５：図４より観測されたシナプス応答特性

図３：提案した 2D HD Map と STCMLN の出力空間の階層構造さらに、STCLMN モデルをイベント駆動の連
続時間・連続値スパイキングニューラルネットワ
ークモデルに拡張し、これを微差分方程式として定式化した。加えて、提案モデルを個別部品で実装し（図４）、その有効性を確認した（図５）。
[3] 今後の研究の推進方策
力学系の解析については、本年度開発した時系列
データ解析手法を実データなどに適用してその有用性を数値的に確認する。
また、カオス時系列データ解析では、提案した解析手法において、グラフ生成に用いた手法によって遷移確率が影響を受けると、グラフがどのように変化するかを評価する予定である。また、ノイズを付加したカオス時系列データやホワイトノ
イズを付加した時系列データに対して、この解析手法がどのように反応するかを調べる予定である。
分岐図推定法の応用については、実データに対して臨界状態推移の予測を行う。実データとして、現在まで使用していた数理モデルを電子回路で再現して時系列データを計測する予定である。
テンポラルネットワークでは、本年度得られた知見に基づき、RQA に基づくテンポラルネット
ワークの解析手法を実システムから観測されるデータの解析に応用する。具体的には，時間と共に変化する人集団の振る舞いや近接関係などを計測した種々のデータに対して上述の手法を適用し、その有効性を検証すると共に人集団の時空間的性
質を明らかにする。
さらに、本年度において分岐点探索アプリケー
ションの開発に関して一定の成果が得られたため、今後は動作検証や問題点の抽出を通して分岐解析に関する機能の拡張を目指す。また、他のアルゴ
リズムへの適用可能性について検討する。
一方、無線ニューラルネットワークの無線方式と し て い て 用 い て い る APCMA (Asynchronous
Pulse Code Multiple Access) 方式とニューラルネッ269共同プロジェクト研究

トワークの学習能力の関係を本年度実装したモデルを用いて検討する。
CNNR については、出力層に拡張カオスニューロンモデルを導入し、複雑時系列予測を小規模なネットワークで行うことを目指す。また、新しい応用課題として以下を追加する。振幅方向に特徴を持つ心室期外収縮の検出率は 90%程度と高いものの、時間方向に特徴をもつ心房期外収縮の検出率は 20%程度と低い。そこで、CNNR によるワンステップ予測とフリーラン予測を組み合わせることにより、心房期外収縮の検出率の向上を目指す。
STCLMN では、スパイキングニューラルネッ
トワークによる集積回路実装を行う。さらに、非線形ダイナミクスの観点から脳疾患の分析などへの応用に関する研究を行う。

270

共同プロジェクト研究

いた一評価手法」， 東北大学 電気通信研究所[論文、学会発表、および関連成果等]
共同プロジェクト研究・非線形ワークショッ(1) 成果リスト（謝辞あり）
プ 合 同 研 究会 ア ブ スト ラ ク ト 集，p. 57，[1] Takemori Orima, Takeru Tsuji, and Yoshihiko2024.
Horio, "An extended spatiotemporal contextual [10] 佐野光希, 堀尾喜彦, 「時間履歴項を持つ出力
learning and memory network model for hardware
層ニューロンを用いたニューラルネットワー
implementation," Procedia Computer Science, vol.
クリザバーによる時系列予測」， 東北大学 電222, pp. 478-487, 2023. DOI: 10.1016/j.procs.
気通信研究所 共同プロジェクト研究・非線
2023.08.186
形ワークショップ合同研究会 アブストラク[2] Takemori Orima, Yoshihiko Horio, Takeru Tsuji,
ト集，p.
56，2024.
and Mamoru Furuya, " Analysis of hippocampal
[11]
辻
孟,
堀尾喜彦,
「時空間コンテクスト学
spatiotemporal contextual learning memory model
習・記憶ニューラルネットワークの解析と回for hardware implementation, " in Proc. 5thInternational Symposium on Neuromorphic AI
路実装」， 東北大学 電気通信研究所 共同プ
Hardware, p. 22, 2024.
ロジェクト研究・非線形ワークショップ合同[3] Go Ishii, Yoshihiko Horio, and Takemori Orima,
研究会 アブストラクト集，p. 51，2024.
"Effect of memory capacity characteristics on[12] 石井豪, 堀尾喜彦, 「ニューロンが時間履歴項
time-series prediction in reservoir neural networkを持つニューラルネットワークリザバーの時
consisting of neurons with local temporal history,"
系列予測に関する研究」， 東北大学 電気通信
in Proc. The 10th Anniversary Korea-Japan Joint
研究所 共同プロジェクト研究・非線形ワー
Workshop on Complex Communication Sciences,
クショップ合同研究会 アブストラクト集，p.
BP-6 (3 pages), 2024. (Best Student Paper Award
受賞)
49，2024.
[4] Satoshi Moriya, Hideaki Yamamoto, Shigeo Sato, [13] 織間健守, 堀尾喜彦, 「海馬に基づく時空間文
Yasushi Yuminaka, Yoshihiko Horio, and Jordi
脈学習記憶モデルのハードウェア実装に向け
Madrenas, "Analog hardware implementation ofて」， 東北大学 電気通信研究所 共同プロジ
spiking neural networks for edge computing," inェクト研究・非線形ワークショップ合同研究
Proc. International Symposium on Nonlinear
会 アブストラクト集，p. 5，2024.
Theory and Its Applications, pp. 317-318, 2023.
[14] 堀尾喜彦, 「ブレインモルフィックハードウ
DOI: 10.34385/proc.76.B3L-32
ェアと光デバイス」, 電子情報通信学会総合[5] Takemori Orima, Takeru Tsuji, Yoshihiko Horio,
Satoshi Moriya, and Shigeo Sato, "Memory state
大会講演論文集, pp. CI-5-03_1-CI-5-03_2, 2024.
evaluation of spatio-temporal contextual learning（招待講演）
memory network based on output spike rate," in [15] 小野哲史, 守谷 哲, 山本英明, 弓仲康史, 堀尾喜Proc. International Symposium on Nonlinear
彦, 佐藤茂雄, 「アナログ CMOS スパイキング
Theory and Its Applications, pp. 378-381, 2023.
ニューラルネットワーク LSI を用いた超低消
DOI: 10.34385/proc.76.B4L-35
費電力リザバー計算システムの実装と画像認[6] Takeru Tsuji, Takemori Orima, and Yoshihiko
識応用」, 電子情報通信学会総合大会講演論
Horio, "Detailed evaluation of spatiotemporal
文集, p. D-2-06, 2024.
learning rule based on Hamming distances among
output vectors," in Proc. International Symposium [16] 堀尾喜彦, 「ブレインモルフィックコンピュ
on Nonlinear Theory and Its Applications, pp.
ーティングハードウェア」, 電子情報通信学
415-418, 2023. DOI: 10.34385/proc.76.C1L-31
会総合大会講演論文集, pp. NI-1-01_1-NI-1[7] Takemori Orima, Takeru Tsuji, and Yoshihiko
01_2, 2024.（招待講演）
Horio, "An extended spatiotemporal contextual[17] Daniel Peter, Mamoru Furuya, Takeru Tsuji,
learning and memory network model for hardware
Takemori Orima, Yoshihiko Horio, 「Parameters
implementation," in Proceedings of International
search for spatiotemporal learning neural
Joint Conference on Neural Networks, paper no.
networks with PWM input sequences」, 電子情1570883985 (10 pages), Gold Coast, Queensland,
報通信学会総合大会講演論文集, p. N-1-18,
Australia, June 18-23, 2023
2024.
[8] 堀尾喜彦, 「ニューロモルフィックからブレ
インモルフィックへ」， 東北大学 電気通信研 [18] 古谷守, 織間健守, 堀尾喜彦, 辻 孟, 「時空間学習ネットワーク出力の多段階テンプレートマ
究所 共同プロジェクト研究・非線形ワーク
ッチングを用いた一評価手法」, 電子情報通
ショップ合同研究会 アブストラクト集，p.
信学会総合大会講演論文集, p. N-1-17, 2024.
10, 2024.
[9] 古谷 守, 堀尾喜彦, 「時空間学習ネットワー [19] 佐野 光希, 堀尾喜彦, 織間健守, 石井豪, 「時間履歴項を持つ出力層ニューロンを用いたニュ
ク出力の多段階テンプレートマッチングを用271

共同プロジェクト研究ーラルネットワークリザバーによる時系列予測」, 電子情報通信学会総合大会講演論文集,
p. N-1-02, 2024.
[20] 織間健守, 堀尾喜彦, 辻 孟, 古谷守, 「時空間学習則におけるシナプス重み空間と出力空間との関係のユークリッド距離を用いた定性的評
価」, 電子情報通信学会総合大会講演論文集,
p. N-1-01, 2024.
[21] 堀尾喜彦, 「脳型材料・デバイスから創生するブレインモルフィックコンピューティング
ハードウェア」, 薄膜材料デバイス研究会 第20 回研究集会予稿集, pp. 23-25, 2023.（招待講演）[22] 小野哲史, 守谷 哲, 山本英明, 弓仲康史, 堀尾喜彦, 佐藤茂雄, 「アナログ CMOS スパイキング
ニューラルネットワーク回路を用いた超低消費電力リザバー計算システムの設計」, 電子
情報通信学会技術報告, NC2023-20, p. 23, 2023.
[23] 辻 孟, 織間健守, 堀尾喜彦, 「時空間学習則ニューラルネットワークに記憶された時間情報の出力ハミング距離による詳細な評価」, 日本神経回路学会 第 31 回全国大会 口頭発表ア
ブストラクト集, pp. 21-22, 2023.
[24] 石井 豪, 堀尾喜彦, 織間健守, 辻 孟, 「2 種類の不応性がカオスニューラルネットワークリザ
バーの時系列予測性能に与える影響」， 日本
神経回路学会 第 31 回全国大会 ポスター発表
アブストラクト集, pp. 9-10, 2023.
[25] 織間健守, 堀尾喜彦, 辻 孟, 「時空間列学習ネットワークの発火率による記憶読み出し手法の検討」, 電子情報通信学会 NOLTA ソサイテ
ィ大会講演論文集, NLS-29, 2023.
[26] 辻 孟, 織間健守, 堀尾喜彦, 「時空間学習則の学習結果の評価に適したテスト入力の検討」,
電子情報通信学会 NOLTA ソサイティ大会講演論文集, NLS-27, 2023.
[27] M. Kawaguchi and H. Kato, “Symmetrization
effects of k-nearest neighbor recurrence plots on
network motif organizations in time series ofnonlinear dynamical systems,” Nonlinear Theory
and Its Applications, IEICE, vol. 14, no. 3, pp.
590-608, 2023. DOI: 10.1587/nolta.14.590[28] 加藤秀行, “自己組織スパイキング神経回路網
モデルにおける臨界現象の解析,” NOLTA ソ
サイエティ大会論文集, NLS-27, 2023.
[29] H. Kato, “Simulating spiking neural networks
with Cython,” Proc. International Symposium on
Nonlinear Theory and Its Applications, p. 703,
2023. DOI: 10.34385/proc.76.D2L-22[30] H. Kato, T. Shinkawa, Y. Ishikawa, T. Sumi, H.
Yamamoto, and Y. Katori, “Spiking and bursting
properties of spontaneous activities in modular
spiking neuronal networks,” Proc. International
Symposium on Nonlinear Theory and Its
272

Applications,
p.
601,
2023.
DOI:
10.34385/proc.76.C4L-15[31] Y. Ishikawa, T. Shinkawa, T. Sumi, H. Kato, H.
Yamamoto, and Y. Katori, “Evaluation ofReservoir-Based Predictive Coding in Cultured
Neurons with Spiking Neural Network Model,”Proc. Proc. International Symposium on Nonlinear
Theory and Its Applications, pp. 693-696, 2023.
DOI: 10.34385/proc.76.D2L-14[32] H. Terakawa, H. Kato, Y. Yonemura, and Y. Katori,“Analysis of predictive coding model withhierarchical reservoir computing for modeling
Stroop effects,” Proc. International SoC Design
Conference, pp.
257-258, 2023. DOI:
10.1109/ISOCC59558.2023.10396189[33] H. Azuma and H. Kato “Similarity Analysis
among Languages Using Context Vectors
Generated in Large Language Model,” Proc.
Korea-Japan Joint Workshop on Complex
Communication Sciences, BP-15, 2024.
[34] 新川拓海, 加藤秀行, 石川慶孝, 住拓磨, 山本英明, 香取勇一, “シナプススケーリング則の最適化，モジュラスパイキングニューラルネッ
トワークへの適用とその影響の解析,” 電子情報通信学会 非線形問題研究会 信学技報, vol.
123, no. 354, NLP2023-107, pp. 110-113, 2024.
[35] A. Kato, Y. Itoh and M. Adachi: “A Method for
Quantifying the Complexity of Graph Structure
Obtained from Chaotic Time Series Data,” Proc.
of The 2023 International Symposium on
Nonlinear Theory and Its Applications, pp.84-87,
2023.
[36] Y. Itoh, “Verifying the robustness of usingparameter space estimation with ridge regression
to predict a critical transition,” Nonlinear Theory
and Its Applications, IEICE, vol.14, no.3, pp.579–
589, 2023, DOO: 10.1587/nolta.14.579.
[37] Y. Itoh, “Predicting the parameter value at which a
critical transition occurs from the Lyapunov
exponents in an estimated parameter space,”
Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE,
vol.14, no.2, pp.356–365, 2023, DOO:
10.1587/nolta.14.356.
[38] Y. Itoh, Predicting a Critical Transition in a FiveDimensional Ecosystem Using Parameter Space
Estimation, the 2023 International Symposium on
Nonlinear Theory and Its Applications, 2023.
[39] A. Kato, Y. Itoh, M. Adachi, A Method for
Quantifying the Complexity of Graph Structure
Obtained from Chaotic Time Series Data, the 2023
International Symposium on Nonlinear Theory
and Its Applications, 2023.
[40] M. Fujita, and T. Saito, "Solving the Steiner tree
problem in graphs with chaotic nerual networks: anonlinear time series analysis of the objectivefunction value," Transactions of the Institute of
Systems, Control and Information Engineers, vol.
36, no. 5, pp. 136-143, 2023. DOI:

共同プロジェクト研究10.5687/iscie.36.136[41] T. Saito, M. Fujita, "A study on visualizing theeffectiveness of the parameter set for forecastingtime series using the ReLU chaotic neural network
reservoir," in Proc. of the 2023 International
Symposium on Nonlinear Theory and Its
Applications, pp. 649-652, Sep. 2023.
[42] T. Hasegawa, H. Matsushita, T. Kousaka, H.
Kurokawa, "Modified parallel nested-layer
particle swarm optimization algorithm for fast
bifurcation point detection and its software
implementation," Nonlinear Theory and Its
Applications, IEICE, vol.E14-N, no.2, pp. 308318, 2023. DOI:10.1587/nolta.14.308[43] 塚本陽太，塚田啓道，塚田 稔，池口 徹，"Hebb 則と時空間学習則のパターン分離能の較,” 電子情報通信学会 総合大会, N-1-10,2024.
[44] 郭 豊愷，松浦 隆文，木村 貴幸，池口 徹，"
公職選挙ポスター掲示問題における初期解構
築法の性能比較,”電子情報通信学会 総合大会,
N-1-22, 2024.
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果[1] K. Kato, H. Kato, H. Asahara, D. Ito, and T.
Kousaka, “Effects on random early detection of
the packet drop probability function with an
adjustable nonlinearity,” Nonlinear Theory and Its
Applications, IEICE, vol. 14, no. 2, pp. 193-206,2023. DOI: 10.1587/nolta.14.193[2] T. Gotoh, H. Kurokawa, H. Matsushita, T.
Kousaka, "Derivation of Local Bifurcation Points
in Autonomous Systems by Using Particle Swarm
Optimization," Transactions of the Institute of
Systems, Control and Information Engineers, Vol.
36, No. 5, pp. 121-129, 2023. DOI:
10.5687/iscie.36.121[3] H. Matsushita, H. Kurokawa T. Kousaka, "Nongradient-based
simultaneous
strategyforbifurcation parameter detection," Chaos, Solitons& Fractals, Volume 176, 114124, 2023. DOI:
10.1016/j.chaos.2023.114124[4] H. Matsushita, H. Kurokawa, T. Kousaka,"Bifurcation Point Detection of Non-Autonomous
Systems with Differential Evolution," Proceedingsof International Symposium on Nonlinear Theory
and its Applications, pp. 289-292, 2023. DOI:
10.34385/proc.76.B3L-12[5] S. Ohara, K. Kanno, A. Uchida, H. Kurokawa,"Time Series Prediction of Intermittent Laser
Dynamics
Using
Reservoir
Computing,"
Proceedings of International Symposium on
Nonlinear Theory and its Applications, pp. 625628, Sep. 2023. DOI:10.34385/proc.76.C4L-33[6] Takahiro Ban, Manami Kimura, Ryota Nomura,and Yutaka Shimada, "A Network-Based Analysis
on Collective Behavior of the Audience in a
Concert," Proc. of the 2023 International

Symposium on Nonlinear Theory and Its
Applications, pp. 190–193, 2023
[7] Takahiro Ban, Manami Kimura, Ryota Nomura,
Yutaka Shimada, "An analysis of the influence ofmusic on audience's behavior at a concert," Proc.
of 2024 RISP International Workshop on
Nonlinear Circuits, Communications and Signal
Processing, pp. 315--318, 2024
[8] Kota Kato, Yutaka Shimada, "An investigation of
the relationship between homophily andfriendship paradox in networks from theperspective biases," Proc. of 2024 RISPInternational Workshop on Nonlinear Circuits,
Communications and Signal Processing, pp. 311-314, 2024.
[9] Daiki Igari and Yutaka Shimada, "Effect of graphdistances on recurrence quantification analysis of
temporal networks," The 10th International
Symposium on Recurrence Plots 2023, August 30,
2023[10] 澤田和弥，島田裕，池口徹「マーク付点過程に対する因果性検出手法の一検討」2023 年
電子情報通信学会 ソサイエティ大会, N-1-21,
2023.
[11] 澤田和弥，島田裕，池口徹「スパイク列の発火率差が因果性検出に与える影響」電子情報通信学会総合大会, N-1-20, 2024.
[12] R. Nagazawa, J. Lin, K. Nguyen, H. Sekiya, W.-J.
Hwang, and H. Torikai, "Design and Constructionof Indoor People Number Estimation System,"
MITA2023, July 2023. ISSN 1975-4736[13] J. Lin, R. Nagazawa, K. Nguyen, M. Hasegawa, H.
Torikai, W.-J. Hwang, and H. Sekiya, "Pavlovian
Conditioning Modeling Using Wireless Spiking
Neural Network," IEEE 20th International SoC
Design Conference, pp. 163-164, 2023.
[14] J. Lin, R. Nagazawa, K. Nguyen, M. Hasegawa, H.
Torikai, W.-J. Hwang, and H. Sekiya, "Simple
Applications of WiBIC with Asynchronous Pulse
Code Multiple Access," NOLTA2023, 2023.
[15] 太田温土，長澤龍司，林嘉穎，グエンキエン，
鳥飼弘幸，長谷川幹雄，Won-Joo Hwang，関屋大雄, 「非同期パルス符号多重通信を用いた無線スパイキングニューラルネットワークの実装,」 電子情報通信学会 複雑コミュニケーションサイエンス研究会, Mar. 2024.
[16] Mitsuki Fukuya, Tomoko Matsumoto, Yutaka
Shimada, and Tohru Ikeguchi, "Central emotions
and hubs in a colexification network,” Scientific
Reports, Vol. 13, 21823, 2023. DOI:
10.1038/s41598-023-48922-8[17] Yota Tsukamoto, Honami Tsushima, and Tohru
Ikeguchi, "Analysis on responses of chaotic
Izhikevich neurons to periodic forcing,” Nonlinear
Theory and Its Applications, IEICE, Vol. 14, No.
4, pp. 677-690, 2023. DOI: 10.1587/nolta.14.677[18] Yota Tsukamoto, Honami Tsushima, and Tohru273

共同プロジェクト研究

Ikeguchi, "Rich spike patterns from a periodicallyforced Izhikevich neuron model,” Nonlinear
Theory and Its Applications, IEICE, Vol. 14, No.
2, pp. 215-227, 2023. DOI: 10.1587/nolta.14.215[19] Kazuya Sawada and Tohru Ikeguchi, "Nonlinear
dynamics of temporal network,” Proceedings of2024 Dynamics Days US, p. 7, Jan. 2024.
[20] Honami Tsushima, Takafumi Matsuura, Tohru
Ikeguchi, "Importance of Time Limit Constraint
for Multiple-Vehicle Bike Sharing System
Routing Problem,” Proceedings of 2023
International Symposium on Nonlinear Theory
and Its Applications, 6036, Sep. 2023.
[21] Fengkai Guo, Honami Tsushima, Takafumi
Matsuura, Takayuki Kimura, Tohru Ikeguchi, "A
Study on Two-Objective Posting Poster Problem
for Public Office Election,” Proceedings of 2023
International Symposium on Nonlinear Theory
and Its Applications, 6157, Sep. 2023.
[22] 吉田 しおん，池口 徹，"エコーステートネッ
トワークにおけるリザバー層のダイナミク
ス," 電子情報通信学会 技術研究報告, vol. 123,
no. 287, NLP2023-62, pp. 15-20, 2023.
[23] 関口 真音，池口 徹，"てんかん患者の脳波データに対する再帰定量化解析," 電子情報通
信 学 会 技 術 研 究 報 告, vol. 123, no. 287,
NLP2023-64, pp. 21-26, 2023.

274

共同プロジェクト研究

共 同 プ ロ ジ ェ ク ト 研 究 実 施 報 告 書 （ 令 和 5 年）
採択番号R05/A20

研究課題名
高機能軟磁性鉄合金の組織と特性の評価に関する研究[ 1 ］ 研究 代表 者 ・ 通研対 応 教 員
研究代表者：
鈴木茂（東北大学マイクロシステム
融合研究開発センター）
通研対応教員：石山和志（東北大学電気通信研究所）

阿部真帆技術職員、多元研千葉雅樹技術職員の協力を得ながら、鉄合金単結晶だけでなく多結晶板に熱処理を施したときの集合組織の変化等を調べ、それらと特性との関係を調査している。特に、今回の研究においては、体心立方（bcc）構造の鉄合金における弾性異方性（Fig.1 参照）などを考慮し、異なる熱処理を施した試料の集合組織等を調べた。

[ 2 ] 当 該 年度 の 研 究実績 の 概 要
軟磁性材料（鉄合金など）は、アクチュエータ
やセンサー（エネルギーハーベスティング用デバ
イスも含む）等に用いられ、それらの材料には各種デバイスに装着したときに高いエネルギー変換
効率などが求められる。それらの特性を向上させるために、磁歪合金の Fe-Ga 合金単結晶等の特性（軟磁性や磁歪）の方位依存性を調べ、通研の共同プロジェクトでは育成したままの Fe-Ga 合金単結晶に僅かに変形を加えたときの磁歪特性の矯正効果、磁化過程への影響等について提示してきた（Mater. Trans. 63(2022), pp.502-507 など）。
Fig.1 bcc 鉄の Young 率の異方性の三次軟磁性材料のアクチュエータ等への応用におい
元的な表示ては、様々なデバイスの特性に合わせた材料が必要になっており、そのニーズに応えるためには軟磁性材料の特性発現に係わる微細組織や集合組織
Fig.2 は、5.8％引張変形した Fe-Ga 合金単結を調べることが重要である。これまで幾つかの合 晶の x 軸[001]方向の主応力を X 線回折法により金について磁気特性に熱処理や前処理等が影響す 測定した結果である。試料は単結晶を加工時にることを示してきたが、ここでは機能性鉄合金の表層に厚さ約 10μm の多結晶ができている。
中でも電磁誘導特性に及ぼす集合組織等の影響にこの測定結果から、その場引張変形により引張係る基盤的な研究を行った。
方向に引張応力が発生していた。
今回の研究では、これまでの実績等をベースに、
Fe-Ga 合金単結晶における残留応力、Fe-Co 基合
金の特性に及ぼす集合組織の影響等に関する実験を行った。Fe-Ga 合金単結晶においては、その場変形を行い X 線回折法による非破壊的な応力の測定を行った。FeCo-V 合金の多結晶板では、Young率などの特性（電磁誘導の応答性等に関係）や組織を調べ、多結晶合金板材の特性には大きな異方性が重要であることを示してきた。試料の圧延面の微細組織等の測定を、通研が保有する X 線回折装置（XRD）や電子後方散乱回折装置（EBSD）
により集合組織などを調べ、板材の異方性と材料
Fig.2 Fe-Ga 合金単結晶を x 方向[001]
特性との関係について検討している。
に 5.8％引張変形したときの X 線回折法
試料の測定や観察においては、通研・丹野健徳、により測定した主応力275

共同プロジェクト研究

さらに引張変形を行い破断に至り、試料が除荷したときの残留応力の結果を Fig.3 に示す。破断
後に除荷した試料には圧縮応力が残留しており、これらの結果は弾性変形の起こり易さが結晶方位と関係していることが示唆されている。Fe-Ga 合
金単結晶の弾性異方性については、異なる方位の試料も作製し、残留応力等に関する研究を引き続き行う予定である。

これまでの共同研究プロジェクトでは、合金単結晶を用いて多面的な解析技術の基盤ができてきた。今後の研究では Fe-Co 合金板の集合組織等の影響因子を明らかにし、それらの磁気特性への影響を検討していく。電動機などにおける電磁誘導等の現象においては、変動する磁界に対する磁気的な応答性等についても把握していく。これらの検討を通じて、各種合金の磁気的特性や弾性に影響する集合組織等に関する情報が、デバイスの設計や制御に繋げられるようにする。

Fig.3 冷間圧延した Fe-Co 基合金(a) (011),(b) (002), および (c) (112) 極点図

Fig.3 Fe-Ga 合金単結晶を x 方向[001]に6.7％引張変形して破断したときの X 線回折法により測定した主応力[ 3 ] 今 後 の研 究 の 推進方 策
単結晶の弾性異方性について調べる研究として、これまで単結晶の回折斑点を直接解析する研究が行われてきた例があるが、上記の方法では薄い多結晶表面層を介して下地単結晶の応力を測定している。この方法により、弾性率の異方性が評価できる可能性があり、次のステップとしてランダム方位や集合組織をもつ試料の表層に、多結晶の薄膜を被覆して、それを介して弾性異方性を X 線回折法で評価する方法が考えられる。
一方、多結晶材料における弾性的な異方性を評価するために、集合組織の測定を行った情報を、多結晶全体の特性の方位依存性に反映させることが今後の研究として挙げられる。例えば、
Fig.3 は冷間圧延した Fe-Co 基合金(a) (011), (b)(002), および (c) (112) 極点図の例を示しており、それらをもとに、集合組織制御のプロセス条件を検討し、物理的特性等の制御の条件を検討することも望まれる。今年度は主に、Fe-Co 基合金板に対して熱処理を施したときの集合組織、残留応力の変化を X 線回折法等により実測してきており、これらの成果は磁気的特性を考慮した力学的性質
等との対応づけて展開する予定である。

276[ 論 文、 学 会発 表 、 および 関 連 成果等 ](1) 成果リスト（謝辞あり）
・M. Watanabe, K. Urakawa, T. Kida, M. Kasuya, M.
Chiba, K. Kanie, T. Tanno, M. Abe, S. Hashi, K.
Ishiyama, S. Suzuki: Characterization of theMagnetostrictive
andElastic
Properties
ofPolycrystalline Co70Fe30 Alloy, 2023 IEEE
Inter.Mag.Conf. - Short Papers (INTERMAG Short
Papers).
・丹野健徳、鈴木茂：多様な特性を示す鉄合金の微細組織の解析、「金属」(アグネ技術センター）,
93 (2023), 1065.
・千葉雅樹、丹野健徳、阿部真帆、枦修一郎、石山 和 志 、 鈴 木 茂 ：Characterization of mechanicalproperties and microstructure of magnetostrictive irongallium alloys、共同プロジェクト研究発表会、2024 年 2 月 15 日
・鈴木茂：電子後方散乱回折法の応用、電気通信研究所、研究基盤技術センター、オンライン技術
発表会、2024年3月25日

共同プロジェクト研究

共 同 プ ロ ジ ェ ク ト 研 究 実 施 報 告 書 （ 令 和 5 年）
採択番号R05/A21研究課題名
マルチセルラバイオコンピューティングの新展開[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
神谷温之（北海道大学大学院医学研究科）
通研対応教員：山本英明（東北大学電気通信研究所）所において研究分担者と共同で行う。大規模神経ネットワーク動態の実験的アプローチと、数理モデルを用いた理論的アプローチの融合を目指す点
が本プロジェクト研究の最大の特色である。これに基づき、本プロジェクト研究のコアメンバーを中心として令和 3 年度に採択された学術変革領域
研究（B）「脳神経マルチセルラバイオコンピューティング」の研究グループを発展的に拡大し、ロボット工学やニューロモルフィック工学の研究者らとも協働して、コンピューターサイエンス、
生物学、工学、医学のそれぞれの専門領域の垣根を超えた融合的で分野横断的な研究展開を指向することで、さらに大型の学術変革領域研究（A）の採択に向けて研究グループの有機的な研究交流の輪を構築し、令和 6 年 3 月に令和 6 年度から 5年間の研究計画の申請に対し、採択の通知を受けた。これを受けて平成 6 年度は発展的に研究グル
ープを拡大し、有機的な協働の輪の拡大を推進することを目指している。
今年度は、培養神経回路の刺激応答特性を機械
学習のリザバーコンピューティングの枠組みを用いて解析し、プロジェクト参画メンバーらとの共著論文などとして発表した。
また 2 月 27～28 日に開催された通研国際シンポジウム The 12th RIEC International Symposium on
Brain Functions and Brain Computer においても、本研究に関する最新の研究成果を報告するとともに、一層の共同研究推進のための有益な情報交換を行った。

[2] 当該年度の研究実績の概要
本研究では、最先端の工学とバイオの融合的ア
プローチを用いて脳機能を構成論的に理解し、実際の神経細胞を培地基板上で自在につなぎ合わせることによって人工神経回路網を再構築し、脳の情報伝達の時空間ダイナミクスを新たな視点から学際的に探究する。さらに、この独自な「構成論的」人工神経回路の特色を生かした解析的研究により、神経ネットワークの時空間ダイナミクスを数理モデルの視点から追及する。これらの成果に基づいて、脳型コンピュータの基礎となる並列・分散的な情報処理回路の実現のためや、脳神経回路の誤動作・異常と捉えられる精神疾患などの脳機能障害の解明のための学術的基盤を確立することを目的とする。
本研究は、再構成系神経回路の構築とその機能解析を通して、脳の情報伝達の時空間ダイナミク
スを新たな視点から学際的に探究し、理工学分野と医学・生物系分野の融合研究を進展させる。基
盤となる研究分野は、再構成神経回路の形成と計測分析を専門とする表面・界面工学、細胞工学の研究分野、実際の神経細胞の神経回路を専門とする神経生理・電気生理の研究分野、神経回路のハードウェアやニューラルネットワーク理論が研究 The 12th RIEC International Symposium on Brain
対象のエレクトロニクス分野である。研究グルー Functions and Brain Computer
プは、培養神経細胞を用いて実際の脳に近い神経 共催：電気通信研究所共同プロジェクト研究3rd
SymposiumonMulticellular
回路網の形成を行い、その神経ネットワークにお The
Neurobiocomputing
ける情報伝達機構を分析的・微視的な立場から計
日時：令和 6 年 2 月 27 日（火）・28 日 (水)測・解析するグループと、電気生理計測技術を駆東北大学と Zoom のハイブリッド開催
使して、再構成人工神経回路網の情報伝達ダイナ
S. Sato et al. (Tohoku Univ., Japan)
ミクスを明らかにするグループ、神経回路のダイ W. Nicola et al. (Univ. Calgary, Canada)
ナミクスを数理モデルを用いて探究するグループ、 Y. Katori (Future Univ. Hakodate, Japan)よりなる。以上の研究グループ間の情報交換や共 T. Levi et al. (Univ. Bordeaux, France)
同研究を推進するために、年２回程度研究会を開 B. J. Kagan et al. (Cortical Labs, Australia)
催する。また、研究対象である人工神経回路網の J. Soriano et al. (Univ. Barcelona, Spain)
再構築と解析の一部の実験的研究は電気通信研究 Y. Masamizu et al. (Doshisha Univ., Japan)277

共同プロジェクト研究

H. Kamiya (Hokkaido Univ., Japan)
H. Yamamoto et al. (Tohoku Univ., Japan)など
また学術変革領域研究（B）では、第 4 回の領域
会議を令和 5 年 4 月 26 日にオンライン形式で開催した。令和 5 年 8 月 18 日には同志社大学において第 5 回領域会議を開催し活発な議論が行われた。また翌 19 日には同志社大学脳科学研究科の松井研究室と正水研究室のラボツアーを行い、マウスを用いた生体内でのマルチセルライメージン
グの現場を見学することで、理論系と実験系の研究者が問題意識や実行可能性を共有する有意義な機会となった。
令和 6 年 3 月 28 日には第 101 回日本生理学会大会にて以下のシンポジウムを企画した。
『投射軸索の神経生物学：デフォルトとアップデート』
日時：令和 6 年 3 月 28 日（木）ハイブリッド開催（北九州国際会議場・Zoom）
緑川 光春（京都大学）
杉原 泉（東京医科歯科大学）
田中 康裕（玉川大学）
神谷 温之（北海道大学）
これらの機会を通じて、理論系から実験系までの多岐にわたる背景を持つ領域メンバーの研究内容の相互理解のためこの議論をもとに複数の共同研
究が立ち上がり、活発な研究が推進されている。
[3] 今後の研究の推進方策
所内対応者の山本英明准教授を領域代表とし、本プロジェクト研究のメンバーを中心に構成した学術変革領域研究（A）「脳神経マルチセルラバ
イオ計算の理解とバイオ超越への挑戦」の申請が採択され、令和 6 年度から 10 年度にかけた大型
研究プロジェクトが開始されることになった。本
研究の成果を発展的に進展させ拡大することで、神経細胞の効率的なコンピューティングを革新的なウエットウエアの開発に応用し、超越的な効率のコンピューター技術の開発に応用する意欲的で挑戦的な研究提案である。
今後はこれまでに構築した有機的で相互補完的な協働関係をさらに推進し、より多くの異分野の研究者の参画により、研究目標の達成に向けて一丸となって研究を推進する。これまでにも多くの共同研究が自然発生的に立ち上がり、Nature, Sci
Adv, PNAS などの超一流誌に掲載される特筆される成果をあげてきた。
今後はこの流れをさらに加速し、積極的に共同研
究の開拓を進める。
278[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）
・Enhanced responses to inflammatory cytokine
interleukin-6 in micropatterned networks of cultured
cortical neurons
Mamoru Sakaibara, Hideaki Yamamoto, Hakuba
Murota, Nobuaki Monma, Shigeo Sato, Ayumi HiranoIwata, Biochemical and Biophysical ResearchCommunications 695 149379 (2024)
DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.149379
・Biological neurons act as generalization filters inreservoir computing
Takuma Sumi, Hideaki Yamamoto, Yuichi Katori, Koki
Ito, Satoshi Moriya, Tomohiro Konno, Shigeo Sato,
Ayumi Hirano-Iwata, Proc. Natl. Acad. Sci., U.S.A. 120,e2217008120 (2023)
DOI: 10.1073/pnas.2217008120(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・Simulation test for impartment of use-dependent
plasticity by inactivation of axonal potassium channels
on hippocampal mossy fibers
Fumeng Zheng, Haruyuki Kamiya, Front. Cell.
Neurosci. 17, 1154910 (2023)

共同プロジェクト研究

RIEC Nation-wide Cooperative Research Project
Research Implementation Report（（FY2023））
Grant No.

R05/A22

Title

動作ユニット：身体による感情表出に関するデータ駆動形研究
Motion Unit: A data-driven study on bodily emotion expressions[1] Principal Investigator(PI)・・Research
Collaborator of RIEC
PI：FUJIWARA Ken (Department of Psychology,
National Chung Cheng University)
Research collaborator of RIEC：CHENG Miao
(RIEC)[2] Summary of Research Results for the Year
This research project aims to develop a coding
system of body movements, Motion Unit. We
exchange a variety of information, of which
communication of emotion plays an essential rolein human social interaction. As a medium forcommunicating emotions, facial expressions havedominated the research field of psychology andinformation science, which should be attributed tothe contribution Facial Action Coding System(FACS, Ekman & Friesen, 1978; Ekman et al.,2002).
In this regard, the existing literature on bodily
emotional expressions emphasizes that 1) bodily
displays can be visually salient, 2) they do notneed a face, and 3) they are recognized at levels
well above chance; e.g., pride, shame, etc.; evenwhen presented as point-light displays (Witkower& Tracy, 2019). While the significance of “bodylanguage” is acknowledged among scholars andeven public audiences, there is no comprehensive
and practical coding system for body motion andfew databases, probably due to the resourceintensive nature of measuring bodily movements.
To develop a coding system for body movements
equivalent to FACS, we collected individual body
movement data on emotional expressions using a
motion capture system (VICON) in collaboration
between RIEC and National Chung Cheng
University (Taiwan). By recruiting a total of 97
professional performers, more than 10,000 motion
data were collected: 12 Emotions (7 basic + 5
social) × 3 Personalized scenarios × 3 Intensity
level + 3 Neutral Posture per performer. The
original plan was to use this big data for clusteringby unsupervised machine learning. However, as
the discussion progressed, the uncertainty arosethat the analysis might not converge well due tothe complexity of the high degree-of-freedom
movement data.

Therefore, to take the first step of this joint research
project, we collected additional anatomy-based
body motion data, Basic Motion dataset. Using
Human Anatomy Atlas (2023 edition), each of thefour performers (2 female, 2 male) was asked tomove one joint per movement, for a total of 128
movements (Head Flexion, Head Rotation(Ipsilateral) to the Right, Shoulder Extension, etc.).
We also targeted another simple motion database,Emotional body expression in daily actions(Emilya, Fourati & Pelachaud, 2014) in which theperformers move multiple joints for seven simple
actions such as walking, sitting down, knocking at
the door, and throwing a piece of paper.
To the Biovision Hierarchy (BVH) data offered by
the VICON motion capture system, we tried threeclustering techniques (Density-Based Spatial
Clustering of Applications with Noise [DBSCAN],
K-means, Hierarchy) with two different similarity
measurements: DTW (Dynamic time warping)and Euclidean distance. Nonetheless, the results ofthese analyses were not encouraging, because theclusters obtained did not correspond to the actual
data very well. The following is the visual
example of DBSCAN clustering on Emilya: (A)the clustering results match the actual motion data;(B) it does not (Fig. 1). We obtained many small
clusters with highly similar motions, which isconsidered partial success. However, there also
remained improvements, as large clusters withdifferent motions were generated.
Regarding the Basic Motion dataset, the clustering
seemed more challenging because a large variety
of motions were included in the same cluster; e.g.
elbow flexion and wrist extension.
(A)

(B)

Fig. 1 An example of DBSCAN clustering on Emilya.
(A) Success/Matched, (B) Failure/Unmatched279

共同プロジェクト研究[3] Future Research Promotion Measures
Although a great deal of effort and various
techniques were devoted for clustering, theoutcomes were limited. Taking these results asroom for improvement, the project will move
forward with two decisions.
First, we will try a variational autoencoder techniquein which the input motion data is encoded in thelatent space and reconstructed as output motion(Fig. 2). The latent space generated during thisprocess is expected to be interpreted as a motion
unit.

Fig. 2 Flow of variational autoencoder
Second, we will apply variational autoencoder toeach frame of each movement, which enables toanalyze motions as a sequence of “postures.” Thisis the same approach as a video-based facial
expression analysis software (OpenFace,
Baltrušaitis et al., 2018) that conducts frame-byframe analysis on dynamic facial expressions. The
disadvantage of this approach could be that thetemporal elements of the movement (e.g., speed)
are less easily incorporated into the coding.
However, the advantage is expected to be greater,
as it is less demanding on the computation andmore likely to produce a general output. Under thisapproach, the first step is to identify algorithms
and parameter settings that more accurately
classify postures.
[ Appendix ][Papers, Conference Presentations, and Related
Achievements](1) List of Papers and Conference Presentations (withacknowledgements)[Under review]・Cheng, M., Tseng, C.-H., Fujiwara, K., Higashiyama,S., Weng, A., & Kitamura, Y. “Toward an
Asian-based bodily movement database for
emotional
communication.”
Behavior
Research Methods.
・Yang, X.Y., Cheng, M., Fujiwara, K., Higashiyama,S., Kitamura, Y., & Tseng, C.-H. “What makesamovement
human-like?”
Japanese
Psychological Research.

280(2) List of Papers and Conference Presentations(without
Acknowledgements),
andRelated
Achievements

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R05/A23

研究課題名
スマートシティを支えるエッジコンピューティング基盤技術、
およびそれを活用するスマートシステム[1］研究組織
研究代表者：
ショウ シュン（豊橋技術科学大学大学院工学研究科）
通研対応教員：長谷川 剛（東北大学電気通信研究所）[2 ]研究期間
令和 5 年 4 月～

令和 6 年３月[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
プロジェクトの目的
本プロジェクトの主な目的は、現代社会におけるデジタル技術の進化とその社会への影響を深く理解し、これらの技術が個人の生活や働き方にもたらす変化を評価することです。さらに、この研究はデジタル化が社会的な連帯やコミュニティ形
成にどのように寄与しているか、また逆にどのような課題を生じさせているかを探求します。
背 景 や 概要
近年、AI 技術、ビッグデータの活用、オンラ
インコミュニケーションの普及など、デジタル技
術は目覚ましい進化を遂げています。これらの技
術革新は、仕事の仕方、教育、健康管理、社会参加の方法など、日常生活のあらゆる側面に大きな影響を与えています。しかし、デジタルデバイド
やプライバシーの侵害、偽情報の拡散など、新たな課題も生じています。本プロジェクトでは、これらの技術がもたらす利点と課題のバランスを評
価し、持続可能で包括的なデジタル社会の構築に向けた提案を行います。
開催状況
研究討論会
日程: 2024 年 3 月 15 日
回数: 1 回
参加人数: 4 人
概要: 本研究討論会では、デジタル技術の社会への影響に関する初期の調査結果を共有し、参加者からのフィードバックを受け取りました。デジタルデバイドとその社会的影響に焦点を当てた議論が中心でした。
研 究 発 表会研究代表者が新型コロナウイルスに感染したため、自らは参加できませんでしたが、ポスター展
示を通じて、成果の発信やフィードバックの収集に努めました。

[ 4 ] 研 究 計画及 び 内 容
我々の研究では、広域エッジコンピューティン
グネットワークの中で、異なる種類や数のデバイ
ス、さまざまなエネルギー供給方式が存在していることから、低コストで最適なリソース配分、リクエストの転送、自然エネルギーの管理制御を行うことは、非常に難しい課題となっています。加えて、ユーザーは常に移動しており、アプリケー
ションのニーズも多様です。このような状況を克服するため、我々は先進的な計算・通信設備を持つ研究所で、深層強化学習を活用した最新のオンラインアルゴリズムを開発しています。これにより、動的な環境下で、異種混在する物理リソースを活用した大規模エッジコンピューティングの最適な管理制御基盤技術を実現することを目指しています。
同時に、エッジコンピューティングの基盤技術を活用する様々なスマートシステムの研究開発にも取り組んでいます。大規模エッジコンピューテ
ィングが可能にするスマートシステムは、スマー
トシティの実現に貢献できると考えています。また、スマートシステムの使用状況をエッジコンピューティングシステムにフィードバックすること
で、エッジコンピューティング基盤ソフトウェアの改善や改良に繋がります。この研究では、我々の研究所のエッジコンピューティングリソースを活用し、エッジリソースを駆使したスマートシス
テムの開発に注力しています。
281

共同プロジェクト研究［5］研究成果と波及効果等（ 5-1 ） 研究成 果
このプロジェクトでは、大規模エッジコンピューティング基盤技術とそれを利用するスマートシ
ステムの研究開発を行い、以下のような主要な成果が得られました。
深層強化学習に基づくリソース管理アルゴリズ
ムの開発:
我々は、ヘテロジニアスなデバイスやエネルギ
ー供給方式が存在する広域エッジコンピューティ
ングネットワークにおいて、リソースの最適割り当てとリクエスト転送を実現するための深層強化
学習ベースのオンラインアルゴリズムを開発しました。このアルゴリズムは、ダイナミックな環境
変化やアプリケーションの多様なニーズに迅速に対応し、低コストで高効率なエッジコンピューティングサービスの提供を可能にします。
スマートシステムにおけるエッジコンピューテ
ィングの応用例:
スマートシティの実現に貢献する複数のスマー
トシステムのプロトタイプを開発しました。これ
らのシステムは、エッジコンピューティングリソ
ースの活用により、リアルタイム性が要求される
アプリケーションや、プライバシーを重視したデータ処理が可能となります。例えば、公共交通機
関の最適化、エネルギー消費の効率化、市民の健康管理などに貢献しています。
エッジコンピューティング基盤技術の改善に向けたフィードバックメカニズム:
スマートシステムの使用状況から収集されたデータをエッジコンピューティングシステムへフィードバックすることで、基盤技術の改善と改良を進めています。このメカニズムにより、システムの性能向上や、より効率的なリソース利用が可能になりました。
これらの成果により、大規模エッジコンピュー
ティング基盤技術の実現可能性と、それを活用したスマートシステムの社会への貢献が示されました。今後も、研究成果のさらなる発展と応用拡大に向けて取り組んでいきます。
（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
本プロジェクトは、大規模エッジコンピューテ
ィング基盤技術とスマートシステムの研究開発における複数の重要な進展を遂げました。これらの進展には、国際会議の立ち上げ、科研費の獲得、多国間共同研究プロジェクトの開始などが含まれます。具体的な進展は以下の通りです。

282

国際会議・シンポジウムへの発展
会議名: EAI MONAMI 2025
日時: 2025 年（具体的な日程は未定）
開催場所: 未定
参加人数: 未定（国際的な招待が予定されているため、多数の参加者が予想されます）
特徴: 本会議では、大規模エッジコンピューテ
ィング技術とその応用に焦点を当て、オーストラ
リアのシニア研究者をはじめ、世界中の専門家が集結します。最新の研究成果の発表のほか、今後の技術の方向性や応用分野についての深い議論が行われる予定です。
学外研究者との交流・共同研究
本プロジェクトを通じて、学外の研究者との交流が飛躍的に活性化しました。特に、オーストラ
リア、ニュージーランド、フィリピンの研究者との共同研究が始まり、アジア太平洋地域におけるエッジコンピューティング技術の発展に新たな展
望を開きました。
研究資金の獲得
科研費基盤(C)とテレコム先端技術研究支援センター助成金を獲得。これらの資金により、研究の深化と拡張が可能になりました。
JST の e-Asia プロジェクトにも参加し、ニュージーランドとフィリピンの研究者とともに、アジ
ア多数国による共同研究プロジェクトに応募しました。このプロジェクトでは、私が Lead PI を務めています。
研究者ネットワークの拡大と若手研究者の育成
これらの活動を通じて、国内外の研究者ネット
ワークが大幅に拡大しました。また、若手研究者
が国際会議で発表する機会を得るなど、次世代の研究者育成にも寄与しています。
[ 6 ] ま と めと 今 後 の 課題
本プロジェクトで得られた成果は、エッジコン
ピューティング技術だけでなく、スマートシティ、エネルギー管理、公共交通システムなど、多岐にわたる分野での新しい研究領域の開拓に繋がっています。これらの進展は、将来の持続可能な社会構築に向けた萌芽的研究として、大きな期待を集めています。
主な課題としては、大規模エッジコンピューテ
ィング環境がさらに広がるにつれ、システムのス
ケーラビリティをどのように保つかが重要な課題です。特に、デバイスの増加とデータ量の膨大化に対応するための効率的なリソース管理メカニズ
ムの開発が求められます。

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）[C1] J. Gu, D. Zhang, H. Bao, W. Xing, X.
Zheng, X. Shao, “Game Theoretic Resource
Allocation for Information Freshness in
Mobile Edge Computing,” IEEE Proc. ICPADS
2023, Dec. 2023
[C2] L. Peng, F. He, G. Hasegawa, Y. Cheng,
X. Shao*, “Distributed Smart Multihome
Energy Management Based on Federated Deep
Reinforcement Learning,” IEEE Proc. ICPADS
2023, Dec. 2023
[C3] L. Yuru, D. Zhang, X. Shao, K. Yu, S.
Mumtaz, “A Truthful Auction for Green
Continuous Task Allocation and Pricing in
Edge Computing,” IEEE Proc. ICC 2023, May
2023(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・
・

283

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号R05/A24

研究課題名
スマート社会を支える自己産出型サービスプラットフォームに関する研究ったのに対し，本年度は，専用のプログラムをインストールせずに IoT 機器を CYPHONIC ネット
ワークに参加可能とする，CYPHONIC アダプタを開発した．また，峰野（静岡大学）らのグルー
通研対応教員：プではこれまで，葉面積センサから得られる葉面
長谷川 剛通研（東北大学電気通信研究所）
積指標と，温度，湿度，二酸化炭素等のセンサから得られる環境データを用い，機械学習によって[2] 当該年度の研究実績の概要
植物の生理状態を推定する手法を検討し，その過IoT 社会では，人々の生活に溶け込む各種デバ 程で，データセットの不均衡性を考慮したリサン
イスに搭載されたセンサ群から時々刻々と湧出す プリング手法として CREAMER を提案してきた
る，気象，物流，人流，生体等に関する各種デー が，本年度は，これを時系列を考慮した学習手法
タ，すなわち情報流と，それらを処理する AI 技 へと発展させた．具体的には，1D-CAE の次元圧術を組み合わせることで，様々なサービスが創出 縮されたデータに対してリサンプリングを適用し，され，地域/社会課題の解決や，生産性の向上を このデータを元の次元に戻すことで，時系列を失通じて，人間中心のスマート社会の実現に活用さ わずにリサンプリングを行う手法を開発した．
れることが期待される．しかしながら，これまで
また，山口（大阪大学）と安本（NAIST）のグのスマート社会に関する取り組みにおいては，サ ループは，本共同プロジェクトから発展させた，ービスとデータが１対１に対応しており再利用性 「新生活様式におけるコミュニティ形成のためのが低い，各々が閉じたシステムとなっておりサー サイバーフィジカル空間共有基盤」プロジェクト
ビス連携が難しい，ゼロからの構築が必要で展開 （NICT 委託研究 課題 222 ウイルス等感染症対策時のコストが大きい等の課題が指摘されている． に資する情報通信技術の研究開発 課題 C アフタ
本プロジェクトでは，上述の課題を解決し，スマ ーコロナ社会を形成する ICT（予算総額 6 千万円））
ート社会を支える次世代の IoT 向けコンピューテ を実施した．また，山口（大阪大学）らのグルーィング基盤として，個々のサービスを複合的かつ プではさらに，本共同プロジェクト研究から発展
自律的に組み合わせて新たなサービスを創出する， させた，「地域を支える知のデジタライゼーショ
自己産出型サービスプラットフォームに関する研 ンと共有基盤」プロジェクト（JST-CREST（戦略究開発ならびに検討を行った。
目標：Society 5.0 時代の安心・安全・信頼を支え
本プロジェクトの遂行に関連し，2023 年 11 月 る基盤ソフトウェア技術）（予算総額 3.5 億円））
17 日～19 日に，東北大学通信研究所において荒 を実施中である．
川（九州大学）プロジェクトおよび石田（はこだて未来大学）プロジェクトと連携したハイブリッ [3] 今後の研究の推進方策
ド合同研究会を開催した．本分野の有識者で研究今後は，本年度得られた IoT 向けの通信基盤や成果の発表や，それぞれに関係するプロジェクト センシング応用技術に関する成果を発展させ，情の方向性ついて深いディスカッションを実施した． 報流を生成・処理する IoT 機器やエッジ・クラウ
具体的な成果として，内藤（愛知工業大学）ら ドサーバ等のハードウェア，情報流の変換・加工のグループでは，プライベートおよびグローバル や AI を利用した解析等を行うソフトウェア，おな IPv4 ネットワーク，あるいは IPv6 ネットワー よびそれらを組み合わせたサービスを，他と協調ク等，様々なネットワークに接続される IoT 機器 動作するコンポーネント，すなわちエージェント
に対し，移動時にそれらのネットワークを切り替 とし，エージェント化した構成要素を自律的に組えても通信を継続可能とする移動透過性を備えた 織化する手法中心に検討を進め，自己産出の性質
オ ー バ ー レ イ ネ ッ ト ワ ー ク を 構 築 す る を有するサービスプラットフォームの実現するた
CYPHONIC ネットワークを開発してきたが，こ めの基盤技術を確立することを目指す．
れまでエンドノードに専用のプログラムが必要だ[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
北形 元（盛岡大学 文学部）284

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）[1] A. Kanzaki and T. Ito, "An Efficient Data
Gathering Method in UAV-Collaborative Sensing,"
2024 IEEE International Conference on Consumer
Electronics (ICCE), Las Vegas, NV, USA, 2024, pp. 16, doi: 10.1109/ICCE59016.2024.10444310.
[2] R. Goto, K. Matama, R. Aihata, M. Suda, H.
Suzuki and K. Naito, "CYPHONIC Adapter: Enabling
Secure P2P Connectivity for Diverse IoT Devices,"2024 IEEE 21st Consumer Communications &Networking Conference (CCNC), Las Vegas, NV, USA,
2024,
pp.
1116-1117,
doi:
10.1109/CCNC51664.2024.10454747.
[3] K. Sato, N. Oishi, N. Futamata and H. Mineno,"Estimating Plant Physiological State by Learning
Methods Considering Imbalance and Time-series,"
2023 International Conference on Machine Learning
and Applications (ICMLA), Jacksonville, FL, USA,
2023,
pp.
894-899,doi:
10.1109/ICMLA58977.2023.00132.
[4] R. Goto, K. Matama, R. Aihata, S. Horisaki, H.
Suzuki and K. Naito, "Implementation and Evaluationof CYPHONIC client focusing on Sequencing
mechanisms and Concurrency for packet processing,"
2023 IEEE 12th Global Conference on Consumer
Electronics (GCCE), Nara, Japan, 2023, pp. 997-1001,
doi: 10.1109/GCCE59613.2023.10315593.
[5] K. Matama, H. Komura, R. Goto, H. Suzuki and
K. Naito, "Enhancing Route Optimization for NAPT
Traversal
in
CYPHONIC:
Designand
Implementation," 2023 IEEE 12th Global Conference
on Consumer Electronics (GCCE), Nara, Japan, 2023,
pp.
990-994,doi:
10.1109/GCCE59613.2023.10315375.
[6] G. S. Ujiie, R. Goto, K. Matama, Y. Suzuki, H.
Suzuki and K. Naito, "Proposal of CYPHONIC enddevice functions on Windows OS," 2023 IEEE 12th
Global Conference on Consumer Electronics (GCCE),
Nara,
Japan,
2023,
pp.
1141-1145,
doi:
10.1109/GCCE59613.2023.10315250.

285

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R05/A25

研究課題名
QKD システムにおける高精度位相同期技術[1］研究組織
研究代表者：
平野 琢也（学習院大学理学部）
通研対応教員：吉田 真人（東北大学電気通信研究所）[2 ]研究期間
令和５年４月～教授が学習院大学に来訪し、対面での研究打合せを実施した。対面での研究打合せに関しては、
2023 年 8 月 2 日午後 1 時 30 分から東北大学電気通信研究所本館 3 階 M301 室において、中沢教授、吉田准教授、平野の 3 名で研究打合せを実施した。
この他、研究期間中、オンラインでの打ち合わせ
を月に 1 回以上実施した。

令和６年３月[4]研究計画及び内容
高精度な位相同期技術を必要とする量子鍵配送[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
本研究の目的は、量子鍵配送のための高精度位 には、ホモダイン検波を用いる連続量量子鍵配送
相同期技術を開発することである。量子鍵配送は、 と、中継地でパルス光を干渉させて単一光子検出
量子力学の原理を利用した安全な鍵配送技術であ を行うツインフィールド量子鍵配送がある。本研
り、正規の送受信者が共有する鍵の安全性を理論 究では、これら２つの量子鍵配送技術に適用する的に証明することが可能である。量子鍵配送の高 ための高精度位相同技術の研究開発を実施する。
性能化のためには、高精度な位相同期技術が必要 令和 5 年度は、光学系の詳細設計を実施し、位相であり、本研究では、位相同期技術の研究開発と、 同期技術の要件を定量的に明確にする。詳細設計
位相同期技術を利用した量子鍵配送の実証を目指 の実施は、研究代表者が東北大学電気通信研究所を訪問して、量子鍵配送技術と位相同期技術に関す。
学習院大学では 20 年以上に渡って連続量量子 する知見を交換する。また、定量的な要件の明確
鍵配送の研究開発を行っており、令和５年度末ま 化のために、学習院大学および電気通信研究所でで実施した内閣府の SIP プロジェクト、また、令 原理検証のための実験系の構築を実施する。
和２年度から令和６年度の総務省の委託研究では民間企業とも協力して研究開発を実施している。 ［5］研究成果と波及効果等
東北大学通研対応教員の吉田真人准教授とは、２ （5-1）研究成果
高精度な位相同期技術は様々な光技術において
０１１年度～２０１５年度に、独立行政法人情報通信研究機構の高度通信・放送研究開発委託開発 重要性が増しており、本研究では、主に量子鍵配「セキュアフォトニックネットワーク技術の研究 送システムにおける高精度位相同期技術について
開発(157)」課題ウ 連続量量子鍵配送技術におい 研究を実施した。また、量子鍵配送だけでなく、本研究では、量子インターネットにおける高精度て、密接な共同研究を実施した。
これらの成果を踏まえ、本研究では QKD シス 位相同期技術についても検討を実施した。
量子インターネットにおいて必要となる位相同
テムにおける高精度位相同期技術について研究を期技術については、デルフト工科大学のグループ実施した。本研究の申請後、2023 年 3 月 9 日午後５時から、3 月 13 日午後４時から、3 月 17 日午後 が３ノードのエンタングルメントを実証した実験
６時から、3 月 27 日午前１０時から、同日午後５ (M. Pompili, et al., Science 372 (2021) 259.)において
時から、それぞれ１時間程度のオンラインの打ち 用いた single-phonon プロトコルが嚆矢となるもの
合わせを実施した。これらの打ち合わせは、学習 で、エンタングルメントの生成率を上げるために、
院大学と東北大学だけでなく、本技術に知見を有 多地点間で位相を共有する必要がある。また、量する NICT 等の研究者、あるいは、光学システム 子技術として重要な光時計においては、遠隔地にの組立に専門的な技術を有する民間業者も参加す 正確な時刻を配信するという課題があり、英国の国 立 物 理 学 研 究 所(National Physical Laboratory,る形で実施した。
本研究の開始後は、2023 年 4 月 14 日に吉田准 NPL)と ド イ ツ の 物 理 工 学 研 究 所(Physikalisch286

共同プロジェクト研究

Technische Bundesanstalt, PTB)の間の 2,220km のファイバーネットワークを介して、17 桁の精度で超安定レーザーの周波数比較を実現したことが報告されている(M. Schioppo, et al., Nature Comm. 13(2022) 212.)。このような時刻同期技術も将来の量
子インターネットの基盤技術となり得るものであり、量子鍵配送の安全性を高めることができる可能性がある。
一方、高精度位相同期技術が重要となり得る量
子鍵配送プロトコルとしては、研究計画で述べたように、ホモダイン検波を用いる連続量量子鍵配
送と、中継地でパルス光を干渉させて単一光子検出を行うツインフィールド量子鍵配送がある。本
研究では、位相揺らぎが鍵生成率に与える影響について定量的な検討を実施した。それにより、
QKD システムにおける高精度位相同期技術について、プロトコルの選定と概念設計を実施した。
（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
本研究により、高精度位相同期技術を用いる量
子鍵配送プロトコルを検討し、具体的なプロトコルの選定と概念設計を行った。この成果により、
今後具体的に高精度位相同期を用いた量子鍵配送システムを構築する準備が整った。
本研究に関する研究は、総務省の「情報通信技術の研究開発に係る提案の公募(ICT 重点技術の研究開発プロジェクト)」で公募のあった研究開
発課題「量子インターネット実現に向けた要素技術の研究開発」に応募し、2023 年 6 月 9 日付で採択された。主たる研究機関は、国立研究開発法人
情報通信研究機構(NICT)であり、その他の参画機
関は、大阪大学、横浜国立大学、東北大学、日本
電信電話(株)である。
東北大学と学習院大学は、NICT と共に、課題(3) 高精度時空間同期技術を担当し、敷設光ファ
イバ上へ高精度な周波数基準を安定供給可能な手法及び光ファイバ上の外乱をリアルタイムで補償する基本技術を確立し、供給された高精度な標準時刻を活用し、既存の量子鍵配送プロトコルに適用することで量子通信の性能向上のための効果検証を行う。研究期間は、令和５年度から令和９年度までである。
本研究において得られた成果は、上記の総務省
プロジェクト「量子インターネット実現に向けた要素技術の研究開発」に応募する際に研究内容を深めるうえで重要であり、本研究により、応募した研究計画が採択に至ることができたといえる。
また、本研究の成果は、同プロジェクトの推進に発展的に活用することができる。これにより、高精度位相同期技術を用いる量子鍵配送システムを確立し、将来の安全な通信技術の実現に寄与することができると考えられる。

[6]まとめと今後の課題
本研究では、QKD システムにおける高精度位
相同期技術について研究を実施し、位相同期技術を用いる QKD プロトコルの選定と概念設計を完了した。本研究に関して実施した打ち合わせや検討は、総務省の委託研究「量子インターネット実
現に向けた要素技術の研究開発」の応募と採択につながった。今後、高精度位相同期技術を用いる
量子鍵配送システムの構築と実証は、総務省の委
託研究において実施する予定である。同委託研究
では、東北大学と学習院大学が共同して研究を実施する予定であり、本研究の成果が今後も生かされることになる。

[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
該当なし(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・平野 琢也「量子力学と光，通信，セキュリティ」
数理科学 2023 年 12 月号（2023 年 11 月 20 日）.
・清野桜子、仲美和、平野琢也「動作帯域幅 7GHz の低雑音バランス検出器」
第 49 回量子情報技術研究会（QIT49) （ 沖縄科
学技術大学院大学）（2023 年 12 月 17 日(日)）.
（第 49 回量子情報技術研究会学生発表賞受賞）287

共同プロジェクト研究

RIEC Nation-wide Cooperative Research Projects Report
Grant No.
Title

R05/A26
VR における身体活動が認知パフォーマンスに及ぼす影響の検討

Investigating the Impact of Physical Activity in Virtual Reality on Cognitive Performance[1］Research Organization
Principal Investigator：
Dr TAG Benjamin（Monash University）
Research Collaborator of RIEC：
Prof KITAMURA Yoshifumi（RIEC）
Research Collaborator
Assist. Prof. FUJITA Kazuyuki（RIEC）
Ms. LI Yi (Monash University)

by self-report measures.
Re search Meet ings a nd Di scussi ons
Key research meetings and discussions havebeen pivotal to the project's progress:
1. October 29 to November 3: CI Dr.
Benjamin Tag visited Tohoku University,
meeting with Prof. Kitamura and Assist.
Prof. Fujita to plan a collaborative
project led by Prof. Fujita and Ms. Yi[2] Research Period
Li. Dr. Tag introduced the Embodied
2023, April ～ 2024, MarchVisualisation Group's research at
Monash to RIEC students and staff.
[3] Purpose, Background, and Overview of the
2. Subsequent Visit: Prof. Kitamura
Project
visited Monash University, presenting
The project aims to enhance collaboration
RIEC's activities at a department
between Monash University and RIEC at Tohoku
seminar. Discussions on potential
University, facilitate a research experimentcollaborations were held with Prof.
for a Monash PhD student at RIEC, andHelen Purchase and Prof. Tim Dwyer.
disseminate findings at top-tier Human3. January 2024: Ms. Yi Li visited RIEC
Computer Interaction conferences and journals.
for three weeks to work with Assist.
These efforts lay the groundwork for future
Prof. Fujita and Ms. Xu Hongyue on
collaborative research proposals.
quantifying eye fatigue in VR, based
Immersive virtual environments (VR and AR)
on Dr. Tag's proposal.
enable user interactions through physical CI Dr. Tag, Ms. Yi Li, Assist. Prof. Fujita,
movements, increasingly used for training and and Ms. Xu Hongyue hold regular project
remote collaboration. Physical activity in meetings to refine the study design andthese environments can cause fatigue, experimental setup. The team aims to submit
potentially impacting cognitive performance. a paper on their findings to the ACM CHIWhile the correlation between physical conference in September 2024.
fatigue and cognitive performance has been Dr. Tag and Ms. Yi Li have presented theirstudied, research specifically addressing research at various internal meetings andthese effects in VR settings is lacking. This seminars,
fosteringcollaborative
project aims to fill this gap.
discussions and exploring potential future
The study investigates the impact of physical projects between Monash University and RIEC.
activity in VR on cognitive performance These presentations have been crucial incomparedtotraditional
2D
desktop sharing
insights
andstrengthening
interactions. Participants are randomly collaborative ties between the institutions.
assigned to either an experimental VR groupor a control desktop group. Cognitive tests [4] Research Plan and Content
are administered before and after VR The project investigates eye fatigue inexperiences involving physical activity, with virtual reality (VR) and its impact ondata analysis focusing on the interaction cognitive performance and user comfort. It
between group and performance, supplemented quantifies eye fatigue during prolonged VR
288

共同プロジェクト研究

use through iterative refinement of study experience in applications like training,
design, measure selection, and VR exposure education, and therapy.
parameters. Assessments include cognitive The research also lays the groundwork for atests, eye-tracking, blink rate, and self- large-scale project involving multiple
report questionnaires. Data analysis will use institutions, with high interest frommixed-design ANOVA and qualitative self- industry researchers at companies like Meta.
reports to reveal correlations between VR We plan to develop this project into a Shonan
usage and eye fatigue indicators. The Seminar, applying in 2024 to conduct theinitiative aims to enhance collaboration seminar in Spring 2025, and inviting about 20
between Monash University and RIEC and Japanese and international researchers tocontribute to understanding eye fatigue in VR, discuss the challenges and opportunities inwith findings planned for submission to the spatial computing research.
ACM CHI conference in September 2024.
[6] Summary and Future Challenges［5］Research Results and Ripple Effects
This International Collaborative Research（5-1）Research Results
Project (ITL) between Monash University andRe sults So Fa r:
Research
Institute of Electrical Monash University (PIs Tag and Li): theCommunication(RIEC)
at Tohoku University
Validated a physical fatigue model
investigatestheimpactof prolonged virtualusing Kinect in VR, improved with
Electromyography (EMG) and Motion reality (VR) use on physical fatigue,oneyefatigue,cognitive
Capture. The model estimates perceived focusing
physical fatigue based on real-time performance, and user comfort. Throughreciprocal visits and research discussions,
gestures in XR environments.
 RIEC (PIs Kitamura and Fujita): the partnership has developed an experimental
Developed the TiltChair, an actuated framework. Ms. Yi Li's visit to RIEC refined
office chair to improve posture by this framework, including cognitive tests,
manipulating the seat's inclination. eye-tracking, blink rate measures, and selfExperiments showed effects on posture report questionnaires.
results
includecompletedmaintenanceandsubjective Preliminary
literature
reviewsonvisualfatigue,
acceptability, though not on task
cognitive load, and hardware configuration
performance.
 Collaboration (PIs Tag, Kitamura, using Oculus Pro for eye blink tracking
Fujita, Li, Xu): Finished Literature during a reading task in VR. Currently,
planning is underway for a pilot study toreview and experimental design.
finalize the setup and user study design. The（5-2）Ripple Effects and Developmental Potential team aims to submit findings to the ACM CHI
conference in September 2024.
This project will significantly advance our Future challenges involve determining theunderstanding of human-computer interaction long-term effects of regular VR use on eye
in immersive environments, contributing to health and cognitive function, expanding thethe spatial computing landscape. It will study to diverse user demographics, assessing
offer
preciseguidanceon
designing the impact of different VR content andinteractions to minimize fatigue and injury interaction styles, and developing strategies
risks, enhancing the safety, comfort, and to minimize eye fatigue while maintaining
accessibility of spatial computing systems. immersive VR experiences. Addressing theseThis is particularly crucial for industries challenges is crucial for enhancing user
using spatial computing for training or comfort and performance in VR environments.
operations, where reducing injury risks canleadtosignificant
costsavings.
Understanding fatigue, adaptation,
andperception is vital for improving user

【Appendix】
none
289

共同プロジェクト研究

RIEC Nation-wide Cooperative Research Project
Research Implementation Report（（FY2023））
Grant No.
Title

R05/A27
機械学習を用いたオンライン文章の解析に関する研究
Research on online text analysis using machine learning[1]
Principal
Investigator(PI)・・Research
Collaborator of RIECPI：ZABIR Salahuddin Muhammad Salim
Research collaborator of RIEC：
HASEGAWA Go（RIEC）[2] Summary of Research Results for the Year
We have been working on the development of a newgeneration IoT platform that we call KIBAN (Fig. 1).
KIBAN consists of the following six layers.
 Data acquisition and storage layer (DASL) Knowledge and intelligence layer (KIL) Big data service layer (BDL) Open software layer (OSL) Presentation layer (PL) Security and privacy layer (SPL)
Among the different functionalities, Knowledge andIntelligence Layer (KIL) aims at utilization of the datacollected from different devices, sensors and theInternet.
In the current year of the research project, weparticularly focus on implementing components of theKnowledge and Intelligence Layer (KIL) for learningand interpreting texts available on the web in the formof posts in the social media, product review, articles in
the web etc.

of the ubiquitous intelligence (UI) lab led by the PI at
National Institute of Technology, Tsuruoka College
conducted research on the topic. The Researchcollaborator at RIEC kept in touch with the researchteam through e-mail and debriefing session conducted
face-to-face.
A. The Characteristics of Japanese Language
Japanese language has one characteristic that make it
difficult for machine learning AI (Artificial Intelligence)techniques to analyze for determination of some implicit
features of the poster like gender or age analysis. Most
languages like English, have space or some otherdelimiters to separate adjacent words from one another.
Also, particularly in the case of conversation, some
expressions have different forms based on the gender ofthe speaker. Since social media posts are in largely
informal, a post may reveal some information regarding
the gender of the poster. However, it is also possible toimpersonate by intentional use of gender specific words.
Hence, it is possible for a male to impersonate as a female.
Such occurrence is likely to affect the accuracy of suchmachine learning schemes.
B. Separation of words in Japanese sentences
The first task of gender estimation from online texts is
separation of words so as to find out the words driving thesentiment to positive or negative. We use a tool called
MeCab that was developed in a project conducted jointly
by Kyoto University and NTT.

Fig. 1: Different layers of KIBAN IoT platform

In this report, we present the outcome of our research
on analyzing of social media posts in Japanese language
for estimating the gender of the poster.
The principal investigator (PI) along with the students
290

Fig. 2: Pre-processing of data to form ID data set

As shown in Fig. 2, the input data is first divided into
different words and organized into a data set based on theirorder in the sentence(s).

共同プロジェクト研究C. Collection of data and design of experiments
We gathered data from X (formerly Twitter) site using“rtweet” package, that uses R language client forinteracting with Twitter’s stream and REST APIs. We
collected posts from 100 male and 100 female. For each
person, 1000 posts (Tweets) were collected.
The preprocessing of the collected data consists of thefollowing chronological steps.
 Morphological analysis
 2-gram conversion
 Normalizationsocial network services (SNS) would become further
important in the coming years. Determining thegender/age/level of education etc. of the poster of SNS
post would be the front runner in this trend.

Fig. 4: Maximum and average accuracy while estimating the gender ofthe poster of an SNS post using different machine learning models

Fig. 3: Summary of the entire process (data collection, preprocessing
and learning)

Fig. 3 shows the different steps in our proposed
methodology from data collection to identifying thegender of the poster.
D. Arrangements of data and machine learning models
We select 90% of the collected data randomly for use in
the learning phase. The rest 10% is used as test data. As
for the machine learning models, we choose (i) k-nearest
neighbour (k-NN), (ii) Naïve Bayes, (iii) Decision Tree
(DT), (iv) Support Vector Machines (SVM), (v) Random
Forest (RF), (v) Neural Network (NNET). The learningand testing phases are conducted 10 times for eachmachine learning model and average accuracy indetermining the gender of the poster of an SNS post is
calculated.
E. Evaluation
Machine learning models were used to first learn from thecollected data. Then, they were tested for estimating thegender of the poster of an SNS post and the accuracy ofthe estimation is determined. Fig. 4 summarizes theoutcome of training and testing.
As can be seen in Fig. 4, some models achieve
maximum estimation accuracy of 90% or above.
However, the accuracy varies in different experiments.
All the models achieve more than 60% average
accuracy. The accuracy in both the cases could increase
with a larger learning data set.

In the coming years, we wish to analyze SNS texts inother languages. Also, we wish to test deep learningmodels and their combinations for estimating thegender or age of the poster of an SNS post. In addition,
we wish to explore whether development of somespecial tools or mechanisms that could improve theeffectiveness of machine learning models while
analyzing SNS texts for a particular feature.
We plan to summarize the research results as research
papers and submit them to international conferences
and/or reputed journals for publication.
[ Appendix ][Papers, Conference Presentations, and Related
Achievements](1) List of Papers and Conference Presentations (withacknowledgements)
・N/A(2) List of Papers and Conference Presentations(without
Acknowledgements),
andRelated
Achievements
・Satou, Asuku, Zabir, S.M.S., Considerations for
Improving the Accuracy of Object Detection Models in
Wild Animals (in Japanese), 2024 Tohoku Region
Young Researchers Research Presentation, Fukushima,
March 2024 (received the best poster paper award).

[3] Future Research Promotion Measures
Analysis of texts posted in different social media or291

共同プロジェクト研究

共 同 プ ロ ジ ェ ク ト 研 究 実 施 報 告 書 （ 令 和 5 年）
R05/A28

採択番号
研究課題名

深 層 学 習 を 用 い た 高 精 細 画 像 セ ンシ ン グ 向 け 物 体 検 出 に 関 す る 研 究[ 1 ］ 研究 代表 者 ・ 通研対 応 教 員
研究代表者：
松村 哲哉（日本大学工学部）
通研対応教員尾辻 泰一（東北大学電気通信研究所）[ 2 ] 当 該 年度 の 研 究実績 の 概 要
近年，Full-HD（2K:1920 画素×1080 画素）などの高精細画像の撮影が容易となり，高精細画像を用いた画像処理の需要が高まっている．従来の物体検出手法では，高精細画像を縮小して入力する必要があり，少ない画素で構成された小型物体の検出が困難であるという課題があった．我々は先行研究において，入力画像を縮小し，一回目の推論(大域検出)後に領域分割を行い，小型物体の多い領域に対して再構成画像を生成し二回目の再推論(局所検出)を行う階層型物体検出手法を提案した． この手法は大域検出，局所検出，統合処理の 3 つの階層で構成される．図１に階層型物体検出手法を示す．1 層目の大域検出では，入力された Full-HD 画像を 640 画素×640 画素に縮小し推論を行う．推論を通じて，大型物体は高信頼度で検出され，小型物体は低信頼度で検出される．2 層目の局所検出では，再構成画像を生成し再推論を行う．図２に局所検出の再構成画像生成手法を示す．入力された Full-HD 画像に対し，160 画素
×160 画素の矩形領域に分割する．大域検出の結果から得られた低信頼度物体の分布に基づき，各分割領域に存在する低信頼度物体の個数を計上する．原画像から低信頼度物体が多く存在する 16個の領域を順に切り出し，640 画素×640 画素の再構成画像を生成し再度推論を行う．3 層目の統合処理では，大域検出と局所検出で得た検出結果を統合する．しかし，この階層分割型物体検出手法には二つの問題が存在する．一つ目の問題点は，物体の断片化である．再構成画像生成の際，領域の座標情報は加味されておらず，160 画素×160 画
素サイズの各領域は独立している．領域の境界線によって断片化された物体は再推論において誤検出される可能性が高くなる．二つ目の問題点は，局所検出において再推論する領域には誤検出され292

た物体も含み得る点である．階層型物体検出手法
では，大域検出で得られた低信頼度物体の個数に基づき再推論を実行する領域を決定する．しかし，低信頼度物体は，小型物体に加えて誤検出結果も含むため，低信頼度物体の個数情報だけでは小型物体の個数を正確に計上できない問題があった．

図１ 階層型物体検出手法

図２ 局所検出の再構成画像生成方法
今回我々は，小型物体の密集領域を一括して抽出することで断片化を抑止する近傍探索型領域抽出アルゴリズムを提案した．この近傍探索型領域
抽出アルゴリズムでは，小型物体の分布傾向より抽出領域を選択する．図３に小型物体の分布傾向について示す．小型物体は密集する傾向が強い特徴があるため，密集する領域を抽出することで，小型物体の検出性能を向上させる．また，小型物
体が点在傾向にある領域を抽出しないことで，余剰な推論を排除できる．図４に近傍探索型領域抽出アルゴリズムの処理を示す．小型物体の個数を計上した後，計上した値が最大の領域の 8 近傍に位置している領域を探索し，個数が 1 個以上の領共同プロジェクト研究が求められる．空撮画像と地上撮影画像の物体サ
イズのヒストグラムにおいては画像特性の差異により，大な範囲を収めるため，地上撮影画像と比較して地上撮影画像を用いた推論において高い推論性能を報告している YOLO 等の従来推論モデルであっても，空撮画像を推論に用いた場合，先行研究以上の十分な推論性能が得られない問題が
図３ 小型物体の分布傾向存在する．この問題に対して，高精細空撮画像において物体が所在する領域に対して限定的に精細な推論を行うことで，推論性能を高めた手法が多数報告されている．しかしながら，この手法では，物体サイズに応じた物体所在領域の分類を実施していないため，一つの領域内にサイズが異なる同一種別の物体が混在することで，推論性能の低下を招く懸念がある．また，本手法では精細な推論の実行に先立ち，物体の所在をある程度予測する
図４近傍探索型領域抽出アルゴリズム必要がある．この物体所在の予測に際して，従来域に対し近傍探索を行う．体が点在傾向にある領 では，簡易的な畳み込みによって得られた特徴マ域を抽出しないことで，余剰な推論を排除できる． ップから予測する手法や，特徴マップにおける文
図４に近傍探索型領域抽出アルゴリズムの処理を 脈情報を利用して予測する手法が一般的に採用さ示す．小型物体の個数を計上した後，計上した値 れている．しかし，通常の粒度による畳み込みでが最大の領域の 8 近傍に位置している領域を探索 は特徴量が十分に抽出されない小型物体は，そのし，個数が 1 個以上の領域に対し近傍探索を行う． 所在予測において見落とされる懸念がある．我々
その後，探索された領域からさらに 8 近傍に位置 は高精細空撮画像における小型物体の高精度推論する領域を探索し，同様に個数が 1 個以上の領域 を目的とした新たな推論モデルである，クラスタ
に対しさらに探索を行う．その際，現在の探索範 誘導型双対推論ネットワークを提案し，クラスタ
囲の最大計上値より大きな最大計上値が存在する リングによる小型物体の所在推定機構により，先場合は探索を終了する．この処理を小型物体が含 行手法が抱える小型物体を検出する上での課題のまれない領域が外郭になるまで繰り返し行い，探 解決を図る．
索範囲をもとに領域を矩形にし，再構成画像とし
今後の本課題研究においては，ベースモデルとて抽出する．
してクラスタ誘導型双対推論ネットワークを検討
実装検証において，検証データセットには， する．クラスタ誘導型双対推論ネットワークの全
VisDrone-2019（548 枚）の画像を使用した．また， 体像を図１に示す．クラスタ誘導型双対推論ネッ
評価指標は検出個数とクラスごとの検出精度の平 トワークは，2 段階の推論機構から成る階層型推
均 mAP(mean Average Precision)を用いる．表１に 論構造と，クラスタリングによる小型物体所在推検出精度の比較を示す．今回提案した近傍探索ア 定機構を有する．階層型推論構造とは，物体をサルゴリズムは，先行研究と比較して検出個数が イズに応じて大まかに大型物体・小型物体と分類
4226 個増加し 11%，mAP は 3.90pt 向上した．本 した上で，各分類の推論に最適化された CNN に提案の有効性を確認することができた。
より双対的に推論することで，検出器全体のロバ
ストネスを向上させる推論構造である．そして小型物体所在推定機構とは，階層型推論構造の大型[ 3 ] 今 後 の研 究 の 推進方 策
物体推論の際に，検出に失敗したベクトルを小型物体候補と定義し，これらベクトルを最適化した
今後は，従来の信頼度を用いる手法に加え，画 上でクラスタリングによる分類を施すことで，小像が持つ特徴量を基に画像抽出を行い，再構成画 型物体密集領域の高精度推定を実現する機構であ像生成手法を検討を進める．一方で，ドローンの る．
自律飛行等の応用分野を考慮した場合，対象となる空撮画像は一枚の画像に広画像内の物体サイズ
は小型化する傾向があり，高い小型物体推論性能

293

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）
・Y. Horikawa, R. Yoshida, S. Mochizuki , T.
Matsumura, “Deep Learning based HierarchicalObject Detection System Adopting a Depth
Correction Scheme for High-Resolution Aerial
Images Towards Realization of Autonomous UAV
Flight,”ITE
Transactionson
Media
Technology and Applications Vol.1 No.12
pp.85-92, Jan. 2024.
・Y. Horikawa, R. Yoshida, S. Mochizuki, T.
Matsumura,“Clustering
Re-Inference
Algorithm
for
Deep
Learning-BasedHierarchical Object Detection System,” IEEE
GCCE 2023, pp. 828-829, Oct.,2023.
・Y. Horikawa, R. Yoshida, S. Mochizuki, T.
Matsumura, “CGTI-Net: Deep-Learning-Based
Object Detection Network for High-Resolution
Aerial Images,” IEEE IoTaIS 2023, pp. 169174, Nov.,2023.
・堀川雄生，杉内 凌河，吉田 錬平，松村 哲哉，“深層学習を用いた階層型物体検出手法における近傍探索型領域抽出アルゴリズム”，電気関係学会関西支部連合大会，2023 年 11 月
・堀川雄生，杉内 凌河，吉田 錬平，松村 哲哉，“ UAV 自 律 飛 行 に 向 け た ク ラ ス タ 推 論 に よ る
Coarse-to-Fine Net の提案”，電気関連学会東北支部連合大会 2023 年 9 月
・堀川雄生，松村 哲哉，“空撮画像における小型
物体検出性能の改善”，電子情報通信学会 総合大会（広島） 2024 年 3 月(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・杉内凌河, 堀川雄生, 吉田錬平, 松村哲哉,“階層型物体検出手法における再構成画像の生成及び再推論に関する検討”，令和 6 年東北地区若手研究者研究発表会 2024 年 3 月
・佐々木大那, 堀川雄生, 吉田錬平, 松村哲哉,“高精細空撮画像におけるクラスタの特定及び推論に関する検討”，令和 6 年東北地区若手研究者
研究発表会 2024 年 3 月

294共同プロジェクト研究

共 同 プ ロ ジ ェ ク ト 研 究 実 施 報 告 書 （ 令 和 5 年）
採択番号R05/A29

研究課題名
フレキシブル磁気光学薄膜形成に向けた磁性ガーネット超微粒子の開発[ 1 ］ 研究 代表 者 ・ 通研対 応 教 員
研究代表者：
橋本 良介（鈴鹿工業高等専門学校電気電子工学科）
通研対応教員：後藤 太一（東北大学電気通信研究所）
研究分担者：
福地 俊亮（鈴鹿工業高等専門学校総合イノ
ベーション工学専攻）
嶋田 拓馬（鈴鹿工業高等専門学校総合イノ
ベーション工学専攻）
図 1．試作した磁性ガーネット粒子の粒径分布[ 2 ] 当 該 年度 の 研 究実績 の 概 要
磁性ガーネット薄膜は大きな磁気光学効果を発現する代表的な磁気光学材料として知られており、
漏洩磁界センサとして非破壊イメージングへの応用が期待されている。しかし、その製造過程から湾曲させることが困難で、観察対象が限定されている課題がある。この課題を解決するために、有機金属分解法を用いて、湾曲する基板（フレキシ
ブル基板）上に磁性ガーネット膜を作製する手法が提案されている。しかし、この手法では、結晶化のために試料全体を 700 度程度で熱処理する必要があり、一般的なフレキシブル基板が使用できないという難点がある。そこで我々は、予め結晶 図 2．試作した磁性ガーネット膜の透過率スペク化処理を施した粒状の磁性ガーネットを、液中にトル分散する方法を開発している。この手法であれば、フレキシブル基板が高温に晒されないため、基板ミリングする前の粒径は、メジアン径で 2 mの材料や形状の選択肢を増やすことができる。こ 程度であった。一方、40 時間のミリングを施しの新しい磁性ガーネット膜の作製手法を確立する たサンプルの粒径は、メジアン径で 300 nm 以下
ために、本年度は、本手法を用いて、高い透過率 であり、ナノメートルオーダの超微粒子が形成さを維持したまま大きな磁気光学効果を示す磁性ガ れていることが確認できた。ミリングした磁性ガーネット膜の作製条件を調べた。
ーネット粒子は、有機バインダであるウレタンニ
遊星型ボールミル装置を使用して、粉体を溶液 スと混合して、スピンコート法によりアクリル製
中に分散させてミリングするウェット法により磁 キャスト材基板上に塗布した。有機バインダは、性ガーネット粉体を粉砕した。磁性ガーネット粒 重量比率で 10％混合した。スピンコートの回転
子は、純水で撹拌した界面活性剤と混合した溶液 速度は 2 段階に設定し、1 段目を 1000 rpm（10 秒
中でミリングし、粒径 1 μm 以下の超微粒子化を 間）、2 段目を 1500 rpm（10 秒間）とした。スピ目指した。
ンコートした試料は室温で乾燥した。この工程を
図１に、ミリングする前の磁性ガーネット粒子 10 回繰り返し、厚膜化を図った。10 回重ね塗りの粒径と、40 時間ミリングを施した磁性ガーネ した試料の透過率スペクトルを可視分光光度計
ット粒子の粒径を、三重県工業研究所窯業研究室 （鈴鹿高専）で測定した結果を図 2 に示す。波長のレーザ式粒度分析機により測定した結果を示す。 532 nm における透過率は 60％以上を維持してお295共同プロジェクト研究

り、ファラデー回転測定に十分な透過率を示した。
これは、ミリングによる微粒子化によってミー散乱が抑制されたためと考えられる。従来手法と同程度の透過率である。図 3 に成膜したサンプルの表面写真とその表面の様子を示す。重ね塗りによって厚膜化できている様子が確認できた一方で、膜厚の偏りや、異物の混入が観察された。

＠532 nm

図 5．試作した磁性ガーネット膜のファラデー回
転角ループ。波長 532nm で評価した。
塗布型の成膜手法により磁性ガーネット膜を作製した。作製した磁性ガーネット膜は、波長 532
nm においてファラデー回転角は約 0.17 度、透過率は約 60％を示した。これにより、作製条件が確立できた。さらに、鈴鹿高専と東北大通研の両方の設備を用いた作製と評価の体制を整えることができた。

図 3．試料の表面写真
図 4 と図 5 に、東北大通研所有の磁気光学効果測定装置で測定したファラデー回転角を示す。図4 は、波長に対するファラデー回転角を示している。ファラデー回転角は、波長 500 nm 付近で最大となり、絶対値で約 0.4 度のファラデー回転角が得られた。図 5 は、波長 532 nm における印加磁界に対するファラデー回転角を示している。飽
和磁界は、約 0.2 T であり、スパッタ法等で作製した時と同等と分かった。

[ 3 ] 今 後 の研 究 の 推進方 策
ファラデー回転角が膜厚に依存することを利用
して、膜を厚くすることで、ファラデー回転角を得る。今年度の成果により、現状の 3 倍程度の厚膜化により波長 500 nm において目標値を達成できる可能性があるが、スピンコート法では 30 回の重ね塗りが必要で、塗りムラの改善も考慮すると厚膜化には適さない。そこで 1 回の成膜でミリメートルオーダまでの厚膜が塗布できるバーコー
ト法への成膜方法の変更を検討する。そして、10％以上の透過率を維持しつつ、1.0 度以上のファラデー回転角を達成することができれば、被検体表面上での非破壊磁気光学イメージングについても実施予定である。

[ 論 文、 学 会発 表 、 および 関 連 成果等 ](1) 成果リスト（謝辞あり）
・なし

図 4. 試作した磁性ガーネット膜のファラデー回
転角スペクトル296(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・嶋田拓馬、玉村拓也、橋本良介、“磁気光学イメージング用塗布液の試作と塗膜の特性調査”、
第 175 回教育工学研究会（2024. 3）.
・T. Shimada, T. Tamamura, K. Tahori, R. Hashimoto,“Preparetion of fine particles for fabrication of flexible
MO sensors”, International Symposium on Imaging,Sensing, and Optical Memory 2023（2023. 11）.

共同プロジェクト研究

共 同 プ ロ ジ ェ ク ト 研 究 実 施 報 告 書 （ 令 和 5 年）
採択番号R05/A30

研究課題名
光電子融合ヘテロジニアス集積技術の研究開発[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
北 智洋（早稲田大学先進理工学研究科）(a)

通研対応教員：佐藤 昭（東北大学電気通信研究所）

Power (dBm)

Power (dBm)[2] 当該年度の研究実績の概要
本年度は、早稲田大学において図 1(a)に示す二波長可変ヘテロジニアスレーザを作製した。図 1(b)に示すように差周波数約 300 GHz の二波長レーザ光を研究分担者である東北大学の評価系におい(b)て UTC-PD を用いて THz 波に変換し 300 GHz 帯
20のサブ THz の発生と周波数スペクトルの観測に10成功した。さらに約 2 GHz の連続的な周波数チュ0-10ーニングと約 400 GHz の離散的な周波数チューニ-20ングを実証した。シリコンフォトニクスによって-30作製した二波長可変フィルタの構造を改良するこ-40とで二波長レーザ発振の安定化を図り、図 1(c)に-50示すように約 350 kHz の狭線幅なミリ波の生成に
1537
1540
1543
1546
1549
成功した。このように目標値である 500 kHz 以下
Wavelength (nm)の THz 波の発生を大幅に上回る狭線幅化に成功(c)-10した。また、数値目標とはしていないが、シリコ
ンフォトニクスヘテロジニアス波長可変レーザの-20高出力化・高効率化にも取り組み、最大 50 mW-30のファイバ出力と約 13%の光電変換効率が得られ、-40
世界最高性能のヘテロジニアスレーザを実現する要素技術を確立した。本技術を二波長可変レーザ-50に応用することで、更なる高出力・狭線幅な THz-60波の発生が可能である。また、二波長可変ヘテロ
18.9
19
19.1
19.05
ジニアスレーザのレーザ共振器構造には、異なる
Frequency (GHz)
リング共振器と DBR の組み合わせによって二つ
図 1(a)二波長可変レーザの構造模式図, (b)の縦モードが存在している。新たに設計した二波差周波数約 300 GHz の光スペクトル, (c) 二長レーザにおいては、この二つの縦モード間隔が波長光から生成したミリ波スペクトル一定の周波数間隔すなわちレーザ共振器長が等しくなるように再設計を行った。縦モード間隔をそろえることで、ミリ波の発振線幅は 300 kHz 以下 発生する実証実験を行った。二波長可変レーザからの出力光の光周波数差を約 285 GHz に設定し、と大幅に狭窄化されることを確認した。
光ファイバを介して
UTC-PD に入射した。UTC東北大学の評価系を用いて行ったサブ THz 波
PDから発生したサブTHz 波は、周波数逓倍器よの直接観測の結果について示す。早稲田大学において開発した二波長可変レーザ及び制御系を東北 り発生した約 250 GHz のサブ THz 波とのミキシ
大学に運搬し本研究のターゲットである、300 ングによって数十 GHz のミリ波へとダウンコン
GHz 帯サブ THz 波を二波長可変レーザによって バートし、スペクトラムアナライザによって発生297

共同プロジェクト研究したミリ波を直接観察した。図 2(a)に観測された2波長フィルタ
シリコンリング変調器
MZI
サブ THz 波のスペクトルを示す。ここで横軸の端面反射率95%
周波数はダウンコンバートする前のサブ THz 帯の周波数に変換している。S/N 比 約 30 dB の明
変調光信号
瞭なサブ THz 波が観測されており、二波長可変レーザを用いたサブ THz 波の生成に成功した。
図 3 ヘテロジニアス THz 波トランスミッタのさらに周波数を選択している片方のリング共振器
構造模式図(Ring2)に印可するヒータ電力を変化させること
で差周波数を変化させ、サブ THz 波の周波数をによって変調された変調光の強度が最大になり、調整できることも確認した。図 2(b)にヒータ印可
かつ安定した二波長レーザ発振が可能なように電力と発生したサブ THz 波の周波数の関係を示
MZI によって出力光強度が最適化されている。
す。ヒータ投入電力によって約 2 GHz の連続的な
図 4 にシリコンリング変調器を直流電圧によって周波数チューニングが可能な事を示した。ここで制御した時の光スペクトルを示す。リング共振器
連続的な周波数チューニングの周波数範囲は、縦pin 接合に印可している電圧が 1.15 V の ON 状態
モード間隔によって制限されている。原理的には、においては、差周波数約 300 GHz に対応した明瞭
リング共振器ヒータと縦モード位相ヒータの協調な二波長レーザ光が出力されているのに対して、制御によってより広い周波数範囲でのサブ THz
印可電圧約 1.05 V においては長波長側約 1540 nm
波周波数チューニングが可能である。
のレーザ光強度が減少しており約 30 dB の非常に高い消光比で強度変調が実現されている事が確認
できる。
(a)

Ring2 印加電力
(mW)
18.79
18.88
19.05
19.13
19.26
19.39
19.56

Power (dBm)

-45
-55
-65
-75
282

283

284

285

286

Frequency (GHz)(b)

Fiber Coupled Power (dBm)

-35

20

(a)

0
-20
-40
-60
-80
1530

Frequency (GHz)

284.4
284
283.6
283.2
282.8
18.6

18.8

19

19.2

19.4

19.6

Ring2 power (mW)

図 2(a)UTC-PD から発生したサブ THz 波のスペ
クトル, (b) リング共振器ヒータ電力とサブ
THz 波周波数の関係
二波長可変レーザと同一チップ上に配置した
pin 接合シリコンリング共振器を用いて 1 チップ
での変調波の生成を試みた。図 3 に二波長可変レーザとシリコンリング光変調器を一体集積化した
ヘテロジニアス THz 波トランスミッタの構造模式図を示す。本チップにおいては、リング共振器

298

Fiber Coupled Power (dBm)

284.8

20

(b)

1535

1540

1545

1550

Wavelength (nm)

0
-20
-40
-60
-80
1530

1535

1540

1545

1550

Wavelength (nm)図 4(a) ON 時(光変調器印可電圧 1.15 V)の光
スペクトル, (b) OFF 時(光変調器印可電圧約0.7V)の光スペクトル本ヘテロジニアストランスミッタに高周波電圧を印可して計測したアイパターンを図 5 に示す。図5(a)は 350 Mbps 変調時、図 5(b)は 500 Mbps 変調

共同プロジェクト研究

(a)

(b)

[3] 今後の研究の推進方策
令和 5 年度の研究においては、化合物半導体とシリコンフォトニクスチップのヘテロジニアス集積技術による二波長可変レーザの作製と二波長光を利用したサブ THz 波の発生、さらにシリコンフォトニクス光変調器の集積化が達成された。今後の課題は、高周波電極の利用によるヘテロジニア
ストランスミッタの高伝送レート化及びシリコン
フォトニクスチップ上への高効率な UTC-PD の集積化技術の開発である。高伝送レート化について
は、高周波電極を用いた光変調器の試作を開始しており、高周波プローブの調達も進めている。
UTC-PD のヘテロジニアス集積については、高効率な垂直出射型のグレーティングカプラの作製を進めている。

[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）
該当なし(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・ Tatsuya Yabuki and Tomohiro Kita,“Optimization of the coupling efficiency
図 5 ヘテロジニアストランスミッタのアイパ
under self-injection locking in a narrow
ターン(a) 350 Mbps 変調時(b) 500 Mbps 変調
linewidth hybrid wavelength tunable laser
時
diode”, Japanese Journal of Applied Physics,
Vol. 63, 03SP54 (2024).
時である。どちらのアイパターンにおいてもアイ 本論文は、自己注入同期現象を用いたヘテロジニ
開口はかろうじて確認できるが、直流用電極にお アス波長可変レーザの線幅制御に関する研究であける反射の影響によって開口内のノイズが大きい る。本技術を応用する事で二波長可変レーザから事がわかる。ノイズが大きい理由は、光変調器の 出力するサブ THz 波の線幅を狭窄化する事ができ
直流用電極による反射によって多重反射が起こり、 る。
遅れた光変調の成分が検出されているものと考えている。このようにアイパターンにおける S/N 比の低下はデバイス動作原理の本質的な問題では無く、高周波用電極の装荷によって解決できる。ヘテロジニアストランスミッタにおいても高周波プ
ローブ用電極を装荷した構造を試作中であり、令和 6 年 9 月の完成を予定している。以上のように二波長レーザとシリコン光変調器を集積化したヘ
テ ロ ジ ニ ア ス ト ラ ン ス ミ ッ タ に お い て は 500
Mbps の変調の生成を確認し、二波長可変レーザと高速光変調器を光ファイバによって結合する事で 5 Gbps の変調波の生成に成功した。

299

共同プロジェクト研究

RIEC Nation-wide Cooperative Research Projects Report
Grant No.

R05/A31

Title

聴覚的注意と没入との関係研究
Discovering a relationship between auditory attention and auditory immersion[1］Research Organization
Principal Investigator：
Sungyoung Kim (Rochester
Technology)
Research Collaborator of RIEC：
Shuichi Sakamoto（RIEC）
Research Collaborator
Akira Takeuchi (RIT)
Rai Sato (KAIST)

Instituteof[2] Research Period
2023, April ～ 2024, March[3] Purpose, Background, and Overview of the
Project
Unveiling the mechanism of human auditory attention
in a noisy environment, which is called the “Cocktail
party effect” has been investigated over the century.
Thanks to the development of brain activity observation
technology, researchers have accumulated knowledge
and methods in this research area, however, most of theresearch solely targets domestic listeners for brain wave
measurement.
Auditory spatial attention is the major factor of the
cocktail party effect. Dr. Kim’s previous researchconcluded that there are cultural biases in human
auditory perception of spatial audio content between
Asian and European/American listeners. Discussing thedifferent patterns of spatial auditory perception acrossinternational cultural backgrounds inspired our
research questions as follows:(1) Does individual self-construal affect listeners’
Spatial Attention?
(2) Can this relationship be consequently observedin different countries?
To address this cultural trend, we designed a simple
Speech-in-Noise (SiN) task for both English andJapanese to experiment with both the United States ofAmerica (USA) and Japan. Furthermore, theparticipants are divided into two groups by scoring theirself-construal which is considered a more practical way
to divide people into Asian-type (interdependent) andEuropean/American-type (independent) personalities.
We observed the listeners’ brain responses to the sound300

by measuring their electroencephalography (EEG). The
simplification of EEG measurement is also thechallenge of this research project to experiment withdifferent countries since we already got some positive
results for our research question (1) in the United States.
[4] Research Plan and Content
The experiment task is based on the Coordinate
Response Measure (CRM) which asks listeners to guess
what the target speech pronounces within thecompeting masker sound. While the target sound isplayed by the Left-front (L) speaker, the masker soundis played by either the Right-front (R) or the Backcenter (BC) speaker randomly [Fig. 1]. The loudness ofthe masker sound is fixed at 70 dB SPL (sound pressurelevel) and the target sound has -12 or -18 dB SNR(signal-to-noise ratio) corresponding to the SPL of thetarget sound. Therefore, the experiment design has two
independent variables, the Spatial Patterns of themasker sound (SP) and the SNRs of the target sounds,
thus, there are four experiment conditions in total.

Figure 1: Experiment setting
The listeners’ EEG was recorded by using DSI-24(Wearable Sensing) which is a wireless EEG recording
headset with 24 electrode channels (we used 21 ofthem) [Fig. 2].
The listeners’ auditory Spatial Attention can beobserved as Event-Related Response (ERP) which isthe peaks aligned after the sound onset. As a taskrelated response, we focus on P3 ERP which appears
around 250 to 400 ms after the sound onset andindicates ‘cognitive’ response. By analyzing theamplitude of P3, we observe differences between the共同プロジェクト研究

conditions and participants groups.
17 subjects participated in the experiment. They
answered the Self-Construal Survey (SCS) after themeasurement. By the result of SCS, 4 participants wereclassified as an independent group, 11 participants wereclassified as an interdependent group, and twoparticipants were neutral.

Figure 2: DSI-24 headset［5］Research Results and Ripple Effects（5-1）Research Results
Fig. 3 shows the averaged EEG and P3 peaks of the Fzchannel of all participants from the USA and Japan. The
ERP peaks appeared much clearer when the SNR was
higher (the target sound was louder). As a result of
ANOVA (Analysis of Variance), the interaction
between SP and SCS groups marked a significant
difference (‫ ݌‬ൌ 0.038) which indicates the same result
as the one only with the data from the USA participants.
The simple effects analysis showed that interdependent
listeners pay weaker attention to the target sound whenthe masker sound is played by the Right-front location.
Average EEG and indivisual P200 peak (Target, Fz), Indep:16/Inter:19, range:150-400ms
Spatial Pattern:Front, SNR:-18 (Fz)
5

0

-5

5

0

0

0.2

time[s]0.4

Spatial Pattern:Back, SNR:-18 (Fz)
5

0

-5

Spatial Pattern:Front, SNR:-12 (Fz)

-5

0

0.2

time[s]0.4

Spatial Pattern:Back, SNR:-12 (Fz)5

Indep average
Inter average
Indep
Inter
range minrange maxTarget onset

0

0

0.2

time[s]

0.4

-5

0

0.2

time[s]0.4

Figure 3: Averaged EEG and P3 peaks of Fz
The results indicate that the trend of auditory spatialattention within two types of Self-construal can beobserved both in the USA and Japan. Also, these clear
results of EEG measurement qualify this carriable
EEG measurement system to measure listeners’ spatialattention with an adequate quality.
（5-2）Ripple Effects and Developmental Potential
This is the cooperative research project with
YAMAHA and Dr. Sakamoto’s laboratory at Tohoku

University motivated by the development ofteleconference system microphones and speakers.
Nowadays, the demand for teleconferences has
dramatically increased. Thanks to the advantage of theteleconference system which allows us to minimize themeeting space and the time to move to the meeting
location, companies can schedule more numbers of themeeting flexibly. As a result of the increase inteleconference opportunities, people had to join theirteleconference in the same room with others who also
talked to their teleconference system, and they started
suffering from sound interruptions each other. To
recover this situation, this study aims to optimize theteleconference system behavior by referring theperson’s auditory spatial perception patterns. Since we
could prove the efficiency of our research hypothesis
and auditory spatial attention measurement system, theresearch potential would be accelerated not only in thearea of spatial auditory attention but also in the wide
area of human auditory perception.
[6] Summary and Future Challenges
We have completed a spatial auditory attention
experiment in Japan comparable to the one conductedin the USA. The result kept the same trend even withthe data mixed USA and Japan. This result indicatesthat the relationship between sudatory spatial attention
and Self-Construal can be consistent across the twocountries.
We also could get the harvest of our carriable simple
EEG measurement system and experiment paradigm
which performed enough quality of EEG measurement
as expected. This achievement expands the possibilityof international experiments and minimizes theparticipants’ burden besides the experiment. Since theconventional EEG measurement has been hard work forboth experimenters and participants, this would help toaccelerate the research a lot.
However, the final goal of our project is to develop a
dynamic indicator of personal spatial attention patterns,
the discovery of the experiment series conducted in
Tohoku University allowed us to address themechanism of human auditory perception much closer.
As a next step of the research, we’re working on amore practical situation of SiN task. By applying amachine learning-based computation method, we
address the next goal of the research project to get thelistener’s auditory attentional information from lessamount of data.
[7] Additional Works
The PI, Dr. Sungyoung Kim, conducted additional
work with a graduate student, Rai Sato from Korea
Advanced Institute of Science and Technology(KAIST). The work scope is to measure physicalresponses associated with a listener’s immersive301

共同プロジェクト研究

experience. In the PI’s previous studies, a dummy headmicrophone was used at the RIEC’s anechoic room.
However, at the time of data collection, the uniquecharacteristics of the speakers in each room were notconsidered, making it challenging to isolate andcompare the pure acoustical properties of the rooms.
To address this limitation, the current visit focused on
measuring the frequency response of all speakers used
for the 3D music content reproduction. Additionally,
music stimuli were recorded using an ambisonicmicrophone,enabling
subjective
evaluation
experiments with head-tracked binaural listening
systems. This effort aimed to provide morecomprehensive data for a variety of listening
configurations.
The measurement results show that each speakerexhibited distinct frequency characteristics, withnotable differences in the high-frequency range
depending on the position. This finding underscores thenecessity of considering these variances in future
subjective evaluation experiments.
The recent proliferation of Dolby Atmos has
significantly expanded the field of 3D audio formats,offering more opportunities for people to experience
these advanced sound systems. Specifically, objectbased audio and multi-channel audio formats like
Dolby Atmos can now be experienced binaurally
through headphones, converting traditional twochannel music listening into a more immersive, threedimensional experience.
Despite these technological advances, research on how
users experience these technologies from a
psychoacoustical perspective is still in the early stages.
Consequently, the subjective evaluations based on themeasurements conducted in this project can provide
essential insights. This will equip the immersive audio
field with the knowledge required to make more
informed decisions, ultimately leading to more refined
immersive audio designs.

【Appendix】[Papers, Conference Presentations, and Related
Achievements](1) List of Papers and Conference Presentations (withacknowledgements)
・Kim, S., & Howie, W. (2021). Influence of thelistening environment on recognition of immersive
reproduction of orchestral music sound scenes. Journalof the Audio Engineering Society, 69(11), 834-848.
(2) List of Papers and Conference Presentations
302(without
Acknowledgements),
andRelated
Achievements
・Acoustical Society of America 184th meeting in
Chicago (2023 May)
Takeuchi, Akira, et al. "Spatial Attentional Behavior
Analysis Based on Cognitive Style During Speech-inNoise Task." Proceedings of the Acoustical Society ofAmerica 2023 Spring Meeting. Ed. ASA. Chicago,
ML: n.p.
・Sato, R., Takeuchi, A., Shim, H., & Kim, S. (2023,
October). Quantitative Assessment of Acoustical
Attributes and Listener Preferences in Binaural
Renderers. In Audio Engineering Society Convention
155. Audio Engineering Society.
・Acoustic Sydney (2023 December)
Akira Takeuchi, Hwan Shim, Inyong Choi, Sungyoung
Kim; Measuring listeners’ distraction to spatiallypresented masking noise conditions. J. Acoust. Soc.
Am. 1 October 2023; 154 (4_supplement): A235–
A236.

共同プロジェクト研究

RIEC Nation-wide Cooperative Research Project
Research Implementation Report（（FY2023））
Grant No.
Title

R05/A32

人工知能による表情やジェスチャーを通じた非言語コミュニケーションの強化
Enhancing Non-Verbal Communication through Facial Expression
and Gestures using Generative AI）[1] Principal Investigator(PI)・・Research
Collaborator of RIECPI：
PUNPONGSANON Parinya (Graduate School of
Sciences and Engineering, Saitama University)
Research collaborator of RIEC：KITAMURA Yoshifumi (RIEC)[2] Summary of Research Results for the Year
This research aims to investigate the effect ofgenerative AI for enhancing telecommunication
between person-to-person and person-to-community.
As shown in Figure 1, the generative AI enhances facial
expression based on the context of the communication,
perception, and personalization to ensure that the
remote communicator understand the contexts inaddition to the verbal information. In FY2023, we haveconducted several user studies to understand therelationship between facial expression and emotional
during remote communication. In particular, wedeveloped emotional recognition systems throughfacial and speech information. For the facial images, we
utilized Convolution Neural Network (CNN) by
converting the facial images into feature vectors andperforms the convolution operation on the images. For
the speech information, we are pre-processing the
speech signal into speech sequence, then estimate theprosodic features of speech sequence using Bi-

Figure 1 Users are communicating between different
place (A and B) while their facial expression is enhance
based on the conversation.

Figure 2 Framework of the emotion recognition
algorithm through combination of facial and speech
information.
Directional Long Short-Term Memory Network(BiLSTM). The framework of combining facial andspeech information for emotional recognition is shownin Figure 2. We then conducted a closed laboratory
experiment in which we recruited 15 participants tocommunicate between each other using the pre-scripted.
During the experiment, the participants from one side(user A) are asked to perform the facial expression andusing the voice tone that relates to the emotional there
were believe that the pre-script has been informed. The
opposite participants (user B) are asked to answer how
user A emotion. The emotional recognition algorithm
records the detected emotion in real-time. After theexperiment, user A then asks to answer what they feeland express the emotion during the experiment. The
preliminary experiment found that there were about
10% and 14% differences between the expected
expression performed by user A and the answer fromuser B, and between user A and the algorithm,
respectively. We expect to publish the initial results atthe domestic conference in FY2024.
[3] Future Research Promotion Measures
In the future, we plan to improve emotional
measurement by enhancing other biological features
such as facial colors. Then, we will develop the facial
enhancement algorithm to achieve the goal of thisresearch. Furthermore, we plan to conduct otherexperiments to confirm the possibility of utilizing theenhancement of facial expression to improve nonverbal communication.
303

共同プロジェクト研究[Appendix][Papers, Conference Presentations, and Related
Achievements](1) List of Papers and Conference Presentations (withacknowledgements)
・Parinya Punpongsanon, Kaito Asai, Investigation on
Emotional Recognition using Facial and Speech
information, IEEE Access 2024 (under review).
・(2) List of Papers and Conference Presentations(without
Acknowledgements),
andRelated
Achievements
・None

304

共同プロジェクト研究

RIEC Nation-wide Cooperative Research Project
Research Implementation Report（（FY2023））
Grant No.

R05/A33

Title
Emotion processing in real and cyber world: behavioral and neuroscience perspective[1] Principal Investigator(PI)・・Research
Collaborator of RIECPI：
PERUSQUIA HERNANDEZ Monica（Divisionof information Science, Nara Institute of Scienceand Technology）
Research collaborator of RIEC：
Miao CHENG（RIEC）

in the cyber world and real life.
(2)
We started identifying the onset and offset of
movements and linked their dynamics to the onset ofthe perceiver’s recognition of the message using Libet
clocks.
(3)
We selected source stimuli for affective
movement and defined a method to generateintermediate steps.

[2] Summary of Research Results for the Year

2. Prof. Kitamura, Dr. Cheng, and Dr. Yabe visited
NAIST in October 2023.

1. Dr. Perusquia-Hernandez & Dr. Yabe visited RIEC
on Noverber 2023.
Dr. Yabe gave a lecture introducing her research on gait
patterns and mood in a work environment.
Dr. Perusquia-Hermandez, Dr. Yabe, and Dr. Cheng hada group discussion on the items below:●

New Experimental Setup: For the project
aimed at identifying movement units perceived
as emotions, we established the overarchingframework of the experimental protocol,
encompassing research methods, stimuli
selection,
personnel
responsibleforexperimentation, and the experimental
locations.

●

Experiment Data Analysis: We refined theexisting code and advanced the data analysis in
the Emotion Awareness project. We offeredinsights into data transformations that are
anticipated to enhance the analytical process.

●Networking and Collaboration: We actively
participated in the ICD laboratory meeting togain insights into various research topics
within the ICD lab. Furthermore, we engaged
with two students’ projects focused onemotional body movement, leveraging our
expertise in machine learning and affective
computing. We provided guidance to thestudents on both research and future careerplanning.

Until now:(1)
We developed a research team and investigatedexisting literature about interpersonal communication

A workshop was held in NAIST with researchers fromdifferent universities and disciplines. These include
computer scientists, psychologists, neuroscientists, anddesigners. Prof. Kitamura gave a keynote on Nonverbal
Information to Enrich Future Telecommunication ―Challenges utilizing both Cyber and Real Space, Dr.
Cheng presented a talk about decoding emotion frommotion. Dr. Yabe talked about Time perspective andwell-being, and Dr. Perusquia discussed Embodied
correlates of subjective experiences. All the participantsjoined a lab tour and visited several labs about humanrobotics, social computing, and etc. More information
is available at: https://cptaw.github.io/

3. Research progress
Self-report has several limitations. The associations
between neural and physiological activities andemotion are often unclear, and questions remain [1-5]:●

Are the neural and physiological activities
evoked by the emergence of emotion? or305

共同プロジェクト研究●●

Does the emergence of emotion trigger neuraland physiological changes?
When are we aware of the emergence ofemotion?

Benjamin Libet showed that the neural activity toinitiate a hand movement starts earlier than theawareness of the urge to initiate the movement [6].
Therefore, we hypothesized that
H1. The emotional neural/physiological change starts
before the awareness of the change in emotion.
H2. Participants become aware of the stimuli withhigher-arousal levels than the lower-arousal levels.
To investigate this, 25 healthy participants listened toemotion-evoking audio stimuli. At the same time, theylooked at a Libet Clock. At the end of each trial, theyreported the timing of the change of emotion bychanging the positions of the line of a clock similar tothe one they saw during the trial; and felt arousal andvalence.
Electroencephalogram(EEG),
Electrocardiogram (ECG), heart rate, respiration, eyemovement, and facial expressions were recorded.

Currently, we are analyzing the data with the following
techniques:● Event-Related Analysis: examine how
specific types of emotional triggers(arousal/valence) affect bodily responses andself-reported affective experiences over time.
● Modeling Temporal Dynamics: apply timeseries analysis & dynamic modelingapproaches to explore temporal dynamics
between physiological responses, neuralactivity, and affective self-awareness.
● Regression, mixed-effects, or machinelearning models will be used to discover306

biomarkers predicting the timing of emotion
awareness.
References[1] Hao, T., Zheng, X., Wang, H., Xu, K., & Chen, S.
(2022). Linear and nonlinear analyses of heart ratevariability signals under mental load. Biomedical
Signal Processing and Control, 77(March), 103758.
https://doi.org/10.1016/j.bspc.2022.103758[2] Hayano, J., Tanabiki, T., Iwata, S., Abe, K., & Yuda,
E. (2021). Estimation of Office Worker’s Emotion
Types Using Two-dimensional Model Consisted of
Biometric Signals. International Journal of Affective
Engineering,20(2),
105–110.
https://doi.org/10.5057/ijae.IJAE-D-20-00011[3] Jauniaux, J., Tessier, M.-H., Regueiro, S., Chouchou,F., Fortin-Côté, A., & Jackson, P. L. (2020). Emotion
regulation of others’ positive and negative emotions isrelated to distinct patterns of heart rate variability andsituational empathy. PLOS ONE, 15(12), e0244427.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0244427[4] Kluger, D. S., Balestrieri, E., Busch, N. A., & Gross,
J. (2021). Respiration aligns perception with neuralexcitability.
ELife,
10,
1–19.
https://doi.org/10.7554/eLife.70907[5] Ohl, S., Wohltat,
C., Kliegl, R., Pollatos, O., & Engbert, R. (2016).
Microsaccades Are Coupled to Heartbeat. Journal of
Neuroscience,
36(4),
1237–1241.
https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2211-15.2016[5] Yilmaz Balban, M., Cafaro, E., Saue-Fletcher, L.,
Washington, M. J., Bijanzadeh, M., Lee, A. M., Chang,
E. F., & Huberman, A. D. (2021). Human Responses to
Visually Evoked Threat. Current Biology, 31(3), 601612.e3. https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.11.035[6] Libet, B., Gleason, C. A., Wright, E. W., & Pearl, D.
K. (1983). Time of conscious intention to act in relation
to onset of cerebral activity (readiness-potential): The
unconscious initiation of a freely voluntary act. Brain,
106(3),
623–642.
https://doi.org/10.1093/brain/106.3.623[3] Future Research Promotion Measures
We will aim to cover the following milestones:(1)
Team built-up and theoretical approach.
(2)
Identification of the onset and offset of
movements and linked their dynamics to the onset ofthe perceiver’s recognition of the message using Libet
clocks.
(3)
Experimental Paradigm development togenerate stimuli and implement an apparatus to collectcrowdsourced ratings online and offline.
(4)
In 2024, we will conduct data collection andanalysis on the perception of movement.
(5)
The results will help design motion forcommunication in virtual spaces. By identifying theminimum amount of information necessary to convey amessage, communication will be improved at a low

共同プロジェクト研究

computational cost. This is advantageous for remotecommunication and telepresence because it reduces thedelay between communication cues and theirpresentation at the remote site. The results will be
published in international journals and conferences.
[ Appendix ][Papers, Conference
Achievements]

Presentations,

andRelated(1) List of Papers and Conference Presentations (withacknowledgements)
・Perusquía-Hernández M., Yabe Y., Cheng M.,
Yamagishi S., Watanabe K., and Kashino M. (2023)-------Minimum viable communication: the timing of
emotional awareness. FY 2023 RIEC Annual Meetingon Cooperative Research Projects.
(2) List of Papers and Conference Presentations(without
Acknowledgements),
andRelated
Achievements
● NA

307

共同プロジェクト研究

RIEC Nation-wide Cooperative Research Projects Report
Grant No.

R05/A34

Title
A computational model for the gender and culture interaction
effect on facial expression classification[1]Research Organization
Principal Investigator：
Chien-Chung Chen (National Taiwan University)
Research Collaborator of RIEC：
Chia-Huei Tseng, Satoshi Shioiri (RIEC)[2] Research Period
2023, May ～ 2024, March[3] Purpose, Background, and Overview of the
Project
To accurately convey emotion with facial expression,
the observer needs to correctly decode the change offacial features. Thus, what information is acquired by
the observers is important for understanding facial
expression perception.
It is known that face perception depends on the ethnic
background of the observer. The other-race effect(ORE) is a well-documented phenomenon in which
individuals can recognize or discriminate faces of theirown ethnic background compared to faces of otherethnic background (Malpass & Kravitz, 1969; Meissner& Brigham, 2001). While ORE was first discovered forface identity, there are studies showing similar effects
for facial expression (Biehl et al., 1997; Ekman et al.
1969; Norwicki et al., 1998; Scherer et al. 2001). Such
ORE may have a negative effect on international
communications.
Facial expression perception is also influenced by thegender of the observers. For instance, the female
observers perform better in discriminating or
recognizing different expressions (Wingenbach,
Ashwin & Brosnan, 2018; Olderbak et al, 2019; Kato
& Takeda, 2017). Such gender effects interact with
ORE in facial expression perception as women show anenhanced sensitivity to other-race faces (Ran et al.,2014). The purpose of this study is to quantify theserace and gender effects.
[4] Research Plan and Content
Material. The Japanese faces were selected from AIST
database (Fujimura & Umemura, 2018), whereas the
Taiwanese faces were selected from Taiwanese
Affective Stimuli Corpus (Chen et al. 2009) and theCaucasian faces, the Ekman’s POFA database (Ekman
308& Friesen, 1976). The stimuli were front view images
from each database. We used two pairs of emotions:
happiness/sadness, and fear/anger. The images weremorphed, or interpolated, between two opposite
expressions in a pair of the same person by FantaMorph(https://www.fantamorph.com). The morphing levels
were defined as the proportion of an expressive face inthe morphed image. The images were then cut at the
midpoint and separate into upper and lower halves. We
then randomly joined the upper and lower halves fromdifferent morphing levels to create the test images.
Procedure. The experiments were conducted online
under the Pavlovia (https://pavlovia.org/) environment
with psychopy toolbox (https://www.psychopy.org/).
Each trial started with a fixation period in which afixation mask appeared at the center of the screen.
Afterward, a face image was presented on the screen for
500ms, followed a response period, in which theparticipants were to indicate the facial expressions of
the test image. Each image was repeated 20 times. The
order of test images was randomized. We measured theprobability of classifying an image to a specificexpression type as a function of the morphing level ofboth the lower and the upper face.
Participants. Participants were 20 Taiwanese recruited
on National Taiwan University, 20 Japanese recruited
on Tohoku university and 20 Caucasians from North
America or Europe who had been in Asia for less than
6 months at the time of experiment. The participants
had no known history of neurological andpsychological pathology. This study was approved by
IRB of both National Taiwan University and Tohoku
university. Informed consent was acquired for eachparticipant.
］Research Results and Ripple Effects
［5］
（5-1）
）Research Results
Race effects
Angry-fearful face categorization. Overall, as shown in
Figure 1, the participants tended to use upper face todistinguish angry from fearful faces: the percentage of“angry” response varied by 50-90% with the change ofupper face the morphing levels but only 4 to 50% acrossdifferent lower face morphing level. This effect wasmost pronounced for Caucasian faces as the response共同プロジェクト研究

curves for different lower face morphing levels are very
close to each other. This effect is less significant for
Taiwanese faces as their lower face morphing level has
much effect of the performance of the participants..
Here, we found a race effect but not an other-race one.
Stimulus type
JP

TW

1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5

JP

0.4
0.3
0.2
0.1
0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100

0.9

ObserverP(“Angry”)

0.8

TW

0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0

CA

1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0

CA

1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5

0

0

10

10

20

20

30

30

40

40

50

50

60

60

70

70

80

80

90 10090 100

0.4
0.3
0.2
0.1
0
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0

1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100

0.4
0.3
0.2
0.1
0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100

0.9

1
25
50
75
99

0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0

0

10

10

20

20

30

30

40

40

50

50

60

60

70

70

80

80

90 10090 100

0

0

1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0

10

0

20

10

20

30

30

40

40

50

50

60

60

70

70

80

80

90 10090 100Upper face morphing level (%)

Figure 1. The percentage of identifying an image as “anger” in anger-fearclassification as a function of the morphing level of the upper face. Curves indifferent colors denote different lower face morphing level. The left, middle and rightcolumns show the data for Japanese, Taiwanese and Caucasian faces respective.
The top, middle and bottom rows show the data from for Japanese, Taiwanese andCaucasian participants respectively. The smooth curves in each panel are fits of ourmodel. The error bars represent 1 standard error of measurement (SEM).

Happy-sad face categorization
The participant tended to use the lower faces tocategorize happy and sad faces (Figure 2). theprobability of “happy” response varied at most 25%
across all upper face morphing levels in each curve
while the separation between curves for the lowest(blue curves) and the highest (magenta curves) lower
face morphing level was easily between 50 (JPparticipants seeing JP faces) to 100% (CA participants
seeing CA faces). Again, we found race effects here.

Happy-sad face categorization. Figure 4 shows thepercentage of classifying a face as “happy” for bothmale and female faces with different ethnic background.
Compared with female faces, male faces were more
likely to be recognized as a happy face than a sad face(F(1, 8024) = 11.70, p < .001). There was no significant
effect of the gender of the participant (F(1, 8024) = 0.12,
p > .05).
We also found a significant interaction between theethnic background of the participants and the gender ofthe face stimuli: JP and TW participants were more
likely to recognized male faces as happy whereas CA
participants had an opposite effect (F(2, 8024) = 14.87,
p < .001).

Stimulus type

JP

TW

1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0

P(“Happy”)

Observer

JP
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0

CA

1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0

TW

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0

CA

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1
25
50
75
99

Upper face morphing level (%)

Figure 2. The percentage of identifying an image as “happiness” in happinesssadness classification as a function of the morphing level of the upper face. Curves
in different colors denote different lower face morphing level. The left, middle andright columns show the data for Japanese, Taiwanese and Caucasian faces
respective. The top, middle and bottom rows show the data from for Japanese,
Taiwanese and Caucasian participants respectively. The smooth curves in eachpanel are fits of our model. The error bars represent 1 standard error ofmeasurement (SEM).

Gender effect:
Angry-fearful face categorization. Figure 3 shows thepercentage of “anger” response for male and female
faces with different ethnic background. Overall, we
found the participant was more likely to classify female
faces, compare with male faces, as expressing anger
rather than fear (F(1, 8173) = 1366.22, p < .001). There
was no significant effect of the gender of the participant(F(1, 8173) = 1.09, p > .05).
We also found a significant interaction between theethnic background of the participants and the gender ofthe face stimuli: JP observers had a higher chance toclassify a female face as an angry face than CA
participants (F(2, 8173) = 58.93, p < .001).

[6] Summary and Future Challenges
Communication of emotion is an essential part ofhuman social interaction. Facial expressions, which are
combinations of movements and states and of facialmuscles, are perhaps the most efficient ways tocommunicate emotion. The importance of facial
expression recognition is even more important
nowadays with the popularity of video call and videoconferencing in which facial expression may be theonly available cue for emotion communication. Here,
we seek to quantity the effect by observing how thecontributions of different face features to the facial
expression discrimination are affected by the ethnic
backgrounds of both the observers and the observed.
The result is submitted to an international conference(European Conference on Visual Perception) and will
be presented in August, 2024.

309

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号R05/A35

研究課題名
自律分散組織型の音環境自動認識システムの構築[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
高根 昭一 (東北文化学園大学工学部)
通研対応教員：坂本 修一 (東北大学電気通信研究所)
研究分担者：
安倍 幸治 (秋田県立大学
システム科学技術学部)
渡邉 貫治 (秋田県立大学
システム科学技術学部)
鈴木 陽一 (東北文化学園大学工学部)[2] 当該年度の研究実績の概要
令和 5 年度は，収音装置の作成とそれを用いた様々な場所での音信号の収集および収集したデー
タのアーカイバへの蓄積の仕組みの構築に取り組んだ．また，機械学習を基とした音のもつ空間的な情報を考慮した異常検知システムのシミュレー
ションを行った．
収音装置に関しては，パソコンおよび ASUS 社
製 の シ ン グ ル ボ ー ド の マ イ コ ン で あ る Tinker
Board を 用 い て 開 発 を 行 っ た ． こ の ボ ー ド はLinux に基づく OS で動作し，これに USB 経由でコンデンサマイクロホンを接続した状態で収音を行うスクリプトを Python に基づいて作成した．
同じスクリプトをパソコン上でも動作させ，正常に 収 音 が 行 え る こ と を 確 認 し た 後 で ，Tinker
Board 上での動作を試したところ，設定した録音
時間が終了する前に例外エラーを起こし録音が終了してしまうという問題が生じた．収音のサンプ
リング周波数を変化させたり収音した信号を保持するメモリの容量を変化させたりすることで長時間(1 時間程度)の収音が可能となることがわかった．収音を行う機器(ユニット)としてマイコンは能力が不足となる可能性があり，収音装置の開発においてはハードウェアを十分に考慮する必要があることがわかった．
収音装置の開発に上記のような問題点が生じた
影響で，アーカイバの構築に着手することができなかった．ただし，マイコン上の音信号ファイル
を外部のコンピュータへ転送することは問題なく行えることは確認した．アーカイバと収音装置の310間の通信のプロトコルについてセキュリティに配慮して決定することで，この部分の開発はスムー
スに進められると見込んでいる．
上に記した自律分散組織型の音環境自動認識システムの基礎となるサブシステムの構築と並行して，それを通じて得られるデータを機械学習に用いた，異常検知をふまえたシミュレーションを行った．具体的には，学習・検出のデータを共通と し て ， 異 常 検 知 の た め の 手 法 を GMM(generalized Gaussian model，混合ガウス分布モデル)，AE (auto encoder，オートエンコーダー)および GAN (generative adversarial network，敵対的生
成ネットワーク)の 3 手法の比較を行った．秋田
県立大学システム科学技術学部のカフェテリアで収音された約 120 分のデータを収音 (サンプリン
グ周波数：48 kHz，量子化ビット数：16)し，異常音とみなされる音を除いた収音開始から約 90分を学習データに用いた．残りの約 30 分のデー
タおよび異常音として選定した 37 種類の音信号を検出用のデータとした．学習および検出に用いた 特 徴 量 は ，12 次 の MFCC (mel frequency
cepstrum coefficients，メル周波数ケプストラム係数)，セグメントごとの実効値，その最大値と最小値の合計 15 の要素をもつベクトルとした．また，手法ごとに次のような条件で学習と検出を行った：
1. GMM ベイズ情報量規準に基づきデータをセグメントに分割し，セグメントごとに学習・検出
 学習時：異常音ではないとして学習 検出時：学習された異常音ではない分
布から特徴量が統計的に有意に外れている場合に異常と判定
2. AE
 AE の入出力の次数は 1024 (図 1) 学習用データで AE を学習することで異常音ではない場合は入出力の特性は同様となることを仮定
 検出時：入出力が異なる場合に異常と判定

共同プロジェクト研究3.

図 1 AE の概要図
GAN
 学習時：Generator が雑音を入力として実信号を生成，Discriminator が学習用データと Generator の出力を比較した結果“Real”と判定するように学習を行う
 検出時：検出用データで同様の手続きを行い，学習用データと異なるデータであれば“Fake”と判定される

図 2 GAN の概要図
GMM はセグメントごとに，AE および GAN は設定したフレーム(1024 ポイント)ごとに異常かどうかを判定した．手法ごとのデータの規模を表 1 にまとめる．
表 1 手法ごとのデータ量の比較得られた各手法の性能を表 2 に示す．
表 2 手法ごとの異常検出の性能の比較“Recall”は再現率，つまり「異常」とされるデー
タのうち「異常」と検出した割合を表す．
“Precision”は適合率，つまり「異常」と検出されたうち「異常」とされているものの割合である．
F 値は，再現率と適合率から算出される検出性能の指標である．
2 � �𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅� � ���𝑅𝑅𝑅𝑅��������
�𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅� � ���𝑅𝑅𝑅𝑅������
表 2 を見ると，GAN の適合率が他に比べると極端に低い．これは，AE では異常ではないデータ

を多数異常として検出したことを意味する．一方，
GMM と GAN では，再現率と適合率の数値の大小がお互いに逆となっているが，F 値としては同等である．つまり，音による異常検出において，3 手法の中では GMM および GAN が比較的有効となることが示唆された．
[ 3 ] 今 後 の研 究 の 推進方 策
現在のところ，異常検出の手法については目途がつきつつある．ただし，その性能は対象とする
データによって異なる可能性がある．そのことからみても，本研究プロジェクトにおいて構築を行うアーカイバと収音装置との組み合わせを早急に稼働開始して，様々な TPO の音信号データを自動的に収集・蓄積するシステムを構築する必要がある．そのうち，場所に関しては一般の家庭内，公共施設内，野外など多様なところが想定できる．
また，このシステムには自己相似性がある．つまり，収音装置，アーカイバには共通のソフトウェ
アが利用可能であり，それらの組み合わせで一式稼働開始することができれば，ハードウェアがある限り増殖することができる．また，階層化していくことも可能である．ただし，セキュリティへの配慮は必須であるため，その点では大規模化は慎重に行わなければならない．さらに，研究分担者の渡邉が提案する空間的特性を考慮したマイク
ロホンアレイなどの収音の導入ができれば，よりインテリジェントな収音への拡張も期待される．
上記のような見通しをもったうえで，ハードウ
ェアを調達するべく，本研究プロジェクトを基に大型の外部資金の取得を目指したい．また，様々な環境における音の異常検出を通じて，その有効性と限界について明らかとしていきたい．
【別紙】[ 論 文、 学 会発 表 、 および 関 連 成果等 ](1) 成果リスト（謝辞あり）
・ 高根昭一，安倍幸治，渡邊貫治，鈴木陽一，
坂本修一，「DAGMM の機械学習に基づく日常音を対象とした自動異常検出」，東北大学電気通信研究所共同プロジェクト研究発表会，
2024．
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・ 青石涼大, 安倍幸治, 西口正之, 渡邉貫治,“DAGMM を用いた生活音の異常検知システム
に関する検討”, 日本音響学会秋季研究発表会,
3-P-19 (2023.9)．
・ Koji Abe, Ryota Aoishi, Masayuki Nishiguchi,
Kanji Watanabe, “Study on Acoustic Anomaly
Detection for Watching over Daily Life of Elderly
People,” Proc. of the 12th IEEE Global Conference
on Consumer Electronics (GCCE 2023), 601-602(2023.10).
311

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R05/A36

研究課題名
実ネットワーク環境における輻輳制御アルゴリズムの性能評価[1］研究組織
研究代表者：
内海 哲史（福島大学理工学群共生システム理工学類）
通研対応教員：長谷川 剛（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
なし[ 2 ]研究期間
令和 5 年 5 月～ 令和 6 年３月[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要[目的] 実ネットワークにおいて、同一輻輳制御
アルゴリズムによるフロー間で、極端なスループ
ット不公平が生じる現象であるStarvationの可能性が指摘されている[1]。Starvation現象は、ネットワーク内における遅延のゆらぎ(ジッタ)に起因する。近年、5G や衛星インターネット
Starlink[2]といった新規のネットワークが登場しているが、それらのネットワーク環境下においてもジッタが発生する。したがって、それらのネットワーク環境下においても、ジッタに起因する
スループット低下や、Starvationのようなスルー
プット不公平が生じるものと考えられる。本研究の目的は、公共のインターネット環境、Wi-Fiネットワーク環境、電気通信研究所に設置されているローカル5G環境および、福島大学に設置しているStarlink環境において、多様な輻輳制御アルゴ
リズムを性能評価し、その考察に基づいてアルゴ
リズムを改良することである。
[1] Venkat Arun, Mohammad Alizadeh, and Hari
Balakrishnan. Starvation in end-to-end congestion
control. In SIGCOMM 2022, 2022.
[2] Starlink, https://www.starlink.com/, 2022.
[ 研 究集 会]
・場所：東北大学電気通信研究所
・日程：令和 5 年 10 月 30 日
・ 参 加 人数： 15 名

[4]研究計画及び内容
ジッタが生じることが想定される、ローカル5G,
Starlink、公共のインターネット、Wi-Fiネット
ワークの環境下において、従来型のロスに基づく
輻輳制御アルゴリズムであるCUBIC,輻輳に基づく
輻輳制御アルゴリズムであるBBR,遅延に基づく輻
輳制御アルゴリズムCopaの性能評価を実施し、評価結果を考察し、その考察に基づいて輻輳制御ア
ルゴリズムを改良する。
［5］研究成果と波及効果等（ 5-1 ） 研究成 果
本研究では、インターネット上に公開されている
iPerf3 Public Server リスト[3] に記載されているシドニーの iPerf3 サーバーを用いて、iPerf3
フローの平均スループットと平均 RTT を測定する。福島大学内に設置したクライアント端末からシドニーの iPerf3 サーバーに対して iPerf3 フ
ローを送信することで実験を行った。また、パケットキャプチャツール tcpdump を用いてパケットの監視を行った。性能評価の対象とする TCP 輻輳
制御アルゴリズムは Cubic, BBR, 競合モードを備えた Copa の 3 つである。Copa のパラメータ δは 0.5 とする。1 回の実験は 1 分間とし、それぞれの輻輳制御アルゴリズムでの実験が時間帯で偏らないように、3 つの輻輳
制御アルゴリズムを巡回させて 10 回ずつの計 30
回実験を行った。また、アクセス回線について
Wi-Fi 接続または有線 LAN 接続のいずれかとした。
クライアント端末で実行した tcpdump のパケットキャプチャログを分析することで平均スループッ
トと平均 RTT を算出し、それらのデータをグラフにまとめる。このとき、RTT は小さく、スルー
プットは大きいほうがよい。
図 1 に Wi-Fi 接続時の結果を示す。図 2 に有線
LAN 接続時における結果を示す。遅延に基づく輻
輳制御アルゴリズムである Copa が、Wi-Fi 接続時において、有線 LAN 接続時と比べ、スループットが低下しているのがわかる。これは、Wi-Fi 接続
におけるジッタが影響している。
[3] Public iPerf3 servers,
https://github.com/R0GGER/public-iperf3-servers

312共同プロジェクト研究[ 論 文、 学 会発 表 、 および 関 連 成果 ](1) 成果リスト（謝辞あり）
・小松原 舞, 内海 哲史, ” 実インターネット
環境下における輻輳制御アルゴリズムの性能評
価,” 電子情報通信学会 ネットワークシステム
研究会（NS）, 北海道大学, 2023 年 11 月.
図 1: Wi-Fi 接続時．

(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果なし

図 2: 有線 LAN 接続時．
（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等(5-1)の実験結果の考察に基づいて開発された WiFi 接続時のようなジッタが生じる環境下においてもスループットを低下させない遅延に基づく輻輳
制御アルゴリズムの提案及び性能評価をまとめた
論文を、国際会議や論文誌に投稿する。
[ 6 ] ま と めと今 後 の 課題
Wi-Fi 接続におけるジッタの影響により、遅延に基づく輻輳制御アルゴリズムのスループットが低下することを確認した。(5-1)の実験結果の考察に基づいて、Wi-Fi 接続時のようなジッタが生じる
環境下においてもスループットを低下させない遅延に基づく輻輳制御アルゴリズムを開発する。

313

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/B01

研究課題名
スピン・軌道・多極子がもたらす新規界面物性の開拓[1］研究組織
研究代表者：
三浦 良雄（物質・材料研究機構）
通研対応教員：白井 正文（東北大学電気通信研究所）
研究分担者：
岡林 潤 （東京大学 理学研究科）
柳原 英人（筑波大学 数理物質系）
三谷 誠司（物質・材料研究機構）
介川 裕章（物質・材料研究機構）
増田 啓介（物質・材料研究機構）
小泉 洸生（東北大学 電気通信研究所）
小田 洋平（福島工業高等専門学校）
千葉 貴裕（東北大学学際科学研究所）
芝田 悟朗（日本原子力研究開発機構）
名和 憲嗣（三重大学 工学研究科）
長浜 太郎（山口大学 工学研究科）
田中 清尚（分子科学研究所）[2 ]研究期間
令和５年４月 ～ 令和６年３月[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
本共同プロジェクト研究の目的は、磁気メモリや磁気センサーなどのスピントロニクスデバイスにおいて鍵となる、電子のスピンと軌道および多極子の結合によってもたらされる新規界面物性の直観的理解を、薄膜作製・放射光によるスピン・軌道・多極子の測定・第一原理計算を融合させて議論することで得ることにある。そして、得られた知見を、新しい機能性を有する磁性スピントロニ
クス材料の基盤研究へと展開することにより、新しいスピントロニクスデバイスの提案に結び付ける。高度な情報社会を支えるために電気通信技術のさらなる発展が必要不可欠であり、本研究の成果はその一端を担う高速・高密度・低消費電力でかつ信頼性の高いスピントロニクスデバイスの創製に寄与することが期待できる。
[4]研究計画及び内容
そのために、それぞれの専門分野（薄膜作製・磁気物性解析・放射光解析・理論計算）の研究者が本共同プロジェクト研究に参加し、各々の研究成
314

果を有機的に結び付けて議論を行う。2023 年度
は以下の日時・内容で通研共同プロジェクト研究会を行った。
第７回通研共同プロジェクト研究会
日時：2023 年 6 月 30 日－7 月 2 日
場所：伊勢シティホテル（三重県伊勢市）
第８回通研共同プロジェクト研究会
日時：2023 年 11 月 17 日－11 月 19 日
場所：物質・材料研究機構（茨城県つくば市）
第９回通研共同プロジェクト研究会
日時：2023 年 2 月 2 日－2 月 3 日
場所：東北大学電気通信研究所（宮城県仙台市）［5］研究成果と波及効果等（ 5-1 ） 研究成 果
研究会において報告された、各研究分担者の研究
内容は以下のとおりである。
小泉洸生(東北大)「 Yafet-Kittel 構造によるプレーナ
ー ホ ール効果 」
NiCo2O4 の欠陥サイトの Ni イオンが円錐型磁気異方性(磁化がコーン状に開く)の起源となっており、またそれはプレーナーホール効果の対称成分に対応していることが示された。また、Ni と Co の XMLD スペク
トル測定を行い、ヤフェット・キッテル構造を仮定して、その磁場依存性とホール効果の対称性成分と反対
称成分を対応させて議論が行われた。
千葉 貴裕(東北大 )「超強結合マグノン-ポラリ トンの非線形ダイナミクス」
電磁波と磁性体の強結合（マグノン-ポラリトン）の実
現を目指した理論研究が紹介された。共振器を用いた強結合磁気共鳴において、マグノン-ポラリトンの強結合状態を理論的に導いた。また、フォトンとマグノンの強結合振動子によって、フォトンのゲインからマグノンの発振を生じさせることを報告した。
三 浦 良 雄 (NIMS) 「 磁 歪 と 磁 気 ダ ン ピ ン グ 定 数 の 相
関：理論計算の立場から」(Fe,Co)4N における磁歪と内因性磁気ダンピング定数の相関に関して、理論計算の結果が報告された。
磁歪と内因性磁気ダンピングがフェルミ準位付近の状態密度を介して相関があること、(Fe,Co)4N においてはコーナーサイトの縮退した Fe-Co の d(yz)-d(zx)
軌道が磁歪とダンピングの両方に寄与していることが共同プロジェクト研究

厚振動効果が現れることを示唆している。今後の報告された。
課題は、実験結果との新しい対応を見出し、その三谷誠司(NIMS)「Spin-momentum locking と TMR」
ラシュバ型のスピン分裂における各 k 点でのスピンの 振る舞いを本モデルから予言することである。
向きが、強磁性体の影響を受けて少し傾く影響が界 中村浩次(三三重大)第第一原理計算によ るスピンホ ー
面では存在すること、またそのような効果が界面効果 ル／軌道ホール伝導度の計算ノウハウ」
により、新しい磁気抵抗効果の発現の可能性がある スピンホール伝導度と軌道ホール伝導度の計算にことが議論された。また、軌道流と熱流は共にキャリア 関して紹介された。特に、W と Pt の違いに関しの動きはなく「飲みたい気持ちが伝搬する」的なイメ て、Fermi エネルギーでの各バンド・k 点での軌ージにおいて類似性があることが提案された。
道分解したスピンモーメントおよび軌道モーメン
名和憲嗣(三重大)「NiO の反強磁性共鳴周波数のカ トで、スピンホール伝導度や軌道ホール伝導度が理解できることが紹介された。
チオンドープ制御」
NiO にカチオン元素をドープして反強磁性共鳴周波 長浜太郎（山口大） 「酸化物スピントロニクス
数を制御することを目的とした第一原理計算が紹介 材料の開発」
された。反強磁性共鳴周波数を理論的に求める手順 パイロクロア構造の PrIr2O7 の MBE による(111)薄として、(Ni,X)O における交換相互作用と結晶磁気異 膜作製の実験結果について報告された。薄膜にす方性及び磁気双極子相互作用を計算する手法が紹 ると歪の効果で、オールイン・オールアウトの磁介された。また、得られた共鳴周波数が実験とよく対 気構造が生じ、低温で異常ホール効果が確認され応することが示された。
た。これは、ひずみによる空間反転対称性の破れ
介川裕章(NIMS)「トンネル磁気抵抗素子の電流電圧 反強磁性秩序の出現によって内因性の異常ホール効果が生じること、また Weyl 半金属出現の可能特性はどのようなものか？」
低バリア障壁材料を用いたトンネル磁気抵抗素子の 性を示唆している。また、磁気抵抗効果について
電流電圧特性に関する実験結果について議論され も報告された。(001)膜にすると 40%の大きな負た。低バリア障壁材料を用いた場合、Simmons モデ の磁気抵抗効果が得られた。
ルとの整合性が、特に高バイアス領域で不明確にな 柳原英人（筑波大）「バナジウム酸化物薄膜成長ること、更に第一原理計算と Simmons モデルとの整合 と金属絶縁体転移」性も明らかにする必要性があること、が議論された。
金属絶縁体転移を示すバナジウム酸化物薄膜の作
壬生 攻(名工大)製と物性について報告された。酸素の量によって「メスバウアー分光で軌道はみえるか？」VO2 や V2O3 や V4O7 Magneli の成長が確認された。
メスバウアー分光において重要となる原子核と電子 （5-2）波及効果と発展性等
系の超微細相互作用が、ディラック方程式に原子核 本プロジェクトにより,複数の研究機関の間でのによるベクトルポテンシャルの項を加えることによって 研究者交流が飛躍的に活性化した結果、科科学研
導かれるか、に関して議論された。すべての項が相 究 費 補 助 金 基 盤 研 究 （ S ）「 ト ン ネ ル 磁 気 抵 抗 効対性理論によるディラック方程式から導かれることが 果 の 新 展 開 ： 軌 道 対 称 性 効 果 の 解 明 と 新 規 量 子
示され、特にフェルミ接触項に関して、非相対性理論 デバイスの創出」（代表：三谷誠司）のプロジェからの導出との違いに関して議論された。
クトに発展した。基盤研究（S）では、TMR にお
岡林 潤(東大)「磁歪とは結局なにか？ 軌道弾性と ける軌道対称性の効果を解明し、真にコヒーレンの関連について」
トな TMR の実現と制御を行うことで、数千%の TMR
磁歪が軌道弾性効果として記述できることが提案さ 比や量子コヒーレンスを利用した新規デバイスのれた。ホイスラー合金 Co2FeSi の磁気異方性エネル 開発を行う。基盤研究（S）を推進するために、ギーの歪による変化が Fe 原子の軌道磁気モーメント 本共同プロジェクト研究で関連の研究者間で活発の異方性でよく記述できることが示された。また Fe3Si に議論し、界面軌道磁気分光手法の開拓、軌道磁と Fe3Ga で大きく磁歪定数が異なることが議論され、 性体薄膜・ヘテロ構造の創製、軌道ホール効果の特に Fe3Ga では B2 構造で 3000ppm 程度の大きな磁 観測による非平衡界面軌道磁性の解明等を行う。
歪が報告されていることが紹介された。
増田啓介（NIMS))「TMR 振動に対する理論アプ [6]まとめと今後の課題
本研究プロジェクトにより、新規スピントロニク
ローチ」
TMR のバリア膜厚振動現象を説明するモデル計 スデバイス提案に向けてそれぞれの専門分野の研算。Up-spin と down-spin の重ね合わせ状態を考え、 究者が有益な情報交換を行うことができた。今後
スピンだけでなく、波数についても非固有状態と は、さらに密な共同研究へと発展させることが課なることで振動が現れることが説明された。これ 題である。
は、バリアと電極の境界条件においてトンネル波
動関数を非固有状態に接続させることでバリア膜
315共同プロジェクト研究[2] K. Tang, Z. Wen, T. Seki, H. Sukegawa and
S. Mitani, “Elemental doping and interface[論文、学会発表、および関連成果]
effects on spin-orbit torque in CoSi-based(1) 成果リスト（謝辞あり）
topological semimetal thin films Adv. Mater.
・論文
[1]
Y.
Miura
and
J.
Okabayashi, Interfaces” 9, 2201332-1-7 (2022).
“Understanding
magnetocrystalline [3] T. Scheike, Z. Wen, H. Sukegawa, and S.
anisotropy based on orbital and quadrupole Mitani, “631% room temperature tunnel
moments”, J. Phys.: Condens. Matter 34, magnetoresistance with large oscillation
effect in CoFe/MgO/CoFe(001) junctions”,
473001 (2022).
[2] I. Kurniawan, Y. Miura, and K. Hono, Appl. Phys. Lett. 122, 112404 (2023).
“Machine learning study of highly spin- [4] K. Nawa, K. Hagiwara, and K. Nakamura,polarized
Heusleralloysat
finite “Prediction-accuracy improvement of neuraltemperature”, Phys. Rev. Mat. 6, L091402 network to ferromagnetic multilayers by
Gaussian data augmentation and ensemble(2022).
[3] K. Masuda, H. Itoh, Y. Sonobe, H. Sukegawa, learning”, Comp. Mat. Sci. 219, 112032
S. Mitani, and Y. Miura, “Band-folding- (2023).
driven high tunnel magnetoresistance ratios [5]・学会発表
in (111)-oriented
junctions with SrTiO3 barriers”, Phys. Rev. [1] 三浦 良雄. 「機械学習を用いたスピントロ
ニクス材料の理論設計」, 第 35 期 CAMM フォーラ
B 106, 134438 (2022).
[4] I. Kurniawan, Y. Miura, G. Xing, T. Tadano, ム 本例会「コンピュータによる材料開発・物質
K. Hono, “Theoretical study of the effect of 設計を考える会」. 2022 年 8 月.
lattice dynamics on the damping constant of [2] 増田 啓介, 只野 央将, 三浦 良雄. 「トンFePt at finite temperature”, Phys. Rev. B ネル磁気抵抗効果の温度変化に対する新たな物理
描像：界面 s-d 交換相互作用の重要性」, 第 46
108, 094426 (2023).
[5] Y. Miura, “First-principles Studies on 回日本磁気学会学術講演会 2022 年 9 月.
Spin-dependent
TransportofMagnetic [3]Y. Miura and J. Okabayashi “Understanding
JunctionswithHalf-metallic
Heusler magnetocrystalline anisotropy of distorted
Compounds”, J. Magn. Soc. Jpn., 47, 90 Fe/MgO(001) interface based on orbital andquadrupole moments” INTARMAG2023, 16th May(2023).
・学会発表
Sendai Japan[1] I. Kurniawan, Y. Miura, K. Hono, [4] Y. Miura, “Electric Field Effects on“Machine learning study of highly spin- Magnetocrystalline Anisotropy and Magnetic
polarized
Heusleralloysat
finite Damping of Fe/MgO(001) with Tetragonaltemperature”, The 83rd JSAP Autumn Meeting Strain :An ab initio study” MRM2023/IUMRS2022 第 83 回応用物理学会秋季学術講演会. 2022 ICA2023, 12th December, Kyoto Japan
年 9 月.
[2] 増田啓介, 伊藤博介, 園部義明, 介川裕章,
三谷誠司, 三浦良雄, 「SrTiO3 バリアを用いた(111)配向接合における大きなトンネル磁気抵抗効果」, 第 70 回応用物理学会春季学術講演会,
2023 年 3 月.
[3](2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・論文[1] T. Scheike, Z. Wen, H. Sukegawa and S.
Mitani, “Enhanced tunnel magnetoresistancein Fe/Mg4Al-Ox/Fe(001) magnetic tunnel
junctions”, Appl. Phys. Lett. 120, 0324041-4 (2022).

316

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
R03/B02

採択番号
研究課題名

光のモード高度制御に関する研究開発[1］研究組織
研究代表者：浜本

貴一（九州大学大学院総合理工学研究院）
真人（東北大学電気通信研究所）

研究分担者：
姜

海松（九州大学大学院総合理工学研究院）

肖何（九州大学大学院総合理工学府）

Sara Bruhier（九州大学大学院総合理工学府）
謝禹庄（九州大学大学院総合理工学府）

川野 祐大（九州大学大学院総合理工学府）
湯璨圭（九州大学大学院総合理工学府）[2 ]研究期間
令和３年４月当該研究期間中に、以下の通り研究会を企画し開催してきた。

通研対応教員：
吉田［5］研究成果と波及効果等（ 5-1 ） 研究成 果

第一回研究会2022 年 2 月 28 日（月）第二回研究会

2023 年 3 月 2 日（木）第三回研究会2024 年 2 月 21 日（水）当該期間中は残念ながらコロナウィルス感染拡大防止の観点から、上記三回についてはすべてオンラインにて研究会を開催することとした。
特にこれまでの成果として、第一回は産総研
CongGuangwei 氏による「シリコン光集積回路における機械学習の実装」、第二回は東京大種村先～令和６年３月[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
本共同研究は、光の最後の情報資源と言われる空間モードの高度制御に関する東北大学の光通信システムに関わる研究成果と九州大学のデバイスに関わる研究成果について討議を進め、将来の“空間モード学”ともいうべき新しい学術領域を切り開くことを目的とし、将来の国家 Pj への応
募等への展開を目指すものである。この目的のため、これまでに年１回のペースで以下の通り研究会を実施した。

生による「モード多重コヒーレント通信に向けた垂直入射型受信器」、NTT 開達郎氏による「光電融合に向けたメンブレン InP 系光デバイス」、更に第三回は北海道大学藤澤先生（2024 年 4 月より法政大学へ転籍）による「モザイク状素子による超小型光波回路」と、世界的に著名な講師による講演を実現するに至っており、活発な議論が交わされた。
また特筆すべき成果として、第三回において、「エルミートガウスパルスを用いた時間領域モード多重コヒーレント伝送」という題目で東北大通
研の中沢先生からのご報告をいただいた。これま[ 4 ] 研 究 計 画及 び 内 容

で光のモードは空間において展開することを視野計画としては、光のモードに関する最新の研究に研究開発がなされてきていたが、今回の発表に成果について、九大および東北大通研双方から数おいて、モードの概念が時間方向にも展開しうる件ずつ発表を行うこととした。また毎回、この分ことを示唆される重要な考え方が示された。

野を代表する著名な講師に招待講演を依頼するこ
ととした。
317

共同プロジェクト研究（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
本研究では年 1 回の研究会を通して、光のモー

たとえば光演算等新たな方向への展開も考えられ、今後更なる発展が期待される。

ドに関する新たな方向性をこれまで検討してきた。
当初想定していた、いわゆる空間モードを軸とした研究だけではなく、例えば以下のようなモード[6]まとめと今後の課題
光のモードという切り口でこれまで東北大通研

に関する研究発展性が確認されている。

と九大との間で様々な議論が展開されてきた。当

1) 光の音響モード

初想定していた技術範囲を大きく超え、新たな学

光ファイバを代表例とする光導波路中には音響術領域としての展開の礎が見え始めてきたところ

モードと呼ばれるモードが存在しうることが議論である。今後のこの分野の更なる発展が大いに期された。現時点ではノイズという位置づけでの研待できる研究会となった。いくつか芽が出てきた究が主体であるが、新たな見方を加えることなど

新しい方向性に対しては、新たな研究分野・領域

で、新たな発展も期待される。

としていかに発展させていけるかが今後の課題と

2）光の縦モードいえる。

半導体レーザを代表例とする光導波路において、末筆ながら、当該研究プロジェクトの機会を頂

空間モード（横モード）だけではなく、縦モード

いた東北大学通研の中沢先生、吉田先生、八坂先の果たす役割、とくに縦モード間の干渉に起因し生をはじめとする東北大学通研の皆様に心より御た光子・光子共鳴が議論された。周波数領域での礼申し上げる。

変調帯域に影響する現象であり、今後の展開次第
では新たな高速通信用技術として発展していくことが期待される。まだ現象面での理解に不十分な点も見られ、また後述する時間方向でのモードへの発展にも繋がりなども期待される。
3）光の横モード
通常の光導波路における横モードにとどまらず、
ナノメートルオーダーでの空間モードが議論された。その一つは、導波路外にも導波光の一部が分布する空間モード、もう一つは、ナノメートル領域で高度に光が干渉して得られるモード制御である。現時点では、前者はセンシング技術、後者は今までに得られにくい新しい機能、例えば偏波モード制御（偏波回転など）や空間モードの圧縮などへの適用が検討されつつあり、今後新たな発展も期待される。
４）時間方向のモード
光通信において、その信号形態は常に伝送容量を高揚させるテーマとして重要な視点であり、今回、
新たに時間方向にもモードの概念を導入することが議論された。この概念は、伝送容量増大など光通信技術として現時点では検討されたものだが、318

共同プロジェクト研究on nano-pixel waveguide,” IEEE Photonics
Technology Letters, Vol. 35, No. 22, pp. 1239-1242,[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
該当なし

Nov. 2023 DOI: 10.1109/LPT.2023.3313944(7) He Xiao, Yudai Kawano, Haisong Jiang, Kiichi
Hamamoto, “The proposal of a photon–photon(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果(1) Keiichiro Shoda, Xiao He, Keiichirou Koudu,
Haisong Jiang, and Kiichi Hamamoto, “Equal
input, compact optical power coupler based on anano-pixel structure designed with machinelearning,” Japanese Journal of Applied Physics, Vol.
61,

No.

SK1017,

21sr

Jun.

2022,

DOI

10.35848/1347-4065/ac678d(2) Shun Matsubara, Tomoya Zennouji, Haisong Jiang,
andKiichi

Hamamoto,“Rapidautomatic

waveguide recognition using YOLO and OpenCV
for 3D waveguide fabrication,” Japanese Journal ofApplied Physics, Vol. 61, No. SK1023, 5th Aug.
2022, DOI 10.35848/1347-4065/ac6e57(3) Zhiyuan Fan, Yasuhiro Hinokuma, Haisong Jiang,
and Kiichi Hamamoto, “Active multi-mode
interferometer semiconductor optical amplifier onquantum dots toward high saturated output power
under high temperature,” Japanese Journal ofApplied Physics, Vol. 61, No. SK1019, 23rd Jun.
2022, DOI 10.35848/1347-4065/ac6a3e(4) Yunjie Wang, Haisong Jiang, Kiichi Hamamoto,“Space-mode compressor by using nano-pixel,”
Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 61, No.
SK1022, 19th Jul. 2022, DOI 10.35848/13474065/ac7b0e(5) Yuta Shimamura, Haisong Jiang, Ryota Kuwahata,
Younjin Kim, Kensei Yamauchi, Ryoma Matsuo,
and Kiichi Hamamoto, “Precise asymmetricpower-splitter(1.7:1)byusing

nano-pixel

resonance control scheme by using an active MMI
laser diode,” Photonics, Vol. 10, No. 12, pp. 1298,
Nov. 2023 DOI:10.3390/photonics10121298(8) Haisong Jiang, Yasuhiro Hinokuma, Sampad
Ghosh, Ryota Kuwahata, and Kiichi Hamamoto,“Concept demonstration of 3D waveguides shuffle
converter for multi-core fiber/single-mode fiber
fan-in fan-out configuration toward over 1,000 port
count,” IEICE TRANSACTIONS on Electronics,
Vol. E104-C, No.1, pp. 34-36, January 2021
(9) Zan Hui Chen, Wenying Li, Yu Han, Leiyun Wang,
Haisong Jiang, and Kiichi Hamamoto, “Verticalfield enhancement of spot size converter with
nano-pixels waveguide and window structure,”
Optics Express, Vol. 29, Issue 2, pp. 2757-2768,
Jan. 2021(10) Yu Han, Zanhui Chen, Leiyun Wang, Wenying Li,
Haisong

Jiang,

andKiichi

Hamamoto,“Asymmetric-ration optical power couplers basedon nano-pixel structure,” OSA Continum, Vol. 4,
No. 2, pp. 556-568, Feb. 2021
(11) Haisong Jiang, Mahmoud Nasef and Kiichi
Hamamoto, “Spatial single dimensional mode
based de-multiplexer using slab waveguide,”
IEICE TRANSACTIONS on Electronics, Vol.
E104-C, No. 5, pp. 164-167, May 2021
(12) 浜本貴⼀, 姜

海松, “Beyond 5G／6G とナノ

フォトニクス技術の現状と将来,” 光技術コン
タクト, Vol.59, No. 7, pp. 28-35, July 2021

waveguide,” Electronics Letters, Vol. 59, No. 11,
pp. 1-3, Mar. 2023 DOI:10.1049/ell2.12831(6) Haisong Jiang, Yuta Shimamura, Ryota Kuwahata,
Kensei Yamauchi, Ryoma Matsuo and Kiichi
Hamamoto, “9:1 Asymmetric power splitter based319

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/B03

研究課題名
知的生産性場のモデル化と生産性向上のための計算機による介入手法の検討[1］研究組織
研究代表者：
伊藤 雄一（青山学院大学 理工学部）
通研対応教員：高嶋 和毅（東北大学電気通信研究所）
研究分担者：
藤原 健（国立中正大学（台湾））
杉浦 裕太（慶應義塾大学）
津川 翔（筑波大学）
土方 嘉徳（関西学院大学）[2 ]研究期間
令和 3 年 4 月～

令和 5 年 3 月

野を超え，ロボット工学や人文学，デザイン学といった多種多様な分野を俯瞰して束ね，新たな知見を得ること，さらには要素技術を体系化することで今後の研究構想を練ることとする．
本プロジェクトでは，年 1 回から 2 回の研究会
を通研，または通研＋VR 空間のハイブリッドス
タイルにより開催し，具体的な共同研究や研究費申請書の立案を目指す．日程は 2〜3 日程度とし，参加者の情報交換の場を設けるとともにワークシ
ョップ形式や，様式に依存しない自由討論形式，
ハッカソン形式など，議論を深化するために有効な実施体制を採る．さらに得られた知見をメタ研
究の形で発表出来るレベルを目指す．研究会においては，活発な議論のためには少人数が適当であると考えられることから，参加人数をそもそも絞るか，グループに分かれてのディスカッション方式を検討する．
本プロジェクトでは，本年度は通研にて，一回の対面合同研究会を開催した．以下，研究活動状
況の概要を記す．

[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
新たなコンテンツやイノベーション創出には集団で議論することが重要であり，これを集団の知的生産性と呼ぶ．集団の知的生産性を向上させる
ために，様々な手法が検討されている．我々は特にコンピュータによって集団の知的生産場の状況を取得・解析し，その生産性を向上させるように情報を提示するシステムの実現を目指し，情報工 日時： 令和 5 年 2 月 2―3 日
学的アプローチと，社会心理学的検証手法によっ 参加者 伊藤 雄一（青山学院大学 理工学部）
伊藤 弘大（青山学院大学 理工学部）て確立させることについて議論する．具体的には，
高嶋 和毅（東北大学電気通信研究所）
センサやカメラ，3 次元トラッキング技術や新た藤田 和之（東北大学電気通信研究所）
なデバイス実装といった情報工学的知見を駆使して集団のコミュニケーション特徴を取得し，評価することで，知的生産性モデルを確立し，実際の 内容と議論：
本合同研究会の参加メンバーはこれまでも様々
社会心理額実験を通じたモデルの検証およびそのな共同研究を実施していることから，昨年度から利用を目指す．そのための要素としては，議論の深化・活性化を表す集合的なコミュニケーション 本年度に至る各々の研究説明を実施し，CREST
特徴の議論と，これをコミュニケーションに影響 などの大型予算獲得に向けた共同研究の方向性やを与えることなく環境に応じてセンシングする手 ビジョンに関するディスカッションを実施した．
法を開発，さらに，社会心理学実験の実施手法の まず，2 月 2 日には，一人 60 分の持ち時間で各自確立と，実験を通じ得られたコミュニケーション が持っている技術や課題などについて共有を行っ
特徴量と集団の知的生産性の関連についての議論， た．青山学院大学側の伊藤らによる研究紹介では，得られた手法のモデル化の実施と，実際のコミュ 15 件程度の研究プレゼンが実施され，電気通信
ニケーション場への適用に関する議論などが挙げ 研究所側の高嶋・藤田による研究紹介では ACMられる．特に，本研究は，社会心理学と情報科学 CHI や IEEE VR など世界トップカンファレンスにとの連携を密接に図る必要がある．そのために， 採択された研究の詳細情報が共有された．2 月 3
関連分野で活躍する若手による研究会を開催し， 日には，高嶋や藤田らによって研究室の研究デモ
それぞれの分野の強みや課題，さらにはこれら分 があり，実機を交えながら様々な技術的な議論を320

共同プロジェクト研究展開した．ディスカッションを通して，それぞれが持つ強みをベースに知的生産性に関する大型予算獲得を目指すことを確認した．
［3］研究成果と波及効果等（ 3-1 ） 研究成 果
本プロジェクトは今年度が 3 年目の最終年度であり，これまでの研究会を通じ，知的生産性に関する研究の最新事例を含む，多種多様な研究者による研究情報の共有がなされた．また，企業参加
者による産学連携を目指した情報共有もなされ，
企業参加者が研究代表者の研究室を訪問し，共同研究実施に向けて意見交換するなど，本研究会により知的生産性の研究実施のみならず，社会実装に向けた基盤が確立されたと考えられる．
（ 3-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
本プロジェクトは社会心理学と情報科学という二つの分野において，分野横断的アプローチを採り，計算機によって人の知的生産性をどのように評価し，どのように向上できるかという新しい研
究領域の開拓（萌芽的研究の発見）に結びつけようとするものである．本研究プロジェクトの代表である伊藤と電気通信研究所の担当者である高嶋による科学研究費基盤研究 A の申請が採択され，2024 年度より 4 年間にわたり共同研究を実施することとなった．また，CREST などの大型予算獲得を目指すことも今年度の研究会で合意しており，
今後議論を進め申請を実施する．

[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
・特になし(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・Fuma Kishi, Kodai Ito, Kazuyuki Fujita,
YuichiItoh:“Recognizing
objectlocalization using acoustic markers withactive acoustic sensing,” Quality and User
Experience, Vol. 9, Article no. 2, 12 pages,
Mar. 2024.
・Kento Nishimura, Kodai Ito, Ken Fujiwara,
Kazuyuki Fujita, Yuichi Itoh: “Detection of
nodding of interlocutors using a chair-shaped
device and investigating relationship between
a divergent thinking task and amount of
nodding,” Quality and User Experience, Vol.
8, Article no. 10, 12 pages, Oct. 2023.

321共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/B04

研究課題名
機能酸化物界面デバイスの創成とバイオデバイスへの新展開
膜センサとしての活用も期待されている。これを実現するために、金属酸化物の合成のみならず、
超 LSI 製造、ナノテクプロセス、センサ、エネ
ルギーデバイス、表面科学、触媒、電気化学、バイオテクノロジーといった幅広い分野の研究者が通研対応教員：
協力して酸化物表面制御やナノ構造制御の革新に
平野 愛弓（東北大学電気通信研究所）
向けた技術目標や戦略目標を討論することが必要である。本プロジェクトでは上記討論の場を形成
研究分担者：
し、酸化物・ナノデバイスの新学術領域を創生す
Patrik Schmuki (University of Erlangen
ることを目標とした。
-Nuremberg)
そのために、酸化物半導体表面、ナノテクノロ
Richard Rosenberg(アルゴンヌ国立研)
ジー、表面科学、触媒、電気化学、バイオといっ
水柿 義直 （電気通信大学
た様々な分野の専門家同士での現況認識や意見交
情報理工学研究科）
換が重要である。それらを通して酸化物表面制御
守屋 雅隆 （電気通信大学
技術やナノ構造制御技術のデバイス化に向けた技
情報理工学研究科）
術目標や戦略目標を立てることが可能となる。本
手老 龍吾 （豊橋技科大学
プロジェクトでは、研究会の開催を予定した。ま
環境・生命工学系）
た国内外から広く研究者を集め討論するため、講
戸澤 譲（埼玉大学理工学研究科）
演者 30 名、聴講者 100 名程度のシンポジウム
木村 康男（東京工科大学
コンピュータサイエンス学部） の開催を計画した。
実際に 2024 年 3 月 5～6 日で、オンライン開催
但木 大介（東北大学電気通信研究所）ではあったが、“14th International Workshop on
Nano- structures & Nanoelectronics”を実施した。
[2 ]研究期間
ここでは、二日間で延べ 77 人、内外国人 47 人の令和 5 年 4 月 ～ 令和 6 年 3 月
参加があり、発表件数も 11 件となった。プログ
ラムは次の通りである。
[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
金属酸化物は、防食やガスバリアなどのコー
2024 年 3 月 5 日開催分
ティング素材だけではなく、ワイドギャップ半導体として、透明電極やガスセンサ、色素増感太陽 1. Update on single atom co-catalysts in photocatalytic
H2 generation, Patrik Schmuki
電池、水素製造に利用される。これら酸化物に、(Departmentof Materials Science WW-4, LKO,
ナノチューブ、ナノワイヤ、超薄膜などのナノス
Friedrich-Alexander University of Erlangenケールでの構造変化を与えることで、バンドギャ
Nuremberg, Erlangen, Germany)
ップやキャリア濃度、移動度等の電子物性を自在 2. Back-contact perovskite solar cells based on selfに調整でき、バルクでの限界を超え、新しい機能
assembly, Teng Ma
材を創生できる可能性がある。即ち、非常に高感(Beijing Institute of Technology, Beijing, China)
度なガスセンサ、太陽電池、光触媒、水素製造デ 3. Preparation of scaffold with induced electromotive
force composed of molecular nanocoils andバイス、高移動度トランジスタの実現が期待でき
evaluation of cell proliferation, Yoko Tatewaki
る。また究極の二次元絶縁膜として知られる生体(TokyoUniversity of Agriculture and Technology,
細胞膜（脂質二分子膜）と組み合わせることで、
Koganei, Tokyo, Japan)
水中でも使用可能なバイオトランジスタ、人工網[1］研究組織
研究代表者：
廣瀬 文彦（山形大学大学院理工学研究科）

322

共同プロジェクト研究4. Novel strategies in single molecule and single cell
screening, Alex Ivanov(Imperial College London, London, United
Kingdom)
5. Droplet nanopore microchip for single-moleculesensing, Yi-lun Ying
(Nanjing University, Nanjing, China)2024 年 3 月 6 日開催分
Biosensing
concepts
using
nanoimpact
electrochemistry, Bernhard Wolfrum(Technical University of Munich, Munich, Germany)
7. Microdomain formation in lipid bilayers induced bypolyunsaturated lipids and its function formembrane fusion
Ryugo Tero
(Toyohashi University of Technology, Toyohashi,
Japan)
8. Lipid bilayers as nm-thick platforms for signaltransduction, Ayumi Hirano-Iwata(Research Institute of Electrical Communication /WPI-Advanced Institute for Materials Research /Graduate School of Biomedical Engineering,Tohoku University, Sendai, Japan)
9. Anodic TiO2 nanostructures: nanotopographymatters in cell interactions, Anca Mazare(Department of Materials Science WW-4, LKO,
Friedrich-Alexander University of ErlangenNuremberg, Erlangen, Germany)
10. Nanothick thin film transistors for gas and UV
sensing, Fumihiko Hirose(Yamagata University, Yonezawa, Japan)
11. Coulomb-blockade-based nonlinear signal
conversion in gold-nanoparticle random arrays,
Yoshinao Mizugaki(The University of Electro-Communications (UEC
Tokyo), Chofu, Tokyo, Japan)
6.

[4]研究計画及び内容
本プロジェクトは、プロジェクト研究会型であるため、体制を組んだ実験を伴う研究活動は行わなかったが、一方、研究代表者の所属する山形大学では、ナノ酸化物薄膜の機能性発現のための基礎研究、さらにデバイス検証実験を並行して進めた。
［5］研究成果と波及効果等（ 5-1 ） 研究成 果
研究成果として、アルミナシリケートとシリコン酸化膜をナノ周期膜化したところ、塩化ナ
トリウム溶液中の Na イオンを効率的に吸着できることがわかった。今年度では、これをナノ薄膜酸化チタンのチャネル表面に用い、Na 吸着および拡散によって薄膜トランジスタの増幅特性が著しく増強されることを明らかにした 1)。この薄膜トランジスタは液晶ディスプレイのマト
リクストランジスタとしての活用が期待できる。
これまで酸化物半導体の薄膜形成において原子層堆積法が用いられてきたが、このプロセス
は均一で膜厚制御に優れる一方、複合酸化物の形成についてはガス分子の表面競合反応を制御しなければならなかった。研究代表者のグルー
プでは、酸化チタンと SiO2 の複合を題材にトリメチルアルミとトリスジメチルアミノシランの競合吸着反応のモデル化を行い、混合比の自在制御を試みた 2)。現在、この技術を活用し、可視光水素製造膜への応用を研究中である。
この他、様々な討論が行われ、特に酸化物の新機能性と光触媒、さらに脂質二分子膜に関する情報交換を基に、新しい共同研究の構想などが検討された。
（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
今後、酸化物材料のナノ周期化による新機能発現研究をテーマに CREST 等の大型プロジェク
トへの展開を狙う。すでに、一部のテーマにおい て 研 究 代 表 者 は 2023 年 度 で 基 盤 研 究 A（23H00098）に採択されており、引き続き、国際共同研究につなげて、当該テーマの新学理としての分野確立につなげていく。
[6]まとめと今後の課題
本プロジェクトを通してテーマとした「機能酸化物」は元々の応用分野である半導体、マイクロエレクトロニクスのみならず、バイオメデ
ィカル、エネルギー製造、センサー分野などに幅広く浸透できることが明らかになった。今後、
機能酸化物の製造技術を深化させて、これら広範な応用に適合させてのナノ構造を形成する技術の獲得が必要になる。今後の課題としては、非常に多岐にわたる材料選定や調整が必要であり、デジタルプラットフォーム化と AI 支援連携による開発加速の仕組みをつくりあげることが重要と考える。
[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
1) R. Miyazawa, H. Suzuki, H. Takeda, M.
Miura, B. Ahmmad, F. Hirose, J. Vac. Sci.
Technol. B 42, 022213 (2024); doi:
10.1116/6.0003217
2) Haruto Suzuki, Ryo Miyazawa, Masanori
Miura, Bashir Ahmmad, Fumihiko Hirose,
Japanese Journal of Applied Physics,
doi:10.35848/1347-4065/ad33f1

323

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/B05

研究課題名
高次元・時空間ニューロダイナミクスとそれに基づくシステム構築への展開
少ないリソースで高次の認識処理が可能となるためエッジコンピューティングへの応用も期待されている。一方、複素ニューラルネットワークや量子ニューラルネットワークなどの高次元化ニュー
通研対応教員：
ラルネットワークにおいても、豊かな表現能力と佐藤 茂雄（東北大学電気通信研究所）
情報処理能力に関する研究が盛んに行われており、
複素表現，四元数表現，さらにはそれらを包含す
研究分担者
るクリフォード代数表現を用いて，統括的に理解
黒江 康明（同志社大学研究開発推進機構）
する意欲的な試みがなされている。高次元化ある
田中 剛平（東京大学生産技術研究所）
いは多次元化されたこれらネットワーク上に発現橘 完太 （工学院大学情報学部）
する複雑ダイナミクスは、リザバーコンピューテ
Eckhard Hitzer（国際基督教大学教養学部）
ィングの本質である入力信号の高次元空間への写
松井 伸之（兵庫県立大学大学院工学研究科） 像機能を実現する上で有用である。
礒川 悌次郎（兵庫県立大学大学院工学研究科） 人間と環境を調和させるには，要求される情報
金城 光永（琉球大学工学部）
処理を効率的かつ迅速に行うことが必要不可欠で
村瀬 一之（福井大学工学部）あり，そのためには、すべての入力情報を通信で新田 徹 （立教大学大学院
クラウドサーバに集めて処理して結果を配信する
人工知能科学研究科）のではなく、入力端での処理すなわちエッジコン
山根 敏志（日本アイ・ビー・エム）
ピューティングで前処理を行って通信量を削減す中野 大樹（日本アイ・ビー・エム）
ることも重要技術になる。そこで本プロジェクト
山田 功 （東京工業大学大学院工学院）
では，リザバーコンピューティングを用いたエッ中川 八穂子（日立製作所）
ジコンピューティングの実現に向けて、高次元ニ
伊丹 哲郎（兵庫県立大学
ューラルネットワークが有する高次元・時空間ニ
人工知能研究教育センター）ューロダイナミクスのリザバーコンピューティン
グへの応用とシステム構築を目的として研究を行[2 ]研究期間う。
令和３年４月 ～ 令和６年３月[1］研究組織
研究代表者：
廣瀬 明 （東京大学大学院工学系研究科）[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
高度に成熟した Si-LSI 技術に支えられ，現代の計算機は驚異的な計算能力を有するようになった。しかし一方で，パターン認識や学習など，フォンノイマン型計算機が苦手とする問題も数多く残されている。アナログ情報処理が有効な課題も数多く存在し，脳型情報処理を実現するニューラ
ルネットワークでは，パターン認識や組み合わせ最適化問題などを効率的に解くことができることが知られている。
ニューラルネットワーク分野の最近の動向として，時系列信号を再帰的ニューラルネットワーク（リザバー）に入力し、ニューロンの応答を観測することにより、時系列信号を識別するリザバー
コンピューティングが注目を集めている。比較的
324[4]研究計画及び内容
まず，高次元ニューラルネットワークの高次元・時空間ニューロダイナミクスを力学系の理論やクリフォード代数を用いて評価する。その中で，高次元写像特性とリザバーコンピューティング情報処理能力の関係を明らかにし，時系列バターン
認識の観点から見た高次元ニューラルネットワー
クの最適なニューロダイナミクスを明らかにする。
次に，システム実現を目的として、波動物理を利用するハードウェアに依存した制限を加味した最適なニューロダイナミクスを検討し、そのために必要なハードウェアリソースを明らかにする。また、リザバーコンピューティングの具体的応用課
題を検討し、システムの構成方法を明らかにする。
電気通信研究所ではハードウェア構成について中共同プロジェクト研究

その高い電力効率を実証した。
心的に研究を行う。
最終年度目にあたる本年度は、12 月 19 日に対面で研究会を開催し、各メンバーが関連する研究の進捗状況について報告し、今後の課題について議論した. 以下に研究会のプログラムを示す.
1) 大塚優太 、夏秋嶺、廣瀬明 (東大)
「偏波干渉合成開口レーダにおける双四元数ニューラルネットワークを用いた干渉位相の補正」
2) 小西文昴、廣瀬明、夏秋嶺 (東京大学)「等方性を持つ複素リザバーコンピューティングの 2 次元ダイナミクス解析」
図 1 8-PolSK でポアンカレ球上に表現された
3) Eckhard Hitzer（ICU）
偏波状態の分布例。
“Inner Product of Two Oriented Points in
Conformal Geometric Algebra of all Dimensions”
4) 矢田航、山田功 (東工大)“A unified treatment of two types of convex
constraints applicable in the cLiGME model”
5) 黒江康明 (同志社大学)「システム学が加速するデータ駆動科学―核融合
プラズマ研究への応用―」
図 2 ジョセフソン伝送線路［ 5 ］研 究 成果 と 波 及効果 等（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等（5-1 ）研究成果
本プロジェクト遂行により以下の成果が得られ複素ニューラルネットワークや四元数ニューラると考えられる。
ルネットワーク、さらにそれらを一般化した高次・複素ニューラルネットワークにおける高次元ニューラルネットワークの研究は，ニューロの元・時空間ダイナミクスと情報処理性能に関する考え方を生かした理論構築やその電気電子デバイ
知見
スやシステムとしての工学利用を指向しておりそ・量子波動等の波動物理に基づくニューラルネ
の利用が広がっている. エレクトロニクスの分野
ットワークダイナミクスに関する知見
では，複素ニューロは複素振幅を扱うニューロで・リザバーコンピューティングに最適な高次あると言え,また四元数ニューロは偏波を表すポ
元・時空間ニューロダイナミクスとシステムの構
アンカレ球空間などに相当する 3 次元空間での情成方法
報を扱うニューロである. 特にそのコヒーレント
また、本プロジェクトと関連して次の国際会議な情報空間での学習の高い汎化能力が特長である.
の開催が予定されている。
本年度は，四元数ニューロに基づく移動体通信で
会 議 名 ： IEEE World Congress on
有 効 な 偏 波 変 調 (Polarization Shift Keying:
Computational Intelligence (WCCI) 2024
PolSK)を提案し,四元数ニューラルネットワーク
日程：2024 年 6 月 30 日（日）－7 月 5 日（金）によって適応的にこれを復調する手法を新たに提
場所：横浜（日本）
案して、その高い性能を実証した.図 1 は,8参加予定者数：2,500 名程度
PolSK でポアンカレ球上に表現された偏波状態の参画者：廣瀬明（組織・実行委員長ほか）
分布例である.これを適応的に四元数ニューラル
さらに、関連学会におけるイベントとして、SICE
ネットワークで復調する方式を提案しその優れたコンピューテーショナル・インテリジェンス研究
特性を実証した.
会等の開催が予定されている。
また，リザバーコンピューティングの物理実装に向けた検討の一貫として、超伝導体のジョセフ[ 6 ] ま と めと今 後 の 課題
ソン伝送線路（図 2）をリザバー層に応用したリ
高次元・時空間ニューロダイナミクスとリザバ
ザバーコンピューティングを提案し、手書き数字
ー計算、量子ダイナミクス、情報表現、組合せ最画像の識別課題において、低消費電力で高精度に適化のアルゴリズムなどに関して有益な知見を得識別が可能であることを数値実験により確認した。
た。今後、特にセンシング・イメージングリザバ
さらに、アナログ CMOS スパイキングニューラル
ーコンピューティング、およびスピン波や CMOS
ネットワーク LSI を用いたリザバー計算システム
回路等に関連したニューラルネットワークへの展を構築し、音声認識などのタスク実装の結果から開が期待される。
325

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
・G. Joshi, R. Natsuaki, A. Hirose, “Neuralnetwork fusion processing and inverse mapping
to combine multi-sensor satellite data andanalyze the prominent features,” IEEE
Journal of Selected Topics in Applied Earth
Observations and Remote Sensing (JSTARS), 16,2819 – 2840, 2023.
・T. Fukami, H. Saito, A. Hirose, “Recursive
Probability Mass Function Method to Calculate
Probability Distributions of Pulse-Shaped
Signals,” IEICE Trans. on Fundamentals ofElectronics, Communications and Computer
Sciences, E106-A, 1286-1296, 2023.
・S. Goto, R. Natsuaki, A. Hirose, “Higherorder tensor independent component analysis
for MIMO remote sensing of respiration andheartbeat signals,” IEEE Trans. on Radar
Systems, 1, 1-11, 2023.
・H. Chen, R. Natsuaki, A. Hirose, “Robust
Symbol Detection Based on Quaternion Neural
Networks in Wireless Polarization-ShiftKeying Communications,” IEEE Trans. on
Neural Networks and Learning Systems.
10.1109/TNNLS.2023.3291702
・ Y.
Song,
R.
Natsuaki,
A.Hirose,“Riemannian Quaternion Self-Organizing Map
to Overcome Degree-of-Polarization Error in
Polarimetric Ground Penetrating Radar,” IEEE
Trans. on Geoscience and Remote Sensing,4503911, 2023.
・ G. Joshi, R. Natsuaki A. Hirose,“ApplicationofInverse
Mapping
forAutomated Determination of Normalized Indices
Useful for Land Surface Classification,”
IEEE Journal of Selected Topics in Applied
Earth Observations and Remote Sensing(JSTARS), 16, 7804-7818, 2023.
・J. Kato, G. Tanaka, R. Nakane, A. Hirose,“Reconstructive Reservoir Computing for
Anomaly Detection in Time-Series Signals,”
IEICE Nonlinear Theory and Its Applications(NOLTA), 15, 183-204, 2024
・T. Nitta, “Proposal of Fully Augmented
Complex-Valued Neural Networks,” Nonlinear
Theory and Its Applications (NOLTA), IEICE,
14, 175-192, 2023.
・K. Watanabe, Y. Mizugaki, S. Moriya, H.
Yamamoto, T. Yamashita, S. Sato, "Numerical
Study on Physical Reservoir Computing with

326

Josephson Junctions," IEEE Trans. Applied
Superconductivity, 34, 1700204, 2024.
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・M. A. H. Akhand, M. A. Maria, M. A. S. Kamal,
K. Murase, “Improved EEG-based emotion
recognition through information enhancement
in connectivity feature map,” Scientific
Report, 13, 13804, 2023.
・ E. Hitzer, “Quadratic Phase Quaternion
Domain Fourier Transform,” in: Bin Sheng,
Lei Bi, Jinman Kim, Nadia Magnenat Thalmann,
Daniel Thalmann (eds), Advances in Computer
Graphics. CGI 2023. Lecture Notes in Computer
Science, vol 14498. Springer, Cham, 2023.
・ E.
Hitzer,M.
Kamarianakis,
G.
Papagiannakis, P. Vašík, “Survey of New
ApplicationsofGeometric
Algebra,”Mathematical
Methods
intheAppliedSciences/Early View, 21 pages, 2023.
・E. Hitzer, “Embedding of Octonion Fourier
Transform in Geometric Algebra of R3 and Polar
Representations of Octonion Analytic Signals
in Detail,” Mathematical Methods in the
Applied Sciences, pp. 1-17, 2023.
・A. Sanpei, S. Masamune and Y. Kuroe, "A
Data-Assimilation
Based
Methodfor
Equilibrium Reconstruction of Magnetic Fusion
Plasma: Solution by Adjoint Method," IEEE
Access, vol. 11, pp. 62639-62651, 2023.
・Y. Kuroe, H. Nakanishi and S. Kanata, "A
Sensitivity Analysis Method for a Class of
Cyber-Physical Systems and Its Application to
Parameter Optimization," IEEE Trans. Circuits
and Systems I: Regular Papers, 70, 4581-4594,
2023.

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/B06

研究課題名
制御不要な無線給電システム実現に向けた理論構築とその実装[1］研究組織
研究代表者：
関屋大雄（千葉大学大学院情報学研究院）
通研対応教員：堀尾 喜彦（東北大学電気通信研究所）
研究分担者：
魏 秀欽 （千葉工業大学）
麻原 寛之（岡山理科大学）
高坂 拓司（中京大学）
大里 辰希（兵庫県立大学）
グエン キエン（千葉大学）
朱 聞起 （東京理科大学）
小宮山 裕太郎 （千葉大学）
羅 煒森 （東京理科大学）
謝 寅晨 （千葉大学）[ 2 ]研究期間
令和２年４月～

令和５年３月[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
マサチューセッツ工科大学(MIT)による磁界共鳴結合方式による大電力電力伝送の実機実験がブレークスルーとなり、無線給電(ワイヤレス給電)システムの研究開発が本格化してからおよそ 10
年が経過した。この間、コイルを通じて無線給電を実現する磁界結合や磁界共鳴方式の理論はほぼ体系化されたと言え、例えば MIT が発表した「共鳴させることにより長距離大電力伝送が可能になる」理由も明確に説明できるようになった。
ところで、窒化ガリウム (GaN)等ワイドバンドギ
ャップ半導体パワーデバイスの登場により、様々なパワーエレクトロニクス回路の高周波化が期待されている。無線給電もパワーエレクトロニクス
回路のひとつと見ることができる。これまで車載用 EV 用に割与えられた 85 kHz 帯での研究開発がメインであったが、高周波化のトレンドの中、ISM バンド(6.78, 13.56, 27.12 MHz)に対応した高周
波無線給電システムの研究開発も本格化してきている。ここで、高周波化のために、ただ既存のデバイスを GaN に置き換えて周波数を上げればいいわけでなく、パワーデバイスの特性を真に引き出すあらたな回路設計技術が求められている点に注意しなければならない
定格状態の最適設計理論が整備される中、無線給電システムの課題はパワーマネージメントシス
テムの構築へと移ってきた。無線給電システムにおいては、負荷(電池、モータなど)の変動はもちろんのこと、送電器と受電器の位置ずれ(コイル間の相互インダクタンスのみならず、コイル自身の自己インダクタンスにも変動が生じる)にも対応する必要がある。実システムでは、これらに対して出力(電圧または電流)を一定とすることが求められる。例えば、iPhone などで実用化されている Qi 規格では、受電器側の出力情報を送電器へ
無線通信でフィードバックし、送電器側で送信電力を調整することで一定出力を実現している。ここで「無線給電の高周波化」を考えると、高周波化によって無線通信の(キャリアセンス等によるゆらぎを含む)遅延の影響が大きくなり、最適パ
ラメータの同定に困難性をもたらす。さらに、高周波化には ZVS が必須となるため、一定出力とZVS のふたつの制御目標を同時に補償しなければならないという新たな問題も生じ、制御システ
ムの複雑化を招く。
本研究では、高周波で送電する無線給電システ
ムにおける負荷変動、位置ずれに対し、制御シス
テムなしに一定出力と高効率を達成する「無制御
無線給電システム」の研究開発に取り組む。無線
給電システムの高周波化に対し、制御システムの複雑化が性能向上のボトルネックとなっており、この問題に対して抜本的発想の転換を図ることを目標とする。
[4]研究計画及び内容
無線電力伝送システム研究はパワーエレクトロ
ニクス、アンテナ、マグネティクス、マイクロエ
レクトロニクスなどにまたがる分野横断型研究開発分野である。上述の研究目的に対し、多様な専門性を持つ専門家が集まることにより、本研究目
標を達成するための方向性を模索し、具体的技術展開へとつなげるための議論を進めた。

327

共同プロジェクト研究［ 5 ］研 究 成果 と 波 及効果 等（5-1 ）研究成果
まず、負荷変動および位置ずれにロバストな無線給電システムの開発を進めた。図１はその回路構成を示す。送電回路に負荷非依存技術と呼ばれる特別な動作モードを適用することで、負荷変動に対するロバスト性を獲得する。
図 5 : 2 出 ⼒ W PT の実装 写真
図 4 : 2 出 ⼒ W PT の回路 構成
さらに整流器の後段にポストレギュレータとしを、図６にその動作波形をて dc/dc コンバータを置くことを提案する。この示す。実験結果から、提案
ポストレギュレータと受電側 LC 共振を送電周波システムは負荷変動および数に対して完全共振を取ることにより、位置ずれ
位置ずれに対してロバストにもロバストな無線給電を実現する。
性を持ち、かつ、受電回路
負荷変動と位置ずれに対してロバスト性を得るの設置個数に関係なく一定ることは理論解析により明らかとなる。図２に示電圧を出力できることを確すプロトタイプを実装し、その特性を確認した。
認した。また、送電回路は
図３にその動作波形を示す。実機実証実験におい常にソフトスイッチングをて、理論と実験の定量的一致をみることができ、達成することで、状況に依提案手法の有効性と理論解析の妥当性を確認した。
らず高電力伝送効率を維持
次のステップとして、負荷変動と位置ずれに対できることが明らかとなっしロバスト性を持つ複数受電回路無線電力伝送シた。本フェーズにおいてもステムを開発した。図４にその回路構成を示す。
理論と実験の定量的一致を
ここでは送電側に送電コイルを直列に準備し、そみることができ、提案手法
こに受電回路を置くことで複数受電システムを構の有効性と理論解析の妥当 図 6:測定波形(a) 定格状態 (b)成する。ここで、送電回路には負荷非依存インバ
受 電 機 1 が 1/10 軽負 荷． (c)性を確認した。
ータを適用し、受電側には完全共振フィルタおよ
両⽅の受電機が 1/10 軽負荷．
びポストレギュレータを持つ受電回路を適用する。 （5-2）波及効果と発展性等 (d)受電機 2 を受電位置から取ここで、送電コイルおよび受電コイルはそれぞ
本プロジェクトにより学 り外した場合．
れをすべて同じ仕様とし、量産に対応できる。こ 外研究者との交流が飛躍的に活性化し、ロボットのとき、本システムでは負荷を取り換えるだけで、 アームの通信/電力無線化プロジェクトの無線電
特別な制御を必要とせず一定出力を獲得する。言 力伝送システムへと展開している。また、本プロ
い換えれば、受電回路を送電コイルの「どこか」 ジェクトでのキーテクノロジである負荷非依存技に置くだけで、特別な制御を必要とせず必要な電 術は理論的に体系化され、２次電池への無制御充力を自動的に取り出すことができる。また、前述 電や電力とデータの同時伝送技術の提案へとつなの位置ずれに対してのロバスト性も確保できてい がり、今後の発展が期待される。
るため、「どこか」に「適当」に置けばよい。
図５に２受電無線電力伝送システムの実装回路 [6]まとめと今後の課題

図 1:提案システム構成

図 2:実装写真

図 3:実験波形例(a)-(c)負荷変動特性(d)-(f)位置ずれ特性

328

本研究では、高周波で送電する無線給電システ
ムにおける負荷変動、位置ずれに対する「無制御
無線給電システム」の研究開発に取り組んだ。負荷非依存技術とポストレギュレータの組み合わせ
により、高周波動作のもとで、負荷変動、位置ず
れに対するロバスト性を獲得できることを示した。
無線給電システムの高周波化に対し、制御システ
ムの複雑化が性能向上のボトルネックとなってきたが、本研究成果はこの問題に対して抜本的発想の転換を図ることに成功した。
負荷非依存技術に関する研究成果は国際会議
ICRERA2023 においてキーノート講演者として招待されるなど、対外的注目度も高まっている。社
会実装に向けて具体的アプリケーションへの適用が今後の課題となる。

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果]
関連リスト（謝辞なし）と関連成果【原著論文】
Y. Xie, W. Zhu, Y. Komiyama, A. Komanaka, A. Konishi,
X. Wei, K. Nguyen, and H. Sekiya, "Load-independentclass-E frequency multipliers," IEEE Transactions on
Circuits and Systems I: Regular Papers,DOI:
10.1109/TCSI.2024.3369649, Feb. 2024.

H. Wang, Y. Komiyama, X. Wei, A. Konishi, K. Nguyen,
and H. Sekiya, "Load-Independent High-Frequency WPT
System for Multiple Receivers With Single Transmitter,"
The 49th Annual Conference of the IEEE Industrial
Electronics Society (IECON 2023), Oct. 2023.

Y. Komiyama, A. Komanaka, W. Zhu, A. Konishi, K.
Nguyen, and H. Sekiya, "Analysis and design of loadindependent series resonant power amplifier with constantcurrent output and its application for WPT system," IEEE
Transactions on Power Electronics, 2024., Feb. 2024.

J. Yan, W. Zhu, A. Konishi, X. Wei, K. Nguyen, and H.
Sekiya, "Design of high-frequency CC/CV output loadindependent WPT system," 12th International conferenceonrenewableenergyresearchandappications(ICRERA2023), Aug. 2023.

Y. Komiyama, A. Komanaka, H. Ota, Y. Ito, T. Mishima,
T. Uematsu, A. Konishi, W. Zhu, K. Nguyen, and H.
Sekiya, "Analysis and design of high-frequency WPT
system using load-independent inverter with robustness
against load variations and coil misalignment," IEEE
Access, doi: 10.1109/ACCESS.2024.3361029, Jan. 2024.

Y. komiyama, W. Zhu, A. Komanaka, X. Wei, K. Nguyen,
and H. Sekiya, "Self-tuned series resonant power
oscillator with load-independent operation," 2023 IEEE
International Symposium on Circuits and Systems(ISCAS2023), pp.1-5, May 2023.

W. Zhu, Y. Komiyama, A. Komanaka, K. Nguyen, and H.
Sekiya, "Analysis of load-independent ZCS parallelresonant inverter with constant current,"
IEEE
Transactionson
Industrial
Electronics,
doi:10.1109/TIE.2023.3333019., Nov. 2023.

Y. Xie, W. Zhu,Y. Komiyama, K. Nguyen, and H. Sekiya,"Analysis and design of push-pull load-independent classE frequency tripler," 2023 International Workshop on
Nonlinear Circuits, Communications and Signal
Processing (NCSP'23), Mar. 2023.

H. Sekiya, K. Tokano, W. Zhu, Y. Komiyama, and K.
Nguyen, "Design procedure of load-independent class-E
WPT systems and its application in robot arm,"
IEEE Transactions on Industrial Electronics, Nov. 2022.

Y. Komiyama, W. Zhu, K. Nguyen, and H. Sekiya, "Loadindependent constant-current/zero-current switching
inverter with series resonant filter," 2023 IEEE AppliedPower Electronics Conference and Exposition, pp.490494, Mar. 2023.

Y. Komiyama, S. Matsuhashi, W. Zhu, T. Mishima, Y. Ito,T. Uematsu, K. Nguyen, and H. Sekiya, "Wireless powertransfer system with load-independent inverse class-E
oscillator," IEICE Nonlinear Theory and Its Application,
vol. E13-N, no.2, pp.465-470, Apr. 2022.
A. Komanaka, W. Zhu, X. Wei, K. Nguyen, and H. Sekiya,"Load-independent inverse class-E ZVS inverter and its
application to wireless power transfer systems," IET
Power Electronics, pp.1-15, Mar. 2022.
A. Komanaka, W. Zhu, X. Wei, K. Nguyen, and H. Sekiya,"Generalized analysis of load-independent ZCS parallelresonant inverter," IEEE Transactions on Industrial
Electronics, vol.69, no.1, pp.347-356 , Jan. 2022.

A. Konishi, K. Onodera, Y. Komiyama, X. Wei, K.
Nguyen, H. Sekiya, "Load-independent multiple output
WPT system with fixed coupling coils," The 20th
International SoC Conference (ISOCC 2023), Aug. 2023.

Y. Komiyama, S. Matsuhashi, W. Zhu, K. Nguyen, T.
Uematsu, Y. Ito, T. Mishima, and H. Sekiya, "WirelessPower Transfer System with Load-Independent Inverse
Class-E Oscillator," The 2021 Nonlinear Science
Workshop (NLSW2021), p.39, Dec. 2021.
Y. Komiyama, S. Matsuhashi, W. Zhu, K. Nguyen, and H.
Sekiya, "Load-independent inverse class-E oscillator withArmstrong-Oscillator based topology," The 18th
International SoC Design Conference (ISOCC 2021),
pp.175-176, Oct. 2021

Y. Komiyama, S. Matsuhashi, W. Zhu, T. Mishima, Y. Ito,T. Uematsu, K. Nguyen, and H. Sekiya, "Frequencymodulation controlled load-independent class-E inverter,"IEEE Access, vol.9, pp.144600-144613, Nov. 2021.
【学会発表】
W. Zhu, A. Komanaka, Y. Komiyama, X. Wei, K. Nguyen,
and H. Sekiya, "Reconfigurable class-E/EF loadindependent inverter with CC-CV output," IEEE Energy
Convers. Congr. Expo. (ECCE), pp.2307-2312, Oct. 2023.

329

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/B07

研究課題名
アフターコロナ時代の適応型ワークスペースに関する研究[ 1 ］ 研究 組織
研究代表者：
藤田 和之（東北大学 電気通信研究所）[4]研究計画及び内容[ 2 ]研究期間
令和 3 年 4 月

加えて，本年度では研究代表者を中心に，本プ
ロジェクトで議論されてきた空間ユーザインタフ
ェースの先行研究や今後の方向性について，総説論文としてまとめた．これが Springer 社の国際ジャーナル Quality and User Experience に採択された[1]．

本年度は，研究分担者らと個別でのミーティン
グ・意見交換を実施した．2024 年 1 月 11 日には，大西氏（シンガポールマネジメント大）と通研で通研対応教員：ミーティングし，ロボットパーティションの形
藤田 和之（東北大学 電気通信研究所）
状・形態変化やインタラクション設計について意見交換した．2024 年 2 月 2 日には，伊藤先生（青研究分担者
山学院大）らと通研でミーティングし，近年の互藤田 和之（東北大学 電気通信研究所）
いの研究テーマについて情報共有し，今後の空間
高嶋 和毅（東北大学 電気通信研究所）
大西 悠貴（シンガポールマネジメント大学） ユーザインタフェースに求められる要素や方向性
市野 順子（東京都市大学 メディア情報学科） について議論した．2024 年 2 月 9 日には，松島氏（Learning Design Lab.）とオンラインでミーティ
伊藤 雄一（青山学院大学 理工学部）
ングし，教育（特に学童保育）の空間における現松島 咲季子（Learning Design Lab.）
場の状況やその使われ方，空間設計における課題髙原 良（株式会社 TATAMI）
を伺い，そこから空間ユーザインタフェースが担うべき要素について議論した．
～

令和 6 年 3 月[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要

本プロジェクトの目的は，アフターコロナ時代の新たな生活様式が求められる今後に向けて，未来のオフィス・作業環境のあり方を模索するため，
インタラクティブな作業空間に求められるべき要 ［5］研究成果と波及効果等
素に関する知見を集めること，および，空間ユー （5-1）研究成果
2024 年 8 月に刊行した総説論文[1]では，作業
ザインタフェース実現のための研究コミュニティを構築することである．空間内での人の活動を計 空間全体，またはその構成要素にコンピュータを測し，理解するための知見，空間構築・デザイン 統合し，それらが物理的またはバーチャルに人とや什器に関する知見，空間・什器をダイナミック インタラクションすることにより適応的に人の活に動作させる要素技術の知見，さらには市場とし 動を支援する研究の枠組みを「Human-Workspaceてのニーズも取り入れながら，社会的意義の高い Interaction（HWI）」と呼び，この枠組みに基づいて過去の研究の取り組みを体系化した．具体的にテーマ創出を目指す．
は，50 件以上に及ぶ先行研究を，構成要素の種
本プロジェクトに関わる研究会は，前身となる 類，研究アプローチ，インタラクションの対象，
共同プロジェクト「人と空間と情報技術」「未来 目的の 4 つの観点から分類し，各分類における型オフィス空間とインタラクション」から引き続 HWI 研究の利点と限界を明らかにした．そして，き 13 年目である．本年度は，日程調整の都合で， アフターコロナ社会における HWI のさらなる発研究メンバーを集めた研究会は実施できなかった 展に向け，今後の研究指針をまとめた．詳細は論が，分担者個別でのミーティングを実施した．ま 文[1]を参照されたい．
た，本プロジェクトで議論されてきた内容をまとめた総説論文が 採択[1]されるなどの成果が挙がった．
330

共同プロジェクト研究（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
本プロジェクトは，新たな共同研究の萌芽及び新たな研究領域の開拓を目的にしている．アフターコロナ時代の働き方を考えるというテーマであるため，今後の発展性や社会的なニーズも大きいと考えられる．今後も，本テーマに関して産学の幅広い分野からの研究者・実務家が集まり，市場のニーズを取り入れた研究テーマ創出，および社会への実装が期待される．
また，本プロジェクトは特別支援（産学）を受けたものであるが，この支援により，学外研究者
や実務家との交流が活性化し，本テーマに関わる
ネットワークが拡大され，共同研究の可能性が向上している．

[ 6 ] ま と めと 今 後 の 課 題
本プロジェクトは，アフターコロナ時代の働き方を踏まえた空間ユーザインタフェースのあり方について，研究分担者らとの間で議論を重ね，一定の成果を挙げることができた．今後も研究分野
自体のさらなる発展や共同研究の活性化に向けた取り組みを続けていく．
[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
1.

Kazuyuki Fujita, Kazuki Takashima, Yuichi Itoh,Yoshifumi
Kitamura,
Human-Workspace
Interaction: prior research efforts and futurechallenges for supporting knowledge workers,
Quality and User Experience, Vol. 8, Article no. 7,
Aug. 2023.

331

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/B08

研究課題名
進化計算の機械学習への適用に関する研究[1］研究組織
研究代表者：
神野 健哉（東京都市大学・情報工学部）
通研対応教員：堀尾 善彦（東北大学電気通信研究所）
研究分担者：
坪根 正（長岡技術科学大学）
中野 秀洋（東京都市大学）
進藤 卓也（日本工業大学）
山仲 芳和（宇都宮大学）
佐々木 智志（湘南工科大学）
黒川 弘章（東京工科大学）
松浦 隆文（日本工業大学）
齋藤 吏（東京都市大学大学院）
中里 悠介（東京都市大学大学院）
元木 竜平（東京都市大学大学院）
泉 諒音（東京都市大学大学院）
岡本 紗季（東京都市大学大学院）
代 美月（東京都市大学大学院）
髙橋 知里（東京都市大学大学院）[2 ]研究期間
令和３年４月～

令和６年３月究者を研究分担者として参画し、各自の研究結果を発表・議論することで今後の展開を模索することを目的としている。また、大規模なシミュレー
ションを実施するため、東京都市大学神野研究室の大学院生、学部生も研究分担者として参画した。
進捗状況の情報交換のため、東北大学電気通信研究所において研究会を開催する計画を立てた。
令和３年４月から令和６年３月までの 3 年間に 3回東北大学電気通信研究所にて以下に詳細を述べるように研究集会を実施し、それぞれの研究の進捗状況、またこれからの研究の方向性について議論を重ねた。
2022 年 2 月 26 日、27 日の両日に「【R02/A31】
非線形複雑システムの構成論的研究と理 への展開」「【R03/B06】制御不要な無線給電システム実現に向けた理論構築とその実装」「【R03/B08】進化計算の機械学習への適用に関する研究」の３つの共同プロジェクト研究と非線形ワークショップ
合同の「東北大学電気通信研究所共同 PJ 研究,
非線形 WS 合同研究会」として研究会を実施した。
本研究会は 13 件のオーラル発表、25 件のポスタ
ー発表が行われ、延べ 50 名の参加者で活発な議論が行われた。

2022 年 11 月 4 日から 11 月 6 日の 3 日間
[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要「【R02/A31】非線形複雑システムの構成論的研究
近年、機械学習、特に深層学習が非常に注目をと理への展開」「【R03/B06】制御不要な無線給電集めている。深層学習では、多層ニューラルネッ
トワークを用いて、大量の入出力教師データから シ ス テ ム 実 現 に 向 け た 理 論 構 築 と そ の 実 装 」
システムのパラメータを自動で決定する。しかし、 「【R03/B08】進化計算の機械学習への適用に関す
多層ニューラルネットワークで用いられる損失関 る研究」の３つの共同プロジェクト研究と非線形数は非凸関数であるため、勾配法に基づく学習で ワークショップ合同の「東北大学電気通信研究所
は最適解に到達することが困難である。一方、 共同 PJ 研究, 非線形 WS 合同研究会」として研究
Black-box 最適化問題において、進化計算に基づ 会をハイブリッドで実施した。本研究会は 15 件
く最適化手法が注目されている。本研究計画では、 のオーラル発表、29 件のポスター発表が行われ、進化計算の解析結果を基に、より効率的かつ効果 3 日間で延べ 148 名の参加者で活発な議論が行わ的な機械学習システムの開発およびその応用に関 れた。
する研究を実施することを目的とした。
本研究プロジェクトでは、非線形力学系解析、
非線形最適化、人工ニューラルネットワークの研332

2024 年 3 月 10 日、11 日の両日に「【R05/A19】
非線形複雑システム理論の時空間システムへの展開と応用」「【R03/B06】制御不要な無線給電シス
テム実現に向けた理論構築とその実装」

共同プロジェクト研究「【R03/B08】進化計算の機械学習への適用に関する研究」「【R05/B13】神経回路網における記憶と学習に関する理論的研究」の 4 つの共同プロジェ
クトと線形ワークショップ合同の「東北大学電気通信研究所共同 PJ 研究, 非線形 WS 合同研究会」として研究会を実施した。本研究会は 7 件のオーラル発表、25 件のポスター発表が行われ、2 日間で延べ 98 名の参加者で活発な議論が行われた。
[4]研究計画及び内容
近年、機械学習、特に深層学習に関する研究が盛んに行われている。機械学習では、パラメータの学習が重要であり、主に損失関数の勾配を基にした勾配法が用いられる。しかし、損失関数が多峰性関数である場合、勾配法では局所解に陥りやす
く、解探索に時間を要することがある。正則化技術などの手法が提案されているが、これらは確率的に局所解に拘束され難くするものであり、局所解からの脱出に関しては未知数である。
一方、Black-box 最適化問題において、進化計算に基づく最適化手法が注目されている。進化計算
では、複数のエージェントが勾配法とは異なる方
法で解空間を探索し、互いに情報を交換しながら最適解を求める。進化計算には確率要素が含まれるため、その解探索能力を定量的に測ることは困難であった。しかし、我々は進化計算の確率的要素を排除し、力学系理論に基づいて解探索能力を解析してきた。
本研究計画の目的は、進化計算の解析結果を基に、機械学習アルゴリズムに進化計算を適用する
ことで、より効率的かつ効果的な機械学習システ
ムの開発とその応用に関する研究を実施することである。非線形力学系、最適化アルゴリズム、機械学習アルゴリズムに関する深い知識を持つ研究者が集まり、各自の研究結果を発表・議論することで、今後の展開を模索した。
本研究計画では、機械学習における局所解問題を解決するために、進化計算に基づく最適化手法に着目し、その解析結果を機械学習アルゴリズムに適用することで、より効率的かつ効果的な機械
学習システムの開発を目指す。研究者間の議論を通じて、新たな知見を得ることで、機械学習分野の発展に貢献することを期待した。

果を基にシステムの効率の改善を図った
３．機械学習アルゴリズムを用いた応用例について検討した。
以上の成果はプロジェクト 3 年間において、原著論文 18 件、国際会議論文 27 件、国内口頭発表 96
件にまとめて公表した。
（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
本プロジェクトでの研究成果は信号処理学会が主催し、2022 年 2 月 28 日から 3 月 2 日にオンラインで開催された国際会議 RISP International
Workshopon
Nonlinear
Circuits,
Communications and Signal Processing 2022
(NCSP2022) において Special Session「Swarmand Evolutionary Optimization」を企画しプロ
ジェクトメンバーを中心として研究発表が行われた。また 2023 年 9 月 26 日から 29 日にイタリアでの開催された『2023 年非線形理論とその応用に関する国際会議』(NOLTA 2023)にてスペシャル
セッション、さらに 2024 年 5 月 19 日から 5 月 22
日 に シ ン ガ ポ ー ル で 開 催 さ れ た IEEE
International Symposium on Circuits andSystems (ISCAS2024)にてスペシャルセッション「Innovations in Computational Intelligence:
Studies on Structures, Detection」を実施した。
このような企画を来年度以降も実施予定である。
[6]まとめと今後の課題
進化計算を機械学習に適用し、従来よりも効率的な機械学習システムの開発とその応用について検討を行った。特に非線形力学系理論に基づいた
最適化アルゴリズムを用いた機械学習システムの開発など複数分野に跨る研究成果が得られた。
このようなアプローチは処理する対象が大規模化するにつれて重要度が増加しており、今後とも継続的に研究を進める必要がある。一方で大規模かに伴い、計算量の増加が著しく大きくなってきている。計算量を抑えたより効率的な計算手法の開発が今後の課題である。

［ 5 ］ 研 究 成 果 と 波 及 効果 等
（ 5-1 ） 研究成 果
本研究プロジェクトでは
１．進化計算を機械学習アルゴリズムに適用する
ことでより効果的な機械学習アルゴリズムを開発した。
２．機械学習アルゴリズムにおいて潜在変数の役割を明確にするとともにそれらを解析した結333

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）

IEICE, vol. 13 no. 2 pp. 258-263, DOI:
10.1587/nolta.13.258, 2022.
[12] Taichi Fukawa, Kenya Jin'no, "Evaluationof the Effect of Phoneme Time Stretching on
Speaker Embedding", NOLTA, IEICE, vol. 13 no.
2 pp. 277-281, DOI: 10.1587/nolta.13.277,
2022.
[13]
Takumi
Genka,
Kenya
Jin'no,"Relationship between the number of elements
in constraint satisfaction problems and thecomputation time of HNN", NOLTA, IEICE, vol.
13
no.
2
pp.
282-287,
DOI:
10.1587/nolta.13.282, 2022.
[14] Riku Takato, Kenya Jin'no, "Learning asimple multilayer perceptron with PSO", NOLTA,
IEICE, vol. 14, no. 2, pp. 500-507, April,
2023. ( DOI: 10.1587/nolta.14.500 )[15] Masato Izumi, Kenya Jin'no, "Feature
analysis of sentence vectors by image
generation model using Sentence-BERT", NOLTA,
IEICE, vol. 14, no. 2, pp. 508-519, April,
2023. ( DOI: 10.1587/nolta.14.508 )[16] Chisato Takahashi, Kenya Jin'no, "Zeroshot evaluation index based on robustness of
CNN output" Journal of Signal Processing, Vol.
27, No. 4, pp. 65-68, July, 2023. ( DOI:
10.2299/jsp.27.65 )[17] Kenya Jin’no, Masato Izumi, Saki
Okamoto, Mizuki Dai, Chisato Takahashi,
Tatsuro Inami, "Fundamental Considerations on
Representation Learning for Multimodal
Processing". Human Interface and theManagement of Information, LNCS14015, pp.
389-399, July, 2023. Springer ( DOI:
https://doi.org/10.1007/978-3-031-351327_29 )[18] Saki Okamoto, Kenya Jin'no, "A study on
the role of latent variables in the encoderdecoder model using image datasets", NOLTA,
IEICE, vol. 14, no. 4, pp. 652-676, October,2023. ( DOI: 10.1587/nolta.14.652 )論文：[1] Kenya Jin'no, "Analysis of particle swarm
optimization by dynamical systems theory,"
NOLTA, IEICE, vol. 12, no. 2 pp. 118-132,
April, 2021. ( DOI: 10.1587/nolta.12.118 )[2] 神野 健哉, "力学系理論に基づく粒子群最適化法の解析" 電子情報通信学会 Fundamentals
Review,
vol. 15 no. 2, pp. 70-79, October 2021. ( DOI:
10.1587/essfr.15.2_70 )[3] Taichi Fukawa, Kenya Jin'no, "Noise
Reduction Method Focusing on Spectral
Envelopment and Fine Structure of Speech,"
Journal of Signal Processing, vol. 25, no. 6,
pp.
233-237,
November
2021.
(DOI:
10.2299/jsp.25.233 )[4] Ryuhei Motoki, Kenya Jin'no, "Estimatinglabel of data using Fisher Criterion," NOLTA,
IEICE, vol. 13 no. 2, April, 2022.
[5] Masanao Yasumuro, Kenya Jin'no, "JapaneseFingerspelling
Identification by
using
Mediapipe," NOLTA, IEICE, vol. 13 no. 2,
April, 2022.
[6]
Tsukasa
Saito,
Kenya
Jin'no,"Consideration of the Output Series Generated
by Hysteresis Reservoir Computing" NOLTA,
IEICE, vol. 13 no. 2, April, 2022.
[7] Taichi Fukawa, Kenya Jin'no, "Evaluationof the Effect of Phoneme Time Stretching on
Speaker Embedding" NOLTA, IEICE, vol. 13 no.
2, April, 2022.
[8] Takumi Genka, Kenya Jin'no, "Relationshipbetween the number of elements in constraint
satisfaction problems and the computation
time of HNN" NOLTA, IEICE, vol. 13 no. 2,
April, 2022.
[9] Ryuhei Motoki, Kenya Jin'no, "Estimatinglabel of data using Fisher Criterion", NOLTA, 国際会議：
IEICE, vol. 13 no. 2 pp. 252-257, DOI: [1] Tsukasa Saito, Kenya Jin'no, "Ability to
10.1587/nolta.13.252, 2022.
generate output series for Hysteresis[10] Masanao
Yasumuro, Kenya
Jin'no, Reservoir
Computing,"
IEEE
The
18th
"Japanese Fingerspelling Identification by International SoC Conference (ISOCC 2021) ,using Mediapipe", NOLTA, IEICE, vol. 13 no. pp. 179-180, On-line, 2021. 10. 6-9.
2 pp.288-293, DOI: 10.1587/nolta.13.288, 2022. [2]Riku
Takato,Kenya
Jin'no,"A[11]
Tsukasa
Saito,
Kenya
Jin'no, considerations for the solution search"Consideration of the Output Series Generated capability of PSO with micro fluctuations,"by Hysteresis Reservoir Computing", NOLTA, IEICE The 2021 Nonlinear Science Workshop334

共同プロジェクト研究( NLSW 2021 ) , NLSW-29, On-line, 2021. 12. [12] Mizuki Dai, Kenya Jin’no, "Toward therealization of lightweight CNN", 2022
6-8.
[3] Ryuhei Motoki, Kenya Jin'no, "Estimating International Conference of Nonlinear Theory
label of data using Fisher Criterion," IEICE and its Applications (NOLTA 2022), pp. 301on-line,2022.
12.12-12.25.
The 2021 Nonlinear Science Workshop ( NLSW 304,
(DOI:10.34385/proc.71.B2L-E-04)
2021 ) , NLSW-60, On-line, 2021. 12. 6-8.
[4] Masanao Yasumuro, Kenya Jin'no, "Japanese [13] Saki Okamoto, Kenya Jin’no, "Feature ofFingerspelling
Identification byusing Latent Variables in Rotational Transformation
Mediapipe," IEICE The 2021 Nonlinear Science of Face Images by U-Net", 2022 International
Workshop ( NLSW 2021 ) , NLSW-44, On-line, Conference of Nonlinear Theory and its
Applications (NOLTA 2022), pp. 256-259, on2021. 12. 6-8.
[5]
Tsukasa
Saito,
Kenya
Jin'no, line, 2022. 12.12-12.25.
"Consideration of the Output Series Generated (DOI:10.34385/proc.71.B1L-E-04)
by Hysteresis Reservoir Computing," IEICE The [14] Riku Takato, Kenya Jin’no, "Learning a
2021 Nonlinear Science Workshop ( NLSW 2021 ) , simple multilayer perceptron with PSO", 2022
International Conference of Nonlinear Theory
NLSW-25, On-line, 2021. 12. 6-8.
[6] Taichi Fukawa, Kenya Jin'no, "Evaluation and its Applications (NOLTA 2022), pp. 470of the Effect of Phoneme Time Stretching on 473, on-line, 2022. 12.12-12.25.
Speaker Embedding," IEICE The 2021 Nonlinear (DOI:10.34385/proc.71.C3L-C-01)
Science Workshop ( NLSW 2021 ) , NLSW-51, On- [15] Yusuke Nakazato, Kenya Jin’no, "Finding
the minimum value of a function using theline, 2021. 12. 6-8.
[7]
Takumi
Genka,
Kenya
Jin'no, emergence phenomenon of Boids", 2022
"Relationship between the number of elements International Conference of Nonlinear Theory
in constraint satisfaction problems and the and its Applications (NOLTA 2022), pp. 474computation time of HNN," IEICE The 2021 477, on-line, 2022. 12.12-12.25.
Nonlinear Science Workshop ( NLSW 2021 ) , (DOI:10.34385/proc.71.C3L-C-02)[16] Chisato Takahashi, Kenya Jin’no,
NLSW-59, On-line, 2021. 12. 6-8.
[8] Riku Takato, Kenya Jin'no, "Training "Proposal of a new zero-shot evaluation index
simple
CNN",
2022
International
Multilayer Neural Networks with PSO," 2022 for
RISP International Workshop on Nonlinear Conference of Nonlinear Theory and its
Circuits,
Communications
andSignal Applications (NOLTA 2022), pp. 478-481, onProcessing (NCSP 2022), pp. 177-180, On-line, line, 2022. 12.12-12.25.
(DOI:10.34385/proc.71.C3L-C-03)
2022. 2. 28- 3.2.
[9] Yusuke Nakazato, Kenya Jin'no, "Emergence [17] Saki Okamoto, Kenya Jin’no, "A Study ofof the Boid Swarm," 2022 RISP International the Role of Latent Variables Using ThreeWorkshop
onNonlinear
Circuits, Dimensional Shapes", 2023 RISP Internationalon
Nonlinear
Circuits,
Communications and Signal Processing (NCSP Workshop
2022), pp. 181-184, On-line, 2022. 2. 28- 3.2 Communications and Signal Processing (NCSP[10] Ryuhei Motoki, Kenya Jin’no, "Label 2023), pp. 466-469, Alamoana Hotel, Honolulu,
Estimation of Data Using the Modified Fisher Hawaii, 2023. 2. 28 - 3. 3.
Criterion",
2022
IEEE
International [18] Chisato Takahashi, Kenya Jin’no, "ZeroConference on Systems, Man, and Cybernetics shot evaluation index based on robustness of(IEEE SMC 2022), pp. 1694-1699, Prague, Czech CNN output", 2023 RISP International Workshop
Republic,
2022.
10.
9-12.
(DOI: on Nonlinear Circuits, Communications andSignal Processing (NCSP 2023), pp. 462-465,
10.1109/SMC53654.2022.9945463)[11]
MasatoIzumi,
Kenya
Jin’no, Alamoana Hotel, Honolulu, Hawaii, 2023. 2. 28"Investigation of the Influence of Datasets - 3. 3.
on Image Generation Using Sentence-BERT", [19] Kenya Jin’no, Masato Izumi, Saki
2022 International Conference of Nonlinear Okamoto, Mizuki Dai, Chisato Takahashi,
Theory and its Applications (NOLTA 2022), pp. Tatsuro Inami, "Fundamental Considerations on
252-255,
on-line,2022.
12.12-12.25. Representation Learning for Multimodal
Processing", HCI International 2023, 25TH
(DOI:10.34385/proc.71.B1L-E-03)335

共同プロジェクト研究

International Conference on Human-Computer
Interaction (HCII2023), LNCS,vol. 14015, HCII
2023: Human Interface and the Management ofInformation, pp. 389–399, AC Bella Sky Hoteland Bella Center, Copenhagen, Denmark, 23-28
July 2023.
[20]
TatsuroInami,
Kenya
Jin'no,"Verification of Subnetworks in the Lottery
Hypothesis Using Auto Encoders", The 1st
Symposium on Tokyo and Bangkok ICT Fusion(Gateway2023), TS1-3, Tokyo City University,
Japan, 25 July, 2023.
[21]
HarukiWakasa,Kenya
Jin'no,"Investigation on the Partition Feature
Extraction of Images through Contrastive
Learning", The 1st Symposium on Tokyo and
Bangkok ICT Fusion (Gateway2023), TS1-4,
Tokyo City University, Japan, 25 July, 2023.
[22]
Sora
Togawa,Kenya
Jin'no,"Investigation on the Connection between
Focus Area and Kernel Size in CNN for ImageClassification", The 1st Symposium on Tokyo
and Bangkok ICT Fusion (Gateway2023), TS3-3,
Tokyo City University, Japan, 25 July, 2023.
[23] Kenya Jin’no, "A Consideration ofInformation Education with Python", 2023
International Conference of Nonlinear Theory
and its Applications (NOLTA 2023), pp.659662, Cittadella Campus of the University of
Catania, Catania, Italy, Sep. 26–29, 2023.
DOI:10.34385/proc.76.D1L-21[24] Mizuki Dai, Kenya Jin’no, "Predicting
Classification Performance of Convolutional
NeuralNetworks",
2023
International
Conference of Nonlinear Theory and its
Applications(NOLTA 2023), pp.671-674,
Cittadella Campus of the University of
Catania, Catania, Italy, Sep. 26–29, 2023.
DOI:10.34385/proc.76.D1L-24
[25]
Saki
Okamoto,Kenya
Jin’no,"Recognition
of
Shape
in
RotationTransformations of Stereoscopic Images”,
2023 International Conference of Nonlinear
Theory and its Applications (NOLTA 2023),
pp.455-458, Cittadella Campus of the
University of Catania, Catania, Italy, Sep.
26–29, 2023. DOI:10.34385/proc.76.C2L-14[26]
MasatoIzumi,
Kenya
Jin’no,"Investigation of relationships within thelatent variable space of Sentence-BERT
sentence
vectors",2023
International
Conference of Nonlinear Theory and its

336

Applications (NOLTA 2023), pp.451-454,
Cittadella Campus of the University of
Catania, Catania, Italy, Sep. 26–29, 2023.
DOI:10.34385/proc.76.C2L-13
[27]
Sora
Togawa,Kenya
Jin’no,"Investigation on the features extracted by
CNN kernels from images", 2023 International
Conference of Nonlinear Theory and its
Applications (NOLTA 2023), pp.513-516,
Cittadella Campus of the University of
Catania, Catania, Italy, Sep. 26–29, 2023.
DOI:10.34385/proc.76.C3L-12
国 内 口 頭 発表 ：[1] 元木 竜平, 神野 健哉, "SVM を用いた Fewshot Learning の試み", 2021 年度 NOLTA ソサイ
エティ大会, NLS-11 (オンライン, 2021. 6.12)[2] 布川 大知, 神野 健哉, "音素の時間伸縮による話者埋め込みへの影響の実験的評価", 電子
情報通信学会 2021 年ソサイエティ大会, A-8-5（On-line, 2021. 9. 14-17）[3] 源河 拓巳, 神野 健哉, "連続時間ヒステリ
シスニューラルネットの計算量の検討", 電子情報通信学会 2021 年ソサイエティ大会, N-1-8（On-line, 2021. 9. 14-17）[4] 齋藤 吏, 神野 健哉, "ヒステリシスリザバ
ー素子の時定数が与える影響", 電子情報通信学会 2021 年ソサイエティ大会, N-1-9（On-line,
2021. 9. 14-17）[5] 元木 竜平, 神野 健哉, "SVM を用いたラベルなしデータの分類", 電子情報通信学会 2021 年ソサイエティ大会, N-1-10（On-line, 2021. 9. 1417）[6] 高頭 陸, 神野 健哉, "微小摂動を考慮した
PSO の解探索能力の考察", 電子情報通信学会 非線形問題研究会, NLP2021-65, pp. 82-85 (J:COM
ホルトホール大分, 大分, 2021. 12. 17-18)[7] 元木 竜平, 神野 健哉, "データのラベル推定のためフィッシャー基準を基にした新しい評価
基準の考察", 電子情報通信学会 非線形問題研究会, NLP2021-62, pp. 86-89 (J:COM ホルトホール
大分, 大分, 2021. 12. 17-18)[8] 齋藤 吏, 神野 健哉, "ヒステリシス・リザ
ーバー層の特性と学習出力系列の関係について",
電子情報通信学会 非線形問題研究会, NLP202199 MICT2021-74 MBE2021-60, pp.121-124 (Online, 2022. 1. 21-23)[9] 安室 誠直, 神野 健哉, "MediaPipe と SVM を用いた日本語指文字認識システムの試作", 電子
情報通信学会 非線形問題研究会, NLP2021-115
MICT2021-90 MBE2021-76, pp.205-208 (On-line,
2022. 1. 21-23)

共同プロジェクト研究[10] 岡本 紗季, 神野 健哉, "Auto Encoder による顔の向き変換", 東北大学電気通信研究所 共同
プロジェクト研究・非線形ワークショップ 合同
研究会 p. 25, P9 (オンライン, 2022. 2.262.27)[11] 元木竜平, 神野健哉, "新たなクラスター評
価基準を用いたデータのラベル推定", 東北大学
電気通信研究所 共同プロジェクト研究・非線形ワークショップ 合同研究会 p. 30, P14 (オンライン, 2022. 2.26-2.27)[12] 酒井 麻帆, 神野 健哉, "Word2Vec による単語埋め込み表現の基礎考察", 東北大学電気通信研究所 共同プロジェクト研究・非線形ワークシ
ョップ 合同研究会 p. 33, P18 (オンライン,
2022. 2.26-2.27)[13] 泉 諒音, 神野 健哉, "BERT による文章ベクトルの k-means 法を用いた文章分類", 東北大学電気通信研究所 共同プロジェクト研究・非線形ワークショップ 合同研究会 p. 37, P22 (オンライン, 2022. 2.26-2.27)[14] 髙橋 知里, 神野 健哉, "ニューラルネット
ワークによって分離された領域数の推定", 東北大学電気通信研究所 共同プロジェクト研究・非線形ワークショップ 合同研究会 p. 39, P25 (オンライン, 2022. 2.26-2.27)[15] 代 美月, 神野 健哉, "Dropout と Batch
Normalization の効果の検証", 電子情報通信学会 2022 年総合大会, N-1-11（On-line, 2022. 3.
15-18）[16] 岡本 紗季, 神野 健哉, "AutoEncoder による顔の向き変換", 電子情報通信学会 2022 年総合大会, N-1-12（On-line, 2022. 3. 15-18）[17] 元木 竜平, 神野 健哉, "新たなクラスター
評価基準を用いたデータのラベル推定", 電子情報通信学会 2022 年総合大会, N-1-13（On-line,
2022. 3. 15-18）[18] 高頭 陸, 神野 健哉, "PSO による多層ニュ
ーラルネットワークの学習", 電子情報通信学会
2022 年総合大会, N-1-23（On-line, 2022. 3.
15-18）[19] 高頭 陸, 神野 健哉, "ニューラル多クラス
分類器の PSO による学習", 2022 年度 NOLTA ソサ
イエティ大会, NLS-11 (大阪大学, 2022. 6.11)[20] 元木 竜平, 神野 健哉, "修正フィッシャー
評 価 基 準 を 用 い た 多 ク ラ ス 分 類 ", 2022 年 度
NOLTA ソサイエティ大会, NLS-14 (大阪大学,
2022. 6.11)[21] 泉 諒音, 神野 健哉, "Sentence-BERT の文
ベクトルの UMAP による特徴解析", 2022 年度
NOLTA ソサイエティ大会, NLS-17 (大阪大学,
2022. 6.11)[22] 代 美月, 神野 健哉, "CNN における

Dropout と Batch Normalization の CIFAR-10 に対する最適値の考察", 2022 年度 NOLTA ソサイエテ
ィ大会, NLS-20 (大阪大学, 2022. 6.11)[23] 岡本 紗季, 神野 健哉, "U-Net による顔画
像の回転変換", 2022 年度 NOLTA ソサイエティ大会, NLS-40 (大阪大学, 2022. 6.11)[24] 中里 悠介, 神野 健哉, "評価関数によるBoids が呈する動現象の観測", 2022 年度 NOLTA
ソサイエティ大会, NLS-43 (大阪大学, 2022.
6.11)[25] 代 美月, 神野 健哉, "画像分類性能の高い
CNN モデルの構造の検討", 電子情報通信学会 複雑コミュニケーション研究会, CCS2022-27 (北海道大学, 2022, 8.4-8.5)[26] 岡本 紗季, 神野 健哉, "Auto Encoder とU-Net の潜在変数の役割に関する検討", 電子情報通信学会 複雑コミュニケーション研究会,
CCS2022-29 (北海道大学, 2022, 8.4-8.5)[27] 泉 諒 音 , 神 野 健 哉 , "UMAP に よ る
Sentence-BERT における入力文の変化に対する文
ベクトルの検討", 電子情報通信学会 複雑コミュ
ニケーション研究会, CCS2022-30 (北海道大学,
2022, 8.4-8.5)[28] 高頭 陸, 神野 健哉, "摂動を用いた PSO
による MLP の学習について", 電子情報通信学会
複雑コミュニケーション研究会, CCS2022-32 (北海道大学, 2022, 8.4-8.5)[29] 小山 伶, 布川 大知, 代 美月, 井波 辰朗,
神野 健哉, "CNN による顔画像からの感情分析の検討", 電子情報通信学会 2022 年ソサイエティ大会, N-1-9 (オンライン, 2022, 9.6-9.9)[30] 泉 諒音, 代 美月, 神野 健哉, "SentenceBERT を用いた画像生成における車の色変化の実
験", 電子情報通信学会 2022 年ソサイエティ大会, N-1-10 (オンライン, 2022, 9.6-9.9)[31] 高橋 知里, 神野 健哉, "CNN 構造の次元数の減少率と分類精度の関係の検討", 電子情報通信学会 2022 年ソサイエティ大会, N-1-11 (オンライン, 2022, 9.6-9.9)[32] 中里 悠介, 神野 健哉, "三種の Boids が呈する動現象の観測", 電子情報通信学会 2022 年ソサイエティ大会, N-1-12 (オンライン, 2022,
9.6-9.9)[33] 泉 諒音, 神野 健哉, "Sentence-BERT の文ベクトルによる画像生成", 情報処理学会/電子情報通信学会 第 21 回情報科学技術フォーラム（FIT2022）, CE-003 (慶應義 塾大 学, 2022,
9.13-9.15)[34] 岡本 紗季, 神野 健哉, "U-Net による顔画
像の回転変換での潜在変数の特性", 情報処理学
会/電子情報通信学会 第 21 回情報科学技術フォーラム（FIT2022）, H-024 (慶應義塾大学, 2022,337

共同プロジェクト研究

Index Based on the Sum of the Number of
9.13-9.15)[35] 岡本 紗季, 神野 健哉, "画像変換における Channels on CNN", The 2022 IEEE Workshop on
潜在変数の役割に関する検討", 東北大学電気通 Nonlinear Circuit Networks (NCN’22), pp. 63信研究所 共同プロジェクト研究・非線形ワーク 66, (四国大学交流プラザ, 2022.12.9-10)
ショップ 合同研究会, P05, (東北大学電気通信 [46] Mizuki Dai, Kenya Jin'no, "Prediction of
CNN Classification Performance by Polynomial
研究所, 2022, 11.4-11.6)[36] 泉 諒音, 神野 健哉, "Sentence-BART を用 Regression", The 2022 IEEE Workshop on
いた画像の擬似的テキスト変換モデルの提案", Nonlinear Circuit Networks (NCN’22), pp. 67東北大学電気通信研究所 共同プロジェクト研 70, (四国大学交流プラザ, 2022.12.9-10)
究・非線形ワークショップ 合同研究会, P06, [47] Kenya Jin'no, "Artificial Neural Network
Research Revisited" (Invited Paper), The 2022
(東北大学電気通信研究所, 2022, 11.4-11.6)[37] 高頭 陸, 神野 健哉, "CNN の構造探索の評 IEEE Workshop on Nonlinear Circuit Networks
価と考察", 東北大学電気通信研究所 共同プロ (NCN’22), pp. 78-81, (四国大学交流プラザ,
ジェクト研究・非線形ワークショップ 合同研究 2022.12.9-10)
会, P14, (東北大学電気通信研究所, 2022, 11.4- [48] 岡本 紗季, 神野 健哉, "生成立体画像を用いた潜在変数の役割に関する検討", 電子情報通11.6)[38] 中里 悠介, 神野 健哉, "Boids を用いた群 信学会 2023 年総合大会, D-12-22, (芝浦工業大
れ生成のシミュレーション", 東北大学電気通信 学, 2023, 3. 7-3.10)
研究所 共同プロジェクト研究・非線形ワークシ [49] 泉 諒音, 神野 健哉, "Sentence-BERT の文ョップ 合同研究会, P15, (東北大学電気通信研 ベクトルの性質を用いた画像加工の実験", 電子
情報通信学会 2023 年総合大会, D-12-9, (芝浦工究所, 2022, 11.4-11.6)[39] 石田 遼河, 神野 健哉, "色と形状が AE の 業大学, 2023, 3. 7-3.10)
Ryoga
Ishida,Kenya
Jin'no,
特徴空間に与える影響", 東北大学電気通信研究 [50]
所 共同プロジェクト研究・非線形ワークショッ "Contributions of The Influence of Color andプ 合同研究会, P24, (東北大学電気通信研究所, Shape on The Latent Space of AE", 電子情報通信学会 2023 年総合大会, D-12-2, (芝浦工業大2022, 11.4-11.6)[40] 酒井 麻帆, 神野 健哉, "Sentence-BERT に 学, 2023, 3. 7-3.10)
よる文章埋め込み表現の基礎考察", 東北大学電 [51] 齋藤 吏, 神野 健哉, "ヒステリシスリザバ
気通信研究所 共同プロジェクト研究・非線形ワ ーコンピューティングにおける周期記憶とカオス
ークショップ 合同研究会, P25, (東北大学電気 力学系の学習", 電子情報通信学会 非線形問題研
究会, NLP2022-145 (長崎大学 文教キャンパス総通信研究所, 2022, 11.4-11.6)[41] 布川 大知, 神野 健哉, "音声特徴抽出と話 合教育研究棟 3F 大講義室, 2023,3.15-3.17)
者制御音声合成の 2 段階処理による声質変換", [52] 泉 諒音, 神野 健哉, "Sentence-BERT で生
電子情報通信学会 複雑コミュニケーション研究 成される文ベクトルを用いた類義語間の類似性の会, CCS2022-52 (シンフォニアテクノロジー響ホ 調査", 電子情報通信学会 非線形問題研究会,
NLP2022-146 (長崎大学 文教キャンパス総合教育
ール伊勢, 2022,11.17-11.18)[42] 岡 晴香, 神野 健哉, "CNN による超解像の 研究棟 3F 大講義室, 2023,3.15-3.17)
検討", 電子情報通信学会 複雑コミュニケーショ [53] 泉 諒音, 神野 健哉, "画像生成モデルを用ン研究会, CCS2022-53 (シンフォニアテクノロジ いた Sentence-BERT の文ベクトルの調査", 2023
年度 人工知能学会 全国大会 (JSAI2023), 2D6ー響ホール伊勢, 2022,11.17-11.18)[43] 髙橋 知里, 神野 健哉, "CNN に適した総チ GS-3-05, (熊本, 2023. 6.6-6.9)
ャネル数を示す指標の検討", 電子情報通信学会 [54] 代 美月, 神野 健哉, "CNN を用いた画像分
複雑コミュニケーション研究会, CCS2022-54 (シ 類における分類精度の予測", 2023 年度 人工知能ン フ ォ ニ ア テ ク ノ ロ ジ ー 響 ホ ー ル 伊 勢 , 学会 全国大会 (JSAI2023), 4Xin1-80, (熊本,2023. 6.6-6.9)
2022,11.17-11.18)[44] 中里 悠介, 神野 健哉, "Boids を用いた群 [55] 岡本 紗季, 神野 健哉, "画像データセット
れ生成のシミュレーション", 電子情報通信学会 を用いた潜在変数の役割の検討", 2023 年度 人工
複雑コミュニケーション研究会, CCS2022-56 (シ 知能学会 全国大会 (JSAI2023), 4Xin1-57, (熊ン フ ォ ニ ア テ ク ノ ロ ジ ー 響 ホ ー ル 伊 勢 , 本, 2023. 6.6-6.9)[56] 高橋 知里, 神野 健哉, "新たな Zero-shot
2022,11.17-11.18)[45] Chisato Takahashi, Kenya Jin'no, NN 評価指標の提案に向けた検討", 2023 年度 人
"Proposal of a Classification Performance 工知能学会 全国大会 (JSAI2023), 4Xin1-79, (熊338共同プロジェクト研究本, 2023. 6.6-6.9)[57] 武次 豪士, 神野 健哉, "Differential
Evolution による簡素なニューラルネットワークの学習", 2023 年 電子情報通信学会 NOLTA ソサ
イエティ大会, NLS-40, (東京都市大学, 2023.
6.10)[58] 小川 航平, 神野 健哉, "CNN による主観的輪郭線の認識", 2023 年 電子情報通信学会 NOLTA
ソサイエティ大会, NLS-26, (東京都市大学,
2023. 6.10)[59] 遠田 海生, 神野 健哉, "深層強化学習を用
いた CNN における畳み込み層のチャネル数の探索", 2023 年 電子情報通信学会 NOLTA ソサイエテ
ィ大会, NLS-22, (東京都市大学, 2023. 6.10)[60] 井波 辰朗, 神野 健哉, "Pruning による
AutoEncorder の重み初期値の影響の検討", 2023
年 電子情報通信学会 NOLTA ソサイエティ大会,
NLS-24, (東京都市大学, 2023. 6.10)[61] 泉 諒音, 神野 健哉, "Sentence-BERT の文
ベクトルの潜在変数空間内での関係性の検討",
2023 年 電子情報通信学会 NOLTA ソサイエティ大会, NLS-16, (東京都市大学, 2023. 6.10)[62] 岡本 紗季, 神野 健哉, "encoder-decoder
モデルに与える色の影響に関する検討", 2023 年
電子情報通信学会 NOLTA ソサイエティ大会, NLS38, (東京都市大学, 2023. 6.10)[63] 代 美月, 神野 健哉, "重回帰分析を用いた
CNN 分類精度の予測", 2023 年 電子情報通信学会
NOLTA ソサイエティ大会, NLS-15, (東京都市大学, 2023. 6.10)[64] 若狭 春輝, 神野 健哉, "対照学習による色と形の認識", 2023 年 電子情報通信学会 NOLTA
ソサイエティ大会, NLS-33, (東京都市大学,
2023. 6.10)[65] 外川 宙, 神野 健哉, "画像分類におけるCNN の学習の特徴に関する検討", 2023 年 電子情報通信学会 NOLTA ソサイエティ大会, NLS-42,(東京都市大学, 2023. 6.10)[66] 神野 健哉, 泉 諒音, 岡本 紗季, 井波 辰朗, 代 美月, 髙橋 知里, "マルチモーダル処理のための表現学習の基礎的考察", 電子情報通信
学会 非線形問題研究会, NLP2023-6 (福島, 2023,
5.13)[67] 外川 宙, 神野 健哉, "CNN における畳み込
み層の重層化と特徴抽出の関係に関する検討",
電子情報通信学会/情報処理学会 第 22 回情報科
学技術フォーラム (FIT2023), H-018, (大阪公立大学, 2023, 9. 6 - 9. 8)[68] 泉 諒音, 神野 健哉, "Sentence-BERT の文ベクトルにおける色表現の構造についての調査",
電子情報通信学会/情報処理学会 第 22 回情報科
学技術フォーラム (FIT2023), E-036, (大阪公立大学, 2023, 9. 6 - 9. 8)[69] 岡本 紗季, 神野 健哉, "encoder-decoder
モデルによる回転変換の色の影響に関する検討",
電子情報通信学会/情報処理学会 第 22 回情報科
学技術フォーラム (FIT2023), H-017, (大阪公立大学, 2023, 9. 6 - 9. 8)[70] 代 美月, 神野 健哉, "重回帰分析による学
習初期状態を活用した画像分類予測", 電子情報通信学会/情報処理学会 第 22 回情報科学技術フォーラム (FIT2023), H-039, (大阪公立大学,
2023, 9. 6 - 9. 8)[71] 高頭 陸, 神野 健哉, "AutoEncoder による計算能力の獲得", 電子情報通信学会 2023 年ソサ
イエティ大会, N-1-2, (名古屋大学, 2023, 9. 12- 9. 15)[72] 石田 遼河, 神野 健哉, "多要素画像データの次元圧縮と再構築", 電子情報通信学会 2023 年
ソサイエティ大会, N-1-3, (名古屋大学, 2023,
9. 12 - 9. 15)[73] 小川 航平, 神野 健哉, "CNN による主観的輪郭線の認識", 電子情報通信学会 2023 年ソサイ
エティ大会, N-1-4, (名古屋大学, 2023, 9. 12- 9. 15)[74] 遠田 海生, 神野 健哉, "深層強化学習を用
いた CNN における畳み込み層のチャネル数の探索", 電子情報通信学会 2023 年ソサイエティ大会,
N-1-6, (名古屋大学, 2023, 9. 12 - 9. 15)[75] 若狭 春輝, 神野 健哉, "対照学習を利用した分割表現の学習に関する検討", 電子情報通信学会 2023 年ソサイエティ大会, N-1-7, (名古屋大学, 2023, 9. 12 - 9. 15)[76] 井波 辰朗, 神野 健哉, "AE を用いた宝くじ仮説におけるサブネットワークの検証", 電子情報通信学会 2023 年ソサイエティ大会, N-1-8,(名古屋大学, 2023, 9. 12 - 9. 15)[77] 横山 賢太, 神野 健哉, "ヒステリシスリザ
バーコンピューティングの学習性能の検討", 電子情報通信学会 非線形問題研究会, NLP2023-45(ワークプラザ岐阜, 2023, 10. 6 - 10. 7)[78] 泉 諒音, 神野 健哉, "Sentence-BERT の画
像生成モデルのデータセットの違いによる潜在変数空間の違いについての調査", 電子情報通信学
会 非線形問題研究会, NLP2023-61 (名護市産業支援センター, 2023. 11. 28 - 11. 29)[79] 代 美月, 神野 健哉, "CNN の潜在変数の分布に関する考察", 電子情報通信学会 非線形問題
研究会, NLP2023-65 (名護市産業支援センター,
2023. 11. 28 - 11. 29)[80] 若狭 春輝, 神野 健哉, "潜在変数空間におけるメトリクスと画像分類精度の関連性", 電子
情報通信学会 非線形問題研究会, NLP2023-99(鳴門教育大学, 2024. 1. 24 - 1. 25)

339

共同プロジェクト研究[81] 外川 宙, 神野 健哉, "周波数ドメインに 研究・非線形ワークショップ 合同研究会, P20
焦点を当てた CNN 特徴抽出の解析", 電子情報通 (東北大学, 2024. 3. 10 - 3. 11)
信学会 非線形問題研究会, NLP2023-104 (鳴門教 [93] 中野 航, 神野 健哉, "言語モデルの構造と学習データの複雑性の関係に関する調査と考察
育大学, 2024. 1. 24 - 1. 25)[82] 鈴木 陸矢, 神野 健哉, "非同期調整セルオ ", 電 子 情 報 通 信 学 会 非 線 形 問 題 研 究 会 ,ートマトンを適用したリザバーコンピューティン NLP2023-122 (東京・機械振興会館, 2024. 3. 13
グの学習性能の検討", 2023 年度電子情報通信学 - 3. 14)
会東京支部学生会研究発表会, 24 (オンライン, [94] 爲ヶ井 大樹, 神野 健哉, "CNN を用いた画像分類タスクにおける特徴量スケーリングの効果
2024. 3. 2)[83] 寺岡 悠一, 神野 健哉, "ガウス過程の学 と検証", 電子情報通信学会 非線形問題研究会,
習の高速化手法の検討", 2023 年度電子情報通信 NLP2023-133 (東京・機械振興会館, 2024. 3. 13
学会東京支部学生会研究発表会, 25 (オンライン, - 3. 14)[95] 大和田 拓海, 神野 健哉, "局所領域に注目
2024. 3. 2)[84] 横山 賢太, 神野 健哉, "ヒステリシスリザ した拡散モデル生成画像検出", 電子情報通信学
バ―コンピューティングの内部設計と性能向上", 会 非線形問題研究会, NLP2023-140 (東京・機械
2024 年電子情報通信学会総合大会, N-1-12 (広島 振興会館, 2024. 3. 13 - 3. 14)[96] 髙橋 知里, 神野 健哉, "特徴抽出器の Zero大学, 2024. 3. 5 - 3. 8)[85] 代 美月, 神野 健哉, "深層学習における潜 shot クラス分離度", 電子情報通信学会 非線形問
在空間の可視化とその解釈", 2024 年電子情報通 題研究会, NLP2023-147 (東京・機械振興会館,
信学会総合大会, N-1-14 (広島大学, 2024. 3. 5 2024. 3. 13 - 3. 14)- 3. 8)[86] 若狭 春輝, 神野 健哉, "CNN の画像分類における特徴空間の学習に関する検討", 2024 年電 (2) 成果リスト（謝辞なし）
子情報通信学会総合大会, N-1-21 (広島大学, なし
2024. 3. 5 - 3. 8)[87] 泉 諒音, 神野 健哉, "画像生成モデルを用いた画像変化による潜在変数空間の調査", 2024
年電子情報通信学会総合大会, D-12A-22 (広島大学, 2024. 3. 5 - 3. 8)◌ྵ[88] 鈴木 一華, 神野 健哉, "CNN を用いた空食器の認識および検出", 東北大学電気通信研究所
共同プロジェクト研究・非線形ワークショップ
合同研究会, P12 (東北大学, 2024. 3. 10 - 3.
11)[89] 森下 夏妃, 神野 健哉, "CNN における主観的感情と音楽の分類に関する検証", 東北大学電気通信研究所 共同プロジェクト研究・非線形ワ
ークショップ 合同研究会, P13 (東北大学, 2024.
3. 10 - 3. 11)[90] 友井 稜真, 神野 健哉, "コサイン類似度とFrechet Distance を用いた VGG モデルの調査",
東北大学電気通信研究所 共同プロジェクト研
究・非線形ワークショップ 合同研究会, P14 (東北大学, 2024. 3. 10 - 3. 11)[91] 若狭 春輝, 神野 健哉, "画像分類における特徴空間のメトリクスに関する学習", 東北大学
電気通信研究所 共同プロジェクト研究・非線形ワークショップ 合同研究会, P19 (東北大学,
2024. 3. 10 - 3. 11)[92] 外川 宙, 神野 健哉, "畳み込みニューラル
ネットワークにおける内部動作の解釈に関する検討", 東北大学電気通信研究所 共同プロジェクト340

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/B11

研究課題名
アファンタジア（aphantasia）に関する心的イメージ情報処理特性の検討[1］研究組織
研究代表者：
髙橋 純一 （福島大学人間発達文化学類）
通研対応教員：坂本 修一 （東北大学電気通信研究所）
研究分担者：
齋藤 五大 （東北大学電気通信研究所）
安永 大地 （金沢大学歴史言語文化系）
大村 一史 （山形大学地域教育文化学部）
杉村 伸一郎（広島大学人間社会科学研究科）
行場 次朗 （尚絅学院大学総合人間科学系）
堀川 友慈 （NTT コミュニケーション科学基礎研究所）[2 ]研究期間
令和３年４月～

令和６年３月［5］研究成果と波及効果等（ 5-1 ） 研究成 果
オンラインと対面で，①研究者メンバーのミーティング（オンライン），②アファンタジア当事者を交えたミーティング（オンライン），③通研
における研究会（対面）の 3 種類を開催した。
① 研 究 者 メン バ ー の ミ ー テ ィ ン グ （ オ ン ラ イ ン ）2021 年 1 月 24 日 話題提供：堀川脳情報学の観点から話題提供があった。
2021 年 3 月 1 日 話題提供：髙橋
認知心理学の観点から話題提供があった。
2021 年 3 月 16 日 話題提供：安永
心理言語学の観点から話題提供があった。

2021 年 3 月 26 日 話題提供：齋藤[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要“実際の知覚は機能しているが，心的イメージ 触知覚と身体学の観点から話題提供があった。
の形成が難しい特質”をアファンタジア
（aphantasia：Zeman et al., 2015）という。心 2021 年 4 月 19 日 話題提供：大村的イメージは日常生活で多用されている認知機能 認知神経科学の観点から話題提供があった。
であるが，アファンタジア当事者はイメージの共有ができないこと，またエピソード記憶の弱さも 2021 年 5 月 17 日 話題提供：坂本
あって，個人内の思考や行動で不安を感じること 聴覚情報処理の観点から話題提供があった。
がある。しかし，アファンタジアの心理・生理的な特性はほとんど明らかになっていないのが現状 2021 年 6 月 28 日 話題提供：杉村である。本プロジェクトは，アファンタジア研究 イメージ研究の観点から話題提供があった。
を推し進める研究チームの体制作りを目的とした。
2021 年 8 月 23 日 参加者：全員[4]研究計画及び内容
基盤 B の研究計画書について検討した。
2021 年度は，研究組織内の研究者それぞれの専門分野の確認，今後の研究の方向性に関する検 同日 参加者：髙橋・大村・杉村討を行った。また当事者とのやり取りも開始し， 萌芽研究の研究計画書について検討した。
日常生活における当事者の体験を踏まえた研究の2022 年 3 月 24 日 参加者：全員
展開についても検討した。
2022 年度は，アファンタジアの出現率に関し 大規模調査の分析方法と結果について確認した。
て大規模調査の分析を行い，論文投稿を行った。
また当事者の質的データについての分析も行った。 2023 年 4 月 1 日 参加者：全員
2023 年度は，さらに質的データについて収集 基盤 B と萌芽研究の方向性について検討した。
すると同時に，当事者のエピソードをまとめた本
2024 年 3 月 23 日 参加者：全員の出版にも取り掛かかることができた。
基盤 B と萌芽研究の方向性について検討した。
341

共同プロジェクト研究② アファンタジア当事者を交えたミーティング（オンライン）
2021 年 7 月 18 日 参加者：当事者，研究者
感覚に関する主観的体験をお互いに話し合った。
2021 年 11 月 29 日 参加者：当事者，研究者
ウェブデザイン（視認性）について話し合った。
2021 年 12 月 6 日 参加者：当事者，研究者
実際生活の体験の様相について理解を深めた。

（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
プロジェクトの開始（2021 年度）と同時にアファンタジア研究を立ち上げ，当事者との協働体制の構築と拡充も図ることができた。さらに，情報発信のためのアファンタジア研究に関するウェブサイトを構築することができ，多くの当事者から問い合わせを受けるようになった。
ウェブサイトhttps://aphantasia-jp.com/

プロジェクトの 2 年目（2022 年度）から，基盤
2021 年 12 月 29 日 参加者：当事者，研究者
研究 B および挑戦的研究（萌芽）によるアファン
ウェブサイトの設計について打ち合わせを行った。 タジア研究へと展開した。プロジェクト研究が，外部資金の獲得に波及したものと考えている。
2022 年 3 月 26 日 参加者：当事者，研究者
仕事での悩みについて話題を提供してもらった。 ・研究費名
基盤研究 B・配分機関名 福島大学や東北大学など，研究代
2022 年 9 月 24 日 参加者：当事者，研究者
表者，通研対応教員，研究分担
感覚に関する主観的体験をお互いに話し合った。
者が所属する研究機関
・研究期間
2022 年 4 月～2025 年 3 月
2022 年 12 月 10 日 参加者：当事者，研究者
感覚に関する主観的体験をお互いに話し合った。 ・研究費名
挑戦的研究（萌芽）さらに，当事者の日常生活におけるエピソードをまとめた本の出版が決まったため，そのミーテ
ィングも実施した。
2023 年 10 月 14 日 参加者：当事者，研究者
日常生活のエピソードについて理解を深めた。
2023 年 11 月 4 日 参加者：当事者，研究者
日常生活のエピソードについて理解を深めた。
2023 年 11 月 20 日 参加者：当事者，研究者
日常生活のエピソードについて理解を深めた。
2023 年 12 月 16 日 参加者：当事者，研究者
日常生活のエピソードについて理解を深めた。

・配分機関名・研究期間

福島大学，広島大学，山形大学
2022 年 4 月～2025 年 3 月

また，本プロジェクトは，以下のシンポジウム
やワークショップの開催につながった。アファン
タジア研究に関する最新の知見に加えて，当事者の主観的体験やエピソードの共有，教育分野への応用可能性などについて議論がなされた。
・日本認知心理学会第 20 回大会ワークショップ
・2022 年 10 月 15 日
・神戸大学
・およそ 100 名・日本心理学会第 86 回大会自主シンポジウム
・2022 年（オンデマンドによる視聴）

2023 年 12 月 23 日 参加者：当事者，研究者
日常生活のエピソードについて理解を深めた。

・日本イメージ心理学会第 24 回大会シンポジウム
・2023 年 12 月 9 日③ 通研における研究会（対面）・東京
通研では，実験内容に関する研究会を実施した。 ・およそ 30 名
2023 年 8 月 25 日～9 月 3 日 参加者：髙橋・安永・齋藤・坂本・前田（金沢大学の学部生）
アファンタジア当事者を対象とした認知科学や言語学に関する実験について，実験内容や分析方法の議論を行った。アファンタジア研究に興味のある金沢大学の学部生も参加した。

342[ 6 ] ま と めと 今 後 の 課 題
本プロジェクトの遂行によって，アファンタジ
ア研究のチーム作りを行うことができた。さらに
科学研究費を獲得することもでき，アファンタジア研究を本格的に推し進める土台ができた。今後
は，アファンタジアの心理・生理メカニズムに迫るべく，実験的検討に移行する。

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）（論文）
・ Takahashi, J. et al. Diversity ofaphantasia revealed by multiple assessmentsof visual imagery, multisensory imagery,andcognitive
style.
Frontiers
in
Psychology, 14, 1174873, 2023.
（学会発表）
・髙橋純一・他，アファンタジアの心的イメージ
特性：当事者のエピソードから，日本心理学会
第 86 回大会シンポジウム, 2022 年.
・髙橋純一・他，アファンタジアとファンタジア
の相互理解に向けて：心的イメージ論争再考，
日本認知心理学会第 20 回大会ワークショップ，
2022 年．
・髙橋純一，アファンタジアの統御性，日本イメージ心理学会第 23 回大会シンポジウム，2022年．
・髙橋純一 (2022) アファンタジア（aphantasia）
研究の現状と展開, 2021 年度金沢大学認知科学
シンポジウム, 2022 年.
・髙橋純一・他，アファンタジアの出現率とサブタイプに関する調査. 日本認知心理学会第 19回大会, 2022 年.
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果（著書）・髙橋純一・行場次朗（訳）. アファンタジア：
イメージのない世界で生きる，2021 年. 北大路書房. Kendle, A. Aphantasia: Experiences,
Perception, and Insights. Dark River.
（学会発表）
・髙橋純一，知的障害者を対象としたイメージ研
究の概観，日本イメージ心理学会第 24 回大会
シンポジウム，2023 年．
・髙橋純一，アファンタジア研究の現状，第 62回美術教育学会シンポジウム，2023 年．
・髙橋純一・行場次朗（2021）アファンタジア
（心像多様性）の当事者を対象とした単一事例
研究. 東北心理学会第 74 回大会, 2021 年.
・髙橋純一・行場次朗（2021）アファンタジア
（心像多様性）における心的イメージの特徴―
著書「アファンタジア」の当事者エピソードから―. 日本イメージ心理学会第 22 回大会,
2021 年.

343

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R03/B12

研究課題名
持続可能なユビキタスシステムに向けた実証的研究
本研究は，ユビキタスシステムの基盤となる，[1］研究組織
電力，通信，センシング，認識エンジン，サービ
研究代表者：
石田 繁巳（公立はこだて未来大学システ スという 5 つの研究領域を融合し，ユビキタス技
術を持続可能な形で実現するための実証的研究を
ム情報科学部）
行うことを目的としている．5 つの研究領域を融通研対応教員：
合した新たな実証研究の実装をすることは難しい
長谷川 剛（東北大学電気通信研究所）と考えられるため，各研究領域の研究者が行って研究分担者：
いる実証的研究の成果，知見，課題を持ち寄り，
渡邉 拓貴（北海道大学情報科学研究院）
プロジェクト研究会において課題の解決に向けて
高橋 秀幸（東北学院大学教養学部）
議論を行うことで新たな研究提案につなげていく．
和泉 諭（仙台高等専門学校総合工学科）
松井 加奈絵（東京電機大学理工学部理工 ■プロジェクト研究会開催概要
学科）
プロジェクト研究会は，関連する別の研究グル
西尾 理志（東京工業大学工学院情報通信系） ープと合同で各年 1 回ずつ行った．
木谷 友哉（静岡大学大学院総合科学技術 ・2021 年 11 月 26 日(金)〜11 月 27 日(土)於: 東北大学電気通信研究所(ハイブリッド)
研究科情報学専攻）
参加者: 8 名+別の研究グループの研究者 13 名
梶 克彦（愛知工業大学情報科学部）
発表: 21 件
鈴木 秀和（名城大学情報工学部）・2022 年 11 月 18 日(金)〜11 月 19 日(土)米澤 拓郎（名古屋大学工学研究科）
於: 東北大学電気通信研究所(ハイブリッド)
村尾 和哉（立命館大学情報理工学部）
参加者: 8 名+別の研究グループの研究者 11 名
中村 嘉隆（京都橘大学工学部）
発表: 19 件
廣井 慧（京都大学防災研究所）
松田 裕貴（奈良先端科学技術大学院大学 ・2023 年 11 月 17 日(金)〜11 月 18 日(土)於: 東北大学電気通信研究所(ハイブリッド)
先端科学技術研究科）
猿渡 俊介（大阪大学大学院情報科学研究科） 参加者: 9 名+別の研究グループの研究者 15 名
内山 彰（大阪大学大学院情報科学研究科） 発表: 22 件
荒瀬 由紀（大阪大学大学院情報科学研究科）[4]研究計画及び内容
大西 鮎美（神戸大学大学院工学研究科）
本共同プロジェクト研究では他のプロジェクト
中村 優吾（九州大学大学院システム情報と合同で各年プロジェクト研究会を
20〜30 名の科学研究院）
規模で開催し，知見の共有と研究者同士の連携促
神山 剛（長崎大学情報データ科学部）
進を図る予定で研究を進める．関連する複数の分
野の若手研究者が持続可能なユビキタスシステム[2 ]研究期間の実現に向けた様々な話題を持ち寄り，議論を行令和 3 年 5 月 ～ 令和 6 年 3 月
った．具体的には，5 つの研究領域それぞれの観点から持続可能なユビキタスシステムについて議[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
通信技術の発展とともに，あらゆるものがネッ 論し，今後の研究発展や相互連携の推進を目指す．
トワークに接続される世界が実現されつつある．
一方で，誰もが簡単にソフトウェア・ハードウェ ［5］研究成果と波及効果等
アを構築できるようになり，1 つの専門分野だけ （5-1）研究成果
本プロジェクトで得た主な成果は以下である．
ではなく，領域横断的，そして実際にシステムを社会検証し，持続可能な形でシステムを構築する (1) 現実的な環境での通信及びセンシング
省電力センシングとして，内山は Backscatter
実証的な研究が求められている．
344

共同プロジェクト研究

通信によるセンシングを提案した[R7][R15][R44]． に向けたジェスチャ入力を検討している[R20]．
ユビキタスシステムが日常的に利用されるよう鈴木は近接デバイス間通信を位置を気にせずに実現するネットワーキング技術[P1][R11]や通信の になると，システムの利用がユーザにどのような暗号化に関する研究[R37]，光ファイバ通信路の 影響を与えるかを考慮する必要が生じる．立命館
監視技術[R38]などを示した．西尾はカメラを用 大の村尾は，AI による他人の感情推定結果が他いたミリ波通信路の状況予測手法， IoT 機器に 者の感情を認知するときに影響を与えることを明
よ る 分 散 深 層 学 習 手 法 な ど に つ い て 報 告 し た らかにしている[R39]．奈良先端大の松田は，専[R2][R9][R16][R40]．石田は家電操作からユーザ 門知識を持つ人と持たない人がプログラミング学
習をする中でどのような行動の差が生じるのかをを推定する手法を示した[P10][P13]．
現実的なセンシング技術として，梶は参加型セン 調査し，専門知識の有無でプログラミング学習時
シングのセンシング依頼手法[R12]，松田はセン の行動が変化することを示している[R25]．
シングプラットフォーム[R22]を提案した．
（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等(2) ユビキタスシステムの容易な構築・維持
渡邉は，人間の耳を情報通信技術によって拡張
高橋は，災害環境下での SOS 信号送出に用いる
可視光通信による ID 認識技術を提案した．市販 するヒアラブルコンピューティングにおけるセキのカメラを用いた可視光通信では環境光の影響が ュリティに関する研究を考案し，JST さきがけ研
大きく，特に屋外では頑健性が大幅に低下するこ 究領域「IoT が拓く未来」に採択された．
 プロジェクト名: ヒアラブルコンピューティとから，高橋は 2 色の LED を用いて差動変調を施ングにおけるセキュリティ基盤の確立すことで屋外，特に災害環境下でも頑健性の高い
 資金制度，研究費名: JST さきがけ
通信を実現した[R8]．石田はスマートウォッチで
 配分機関名: 科学技術振興機構
取得した心拍データのみを用いてワーク・エンゲ
 研究期間: 2021 年 10 月から 2025 年 3 月
イジメントを推定する手法を提案した[P2]．村尾
神戸大の大西は，人間が疲れたときのセンシン
はヘルメットに取り付けた圧力センサを用いてユ
グ及びその能力の補正に関する研究を考案し，ーザを識別する手法を提案した[R4]．また，生体センサの取り付け位置を推定する手法を提案した JST ACT-X 研究領域「AI 活用で挑む学問の革新と[R13]．梶は BLE ビーコンを用いた車椅子の動作 創成」に採択された．
 プロジェクト名: 疲労時五感の定式化と疲労推定手法を提案した[R10]．大西はヘッドマウン
時能力を AI で補正する五感拡張装置の開発
トディスプレイ（HMD）を用いた仮想現実（VR）

資金制度，研究費名: JST ACT-X
において，サブタイトル情報を 3 次元空間上に配 配分機関名: 科学技術振興機構
置する手法を提案した[R5]．また，PC 作業の一
 研究期間: 2021 年 10 月から 2024 年 3 月
部を身体動作で置き換えることによる運動不足解また，本研究プロジェクトで参加研究者間での消システムを提案した[R14]．渡邉はスマートフ
ォンから離れた位置での手書き作業を非接触で認 連携が進んだ成果として，参加研究者の共著での識する手法を示した[R6]．石田はスマートスピー 論文を多く発表するに至っている．例えば，研究カが置かれている部屋周辺の部屋の間取りを推定 成果[R21][R23][R25][R30][R35]は本プロジェク
トメンバーが連携して発表した共著論文であり，する手法を提案した[P3]．
いずれも査読付きの国際会議，論文誌ジャーナル(3) ユビキタスシステムの実例・検証
中村は，水を飲む際に甘い香りを付けて甘さを 論文である．また，別の研究グループと合同で研感じさせることで砂糖の摂取量を減らす手法を提 究会を開催している効果として別グループの研究
案した[R30]．また，杖を使った高齢者のリハビ 者との連携も進み，研究成果[R22][R37]などの共リテーション支援システムを提案し，杖に取り付 著論文の執筆に至っている．
けた加速度センサによる運動認識手法を示した 前年度までに競争的資金に採択される参加研究者[R21][R23]．村尾は視覚インタフェースによる視 がいた成果として連携研究が促進され，本年度は覚刺激によってユーザの暗記力を向上させる手法 共著での論文発表に至ったと言える．
を提案している[R24]．大西はフィールドホッケ
ーの上達を支援するセンシング及びフィードバッ [6]まとめと今後の課題
本プロジェクトでは，実際にシステムを社会検ク手法を提案した[R32]．
入力インタフェースの研究として，村尾は耳の 証し，持続可能な形で構築する領域横断的な実証
アクセサリやメガネ型デバイスに取り付けた距離 的研究として，多分野の研究者でプロジェクト研
センサを用いたジェスチャ入力[R18][R19]や鼻息 究会を実施し，連携を図った．今後は，一部にとを用いた入力[R34]を提案している．大西はヘッ どまっている強固な連携を，より多くのメンバー
ドマウントディスプレイが普及した際の視点移動 に拡大することが必要である．
345

共同プロジェクト研究[P9][論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）[P1] 酒井恵梨香，池内紀貴，鈴木秀和: 遠隔地にある PAN デバイスとの直接通信を可能とする VPAN システム, 情報処理学会論文
誌 コ ン シ ュ ー マ ・ デ バ イ ス & シ ス テ ム , [P10]vol.11，no.3，pp.12-21(Sep. 2021).
[P2] H. Harashima, Y. Arakawa, S. Ishida,
and Y. Nakamura: Estimating WorkEngagement with Wrist-Worn Heart Rate
Sensors, International Conference on
MobileComputingandUbiquitous [P11]
Networking (ICMU2021), pp.1-6 (Nov2021).
[P3] T. Joya, S. Ishida, Y. Mitsukude, and
Y. Arakawa: Design of Room-Layout
Estimator Using Smart Speaker, EAIInternational Conference on Mobile andUbiquitous
Systems:
Computing, [P12]
Networking and Services (MobiQuitous),
Main Track, pp.1-17 (Nov. 2021).
[P4] B. Dawton, S. Ishida, and Y. Arakawa:
C-AVDI: Compressive Measurement-Based
Acoustic
VehicleDetection
andIdentification, IEEE Access, vol.9, [P13]pp.159457-159474 (Dec. 2021).
[P5] 伊藤太清，神崎映光: 自律移動型 UAV の協
調動作を用いた効率的な探索データ収集
手法，情報処理学会論文誌, vol.63, no.2,
pp.539-548 (Feb. 2022).
[P6] 神崎映光, 坂本大河: UAV 協調型センシン
グにおける残余電力を考慮した動作制御 [P14]
手法, 情報処理学会論文誌, vol.63, no.2,
pp.713-723 (Feb. 2022).
[P7] K. Suda, S. Ishida, and H. Inamura:
User Identification Based on Mouse
Operation
towardAutomatic
Home [P15]
Appliance Configuration, IEEE Global
Conference on Consumer Electronics(GCCE), pp.727–728 (Oct. 2022).
[P8] B. Dawton, S. Ishida, and Y. Arakawa:
C-HAR: Compressive Measurement-Based
Human
Activity
Recognition, [P16]International Workshop on Sensing
Systems and Applications Using Wrist
Worn Smart Devices (WristSense 2023),
in conjunction with IEEE International
Conference on Pervasive Computing andCommunications (PerCom), Atlanta, GA,
pp.576-582 (Mar. 2023).
346

杉本 雄, 内山 彰, Hamada Rizk, 山口 弘
純, Encoder-Decoder Network による WiFi CSI を用いた環境非依存な行動認識手法の検討, 情報処理学会マルチメディア,
分散, 協調とモバイルシンポジウム（ DICOMO2023 ） , pp.1204-1209 (Jul.
2023).
須田 恭平, 石田 繁巳, 稲村 浩, 家電操
作ユーザ推定のためのタッチパネルボタンを用いた特徴量の検討, 情報処理学会
マルチメディア, 分散, 協調とモバイルシンポジウム（DICOMO2023）, pp.963-969(Jul. 2023).
H. Nishi, S. Ishida, T. Murakami, andS. Otsuki: Smartphone Cover-StateClassification via Acoustic Sensing
for Smartphone Search in Indoor
Environments, IEEE Global Conference
on Consumer Electronics (GCCE), Nara,
Japan, pp.430-431 (Oct. 2023).
西 陽也, 石田 繁巳, 村上 友規, 大槻 信
也: 音響センシングによる宅内スマートフォン被覆状態分類の精度向上に向けた
改善, マルチメディア通信と分散処理ワ
ークショップ（DPSWS2023）, pp.144-151(Oct. 2023).
K. Suda, S. Ishida, and H. Inamura:
User Estimation with Touch Panel
Buttons
TowardIn-Home
Activity
Recognition, International Conference
on Mobile Computing and Ubiquitous
Networking (ICMU), full paper, Kyoto,
Japan, pp.180-185 (Nov. 2023).
西 陽也, 石田 繁巳, 村上 友規, 大槻 信
也: 宅内でのスマートフォン捜索に向けた抽象度別接触物体推定手法の初期的検
討 , 情 報 処 理 学 会 全 国 大 会 , 2Y-07,
pp.3:155-156 (Mar. 2024).
Y. Kunieda and H. Suzuki: A Detection
Method of Garbage Collection Statusfrom Sound of Garbage Trucks, IEEE
International Conference on Consumer
Electronics (ICCE 2024), pp.88-93(Jan. 2024).
S. Horisaki, K. Matama, R. Goto, K.
Naito
and
H.
Suzuki:Intercommunication
MethodBetweenLocal Edge Computing Devices Using
QUIC-BasedCYPHONIC,
IEEE
International Conference on Consumer
Electronics (ICCE 2024), pp.94-99(Jan. 2024).

共同プロジェクト研究[P17] Y. Yamaguchi, V. Erdelyi, A. Uchiyama,
T. Higashino: A Preliminary Study on
Angle of Arrival Estimation by MUSIC
Algorithm Using Backscatter Tags, inProceedings of 1st International
Workshop on Pervasive Wireless Sensing
and Edge Computing (WiSense 2024)(Mar. 2024).
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果[R1] M. Sumiya, K. Ashihara, H. Watanabe, T.
Terada, S. Hiryu, and H. Ando:
Effectiveness of Time-varying Echo
Information
forTargetGeometry
Identification in Bat-inspired Human
Echolocation, PLOS ONE, vol.16, no.5,
pp.1–19 (May 2021).
[R2] T. Nishio, Y. Koda, J. Park, M. Bennis,
K.
Doppler:
When
Wireless
Communications Meet Computer Vision in
Beyond5G,IEEE
Communications
Standard Magazine, vol.5, no.2, pp.7683 (June 2021).
[R3] L. Wang, H. Gjoreski, M. Ciliberto, P.
Lago, K. Murao, T. Okita, D. Roggen:Three-year Review of the 2018-2020 SHL
ChallengeonTransportation
andLocomotion Mode Recognition from
Mobile Sensors, frontiers (Sep. 2021).
[R4] A.
Fujii,
K.
Murao:
User
Identification Method based on Head
Shape using Pressure Sensors embedded
in a Helmet, Journal of Information
Processing, vol.2021, no.29, pp.610619 (Oct. 2021).
[R5] Y. Shimizu, A. Ohnishi, T. Terada, and
M. Tsukamoto: Gaze-Adaptive Subtitles
ConsideringtheBalanceamong
Vertical/Horizontal and Depth of Eye
Movement,
Proc.
of
the
IEEE
International Symposium on Mixed andAugmented
Reality(ISMAR2021),
pp.137-142 (Oct. 2021).
[R6] A. Ogura, H. Watanabe, M. Sugimoto:Device-Free
Handwritten
Character
Recognition Method using Acoustic
Signal, Journal of Robotics andMechatronics (JRM), vol.33, no.5,
pp.1082–1095 (Oct. 2021).
[R7] T.
Higashino,A.
Uchiyama,
H.
Yamaguchi, S. Saruwatari, T. Watanabe,
and T. Masuzawa: A New Problem Setting

[R8]

[R9]

[R10]

[R11]

[R12]

[R13]

[R14]

[R15]

for
MobileRobots
BasedonBackscatter-Based Communication andSensing, in Proceedings of SSS (Oct.
2021).
N. Yokota, H. Yasaka, K. Sugiyasu, H.
Takahashi:
Improving
Detection
Tolerance of Visible Light IDs with
Two-Color
Differential
Detection
Scheme, Proc. of the 2021 IEEE 10th
GlobalConferenceonConsumerElectronics (GCCE 2021), pp.878-879(Oct. 2021).
S. Itahara, T. Nishio, K. Yamamoto:
Packet-Loss-Tolerant Split Inference
for Delay-Sensitive Deep Learning in
Lossy Wireless Networks, Proc. IEEE
Globecom (Dec. 2021).
Y. Ogane, Y. Enokibori, K. Kaji:Monitoring Wheelchair Users in Care
Facilities with BLE Beacons Attached
to Wheels, International Conference on
MobileComputingandUbiquitous
Networking (ICMU2021) (Nov. 2021).
E. Sakai, N. Ikeuchi, and H. Suzuki:
Demo: Integration of Different Remote
Personal Area Networks with VPAN
System,The
13th
International
Conference on Mobile Computing andUbiquitous Network (ICMU2021), pp. 12 (Nov. 2021).
N. Miyagawa, R. Tsuchimoto, S. Suzaki,
K. Kaji: Building a Crowdsensing
Platform Based on Spatio-temporal
Fencing, The Fourth International
Workshop on Mobile Ubiquitous Systems,
Infrastructures, Communications andApplications (MUSICAL 2021 Fall) (Nov.
2021).
K. Yoshida, K. Murao: Load Position
Estimation Method for Wearable Devices
Based on Difference in Pulse Wave
Arrival Time, MDPI Sensors, vol.22,
no.3, 1090 (Jan. 2022).
清水裕介, 大西鮎美, 寺田 努, 塚本昌彦:
DeskWalk: パソコンを利用した作業時のキー入力を身体動作で置き換えることによる運動不足解消システム, 情報処理学会 論 文 誌 , vol.63, no.2, pp.468-481(Feb. 2022).
Y. Nakagawa, T. Maeda, A. Uchiyama, and
T. Higashino: BAAS: Backscatter as a
Sensor for Ultra-Low-Power Context
347

共同プロジェクト研究

[R16]

[R17]

[R18]

[R19]

[R20]

[R21]

[R22]

[R23]

348

Recognition, Journal of Information
Processing, vol. 30, pp.130-139 (Feb.
2022).
S. Itahara, T. Nishio, Y. Koda, and K.
Yamamoto: Communication-oriented Model [R24]Fine-tuning for Packet-loss Resilient
Distributed Inference under Highly
Lossy IoT Networks, IEEE Access (Feb.
2022).
B. Rokaha, B. P. Gautam, and T. Kitani:
Buildinga
Robust
RTK-GNSS
Infrastructure with Seamless Handover
and a Multipath Detection Approach,International Journal of Informatics [R25]Society (IJIS), vol. 13, no. 3, pp.
115-128 (Mar. 2022).
K. Futami, K. Oyama, K. Murao:
Augmenting Ear Accessories for Facial
Gesture Input using Infrared DistanceSensor Array, MDPI electronics, vol.11,
no. 9, article no.1480 (May 2022).
K. Futami, Y. Tabuchi, K. Murao, T. [R26]
Terada: Exploring Eyeball Movement
Gesture Recognition Method for HandsFree Input using Eyewear with Infrared
Distance
SensorArray,MDPI [R27]electronics, vol.11, no. 10, article
no.1637 (May 2022).
S. Yamazaki, A. Ohnishi, T. Terada, and
M. Tsukamoto: Extensible Neck: A
GestureInput
MethodtoExtend/Contract Neck Virtually in [R28]
Video See-through AR Environment, MDPI
Journal of Sensors, pp. 1–21 (May 2022).
K. Oi, Y. Nakamura, Y. Matsuda, M.
Fujimoto, and K. Yasumoto: Short Stick
Exercise Tracking System for Elderly
Rehabilitation using IMU Sensor, The
2nd International Workshop on Cyber- [R29]Physical-Human System Design and
Implementation (CPHS '22), pp.13-18(May 2022).
Y. Matsuda, S. Kawanaka, H. Suwa, Y.
Arakawa, and K. Yasumoto: ParmoSense:
Scenario-based Participatory Mobile
Urban Sensing Platform with User
Motivation
Engine,Sensorsand [R30]
Materials, vol.34, no.8, pp.3063–3091(June 2022).
K. Oi, Y. Nakamura, Y. Matsuda, M.
Fujimoto, and K. Yasumoto: Inertial
Measurement Unit-sensor-based Short

Stick Exercise Tracking to Improve
Health of Elderly People, Sensors andMaterials, vol.34, no.8, pp.2911-2928(June 2022).
K. Futami, D. Kawahigashi, K. Murao:
Mindless Memorization Booster: A
Method to Influence Memorization Powerusing Attention Induction Phenomena
Caused by Visual Interface Modulation
and Its Application to Memorization
SupportforEnglishVocabulary
Learning, MDPI Electronics, vol.11,
no.14, article no.2276 (July 2022).
K. Watanabe, Y. Matsuda, Y. Nakamura,Y. Arakawa, and S. Ishimaru: How do
Programmers
Use
theInternet?
Discovering Domain Knowledge from
Browsing and Coding Behaviors, The 8thIEEE International Conference on Smart
Data (SmartData '22), pp.605-610 (Aug.
2022).
外谷 新, 木谷 友哉: 高精度衛星測位技術を用いたデジタル道路地図の精度向上と検証, 日本測量協会 応用測量論文集, vol.
33, pp. 3-12 (Aug. 2022).
K. Futami, T. Seki, K. Murao:
Unconscious Load Changer: Designing
Method to Subtly Influence Load
Perception
bySimplyPresenting
Modified
Myoelectricity
SensorInformation, frontiers (Sep. 2022).
K. Shirai, K. Futami, K. Murao:
Exploring Tactile Stimuli from a
Wrist-Worn
Deviceto
Manipulate
Subjective Time Based on the FilledDuration Illusion, MDPI Sensors,
vol.22, no. 19, article no.7194 (Sep.
2022).
K. Futami, N. Hirayama, K. Murao:
Unconscious Elapsed Time Perception
Controller: Exploring Visual Stimuli
Presentation Method to Change andReverse Tendencies of the FilledDuration Illusion on Visual Interface,
IEEE Access, vol.10, pp.109253–109266(Sep. 2022).
D. Mayumi, Y. Nakamura, S. Misaki, Y.
Matsuda, and K. Yasumoto: Aromug: Mugtype Olfactory Interface to Assist in
Reducing Sugar Intake, The 5thInternational Workshop on Computing
for Well-Being (WellComp '22), pp.1-6

共同プロジェクト研究

[R31]

[R32]

[R33]

[R34]

[R35]

[R36]

[R37]

[R38]

[R39]
(Sep. 2022).
C. Chen, T. Nishio, M. Bennis, and J.
Park: RF-Inpainter: Multimodal Image
Inpainting Based on Vision and Radio
Signals, IEEE Access, vol. 10,
pp.110689-110700 (Oct. 2022).
岩本宗大, 大西鮎美, 寺田 努, 塚本昌彦:
圧力センサ付きスティックを用いた聴覚フィードバックによるフィールドホッケ [R40]
ーのプッシュ上達支援システム, 情報処
理学会論文誌, vol.63, no.10, pp.1574–
1582 (Oct. 2022).
Shin Katayama, Shunsuke Aoki, Takuro
Yonezawa, Tadashi Okoshi, Jin Nakazawa
and Nobuo Kawaguchi: ER-Chat: A Textto-Text Open-Domain Dialogue Framework [R41]for
EmotionRegulation,
IEEE
Transactions of Affective Computing,vol.13, no.4, pp. 2229–2237 (Oct.-Dec.
2022).
R. Ogawa, K. Futami, K. Murao: Nasal [R42]
Breath Input: Exploring Nasal Breath
Input Method for Hands-free Input by
using a Glasses Type Device with
Piezoelectric Elements, Journal of
Data Intelligence, Vol. 3, No. 4, pp.
[R43]421-440 (Nov. 2022).
K. Tachibana, Y. Matsuda, K. Isobe, D.
Mayumi, T. Kikuchi, H. Suwa, K.
Yasumoto, and K. Murao: Tongaraas:
Tongs
for
Recognizing
Littering
Garbage with Active Acoustic Sensing, [R44]
The 12th International Conference on
the Internet of Things (IoT '22),
pp.224-230 (Nov. 2022).
清水裕介, 大西鮎美, 寺田 努, 塚本昌彦:
立体映像における奥行き要素に着目した [R45]
視線適応型字幕配置手法, 情報処理学会
論文誌, vol.63, no.11, pp.1666–1678(Nov. 2022).
S. Horisaki, K. Matama, K. Naito, H. [R46]
Suzuki: A Proposal of QUIC-BasedCYPHONIC for Encrypted End-to-End
Communications, The 10th International
Symposium on Computing and Networking(CANDAR 2022), pp. 27-35 (Nov. 2022).
K. Shimizu, H. Suzuki: Proposal for [R47]
Optical Fiber Network Monitoring
System Using IoT Technology, The 10th
International Symposium on Computing
and Networking Workshop (CANDARW 2022), [R48]pp. 421-425 (Nov. 2022).

K. Futami, S. Yanase, K. Murao, T.
Terada: Unconscious Other's Impression
Changer: A Method to Manipulate
Cognitive Biases That Subtly Change
Others’Impressions
Positively/Negatively by Making AI
Bias in Emotion Estimation AI, MDPI
sensors, vol.22, no.24 (Dec. 2022).
S. Shimizu, T. Nishio, S. Saito, Y.
Hirose, C. Yen-Hsiu, and S. Shirakawa:
NeuralArchitecture
Searchfor
Improving Latency-Accuracy Trade-offin Split Computing, IEEE GLOBECOM
Workshops (GC Wkshps), pp.1864-1870(Dec. 2022).
S. Ishida, T. Murakami, and S. Otsuki:
Room-by-Room Device Grouping for Putand-Play IoT System, IEEE Global
Communications Conference (GLOBECOM),
pp.4293–4298 (Dec. 2022).
T. Yoshida, K. Kaji, S. Ogiso, R.
Ichikari, H. Uchiyama, T. Kurata, N.
Kawaguchi: A Survey of Ground Truth
Measurement
SystemsforIndoorPositioning, Journal of Information
Processing vol.31, pp.1-6 (Jan. 2023).
M. Okamoto, K. Murao: PPG2EMG:
Estimating Upper-Arm Muscle Activities
and EMG from Wrist PPG Values, MDPI
Sensors, vol.23, no.4, article no.1782(Feb. 2023).
V. Elderyi, K. Miyao, A. Uchiyama, T.
Murakami: Towards Activity Recognition
Using Wi-Fi CSI from Backscatter Tags,
IEEE PerCom 2023 Work in Progress (Mar.
2023).
大鐘勇輝, 榎堀優, 梶克彦: BLE ビーコンを用いた車椅子の自走・介助および活動量の推定手法, 情報処理学会論文誌,
vol.64, no.1, pp.145–157 (Jan. 2023).
角田幸太郎, 大西鮎美, 寺田 努, 加藤 浩,
葛岡英明, 久保田善彦, 鈴木栄幸, 塚本昌
彦: 授業中の表出と集中度に基づく対面
授業と遠隔リアルタイム授業の比較調査,
情報処理学会論文誌, Vol. 64, No. 4, pp.
814-829 (Apr. 2023).
山口駿介, 渡邉拓貴, 杉本雅則: 超音波イ
メージングによる把持物体認識手法, 情報処理学会論文誌, Vol. 64, No. 4, pp.
955–966 (Apr. 2023).
H. Oka, A. Ohnishi, T. Terada, and M.
Tsukamoto:
Systemfor
Detecting349

共同プロジェクト研究

[R49]

[R50]

[R51]

[R52]

[R53]

350

Learner Stuck in Programming Learning,
Sensors, Vol. 23, No. 12, pp. 1–18
(Jun. 2023).
H.
WatanabeandT.
Terada:Transparency Mode of Hearable ReducesYour Spatial Hearing: Evaluation andCancelling Method to Restore Spatial
Hearing, IEEE Access, Vol. 11, pp.
97952-97960 (Sep. 2023).
M. Mizukusa, K. Kaji: Cardiac Massage
Practice Application using Barometerin a Smart Phone and Sealed Bag,
Adjunct Proceedings of the 2023 ACM
International Joint Conference on
Pervasive and Ubiquitous Computing &the 2023 ACM International Symposium
on Wearable Computing, pp.451–456(Oct. 2023).
N. Yokota, H. Takahashi, K. Sugiyasu,
H. Yasaka: Zooming Operation of FMCW
LiDAR: Toward Applications in Rescue,2023 IEEE 12th Global Conference on
Consumer Electronics (GCCE 2023), pp.
181-182, (Oct. 2023).
渡邉澪月, 高橋秀幸: トイドローンの連携による動的な接続切替制御機能の設計と試作, 2023 年度 情報処理学会東北支部研究報告, Vol.2023, pp.1-7 (Jan. 2024).
谷田言, 高橋秀幸: 小型ドローンを用いた屋内自動巡回システムの設計と試作,
2023 年度 情報処理学会東北支部研究報
告, Vol.2023, pp.1-6 (Jan. 2024).

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
R04/B01

採択番号
研究課題名

研究磁性材料の微細構造制御による次世代情報通信システムのための
磁気デバイスの開発[ 1 ］ 研究 組織
研究代表者：
池田 愼治（公立小松大学生産システム科学部）
通研対応教員：石山 和志（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
後藤 太一（東北大学電気通信研究所）
枦 修一郎（東北学院大学工学部）
薮上 信（東北大学大学院医工学研究科）
遠藤 恭（東北大学大学院工学研究科）
小澤 哲也（東北学院大学工学部）
直江 正幸（電磁材料研究所）
室賀 翔（東北大学大学院工学研究科）
山本 健一（琉球大学工学部）
佐藤 敏郎（信州大学工学部）
曽根原 誠（信州大学工学部）
中山 英俊（長野高等専門学校電子制御工学科）
井上 光輝（国立高等専門学校機構）
内田 裕久（豊橋技術科学大学大学院）
中村 雄一（豊橋技術科学大学大学院）
本田 崇（九州工業大学大学院工学研究院）
竹澤 昌晃（九州工業大学大学院工学研究院）
福永 博俊（長崎大学大学院工学研究科）
中野 正基（長崎大学大学院工学研究科）
柳井 武志（長崎大学大学院工学研究科）[2 ]研究期間
令和４年４月～

令和６年３月[ 3 ] 本 プ ロ ジ ェ ク トの 目 的 、 背 景や 概 要
本プロジェクト研究では、アクチュエータ、磁気センサ、各種電磁エネルギー変換素子に代表される「磁気デバイス」を発展させることを目的としている。現在の情報通信技術は、電気自動車や自動運転を代表とするモビリティのインテリジェ

ント化や、IoT のような分散型の情報入出力などの要求に対して、様々な機能や性能向上が求められており、磁気デバイスも様々な役割を担っている。これらの今後の更なる発展のために、材料の特性やその発現の物理的メカニズムを詳細に把握することと、それを踏まえた上で適切に活用するためのマルチスケールな設計開発が必要である。
一方、現在の材料開発およびデバイス応用の分野
においては、その専門性は多岐にわたっており、全容を把握することは容易ではない。この問題の解決のため、近隣分野の研究者との情報交換を促
進し、相互の研究の深化を図る。新型コロナウイ
ルスの影響下では研究情報交換はオンライン形式
が主流となっており、同時多発的に発展的な話題が起きるような機会が減少し、分野横断的に話題が拡がりにくい状況である。そこで本研究では、次の各分野を専門とする研究者を広く集めて研究会を組織した。
１．磁性材料の微細構造の観察・特性評価
２．磁性材料のマルチスケールな構造制御
３．電磁エネルギー変換用磁気デバイス
本プロジェクト研究会を通じて、各研究者の先進的研究の対面形式での発表および討論を通じた学際的な交流を行い、学術的連携の強化を図ることを目的とした。
[4]研究計画及び内容
年に１回、全研究者が集まる形の研究会を開催
し、研究者相互の情報交換および討論を行うことを計画していた。
［5］研究成果と波及効果等（ 5-1 ） 研究成 果
本年度は感染症流行の影響は低下したものの、全研究者が集まる形での研究会の開催が日程的に難しく、開催できなかった。そのため、メールやWeb 会議により研究者間相互の情報交換や討論を個別に実施した。対面形式で実施される学術会議も増加しており、2023 年度には仙台で大規模な国際会議も開催された。そのような場も活用して参加研究者間で直接討論ができる機会もあった。
351

共同プロジェクト研究

本研究会の目的は、細分化されがちな研究分野の枠を超え、隣接する研究領域にも範囲を広げて議論できる場となることである。対面での交流が難しかった時期を含め、人的ネットワークの維持に役立つ結果となった。
（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
研究会の開催という形は取れなかったものの、各研究者間の研究交流は継続的にできており、各研究者の研究活動および交流の活性化に一定の貢献ができたと考えている。
[6]まとめと今後の課題
本プロジェクト研究で対象とする研究分野は、IoT や自動運転、低炭素化などの現在進展が強く求められている分野に貢献するものである。それらのためには、幅広い基礎分野の集合知が必要であると考えており、今後も幅広く研究交流を図ってゆきたい。

[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
・なし(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・ Shinji Ikeda, Aoi Honda, Natsuro Kita:
Fundamental study of Magnetic Particle
Composite Core made by Fused Deposition
Modeling Method, 2023 IEEE Intermag Conf. AR03(2023)352

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号

R04/B03

研究課題名
革新的気相プロセスによるナノ材料創成と高性能デバイス応用
板に固化させるプロセスにおいて熱力学エントロ
ピーの観点からの解析例が報告された．村上氏より気相プロセスのプラズマケミストリーを統計的にスケールフリーで解析する手法が提案された．
通研対応教員：
情報的な手法により複雑な気相プラズマ中の化学佐藤茂雄（東北大学電気通信研究所）
反応過程が予測できる結果が示された．神原氏より熱プラズマ気相プロセスのガス流れを制御して，[2] 当該年度の研究実績の概要
ナノ粒子の凝集過程を制御する実験結果が報告さ本年度は以下のプログラムの研究討論会を東 れた．特にサイクロン流を発生させた渦構造を持
北大学で開催し 30 人以上の参加者のもと情報交 つ特異な反応流れ場で粒径を制御できることが示
換と今後の研究展開について議論した．
された．田中氏からも熱プラズマのナノ粒子生成の最新成果が報告された．交流アーク放電の周波【令和 5 年度 東北大学電気通信研究所共同プロジ 数により粒子の分布を制御できることが示された．
ェクト研究会プログラム】
平山氏より遮断器中の気相プラズマ現象について
日時：2024 年 2 月 27 日(火) 13:30～17:20の報告があった．局所的熱平衡を過程したアーク
会場：東北大学大学院工学研究科 電子情報シス 放電解析について報告された．古閑氏から低温プ
テム・応物系 教育研究実験棟 306A/B
ラズマプロセスにより種子の発芽制御の成果が報
13:30- 14:00 「熱力学と情報学によるプラズマ 告された．プラズマ気相中の多種多様な活性種でプロセス再考」
種子中のメチル基が操作され，化学的反応ネット
酒井道 滋賀県立大学・工学部 ワークを通して植物の生長が変化する可能性が示
14:00 – 14:30 「液滴による空間制御を用いたプ された．
ラズマ材料プロセス」
伊藤剛仁 東京大学大学院・新領域創成研 [3] 今後の研究の推進方策
14:30 – 15:00 「プラズマ化学におけるスケール
革新的気相プラセスの学理構築に向けて学外研
フリー性」
究者との交流が活性化し，様々な気相プロセスに
村上朝之 成蹊大学・理工学部 関する最新結果と解析手法が報告された．熱力学
15:20– 15:50 「プラズマスプレーにおけるナノ 的エントロピーと情報学的エントロピーの両観点
粒子構造化過程の検討」
から議論され，良質な気相プロセスの構築に向け
神原淳 大阪大学大学院・工学研究科 て，統計的に議論することを共通認識とした．来
15:50 – 16:20 「熱プラズマを用いたナノ粒子合 年度も東北大学にて研究会を企画する．具体的に成プロセスの熱力学的検討」
は下記に示すように気相ナノ材料プロセスとそれ
田中学 九州大学大学院・工学研究院 を用いたデバイスに関するテーマで講演を企画し，16:20 – 16:50 「電力用遮断器内アーク放電プラ ナノ材料プロセスの最新動向について議論し、さズマのエントロピー解析」
らに共同研究に発展させる．またデバイス応用に
平山智士 滋賀県立大学・工学部 向けた諸問題と可能性についても広く議論する．
16:50 – 17:20 「プラズマの種子科学への応用」
 気相プロセスを用いたナノ材料生成･制御技
古閑一憲 九州大学大学院・シス情報研究院
術 ナノ材料電子デバイス応用（トランジスタ、酒井氏より気相プラズマプロセスの学理構築に太陽電池）
向けて，プラズマ分布のゆらぎを熱力学的観点と
 ナノ材料イオンデバイス応用（Li イオン電情報学的観点から解析する手法が提案された．エ池、電気二重層キャパシタ）ントロピー解析が重要であることが示された．伊 ナノ材料バイオセンサー、情報通信デバイ
藤氏より気相-液滴プロセスの最新実験結果が報ス応用告された．Au 液滴をインクジェットで供給し基[ 1 ］ 研 究 代 表 者 ・ 通研 対 応 教 員
研究代表者：
内田儀一郎（名城大学理工学部）353

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）【論文】
1. G. Uchida, K. Masumoto, M. Sakakibara, Y. Ikebe,
S. Ono, K. Koga, T. Kozawa,“Single-step
fabrication of fibrous Si/Sn composite nanowire
anodes by high-pressure He plasma sputtering forhigh-capacity Li-ion batteries”, Scientific Reports
Vol. 13, 14280 (2023).
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果【論文】
2. T. Omae, T. Yamada, D. Fujikake, T. Kozawa, G.
Uchida,“Development of nanostructured Ge/C
anodes with a multistacking layer fabricated via Ar
high-pressure sputtering for high-capacity Li+-ion
batteries”, Applied Physics Express Vol. 17,026001 (2024).
【学会発表】
3. Giichiro Uchida, “Property control of Ge and Si
nanostructured films by high-pressure He
sputtering process for next-generation Li ion
battery”, Global Plasma Forum in Aomori, 10.1518, 2023(招待講演）
4. Giichiro Uchida, Kodai Masumoto, “Synthesis of
Si/Sn composite nanowires by using plasma
sputtering process for Li-ion battery anode”,
MRM2023/IUMRS-ICA2023, 12. 11-16, 2023.
5. 益本 幸泰, 花井 稜, 石原 雅之,大前 知輝, 中田 智
久, 丹羽 亮斗,横井 玲音, 内田 儀一郎「RF マグネ
トロンスパッタリング法を用いた Si ナノワイヤ
ーの堆積と酸化膜の Li イオン電池性能への効果」
第 84 回応用物理学会秋季学術講演会，2023 年 9月 19-23 日，熊本．
6.

354

花井 稜, 益本 幸泰, 石原 雅之, 大前 知輝, 中田 智
久, 丹羽 亮斗, 横井 玲音, 内田 儀一「GeSn ナノ
柱状薄膜の構造制御と Li イオン電池負極への応用」第 84 回応用物理学会秋季学術講演会，2023
年 9 月 19-23 日，熊本．

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号

R04/B04

研究課題名
量子物質の制御と機能開拓およびそのデバイス応用[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
松野 丈夫（大阪大学大学院理学研究科）
通研対応教員：深見 俊輔（東北大学電気通信研究所）[2] 当該年度の研究実績の概要
1. エピタキシャル WO2 薄膜を用いた電流-スピン
流変換現象（成果リスト[1]）研究代表者の松野（阪大）らは新規なスピン流
生成源の開拓に向けて、強いスピン軌道相互作用と電気伝導性を有するエピタキシャル 5d2 WO2 の薄膜合成と電流-スピン流変換効率の評価に取り組んだ。強いスピン軌道相互作用を有する 5d 遷
移金属酸化物を用いたスピントロニクス研究は主にイリジウム酸化物を中心として行われてきた。
その理由は、化学的に安定な価数（4+、5d5）と高い電気伝導性をあわせ持つために、デバイス作製に展開しやすいからである。その一方、他の5d 遷移金属酸化物では化学的に安定な価数が 5d0に対応することが多く、そのほとんどは絶縁性を示すためにスピントロニクス特性の探索は困難であった。
反応性スパッタ法を用いて、金属 W ターゲッ
トから W 酸化物薄膜の成膜を行った。WO2 は歪んだルチル構造（単斜晶）をとることから、エピ
タキシャル成長が見込める酸化物基板としてサファイア Al2O3(0001)を選択した。酸素分圧とスパッタ電力（W の供給速度に対応）の制御によって WO2 相の安定化条件を見出した。X 線回折、X
線光電子分光、電気伝導測定による結晶構造、電子状態、電気抵抗率の評価から、ルチル型のエピ
タキシャル WO2(010)薄膜が得られたことを明らかにした。
次に、合成されたエピタキシャル WO2(010)薄膜に対して、スパッタ法により強磁性層である金属 Ni81Fe19（以下 Py）合金を in-situ で成膜し、二層膜 Py/WO2 を作製した。参照試料として二層膜
Py/W を用意した。フォトリソグラフィと Ar ミリ
ングを用いてホールバー型デバイスを作製し、室温下において高調波測定を行うことで、電流-ス
ピン流変換効率を評価した。その効率は、+0.174(WO2)と−0.281 (W)と評価された。WO2 の効率は
W よりは小さいものの、実績のある 5d 遷移金属
Pt や Ta、5d 遷移金属酸化物 IrO2 に匹敵することが分かった。本結果は、WO2 が良いスピン軌道
トルク生成源であることを示しており、イリジウ
ム酸化物のみが知られていた 5d 電子系酸化物ス
ピントロニクス材料に新たにタングステン酸化物を付け加える成果である。
2. Pt/MgFe2O4 二層膜が示すスピンホール磁気抵抗の界面品質効果（成果リスト[2]）スピン流を用いた磁化制御において、非磁性層と磁性層との界面におけるスピン流注入効率の向上は重要である。この効率を定量的に評価するた
めに広く用いられているのがスピンホール磁気抵抗効果（SMR）である。研究代表者の松野（阪大）らは、界面品質とスピン流物性の関係を理解するために、磁性層としてスピネルフェライトの一種である絶縁体 MgFe2O4 に着目した。スピネル
フェライト AFe2O4 は金属イオンの配置や結晶配向により多彩な磁気特性を示し、非磁性金属層とのエピタキシャル界面を形成できることから、二層膜界面を用いたスピン流研究の理想的な舞台となる物質群である。パルスレーザー堆積法でMgO(001)基板上に MgFe2O4 薄膜をエピタキシャ
ル成長させた後に、スパッタ法を用いてスピント
ロニクスの標準非磁性層である Pt を成膜することで二層膜 Pt/MgFe2O4 を作製した。その際、Ptの成膜直前に MFO 表面の真空中アニールを行う
ことによる界面状態の制御を行った。得られた二層膜に SMR 測定を行った結果、アニールを行った試料においてより強い SMR シグナルが観測された。以上の結果は界面品質がスピン流注入効率に影響することを示唆しており、磁性絶縁体を利用したスピントロニクスに資する成果である。
3. ダイヤモンド窒素空孔中心による高感度・広帯域マイクロ波量子センシング（成果リスト[3]）研究分担者の小林（東大）らは、ダイヤモンド
窒素空孔中心に代表される量子センサを用いて量子スピン顕微鏡を開発し様々な物性計測に適用す
355

共同プロジェクト研究

ることを目指している。この手法は幅広い磁場領 [論文、学会発表、および関連成果等]
域・温度領域で適用可能でありサブミクロンスケ (1) 成果リスト（謝辞あり）
ールで磁場や温度の分布を定量的にイメージング [1] Kohei Ueda, Hayato Fujii, Takanori Kida, Masayuki
できる。2023 年度は NV 中心を用いたマイクロ波 Hagiwara, and Jobu Matsuno, “Spin current generationのイメージングに取り組んだ。NV 中心は共鳴周 from an epitaxial tungsten dioxide WO2”, APL
Materials 11, 061125 (2023).
波数 2.87 GHz のマイクロ波に敏感であるため、[2] M. Sugino, K. Ueda, T. Kida, M. Hagiwara, and J.
これを利用してマイクロ波デバイスの評価や磁性 Matsuno, “Effect of interface quality on spin Hall
体中のマグノンの可視化などが可能である。しか magnetoresistance in Pt/MgFe2O4bilayers”, Applied
し共鳴周波数付近以外では測定が難しいという制 Physics Express 17, 013003 (2024).
約があった。そこで新しいプロトコルとして提案 [3] K. Ogawa, S. Nishimura, K. Sasaki, and K.
されたのが AC ゼーマン効果を用いる方法である。 Kobayasahi, “Demonstration of highly sensitive
AC ゼーマン効果とは、マイクロ波照射下で NV wideband microwave sensing using ensemble nitrogen中心の共鳴周波数がわずかにシフトすることを指 vacancy centers”, Applied Physics Letters 123, 214002(2023).
す。我々は広視野顕微鏡とアンサンブル NV 中心[4] Shintaro Nomura, Hideyuki Watanabe, and Satoshi
を用いて、AC ゼーマン効果を用いたイメージン Kashiwaya,“Imagingofhigh-frequency
グに初めて成功した。具体的には、マイクロ波平 electromagnetic field by multipulse quantum sensing
面リングアンテナの周波数応答やオメガ型アンテ using nitrogen vacancy centers in diamond”, Applied
ナ上のマイクロ波振幅の空間分布を広帯域に視覚 Physics Express 16, 086501 (2023).
化した。更に、ダイナミカルデカップリングを導 [5] Hideki Narita, Jun Ishizuka, Daisuke Kan, Yuichi
Shimakawa, Youichi Yanase, and Teruo Ono,
入することで感度を大幅に向上させた。
“Magnetization Control of Zero-Field Intrinsic
Superconducting Diode Effect”, Advanced Materials
35, 2304083 (2023).
[3] 今後の研究の推進方策
2023 年度は久しぶりに対面で研究会を開催できたため、本プロジェクト参加者の間での活発な討議が可能となった。そこでの量子物質の応用展開を目指す議論が上記成果につながった。上に記載した成果以外にも、本プロジェクトを契機として研究者間の交流が活性化し、分数量子ホール系の電荷輸送と熱輸送、スピンモアレエンジニアリ
ング、フォノニック人工構造を用いた共振器マグ
ノメカニクスなどについての議論が進んでいる。
今後はこれらの新しいテーマについても研究を推進し、特にプロジェクト参画者同士での共同研究が成果を挙げられるように注力する。

356(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・・

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R04/B05

研究課題名
次世代無線技術の基盤を構築するためのアンテナ・電磁界解析技術の研究[1］研究組織
研究代表者：
今野 佳祐（東北大学大学院工学研究科）
通研対応教員：末松 憲治（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
羽賀 望（豊橋技術科学大学）
吉田 賢史（龍谷大学）
袁 巧微（東北工業大学）
チャカロタイ ジェドヴィスノプ(NICT)室賀 翔（東北大学）[2 ]研究期間
令和５年４月

研究集会を中心に進める計画となっていた．本共
同プロジェクト研究会は，本年度が 2 年目であったが，前年およびその前年度まで実施していた共
同プロジェクト研究会から継続した開催となっている．研究活動状況の概要は下記の通りである．
【研究会】
第八回 通研共同プロジェクト研究会 -次世代無線技術の基盤を構築するためのアンテナ・電磁界解析技術の研究日時 ：12 月 26 日(月) 13:00～18:00
12 月 27 日(火) 09:00～12:00
会場 ：電気系 1 号館 612 会議室
議題 ：研究内容の共有，進捗報告等

その他，2023 年 8 月には研究会メンバーによるオンラインミーティングが行われ、本年度の共同
プロジェクト研究会の方向性が話し合われた．ま[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
本共同プロジェクト研究会の目的は，アンテナ， た，技術雑誌への連載記事の執筆など，メンバー
電磁界数値解析法，無線電力伝送などの分野にお 同士が連携しての取り組みについても話し合われける新技術の開発や最新の知見の共有を行い，次 た．同年 9 月にはメンバーの羽賀が所属する豊橋技科大を今野と吉田が訪問し、技術的な打ち合わ世代の無線技術の基盤を構築することである．
近年の無線技術における高周波化，大規模化， せを行った．
複雑化といったトレンドを背景として，本共同プ
ロジェクト研究会は以下のような研究テーマをメ ［5］研究成果と波及効果等（ 5-1 ） 研究成 果
インに取り扱うこととした．
本年度は，以下に示す研究成果を得た．
・マルチスケールの電磁界数値解析法の研究
まず第 1 に，2 次元の無限周期構造上にあるア・低周波無線電力伝送用アンテナの電磁界数値解 ンテナの数値解析法を提案し，無限大の周波数選析法
択板上にあるアンテナの数値解析へ応用した．提・ミリ波帯における 3 次元ビームフォーミングア 案法は，数値的に求めた反射係数を用いて無限周
ンテナと整流回路の研究
期構造をモデリングする方法であり，無限期構造
・次世代無線通信のための高機能散乱体の研究を非常に効率的にモデリングすることができる．
・MIMO-WPT システムを用いた無線電力伝送法 本研究成果は，米国電気電子学会の論文誌へ掲載の研究された．
・機能性材料を利用した電磁ノイズ低減の研究
第 2 に，電磁石を用いたリコンフィギャラブル
リフレクトアレーを提案した． 提案したリコン
これらはいずれも近年の無線技術に関する重要 フィギャラブルリフレクトアレーは，無数の反射性の高いテーマであり，これらのテーマに関連し 素子からなり，素子の姿勢を変えることで反射電た研究内容について議論を行った．
界の位相を変え，ビーム方向も変えることができる．反射素子の姿勢は電磁石を用いることにより[ 4 ] 研 究 計画 及 び 内 容
非接触で変えることができる．従来のリコンフィ
本共同プロジェクト研究会は，メンバーによる ギャラブルリフレクトアレーと異なり，反射電界～

令和６年３月357

共同プロジェクト研究の位相を変える移相器が反射素子と非接触にでき 競争的研究資金に応募し採択されている．
るので，移相器の挿入損失がない．本研究成果は，継続中
米国電気電子学会の論文誌へ掲載された．
第 3 に，マイクロ波電力伝送で駆動電力を供給 ・基地局端末間の協調による動的ネットワーク制するワイヤレスセンサネットワークシステムの実 御に関する研究開発 課題ア 高周波数帯 ＩＲ
験的評価について 2023 年夏に札幌で開催された Ｓ の制御技術(課題ア-② 研究分担者 今野 佳
URSI-GASS にて口頭発表を行った．再使用ロケ 祐)
ット実験機の実機を用い，エアロシェルに設けら ・電波資源拡大のための研究開発れている開口部をアルミホイルで覆って電波をと ・総務省
じこめる場合と，開口部を通常運用通りオープン ・2021 年 8 月-2025 年 3 月．にする場合の通信品質と受電電力をそれぞれ測定
・Beyond 5G の電磁環境制御用散乱体の設計し，比較した．その結果窓を閉めると受電電力が上昇し，通信との両立も可能であることを確認で (研究代表者 今野 佳祐，研究分担者 チャカ
きた．今後は機体内部の複雑な伝搬特性について， ロタイ ジェドヴィスノプ)
電力伝送用としての最適性とは何なのか追求して ・科研費 基盤研究(C)・日本学術振興会
いきたい．
・2022
年 4 月-2026 年 3 月．
その他，昨年度学術論文に掲載された波源分布
推定の手法を用いたアンテナの電流分布推定の結果や，負荷インピーダンスを最適化することによるリフレクトアレーの高機能化の研究を行った．
このように，本プロジェクト研究会の枠組みから着実に研究成果が得られている．

[6]まとめと今後の課題
以上のように，本共同プロジェクト研究会では，研究集会やオンラインミーティング，メールベースでの議論などを通して，アンテナ，電磁界数値解析法，無線電力伝送などの分野における新技術の開発や最新の知見の共有を行った．本共同プロ（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
本研究の成果の 1 つである 2 次元の無限周期構 ジェクト研究会のメンバーにより，次世代の無線造上にあるアンテナの数値解析法の研究は，代表 技術の基盤となりうる様々な研究成果が発表され，者が主に取り組んできた研究であるが，この研究 学術論文や国内外の会議，あるいは技術雑誌等の内容は国内外で注目され，国内学会で 1 件のキー 媒体を通して広く共有されている．
本共同プロジェクト研究会は今年度で終了とな
ノート講演，国際学会で 1 件の招待講演を今後実るが，次年度以降は「電磁波工学分野における新施することになっている．
また，本共同プロジェクトの研究会の成果とし しい研究領域の開拓」という新たな共同プロジェて過去に発表された学術論文(K. Konno, Q. Yuan, Q. クト研究会を立ち上げる予定である．新たな共同
Chen, K. Yokokawa, J. Goto, and T. Fukawasa, プロジェクト研究会では，メンバー間の連携を進``Efficient Method of Moments for Numerical Analysis め，電磁波工学分野における重要な研究領域を新of Antennas with Variable Load Impedance,'' IEEE たに開拓することを目的としている．競争的資金
Trans. Antennas Propag., vol. 68, no. 12, pp. 8233-8237, への応募も行い，国際的な連携もさらに進めていDec. 2020.)の内容に関連して，University of Surry く予定である．
の Gabriele Gradoni 教授との共同研究が立ち上がった．共同研究の内容は，米国電気電子学会の学術論文として採択され，近日中に発表予定である．
この共同研究をきっかけとして，国際ワークショ
ップ iWAT2024 (International Workshop on Antenna
Technology 2024)において，Gabriele Gradoni 教授
を代表者の今野が Keynote Speaker として招いたりするなどの交流が進んでいる．
本共同プロジェクト研究会のメンバーを中心として，国内の EMC 関連雑誌での連載記事執筆の計画が進められている．現在は著者による記事の執筆中で，複数回に亘る連載記事として今後掲載予定である．
また，本プロジェクト研究会をベースにして，関連の研究プロジェクトが立ち上がっている．それらの研究プロジェクトに関して，以下のような
358

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
学術論文
・K. Konno, N. Haga, J. Chakarothai, Q. Chen,
N. Nakamoto and T. Takahashi, "A Novel Methodof Moments for Numerical Analysis of Antennas
Over 2-D Infinite Periodic Arrays of
Scatterers," IEEE Trans. Antennas Propag.,vol. 72, no. 1, pp. 50-60, Jan. 2024
・A. Hu, K. Konno, Q. Chen and T. Takahashi,"A Highly Efficient 1-bit Reflectarray
Antenna
Using
Electromagnet-Controlled
Elements," IEEE Trans. Antennas Propag., vol.
72, no. 1, pp. 506-517, Jan. 2024
国際会議発表・S. Yoshida and K. Nishikawa, "Effect of theShielding for Opened Windows of the Reusable
Vehicle Test for 5.8-GHz-Band Microwave Power
Transmission," in Proc. 2023 XXXVth General
Assembly and Scientific Symposium of theInternational Union of Radio Science (URSI
GASS), Sapporo, Japan, pp.1-2, Aug. 2023.
・K. Konno, K. Mochiki and Q. Chen, "Source
Reconstruction Method Using Fourier Transformand Eigenmode Currents," in Proc. 2023 IEEE
International Symposium on Antennas And
Propagation (ISAP), Kuala Lumpur, Malaysia,
pp. 1-2, Oct. 2023.
国内会議発表・佐藤 聖将，今野 佳祐，陳 強，``素子間相互結合を考慮した負荷インピーダンスの最適化とそのリフレクトアレー設計への応用，'' 信学技報，vol. 123， no. 223，AP2023-90，pp. 15-18，
2023 年 10 月．
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
特になし

359

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号

R04/B06

研究課題名
これからの学術集会を考える[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
村山公美（株式会社横浜国際平和会議場）
通研対応教員：北村喜文（東北大学電気通信研究所）

2. ハイブリッド形式の会議運営に対する理解を深めることを目的とした米国・ノースカロラ
イナ州立大学と東北大学 電気通信研究所の共同プロジェクト研究 [3] への調査対象拡大のための協力について、Benjamin WATSON 准教
授と協議。

[1] Net Zero Carbon Events：会議やトレードショー[2] 当該年度の研究実績の概要
本プロジェクトは、コロナ禍を経た時代における の主催者、会議場や展示会場を代表する業界団体
学術集会のあり方について、学術集会の主催者の である UFI、AIPC、ICCA のメンバーで構成されみならず、会場、開催都市、サービス・プロバイ る Joint Meetings Industry Council（JMIC）が主導
ダーなどのサプライヤーからの視点も交え議論し、 し、2050 年の二酸化炭素の排出量実質ゼロの目
学術会議の運営に必要な課題に対処するためのナ 標に向け、各団体がその道筋を表明するイニシア
レッジ・ハブを構築することを目的としている。 ティブ。（https://www.netzerocarbonevents.org/）
1. 当該年については、特に持続可能性の問題に [2] 横浜グローバル MICE フォーラム：株式会社
対する意識の高まりが会議開催に与える影響 横浜国際平和会議場（パシフィコ横浜）が、横浜に焦点を当て、会議運営におけるサプライヤ 市との共催により開催し、国内外の会議業界関係
ー側のサステナビリティへの取り組み状況を 者が集う。第 5 回となる 2023 年は「ビジネスイ
調査し、研究代表者である村山の組織が所属 ベンツのサステ ナブルな歩み」をテーマに約 130する国際的な会議業界団体である国際会議協 名が参加して議論。（https://ygmf.pacifico.co.jp/）
会（ICCA）のネットワークを通じ、下記機[3] Benjamin Watson, チ ェ ン ・ ミ ャ オ,
会に意見交換を行った。
evaluationofnon-verbal(1) 会議業界のトレードショーIMEX（2023 年 5 “Collaborative
communication
solutions”[R05/A14]
月、フランクフルトにて開催）にて ICCA が主導する Net Zero Carbon Events [1] イニシア
[3] 今後の研究の推進方策
ティブの主催者との意見交換。
1. ハイブリッド形式の会議運営に関わる諸課題(2) ICCA 総会（2023 年 11 月、バンコクにて開催）（対面とオンラインのメリットを生かした運の Sharing Hub セッションにて、各会議開催都
用方法、ハイブリッド化に伴い増幅する経費、市との意見交換。
新しいテクノロジー導入とそれが会議の仕様(3) 会議開催地のサステナビリティ戦略およびパにもたらす変化と可能性、平等性やアクセシ
フォーマンスの国際的な評価指標である
ビリティの複雑化）について、主催者と会議
GDS-Index の加盟都市である韓国・高陽のコサプライヤー双方の経験と知見を持ち寄る形
ンベンション・ビューローとタイ国政府コンで、学術集会のあり方や新しい方向性を議論
ベンション＆エキシビション・ビューロー
する機会を研究会として開催し、議論を深め（バンコクおよびソンクラーが GDS-Index にたい。
加盟）のサステナビリティ担当者と共に、第5 回 横浜 グロ ー バ ル MICE フ ォ ーラ ム [2]2. サステナブルなイベント開催などの課題につ（2023 年 12 月開催）の機会に、その取組手
いては、よりサプライヤー側からの情報提供
法、戦略に関してアイデアを共有。また、フが求められる分野であるため、ベストプラク
ォーラム事体を実証の場として、フォーラム
ティスの共有や成果報告などにより、学術集の運営手法にサステナビリティを推進する取会主催者においてサステナビリティが課題と組を導入した。
して認識される土壌を築いていくことも必要
360

共同プロジェクト研究であると感じる。上記、研究会において、問題提起したい。
3.

[R05/A14] “Collaborative evaluation of nonverbal communication solutions” への協力に関しては、村山が所属する会議サプライヤー側のコミュニティ、またアジア・パシフィック
地域に調査対象を拡大して、よりバランスの取れた回答者を得たい。

[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）
・・(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・第 5 回横浜グローバル MICE フォーラム、
SESSION 2「サステナブルな MICE デスティネー
シ ョ ン は 一 日 に し て な ら ず 」（https://ygmf.pacifico.co.jp/）
・RIEC 令和 5 年度共同プロジェクト研究発表会、ポスターセッション「これからの学術集会を考える」

361

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号

R04/B07

研究課題名
視聴覚におけるオブジェクト認知の原理
森川らは，奥行方向に並べた超小型スピーカ
ーによって呈示された音像位置の奥行定位の精度について，頭部の動きが精度向上に寄与するかについて報告した．首を軸にして頭を左右に振る動作により，頭部関連伝達関数（HRTF）の方位によるわずかな違いを手掛かりにして正面にある音像の奥行定位の改善を調べた．その結果，計算上[2] 当該年度の研究実績の概要
本年度は以下の要領で１回の研究会を開催した． よりも短い距離でしか改善が得られなかったと報告した．これに対し，装置環境や実験条件，頭部
日時：2023/12/22-23の動かし方について，意見交換が行われた．
場所：東北大学 電気通信研究所 M401 セミナー室
坂本らは，時系列にたがい違いに変化する高音と低音の連続を，統合された１つの文脈として
12/22(金)知覚するか，２つのストリームとして知覚するか，（〜16:00 電子情報通信学会 HIP 研究会に参加） という現象について，スピーカーの配置と２音の16:30- 岡嶋克典（横国大）「動的視覚情報によっ 周波数の差を様々に組み合わせた条件を調べた．
て生じる疑似粘り感」
２音を呈示するスピーカーを空間的に離して設置
17:30- 森川大輔（富山県立大）「音像距離知覚に した場合に，統合が生じる角度範囲が２音の周波頭部運動が与える影響」
数差により影響されるかを調べた実験について報告した．これに対し，音源の空間位置に関する解12/23(土)像度の方位による違いの影響に関する質問など，
10:00- 坂本修一（東北大）「音圧レベルおよび空 意見交換が行われた．
間位置が聴覚オブジェクトの知覚に及ぼす影響」
栗木らは，同じ視覚刺激を呈示した条件下で，11:00- 栗木一郎（埼玉大）「脳内における色情報 異なる色知覚課題を与えて実験した場合の fMRI
表現の課題依存性」
による脳活動の違いについて報告した．色知覚課
題は２つで，１つは細かな色の差を無視してグルそれぞれ１時間のコマのうち 15-20 分程度の研ープ化するカテゴリー的色知覚の課題，もう１つ
究発表に対し，45-40 分の質疑を行い，各研究か
は細かな色の違いに着目して見え方を評価する課
らオブジェクト認知に関する本質的な示唆を学ぶ題であった．初期視覚野における脳活動は類似度ため，活発な意見交換を行なった．各研究発表とが高く，高次視覚野で脳活動パタンが顕著に変わ質疑の概要は以下の通りである．
ることを報告した．これに対し，２つの色課題に
岡嶋らは，VR に呈示される自身のバーチャルおいて用いられた応答方法（ボタン押し回数）な
ハンドについて，実際の手の動きを変容させる操ど視覚以外の要因が影響している可能性などにつ作で錯覚的な触知覚を生じさせられるかを試みた
いて，質疑討論が行われた．
研究を報告した．例えばマウスポインタの動きを[3] 今後の研究の推進方策
遅らせると触覚的抵抗感を感じるという先行研究
今回の報告の中に，視覚と触質感に関する相互はあるが，力覚系の擬似感覚が多く，質感を変化作用の研究が報告された．また聴覚に関する研究させる擬似触覚は少ない．そこで，VR ディスプの報告では視覚情報による影響の有無などについレイに呈示するバーチャルハンドの動きの制御や，ても議論が行われた．視覚・聴覚に絞った研究報
バーチャルな物体の変形映像を VR に付加するこ告を行ってきたが，例えば味覚との相互作用など，とによって観察者が質感（粘性感など）の違いを
視聴覚以外の感覚との相互作用に関する研究者を知覚するか調べた研究を紹介した．さらに聴覚的招聘することにより，知見の広がりや新たな発見
な手がかりを加えた時に，バーチャルな質感を変を得られるのではないかと考えている．
容できるか，などの質疑応答が行われた．

[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
栗木一郎（埼玉大学大学院理工学研究科）
通研対応教員：坂本修一（東北大学電気通信研究所）362

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）
・有馬隆人, 上野賢一, 栗木一郎. 色カテゴリーとカラーアピアランスの脳内情報処理に対する文字
課題の影響. VISION, 35(3), 120-124, 2023.
・Ichiro Kuriki, Takato Arima, Takeshi Hamano,
Shunsuke Takano, Kenichi Ueno. Task dependentchanges in brain-activity patterns for color perception
in human cortical areas. Neuroscience 2023. November
13, 2023.
・(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・茂木直也、岡嶋克典：指先感の動的視覚情報によって生じる疑似粘り感．映像情報メディア学会
HI 研究会技報、Vol.47, No.35, pp.21-24 (2023-1110)
・森皓治郎, 森川大輔, モクタリ パーハム. 広帯域
雑音の音像距離知覚に頭部運動が与える影響.
日本音響学会 聴覚研究会資料, Vol. 53, No, 7, H2023-72, pp.399-404(2023.11.23-24)363

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号

R04/B08

研究課題名
持続的社会を実現する水上モビリティの要素技術に関する研究[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
末田 航（SenseFoil Pte. Ltd.,）
通研対応教員：北村 喜文（東北大学電気通信研究所）[2] 当該年度の研究実績の概要
前年度までの経過と今年度の活動について
本研究会では発足当初、持続的に離島や中山間部の物流等のインフラを支える無人帆走ドローンに着目していた。そして、並行して酒田市飛島などを協力する立場で実証実験 1を行ってきた。実証実験の結果、自動化等に必要な港湾設
備投資などを考慮すると持続性採算性確保が難しいこと、仮に助成などによって経済的な課題を解決したとしても自動航行技術の投入のみでの地域社会の持続が難しいことが指摘された。
加えて、産業誘致や関係人口増加に資する独自性アピールできるモビリティへの期待から、当事者としての課題解決のアイデアの社会への発信や展開を図るなどの方策の必要性が認識された。そこで今年度の本研究会では、環環 境 に やさしく都市部と山間部のインフラ格差や、障がいの有無などを包摂するモビリティとしてのインクルーシブセーリングに着目し、とりわけ HCIの観点からこれらを実現するための議論をおこなった。
2024 年度共同プロジェクト研究会の実施概要
日時：２０２４年１１月２８日
場所：東北大学電気通信研究所
参加者：
末田 航（SenseFoil Pte. Ltd.,）
北村 喜文（東北大学電気通信研究所）
松本友哉（合同会社とびしま/とびしま未来協議会）
松尾 政輝(筑波技術大学)
坂尻 正次(筑波技術大学)
大西 淳児(筑波技術大学)
三浦 貴大(産総研)(計 8 名)1364

国土交通省「スマートアイランド推進実証調査」

議論テーマ「インクルーシブなセーリング UI/UXについて考える」
ブラインドセーリングの現状と課題:
 議論の焦点は、視覚障害者がセーリングを行う際のセイル操作や空間の把握に関するものであった。
 ブラインドセーリング体験の感覚的側面:
 風や波の音に基づくセーリングの感覚体験についての洞察が共有された。
 議論では、視覚障害者を含めセイラーがどのようにセーリングを感じ、安全に操船を楽しむかが人船一体を考える上で重要であるとの意見が出された。
テクノロジーの活用: ブラインドセイラーが自在に操船し、晴眼者と同時にレースを楽しむ状況の実現のための方法が議論された。
 帆走ドローン技術の操船への応用に関する議論（人船一体）が行われた。
地域コミュニティへの影響:
 インクルーシブセーリングが地域社会に与える影響について議論された。
 視覚障害者を含むすべての人がセーリングに参加できるようにすることの社会的意義について議論された。
 地域格差や障害の有無などのギャップ解消と多様性を受け入れるインクルーシブな取り組みによりコミュニティを強化し、グラント等さまざまな分野のリソース確保を目指すことが議論された。
現状の課題と対応策：
 既存のブラインドセーリングレースシステ
ムについての課題が共有された。
 輻輳した状況での状況把握の難しさが課題。
 対応策として、使用音声を変えることで認
識率や距離がアップする可能性があると提案された。
 対応策として、non-speech 情報と触覚の組み合わせが有効であるという意見が出された。
感覚的ナビゲーションの欠如:
 風向きやセイルの状況を認識する能力はセーリングにおいて重要であるが、現在のノ共同プロジェクト研究

ウハウと技術では視覚障害者に十分なサポ  触覚フィードバックシステムの開発により、視覚障害者がセーリングの環境をより直感ートが提供されていない可能性がある。
的に感じられるようになる（言語的、感覚 対応策として、聴覚・触覚を組み合わせた的な代替・提示手段も検討される）。
感覚的ナビゲーションシステムの開発に焦点を当て、視覚障害者がセーリング中の環 本 研 究 会 参 加 メ ン バ ー の セ ー リ ン グ 体 験 が 必 要
境 を よ り よ く 理 解 で き る よ う な 技 術 の 研 である。
究・開発が進められるべきである。
 セイラビリティ東京等の首都圏の体験会に
 バ リ オ メ ー タ な ど を 参 考 に Sonification,
参加する（場所は若洲か豊洲、冬はオフシ
audification を行う装置が考案されるべきであーズン）。
る。
資金調達とリソースの確保:
 対応策として、グラント申請、パートナー
アクセシビリティの制約:
シップの構築（多様なリソース調達先にア セーリング用具や操船機構のデザインが、クセスするため）を通じて資金とリソース
視覚障害者にとって使いにくい場合がある。
の確保が行う。
 対応策として、ユーザビリティ研究を通じて、視覚障害者向けのセーリング装備や船 関連活動：
体デザインの改善が進められるべきである。 2024 年２月本研究会メンバーがブラインド向け
 客観・主観データの記録及びそれらからの UI/UX の有識者として、セイラビリティ伊勢・セ
ユーザビリティ・UX を評価する方法が検討 イラビリティ Piccola Club・日本セーリング連
されるべきである。
盟などが開催する、ブラインドセーリング向け
 ブラインドセーリングの実態にあった評価 レース支援システム体験会参加した。
方 法 を 考 え る べ き で あ り single caseexperimental design などで実験計画が進められるべきである。
 ユーザと設計者が一緒に開発を進める codesign のプロセスが分析され、まとめられる方法も検討すべきである。
[3] 今後の研究の推進方策
コンピュータ支援セーリング:
 帆走ドローン技術を操船支援に適用し、視覚障害者を含むすべての人に安全に楽しく
セーリング体験を提供する方法の研究開発。
 音や触覚などの感覚的要素を利用した新しいナビゲーションシステムが導入される。
 ブ ラ イ ン ド セ イ ラ ー に と っ て の Sense ofagency の解明（楽しさ、人船一体）が行われる。
感覚的体験の深化に関する研究: 視覚障害者がセーリング中に音、風、波の感覚をどのように経験するかに関する研究が強化される。
 センサー技術やバイオフィードバックを利用して、セーリング時の感覚的体験が解析され、そのデータがセーリング技術の改善に応用される。
図 1 日本セーリング連盟・セイラビリティ団体等が開催
 その結果、視覚障害者の環境認識ノウハウ
し た ブ ラ イ ン ド セ ー リ ン グ 向 け シ ス テ ム 体 験 イ ベ ン トのが晴眼者の初心者の支援にも活用される可 様子(@江ノ島ヨットハーバー 2024/2)
能性がある。
多感覚フィードバックの利用: 視覚以外の感覚（触覚、聴覚）を活用したセーリング体験の提供に関する研究が進め
られる。
365

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・「セイラビリティ伊勢：ブラインド研究者とブラインドセイラーが参加交流するハンザ体験会」
主催：セイラビリティ伊勢・セイラビリティ
Piccola Club, 協賛:スポーツ庁・日本セーリン
グ連盟, 於：江ノ島ヨットハーバー(2024/2)

366

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号

R04/B09

研究課題名
多機能マルチメディア生成に関する研究[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
薗田 光太郎（長崎大学情報データ科学部）
通研対応教員：坂本 修一（東北大学電気通信研究所）

本プロジェクトでは，学外研究者との交流が飛躍的に活性化した．こうした，研究分野の発展を受け，電子情報通信学会情報システムソサイエテ
ィ英文論文誌小特集号 ”Special Section on
Enriched Multimedia – Media technologies
supporting the digital society –“ を企画した．2024 年 3 月投稿締め切り，2025 年 4 月号に掲載される．

[2] 当該年度の研究実績の概要[3] 今後の研究の推進方策
マルチメディアコンテンツの流通において，マルチメディアの多機能化（単一メディアへのコン
テンツの多重化やメディアからのコンテンツマイ
ニング等）の研究・開発が，近年ますますその重要性を増している。本プロジェクトでは，この多機能マルチメディア生成技術に関する，最新技術の動向，セキュリティ保護，知覚特性の発見を共有，討議することを目的として研究を行った。
以下，研究活動状況の概要を記す。
・研究集会，1 回開催，2024 年 1 月 16, 17 日 20 名
参加）
8 件の一般講演と，１件の招待講演を行い，招待講演者１名（情報通信研究機構・王立華主任研究員），学生研究発表者３名，および研究代表者１名に対して旅費の補助を行った．
既存メディアである画像への情報埋込・検出技術に関する研究討議の他，二次利用に基づ
くサンプリング音楽の著作権管理，メールコミュニケーションにおける感情表現機能の付加，Adversarial Examples の検出に関する研究討議を行なった．
また，複数組織が自らのデータを共有せずに，それでいながら全体のデータに対する機械学習を行う「連合学習」について，第一人者である王先生から，プライバシー保護の枠組み，
関連研究や実用化の最新の進展，将来の展望の招待講演を頂いた．
・研究発表会，６回開催，2023 年 5 月，７月，９月，１１月，2024 年 1 月，3 月，各参加者 20 名程度）全 98 件の講演

昨今の生成的 AI のマルチメディア生成は目覚ましく発展し，その生成物の知覚上での弁別はほぼ不可能な段階にある．当研究グループの課題は，
このような生成物の多機能化を先導し，安全性を担保する研究への推進が，ますます重要性を増していると考える．
【別紙】[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）[A1] 廣瀬 万玲, 今泉 祥子, 貴家 仁志, “情報半開示
可能な JPEG ビットストリームレベルの暗号化法,”
信学技報, vol. 123, no. 332, EMM2023-85, pp. 26-31,
2024 年 1 月.
[A2] 中谷 大地, 今泉 祥子, “情報埋込みを用いた可逆な色調制御法の拡張,” 信学技報, vol. 123, no. 332,
EMM2023-86, pp. 32-37, 2024 年 1 月.
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果[B1] 鈴木 悠太, 高嶋 洋一, “二次利用に基づくサン
プリング音楽の著作権管理はどうあるべきか,” 信
学技報, vol. 123, no. 332, EMM2023-80, pp. 1-6, 2024
年 1 月.
[B2] 武田 起樹, 高嶋 洋一, “多要素認証の比較と安全性向上を目指した認証方式の改良,” 信学技報,
vol. 123, no. 332, EMM2023-81, pp. 7-12, 2024 年 1
月.

367

共同プロジェクト研究[B3] 島村 優希, 新見 道治, “EmoEditor のメールコ
ミュニケーションへの応用とスマフォアプリ開発,” 信学技報, vol. 123, no. 332, EMM2023-82, pp.
13-18, 2024 年 1 月.
[B4] 菊地 希歩, 今泉 祥子, “OpenEXR 画像のための圧縮可能な暗号化領域における可逆情報埋込み法,” 信学技報, vol. 123, no. 332, EMM2023-84, pp.
20-25, 2024 年 1 月.
[B5] 角森 健太, 栗林 稔, 舩曵 信生, “JPEG 圧縮由来の歪み信号に基づくフィルタリングを活用した敵対的事例検出手法,” 信学技報, vol. 123, no. 332,
EMM2023-87, pp. 38-43, 2024 年 1 月.
[B6] 瀧脇 大登, 栗林 稔, 舩曵 信生, “パッチ型敵対的ノイズ生成手法における 3D モデルの適用の一考察,” 信学技報, vol. 123, no. 332, EMM2023-88, pp.
44-49, 2024 年 1 月.
[C1] 王 立華, “AI におけるプライバシー保護を強化した連合学習 (Invited Talk),” 信学技報, vol. 123,
no. 332, EMM2023-83, p. 19, 2024 年 1 月.

368

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号

R04/B10

研究課題名
マイクロ波・レーザ SAR の応用研究の要求である2-3 mm の空間分解で検査が行われ、実時間画像表示も可能なことが検証された。
携帯型装置は、小型バッテリ駆動のため、ワイヤレス運転制御可能で、結果はPC上に画像表示される。
ⅱ）フィールド検査：研究所施設および現場での検査に適用された。表面からの深さ 10-60 mmの剥離に対し、波数空間での逆フーリエ変換も併用[2] 当該年度の研究実績の概要
本研究は、電波（マイクロ波）あるいは光 し、三次元表示が可能なことが示された。
（ 赤 外 レ ー ザ ） を 用 い た 合 成 開 口 レ ー ダ 2) 電磁波を用いた計測では、クロスレンジ方向（Synthetic Aperture Radar: SAR）システムを の空間分解がレイリー分解（： NA
様々な分野へ適用し、これまでにないリモート は対物レンズの開口数）で制限されることから、
センシング情報を得ること、及びその原理実証 波長の長いミリ波システムの大きな短所となってを行うことを目的としている。
いる。その問題を解決する一手法として、可視光
本プロジェクトは継続して実施しているが、本 領域で開発されてきたスーパーレンズをミリ波帯
テーマとなっては２年目でであり，以下の研究会 （周波数 100 GHz）で試作した。レンズの集光点を行った。
でのスポット径は 1.3 mm、焦点深度 48 mm が得2023 度東北大学電気通信研究所共同プロジェク られ、薄膜スリットや文字パターンを用い 1.5
ト研究会：令和 6 年 3 月 8 日（ハイブリッド開 mm 幅のイメージング（0.5 ）が検証され、レイ催）、参加者 12 名(現地参加 7 名、オンライン参 リー分解
に対し空間分解の向上が実現
加 5 名)している。
共同プロジェクト研究会では、マイクロ波およ 3) SAR 処理を利用する GPR による地雷検知技術
びレーザを用いた合成開口レーダの研究開発およ 佐藤源之
び災害監視への適用報告など 6 件の報告があった。 GPR による地雷検出に関する現状について報告
以下にいくつかの報告を抜粋し、そのの概要を示 を行った。本 GPR は小型軽量の計測器であり人力す。
で操作可能である。加速度センサを組み合わせる
1) 潮位測定レーダによる潮位測定実験 福岡工大 ことにより、人力による GPR スキャン時の GPR 自近木祐一郎
身の位置を検出し SAR 処理を可能とした。また金昨年度に引き続き、津波の早期検知のための潮位 属検出器も組み合わせて、より高速な地雷の検出
測定レーダの開発および実機適用状況について解 が可能になったことが報告された。
説を行った。今年度はデータの取得日や気象条件、 4) Random Phase Radar for SAR Applications
測定距離や使用帯域幅を変えたときの潮位可観測 元九大 池地弘行
性について調べた。測定距離が遠くなるほど、帯域
新たな変調方式のレーダとして、ランダムな位
幅が狭くなるほどに可観測性が低くなる事象が示さ 相変調のレーダについて、その原理及び利点につれた。
いて報告を行った。反射波の位相のみを連続的に
2) 建築物等ミリ波非破壊検査装置の研究 九大
サンプリングすることにより、ターゲットの距離
間瀬 淳
マイクロ波反射計の建築物壁面検査装置の開発に に依存しない測定が可能であることがコンピューついて紹介があった。内容は、以下の二つに分類 タシミュレーションにより確認できたとの報告が
あった。
される。
ⅰ）システムのハードおよび信号処理アルゴリズ 5) 2 ドローン SAR 開発の現状 樋口拓真（福工大）ム：周波数30-50 GHzのミリ波を用い、外壁タイ
ドローンに搭載が可能な 80GHｚ帯レーダ開発の現ルなどの裏面の剥離検査に適用されている。当初[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：近木 祐一郎（福岡工業大学工学部）
通研対応教員：八坂洋（東北大学電気通信研究所）369

共同プロジェクト研究

状について報告された。レーダは自動車用のミリ波レーダおよび自身の位置の測定法としてキネマティック
ＧＰＳ使用の可能性が示された。
6) レーザ SAR による近距離物体可視化の研究
近木 祐一郎、 (福工大)
本研究グループにより開発したレーザ SAR により、レンジ 20m くらいまでは微小物体の可視化ができることは既に報告されたが、ハードウェア改
修によりレンジ数ｋｍになる技術について提案および議論を行った。反射光をファイバー端に導く
光学系設計が現状の課題であり、それを受信面積の大きなビデオディテクタ上に反射光と参照光をみちびくことで直接検波する方法が適用できる可能性について議論した。

[3] 今後の研究の推進方策
様々な帯域のマイクロ波レーダのみならずレーザを利用した共通するハードウェア技術や解析処理技術で特徴ある情報が取得できつつある状況であり技術が発展的に開発されてきた。より実践的な適用例も複数報告されており、工学的技術が研究分野だけではなく社会的貢献するまでに発展した。共同研究者間で引き続き連携をとりながら技術的価値を高めていきたい。

[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）
・近木祐一郎、間瀬 淳, “レーダによる近距離
海面の潮位測定検証実験”, 電子情報通信学会総合大会、3 月 5 日、広島大学(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果

370

共同プロジェクト研究

RIEC Nation-wide Cooperative Research Project
Research Implementation Report（（FY2023））
Grant No.

R04/B11

Title
An Inter-presonal Dimension on MA: Behavior, Physiology, and Engineering[1] Principal Investigator(PI)・・Research
Collaborator of RIEC
PI：TSENG Chia-huei (RIEC)
Project Member List:
Line Ho
Hsin-Ni Ho
Shoko Kashima
Chico Katsube
Doris Chowseven basic emotions with whole-body movements in a
motion capture lab. For each emotion, actors perform
three self-created scenarios that cover a broad range ofreal-life events to elicit the target emotion within 2-5
seconds.

[2] Summary of Research Results for the Year
The Japanese concept/character MA (間),commonly translated as gap, interval, or the inbetween, partakes in many forms of Japanese arts (e.g.
architecture, tea ceremony, dance), sports (e.g.
Japanese wrestling, fencing, martial arts), and daily
life practices (e.g. speaking, walking, to social
interaction). There is a recent calling to attend to the“interpersonal dimension of MA”, and we intend toform an interdisciplinary research team to apply
research techniques from psychology, neuroscience,engineering, and humanities to conceptualize andquantify this rich cultural concept.
We proposed to understand MA is not as
being outside, as an empty space or silence, but within
us (individually and collectively), experienced as acertain quality of attention or perceptual mode
highlighting the anticipation of action (a-tension). Our
research group took diverse approaches to connect thisnew endeavor with other better established fields suchas non-verbal communication, computer-humaninteraction, and cultural influences on perception andcognition.
This year, we studied this topic from the body
movements and how the spatial-temporal relations
inform us about various social signals. Most current
databases for bodily emotion expressions are created inWestern countries, resulting in culturally skewed
representation. To address the obvious risk this bias
poses to academic comprehension, we attempted to
expand the current repertoire of human bodily emotions
by recruiting Asian professional performers to wear
whole-body suits with 57 retro-reflective markers
attached to major joints and body segments and express

A new group of participants was invited to judge what
emotional category they perceived from the extracted
biological motions (point-light displays with 18 or 58
markers). The results indicate that the emotion
discrimination accuracy was comparable to other
Western databases that contain fewer performance
scenarios. The encouraging result provides the first stepto establishing a database for under-represented culturalgroups in our research community.

We have collected novel data on the Asian body
movement of emotional expressions. Professional
performers were invited to perform three scenarios for371

共同プロジェクト研究

seven basic emotions (joy, anger, sadness, fear,
contempt, disgust, surprise) and neutral emotion in a
motion capture laboratory. All the performance
scenarios were written by performers based on theirpast experience, effectively leveraging personalized
stimuli to induce desired emotional responses andvarious situations to increase action diversity. In thesubsequent validation experiment, we reduced the
motion capture recordings into point-light displays (18or 58 markers) and invited local participants to judge
the perceived emotions. Data analysis revealed that theemotion discrimination accuracy of this experiment iscomparable to other Western databases that containfewer performance scenarios. We discovered thatcertain emotions (anger and fear) were more
identifiable from body movement, while others(contempt and disgust) were expressed more subtly.

difficult to differentiate during the performance, these
two emotions were not highly confusing for the raters
who watched the point-light movements.
In the neutral category, a Japanese performer createdthe following script: “上司に怒られた (My boss got
angry with me).” Initially, the performer’s
categorization seemed puzzling as the situation appears
more closely associated with fear, anger, or evensadness. From a later interview, however, we learned
from the performer that in the Japanese context where
work culture is dominated by a rigid hierarchy, being
the recipient of a supervisor’s wrath is considered acommon occurrence. People have therefore learned to
be indifferent in such situations. To contextualize thetranslation, we added an extra detail that resulted in “Izoned out when my boss got angry with me.”[3] Future Research Promotion Measures
We applied an innovative emotion stimulation approach(personalized scenarios) to develop the first Asian body
movement database of emotion with the point-light
display. Professional performers provided individual
performing scenaria that are personally relevant withwhole body movements. Our results are promising andencouraging, which provide the first step toestablishing a database for under-represented groups inour research community.
[Papers, Conference
Achievements]

Contempt (21.2%) and disgust (23.7%) are the two
emotions with the lowest accuracy in the current study,
a consistent finding with the past studies (Dittich et al,
1996; Atkinson et al, 2004; Volkova et al, 2014b). Thismay be because these emotions are more subtle as they
are classified with low arousal or are typically
expressed more with facial expressions and less withbody movements. In the context of Asian culture, these
emotions are sometimes held within or concealed asthey concern moral judgment and might be lessdesirable in an environment that highly values social
harmony. A closer look at the error analysis showed thatthese two emotions are highly confusing with theneutral condition (i.e., 40.7% of Contempt and 23.4%
of Disgust), which is probably because of limited body
movement. Some scenarios in the categories ofContempt (e.g., “I witnessed someone running a red
light”; “I sat near someone with disgusting eating
habits”) and Disgust (e.g., “I encountered a person who
had poor hygiene”; “I saw a dirty room”) coincide withneutral scenarios (e.g. walking, standing on the train,
daydreaming, …) in the current study. Interestingly,
although some performers reported in the interview that
contempt and disgust were similar and, therefore,
372

Presentations,

andRelated・Ma, J., Chow, H.M., Hatori, Y., Shioiri, S., & Tseng,
C.H. (2023). Auditory modulation on saccadic
suppression of displacement. Oral Presentation at theSummer Conference of the Vision Society of Japan.
・Chow, H.M., Ma, J., Shioiri, S., & Tseng, C.H.
(2024). The effect of sound on visual stability
perception during saccades. Presentation at theEuropean Conference on Visual Perception, Scotland.
・Fujiwara, K., Cheng, M., Tseng, C.H., Kitamura, Y.
(2023). Reading emotions from bodily movements: The
development of the Motion Unit AI. Journal of
Information Processing.
・Tseng, C.H., Cheng, Miao, Hagashiyama, S.,
Fujiwara, K., Kitamura, Y. (2023) An Asian-based
database for emotional bodily movements. Summer
Meeting of Japanese Vision Society, Japan(2) List of Papers and Conference Presentations(without
Acknowledgements),
andRelated
Achievements(NA)共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号R05/B01

研究課題名
デジタルツイン社会に向けた境界のない無線ネットワークの設計[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
佐藤 光哉（電気通信大学人工知能先端研究センター）
通研対応教員：末松 憲治（東北大学電気通信研究所）[2] 当該年度の研究実績の概要
デジタルツインとは，IoT（Internet of Things）などネットワークを介して現実空間（フィジカル
空間）にある膨大かつ多種多様な情報を収集し，AI（Artificial Intelligence）が担うデータ分析・処理を経て，仮想空間（サイバー空間）に環境を再現する仕組みである．このデジタルツイン社会の基盤技術として，今後ますますの発展が予測される無線通信ネットワークにおいては，超高速・大容量通信にとどまらず，超多数同時接続や超低遅延など多種多様な要求条件で通信を行うことが求められる．さらに，未知である将来のアプリケー
ションで求められる条件にも柔軟に対応していく必要がある．このような大変革期の無線通信ネッ
トワークやその周辺技術においては，これまでの設計技術で主流だったレイヤ構造によるシステム
設計では限界がある．今後は境界のない無線ネットワークの設計のために異なるレイヤ間（クロスレイヤ）の連携技術が必要不可欠であり，その異なるレイヤを俯瞰的に議論できる研究者コミュニティーにおいて研究開発の方向性を長期的視野で議論を行うことが求められる．
本研究課題では，未知である将来のアプリケー
ションの要求にも柔軟に答えられる無線通信プラットフォームを，ハードウェアから信号処理・情報理論に至るまでを統合的に設計するアイデアについて，各研究分野の新進気鋭の若手・中堅研究者を中心としたコミュニティーでの活発な議論を通して精査する．さらに，国内外の若手の無線通信ネットワークならびに周辺技術に関する研究者のコミュニティーのコアを形成し，総務省委託研
究や JST CREST といった大規模な共同研究のための競争的資金の獲得につなげることが目的である．
今年度は 2024 年 2 月 1 日(木) に東北大学電気通信研究所ならびにオンラインのハイブリット開催
にて研究会を実施した．参加人数やプログラムは
以下の通りであった．
〇 参加人数 23 名（うち，現地参加 16 名，オンラ
イン 7 名）〇 プログラム・Communication-oriented
distributed
machinelearning and inference
西尾 理志（東京工業大学）
・無線制御信号によるワイヤレスセンシング
山本 高至（京都工芸繊維大学）
・THz 無線通信のためのディジタル・アナログ信号処理の融合梅林 健太（東京農工大学）
・B5G/6G に向けた宇宙統合ネットワークの課題と取り組み
有吉 正行（NEC）
上記以外にすべての参加者がショートプレゼン（各 3 分程度）を実施した．
[3] 今後の研究の推進方策
本研究プロジェクトは， 国内外の研究者のコミュニティーのすそ野を広げ，今後の無線通信技術の研究開発の方向性を活発に議論することに寄与している．特に，産学の研究者がそれぞれの立場でこれまでの研究成果について議論を行うこと
で，産学が連携して進むべき方向性について，包括的な議論を行うことができた．すでに，本研究により以下の競争的資金獲得につながっているな
ど，成果は出始めている．
(1) 位置情報に頼らない時空間データ解析基盤の創出（JST さきがけ "社会変革に向けた ICT 基盤
強化" 領域，R5 年 10 月～R9 年 3 月末，関係研究者: 佐藤 光哉）
(2) 通信・センシング・学習の融合によるレジリ
エントサイバー空間生成基盤（JST 先端国際共同研究推進事業 “次世代のための ASPIRE”，R6 年 2
月～R9 年 3 月末，関係研究者: 須藤 克弥（研究代表者）, 西尾 理志, 佐藤 光哉）
2024 年度以降も同様の研究会を年 1～2 回開催することを予定している．
373

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）
・(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・Y. Tomimasu and K. Sato, “On Adaptive
Client/Miner Selection for Efficient Blockchain-Based
Decentralized Federated Learning,” IEEE VTC2023Fall, pp.1-6, 2023374

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号R05/B02

研究課題名
Massive Connect IoT 時代の無線通信システムとハードウェアの統合設計[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
亀田 卓（広島大学ナノデバイス研究所）
通研対応教員：末松 憲治（東北大学電気通信研究所）[2] 当該年度の研究実績の概要
本研究会は Massive Connect IoT 時代の無線通信
ネットワークにおいて有限な周波数資源をどのように利活用すべきか，またハードウェア実装をどのように行っていくべきかを，若手研究者ならびに学生が中心となって長期的視野で議論することを目的としている．
今年度は 2023 年 11 月 8 日(水) に東北大学電気通信研究所ならびにオンラインのハイブリット開催にて研究会を実施した．参加人数やプログラム
は以下の通りであった．
〇 参加教員・学生（6 大学・高専，23 名）（現地参加）
・広島大学: 教員 1，学生 2
・東北大学: 学生 4
・大阪大学: 教員 1，学生 4・秋田県立大学: 教員 1
（オンライン参加）
・富山高等専門学校: 教員 1，学生: 8・鈴鹿工業高等専門学校: 教員 1
〇 プログラム
・920MHz 帯 RFID システムにおける LCX アンテ
ナ近傍の金属遮蔽物によるシャドウイングに関する検討
長張 永哉（東北大学）
・QZSS ショートメッセージ SS-CDMA 通信シス
テム ～衛星信号受信誤差の評価～
北 寛登（富山高等専門学校）
・3 次元に分布するユーザのための GF-NOMA における電力レベル選択確率の解析
上田 悠太（大阪大学）
・NOMA を用いた車車間通信における複数ユー

ザの同時送信時のパケット受信率の空間特性
渕上 智貴（大阪大学）
・U2U 通信の信頼性を向上するための飛行高度に対する送信電力の解析
清水 聡真（大阪大学）
・異種の通信要求を持つユーザ群のスループットを最大化させるための複数 ABS の配置
小崎 満稀（大阪大学）
・無線双方向時刻比較技術（Wi-Wi）の時刻同期
オフセットの実測評価
大内 駿輝（広島大学）
・広帯域リアルタイムスペクトラムモニタを用いた多地点同時無線環境把握
畑木 達也（広島大学）
・無線環境把握のための実空間の情報取得の検討
小橋 音徳（富山高等専門学校）
・スマートフォンによる屋内位置推定アプリケー
ション
大川原 和志（富山高等専門学校）
・無線 LAN による屋内位置推定モデルの開発－
ネットワーク更新による屋内位置精度への影響
評価－
砂子阪 裕大（富山高等専門学校）
・RSSI を利用した無線 LAN の位置推定
大谷 祐貴（富山高等専門学校）
・GHz 帯サブ cm サイズのドミノ型共振器を用いた体内埋め込み用無線電力伝送/通信の実現可
能性の研究
脇屋 文彰（東北大学）
・ダイレクトディジタル RF 技術を用いた 20 GHz
帯 DBF 送信機
古内 航紀（東北大学）[3] 今後の研究の推進方策
本研究プロジェクトは，参加した学生が他大学や高専の学生との深い議論が経験できることで，研究者を志す学生を増やすことに寄与すると考えている．これにより，国内外の研究者のコミュニティーのすそ野を広げ，今後の無線通信技術の研究開発の一層の活性化が期待できる．
2024 年度以降も同様の研究会を年 1～2 回開催することを予定している．
375

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）
・赤坂, 大内, 畑木, 亀田, “[技術展示] Wi-Wi を用いた同期 SS-CDMA 通信機能の USRP への実装：多チャネル化の基礎検討,” 信学技報 SR2023-47, Nov.
2023.
・H. Kita, H. Oguma, S. Kameda, N. Suematsu,“Evaluation of Satellite Signal Reception Error by Sky
View Factor for QZSS Short Message SS-CDMA
Communication System,” ICTC 2023, Oct. 2023.
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・S. Akasaka, S. Kameda, S. Yasuda, N. Shiga,“Implementation and Evaluation of Synchronized SSCDMA Using Wireless Two-Way Interferometry (WiWi),” ICUFN 2023, July 2023.
・砂子阪, 平田, 小泉, 的場, 亀田, 小熊, “無線 LAN
による屋内位置推定モデルの開発 -ネットワーク
更新による屋内位置精度への影響評価-,” 信学ソ
大 B-17-21, Sep. 2023.
・大川原, 砂子阪, 平田, 亀田, 小熊, “[技術展示] ス
マートフォンによる屋内位置推定アプリケーショ
ン,” 信学技報 SR2023-65, Nov. 2023.

376

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号R05/B03

研究課題名
コヒーレント光・マイクロ波統合型高機能通信・計測システムに関する研究[ 1 ］ 研 究 代 表 者 ・ 通 研対 応 教 員
研究代表者：
井上 崇（産業技術総合研究所）
通研対応教員：廣岡 俊彦（東北大学電気通信研究所）[2] 当該年度の研究実績の概要
2024 年 2 月 29 日に東北大学電気通信研究所の本館において、共同プロジェクト研究会｢コヒーレント光・マイクロ波統合型高機能通信・計測シ
ステムに関する研究｣を開催した。東北大学、産業技術総合研究所、京都大学、NTT、横浜国立大
学、東邦大学、アドバンテスト研究所などから40 名を超える研究者が参加し、2 件の招待講演と７件の一般講演が行われ、光量子関連技術や光アナログ演算による機械学習技術、レーザー位相制
御技術、デュアルコム光源および関連技術、強制モード同期ファイバーレーザー、そして光・無線
融合フルコヒーレント伝送などに関して活発な議論が行われた。
研究会のプログラムを以下に示す。

７．【招待講演】空間・波長並列光アナログ演算による機械学習：中島光雅（NTT）
８．レーザー共振器内での非線形光学効果の補助による広帯域ファイバコム光源：内山竜成・松本匡史・湯本拓実・中嶋善晶（東邦大）
９．任意の光パルスを発生できる高繰り返し強制
モード同期ファイバーレーザー：中沢正隆・吉田
真人・廣岡俊彦（東北大）
１０．光注入同期型キャリヤ周波数変換回路を用いた IF28GHz 帯光・無線融合フルコヒーレント
伝送：白幡晃一・葛西恵介・吉田真人・廣岡俊
彦・中沢正隆（東北大）・東右一郎・小林敏幸（日本電業工作）１１．閉会挨拶[3] 今後の研究の推進方策研究会に参加する研究者間で議論を継続し、高いコヒーレンスを保持した光波とマイクロ波を統合し、広帯域かつ高機能な通信・計測技術に関する研究の将来の方向性を見いだし、先進的な通信、計測システムの確立に貢献することを目指す。

[論文、学会発表、および関連成果等]
１．開会挨拶
２．【招待講演】光量子情報・光量子計測の最近 (1) 成果リスト（謝辞あり）
なしのトピックス：竹内繁樹（京大）
３．長距離間量子もつれ配送に向けたレーザー位
相制御：杉山陽平 1・天木里穂 1・志鷹雄飛 1・都(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
野智暉 1,2・吉田大輔 1,2・長野晃士 1,2・堀切智之
・G. Park et al., “Realization of photon correlations
1,2
・赤松大輔 1・洪鋒雷 1（1 横浜国大、2LQUOM） beyond the linear optics limit,” Sci. Adv. 9, eadj8146
４．デュアルコムファイバレーザーの開発と THz (2023).
域への展開：湯本拓実 1・内山竜成 1・穀山渉 2・ ・T. Tashima et al., “Ultra-broadband quantum infrared
時実悠 3・安井武史 3・松原伸一 4・中嶋善晶 1 spectroscopy,” Optica 11, 81-87 (2024).
（1 東邦大、2 産総研、3p-LED、4JASRI）
・T. Yumoto et al., “All-polarization-maintaining dual５．東邦大学におけるデュアルコム分光計の開 comb fiber laser with mechanically shared cavity
発：武子尚生 1・内山竜成 1・窪田光佑 1・湯本拓 configuration and micro-optic component,” Opt.
実 1・杉山陽平 2・洪鋒雷 2・中嶋善晶 1（1 東邦大、 Continuum 2, 1867-1874 (2023).
2
・K. Shirahata et al., “16 Gbit/s, 256 QAM Optical and横国大）
６．全偏波保持 Figure 8 ファイバレーザによる可 Wireless Linked Fully Coherent Transmission at 28
GHz Using Small Microstrip Antennas,” ECOC2023,
動型デュアルコムシステムの開発：岡田隆典・藤paper Tu.B.4.1.
野昌夫・桜井孝夫・高橋信孝・増田伸（アドバン
テスト研究所）377

共同プロジェクト研究

共 同 プ ロ ジ ェ ク ト 研 究 実 施 報 告 書 （ 令 和 5 年）
採択番号R05/B04

研究課題名
6G に向けたミリ波・テラヘルツ波技術の創成とその応用[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
真田 篤志（大阪大学大学院基礎工学研究科）
通研対応教員：末松 憲治（東北大学電気通信研究所）[2] 当該年度の研究実績の概要
本プロジェクトは、次世代 6G 通信システムの実現のためのミリ波帯・テラヘルツ波帯のデバイ
ス、回路、システム、計測に関するハードウェア
基盤技術の課題を議論し、研究開発の方向性を明らかにすることを目的とし、6G システムの実現に向けてどのようなミリ波帯・テラヘルツ波帯の技術がキーとなりうるのかを検討し、それら技術の現状把握と課題の明確化、課題解決のための方法論を議論する。このため、令和 5 年度は共同プ
ロジェクト研究会を開催した。開催概要は以下の通りである。
日時: 2024 年 3 月 11 日(月) 13:30-17:40
場所: 東北大学電気通信研究所 本館 1 階オープン
セミナールーム
プログラム:
13:30-13:40 研究代表者あいさつ（大阪大学大学
院基礎工学研究科 真田 篤志 教授）
13:40-15:10 Jae-Sung Rieh 先生（コリア大学 教授）Special talk:「Integrated Electronics Towards True
Terahertz」
15:10-15:30 コーヒーブレイク
15:30-16:30 山中宏治様 （三菱電機情報技術総合研究所 マイクロ波技術部 部長）「Evolution of GaN high frequency devices for 6G」
16:30-17:30 末松 憲治 先生 (東北大学電気通信研究所 教授)「Proposal for Millimeter-Wave LEO Constellation
Satellite Communication」
17:30-17:40 ラップアップ・次回研究会について
参加者（12 名）:
大阪大学 真田篤志、東北大学 末松憲治、岡山県立大学 大久保賢祐、東京情報デザイン専門職大学 岡崎浩司、JAXA 名誉教授 川崎繁男、国士館
378

大学 九鬼孝夫、鹿児島大学 西川健二郎、東京都
市大学 平野拓一、東北大学 古市朋之、龍谷大学
吉田賢史、三菱電機 山中宏治、コリア大学 JaeSung Rieh
まず、研究代表者の大阪大学 真田篤志教授の挨拶の後、コリア大学の Jae-Sung Rieh 先生から、「Integrated Electronics Towards True Terahertz」と題してご講演頂いた。100 GHz ～ 数 THz のサブ
テラヘルツ波からテラヘルツ波帯における同グループが行っている取り組みが紹介された。この周波数帯の波のエレクトロニクスアプローチとして、ダイオード、トランジスタによる発生、増幅、周波数逓倍、および検波、低倍技術の現状と動向につ い て 議 論 し た 。 ま た 、300 GHz/640 GHz InP
HBT 発 振 器 、700 GHz InP HBT 技 術 や 、300
GHz/600 GHz SiGe HBT ヘテロダイン検波器、Si
CMOS 300 GHz アレー検波技術が紹介され、設計、特性について議論した。更に、300 GHz リアルタ
イムイメージングや 600 GHz トモグラフィイメー
ジングの応用の例も紹介された。
次に、三菱電機山中宏治様より、「Evolution of
GaN high frequency devices for 6G」と題してご講演頂いた。6G 用の GaN デバイスに関する技術が紹介され、将来を見据えたデバイス技術からのボト
ムアップ方式による開発アプローチのコンセプトが議論された。
更に、東北大学電気通信研究所の末松憲治先生
よ り 「Proposal for Millimeter-Wave LEO
Constellation Satellite Communication」と題してご講演頂いた。LEO コンステレーション衛星搭載
用 DBF アンテナ装置のコンセプトと開発例が紹介され、高周波(RF)アナログ回路のディジタル化
技術、衛星搭載用アンテナへの光ファイバ伝送ダ
イレクトディジタル RF 送受信機技術、面分割
DBF アンテナ技術について、現状と課題が議論された。
最後に、参加者全員により、本プロジェクトの運営方法や今後の計画が話し合われた。
これらにより、6G システムに用いられるシス
テムや要素技術の現状と課題について理解する共に、本技術分野の国際的な交流が深まった。

共同プロジェクト研究[3] 今後の研究の推進方策
引き続き、高速・大容量・低遅延・多数同時接続・低消費電力・セキュアな 6G システムを支える基盤要素技術について、その課題や方向性を議論するため、産学メンバーによる研究会を開催する予定である。

[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）
・T. Kawai, “Design of 76GHz-band Rectangular
Planar-Circuit-Type 90-Degree Couplers,” XXXVthURSI General Assembly and Scientific Symposium(URSI GASS 2023), Aug. 2023.
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・Y Kato, M Ameya, M Tezuka, H Kobuke, A Sanada, “220/293 GHz Dual-Band Anomalous Reflectors
Using Higher-Order Diffraction Modes and Their
Precise Characterization Using a Compact Antenna
Test Range System,” IEEE Access, 2023.
・[Invited] K Seki, K Yonemura, Y Kato, A Sanada,“Beam Steering Property of Perfect Anomalous
Metareflectors Using Stretchable Elastic Substrates
for 6G Applications,” 2023 Asia-Pacific Microwave
Conference (APMC), 884-886, 2023.
・Y Maegawa, Y Nakata, A Sanada, “All-dielectriccarpet cloaks with three-dimensional anisotropy
control,” Nanophotonics 12 (13), 2623-2636, 2023
・Y Kato, K Yonemura, K Seki, R Kambara, A Sanada,“Reconfigurable
anomalousreflectors
withstretchable elastic substrates at 140 GHz band,”
Nanophotonics 12 (13), 2527-2535, 2023.
・R Mochizuki, N Shinohara, A Sanada, “Quarterwavelength E‖ H Beltrami cavity resonators,” AIP
Advances 13 (2), 2023.
・[Invited] 関健斗, 真田篤志, “サブテラヘルツ帯完
全異常反射ストレッチャブル RIS,” Microwave
Workshops and Exhibition 2023, 2023 年 11 月 30
日.
・[Invited] 真田篤志, “6G に向けたメタサーフェス
技術の現状と展望,” Microwave Workshops andExhibition 2023 2023 年 11 月 30 日.
・米村一真, 中田陽介, 加藤悠人, 真田篤志, “バラクタダイオードを用いた 28GHz 帯異常反射 RISの 2 次元反射ビーム走査特性 ,” 電子情報通信学会マイクロ波研究会 2023 年 11 月 17 日.
・関 健斗, 米村一真, 加藤悠人, 真田篤志, “6G 応用のための伸縮性基板を用いた 140GHz 帯動的完
全異常反射メタサーフェスの反射特性,” 電子情報通信学会マイクロ波研究会 2023 年 11 月 17 日.
・米村一真, 関健斗, 中田陽介, 加藤悠人, 真田篤志,“バラクタダイオードを用いた異常反射 RIS の 2次元反射ビーム走査,” 2023 年電子情報通信学会
ソサイエティ大会 2023 年 9 月 13 日.

・関健斗, 米村一真, 中田陽介, 加藤悠人, 真田篤志,“伸縮性基板を用いたサブテラヘルツ波帯リコ
ンフィギャラブル完全異常反射メタサーフェ
ス,” 2023 年電子情報通信学会ソサイエティ大会
2023 年 9 月 12 日.
・[Invited] 真田篤志, “6G 無線通信のためのメタサ
ーフェス技術,” 2024 年電子情報通信学会総合大会, BCI-1-02, 2024 年 3 月.
・Hiroya Oshima, Toshio Ishizaki, Takayuki
Matsumuro, “Heat Dissipation Design of Active
Integrated Antenna for 24GHz Wireless Power
Transfer System”, Proc. of 2023 Asia-PacificMicrowave Conference (APMC), December 2023.
・Naohiro Tsujimoto, Toshio Ishizaki, “A Study on
Input/Output Coupling Methods of ConstantAbsolute Bandwidth Tunable Filters”, Proc. of Joint
Workshop TJMW&AWPT 2023, December 2023.
・九鬼孝夫, "ループ形周波数選択面(FSS)の等価回路モデルの検討,", 信学総大, C-2B-05, Mar.
2023.
・Y. Hashimoto, N. Kaneda, K. Komoku and N. Itoh,“Study of 18.2-42.0 GHz Injection-Locked
Frequency Doubler with Transformer Input,” IEICEElectronics Express, Vol.20, No.13, 1–52023. DOI:
10.1587/elex.20.20230107
・N. Tamura, K. Komoku and N. Itoh, “A Study on Kv
and FTR Trade-off for 28-GHz Band VCO with
Variable Inductor Using Switched Resistor,” Theproceedings of Joint Workshop Thailand-Japan
Microwave (TJMW) & Asian Wireless Power
Transfer Workshop (AWPT) 2023, TH2-01,
Bangkok, Dec. 2023.
・M. Miyake, K. Komoku and N. Itoh, “A Study ofLinearity Improvement for 920-MHz FullyIntegrated LNAs Operating in the Moderate
Inversion Region,” Proceeding of Thailand-Japan
Microwave & Asian Wireless Power Transfer
Workshop 2023 (TJMW&AWPT 2023), 303,
Bangkok, Thailand, Dec. 2023.
・伊藤信之, “リッツ線形状を模したスパイラルイ
ンダクタとその VCO への適用に関する検討,”
電子情報通信学会マイクロ波研究会, 2024 年 2月 29 日・田村直渡，小椋 清孝，伊藤 信之，” スイッチト
レジスタを用いた可変インダクタを擁する 28
GHz 帯 VCO の検討,” 2023 年度(第 74 回)電気・
情 報 関 連 学 会 中 国 支 部 連 合 大 会, R23-12-02,
2023 年 10 月 28 日
・三宅充城，小椋 清孝，伊藤 信之，” モデレート
インバージョン領域で動作する低雑音増幅器の線形性改善に関する検討,” 2023 年度(第 74回)電気・情報関連学会中国支部連合大会, R2312-01, 2023 年 10 月 28 日
・辻健介，小椋 清孝，伊藤 信之，” 出力整合回路に並列 LC 整合回路を用いた 1.5/3.0/5.0-GHz 三379

共同プロジェクト研究

帯域同時受信 LNA 回路の検討,” 電子回路研究
会 ECT-23-044，2023 年 7 月 21 日.
・福永祥利, 河合 正, 榎原 晃, “LC はしご形非等電力分配器を用いた 5 方向電力分配器の実験的検討.” 信学技報, vol. 123, no. 115, MW2023-67,
pp. 202-207, 2023 年 7 月.
・M. Fukunaga, T. Kawai, and A. Enokihara,“Compact Five-Way Power Divider Using Unequal
LC-Ladder Dividers with Two Matching
Frequencies,” 2023 Asia-Pacific Microwave
Conference (APMC 2023), WE1-IF, Dec, 2023.
・福永祥利, 河合 正, 榎原 晃, “3.7GHz 帯準集中定数素子型 LC はしご形非等電力分配器,” 信学
技報, vol. 123, no. 319, MW2023-153, pp. 24-28,
2023 年 12 月.
・福永祥利, 河合 正, 榎原 晃, “LC はしご型等/
非等分配・合成器を用いた 5 方向電力分配器の一構成法,” 2024 年電子情報通信学会総合大会，
C-2B-12，2024 年 3 月.
・S. Usui, A. Nagasawa, T. Kawai and A. Enokihara,“A Design Method of an X-band Compact
Wideband In-phase Unequal Divider Utilizing a
Short-circuited Coupled Transmission Line,”
Smart City Workshop 2024 (SCW 2024)，March
2024.

380

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R05/B05

研究課題名
情報環境による行為や感情の増幅・減衰作用に着目する人と情報環境の相互作用に関する研究[ 1 ］ 研究 組織
研究代表者：
中小路 久美代（公立はこだて未来大学情報アーキテクチャ学科）
通研対応教員：北村 喜文（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
山下 直美（NTT）
坂本 大介（北海道大学）
加藤 淳（産業総合研究所）
原田 悦子（筑波大学）
池谷 のぞみ（慶應義塾大学）
上原 一将（生理学研究所）
岡田 猛（東京大学）
清水 大地（神戸大学）
戸原 玄（東京医科歯科大学）
高野 歩 （NCNP）
平野 真理（お茶の水女子大学）
野原 佳代子（東京工業大学）
矢谷 浩司（東京大学）

ることを目指すものである．
[4]研究計画及び内容
提案当初の研究計画としては，東北大学での対面の会議・ワークショップが計画されていた．会
議・ワークショップ開催の事前に，オンラインでの交流会，コミュニケーションを行い，価値観と目的の相互理解の促進に備える．東北大学での対面の会議・ワークショップでは，各研究者からの本研究に関連する各自の研究プロジェクト成果の共有を行なっていただくとともに，会議中に1on1 形式のショートセッションを繰り返し，より具体的な共同研究や人材交流計画の立案を目指
す．会議・ワークショップの開催時期を，大型予算申請提出締切日を考慮した上で設定するなど，大型予算への具体的な申請計画も検討する．

［5］研究成果と波及効果等（ 5-1 ） 研究成 果
本研究プロジェクトの研究グループは，日本学術会議・未来の学術振興構想において，学術の中長
期研究戦略の提案を行った．本提案「情報環境との相互作用で生ずる行為や感情の正負・強弱原理[2 ]研究期間の解明に基づいた人の内在的強靭性を高める機構の実現」は 2023 年 5 月に内定を受け，「グランド
令和 5 年 4 月 ～ 令和 6 年３月
ビジョン 8：超スマート社会における人の能力拡
張 と AI と の 共 生 」 に お い て 採 択 さ れ た ．
[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
複雑・肥大化し続ける情報環境は，人の認知能力 （https://www.scj.go.jp/ja/info/kohyo/pdf/kohyo-25や，人が直接的に経験できる領域を遥かに超えて t353-3-55.pdf）この提案は，1) 人の心理・認知的おり，AI などの先進的情報技術はその流れを強 文脈を考慮した情報環境による行為・感情の増幅
く加速させている．現在の情報環境は人の行為・ 作用モデルの解明，2) 行為・感情の増幅作用の知識の「増幅器」となっており，その傾向は弥増 活用・抑制を実現する分野融合研究を通じた社会している．増幅作用が正に働く場合,多様な知識 展開可能なインタフェース機構，3) 共有化，統の獲得や身体的能力の拡張が可能となり，人の社 一化された実験参加者へのアプローチと実験方法
会的生活に大きな利益をもたらす．しかしながら， 論の確立，の 3 つをグランドチャレンジとし，そ増幅作用が負に働くと,劣っている・欠けてい の解決に向けた研究者ネットワークの構築と技術
る・できないと感じることが過剰に強調され，劣 基盤整備を目指すものであり，本共同プロジェク
等感や精神的な圧力・落ち込みを生じさせうる本 トをさらに発展させる上で重要なマイルストーン
研究では，情報環境による行為・感情の増幅作用 となると期待される．
の正負・強弱が，人の心理・認知的文脈と提示さ本研究プロジェクトでは研究者間の交流を上記れる情報によっていかに決定されるのかを解明す 東北大学でのワークショップに加えて，2023 年 9381

共同プロジェクト研究

月 10 日に研究代表者の所属する公立はこだて未 する情報臨床心理学者という，人の心理的健康と来大学において，ハイブリッド形式でワークショ いう国際的課題に真正面から立ち向かえる 2 種類ップを開催した．本ワークショップでは，各参加 の研究者を育成する．この人材育成と MWI コミュ
者から現在の研究取り組み 10 分程度報告された ニティの構築のため，長期海外派遣，短期海外派
後，研究の今後の展開や参加者間での共同研究の 遣，海外からの招聘を組み合わせた若手研究者の可能性が数十分程度議論され，参加者間の交流を 国際頭脳循環を実施することを目指す．
すでに本提案に関係する研究プロジェクトは動より深められたのみならず，質の高い議論を行う
き出しており，例えば矢谷と山下の間でインターことができた．
さらに，東北大学での活動として，2024 年 2 月 ンシップの形で共同研究が開始されている．この16 日にハイブリッド形式でのワークショップを ほかにも関係者間での具体的な共同研究を 2024
開催した．本ワークショップでは，2023 年 9 月の 年度中に開始できるように準備を進めている．まワークショップからアップデートに加えて，本共 た，今後も同様の大型の共同研究提案に積極的に
同プロジェクトや日本学術会議への提案でも重要 応募してく予定である．
な役割を担っている Japan ACM SIGCHI Chapter の体制や今後の戦略についても議論された．さらに， [6]まとめと今後の課題
後述の 2024 年度の JST ASPIRE に向けた準備が議 本共同プロジェクトによって，日本学術会議に提案した中長期研究戦略に関する具体的な共同研究論された．
計画を，ワークショップを通じて策定することでき，実施へと移行することができた．さらに，（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
本研究プロジェクトの国際的な連携を加速させる JST ASPIRE といった大型の研究予算申請にもつ
べ く ，JST ASPIRE（ ト ッ プ チ ー ム の た め の ながっており，今後も精力的に予算獲得を目指す．
今後は国内での研究コミュニティの更なる醸成
ASPIRE）への応募を目指し，北村，山下，矢谷
で 2023 年 7〜8 月において定期的なオンラインミ に加えて，海外の研究者を含めた研究コミュニテーティングを開催した．結果「AI リテラシー向 ィへの拡張を目指していく．矢谷は Human-AI
上と信頼される AI を実現する人間中心 AI 研究 Interaction に関する国際シンポジウムとして，（代表：北村）」という提案を行った．本提案は， Tokyo-Oulu Joint Symposium on Human-AI
人々の期待と不安が交錯する AI を，安全・安心 Interaction （https://crowdcomputing.net/tohai/） をな形で，世界中の幅広い人々の生活の質向上に確 2023 年 10 月に実施し，当該トピックに関する研実に繋げるために，「人間中心 AI」を設計・実践 究者をフィンランド，オーストラリア，デンマーする研究を，日・米・英・豪国の 8 拠点の世界ト ク よ り 招 聘 し ， 国 際 交 流 を 実 施 し た ． 北 村 はップ研究者グループとの共同研究と頭脳循環で実 RIEC International Symposium on Enriching
Telecommunication and Nonverbal Information
施することを目指したものであった．
本提案は残念ながら不採択となったが，2024 （https://sites.google.com/view/symposium-rich年度に再度公募が行われることとなり，再度提案 telecom-2024jan/）を 2024 年 1 月に実施し，オーを行うこととした．特に研究内容をより先鋭化さ ストラリア，ドイツ，イギリス，中国，台湾の研せるとともに，研究者の体制を見直し，「Mental 究者との国際交流を行なった．それぞれのシンポ
Well-being Intelligence：人の心理的健康に関する ジウムは 2024 年度においても実施予定であり，データ駆動的研究コミュニティ（代表：矢谷）」 今後はさらにこれら 2 つのシンポジウムが連携しという提案を行った．本提案は，人の心理的健康 たイベントなども予定する．
に対する深い理解を定量的・定性的データの複合分析で実現し，ウェルビーイングを支援・促進する情報技術のデータ駆動型研究開発と実社会への展 開 を 目 指 す 「Mental Well-being Intelligence(MWI)」コミュニティ構築を目標とするものである．具体的には，矢谷が既に確立したコンセプ
ト・システムを基盤として，複数の AI エージェ
ントとの対話による人の心理的健康を支援する情報技術研究を推進する．さらに本研究提案を通じて，臨床心理学の素養を備え，心理的健康に対する情報学研究を行う心理健康情報学者と，情報シ
ステムのプロトタイピング能力と定量的データ分
析手法を身につけ，臨床心理の研究と現場で活躍

382

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
Yichao Cui, Yu-Jen Lee, Jack Jamieson, Naomi
Yamashita, Yi-Chieh Lee, “Exploring Effects of
Chatbot’s Interpretation and Self-disclosure on Mental
Illness Stigma” CSCW 2024. Proceedings of the ACM:
Human Computer Interaction (PACM HCI).
Jack Jamieson, Eureka Foong, Naomi Yamashita,“Predicting open source contributor turnover fromvalue-related discussions: An analysis of GitHub issues”
Proceedings of the IEEE/ACM 46th International
Conference on Software Engineering (ICSE’24).
Teale W Masrani, Jack Jamieson, Naomi Yamashita,
Helen Ai He, “Slowing it Down: Towards facilitatinginterpersonal mindfulness in online polarizing
conversations over social media” CSCW 2023.
Proceedings of the ACM: Human Computer Interaction(PACM HCI).
Wataru Akahori, Naomi Yamashita, Jack Jamieson,
Momoko Nakatani, Ryo Hashimoto, Masahiro
Watanabe, “Impacts of the Strength and Conformity ofSocial Norms on Well-Being: A Mixed-Method Study
Among Hybrid Workers in Japan” Proceedings of ACM
Conference on Human Factors in Computing Systems(CHI’23).
Yi-Chieh Lee, Yichao Cui, Jack Jamieson, Wayne Fu,
Naomi Yamashita, “Exploring Effects of Chatbot-based
Social Contact on Reducing Mental Illness Stigma”
Proceedings of ACM Conference on Human Factors in
Computing Systems (CHI’23).
Anran Xu, Shitao Fang, Huan Yang, Simo Hosio, andKoji Yatani. 2024. Examining Human Perception ofGenerative Content Replacement in Image Privacy
Protection. In Proceedings of the CHI Conference on
Human Factors in Computing Systems (CHI '24).
Association for Computing Machinery, New York, NY,
USA, Article 777, 1–16.

383

共同プロジェクト研究

RIEC Nation-wide Cooperative Research Projects Report
Grant No.

R05/B06

Title
Physical / Virtual Presentations[1］Research Organization
PI：DOULIS Mario (Merz Akademie)
Research collaborator of RIEC:
Kitamura Yoshifumi （RIEC）
Research Collaborator:
CHENG Miao (RIEC)TANAKA Masahiro (RIEC)FROHNMAYER Joerg (Merz Akademie)
KVRGIC Jan-Filip (Merz Akademie)[2] Research Period
12 April 2023 to 15 March 2024
[3] Purpose, Background, and Overview of the
Project
Since 2020 we experiment with live video streams invirtual worlds (see one first example here:
https://vimeo.com/488966204 ). The purpose is toallow online meetings directly in a virtual world andto experiment with different use cases to use live
video streams. The aim of the project
PHYSICAL/VIRTUAL PRESENTATION was tocreate a shared virtual world with integrated live video
streams, accessible from geographically dispersed
locations for different kinds of meetings and events. It
can be accessed via a desktop PC environment or
immersive VR environments, such as HMDs.
For Physical/Virtual Presentations we decided to takethe “Emotion Recognition test” carried out within the“E-Motion Unit AI” project of the “Interdisciplinary
ICT Research Center for Cyber and Real Spaces”, as
use case scenario. The shared virtual world allows to
run an expanded version of the original test in VR.
We designed a modular virtual world, existing of two
independent and customizable worlds, connected andaccessible through portals, that transfer the user fromone world to the other.
One world can be used as online meeting space, e.g. to
instruct test persons or test de-briefing, and the otherworld for the user test. We integrated a web-plug-in,that allows to run web-based video conferencing tools
in a virtual world. For desktop PC users we use their
webcam streams as heads of their avatars in the virtualworld (see screenshot next side).

384

The other world is used as user test environment.

On the screenshot one sees the “EmotionDemo”, aunity application developed at RIEC within the “EMotion Unit AI” project, that we have integrated in thevirtual world and optimized for the use with HMDs.
[4] Research Plan and Content
May 2023: We had a first online meeting to discuss
about the following project activities:
Live video (streaming) in VR, shared VR, the design ofthe virtual world, avatar design.
We also discussed to use the “E-Motion Unit AI”
project
as
a
first
use
case
for
Physical/Virtual/Presentaitons.
June 2023: In a second online meeting we presented avideo of our first prototype of a shared virtual world
with live video streaming.
https://vimeo.com/839607432
I (Prof. Mario Doulis) visited RIEC in September 2023.
During my stay I worked on concepts for thepresentation of the virtual world in physical space. I
have also studied actual VR research about topics
connected to the emotion recognition experiment, e.g.
emotional engagement, physical and mental immersion,or emotion enducing VR. The concept for an extended
experiment is described in section 5-1.

共同プロジェクト研究

In a third online meeting with participants of Stuttgart
during the visit, the actual prototype of the virtual world
with live video streaming “MeetSpace”, and the“EmotionDemo” application, developed at RIEC, thatprovides a 3D test environment for the emotion
recognition tests based on avatar animations, were
presented. Concepts for the presentation of the virtualworld in physical space were discussed.
In the fourth online meeting in December 2023, thefinal technical setup of “MeetSpace” and its
documentation were presented and shared.
In February 2024, I stayed at RIEC for a second time totest the shared VR application MeetSpace.
The first day, my colleagues Jörg Frohnmayer and JanFilip Kvrgic in Stuttgart, Germany, and me, met online
for a final test and adaptation of the actual version of
the application. The morning of the second day I met
with BA student Masahiro Tanaka to set up the
hardware and to run the application at RIEC. I then met
Assistant Professor Miao Cheng, where we discussed
the the MeetSpace meeting with Jörg Frohnmayer and
Jan-Filip Kvrigic scheduled for 17pm the same day.
During this meeting, Professor Yoshifumi Kitamura
and Assistant Professor Miao Cheng joined us toparticipate for a live demo of MeetSpace.
The meeting went very well. The integrated live video
streams wer stable and performant. The virtual world
and the avatar animations run fluently. Nevertheless,minor changes have to be done to run MeetSpace
fluently with the oculus quest 2 HMD and input devices.
Other HMDs like Vive pro and HP Reverb worked
properly. The integrated “EmotionDemo “worked
correctly. Last refinements were discussed.
［5］Research Results and Ripple Effects（5-1）Research Results（a) We developed an application (MeetSpace –working title) that integrates live streaming in the crossplatform game engine Unity, using the photon unity
networking package PUN
https://www.photonengine.com/sdks#pun-sdkpununity
for multiplayer services and the agora api for live video
and audio streaming. https://www.agora.io/en/b) We conceptualized and implemented a modular
virtual world that allows users from geographicallydispersed locations to enter one virtual world. The
virtual world exists of two areas: One for thecommunication amongst participating users, and theother one for running user tests in VR.
As a first use case we created a 3D-model of a lab at
RIEC, and a specifically designed area in which we
integrated the EmotionDemo, a unity application
developed at RIEC within the “E-Motion Unit AI”
project. It provides a 3D test environment for theemotion recognition tests based on avatar animations.

c) We implemented and adapted the GUI of
EmotionDemo for the use in an immersive VR
environment using HMDs.
d) Based on the review of actual research papers
concerning VR environments and emotions, wedeveloped a concept for a test series for emotion
recognition tests based on avatar animations, as an
expansion of the existing test carried out within the “EMotion Unit AI” project. This test series includes thefollowing aspects that could influence the error rate ofuser tests:- The appearance of the avatar (e.g. human-like,manakin, point-light display)- The display modality (2D video, 3D virtual world)- The technical environment (desktop PC, VR)- The design of the virtual world (in which the avatar
animations are represented).
It is a series of tests that can be carried out
independently of each other but can still be related toeach other.
（5-2）Ripple Effects and Developmental Potential
The project results allow researchers all over the world
to meet in a shared virtual world for different kinds ofevents, e.g. for presentations or conferences, or online
teaching and learning. The specific design andimplementation of “MeetSpace” also allow researchersto a) run simultaneous user tests from geographicallydispersed locations and b) send an auto-run application
to research partners to run identical user tests
individually. Together with the concept of the extended
emotion recognition experiment, as described below,
the project results have the potential to establish a
structured use of VR in domains like social psychology.
In particular for studying human behaviour in relation
to AI-generated avatar representations.
[6] Summary and Future Challenges
The project showed how interdisciplinary cooperation
amongst designers and scientists can lead to innovative
concepts in general. In the specific case of
Physical/Virtual/Presentations we combined research
related topics with topics concerning science
communication and new forms of online
communication for different areas of application (e.g.
user tests, meetings, or even online teaching andlearning) using Virtual Reality. However, the holistic
approach of the project defines additional areas of work.
Therefore, one of the biggest challenge for future
development of the project results is the integration ofthis kind of concepts into basic research projects as anadditional work package.

385

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R05/B07

研究課題名
自己運動知覚における多感覚情報の統合過程の解明
Sakamoto et al., 2008, Harris et al., 2017, Seno et al.,[1］研究組織2018)。第２に，自己受容感覚と視知覚の関係に研究代表者：
ついては，能動的把持行動に錯視の影響が現れな
櫻井 研三（東北学院大学人間科学部）
いとする先行研究（Pavani et al., 1999; Bruno, 2001）
通研対応教員：があるのに対し，本研究の分担者は，能動的行動
坂本 修一（東北大学電気通信研究所）
そのものが錯視の現れ方に影響することを明らか
研究分担者
Juno Kim（University of New South Wales） に し て い る （Ichikawa & Masakura, 2006, 2010;
Matsumiya & Shioiri, 2008, 2014）。
蘆田 宏（京都大学文学研究科）〔目的〕
一川 誠（千葉大学文学部）
本研究は「自己運動の知覚における前庭覚と視
岡嶋 克典（横浜国立大学環境情報研究院）
北崎 充晃（豊橋技術科学大学工学研究科） 覚，聴覚，触覚の情報統合」および「自己受容感
佐藤 雅之（北九州市立大学国際環境工学部） 覚が視知覚に与える影響」という多感覚研究での玉田 靖明（北九州市立大学国際環境工学部） 重要な２つの問題に焦点を絞りながら，以下の 2
中村 信次（日本福祉大学子ども発達学部） 点を目的とする。第 1 は，それらの問題の解明に
金子 寛彦（東京工業大学総合理工学研究科） 取り組んでいる国内の研究者が集まってコミュニ古賀 一男（京都ﾉｰﾄﾙﾀﾞﾑ女子大学心理学部） ティを形成し，海外の若手研究者を取り込みながらそのコミュニティを維持することである。第 2白井 述（新潟大学人文学部）
は，そのコミュニティをベースとした研究プロジ
妹尾 武治（九州大学高等研究院）
ェクトを立ち上げ，科研費を中心とした競争的研
寺本 渉（熊本大学文学部）
松宮 一道（東北大学大学院情報科学研究科） 究資金を獲得することである。
Chia-huei Tseng（東北大学電気通信研究所） 〔講演会および研究会の開催状況〕
オンライン配信を同時に行うハイブリッド形式
で講演会と研究会を開催した。
[ 2 ]研究期間
講演会：2023 年 11 月 10 日：クイーンズランド
令和５年４月 ～ 令和６年３月
大学の Fletcher Hammond 博士に研究会の準備と打ち合わせの関係から東北学院大学五橋キャンパス[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
でご講演いただいた。
〔背景〕
現実の環境における観察者の行動は能動的であり，自己の身体を適切に制御しながら空間内を移動し，外界の対象に近づいてそれを自分の四肢で操作する。しかしながら，視覚や聴覚に関する多くの知覚実験では観察者が静止した状態で課題を遂行しており，観察者本人の能動的な身体運動とその知覚の関係については未解明の部分が多い。
能動的行動において自己身体の状態を知る感覚情報は前庭覚と自己受容感覚であり，これらの感覚と視覚や聴覚との統合過程が，近年の多感覚統合の研究によって明らかにされつつある。
第１に，前庭覚と視覚，聴覚，触覚の情報が統合されて自己運動の方向知覚が成立するメカニズ
講演者：Dr. Fletcher Hammond (The University ofムについては，本研究の代表者と分担者がその特Queensland, Australia)
性を明らかにしつつある(Sakurai et al, 2003, 2010;
講 演 題 目 ：“Depth distortions in stereoscopic386

共同プロジェクト研究

displays: the impact of viewing conditions and stimulus occurs across a range of typical viewing angles andtype on perceived depth in laboratory and applied viewing elevations.
settings”
The first study explores how changes in
場所：東北学院大学五橋キャンパス シュネー viewing distance and viewing angle influence the
ダー記念館 1402 室（研究会の準備と打ち合わせ magnitude of perceived stereoscopic depth when
時に会場と同じ建物に設置された装置を使用する viewing slanted surfaces depicted in red-blue anaglyph
random dot stereograms. These findings are then
必要から電気通信研究所の外部施設で実施）。
compared to the influence of viewing distance when
参加人数：対面およびオンライン合計で 26 名。 viewing physical slanted surfaces. The second study
講演内容：腹腔鏡手術における両眼立体視の重 examines how changes in viewing distance and viewing
要性と問題点であった。
angle influence the magnitude of perceived
研究会：2023 年 11 月 11 日：近況報告と研究打 stereoscopic depth across various stimulus types. The
ち合わせを中心としたミーティングを実施した。 third study compares the impact of viewing distance on
場所：東北学院大学五橋キャンパス シュネー stereoscopic depth perception when viewing computer
generated 3D stimuli presented as red-blue anaglyphs
ダー記念館 1402 室。
and images of physical slanted surfaces that are
対面参加者は，玉田，佐藤，藤本（蘆田代理）,
captured and displayed via an Olympus 3D laparoscope.
櫻井の 7 名。その他，東北学院大の教員 1 名と学 The fourth study investigates the relationship between
生 2 名がメンバー外で参加。オンライン参加者は， perceived depth and perceived visual ghosting, and the
蘆田，一川，妹尾， Tseng の 4 名。
viewing angles and viewing elevations that are
typically experienced by surgical staff during a[4]研究計画及び内容
laparoscopic surgery. These four studies are presented
上記の研究組織のメンバーで 2 日間のプロジェ as a comprehensive overview of the influence of
クト研究会を仙台で 1 回開催し，その際にテーマ viewing conditions on depth perception within aに関連する海外の若手研究者 1 名に講演をお願い psychophysics laboratory context, as well as theapplied context of laparoscopic surgery.
する計画とした。開催時期は 11 月上旬を予定し，（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
VR やベクションの研究でつながりのあるオース
本プロジェクトは研究会の実施が活動内容の中
トラリアの若手研究者の中から人選した。
心であるが，これまでの関連したプロジェクトの実績からニューサウスウェールズ大学（オースト［5］研究成果と波及効果等ラリア）の Juno Kim 准教授との連携を強めるこ（ 5-1 ） 研究成 果
Fletcher Hammond 博士の講演要旨を掲載する。 とができた結果、彼が主催する国際連携プロジェ
Four studies were conducted in order to クト Sensory Processes Innovation Network (SPINet)
explored how viewing conditions can impact the のグループに本プロジェクトのメンバーから 4 名
magnitude of stereoscopic depth perception when an （蘆田、北崎、中村、櫻井）が参加することにな
observer views a three-dimensional display. The った。この国際連携プロジェクトには AI と VR のviewing conditions that are examined throughout these ような応用技術にも関わる感覚情報処理と知覚空
studies consist of various distances, viewing angles, 間の問題に関する研究者が集っている。この国際
and viewing elevations. We investigated the effects of 連携プロジェクトは，今後，オーストラリアの研
viewing distance and viewing angle on the magnitude
究者との協力関係を推進する母体の一つとなるこof perceived depth is initially examined in a laboratory
setting when viewing artificial three-dimensional とが期待できる。
images (red-blue anaglyph random-dot stereograms) ・ 会 議 名 ：Annual General Meeting of Sensory
that were displayed via a conventional stereoscopic Processes Innovation Network
display. The extent to which changes in viewing ・日時：2023 年 12 月 6 日（水）12:00~15:00（日distance and viewing elevation influence the magnitude 本時間）
of perceived depth is also investigated for several ・開催場所：オンライン会議
different types of red-blue anaglyph random-dot ・参加人数：14 人
stereograms. The findings of these laboratory-based
studies are then investigated within the applied medical [6]まとめと今後の課題
setting of 3D laparoscopic surgery. We investigated
このような研究の成果は，今後の情報機器のイ
whether perceived depth when viewing a 3D
ンタフェイスの改善に役立つと期待できる。今後
laparoscopic display is influenced by the various
viewing distances, viewing angles and viewing は仮想空間内を探索する VR 体験で，運動状態に
elevations that are typical assumed by surgical staff あるユーザの感覚情報処理の特徴の解明が重要に
during a 3D laparoscopic procedure. Furthermore, we なると考えられる。
examined the extent to which perceived visual ghosting387

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
・櫻井研三（2024） 円図形の変形錯視を引き起こす曲線検出器群の順応 日本視覚学会 2024 年
冬季大会 口頭発表
・Sakurai, K.(2023). Revised model for explaining
apparent rotational motion of shape distortion illusions.
Poster presented at the 45th European Conference on
Visual Perception (ECVP2023), Paphos in Cyprus.
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・Kozaki, T., Seno, T., & Kitaoka, A. (2024). Illusory
motion and vection induced by a printed static image
under flickering ambient light at rates up to 100 Hz. iPerception, 15(1), 20416695231223444.
・Hiramatsu, C., Takashima, T., Sakaguchi, H., Chen,
X., Tajima, S., Seno, T., & Kawamura, S. (2023).
Influence of colour vision on attention to, andimpression of, complex aesthetic images. Proceedingsof the Royal Society B, 290(2006), 20231332.
・HATA, Y., KOYAMA, R., SENO, T., & ISHII, T.
(2023). Through visual representations using thePulfrich effect and vection. Considering Demonstrative
Psychology. 日本バーチャルリアリティ学会大会
論文集 (CD-ROM), 28, 1-4.
https://youtu.be/qjLNJktAKOk?si=ELBDsTCqew7bd
HJk

388

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号R05/B08

研究課題名
カラスの群れの誘導手法の検討[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
塚原 直樹（株式会社 CrowLab）
通研対応教員：北村 喜文（東北大学電気通信研究所）

首が稼働するカラスの剥製ロボット（図 2）を用いることを検討している。現在プロトタイプを開発しているが、見た目の精巧さなどに課題があり、それらを解決するため、剥製製作の技術者に技術指導を受けることとした。
音声を用いた誘導について、長期の運用を可能とするため、フィールドにてスピーカーから音声を再生し、慣れ等を検証した。その結果、実験を開始した数日間については、スピーカー周辺に多数のカラスが集まる様子が確認された。しかし、複数回の繰り返しにより、カラスの反応が弱まっていった。その要因として、カラスの動きにあわせ、任意のタイミングで音声を再生することができていなかったことなどが考えられる。

[2] 当該年度の研究実績の概要
カラスが市街地をねぐらとすることで、大規模な糞害が国内外で発生している。申請者が代表を務める（株）CrowLab では、糞害に悩む多くの自治体にサービスを提供し、糞害を軽減してきた。
しかし、現状は特定の場所の糞害は軽減できるものの、別の場所にカラスが移り、その場で新たな糞害が発生することもある。そこで、糞があっても苦情になりにくい場所へとカラスのねぐらを移す手法が求められる。申請者らは、過去に山形市
等において、カラスの群れを任意の方向へと誘導することに成功している。
しかし、この技術を実用化する上では、遠距離にわたっての誘導、ピンポイントでの定着、低コストの運用、長期の運用等の課題がある。これらの課題を解決するため、ドローンの活用やカラスの剥製ロボットの開発、遠隔での複数スピーカーの制御等について、本プロジェクトで議論することとした。
１年目の令和５年度は、カラスの群れの誘導技術の開発の可否と手法について議論した。10 月
13 日、2 月 15 日に電気通信研究所を訪問して研究打ち合わせを行った。1 月 11 日、2 月 19 日、3
月 18 日は、中部電力にて打ち合わせを行った。
遠距離にわたっての誘導のため、スピーカーを搭載したドローン（図 1）を用いることを検討している。ドローンの活用にあたり、低温環境においてバッテリの電圧が低下することで安定飛行ができないこと、音声が正常に再生されないこと、
風が強い時や雨天時には飛行できないこと、航空
図 1. スピーカーを搭載したドローン（上：小メ法の制限で飛行可能な場所等が限られることなど
ンズ、下：背面図）の課題が抽出された。なお、航空法の制限の課題については、係留装置を用いて一定の高さで実験的に飛行させることを可能とした。
ピンポイントでカラスの群れを定着させるため、389

共同プロジェクト研究遠隔から任意のタイミングで音声を再生することが可能なスピーカーシステムを開発し、フィールドで試験し、カラスの反応を確認することとした。

図 2. カラスの剥製ロボットのプロトタイプ[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）【学会発表】
・松井 遼太朗・井上 理哲人・塚原 直樹・永田 健・高嶋 和毅・末田 航・藤田 和之・北村 喜文、羽根と鳴き声スピーカを搭載したドローンによるカラスの行動誘発、動物の行動と管理学会 2023 年度研究発表会、2023 年 9 月(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果【学会発表】
・塚原 直樹・永田 健、カラスの警戒声を利用した市街地のねぐら対策、動物の行動と管理学会
2023 年度研究発表会、2023 年 9 月

図 3. スピーカーを設置した建物上空に集まる多数のカラス【特別支援（産学）に係る研究成果】
それぞれの研究会及び研究打ち合わせ、実証試
験の実施に伴い、株式会社 CrowLab の永田氏を招聘した。株式会社 CrowLab では、カラス被害対策の製品開発やサービスの提供を行っている。
永田氏より、カラスの誘導実験における定量的な解析方法等の助言を受けた。
【特別支援（国際）に係る研究成果】
それぞれの会議に SenseFoil PTE.LTD.の末田氏を招聘した。末田氏は自作ドローンの開発等の知見を持ち、会議では、スピーカーを搭載したドローンの開発に関し、助言を受けた。
[3] 今後の研究の推進方策
スピーカーを搭載したドローンについては、ア
ルミ薄膜ヒーターを電池周りに装着する等により、低音環境でも動作可能な仕様を開発することとした。また、係留装置を用いることにより、航空法の制限を回避することで、カラスの糞害が発生す
る人口集中地区等での飛行を行い、ドローンに対するカラスの反応を確認することとした。
カラスの剥製ロボットについては、見た目の精巧さを追求したロボットを開発し、それらに対するカラスの反応を調べることとした。
フィールドでの音声を用いた誘導については、
390【招待講演】
・塚原 直樹・永田 健、カラス研究者が起業しました〜最新カラス研究と起業の赤裸々な話〜、動物の行動と管理学会「夏の学校」、2023 年 9 月【メディア出演】・NHK WORLD「BIZ STREAM」、2024 年 2 月
・NHK 「おはよう日本」、2024 年 1 月
・NHK ラジオ 「NHK ジャーナル」、2023 年 12 月
・テレビユー福島、2023 年 11 月
・福島民友、2023 年 11 月
・福島テレビ、2023 年 11 月
・FKB 福島放送、2023 年 11 月
・KBS（韓国の公共放送局）「特派員報告、世界は今」、2023 年 7 月
・新潟日報、2023 年 7 月
・BSN 新潟放送、2023 年 6 月
・朝日新聞、2023 年 6 月
・TBS「ひるおび」、2023 年 6 月
・NHKE テレ「ヴィランの言い分」、2023 年 4 月

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R05/B09

研究課題名
3D プリンタを用いた高機能デバイスモジュールの開発とその応用[1］研究組織
研究代表者：
真鍋 宏幸（芝浦工業大学情報工学科）
通研対応教員：高嶋 和毅（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
高田 崚介 （神戸市立工業専門学校）
山本景子（京都工芸繊維大学）
加藤 邦拓（東京工科大学）
藤田和之（東北大学）[2 ]研究期間
令和 5 年 4 月 ～ 令和 6 年３月

できたので，その概要と成果を報告する．（本プ
ロジェクトの目的、背景や概要,及び,研究会,研究打ち合わせ・研究討論会,研究発表会,研究集会等の開催状況（日程,回数,参加人数等）を記載してください。）[4]研究計画及び内容
共同プロジェクト研究会の概要
⽇時： 令和 5 年 2 ⽉ 19〜20 ⽇

参加者：真鍋 宏幸
高田 崚介
山本景子
加藤 邦拓
藤田和之
池松 香
高嶋 和毅

[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
モノや道具を操る際の人の動きを正確に計測することは，運動の発達度，道具の操作性，作業中の心理状態など，様々な事柄を知るためにも必要不可欠である．しかし，様々な現場に簡単に導入 内容と議論：可能で，長時間の正確な行動計測が可能なセンサ
一人 20 分の持ち時間で各自が持っている技術
や計測方法はこれまで確立されていない．一般的 や課題などについて下記の通り共有を行った．
なモーションキャプチャ装置の利用も考えられる まず，加藤氏と池松氏からは，食べ物をセンサ化
が，実験室のような理想環境でない限り，カメラ する技術について紹介があり，その詳細や論文採の設置を工夫しても作業中には隠れが発生してし 択に向けての研究体制や進め方について共有があまい，安定した継続計測は難しい．日常生活の行 った．山本氏からは，氏が主宰する研究室の最新動計測に限れば，ウエアラブルデバイスも長期間 の成果の共有があり，センサ開発に向けての技術の行動データ取得に使えるが，人と道具とのイン 検証とセンサの運用に関する議論をした．高田氏
タラクションを厳密に計測しているわけではない． からは，３D プリンタを用いた導電性素材を生かそこで本研究では，モノや道具そのものをセンサ した様々な物理インタラクションに向けたセンサ
化することで，人とモノや道具との間のインタラ 技術の開発について紹介があった．真鍋からは，クションの様々な行動的特長を，正確に長時間に 3D プリンタの印刷高速化や AR 内の 3 次元インタ
渡って計測する新たな行動計測方法を確立する． ラクションに関する報告があった．通研担当の藤具体的には，３D プリンタを駆使することで，そ 田と高嶋からは最近の研究成果として，バーチャ
れらモノを印刷しながら，センサ回路を制作時に ル・リアリティ内の触覚再現について紹介した．
埋め込む技術について議論する．それぞれの研究
いずれも３D プリンタでのモノの制作を含み，者がセンサ化の技術について研究し，本共同プロ 様々な形でそれらの一部をセンサ化する技術であジェクトでは，それらの成果を共有しあい，様々 り，具体的な課題設定や技術に集中して議論を展
な日用品にセンサを埋め込む仕組みを検討し，議 開することができた．研究会の後半では，今後，論する．
共同での科研費申請等の予算獲得の可能性も議論
本年度は，1 回の対面研究会を開催することが391

共同プロジェクト研究すること，および来年度の体制と予定についてお互いに確認することができた．できた． 下図は研究会の様子を示す．

［5］研究成果と波及効果等（ 5-1 ） 研究成 果
本共同プロジェクトは昨年まで続けていた共同
プロジェクト A を議論主体の B 枠にタイプ変更したものである．研究はそれぞれが実施し，プロト
タイピングの知識をさらに深め，それをこの本共
同プロジェクトで共有し議論することで，３D プ
リンタを活用したモノのセンサ化について，相当量蓄積することができた．具体的には，モノをセンサ化するための回路技術，センサ計測できる動
きやインタラクション種類の分類・整理，フィー
ルド実験をする際の課題や実験結果，オフィス等
における活動量計測など，一人の研究者では揃えられない貴重な情報を共有することができた．本プロジェクトは，来年度は，研究体制を斬新し，若手主体で組み直して，来年度も別の共同プロジ
ェクト（B 枠）として継続予定である（申請済み）．これまでの本プロジェクトの成果や議論の蓄積は来年度の共同プロジェクトに大きく活かす
ことができると考えられる．

392（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
物理的な道具は様々な場面で活躍するものである．本研究は人が手で触れる道具やモノをセンサ化することを目指すものである．人とモノや道具との間のインタラクションにおける具体的な行動
を，内部に埋め込まれたセンサ等で長時間に渡って正確に計測する手法を確立することで，様々な人の活動の行動履歴を記録するだけではなく，場面によっては，人の心理上の課題や，幼児であれば発達上の課題等を早期発見するツールの開発に貢献できる．さらに，一般的な文房具や工具などへの展開を通じて，今後の IoT デバイスや道具のデザイン指針作成にも応用ができると期待される．

[6]まとめと今後の課題
3D プリンタを応用した高機能センサモジュールの開発について専門的なグループを構築し，議論の場をつくることができた．今後も形を変えて交流を深めることで全員で合意した．

[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
なし(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果なし共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書

採択番号  R05/B10

研究課題名
人の行動理解・解析に基づく空間情報学
>］研究組織
研究代表者：
山本 豪志朗（京都大学）

者および分担者の専門を考慮して，医療，スポーツ，モバイル，拡張現実，そしてオフィス内の活動に焦点をあて，要素技術を体系的に整理するとともに今後の研究構想を練ることとする．
通研対応教員：
年度中に研究会を通研にて開催する．日程は 2 日
高嶋 和毅（東北大学電気通信研究所）間程度とし，一日目はお互いの情報 の交換の場を設け，二日目以降はワークショップやアンカン
 研究分担者
ファレンス形式（サブグループに分かれる等の構 小倉 加奈代（岩手県立大学）造をもったワークショップ）で実際に情報の整理
 磯山 直也（神戸大学）
を行う．その際，可能であれば，メタ研究として
 三武 裕玄（東京工業大学）
研究会原稿またはそれぞれのホームページで公開
 池田 聖（立命館大学）
できるレベルを目指す．通研の北村・高嶋研究室
 藤本 雄一郎（東京農工大学）の学生やメンバも参加し，総勢 20 数名の規模を 酒田信親(奈良先端科学技術大学院大学)
想定している．本プロジェクトの構成員は国内外
 真鍋 宏幸（芝浦工大）の学術会議を運営するメンバでもあることから，
 Sabah Boustila (University of Toronto)
本研究会と国内・国際会議との連携についても積 武富 貴史 （サイバーエージェント）
極的に検討する．

研究代表者，分担者は，互いに所属学会や研究領>@研究期間
域は比較的近いものの各々の興味や取り組む課題
 令和５年４月 ～ 令和６年３月
や視点が異なる．本研究会は若手のみ（准教授以下）で構成されており，分野や所属学会等にとら>@本プロジェクトの目的、背景や概要
われずに柔軟な視点で研究領域の構築（例えば学本研究では，空間における人々の様々な活動を支 会のオーガナイズドセッション企画等），それぞ援強化するための空間情報学について多角的に議 れの技術を融合させた共同研究の立案，既存の情論する．具体的には，三次元トラッキングシステ 報の整理による調査論文の執筆案，予算獲得のたムなどによる人の行動と活動を理解し，それを考 めの申請書草案など，具体的な成果を目指す．
慮して自由空間上で情報提示や操作が可能な空間 三次元モーションセンサを用いた人の行動解析に型ユーザインタフェースの設計論を提案すること ついては，これまでも古くからなされてきた．しである．空間情報学を考えるにあたって重要な要 かし，近年は，機械学習の能力が向上したことに素としては，三次元空間内での人の行動解析技術， よって，解析だけではなく，それを処理するため
意図理解・推定，コミュニケーション推定，ロボ のアルゴリズムやユーザインタフェースなどの研ット型ディスプレイ，バーチャルリアリティ，人 究が盛んになってきた．また視線追跡装置や ARを惹きつけるためのエンタテインメント技術等多 グラスが安価になったためにこれまで計測できな
岐に渡る．これらは新型コロナウイルス感染症の かったデータが取得できるようにも環境が変化し渦中においてその重要性は増す一方であるものの， てきた．本研究における体制はこれらの時代の流それぞれの分野における技術課題が依然として多 れにマッチしており，実用的な視点での知見の提いためにお互いが十分に接続されていないことが 出も可能とみられる．これまでの空間型ユーザイ
多い．本研究では，関連分野で活躍する若手によ ンタフェースについては，バーチャルリアリティる研究会を開催し，これらの分野の最近の動向 や大画面ディスプレイ技術に偏っていたが，本課
や課題，そして開拓すべき研究項目などを検討す 題では，空間そのものもコンテンツとして捉えるることで，VR ミーティングやテレワークに向け ほか，モノやロボットを使った動的空間構築技術
た次世代の空間ユーザインタフェースの設計や実 やドローン+ディスプレイによる自遊空間上での装について議論を深める．本課題では，研究代表393
共同プロジェクト研究
情報の提示，さらにはインタラクティブアートといった人と技術を接続する触媒となりうる方法についても議論の対象とする．ヒューマンインタフ
ェースやバーチャルリアリティ，インタラクティ
ブアートなど，近いように見えても実は大きく隔たりがある複数の分野に跨った若手主体の横断型
共同研究へ発展することが期待できる．
>@研究計画及び内容
目的通り，本プロジェクトは，一回の研究会を開催できた．その概要は以下の通りである．
日時： 令和 5 年 11 月 30〜12 月 1 日
参加者：
山本 豪志朗（京都大学）
池田 聖（立命館大学）
藤本 雄一郎（東京農工大学）
酒田信親(奈良先端科学技術大学院大学)
小倉 加奈代（岩手県立大学）
武富 貴史（サイバーエージェント）
高嶋 和毅（東北大学電気通信研究所）
を含め，東北大学関係者数名
内容と議論：
一人 20 分の持ち時間で各自が持っている技術や課題などについて共有を行った．以下は講演者とその演題であり，様々な観点で空間ユーザインタ
フェースデザインに関する情報が共有された．
 山本から空間情報学のコンセプトやそれに関わる手術室での情報収集や解析についての研究報告があった．加えて，関連する予算申請の案などについても全員で議論した．
 池田氏からは，視覚障害者に対して視線ユーザ
インタフェースを応用する新たな研究領域の提案について話題提供があり，全員でその方向性について議論した．
 酒田氏からは，VR 内の心理的効果を有効活用
した姿勢変容技術などについて報告があり，被験者実験データについて詳細に議論した．
 小倉からは，セキュリティや農業についての
IT 化について報告があり，現場での取組みについて共有頂いた．
 藤本氏からは，AR 環境内でのプレゼンテーシ
ョンの改善インタフェースや，新たな人の能力拡張について議論の報告があった．
 武富氏からは，企業の研究所で展開される人体の３次元スキャン技術やそれを用いたアニメーシ
ョン生成技術について報告があった．学術貢献だ
けではなく，商用化についても有意義な議論をすることができた．
 通研対応の高嶋からは，ルームスケール VR 内394

での触覚提示や身体支持方法の研究成果について報告があった．
 学会とは異なり，それぞれのテーマに一時間以上の時間をかけて議論することができ，お互いの研究への理解を深めることができ，空間情報学の要素を整理することができた．
 通研対応の高嶋が R5 年度中に通研を退職することから，来年度は本共同プロジェクトを維持できないが，これまで継続してきた議論の体制を維持して，それぞれの拠点で順番に研究会を開催することを全員で確認した．
 以下は研究会の一場面である．

［］研究成果と波及効果等（）研究成果
それぞれの研究報告は多岐に渡り，バーチャルリ
アリティや空間インタフェースを構築する技術やインタラクションデザインに関して深く情報交換することができた．通研にて対面で数名の予定を合わせて研究会を開催できたため，情報交換と交流の質と量は満足のいくものであった．来年度移行も議論の体制を継続することを全員で合意することができ，有意義に研究会を終了することができた．
（）波及効果と発展性等
本プロジェクトは，身体の三次元的な計測とそのユーザインタフェース応用を専門とする研究者と密な交流を実現し，具体的な共同研究テーマを模索することが目的である．一回の研究会を経て，お互いの交流は大きく発展した．今年度は，引き続きコロナ禍の話題が多かったが，今後は，より具体的な成果や関連業界への波及が見込めると考える．例えば，医療やスポーツ等についても同様の観点で深い議論が可能と考える．そのため，本プロジェクトを来年度も継続し，近い分野ではあるがお互い強い交流を持たない研究者同士でノウ・ハウや研究動向を整理して，成果をまとめて公開するなどして，空間情報学の研究領域の確立に貢献したい．
>@まとめと今後の課題
空間情報学を軸に多岐に渡って価値の高い情報交換が実現できた．さらなる深化を目指し，次年度以降の継続的な意見交換に全員一致で合意した．


 

>論文、学会発表、および関連成果@  成果リスト（謝辞あり）
・なし
 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・なし


共同プロジェクト研究395

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
R05/B11

採択番号
研究課題名

半導体微細加工技術とナノ材料機能を利用した膜タンパク質機能計測のための細胞膜モデル系の構築と制御[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
手老 龍吾（豊橋技術科学大学）
通研対応教員：平野 愛弓（東北大学電気通信研究所）[2] 当該年度の研究実績の概要
本研究では，生体高分子の中でも，特に創薬ターゲットや薬物副作用の観点から注目されている
イオンチャネルタンパク質を対象に，半導体ナノ微細加工技術と脂質二分子膜系の融合により，高感度・高精度センシングデバイスの開発，および脂質二分子膜系の全く新しい計測・制御技術の開発を目指している。
イオンチャネルは様々な疾患に関わる創薬の主
要ターゲットタンパク質である。心筋に発現する
hERG チャネル，Nav1.5 チャネルなどは医薬品による不整脈作用の問題から開発薬物に対する安全性薬理試験としての作用評価が必須であることな
ど，イオンチャネルに対する高効率な薬物スクリーニング系への需要が高まっている。今年度はチャネル計測実験のボトルネックとなっている膜融合過程の解明と改善方法の開発に取り組んだ。また，脂質二分子膜系に再構成したイオンチャネルの活性評価と原子間力顕微鏡(AFM)による分子像観察を行った。
2024 年 3 月 5-6 日には，ナノ，バイオ，エレク
トロニクス分野の研究者が集う国際シンポジウム
を，本共同プロジェクト研究会の共催としてオン
ラインで開催した。周辺領域の研究分野における最近の動向と最新の研究成果について情報交換を行い，研究者同士での交流の場とした。以下にその概要を記す。
14th International Workshop on Nanostructures &Nanoelectronics
共催：電気通信研究所共同プロジェクト研究会
日時：2024 年 3 月 5 日(火) － 6 日(水)場所：オンライン開催 (Zoom)
3 月 5 日 (火): 参加者 49 名(うち外国人 34 名)
396“Update on single atom co-catalysts in photocatalytic
H2 generation” (Invited talk)
Patrik Schmuki (University of Erlangen-Nuremberg,
Germany)“Back-contact perovskite solar cells based on selfassembly” (Invited talk)
Teng Ma1, Daisuke Tadaki2, Michio Niwano2, Ayumi
Hirano-Iwata2 (1Beijing Institute of Technology, China,
2
Tohoku University, Japan)“Preparation of scaffold with induced electromotive
force composed of molecular nanocoils and evaluationof cell proliferation” (Invited talk)
Yoko Tatewaki1, Tsuyoshi Minami2, Sadafumi
Nishihara3, Tomoyuki Akutagawa4, Takayoshi
Nakamura5(1Tokyo University of Agriculture and Technology,
Japan, 2The University of Tokyo, Japan, 3Hiroshima
University, Japan, 4Tohoku University, Japan,
5
Hokkaido University, Japan)“Novel strategies in single molecule and single cell
screening” (Invited talk)
Ren Ren, Shenglin Cai, Binoy Paulose Nadappuram,
Xiaoyi Wang, Yaxian Liu, Zoe Kwan, Caroline Koch,
Benedict Reilly-O’Donnell, Joshua Edel, Aleksandar P.
Ivanov (Imperial College London, UK)”Droplet nanopore microchip for single-moleculesensing” (Invited talk)Yi-lun Ying (Nanjing University, China)
3 月 6 日 (水): 参加者 28 名(うち外国人 13 名)“Biosensing
concepts
using
nanoimpact
electrochemistry” (Invited talk)Sebastian Freko, Lennart Weiß, Marta Nikic, Bernhard
Wolfrum (Technical University of Munich, Germany)“Microdomain formation in lipid bilayers induced bypolyunsaturated lipids and its function for membranefusion”
Ryugo Tero (Toyohashi University of Technology,
Japan)

共同プロジェクト研究“Lipid bilayers as nm-thick platforms for signaltransduction”
Ayumi Hirano-Iwata1, Madoka Sato1, Teng Ma2, Maki
Komiya1, Daisuke Tadaki1, Hideaki Yamamoto1(1Tohoku University, Japan, 2Beijing Institute ofTechnology, China,)

イオンチャネルは，アルツハイマー病や禁煙，麻酔，不整脈等の疾患に関わる創薬の主要ターゲ
ットタンパク質であり，イオンチャネルに対する高効率な薬物スクリーニング系への需要が高まっている。本プロジェクトは電子工学，神経科学，
生理学、化学の融合により初めて成し遂げられる“Anodic TiO2 nanostructures: nanotopography matters ものであり，それぞれの分野の研究者がその成果をお互いにフィードバックすることで今後の進展
in cell interactions” (Invited talk)Anca Mazare, Patrik Schmuki (Friedrich-Alexander が期待される。無機・有機ナノ材料や膜タンパク
University of Erlangen-Nuremberg, Germany)
質のナノポア応用など、材料化学と生理学の技術を融合した学際領域研究についての講演が多いの“Nanothick thin film transistors for gas and UV sensing”
が本シンポジウムの特徴である。今年度に本プロ
Fumihiko Hirose (Yamagata University, Japan)
ジェクトで開催した国際シンポジウムでの交流で“Coulomb-blockade-based nonlinear signal conversion 得られたネットワークを活用し，さらに広げることで，2024 年度も同様のシンポジウムの申請をin gold-nanoparticle random arrays”
Yoshinao Mizugaki, Kenta Fujikura, Hiroshi Shimada 検討する(The University of Electro-Communications (UEC
Tokyo), Japan)[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）
オンラインでの研究会開催が一般的になったこ ・M. W. S. Goh, Y. Tozawa and R. Tero, "Assembly ofとで，海外の研究者にも講演を依頼しやすくなり， Cell-Free Synthesized Ion Channel Molecules in
また講演者の所属機関をはじめとして国内・海外 Artificial Lipid Bilayer Observed by Atomic Forceから多くの聴講者が集まることができた。2 日間 Microscopy", Membranes, 13, 854 (2023),の開催でのべ 77 人の参加者のうち、47 人が外国 10.3390/membranes13110854.
人参加者であった。
・R. Tero, Y. Hagiwara and S. Saito, "Domain
Localization by Graphene Oxide in Supported Lipid[3] 今後の研究の推進方策
脂質二分子膜にイオンチャネルなどの膜タンパ Bilayers", Int. J. Mol. Sci., 24, 7999 (11 pages) (2023),
10.3390/ijms24097999.
ク質を埋め込む際には，球殻状の脂質二分子膜構造(リポソーム)に膜タンパク質を埋め込んだ状態 (2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果(プロテオリポソーム: PL)の状態にして，デバイ <招待講演>
ス中の人工脂質二分子膜と融合させる方法が用い ・R. Tero, "Fluorescence Single Molecule Tracking in
られる。この際に PL の融合効率が実験全体の歩 Biomembranes and Its Application to Material
留まりを決める律速段階であるが，膜融合の操作 Sciences", 36th International Microprocesses andは経験的なパラメータに頼らざるを得ないのが実 Nanotechnology Conference (MNC2023), Nov 16,
情であった。我々はこれまでに支持脂質二重膜 2023, Sapporo, Japan.
(SLB)系を用いて，イオンチャネル計測に用いられる
phosphatidylcholine(PC), ・R. Tero, Y. Kinjo and M. Nagasaka, "Soft X-ray
phosphatidylethanolamine (PE), cholesterol (Chol)か Absorption Spectroscopy to Investigate Artificial
ら成る脂質二分子膜内に，PL 融合サイトとして Biomembranes in Aqueous Solution", UVSOR-III +MAX IV International Workshop: Frontier of Soft X働く微小ドメインが存在しており，多価不飽和ray Spectroscopy for Chemical Processes in Solutions,
PE がその形成を誘起していることを見出した。 Oct. 2, 2023, Okazaki, Japan.
2023 年度はこの膜融合速度についてベシクル系を用いて蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)法によ ・手老 龍吾, "脂質二重膜における新規二次元ドり評価する実験系を立ち上げた。2024 年度は本 メインの形成とその応用", 第 71 回応用物理学会
実験系を用いることで，多価不飽和 PE の濃度， 春季学術講演会, 2024 年 3 月 24 日, 東京・東京都
不飽和度が膜融合速度におよぼす影響について明 市大学.
らかにする。また，この実験で得られる知見を基に，無細胞合成法によって調製したイオンチャネ ・手老 龍吾, "細胞膜モデル系における脂質ドメ
ル含有プロテオリポソームを SLB 系に融合し， インの観察とその応用", 第 54 回中部化学関係学
イオンチャネルの AFM 観察を行う。
協会支部連合秋季大会, 2023 年 11 月 11 日, 津・三
重大学.

397

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R05/B12

研究課題名
牧羊犬のヒツジ追い現象におけるヒツジ・牧羊犬間の「駆け引き」メカニズムの解明[1］研究組織
研究代表者：
角田 祐輔（大阪大学大学院工学研究科(現兵庫県立大学大学院工学研究科)）
通研対応教員：加納 剛史（東北大学電気通信研究所(現はこだて未来大学システム情報科学部)）
研究分担者
なし

● The actual trajectory of the sheepdog v.s. the trajectory of the estimated function
Blue line: actual shepherd trajectory, Red line: estimated trajectory, Cross mark: goal
Correlation coefficient andError value (RMSE)
Correlation
coefficient of xcomponent

0.8916

Correlation
coefficient of ycomponent

0.8931

RMSE of xcomponent

1.113

RMSE of ycomponent

1.415● Substitute GPS data in experiment 2 into the estimated function
and fit it with the actual data in experiment 2.
Blue line: actual shepherd trajectory, Red line: fitting trajectory, Cross mark: Goal

[ 2 ]研究期間
令和 5 年 4 月 ～ 令和 6 年３月[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
本プロジェクトの目的は，少数の牧羊犬が大多数のヒツジの群れを追い立てる「牧羊犬のヒツジ
追い現象(シープドッグシステム)」において，牧羊犬とヒツジとの間の相互作用モデルを「駆け引き」というアイデアで解き明かすことである．
シープドッグシステムに関する先行研究では，ヒツジには従来伝統的に用いられる群モデル(例.
Boid model)を適用し，ヒツジの群れを誘導できるような牧羊犬の誘導コントローラを設計し，誘導性能を数値シミュレーションで評価する研究が主に行われていた．しかし，実際の牧羊犬のヒツジ
追い現象の計測に関する研究はほとんど行われておらず，なぜうまく誘導できるのかについて未だ解明されていない．そこで本プロジェクトでは，
実際のシープドッグシステムのドローン空撮による各生物の移動軌跡の取得，およびシステム同定法により各生物の行動モデルを求め，シープドッ
グシステムの制御原理を抽出する．
[4]研究計画及び内容
本年度ではまず，すでに入手した牧羊犬のヒツ
ジ追い現象の実 GPS データ[1]をもとに，制御分
野の非線形システム同定法である GMDH(Group
Method of Data Handling)を適用し，牧羊犬の誘導
コントローラの推定を試みた．次に，北海道のル
スツリゾートと共同し，実際のシープドッグシス
398

Correlation coefficient andError value (RMSE)
Correlation
coefficient of xcomponent

0.8040

Correlation
coefficient of ycomponent

0.8791

RMSE of xcomponent

1.437

RMSE of ycomponent

1.649

図 1 GMDH による牧羊犬の誘導コントローラの推定_
テムの計測を行った．空撮用のドローンを空中に飛行させ固定カメラとして用いることで 2 次元平面上の移動軌跡を取得した．
[1] Daniel Strömbom et.al., ”Solving the shepherding
problem: heuristics for herding autonomous,interacting agents.” Journal of the royal society
interface, 2014.
［5］研究成果と波及効果等（ 5-1 ） 研究成 果
すでに入手した牧羊犬のヒツジ追い現象の実
GPS データをもとに，制御分野の非線形システム
同 定 法 で あ る GMDH(Group Method of Data
Handling)を適用し，牧羊犬の誘導コントローラの推定を試みた．結果，少ない誘導データ数にも関わらず，牧羊犬の誘導コントローを最低限の入力変数の組み合わせで推定することが可能となった[図 1. 別紙(2)の 5, 7]．次に，北海道のルスツリ

共同プロジェクト研究[ 論 文、 学 会発 表 、 および 関 連 成果 ](1) 成果リスト（謝辞あり）
・・(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果[論文，国内・国際会議プロシーディングなど]
1.

2.
ゾートと共同し，実際のシープドッグシステムの計測を行った．空撮用のドローンを空中に飛行させ固定カメラとして用いることで 2 次元平面上の移動軌跡を取得した[図 2]．現在，データを解析中である．今後はこのデータを用いて，GMDH
や逆強化学習法を用いて各生物の行動ルールを推定する予定である．

3.

4.
（ 5-2 ） 波及効 果 と 発展性 等
本プロジェクト関連の研究成果として，生物模倣ロボティクス研究の国際会議として有名な“The 11th International Symposium on Adaptive
Motion of Animals and Machines (AMAM2023)”にて招待講演を行い，GMDH による牧羊犬の誘導
コントローラの推定に関する研究講演を行った(別紙 (1)の 7)．また，本プロジェクト関連の研究を発展させ，科学研究費助成事業 学術変革領域
研究（A）(公募研究) (日本学術振興会)の代表研究に採択された(Robot-shepherding の実現に向けた階層型異種エージェント間相互作用メカニズ
ムの解明)．

[ 6 ] ま と めと今 後 の 課題
先行研究[1]で計測されたシープドッグシステ
ムのヒツジと牧羊犬の移動軌跡データをもとに，
GMDH を適用した結果，少ないデータで実際の軌跡に精度よくフィッティングする牧羊犬の速度ベクトルの推定関数を得ることができた．今後の課題としては，この推定関数を用いて既存の群モデル(例えば Boid モデル)を誘導することが可能かを数値シミュレーションにて検証することや，得られた推定関数の項のうち，実際の軌跡と精度を保つつ，含まれる関数項を削除していき，推定関数の核を抽出すると，どのような項が残るのかを検証するといった研究を予定している．

5.

6.

7.

Yusuke Tsunoda, Le Trong Nghia, Yuichiro
Sueoka, Koichi Osuka:“Experimental Analysis ofShepherding-Type Robot Navigation Utilizing
Sound-Obstacle-Interaction”, Journal of Robotics
and Mechatronics, Vol.35 , No. 4 , pp.957-968,
2023 (doi: 10.20965/jrm.2023.p0957).
Wataru Imahayashi, Yusuke Tsunoda, Masaki
Ogura, “Route Design in Sheepdog System Traveling Salesman Problem Formulation and
Evolutionary Computation Solution-”, Advanced
Robotics, pp.1-15, 2024.
角田 祐輔, 末岡 裕一郎, 和田 光代, 大須賀 公
一: “シープドッグ型群移動体ナビゲーショ
ンに関する研究の現状と今後の課題”, 第 67回システム制御情報学会研究発表講演会(SCI'23), 2023.
Yusuke Tsunoda, Teruyo Wada, Koichi Osuka:“Proposal of General Shepherding Controller with
Global Stability: Backstepping TechniqueApproach ”,The 22nd World Congress of theInternational
FederationofAutomatic
Control(IFAC2023), 2023.
Yusuke Tsunoda, Yuichiro Sueoka, Teruyo Wada,
Koichi Osuka: “Identification of Shepherd
Guidance Model Based on Real Shepherding Data
-A GMDH Approach-”, The SICE Annual
Conference 2023, pp. 393-400, 2023.
Yusuke Tsunoda, Yuichiro Sueoka, Teruyo Wada,
Koichi Osuka: “Investigation of Stability
Mechanism of Mobile Control Inspired by
Shepherding -Discussion Based on Velocity
Potential Field in Shepherd’s Subjective
Coordinate System- ”, The 2023 International
Symposium on Nonlinear Theory and Its
Applications (NOLTA2023), pp.186-189, 2023.
Yusuke Tsunoda, “Self-Organizing Modeling ofShepherding Controller using GMDH”, The 11th
International Symposium on Adaptive Motion ofAnimals and Machines (AMAM2023) Invited
Talk, 4A-4, 2023.

[受賞]
1. 計測自動制御学会関西支部 2023 年度支部長賞奨励賞，角田祐輔，“シープドッグシステ
ムに学ぶヘテロ群移動体制御の創成: 工学と理学の双方向アプローチ”, 2024 年 1 月．

399

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号R05/B13

研究課題名
神経回路網における記憶と学習に関する理論的研究[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
池口徹 (東京理科大学工学部)
通研対応教員：堀尾喜彦（東北大学電気通信研究所）
研究分担者：
塚田稔（玉川大学脳科学研究所）
塚田啓道 (中部大学 AI 推理データサイエンスセンター)
保坂亮介 (芝浦工業大学システム理工学部)
藤原寛太郎 (東京大学国際高等研究所ニューロインテリジェンス国際研究機構)
加藤秀行 (大分大学理工学部)

用が限定的であったため、汎用性を高める
ために STLR の確率モデルへの拡張も推進した。
(4) 学習を持つニューラルネットワークの応用として、CNN を用いた特徴点マッチングの検討と、Echo State Network を用いたペナル
ティキックの方向予測を行った。
(5) 昨年度提案した自己組織的に神経雪崩現象を誘起するスパイキングニューラルネット
ワークで観測された神経活動を，神経回路
網の発達初期，中期，後期ごとに臨界性の観点から解析を行った．
(6) 脳神経系の学習と認知機能の数理モデル構築を進めた．また，リザバー系を用いた機械学習と脳機能との関係を調査した．
(7) 時空間学習則 (STLR) に関して時間履歴がある場合とない場合について，パターン分
離能力を評価指標として調査を行った.その際，ヘブ則との比較も行う ことで検討した.数値実験の結果，時間履歴がある時空間
学習則において最も性能が良いことが確認された.また，興奮性結合と抑制性結合を導入することでモ デルを拡張し，STLRの特性・性能がどのように変化するのかということについても解析を行った.さらに，学習則として拡張版のSTLRを導入することで性能解析 を実施した.さらに，機械学習との関係から，リザバーネットワークにおける学習則に関する調査を行うための基礎実験を実施することで，STLRへの対応につい て検討を行った.

[2] 当該年度の研究実績の概要(1) 海馬の生理学実験、数値計算によるシミュ
レーション結果について統合的に議論し、海馬の文脈情報学習の理論構築を進めた。
時空間学習則（STLR）を用いた神経ネット
ワークの数値実験においては、時間履歴を含んだ STLR が文脈情報の時間順序識別能力が高くなるメカニズムについての検討を行なった。結果として、STLR のカルシウム濃度と LTP/LTD に関連する閾値および学習率と深い関連性があり、STLR に時間履歴の影響を入れることで文脈情報分離におけるシナプス結合の初期値依存性が低減されることも明らかになった。
(2) 生理学実験におけるアセチルコリン等のトップダウン投射の学習への影響や数値実験 [3] 今後の研究の推進方策の結果を踏まえた学習理論構築においては、 (1) アルツハイマー認知症に関連して海馬領域
STLR のカルシウム濃度と LTP/LTD に深く関のグリア細胞の影響が示唆されている。今連する閾値の範囲を拡張した拡張 STLR モデ
後、海馬の文脈情報の記憶・学習におけるルの構築に成功した。この学習則の拡張はグリア細胞のネットワークの影響について
アセチルコリン等のトップダウン投射の影検討する予定である。
響を組み込んだ海馬の新たな学習メカニズ (2) 自己組織的に神経雪崩現象を誘起するスパ
ムの発見に繋がるとともにこれまでの STLR
イキングニューラルネットワークが生成すの文脈情報の順序識別能力を格段に向上でる神経回路網構造を複雑ネットワーク的観
きる可能性があり期待できる。
点から解析し，絡み合ったシンファイア・(3) STLR は決定論の学習モデルのため AI への活
チェインモデルとの比較を行うことで，神400

共同プロジェクト研究

経雪崩の生成メカニズムに関する理論構築 (5) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
1） 原著論文を行う．
(3) 時空間学習則についての検討を行う際に， 1. T. Okuno, J. Hata, Y. Haga, K. Muta, H.
Tsukada , K. Nakae K et al., Group Surrogate
離散時間モデルについては，これまでの形
Data Generating Models and Similarity
式ニューロンモデルのみならず，不応性がQuantification of Multivariate Time-Series: A
含まれたモデルを用いることで解析を行う.
Resting-State fMRI Study, NeuroImage, 120329,
具体的には，南雲・佐藤ニューロンモデル，
2023
カオスニューロンモデルによる解析を実施する予定である．また，離散時間モデルの 2. H. Skibbe, M. F. Rachmadi, K. Nakae, C. E.
Gutierrez, J. Hata, H. Tsukada, et al.,The
みならず連続時間モデルも導入することでBrain/MINDS
Marmoset
Connectivity
学習則の特徴・性能に関する調査を行う．
Resource: An open-access platform for cellular(4) 脳・神経系の数理モデルについては研究を
level tracing and tractography in the primate
継続させることで，特に精神疾患発症メカ
brain, PLOS Biology 21(6) e3002158-e3002158,
ニズムとの関連を調査する．
2023
3. J. Hata, K. Nakae, H. Tsukada, A. Woodward,[論文、学会発表、および関連成果等]
Y. Haga, M. Iida et al., Multi-modal brain(1) 成果リスト（謝辞あり）
magnetic resonance imaging database covering
1. 加藤秀行, “自己組織スパイキング神経回路網
marmosets with a wide age range. Scientific Data
モデルにおける臨界現象の解析,” NOLTA ソサ
10, 221, 2023
イエティ大会論文集, NLS-27, 2023.
4. M. Fukuya, T. Matsumoto, Y. Shimada, and T.
2. H. Kato, Simulating spiking neural networks with
Ikeguchi, Central emotions and hubs in a
Cython, Proc. International Symposium on
colexification network, Scientific Reports,
Nonlinear Theory and Its Applications, p. 703,
Vol.13, 21823, 2023.
2023. DOI: 10.34385/proc.76.D2L-22
5. Y. Tsukamoto, H. Tsushima, and T. Ikeguchi,
3. H. Kato, T. Shinkawa, Y. Ishikawa, T. Sumi, H.
Analysis on responses of chaotic Izhikevich
Yamamoto, and Y. Katori, Spiking and burstingneurons to periodic forcing, Nonlinear Theory
properties of spontaneous activities in modular
and Its Applications, IEICE, Vol. 14, No. 4, pp.
spiking neuronal networks, Proc. International
677-690, 2023
Symposium on Nonlinear Theory and Its 6. Y. Tsukamoto, H. Tsushima, and T. Ikeguchi,
Applications,
p.
601,
2023.
DOI:
Rich spike patterns from a periodically forced
10.34385/proc.76.C4L-15
Izhikevich neuron model, Nonlinear Theory and4. Y. Ishikawa, T. Shinkawa, T. Sumi, H. Kato, H.
Its Applications, IEICE, Vol. 14, No. 2, pp. 215Yamamoto, and Y. Katori, Evaluation of
227, 2023.
Reservoir-Based Predictive Coding in Cultured 7. K. Koyama, K. Fujiwara, H. Ando, Functional
Neurons with Spiking Neural Network Model,
improvement in β cell models of type 2 diabetes
Proc. International Symposium on Nonlinear
using on-demand feedback control, AIP
Theory and Its Applications, pp. 693-696, 2023.
Advances, Vol. 13, 45317, 2023
DOI: 10.34385/proc.76.D2L-14
8. Z. Li, K. Fujiwara, G. Tanaka, An Echo State
5. H. Terakawa, H. Kato, Y. Yonemura, and Y.
Network-Based Method for Identity Recognition
Katori, Analysis of predictive coding model with
with Continuous Blood Pressure Data, Lecture
hierarchical reservoir computing for modeling
Notes in Computer Science, Vol. 14257, pp.13Stroop effects, Proc. International SoC Design25, 2023
Conference,
pp.257-258,
2023.
DOI: 9. Z. Li, K. Fujiwara, amd G. Tanaka, Dynamical
10.1109/ISOCC59558.2023.10396189
Graph Echo State Networks with Snapshot
6. 新川拓海, 加藤秀行, 石川慶孝, 住拓磨, 山本
Merging for Spreading Process Classification,
英明, 香取勇一, “シナプススケーリング則の最Communications in Computer and Information
適化，モジュラスパイキングニューラルネットワー
Science, Vol. 1964, pp.523-534, 2023
クへの適用とその影響の解析,” 電子情報通信 10. 藤原寛太郎，未病データベースの基礎設計，
学 会 技 術 研 究 報 告 , vol. 123, no. 354,
生体の科学，Vol. 74, pp.158-162, 2023
NLP2023-107, pp. 110-113, 2024.
2) 学会発表・招待講演
401共同プロジェクト研究

H. Tsukada, O. Onodera, I. Tsuda and Y. 13. 郭 豊愷，松浦 隆文，木村 貴幸，池口 徹，公職選挙ポスター掲示問題における初期解構築法
Yamaguti, Mathematical modeling of dementiaの性能比較,2024 年電子情報通信学会総合大based on vascular aging, Chubu University
会, N-1-22, 2024
CMSAI
International
Symposium
2023“Mathematics and Data Science for Expanding 14. 澤田和弥，島田裕，池口徹，マーク付点過程に対する因果性検出手法の一検討,2023 年電子Intelligence in Computers and Brains”,
情報通信学会 ソサイエティ大会,N-1-21, 2023
2023/10/29
年.
2. 天埜脩也, 保坂亮介, 時系列データを用いたペナルティキック予測, 電子情報通信学会 総合大 15. 塚本陽太，對馬帆南，池口徹，カオス応答を呈する Izhikevich ニューロンに正弦波入力を印加会, 広島大学, H-4-09, Mar 4-8, 2024.
した場合の応答解析,2023 年電子情報通信学
3. 碓井結夢, 保坂亮介, CNN による特徴点マッチ
会ソサイエティ大会, N-1-24, 2023
ングの精度向上, 電子情報通信学会 総合大会,
広島大学, D-12B-08, Mar 4-8, 2024.
4. K. Sawada and T. Ikeguchi, Nonlinear dynamics
of temporal network, Proceedings of 2024
Dynamics Days US, p. 7, Jan. 2024.
5. H. Tsushima, T. Matsuura, T. Ikeguchi,
Importance of Time Limit Constraint forMultiple-Vehicle Bike Sharing System Routing
Problem, Proceedings of 2023 International
Symposium on Nonlinear Theory and Its
Applications (NOLTA 2023), 6036, Sep. 2023.
6. F. Guo, H. Tsushima, T. Matsuura, T. Kimura
and T. Ikeguchi, A Study on Two-Objective
Posting Poster Problem for Public Office Election,
Proceedings of 2023 International Symposium on
Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA
2023), 6157, Sep. 2023
7. 福家 水月，松本 朋子，島田 裕，池口 徹，Colexification network を用いた語族比較, 2023
年電子情報通信学会 NOLT ソサイエティ大会,
NLS-8, 2023.
8. 郭 豊愷，對馬 帆南，松浦 隆文，木村 貴幸，池口 徹，二つの目的を考慮した公職選挙ポスタ
ー掲示問題に対する発見的解法の開発,2023
年電子情報通信学会 NOLTA ソサイエティ大会,
NLS-13, 2023.
9. 吉田 しおん，池口 徹，エコーステートネットワー
クにおけるリザバー層のダイナミクス, 電子情報通信学会 技術研究報告, vol. 123, no. 287,
NLP2023-62, pp. 15--20, 2023.
10. 関口 真音，池口 徹，てんかん患者の脳波デー
タに対する再帰定量化解析,電子情報通信学会
技 術 研 究 報 ,vol.123,no.287,NLP2023-64,
pp.21-26, 2023.
11. 塚本陽太，塚田啓道，塚田 稔，池口 徹，Hebb
則と時空間学習則のパターン分離能⼒の⽐
1.

較,2024 年電子情報通信学会総合大会, N-110, 2024.
12. 澤田和弥，島田 裕，池口 徹，スパイク列の発火率差が因果性検出に与える影響,2024 年電子情報通信学会総合大会, N-1-20, 2024.
402

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究報告書
採択番号R05/B14

研究課題名
ドキュメントベース動画の直接操作インタフェースに関する研究[1］研究組織
研究代表者：
藤田 和之（東北大学 電気通信研究所）
通研対応教員：藤田 和之（東北大学 電気通信研究所）
研究分担者
原 航太郎（シンガポールマネジメント大学）
村上 大知（東北大学 電気通信研究所）
高嶋 和毅（東北大学 電気通信研究所）
北村 喜文（東北大学 電気通信研究所）
大西 悠貴（東北大学 電気通信研究所）[ 2 ]研究期間
令和 5 年 4 月 ～ 令和 6 年 3 月について議論を進めてきた．具体的には，以下の日程で研究打合せを実施した．
- 令和 5 年 4 月 21 日 10-11 時＠オンライン- 令和 5 年 6 月 5 日 15-16 時＠オンライン- 令和 5 年 9 月 15 日 17-18 時＠オンライン- 令和 5 年 11 月 13 日 16-17 時＠オンライン- 令和 6 年 3 月 1 日 15-16 時＠オンライン［5］研究成果と波及効果等（ 5-1 ） 研究成 果
本年度の成果として，資料動画を閲覧・探索するための新たなユーザインタフェースである
SwapVid を 設 計 ・ 実 装 し た ． ユ ー ザ ス タ デ ィ（N=20）の結果，本インタフェースは，動画の参照によるスライド資料の探索タスクにおいて，タスク時間や身体的負荷を軽減できることが示された．また，本インタフェースは概ねユーザに受け入れられ，ユーザが使い慣れた従来インタフェースよりも好ましく感じられることを示した．
以上の成果は，国内会議におけるデモ発表[2]および，ヒューマン・コンピュータ・インタラク
ション分野のトップ国際会議である CHI (CHI
conference on Human Factors in Computing Systems)
2024 にも採択された[1]．

[3] 本プロジェクトの目的、背景や概要
近年，文書やスライド資料の画面キャプチャにより作成された動画メディア（資料動画と呼ぶ）
を見る機会が非常に増えている．本プロジェクト
では，このような資料動画の視聴体験を向上させるため，動画データとその元となる資料データをシームレスに統合させる新たな資料動画の閲覧・探索ユーザインタフェースを検討してきた．本プ
ロジェクトで提案するインタフェースは，動画内
でまるで資料を直接操作しているかのようなスク （5-2）波及効果と発展性等
本研究成果がトップ国際会議に採択されたこと
ロール・ページ送りのインタフェースをユーザにもあり，本プロジェクトに関して既に多くの研究提供する．また，動画の再生とは非同期的に動画
内資料の操作を可能とすることで，本インタフェ 者らから問い合わせを受けており，新たな研究者ースはリアルタイム・オンデマンド動画の両方に ネットワークの形成に資すると期待される．また，対応する．加えて，本インタフェースでは資料の 本研究は近年発展の目覚ましい AI 分野とも相性
元データの使用を前提とし，動画内に表示された が良く，当該分野の研究者との連携により今後さ資料をユーザが直接操作する際には，システムは らなる学術的・産業的発展が期待できる．
動画の再生位置に対応する資料の元データを（動画のかわりに差し替えて）表示させることで，両 [6]まとめと今後の課題
者を個別に（e.g., 横並びで）閲覧する場合に比べ 本プロジェクトでは，資料動画を閲覧・探索するて認知負荷を軽減し，動画の閲覧体験を向上する． ための新たなユーザインタフェースを設計・実装
し，その有用性をユーザ評価により実証した．今後の課題は，資料内コンテンツに基づくさらなる[4]研究計画及び内容
本プロジェクトの実施にあたり，研究分担者ら 探索の効率化や，動画やアニメーション等の動的の間で密にコンタクトを取りながら，本インタフ コンテンツを含む資料への対応である．
ェースの設計や実装方法，ユーザスタディの計画403

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果](1) 成果リスト（謝辞あり）
1. Taichi Murakami, Kazuyuki Fujita, Kotaro Hara,
Kazuki Takashima, Yoshifumi Kitamura.
SwapVid: Integrating Video Viewing andDocument Exploration with Direct Manipulation,
Proc. of the 2024 CHI Conference on Human
Factors in Computing Systems (CHI '24), Article
No. 1035, pp. 1-13, May. 2024.
(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
2. 村上大知，藤田和之，原航太郎，高嶋和毅，
北村喜文． SwapVid: 資料動画の視聴支援のための 動画・資料ビューアの統合型インタフェース．インタラクション 2024 論文集，pp. 373-376, 2024 年 3 月．

404

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号R05/B15

研究課題名
人・社会のセンシングと介入に関わる基盤技術の研究
18 日（土） 9 時～12 時[1］研究代表者・通研対応教員
場所：東北大学電気通信研究所研究代表者：
本館６階大会議室（M601）
荒川 豊（九州大学大学院システム情報科学研究院）
およびオンライン（Zoom）
通研対応教員：
この研究会では、合計 22 件の研究発表があり、尾辻 泰一（東北大学電気通信研究所）
本プロジェクトからは、荒川、藤田、白鳥、岡部、東野、渡辺、菅沼の 7 名が現地で発表を行い、[2] 当該年度の研究実績の概要
Society5.0 では、さまざまなセンサによるセ オンラインからも安本 1 名が発表を行った。発表
ンシング、機械学習や深層学習を用いた分類や のタイトルを以下に示す。
予測、そして、結果に基づく実世界へのフィー 1. 荒川（九州大）：デジタルウェルビーイングに向けた情報選択行動支援
ドバックにより、人間とテクノロジーとの共生2.
藤田（千葉工大）・白鳥（中央大）：社会性をが進んでいく。その中で、形式や頻度の異なる基盤とするポストエージェント指向モデル
多種多様なデータをどのように統合的に取り扱
DOUBLE の 研究開発
うのか、膨大なデータをどのように高速処理す
るのか、精度とプライバシーというトレードオ 3. 岡部（京都大）：フローのパッシブ計測によるネットワークの状態推定
フ問題をどのように解決するのか、などまだまだ研究課題が山積している状況である。また、 4. 東野（京都橘大）：高齢者の孤立の検知と改
善:日米共同研究
社会インフラという側面が強いため、センサや機械学習の性能など技術面だけではなく、技術 5. 菅沼（東北大）：局所空間ディジタルツインの応用に関する研究を社会あるいや別の領域に浸透させていくためのプロセスや社会受容性を高める方策に関する 6. 安本（奈良先端大・オンライン）：非接触宅内
生活行動認識に関する研究研究も重要となり、情報学の領域を超え、さま：情報通信の将来に向けてざまな研究者との共創が不可欠となる。このよ 7. 渡辺（阪大）
うな背景のもと、本研究では、人と社会をセン
代表的な研究成果をいくつか紹介する。荒川
シングする基盤的な研究について、専門性や年代の異なる第一線の研究者が議論を交わし、相 は、「デジタルウェルビーイングに向けた情報選互の研究理解を深めるとともに、新たな研究課 択行動支援」という研究について発表した。こ
題や解決手法の創出につなげていくことを目的 の研究は、現在、情報技術進展の弊害として、
フェイクニュースや陰謀論など偏った情報にさとして研究を行った。
本プロジェクトの初年度となる令和 5 年度は、 ら さ れ 、 イ ン フ ォ デ ミ ッ ク （ Information と(1)プライバシーと利便性を兼ね備えた人と社会 Pandemic を合わせた造語で情報による災害）とのセンシング、(2)データ駆動型の介入技術に関 いう言葉までも生まれた時代において、より健する研究、(3) 次世代センシング基盤技術に関す 全な情報選択を行うためにはどうすればよいか、る検討を行った。メールやオンラインでの議論 に関する研究である。この研究は、本プロジェに加えて、東北大学電気通信研究所においても クトにおいて、人の行動を変える行動変容の研研究会を開催した。研究会は、本プロジェクト 究について議論を重ねたことで着想を得た研究に関連する２プロジェクト（R03/B12 持 続 可 能 である。
岡部は、「フローのパッシブ計測によるネット
なユビキタスシステムに向けた実証的研究、
R05/A24 スマート社会を支える自己産出型サービ ワークの状態推定」というタイトルで、次世代スプラットフォームに関する研究、）と合同で、 のネットワーク計測手法に関する発表を行った。
渡辺は、「情報通信の将来に向けて」というタ
対面とオンラインを併用するハイブリッド形式
イトルで発表を行った。特に現在注目を浴びてで２日間に渡って開催した。
いる非地上（衛星および高高度プラットフォー
日時：2023 年 11 月 17 日（金）10 時～19 時
405共同プロジェクト研究ム）ネットワークの現状と将来展望に鑑み、世界的なカバー率、ダウンリンクのみならずアップリンクの無線技術進展等の観点から、将来の人・社会のセンシングのインフラとして重要な位置にあることを示した。
東野や安本は、「高齢者の孤立の検知と改善」
および「非接触宅内生活行動認識に関する研究」というタイトルで、最先端の宅内センシング手法に関して発表した。
藤田、白鳥は、オブジェクト指向、エージェ
ント指向の短所を克服し持続動作性を向上を狙ったアーキテクチャと大規模通信障害への応用に関する発表を行った。
菅沼は、「Design of a Support System for
Guitar Performance Training Using XRTechnology」および「A Concept and Functional
Design of AR Cards」というタイトルで、局所空間ディジタルツインの概念に基づく、楽器演奏技能習得支援、カードゲーム娯楽性拡張のためのシステム設計・実装に関する発表を行った。
合同研究会には、20 代の若手助教からシニア
教員まで幅広い年代の研究者が参加し、それぞれの研究について発表するとともに、これまでの経験を踏まえた討論を行った。
[3] 今後の研究の推進方策
今年度も合同研究会を 11 月に実施予定である。
それとは別に、プロジェクト内、および、プロジェクトをまたぐ研究連携を進め、人・社会のセンシングと介入に関わる基盤技術の研究を推
し進める。

406

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）● Y. Xu, H. He, J. Liu, Y. Shen, T. Taleb
and N. Shiratori, "IDADET: Iterative
Double-Sided Auction-Based Data-Energy
Transaction Ecosystem in Internet of
Vehicles," in IEEE Internet of Things
Journal, vol. 10, no. 11, pp. 1011310130● N. Eguchi, H. Choi, Y. Nakamura, S.
Fukushima, Y. Arakawa, "Design and
Implementation of Persuasive Public WiFi to Derive Prosocial Network Usage,"
Proc. of The 38th International
Conference on Information Networking(ICOIN2024), Jan.2024.
● S. Fujita and N. Shiratori, "Double:
Post Agent-oriented Model Towards
Trustable Smart Society based on AI
Technologies," Proc. of IEEE 22nd Int'l
Conference on Cognitive Informatics andCognitive Computing (ICCI*CC'23), Aug.
2023.
● F. Minani, M. Kobayashi, T. Fujihashi,
M. Alim, S. Saruwatari, M. Nishi, T.
Watanabe, “A Fundamental Discussion on
Reward-Based Reinforcement Learning for
Uplink Resource Allocation in NTN,”
Proc. of IPSJ 14th International
Conference on Mobile Computing andUbiquitous Networking (ICMU2023), Nov.
2023. (Best paper award)● E. Zhou, M. Kobayashi, T. Fujihashi, M.
Alim, S. Saruwatari, M. Nishi, T.
Watanabe, “A Fundamental Discussion on
Efficient Reliable Multicast Protocol in
Hierarchical Non-Terrestrial Networks,”
2023 International Conference on
Emerging Technologies for Communications(ICETC 2023), 2023.

Computing and Ubiquitous Networking(ICMU2023), Nov. 2023.
● Yoshida Shuhei, Toru Abe, and Takuo
Suganuma, “Design of a Support System
for Guitar Performance Training Using XRTechnology,”Proc. of 2023 IEEE 12th
Global Conference on Consumer
Electronics (GCCE2023), pp.278-281, Oct.
2023.
● Yuki Hamaguchi, Toru Abe, and Takuo
Suganuma, “A Concept and Functional
Design of AR Cards,” Proc. of 2023 IEEE
12th Global Conference on Consumer
Electronics (GCCE2023), pp.621-625, Oct.
2023.

(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果● T. Ishibashi and T. Yoshihiro,“A
Scheduling Method for LoRaWAN Assuming a
Mixture of Incompatible Devices,” Proc.
of the 17th International Workshop on
Informatics (IWIN2023), Sep. 2023.
● S. Suzuki and T. Yoshihiro,“ACongestion-aware Transfer Scheduling
Method for ride-sharing Services,” The
14th International Conference on Mobile407

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号R05/B16

研究課題名
スマートフォンによる頭部視線トラッキング技術を用いたアプリケーションの検討[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
藤田 和之（東北大学 電気通信研究所）
通研対応教員：藤田 和之（東北大学 電気通信研究所）

1.

Takahiro Nagai, Kazuyuki Fujita, Kazuki
Takashima, Yoshifumi Kitamura. HandyGaze: A
Gaze Tracking Technique for Room-Scale
Environments using a Single Smartphone, Proc. of
the ACM on Human-Computer Interaction, Vol. 6,
Issue ISS, Article No. 562, pp 143–160, Nov. 2022.

[3] 今後の研究の推進方策[2] 当該年度の研究実績の概要
次年度は，得られた結果を解析し，展示ガイドに
本プロジェクトでは，スマートフォンを用いた おける HandyGaze のユーザインタフェースガイド
視線トラッキング手法 HandyGaze[1]の応用とし ラインをまとめ，この成果を国際会議論文またはて，美術館・博物館におけるガイド情報提示イン ジャーナルへ投稿予定である．
タフェースの確立に向けて検討を進めてきた．
具体的には，国内の美術館・博物館・文学館の計 3 施設に務める学芸員の方々，計 4 名へインタビューを実施した．インタビューでは，これまでの展示ガイドの使用状況や課題，および，HandyGaze を体験いただいた上での利点や懸念点
をヒアリングした．この結果，HandyGaze は各自のスマートフォンで利用できる点，作品の周辺にマーカ等を取り付ける必要がない（作品への鑑賞を邪魔しない）点，作品を見たかどうかや見た順
序をシステムが記録できる点において特に有用であるとの意見を得た．一方で，見た作品に対する情報が正しくフィードバックされない場面もあり，認識精度に関する課題も明らかとなった．これらの結果を踏まえて，展示ガイドのユーザインタフ
ェースを再設計した．
続いて，県内の博物館の協力を得て，実際の博物館鑑賞における提案インタフェースのユーザビ
リティの評価及び鑑賞体験に与える主観的な影響の違いを調査するフィールドスタディを実施した．
本フィールドスタディでは，参加者 12 名のそれぞれに対して，提案インタフェースを含む 2 種類のインタフェースを用いて，博物館内の特定エリアを鑑賞してもらい，その体験について，アンケ
ートスコアやインタビューにより回答してもらった．実験は完了し，得られた結果を解析中である．
本研究遂行に際し，研究分担者である Sayan
Sarcar 氏，原航太郎氏らと，オンラインを中心に意見交換を重ねてきた（令和 5 年 4 月 21 日， 6 月
5 日，9 月 15 日，令和 6 年 3 月 1 日）．

408

共同プロジェクト研究

共同プロジェクト研究実施報告書（令和 5 年）
採択番号R05/B17

研究課題名
脳型 LSI 向け回路・システム技術国際共同研究[1］研究代表者・通研対応教員
研究代表者：
羽生貴弘（東北大学電気通信研究所）
通研対応教員：羽生貴弘（東北大学電気通信研究所）

同研究の成果等を報告）を行った．Gross 先生は，
5th International Symposium on AI Electronics（令和6 年 2 月 19～20 日の 2 日間開催）の Keynote
Speaker として，Day2（2/20）に登壇し，上述した共同研究の成果を講演すると共に，自身の研究室で研究開発を進めている新しいデータ表現（hybrid polar codes）とその誤り訂正復号器への応用につぃて，最新の研究動向を紹介した．来年度へ向け，この新しいデータ表現とその応用についても，共同研究の可能性を模索する．

[2] 当該年度の研究実績の概要
コロナ禍がほぼ明けた結果，2023 年度は，国際会議等の対面開催が順次実施されつつあり，上述した国際交流を再開できる状況となって，国際 〇カナダ・トロント大学研究者らとの意見交換
交流を深めた．その具体的取組事例は以下の通り ・日時：令和 6 年 2 月 18～22 日
・場所：米国カリフォルニア州サンフランシスコ
である．
＠ISSCC2024 会場〇Mathieu Leonardon 准 教 授 （ フ ラ ン ス ・IMT
・内容：羽生教授と夏井准教授（本学 電気通信
Atlantique）との意見交換
研究所）は，ISSCC2024（令和 6 年 2 月 18～22 日
・日時：令和 5 年 5 月 15～6 月 30 日
・場所：東北大学 電気通信研究所 羽生研（対面） ＠米国カリフォルニア州サンフランシスコで開催）
・内容：Mathieu Leonardon 先生（准教授，IMT に現地参加し，カナダ・トロント大学等の教員
Atlantique，フランス）が来仙し，研究テーマに （Glenn Gulak 教 授 ，Ali Sheikholeslami 教 授 ，関する意見交換と共同研究テーマの探索を行った． Vincent Gaudet 教授）と対面にて研究展開に関す
彼の専門分野は「Few-shot learning」であり，エ る意見交換を行った．この国際会議は，昨年（令ッジ AI ハードウェアの研究開発に取り組んでい 和 5 年 2 月）時点でコロナ禍に対策（マスク着用，る当研究グループとの整合性が良い．つまり， アルコール消毒の励行等）が大幅に緩和されてお「few-shot」にて学習すべきデータ量＆計算量を り，本年はその状況をさらに進めており，意見交軽減できれば，エッジ AI ハードウェアにおける 換を対面にて実施することができた．お互いの研ハードウェア側の負荷を大幅に軽減できることと 究進捗や興味深い（将来展開の期待できる）研究なる．Leonardon 氏の来仙を機に，現在，共同研 トピックスについて意見交換をする中で，来年度究を進めており，当研究室所属の学部学生が，卒 の相互往来の再開なども検討することとした．
論研究テーマとして，few-shot learning 関連の研究テーマを着手するに至った．当該学生は，2024 [3] 今後の研究の推進方策
高次脳機能を有する脳型 LSI を心理物理学実験
年 4 月から大学院へ進学予定であり，当該の共同等に応用することで，未だ解決されていない人間
研究を引き続き深めていく計画である．
の脳における情報処理原理の究明をこれまで以上〇Warren Gross 教授（カナダ・McGill 大学）との に強く推し進めることが可能になり，その学問的意見交換
効果は計り知れない．特に，能動的に活動してい・日時：令和 6 年 2 月 20 日（金）9:00～11:00
る人間の脳活動を測定し，それに伴う人間の処理
・場所：オンラインにて意見交換
系の変化の検討から，認識・学習モデルを構築す
・内容：Warren Gross 先生と研究に関する意見交 ることは，実世界で能動的に活動する人間の情報換を行った．まず，鬼沢直哉氏（准教授，本学 処理機能を究明する研究に多大な波及効果が期待
電気通信研究所）が，令和 5 年 10 月から約１ヵ できる．また，電脳社会と実世界をシームレスに月間，Warren Gross 先生からの招へいを受け，カ 融合する自律分散制御情報システムの実現は，膨ナダ・McGill 大学にて研究に関する意見交換（共 大な情報量に惑わされることを画期的に解消させ409

共同プロジェクト研究

る．人類の社会生活と知的活動を強力に支え得る
情報通信技術を確立することは，現在および次世代の情報化社会において必要不可欠であり，特に人口減少と高齢化が進む我が国において，国の活力を維持するために，このような技術の開発と応用ことが最重要課題である．さらに，新概念脳型
LSI は，ノイマン，シャノン，ウィナーらによって構築された従来の情報通信システムを一新させるパラダイムシフトを引き起こすだけでなく，我が国のエレクトロニクス産業の復活のための転換点となることが期待される．

410

共同プロジェクト研究[論文、学会発表、および関連成果等](1) 成果リスト（謝辞あり）
・講講演（招待等）
1) 夏井雅典, "次世代 IoT 社会を拓く不揮発性ロジック LSI 技術とその応用展開," 半導体シンポジウム, Aug. 31, 2023. (invited)
2) Takahiro Hanyu, Naoya Onizawa, Daisuke Suzuki,
and Masanori Natsui, "Impact of SpintronicsBased Nonvolatile Hardware for Edge AI
Applications," Extended abstract of International
Conference on Solid-State Materials and Devices(SSDM 2023), pp.423-424, Sept. 2023 (invited).
3) Takahiro Hanyu, "Challenge of MTJ-Based
Nonvolatile Hardware for Edge AI Applications,"
16th IEEE International Symposium on Embedded
Multicore/Many-core Systems-on-Chip (MCSoC2023), 1page, Dec. 2023. (keynote speech)4) 羽生貴弘, "不揮発性ロジックで拓くエッジ AI
ハードウェアへの挑戦," DA シンポジウム,
Sept. 1, 2023. (invited)
学術雑誌（査読有）・学1) Ken ASANO, Masanori NATSUI, and Takahiro
HANYU, "Error-Tolerance-Aware Write-Energy
Reduction of MTJ-Based Quantized Neural
Network Hardware," IEICE (The Institute ofElectronics, Information and Communication
Engineers) Trans. on Electronics, 2024. (in press)(2) 関連リスト（謝辞なし）と関連成果
・国際共著の本執筆"Design and Applications of Emerging Computer
System" edited by Weiqiang Liu, Jie Han, Fabrizio
Lombardi, "Applications of Ising Models Based on
Stochastic Computing" written by Duckgyu Shin,
Naoya Onizawa, Warren J. Gross, Takahiro Hanyu,
pp. 265-280, 2024. Springer Nature
eBook ISBN 978-3-031-42478-6
・学術雑誌
1) Daisuke Suzuki and Takahiro Hanyu, "Design of aSpin-Orbit-Torque-Based Self-Terminated Nonvolatile Register for a Write/Leakage-EnergyMinimized Backup Operation," Japanese Journalof Applied Physics (JJAP), 2024. (in press)
2) Naoya Onizawa and Takahiro Hanyu, "Enhanced
convergence in p-bit based simulated annealing
with partial deactivation for large-scale
combinatorial optimization problems," Scientific
Reports, 2024.
3) Naoya Onizawa, Kota Katsuki, Duckgyu Shin,
Warren Gross, and Takahiro Hanyu, "FastConverging Simulated Annealing for Ising Models
Based on Integral Stochastic Computing," IEEE
Transactions on Neural Networks and Learning
Systems, vol.34, issue 12, pp. 10999 - 11005, Dec.
2023.

4) Naoya Onizawa, Duckgyu.Shin, Takahiro Hanyu,"Local Energy Distribution Based Hyperparameter
Determinationfor
Stochastic
Simulated
Annealing," Proceedings of IEEE Open Journal of
Signal Processing, 11 pages, 2023.
5) Naoya Onizawa, Koji Yano, Seiichi Shin, Hiroyuki
Fujita, and Takahiro Hanyu, "Self-Adaptive Gate
Control for Efficient Escape from Local Minimum
Energy on Invertible Logic," IEEE Access,10pages, 2023.
・国際会議論文（査読有）1) Ken Asano, Masanori Natsui, and Takahiro Hanyu,"Error-Sensitivity-Aware
Write-Energy
Optimization for an MTJ-Based Binarized Neural
Network," Proceedings of 30th IEEE International
Conference on Electronics Circuits and Systems(ICECS2023), 2 pages, Dec. 2023.
2) Ryoma Sasaki, Duckgyu Shin, Naoya Onizawa,and Takahiro Hanyu, "Improving Stochastic
Quantum-Like
Annealing
Basedon
Rerandomization," Proceedings of 30th IEEE
International Conference on Electronics Circuits
and Systems (ICECS2023), 2 pages, Dec. 2023.
3) Daisuke Suzuki and Takahiro Hanyu, "Design of a
SOT-Based Self-Terminated Nonvolatile Register
for Write/Leakage-Energy-Minimized Backup
Operation," Extended Abstract of 2023
International Conference on Solid State Devices
and Materials (SSDM 2023), pp. 425-426, Sep.
2023.
4) Masanori Natsui, Yasuhiro Takako, Akira
Tamakoshi, and Takahiro Hanyu, "Challenge ofEnergy-Efficient Edge-AI Accelerator Architecture
Using Nonvolatile Logic," Proc. of the 2023
International Symposium on Nonlinear Theory and
Its Applications (NOLTA 2023), pp. 263-264, Sept.
2023.
5) Daisuke Suzuki, Masanori Natsui, Akira
Tamakoshi, Yasuhiro Takako, and Takahiro Hanyu,"Challenge of a Low-Power FPGA-Based CNN
Accelerator Based on Nonvolatile Logic-inMemory Circuitry," Proc. of the 2023 International
Symposium on Nonlinear Theory and Its
Applications (NOLTA 2023), pp. 254-257 (4pages),
Sept. 2023.
6) Kaede Sakai, Masanori Natsui, and Takahiro
Hanyu, "Design of an Error-Tolerant Nonvolatile
RegisterforEnergy-Aware
Intermittent
Computing," Proc. of the 66th IEEE International
Midwest Symposium on Circuits and Systems(MWSCAS 2023), pp.269-273, Aug. 2023.
7) Fangcen Zhong, Masanori Natsui, and Takahiro
Hanyu, "High-Performance/Low-Area PowerGating Switch Linear Array for Energy-Efficient
LSIs with an Optimum Switch-Timing Control,"proceedings of the 56th IEEE International
Symposium on Circuits & Systems (iscas2023),
5pages, Monterey, CA, USA, May 24, 2023.
8) Ken Asano, Masanori Natsui, and Takahiro Hanyu,
411

共同プロジェクト研究9) "Write-Energy
Relaxationof
MTJ-Based
Quantized Neural-Network Hardware," proc. ofInternational Symposium on Multiple-Valued
Logic, May 2023.
以上412

共同プロジェクト研究

採択番号(Grant No.)：R05/S01

先端的コヒーレント波技術の応用研究
［1］組織
研究代表者
青木
徹（静岡大学電子工学研究所）
通研対応教員八坂洋（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
根尾陽一郎（静岡大学電子工学研究所）
伊藤哲（静岡大学電子工学研究所）
川人 祥二（静岡大学電子工学研究所）
香川景一郎（静岡大学電子工学研究所）
安富 啓太（静岡大学電子工学研究所）
原
和彦（静岡大学電子工学研究所）
小南 裕子（静岡大学電子工学研究所）
佐藤 弘明（静岡大学電子工学研究所）
庭山 雅司（静岡大学電子工学研究所）
小野 篤史（静岡大学電子工学研究所）
佐々木哲朗（静岡大学電子工学研究所）
小野 行徳（静岡大学電子工学研究所）
立蔵 洋介（静岡大学工学部）
横田 信英（東北大学電気通信研究所）
坂本 修一（東北大学電気通信研究所）
吉田 真人（東北大学電気通信研究所）
山末 耕平（東北大学電気通信研究所）
平永 良臣（東北大学電気通信研究所）
延べ参加人数48 人［2］研究経過コヒーレント波デバイス開発とコヒーレント波の制御・システムに関する研究、及びそのコヒーレント波応用に関する研究を連携して進めた。令和 5 年 8 月
4 日、夏季研究会が静大電子工学研究所にて口頭発表
5 件、ポスター発表 7 件、参加者 22 名で開催、また令和 5 年 12 月 26 日、冬季研究会が東北大電気通信研究所にて口頭発表 5 件、ポスター発表 8 件、参加者 26 名で開催、いずれも活発な討議が行われ、横断的な研究交流が図られ、また若手人材交流が推進された。そして、令和 6 年 2 月 15 日、通研共プロ成果報告会において電研佐藤弘明准教授が「SP アンテナ付 SOI フォ
トダイオードに基づく高度な光センサへの応用」と題して、
SP 付フォトダイオードの基本特性について説明し、光の到来方向や生体分子を検出する応用例を紹介
した。
［3］成果
（3－1）研究成果【静岡大学・根尾研究室】Air/MgF2/Al/MgF2/N-SF11 基板において Al 薄膜の両界面にプラズモンポラリトンを励起すると、相互に干渉し共鳴曲線が分裂する様子を確認した。分裂・生成した長距離伝搬プラズモン共
鳴にスピンコートで成膜した PMMA による導波路モードを重畳させたが、正確な膜厚制御が困難だったため、成膜と反射率測定をトライアンドエラーにより長距離伝搬型に透明化が誘起された反射スペクトルを取得したが、強度的に弱い。Al/MgF2/N-SF11 基板に MgF2を堆積する過程で密着性の劣化が見られ、基盤加熱温度など詳細に条件を変化させ膜質の改善を図っている。
【静岡大学・青木・伊藤研究室】ノイズを極限に追い込むフォトンカウンティングは、原理的に時間軸情報を得られる電荷カウンティングとあわせて複数の成分のノイズを切り分けることが可能となる。最後に残るショットノイズに着目した画質改善を進め、
従来の透過画像でピクセル補正を行い、画像全体にわたって直線性の高いデータ取得を可能とした。
【静岡大学・佐々木研究室】テラヘルツ分光スペク
トルにおいて、分子量 1,000 以上の比較的大きい分子結晶で予想に反して鋭い吸収線が観測されたた
め、今年度は更に分子量の大きい蛋白質であるリゾ
チームの単結晶を作成、テラヘルツスペクトル測定を適用した。セル中で結晶成長後そのまま測定できる専用のセルを開発して適用した結果、固有のスペクトルは得られたが、比較的線幅が広く、この理由
は結晶冷却時の熱歪みが結晶を崩壊させたと考えられた。
【静岡大学・小野篤史研究室】銀ナノキューブ単層集積膜の作製技術を確立した。藤掛・柴田研との共同研
究により昨年度までに得た成果を踏まえ、数値解析及び更なる詳細な実験を進め、透過光色スイッチングが液晶複屈折とプラズモン吸収との重畳に起因することを明らかにした。本研究成果を ACS Omega 誌に誌上発表した。
【静岡大学・佐藤研究室】表面プラズモン（SP）アンテナと組み合わせたシリコン細線型フォトダイオー
ドの光感度における波長・偏光の選択性を実測した。
また、SP アンテナを従来の 1 次元周期構造から 2 次元周期構造に変更することで、入射偏光の調整なしで屈折率測定を可能にした。さらに、フォトダイオードの413

共同プロジェクト研究

分光感度特性におけるピーク波長が、デバイス温度によって変調可能であることを実証した。
【静岡大学・庭山研究室】今年度は ToF と空間分解式
NIRS の同時計測システムにおける多波長データの正確度を向上させるために、電子回路や光学素子基板、
光学ブロック等の改良を行い動作特性の検証を行った。その結果、特に光散乱の少ない領域で正確度が改善した。
【静岡大学・小野行徳研究室】今年度は、MOS トラン
ジスタの２次元電子系の伝導特性の極低温計測、及びその外部磁場依存性を詳細に調べ、MOS２次元電子・正孔系の形成、クーロンドラックの観測、さらにまた、高エネルギーフォノン放出に伴う異常電子
温度上昇を観測した。また、MOS トランジスタの極低温でのフリーズアウト現象を利用して、電子・正孔
二重層を形成できることを示した。特に、電子・正孔二重層における電子層と正孔層の距離がボーア半
径程度に短く、励起子が生成されていることを示唆する結果を得た。
【静岡大学・川人研究室】今年度は、昨年度に再々試作を行った VGA クラスの 6 タップ CMOS イメージセン
サと近赤外レーザ光源との組合せにより、2 次元分解能の高い中長距離の距離画像計測を実施し、屋外 20m以上で反射板が識別できる距離画像が得られたが、デ
ィレイ特性の再評価により、分解能の定量化にはさらなる高速変調、QE 改善、低ノイズ化が必要と判り、3回目の改版試作を行った。
【静岡大学・原・小南研究室】6 方晶 BN の成長において、特に面内配向性の制御の観点から、ｃ面よりも原子配列の対称性の低いａ面サファイア上への成長を試みた。ａ面上の成長の特徴は、ｃ面に比較して基板表面が窒化されやすく膜特性の悪化につながることであったが、成長温度を 1200 C 以下にすることで、ｃ面上よりも結晶性および表面平坦性が優れた薄膜が得られることを示した。
【東北大学・八坂・吉田・横田研究室】小型高コヒー
レント半導体レーザ光源の技術開発を進めるとともに、その応用について幅広く議論し、本光源を活用した新技術分野の開拓を目指した研究を推進した。本年度は、半導体レーザの周波数応答特性を超広帯域かつ高感度で測定することが可能な、コヒーレント波の干渉を用いた光変調・光スペクトル検出システムを構築
し、電気回路の周波数応答特性に制限されない評価手法となることを実証した。
【東北大学・坂本研究室】近距離の音像知覚における重要な手がかりである近距離頭部伝達関数を通常の遠距離で測定した頭部伝達関数で合成するための方法を検討した。音の波動性を考慮した既存の方法を評価したところ、水平面の音像定位の手がかりとなる両414

耳信号差が、周波数によっては適切に再現出来ていないことが明らかとなった。
【東北大学・（白井）・山末・平永研究室】時間分解
走査型非線形誘電率顕微鏡（時間分解 SNDM）を用いた半導体の局所容量-電圧（CV）特性測定法の開発を進めた。絶縁膜-半導体界面における微視的な電荷状態のゆらぎを調べる手法を開発し、Al2O3/OH 終端ダイヤモ
ンドで室温の熱エネルギーを超える表面ポテンシャ
ルゆらぎが生じることを示唆する結果を得た。加えて、強誘電体材料の分析においても、局所 C-V 特性のマッ
ピングデータの取得，およびその機械学習的手法を導入したデータ解析を通じて、ナノスケールでのドメイン反転挙動を明らかにする手法の開発を行った。
（3－2）波及効果と発展性、研究分野への貢献など
電波と物質のコヒーレント相互作用に関する研究は、
前年度の実績を踏まえ、更に分子量の大きいリゾチー
ムの単結晶を作成し、テラヘルツスペクトル測定を適用した。コヒーレント光の時空間制御に関する研究は、
小野篤史研と藤掛・柴田研との共同から透過光色スイッチングが液晶複屈折とプラズモン吸収との重畳に起因することを解明し、ACS Omega 誌に誌上発表した。
表面プラズモンアンテナ付シリコン光導波路における熱光学変調に関する研究は、表面プラズモンアンテナと組み合わせたシリコン細線型フォトダイオードの高感度における波長・偏光の選択制を実測、SP アン
テナを2 次元周期構造に変更することで入射偏光の調整なしで屈折率測定を可能にした。また近赤外レーザ
光を利用したToF 法による時間分解イメージングデバ
イスは、6 タップ CMOS イメージセンサと近赤外レーザ
光源との組合せにより屋外20m 以上で反射板が識別できる距離画像が得られ、分解能の定量化のため、更なる改良が進められた。X 線領域の高次情報抽出イメー
ジャーの研究では画質改善を進め、従来の透過画像でピクセル補正を行い、画像全体にわたって直線性の高いデータ取得を可能とした。また ToF 計測と近赤外分
光計測による生体組織性状計測法の研究は、ToF と空間分解式 NIRS の同時計測システムにおける多波長データの正確度の向上を目指し、電子回路や光学素子基板、光学ブロック等の改良を行い、特に光散乱の少ない領域で正確度が改善した。小型コヒーレント半導体
レーザとイメージセンサを融合した新規測距技術の実現に向けた研究では、イメージセンサ外乱光に耐性を有する周波数連続変調方式の3 次元イメージングがビーム偏光器を用いることなく実現可能であることを確認した。以上、各研究課題において着実な進展が見られ、研究所間の共同研究による具体的成果も挙がるなど、今後一層深化させていくことにより更なる波
及効果が期待される。

共同プロジェクト研究［４］論文や学会発表等(1) 成果リスト（謝辞あり）
・"On-Chip Modification of Titanium Electrothermal
Characteristics by Joule Heating: Application to Terahertz
Microbolometer", Durgadevi Elamaran, Ko Akiba,
Hiroaki Satoh, Amit Banerjee, Norihisa Hiromoto, andHiroshi Inokawa, Jan. 2024, Nanomaterials.
・"2 次元周期構造のホールアレイ型金属回折格子による SOI フォトダイオードの光感度向上効果", 山本竜爾, 佐藤弘明, 2023 年 7 月, 電子情報通信学会エレクトロニクスシミュレーション研究会
・ "Wide-Bandwidth and High-Sensitivity Measurement
Technique of Intrinsic Modulation Response of
Semiconductor Lasers," N. Yokota, T. Nohara, and H.
Yasaka, 2023, IEEE Photon. J. 15, 5800106(2) 関連リスト（謝辞なし）
・"A Time-of-Flight Image Sensor Using 8-Tap P-N Junction
Demodulator", R. Miyazawa, Y. Shirakawa, K. Mars, K.
Yasutomi, K. Kagawa, S. Aoyama, S. Kawahito, 2023.4.14,
Sensors Vol.23, Issue8, pp3987（1-18）
・"An SOI-based lock-in pixel with a shallower buried
channel for improved parasitic light sensitivity andmodulation contrast", T. Kobayashi, Keita Yasutomi,
N. Takada, S. Kawahito, 2023.4.10, IEICE Trans.
Electronics, Vol.E106-C, No.10, pp.538-545
・"Time-of-Flight イメージセンサの高近赤外感度化と高精度化", 安富啓太, 川人祥二, 2023/4 月, レー
ザー研究, 51 巻 4 号 pp.232-236.
・"マルチタップ ToF ピクセルによる 3D 光センシン
グデバイスの現状と動向 (Present and Future of 3D
Sensing Devices Using Multi-Tap Time-of-Flight Pixels),
川人 祥二, 安富 啓太, マース カメル, 香川 景一郎, 2024.3.24.,応用物理学会 2024 年春季学術講演会
・"A 648 x 484-Pixel 5-Tap Short-Pulse Indirect TOF Image
Sensor with 8 and 12 Phase Demodulation for 10mOutdoor and 20m-Indoor Operations", M. Kamel, K. Sakai,
Y. Nakatani , M. Hakamata, K. Yasutomi, S. Kawahito,
2023.5.25., 2023 International Image Sensor Workshop
・"A High-Accuracy Time-of-Flight Image Sensor Using
Cascaded 4-Tap Demodulators and Dual-Phase ShortPulse Modulation", H-W Kwen, H. Nagae, K. Yasutomi,
K. Kagawa, S. Kawahito, 2023.9.7., SSDM2023
・"高精度な TOF 距離イメージセンサとその応用", 安富啓太, 川人祥二, 2023.11.10., 映像情報メディア学会 情報センシング研究会

・＂Plasmonic Color Switching by a Combination Device
with Nematic Liquid Crystals and a Silver Nanocub
Monolayer＂, Ayana Mizuno, Yosei Shibata, Hideo
Fujikake, and Atsushi Ono, 2023.10., ACS Omega
・Electrical control of transient formation of electron-hole
coexisting system at silicon metal-oxide-semiconductor
interfaces, Masahiro Hori, Jinya Kume, Manjakavahoaka
Razanoelina, Hiroyuki Kageshima & Yukinori Ono, 2023
年 11 月, Communications Physics
・"Silicon Electron Nano-Aspirator ", Yukinori Ono, 2023
年 6 月, Silicon Nanoelectronics Workshop (Invited)
・"Time of Flight 計測と空間分解近赤外分光法による
眼輪筋酸素飽和度計測", 足立 雅樹, 庭山 雅嗣
2023 年 10 月, 第 29 回医用近赤外線分光法研究会
・ "Zooming Operation of FMCW LiDAR: Toward
Applications in Rescue," N. Yokota, H. Takahashi, K.
Sugiyasu, and H. Yasaka, IEEE 12th Global Conference on
Consumer Electronics (GCCE), Oct. 2023, pp. 181-182
・" Nanoscale fluctuation analysis on capacitance-voltage
profiles of Al2O3/diamond by time-resolved scanning
nonlinear dielectric microscopy”, K. Yamasue, Y. Ogata,
T. Matsumoto, N. Tokuda, and Y. Cho, 2023.11.7-9, The
43th Annual NANO Testing Symposium(NANOTS2023), pp.26-30.
・"局所 C-V マッピング法を用いた強誘電体メモリ材
料のナノスケールドメイン挙動分析", 平永良臣,
長 康雄, 2023 年 6 月, 映像情報メディア学会技術報告, pp.9-15

415

共同プロジェクト研究

採択番号：R03/SI01

人間
間科学と AI 技術
Human sciences with AI technologies［1］組織 (Research Organization)
研究代表者（Principal Investigator）
Su-Ling Yeh (National Taiwan University)
通研対応教員 (Research Collaborator of RIEC)
Satoshi Shioiri （RIEC, Tohoku University）
研究分担者 (Project Member List)
Li-Chen Fu (National Taiwan University)
Hsiu-Ping Yueh (National Taiwan University)
Tsung-Ren Huang (National Taiwan University)
Shu-Kai Hsieh (National Taiwan University)
Yung-Jen Hsu (National Taiwan University)
Jong-Tsun Huang (National Taiwan University)
Keng-Chen Liang (National Taiwan University)
Tai-Li Chou (National Taiwan University)
Joshua Goh (National Taiwan University)
Yoshifumi Kitamura（RIEC, Tohoku University）
Yoshihiko Horio（RIEC, Tohoku University）
Takahiro Hanyu（RIEC, Tohoku University）
Chia-huei Tseng（RIEC, Tohoku University）
延べ参加人数 (Total Number of Participants) 100 人［2］本プロジェクトの目的,研究計画や内容(Purposeof this project, research plan and contents)
AI application in industry, business, medical treatment andhuman science is the most remarkable and forward-looking
research area. The proposed study area, AI in Human
Studies will create synergy based on the strength of the two
research institutes. The AI and advanced robotic center at
NTU consists of a strong team from human studies: education,
psychology, medicine, humanities, and etc. RIEC at Tohoku
includes experts in Advanced Acoustic Information Systems,
Visual Cognition and Systems, Interactive Content Design,
Soft Computing Integrated System, New Paradigm VLSI
System.
The two research institutes have co-organized a
symposium (The First NTU-Tohoku Symposium on
Interdisciplinary AI and Human Studies) on December 23,
2017 in Taipei, Taiwan. It was a public event which attracted
more than 100 attendants from academic fields and the public.
From the initial preparation and execution, the two teams
416

have established several possible collaboration research lines
as well as joint research plan. The second Tohoku-NTU
symposium was held on November 24 and 25, 2018 at RIEC
in Sendai , the third one was held on NTU, on November 24,
2019 and the fourth one and fifth one were held on March 12
and 13, 2021 and March 19th, 2022 on line due to the COVID
19 pandemic. The 6th one was held on February 26th, 2023.

The 7th one, held at National Taiwan University, including16
talks and the titles and speakers are shown below.
Satoshi Shioiri “Explicit and Implicit Effect of Visual
Attention”
Chien-Chung Chen “Exploring the Association between
dCNN and Visual Cortical Responses for Image Statistics”
Takahiro Hanyu “Impact of Spintronics-Based Nonvolatile
Hardware for Edge AI Applications”
Tzi-Dar Chiueh“Low-Complexity NN Technology:
Model and Precision Search, Acceleration Circuit, andApplications”
Shuichi Sakamoto “Consideration of perceptual cues forvertical sound localization using multilayer neural networksof sound event localization and detection”
Yu Tsao “Deep-learning-based Speech Enhancement with

共同プロジェクト研究

Its Application to Assistive Oral Communications Devices”
Yoshifumi Kitamura “Enriching Telecommunication with
Nonverbal Information”
Bing-Yu Chen “Interactive Tangible Computing”
Yasumasa Matsuda “Functional PCA of human populationin Tokyo”
Jui-Chung Yang
“Out-Of-Sample Exchange Rate
Prediction: An Application of Instrumented Principle
Component Analysis”
Rei Emura & Masatoshi Koizumi“Why Do We
Misunderstand “Who Did What”? Approaches from
Linguistics and Psychology”
Zhao-Ming Gao “A Pilot Study on LLMs-based Chinese
Word Sense Discrimination and its Applications”
Yongsong Huang “Rethinking Degradation: Radiograph
Super-Resolution via Generative Model”
Guan-yun Wang “Estimation of mental states in the context
of e-learning by using machine learning techniques”
Yuan-Ling Shih “Domain Analysis of Social Robotics:
From 2017 to 2023”
An-Sheng Liu“Sentiment Analysis and Schizophrenia
Evaluation via Multi-Modality Information”［3］成果等(Results)（3-1）研究成果(Research Results)
The following list shows collaboration topics between thetwo organization.
(1) AI & Social Robotics(2) AI & Education(3) AI & Robots for the Aging Society:(4) Speech and Natural Language Processing(5) Ethics and Law in AI(6) AI & Human Mental Functions(7) Yotta Informatics and AI(8) AI & Medical Imagine(9) Differences in Color Representations of Tastes:
Cross-cultural Study Among Japanese, Russian andTaiwaneseAmong the topics listed above, details are shown for
topic (2) and (9). For the topic (9), a group of researchers
between two university estimated students’ mental states
while studying. While participants were solving alanguage puzzle, facial images were recorded. There
were several hints for the participants who clicked abutton to get one during the task. Analyzing facial
expressions succeeded predict the time when aparticipant required a hint. This indicates that Ai could
use facial images to provide hints at appropriate time inlearning processes.
For the topic (9), cultural differences in crossmodal color-taste associations were investigated among
Japanese, Taiwanese, and Russian respondents. The
participants were asked to choose a color from a 35-color
palette that corresponds to a particular item including
three voices (male, female, and child), five basic tastes,
five types of oral chemesthesis (hot, sharp, spicy, fatty,
and astringent), and eight functional foods. The results
demonstrate that cross-modal associations were mostly
similar among the participants. However, for somespecific tastes such as umami, more cultural differenceswere observed. The results indicate there are specificcultural features in addition to the common associations
between color and taste for participants from different
cultures.
（3-2）波及効果と発展性,研究分野への貢献など(Multiplied Effects, Development Potential, andContributions to Related Research Fields etc)
The project aims to progress the research in thefields of AI and human sciences through the collaboration of
the two organizations. We expect a variety of novel
applications of information and robotics technologies with thedevelopment and use of AI technologies. It is crucial tounderstand human in the use many of these applications andwithout development of AI without human sciences may

cause troubles in the society. The project explores the futures
for hearty developments of AI technology and the twoorganizations are expected to be the centers of the research
field not only in Japan and Taiwan, but also in the world.
417

共同プロジェクト研究［4］論文や学会発表等成果資料 (Publication of
papers and conference presentations of theresults of this program Publications)（1）論文や学会発表のリスト（謝辞あり）
List of papers and conference presentations(with acknowledgements)

Chen, Y. C., Yeh, S. L.*, Lin, W., Yueh, H. P., Fu, L. C. (2023). The
Effects of Social Presence and Familiarity on Children–Robot Interactions.
Sensors, 23, 4231

(2) 本プロジェクトに関連する出版物、学会発表のリスト（謝辞を除く）
Listof
publications
andconference
presentations related to this project (without
acknowledgements)
Related publications

Chen, Y. C., Yeh, S. L., Lin, W., Yueh, H. P., & Fu, L. C. (2023).
The effects of social presence and familiarity on children–robot
interactions. Sensors, 23(9), 4231.

Wang, G. Y., Nagata, H., Hatori, Y., Sato, Y., Tseng, C. H., & Shioiri,
S. (2023). Detecting Learners' Hint Inquiry Behaviors in e-Learning
Environment by using Facial Expressions. In Proceedings of theTenth ACM Conference on Learning@ Scale (pp. 331-335).
Spillmann, L., Hsu, L.C., Wang, W. Chen, C.C., Yeh, C.I., Tseng,
C.H. (2023). Gestalt neurons and emergent properties in visual
perception: a novel concept for the transformation from local to global
processing. Journal of Vision, 23(12):8, 1-5.

Yang, C. C., Tsujimura, S., & Yeh, S. L.* (2023). Blue-light background
impairs visual exogenous attention shift. Scientific Reports, 13(1), 3794.

Chen, H. Y., Huang, P. H., & Fu, L. C. (2023). Social crowdnavigation of a mobile robot based on human trajectory
prediction and hybrid sensing. Autonomous Robots, 47(4), 339351.
Chuang, C. Y., Lin, Y. T., Liu, C. C., Lee, L. E., Chang, H. Y., Liu,
A. S., ... & Fu, L. C. (2023). Multimodal Assessment of
Schizophrenia Symptom Severity from Linguistic, Acoustic andVisual Cues. IEEE Transactions on Neural Systems andRehabilitation Engineering.
Chang, Y. H., Guo, Y. T., Fu, L. C., Chiu, M. J., Chiu, H. M., &Lin, H. J. (2023). Interactive Healthcare Robot using Attentionbased Question-Answer Retrieval and Medical Entity Extraction
Models. IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics.

Fujiwara, K., Cheng, M., Tseng, C.H., Kitamura, Y. (2023). Reading
emotions from bodily movements: The development of the Motion
Unit AI. Journal of Information Processing.

Yu, C. A., Chen, H. Y., Wang, C. C., & Fu, L. C. (2023). Complex
environment localization system using complementary ceilingand ground map information. Autonomous Robots, 47(6), 669683.

Wu, W., Li, Z., Miura, T., Hatori, Y., Tseng, C. H., Kuriki, I., ... &Shioiri, S. (2023). Different Mechanisms for Visual Attention at the
Hand-movement Goal and Endogenous Visual Attention. Journal of
Cognitive Neuroscience, 1-16.

Wu, W., Li, Z., Miura, T., Hatori, Y., Tseng, C. H., Kuriki, I., ... &Shioiri, S. (2023). Different Mechanisms for Visual Attention at
the Hand-movement Goal and Endogenous Visual
Attention. Journal of Cognitive Neuroscience, 35(8), 1246-1261.

Feng, Y. J., Yeh, S. L., & Hsieh, P. J. (2023). Objective Measurements of
Well-being. Chinese Journal of Psychology, 65(2), 145–162.

Miao, R., Kato, H., Hatori, Y., Sato, Y., & Shioiri, S. (2023).
Analysis of facial expressions to estimate the level of engagement
in online lectures. IEEE Access.

Ueda, Y., Huang, T. R., Shen, Z., Sakata, C., Yeh, S. L., & Saito, S. (2023).
Sequential processing facilitates Hebb repetition learning in visuospatial
domain. Journal of Experimental Psychology: General.

Sun, S., Wu, D. A., Shehata, M., Akashi, T., Furudate, M., Zhang,C., ... & Shimojo, S. (2023). Natural finger-tapping tempo reflects
intrinsic neurophysiological characteristics Subtitle: Neuralcorrelates of natural tempo. neuromodulation, 15(16), 17-18.

Chien, S. E., Yeh, S. L.*, Yamashita, W., & Tsujimura, S. I. (2023).
Enhanced human contrast sensitivity with increased stimulation ofmelanopsin in intrinsically photosensitive retinal ganglion cells. Vision
Research, 209, 108271.
Huang, T. R., Chen, T. C., Lin, T. Y., Goh, J. O., Chang, Y. L., Yeh, S. L.,& Fu, L. C. (2023). Spatially Small-scale Approach-avoidance Behaviors
Allow Learning-free Machine Inference of Object Preferences in Human
Minds. International Journal of Social Robotics, 15, 999-1006.

418

共同プロジェクト研究

採択番号：R04/T01

伝送工学研究会
Society 5.0 に向けた電波・光波伝送技術
［1］
］研究組織
研究代表者，主査：
松浦 祐司（東北大学 大学院工学研究科）
通研対応教員
葛西 恵介（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
陳強（東北大学大学院工学研究科）
山田博仁 （東北大学大学院工学研究科）
西山大樹 （東北大学大学院工学研究科）
佐藤源之 (東北大学大学院環境科学研究科）
今野佳祐 （東北大学大学院工学研究科）
松田信幸 （東北大学大学院工学研究科）
［2］
］研究目的
電波，光波の無線及び有線伝送に関するシス
テム，方式及びデバイスについて研究発表と討論を行う．
［3］］研究成果等（１）成果等
電波から光波にわたる電磁波を用いた有線・無線伝送に関する基礎・応用研究に関する最新の情報について情報交換を行うことにより，今後の展望を得た．
（２）開催した研究会
第 638 回
2023 年 5 月 16 日（火） 14：40～
電子情報システム・応物系 1 号館 2 階大会議室【一般公演】
638-1. 「中赤外分光法による血液からの多疾患
同時スクリーニング」
木野彩子 1 保坂春樹 1 金森政之 2 新妻邦泰
2 冨永悌二 2 松浦祐司 1
1. 東北大学大学院工学研究科，2. 東北大学大学
院医学研究科
参加者数

53 名

第 639 回
2023 年 6 月 20 日（火）14：40～
電子情報システム・応物系 1 号館 2 階大会議室【一般公演】
639-1. 「ローカル 5G の電波強度測定と電波品

質評価」
加藤泰成 1 山田博仁 1,2
1. 東北大学工学研究科，2.災害科学国際研究所
参加者数

53 名

第 640 回
2023 年 7 月 18 日（火）14：40～
電子情報システム・応物系 1 号館 2 階大会議室【一般公演】
640-1. 「生体組織分析のための中赤外光光熱偏向分光システムの基礎検討」
伊藤大登，木野彩子，松浦祐司
東北大学大学院医工学研究科
640-2.
「A Low-Cost Wideband Reflectarray
Antenna Based on Nonradiative Dielectric Waveguide」
Wen Wu, Qiang Chen
東北大学大学院工学研究科
640-3.
「Horizontally
Polarized
andOmnidirectional Array Antenna for Sub-6 Base
Station」
Junyi Xu, Sirao Wu, Qiang Chen
東北大学大学院工学研究科
参加者数

51 名

第 641 回
2023 年 9 月 19 日（火）14：40～
電子情報システム・応物系 1 号館 2 階大会議室【一般公演】
641-1. 「Fe3O4 ナノ粒子添加による溶液塗布(C8BTBT)(F4TCNQ)薄膜の近赤外光電変換効率の向上」
内山直美，Loi Thonthat，松浦祐司
東北大学大学院工学研究科
641-2. 「Capacity-Fairness Tradeoff-aware Power
Allocation for Cluster-wise
Distributed MU-MIMO System」
Sijie Xia, Qiang Chen, and Fumiyuki Adachi Graduate
School of Engineering, Tohoku University
参加者数

35 名

第 642 回
419

共同プロジェクト研究2023 年 10 月 17 日（火）14：40～
電子情報システム・応物系 1 号館 2 階大会議室【一般公演】
642-1.
「A Low-Cost Structure for Reducing
Reflection Loss in Liquid Crystal Reflectarray」
Yue Cui, Hiroyasu Sato, Yosei Shibata, Takahiro
Ishinabe, Hideo Fujikake, and Qiang Chen
東北大学大学院工学研究科の設計」
工藤陸，佐藤弘康，陳強
東北大学大学院工学研究科【特別講演】「RF Design for Ultra-Low-Power WirelessCommunication Systems」
Jasmin Grosinger
Graz University of Technology, Tohoku University

645-3. 「遅延耐性ネットワークの発信端末における受信信号強度に基づく中継端末選択による情報送信効率の向上」
上村優樹、西山大樹
東北大学大学院工学研究科

参加者数

43 名

645-2. 「帯域通過レドームの周波数特性に関する数値解析」
細村祥平，今野佳祐，陳強
東北大学大学院工学研究科

参加者数 48 名

第 643 回
2023 年 11 月 21 日（火）14：40～
電子情報システム・応物系 1 号館 2 階大会議室【一般公演】
643-1. 「誘電体スラブを装荷したアンテナの低姿勢化」
塚田裕太，今野佳祐，陳強
東北大学大学院工学研究科

第 646 回
2024 年 2 月 20 日（火）14：40～
電子情報システム・応物系 1 号館 2 階大会議室【一般公演】
646-1. 「負荷インピーダンスを用いたリフレク
トアレーの最適化に関する研究」
佐藤 聖将，今野 佳祐，陳 強
東北大学大学院工学研究科

643-2. 「リフレクトアレーによるフレネル領域の電波環境改善」
本多出，今野佳祐，陳強
東北大学大学院工学研究科

646-2. 「UHF 帯 RFID システム用の広帯域電波吸収体の研究」
源 拓夢，今野 佳祐，陳 強
東北大学大学院工学研究科

参加者数

44 名

第 644 回
2023 年 12 月 19 日（火）14：40～
電子情報システム・応物系 1 号館 2 階大会議室【一般公演】（順不同）「企業に求められる高周波技術」
西澤公彦
東芝電波プロダクツ株式会社 第２技術部技術第１担当「EM Research and Education at Graz University ofTechnology」
Jasmin Grosinger
Graz University of Technology
参加者数

40 名

第 645 回
2024 年 1 月 23 日（火）14：40～
電子情報システム・応物系 1 号館 2 階大会議室【一般公演】
645-1. 「有孔誘電体を用いたリフレクトレンズ
420646-3. 「光誘起超音波を用いた生体組織の赤外分光イメージング」
田中望実，松浦祐司
東北大学大学院工学研究科
参加者数

37 名
以上

共同プロジェクト研究

採択番号：R04/T02

音響工学研究会
サブタイトル音響・音声・聴覚およびマルチモーダルシステムに関する基礎と応用に関する研究発表
［1］
］研究組織
研究代表者：
坂本 修一（東北大学電気通信研究所）
通研対応教員
坂本 修一（東北大学電気通信研究所）
主査
坂本 修一（東北大学電気通信研究所）幹事
能勢 隆 （東北大学大学院工学研究科）
研究分担者
伊藤 彰則（東北大学大学院工学研究科）
［2］
］研究目的
音響・音声・画像・マルチモーダル分野における認知科学，信号処理，認識・理解，人工知
能，自然言語処理に関する研究発表を通して，情報交流，意見交換を行う。
［3］］研究成果等（１）成果等
音響工学研究会は，1950 年頃に発足した研究会で，2020 年度末までに 383 回実施された歴史と伝統のある研究会である。また，2020 年に実施された第 380 回音響工学研究会から，優秀な発表を行った若手発表者を顕彰する目的で優秀発表賞を選定するなど，若手育成にも力を入れている。
2023 年度は研究会 3 回（第 389〜391 回）および通研講演会 1 回が開催された。会場は第 389 回は東北大学電気通信研究所で，第 390 回は電子情報システム・応物系 復興記念教育研究未来館
復興記念ホールとオンライン形式のハイブリッ
ドで，第 391 回は東北大学電気通信研究所本館 1階オープンセミナー室とオンライン形式のハイブリッドでそれぞれ実施した。通研講演会は東北大学電気通信研究所本館 1 階オープンセミナ
ー室で実施した．なお，第 389 回は電子情報通信学会ヒューマン情報処理研究会，日本認知心理学会感性学研究部会，日本心理学会注意と認知研究会，東北大学電気通信研究所音響工学研究会，東北大学ヨッタインフォマティクス研究センターとの共催で，第 390 回は超音波エレク
トロニクス研究会との共催でそれぞれ開催された。第 389 回は 2023 年 12 月 21(木)および 22(金)日に開催され，招待講演 3 件を含む研究発表 19
件，参加者は 2 日間で延べ 39 名であった。第
390 回は 2024 年 1 月 18 日に開催され，研究発表
4 件，参加者は 47 名であった。第 391 回は 2024
年 3 月 21 日に開催され，研究発表 6 件，参加者
は 23 名であった。また，第 391 回で発表した 2
名の発表者に優秀発表賞を授与した。通研講演会は、2023 年 4 月 20 日（木）に Prof. KIM,
SungYoung (Korea Advanced Institute of Science andTechnology)に よ り 「What is the future of eartraining program?」という題で開催され、参加者
は 19 名であった。
（２）開催した研究会<第 389 回研究会 プログラム>
12 月 21 日(木)389-1 10:30 - 11:00
洞察の予測における顔表情データの有用性の検討 ～ 予測における個人差の影響 ～○明戸浩志・羽鳥康裕・佐藤好幸・曾 加蕙・
塩入 諭（東北大）
389-2 11:00 - 11:30
Natural finger-tapping tempo reflects intrinsic
neurophysiological characteristics-- Neural correlatesof natural tempo -○Sai Sun（Tohoku Univ.） ・Daw-An Wu・
Mohammad Shehata（Caltech）・Takuya Akashi・Morimichi Furudate（Iwate Univ.）・Chao Zhang（Fukui Univ.）・Ken-Ichiro Tsutsui・Satoshi Shioiri（Tohoku Univ.）・Shinsuke Shimojo（Caltech）
389-3 11:30 - 12:00
眼球運動の指標を用いた認知的熟慮性の推定に向けた初期検証○曹 蓮・山崎悠大・柏本幸俊・上坂大輔（KDDI）
389-4 13:00 - 14:00［招待講演］身体運動と脳の健康○石原 暢（神戸大）
389-5 14:15 - 14:45
産学官連携による地域活性事業のオープン・デ
ータ化の研究 ～ 消費傾向と商材に対する感情価の調査から ～
○塙 裕美（福島高専）
389-6 14:45 - 15:15
421

共同プロジェクト研究

形態特徴と画像特徴量を用いた顔印象要因の統計的因果探索○佐野貴紀・川畑秀明（慶大）
389-7 15:15 - 15:45
自動作曲システム「soundtope」に基づく音楽ア
プリケーションの気分改善効果検証 ～ 医療用ア
プリケーション開発を目的として ～○柴 玲子（東京藝術大）・森本洋太（coton）・
秋本瑠理子（東京藝術大）・投石浩次・明智龍男（名古屋市大病院）・藤森麻衣子・内富庸介（国立がん研究センター）・古川 聖（東京藝術大）389-8 16:00 - 16:30
周辺奥行き手がかりの類似性が中心面の傾き知覚に及ぼす影響○宮本拓磨・久方瑠美・金子寛彦（東工大）
389-9 16:30 - 17:00
Painting with your nose: How olfactory perception
shapes artistic expression and color choices○Zahra Davoudi（Vision to Connect, COINEXT）・Nobuyuki Sakai（Nobuyuki Sakai, PhD. 1
Department of Psychology, SAL 2 Vision to）
389-10 17:00 - 17:30
ウェブサイト UI コンポーネントに対する視認性の改善 ～ サリエンシーモデルを利用して ～○東島(宍戸) 恵美子，須原秀敏
389-11 17:30 - 18:00
質感の要素知覚メカニズムの独立性の検討○吉田圭吾・清川宏暁・栗木一郎（埼玉大）
12 月 22 日(金)389-12 09:15 - 09:45
遍在的人工視環境下における視知覚および触覚との相互作用に関する潜在的な発達異変の可能性についての議論 ～ 知覚表象基盤における立体と平面の差異 ～○大塚作一（国際高専）
389-13 09:45 - 10:15
トレーニング中の表情表出と運動継続意志の関係の検討○梅村浩之（産総研）・藤村友美（同志社大）・
風間弥希子・田渕規之・岡本英也（ミズノ）・村井昭彦（産総研）
389-14 10:15 - 10:45
選好対象と知覚スタイルが注意の広さによる選
好変化に与える影響 ～ 細部への注意誘導は選好評価を向上させる ～○谷山祐真・梅村浩之（産総研）389-15 11:00 - 12:00［招待講演］ヒトの感性をデータ化する ～ 味わ
いとおいしさを例として ～○坂井信之（東北大）
389-16 13:00 - 14:00［招待講演］奥行運動の知覚に関与する両眼性
422

手がかり
○塩入 諭（東北大）
389-17 14:15 - 14:45
認知的な発話行為が動作の反応時間に与える影
響の実証的研究○山田雅敏（常葉大）・高田亮介（東大）
389-18 14:45 - 15:15
調音ダイナミクスと言語印象 ～ 実在日本語オノ
マトペにおけるインアウト効果に基づく検討 ～○大竹裕香・山本健太郎・山田祐樹（九大）
389-19 15:15 - 15:45
感情によるユニーク色知覚の変調 ～ 個人に依存する色方向 ～
○小松﨑摩耶・柴田紀代・酒井 宏（筑波大）<第 390 回研究会 プログラム>
390-1 16:10 - 16:40「高分解能光音響顕微鏡に適したテストベッド
環境の開発と細胞内金ナノ粒子イメージングの検討」◯西前 大亮 1, 石井 琢郎 1,2, 小笠原 康悦 3, 西條
芳文 1(1 東北大学大学院医工学研究科, 2 東北大学学際科学フロンティア研究所, 3 東北大学加齢医学研究所)
390-2 16:40 - 17:10「Photoacoustic Imaging for Hidden Dental Caries」◯Fikhri Astina Tasmara, Mitrayana(Physics Department, Gadjah Mada University,
Yogyakarta, Indonesia)
390-3 17:10 -17:40「対話エージェントにおける聞き手の動作生成に関する検討」◯伊藤遥稀，伊藤彰則，能勢隆(東北大学大学院工学研究科)
390-4 17:40 - 18:10「深層学習に基づく拡張性の高い軽量なテキス
ト音声合成システムの開発に向けた検討」◯金泰誠，能勢隆，伊藤彰則(東北大学大学院工学研究科)<第 391 回研究会 プログラム>
391-1
分散球状マイクロホンアレイを用いた無限次数解析による音場収音技術に関する検討○ジョンスンム 1，坂本修一 2（1 東北大学工学部電気情報物理工学科，2 東北大学大学院情報科学研究科）
391-2
情景想起と空間的整合性が聴覚オブジェクト認知に及ぼす影響○富田浩音 1，坂本修一 2（1 東北大学工学部電気情報物理工学科，2 東北

共同プロジェクト研究

大学大学院情報科学研究科）
391-3
音声伝達に適した場が有する空間印象に関する一検討○渡辺健太郎 1，坂本修一 2（1 東北大学工学部電気情報物理工学科，2 東北大学電気通信研究所）
391-4
wav2vec2.0 による低資源言語の音声認識における学習戦略や認識器の効果に関する研究（オンライン発表）○越川崇貴 1，伊藤彰則 2，能勢隆 2（1 東北大学電気情報物理工学科，2 東北大学大学院工学研究科）
391-5
投機的デコーディングの日本語への適用と分析○林崎由 1，能勢隆 2，伊藤彰則 2（1 東北大学電気情報物理工学科，2 東北大学大学院工学研究科）
391-6
Manga109 データセットを用いた漫画風キャラク
ター画像生成の検討○髙橋玲 1, 能勢隆 2, 伊藤彰則 2（1 東北大学電気情報物理工学科，2 東北大学大学院工学研究科）
また，391-1，391-5 の 2 件の発表に，優秀発表賞を授与した。

◆ 論文や学会発表等成果資料（1））論文や学会発表のリスト（謝辞あり）
なし(2) 本プロジェクトに関連する出版物、学会発表のリスト（謝辞を除く）
なし

423

共同プロジェクト研究

採択番号：R04/T04

コンピュータサイエンス研究会
理論計算機科学を中心とする情報科学の基礎と応用
［1］
］研究組織
研究代表者
住井 英二郎（東北大学 大学院情報科学研究科）
通研対応教員中野 圭介（東北大学 電気通信研究所）
主査
住井 英二郎（東北大学 大学院情報科学研究科）
幹事
松田 一孝（東北大学 大学院情報科学研究科）
研究分担者
篠原 歩（東北大学 大学院情報科学研究科）
Oleg Kiselyov（東北大学 大学院情報科学研
究科）
［2］
］研究目的
コンピュータサイエンスにおける最新の話題について講演会を開催し，電気・情報系，通研，学外の研究者，学生間の交流を図る．
［3］］研究成果等（１）成果等
コンピュータサイエンス研究会は，国内外で活躍する研究者を講師に招き，コンピュータサイ
エンスにおける最新の研究成果，話題について講演会を開催し，通研および電気・情報系に所属する研究室間の学問の交流を図ることを目的としている．今年度は下のとおり計 2 回の講演会を開催した．本研究会は，このように第一線で活躍する研究者による最新の研究成果の講演をもとに，活発な討論と意見交換がなされ，有意義な学問交流の場を提供した．
（２）開催した研究会
1) 第 184 回コンピュータサイエンス研究会
日時：2023 年 11 月 8 日（木）15:00～17:00
場所：東北大学 大学院情報科学研究科 電子情報システム・応物系 3 号館 206 号室
講演者：Meng Wang (University of Bristol)
題目：「Translation to Rust」

424

2) 第 185 回コンピュータサイエンス研究会
日時：2024 年 3 月 11 日（月）15:00～17:00
場所：東北大学 大学院情報科学研究科 電子情報システム・応物系 3 号館 206 号室とオンラインのハイブリッド
講演者：西田 雄気 氏（京都大学）
題 目 ：「Helmholtz: A Verifier for Tezos SmartContracts Based on Refinement Types」

共同プロジェクト研究

採択番号：R04/T05

システム制御研究会
システム制御理論と応用に関する研究発表
［1］
］研究組織
研究代表者：
渡邉 高志（東北大学 大学院医工学研究科）
通研対応教員
石黒 章夫（東北大学 電気通信研究所）
主査
渡邉 高志（東北大学 大学院医工学研究科）
幹事
杉田 典大（東北大学 サイバーサイエンス
センター）
研究分担者
本間 経康（東北大学 大学院医学系研究科）
酒井 正夫（東北大学 データ駆動科学・AI
教育研究センター）
加納 剛史（東北大学 電気通信研究所）
市地 慶（東北大学 大学院医学系研究科）
湯田 恵美（東北大学 データ駆動科学・AI
教育研究センター）福原 洸（東北大学 電気通信研究所）
安井 浩太郎（東北大学 電気通信研究所）
［2］
］研究目的
システム制御工学に関する理論から応用にわたる最新の研究動向について情報共有を進めると共に、参加者の研究の成果について討議を行い、当該分野における研究交流を推進する。
［3］］研究成果等（１）成果等①機能的電気刺激（FES）により，運動機能麻痺者の日常生活動作を支援するために，関節角度と関節剛性の両方の閉ループ FES 制御器を提案し、計算機シミュレーションによる検討を行った。関節角度の制御性能および外乱除去性能について，関節角度のみの PID 制御器、先行研究で提案された関節角度の閉ループ制御と関節剛性の開ループ制御を行う制御器と比較した結果，関節角度と関節剛性を制御する方が角度
PID 制御器よりも外乱による角度変化が小さく，角度制御において優れた性能を示した．しかし、外乱阻止性能については、先行研究の制御器と提案した制御器とで同等であった。これらの結果から、関節剛性を制御することで関節角度制
御性能と外乱除去性能が向上する可能性が確認され、関節剛性の開ループ制御も有効になると考えられる。
②慣性セ ン サ（IMU） で計測し た 信号から、FES による動作補助中の随意的活動レベルの推定する方法の実現可能性について、肘関節の同一動作に対する 4 つの負荷条件（無重量、1kg、2kg、3kg）の分類により検証した。また、上腕二頭筋の筋電図（EMG）による分類についても併せて検討した。分類に用いる IMU 信号は、加速度・角速度、周波数スペクトル、短時間フーリエ変換、連続ウェーブレット変換の 4 種類を検討し、推定アルゴリズムとしては、k-最近傍法、線形サポートベクターマシン、ガウシアン
カーネルサポートベクターマシンの 3 種類を検討した。その結果、被験者内分類、被験者間分類の両方において、EMG 信号を用いた場合よりも IME 信号を用いたほうが、分類の平均精度が高い結果が得られ、特に、IMU 信号の短時間フーリエ変換と線形サポートベクターマシンを用いた場合が最も高い分類精度になった。これらの結果から、IMU 信号を用いた随意的活動レベ
ルの推定の実現可能性が示唆された。
③下垂足矯正のための FES 制御において、連続使用における筋疲労の早期発生が問題になることから、刺激パルス列にダブレットパルスを含めることの有効性について角度変化の観点で検討を行った。まず、15 分間の FES 歩行を想定した座位での刺激印加において、一定周波数パルス列（CFT）、刺激開始時にダブレットパルスを含むパルス列（DFT）により誘発される足関節角度を比較した結果、DFT は CFT より大きい足関節角度を維持できることを確認した。次に、刺激開始時および刺激印加途中にダブレットパ
ルスを追加したパルス列（DFT2）について、刺激終了付近（足接地時を想定）での足関節角度の増加の可能性を検討し、CFT に対して、最大角度と刺激終了時の角度が有意に増加する可能性が示唆された。また，DFT2 では、より高い周
波数の CFT に近い角度を生成できる可能性も確認され、筋疲労に対して有効になることが期待された．
④運動機能麻痺者の日常歩行モニタリングとして、少数の慣性センサにより、下肢の異常運動部位を推定する方法を検討した。両足部に取り425

共同プロジェクト研究

付けた慣性センサで計測した加速度信号から、双方向長期短期記憶モデルを用いて、他の身体部位（両下腿、両大腿、腰）に取り付けた慣性センサの加速度信号を推定し、推定した信号か
ら 1 クラスサポートベクターマシンを用いて歩行の異常を検出し、異常歩行検出に⽤いる特徴
量の重要度を評価することで、異常運動を示した信号の推定を行う方法を検討した。その結果，
2 つのセンサを用いた異常運動信号推定結果の多くは，7 つのセンサによる計測値による異常
運動信号推定の結果と高い相関を示したことから，2 つのセンサを用いることで，異常運動の原因となる身体部位の推定可能性が示唆された．
⑤サイバーフィジカルシステムで用いられるバーチャルリアリティ(VR)について、表現力が高く、かつ生体に優しいヒューマンインタフェー
スに関して研究を進めている。今年度は、VR 体
験で生じる酔いについて、その兆候や影響を捉える手法を確立するために、ヘッドマウントディスプレイで計測される視線情報の解析を行った。具体的には、外界の景色を追従する際に生じる緩やかな動きである緩徐相と眼球の位相をリセットのための素早い動きである急速相に着目し、酔いが生じた際にこれらのパターンに特徴的な変化が現れることを発見した。
⑥医療・健康に関するサイバーフィジカルシス
テムの実現に資する技術として、生体の映像から心拍などの生体信号を非接触かつ安定的に取得するための手法について研究を進めている。
今年度は、手掌を対象領域とした映像から脈波の伝搬特性を推定し、その特性の違いから個人の認証を行う新たなバイオメトリクスを実現するための基礎的な研究を行った。
⑦非接触な計測で人の行動や状態を推定するための技術として、通信用電波の伝搬パターンに基づく室内の状態推定手法について研究を進めている。今年度は、WiFi 電波で得られるチャネ
ル状態情報に着目し、先行研究で計測されたデータを用いて、学習に用いるアルゴリズムやデータ分割が精度に及ぼす影響について解析を行うとともに、環境の変化にロバストな推定モデルの作成について検討を行った。
（２）開催した研究会① 第 113 回システム制御研究会
令和 5 年 4 月 3 日（月）13:30～16:20
・Special lecture 1: Data Driven Service Research・Special lecture 2: Decision Theory
・Special lecture 3: Application of Classifcation and426

Clustering Approaches in Medical
・Reliability Evaluation of Deep Learning Models for
Drowning Diagnosis Using Post-Mortem CT
・Data-Driven Decision Making for Replenishment
in RMFS・A Hybrid RF-LSTM Based on CEEMDAN for
Improving the Accuracy of Building Energy
Consumption Prediction② 第 114 回システム制御研究会
令和 5 年 5 月 8 日（月）15:00～16:40
・A Study on Estimation of Stride Length andWalking Speed in Abnormal Walking Using A
Lower Leg Inertial Sensor
・Design of Information System for Remote
Rehabilitation with Live Video Stream using PTZ
Camera・Fundamental Study on the Effect of Catch-like
Inducing Stimulation on Ankle Dorsiflexion Angle
・Fuzzy-PID Control Scheme of Robotic
Rehabilitation for Elbow Joint Movements③ 第 115 回システム制御研究会
令和 5 年 6 月 21 日（水）15:00～16:40
・Sliding Mode Approach to Design Adaptive
Control Scheme for an Exoskeleton Robot
Rehabilitation for Upper Limb Movement
Restoration
・A study on a wrist joint model for FES Control test:
measurement of joint stiffness and introduction ofshort range stiffness
・A Preliminary Development of Hybrid FES-Robot
Rehabilitation System for Restoring Upper Limb
Movements
・A Preliminary Study on Estimation of Voluntary
Effort Using IMU Signals and Machine Learning for
FES Rehabilitation④ 第 116 回システム制御研究会
令和 5 年 12 月 13 日（水）15:00～16:40
・A Feasibility Study of Prediction of Lower Limb
Segment Inclination Angles under Different Walking
Speeds・Design of Wheelchair Navigation System with
Object Detection Using Computer Vision for People
with Visual Impairment
・A Basic Study on Elimination Method of Artifact in
EMG Signals for Voluntary Activity Estimation in
FES Assist Cycling with Pedaling Wheelchair・Development of Muscle Spasticity Monitoring
System in Post-Stroke Rehabilitation with
Functional Electrical Stimulation using Fuzzy
Decision Support System共同プロジェクト研究◆ 論文や学会発表等成果資料（1））論文や学会発表のリスト（謝辞あり）
なし(2) 本プロジェクトに関連する出版物、学会発表のリスト（謝辞を除く）
・F. Arrofiqi, T. Watanabe, and A. Arifin, “A
Computer Simulation Study on Movement Control by
Functional Electrical Stimulation Using OptimalControl Technique with Simplified Parameter
Estimation,” IEICE Transactions on Information and
Systems, Vol.E106-D, No.5, pp.1059-1068, 2023.
・鹿野，渡邉，“FES リハビリテーションのための IMU 信号と機械学習を用いた努力度推定に関する基礎的検討”，第 44 回バイオメカニズム学
術講演会, 2023.

427

共同プロジェクト研究

採択番号：R04/T06

情報バイオトロニクス研究会
バイオ・ナノエレクトロニクスに基づく次世代バイオデバイスの
創製
［1］
］研究組織
研究代表者：
平野 愛弓（東北大学 電気通信研究所）
通研対応教員平野 愛弓（東北大学 電気通信研究所）
主査
平野 愛弓（東北大学 電気通信研究所）幹事
宮本 浩一郎（東北大学 工学研究科）
研究分担者
吉信 達夫（東北大学 工学研究科）
山本 英明（東北大学 電気通信研究所）
但木 大介（東北大学 電気通信研究所）
小宮 麻希（東北大学 電気通信研究所）
平本 薫（東北大学 学際科学ﾌﾛﾝﾃｨｱ研究所）
住 拓磨（東北大学 工学研究科）
佐藤 まどか（東北大学 医工学研究科）
佐藤 有弥（東北大学 医工学研究科）
陰山 弘典（東北大学 医工学研究科）
酒井原 一守（東北大学 工学研究科）
］研究目的
［2］
高機能・高次生体計測技術などの開発研究を通して、情報処理分野における、バイオエレク
トロニクス関連の先導的研究を創生・推進する。
］研究成果等［3］（１）成果等
電子工学技術と多種多様な機能を有する生命科学反応系とを融合したナノ・バイオエレクト
ロニクス分野は、異分野融合による科学技術のさらなる発展において今後ますます重要と考えられている分野の一つである。しかし、半導体素子と生体分子とのインターフェイスの設計においては、生体分子の配向制御や活性の保持等
における困難さなど、解決すべき課題が数多く存在する。本研究会では、電子工学や半導体工学のみならず、表面科学、生理学、数理工学な428

ど幅広い分野に携わる研究者達が協力して、ナノ・バイオエレクトロニクスの今後の戦略目標を討論してきた。本年度は、以下に示す通り、2
件の通研国際シンポジウムを開催した。これらのシンポジウムでは、関連分野の著名な研究者
を海外・国内から招聘しただけでなく、学内の研究者による発表も行われ、最先端の知見を共有し議論する機会が多数提供された。さらに、博士課程学生等の学内学生が積極的に議論に加わる機会も提供されたことから、本研究会は、若手研究者の育成にも貢献できたと考えられる。
（２）開催した研究会
・The 12th RIEC International Symposium on
Brain Functions and Brain Computer
令和 6 年 2 月 27–28 日開催，参加人数：延べ 200
名（うち外国人 17 名），脳機能や脳型計算機に関する最近の成果・動向について，幅広い分野に跨る研究発表と議論が行われた．
J. Soriano (Univ. Barcelona, Spain), J.
Madrenas (Polytechn. Univ. Catalonia, Spain),
E. Prati (Univ. Milan, Italy), G. Ferrari(Polytechn. Univ. Milan, Italy), T. Levi
(Univ. Bordeaux, France), W. Nicola (Univ.
Calgary, Canada), P. Herman (KTH Royal Inst.
Technol., Sweden), B.J. Kagan (Cortical Labs,
Australia) 他
・ The 14th International Workshop on
Nanostructures & Nanoelectronics
令和 6 年 3 月 5–6 日開催，参加人数：延べ 77 名
（うち外国人 47 名），ナノ・バイオテクノロジ
ーに関する最近の成果・動向について，幅広い分野に跨る研究発表と議論が行われた．
P.
Schmuki(Univ.
Erlangen-Nuremberg,
Germany), B. Wolfrum (Techn. Univ. Munich,Germany), A.P. Ivanov (Imperial College
London, United Kingdom), Y. Ying (Nanjing
Univ., China), A. Mazare (Univ. ErlangenNuremberg, Germany) 他

共同プロジェクト研究

採択番号：R04/T07

スピニクス研究会
磁性材料の開発と磁気応用
［1］
］研究組織
研究代表者：
薮上 信（東北大学 医工学研究科）
通研対応教員石山 和志（東北大学 電気通信研究所）主査
薮上 信（東北大学 医工学研究科）
幹事
後藤太一（東北大学）
羽根吉紀（東北大学）
研究分担者
中村 健二（東北大学 大学院工学研究科）
サイモン グリーブス（東北大学 電気通信研究所）
遠藤 恭（東北大学 大学院工学研究科）
田中 陽一郎（東北大学 電気通信研究所）
島津 武仁（東北大学 学際科学ﾌﾛﾝﾃｨｱ研究所）
齊藤 伸（東北大学 大学院工学研究科）
角田 匡清（東北大学 大学院工学研究科）
桑波田 晃弘（東北大学 大学院工学研究科）
ロイ トンタット（東北大学 大学院工学研究科）
小川 智之（東北大学 大学院工学研究科）
［2］
］研究目的
磁気現象の起源である電子スピンを意識した学問分野（スピニクス）に携わる研究者間の情報交換と,最新のスピニクスに関連する研究動向や萌芽的研究に関する討論を行い,微細磁気物性に基づくさらなる磁気工学の発展を創成するた
めである。
［3］
］研究成果等（１）開催した研究会
第 21 1 回 ス ピ ニ ク ス 研 究 会 （ 共 催 ： IEEE
Magnetics Society Sendai Chapter, IEEE
Sendai Section ）日時: 2023 年 5 月 22 日(月)13:30-16:45,
場所：東北大通研本館 M601
形式：ハイブリッド形式
参加者：26 名

講演：23-1-1“Magnetic Data Storage Technology:
From the Invention of Perpendicular
Magnetic
RecordingtoSocialIntegration”,
Prof.
Yoichiro
Tanaka23-1-2“Cylindrical Micro- and Nanowires:
From
Curvature
Effects
on
Magnetization
toSensing
Applications”,
Prof.
ManuelVázquez
第 21 2 回 ス ピ ニ ク ス 研 究 会 （ 共 催 ： IEEE
Magnetics Society Sendai Chapter,
IEEE Sendai Section ）日時：2023 年 8 月 3 日(木)15：00-17：30
場所：東北大工学研究科総合研究棟 101
形式：対面,参加者：20 名
講演：23-2-1「アキシャルギャップ構造を有する産業用モータの高性能化に関する研究」出口見多（日立製作所）
23-2-2「誘導モータの損失評価と損失低減事例の紹介」杉本愼治（日立製作所）
第 213 回 ス ピ ニ ク ス 特 別 研 究 会 （ 共 催 ： IEEE
Magnetics Society Sendai Chapter,
IEEE Sendai Section ）日時：令和 5 年 10 月 27 日（金）場所：東北大通研本館 M431
形式：ハイブリッド
参加者：34 名
講演：23-3-1 「バイモルフ型振動発電を想定した負磁
歪軟磁性材料の開発に関する基礎検討」,阿部宏恒1,2，後藤太一2，直江正幸3，荒井賢一3, 石山和志2 （1東北大院工，2東北大通研，3電磁研）
23-3-2 「小型EV 用インホイール磁気ギヤード
SR モータの設計」,岩城圭悟，中村健
二（東北大）
23-3-3 「新規Sm-Fe-N-Fe16N2複合型ボンド磁石を用いたSPMモータの特性算定」,村上
竣哉1，中村健二1，小川智之1，山本真平2，小林斉也2，山本日登志2（1東北大，2 Future Materialz）
429

共同プロジェクト研究23-3-4 「ハルバッハ配列磁石を有するEV用主機
モータに関する基礎検討」栁沼昂志，中村健二（東北大）
23-3-5 【招待講演】「セグメント構造アウター
ロータ型PMモータによるトルク特性改善に関する検討」櫻井将（秋田大）
23-3-6 【招待講演】（オンライン講演）「磁区パターンの量子不確定性を利用した乱数生成」水戸慎一郎（東京高専）
23-3-7 「側波帯観測を用いた高周波駆動薄膜磁界センサの感度評価」鈴木椋太，坂本雅弥，石原知弥，本多順一，トンタッ
ト・ロイ，薮上信（東北大）
23-3-8 「Method for measuring magnetic
susceptibility of magnetic
nanoparticles up to millimeter-wave
frequency range」Y. Pu, L.
Tonthat1, T. Murayama2, K. Okita2,
S. Yabukami1,2, T. Ishijima1, M.
Sato1, S. Sugimoto1(1Grad. Sch.
Eng., Tohoku Univ., 2 Grad. Sch.
Biomed. Eng., Tohoku Univ.)
23-3-9 「位相情報を含んだ近傍磁界測定による
クロストーク観察」菅原祐介1,2，後藤
太一2，石山和志2 （1東北大院工，2東北大通研）
23-3-10 「【招待講演】（オンライン講演）金を利用した酸化鉄ナノ粒子の表面修飾技術と医療・バイオ分野への応用」清野智史（阪大工）23-3-11 「複合アモルファスリボンを用いた振動発電」上倉拓郎1,2，後藤太一2，石山
和志2 （1東北大院工，2東北大通研）
23-3-12 「直交フラックスゲート型歪センサの特性評価」千田健太1,2，後藤太一2，石山和志2 （1東北大院工，2東北大通研）
23-3-13 「L10型FePt グラニュラ薄膜のナノ組織とブロッキング現象」岩動大樹1，齊
藤節1，兼子隼1，タムキムコング2，小川智之1，斉藤伸1 （1東北大，2田中貴金属工業）
23-3-14 「絶縁体薄膜の高速成膜のためのヒータ加熱援用RFスパッタカソードの提案」山田航太1，宮崎大輝1，加藤絢2，
廣川祐生1，Seong-Jae Jeon1，清水章
弘1，鈴木浩明3，大泉武司3，田河育也
2，日向慎太朗1，小川智之1，斉藤伸1（1東北大，2東北工大，3アリオス）
23-3-15 「気固反応によるSi 酸化被膜付きFe
サブミクロン粒子の合成」宮澤守，小川智之，飛世正博，斉藤伸（東北大）
23-3-16 「Fe-Ga-La 薄膜における構造と磁気特430性のLa 添加効果」西名竜哉，室賀翔，
宮崎孝道，遠藤恭（東北大）
23-3-17 「電解鉄粉製圧粉磁心における鉄損の形状依存性」児玉雄大，グェンフォ
ン，宮崎孝道，室賀翔，遠藤恭（東北大）23-3-18 「エポキシ被覆Fe-B 微粒子を用いた
LbL 法アシスト複合めっきによる複合膜の作製」増本千裕1，西井丈流2，東啓士郎2，武藤浩行3，遠藤恭1，藤田直幸2 （1東北大，2奈良高専，3豊橋技科
大）共同プロジェクト研究

採択番号：R04/T08

ニューパラダイムコンピューティング研究会
次世代 IoT 社会を担う新概念コンピューティング技術の開拓
［1］
］研究組織
研究代表者，通研対応教員，主査：
本間 尚文（東北大学電気通信研究所）
幹事：
伊藤 康一（東北大学大学院情報科学研究科）
［2］
］研究目的
知能集積システムやコンピューティングに関する研究発表及び討論を通した新分野の開拓および萌芽的研究の創出，ならびに関連研究に携わる学生の育成支援を目的とする．
［3］］研究成果等（１）成果等
本研究会では，従来の延長上にない新しいパラダイムに基づくコンピューティングシステム
に関する研究を推進することを目的として，企業および大学における研究者を招聘し，毎年数回の研究会・講演会を開催している．本年度は2 回の研究会が開催され，次世代 IoT 社会の実現に向けた企業・大学における様々な取り組みが紹介されるとともに，学内の学生・研究者を含む多くの参加者による忌憚のない意見交換が行われた．

ルネットワーク(CNN)を用いた画像分類器の技
術開発は盛んに行われている．一方で，微小な摂動を入力画像に加えることで画像分類器の誤分類を引き起こす敵対的事例は，CNN 画像分類器の脅威となっている．敵対的ノイズは目視では確認できない程度の微弱な信号であるが，画像分類モデルで扱う特徴空間においては顕著な変化が生じる．機械と人の知覚メカニズムの違いゆえに生じる問題であり，その解決に向けた対策法が広く研究されている．本講演では，その対策において保護対象の画像分類モデルに入力する前に検知する防御手段について紹介する．
参加者：27 名（２）開催した研究会
名称：第 117 回ニューパラダイムコンピューテ
ィング研究会
日時：2023 年 10 月 8 日
会場：ハイブリッド（電気通信研究所・オンラ
イン）
講演者：山影朋夫 氏（東芝インフラシステムズ
株式会社）
張山昌論 氏（東北大学）
参加者：現地参加 35 名，オンライン参加 4 名
名称：第 118 回ニューパラダイムコンピューテ
ィング研究会
日時：2024 年 3 月 4 日
会場：オンライン
講演者：栗林稔 氏（東北大学）
題目：深層学習技術による画像分類モデルに対する敵対的攻撃の問題とその対策概要：深層学
習を利用した画像分類器は，自動運転の物体認
識や CT のスキャン画像の診断など幅広い分野で活用されている．その中で，畳み込みニューラ
431

共同プロジェクト研究

採択番号：R04/T09

超音波エレクトロニクス研究会
超音波の基礎と応用に関する研究発表
［1］
］研究組織
研究代表者：
吉澤 晋（東北大学 大学院工学研究科）
通研対応教員
坂本 修一（東北大学 電気通信研究所）主査
吉澤 晋（東北大学 大学院工学研究科）
幹事
石井 琢郎（東北大学
学際科学フロンティア研究所）
研究分担者
金井 浩 （東北大学 大学院工学研究科）
西條 芳文（東北大学 大学院医工学研究科）
小玉 哲也（東北大学 大学院医工学研究科）
森翔平（東北大学 大学院工学研究科）
小原 優 （東北大学 大学院医工学研究科）
佐藤 滉太（東北大学 大学院医工学研究科）
［2］
］研究目的
医用超音波、超音波計測、音波物性、超音波デバイス、誘電体・圧電体の物性とその応用に関する研究発表会を通して、互いの研究成果を共有し、研究の進展に寄与する。
［3］］研究成果等（１）成果等
超音波研究会との共催研究会、第 109、110、111 回の研究会において、それぞれ 6 件、4 件、4 件の医用超音波、超音波デバイスに関する研究発表が行われた。互いの研究成果や発表後の質疑応答により、違いの知見を深めることができた。
（２）開催した研究会
第 109 回超音波エレクトロニクス研究会
共催：電子情報通信学会・日本音響学会 超音波研究会、レーザー学会 光音響イメージン
グ 技 術 専 門 委 員 会 、IEEE UFFC Society
Japan Chapter
日時：2023 年 10 月 18 日（水）13:30-16:30
場所：東北大学工学部 電子情報システム・応物
系 復興記念教育研究未来館 復興ホール／
オンライン（ハイブリッド開催）

432

第 110 回超音波エレクトロニクス研究会
日時：2023 年 12 月 21 日（木）14:40-17:20
場所：東北大学工学部 電子情報システム・応物
系 復興記念教育研究未来館 復興ホール／
オンライン（ハイブリッド開催）
第 111 回超音波エレクトロニクス研究会
共催：音響工学研究会
日時：2024 年 1 月 18 日（木）16:10-18:10
場所：東北大学工学部 電子情報システム・応物
系 復興記念教育研究未来館 復興ホール／
オンライン（ハイブリッド開催）

共同プロジェクト研究◆ 論文や学会発表等成果資料（1））論文や学会発表のリスト（謝辞あり）
なし(2) 本プロジェクトに関連する出版物、学会発表のリスト（謝辞を除く）(出
出版物)
・S. Kuji, S. Umemura, S. Yoshizawa, “Basic study
on a filtering method for selectively extracting
cavitation bubble region in ultrasound imaging bytriplet pulse sequence,” Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 62,
SJ1038 (2023.7).
・S. Miyake, S. Umemura, S. Yoshizawa,“Development of efficient method of generating
reactive oxygen species by expanding cavitation
region using ultrasound focus scanning in the
direction of ultrasound propagation,” Jpn. J. Appl.
Phys., Vol. 62, SJ1052 (2023.7).
・M.S.S. Hashuro, K. Daibo, T. Ishii, Y. Saijo, M.
Ohta, “Ultrasound flow phantom for transcranial
Doppler: An assessment of angular mismatch effecton blood velocity measurement in comparison to
optical particle image velocimetry,” Front. Phys.,Vol. 11, 1134588 (2023.4).
・E. Numahata, S. Yoshizawa, S. Umemura, T. Ishii,
Y. Saijo, “A study on correction method of total
acoustic power in presence of shielding in focusedultrasound treatment using acoustic radiation force
imaging,” Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 62, SJ1044(2023.4).
・Y. Ito, T. Ishii, S. Yamazaki, A. Yoshida, K. Nagaya,
Y. Saijo, “Evaluation of temperature-dependent
fluctuations in skin microcirculation flow using alight-emitting diode based photoacoustic imaging
device,” J. Clin. Monit. Comput., Vol. 37, pp. 136167, (2023.5).
・I.G.E. Sulistyawan, D. Nishimae, T. Ishii, Y. Saijo,“UtilizationofCurveletTransformin
Reconstructing Cellular Images for Undersampled
Optical-resolution Photoacoustic Microscopy,”
IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control,Vol. 70, pp. 1631-41, (2023.5).
・K. Yambe, T. Ishii, B.Y.S Yiu, A.C.H. Yu, T. Endo,
Y. Saijo, “Ultrasound Vector Flow Imaging During
Veno-Arterial
Extracorporeal
Membrane
Oxygenation in a Thoracic Aorta Model,” J. Artif.
Organs, in press, (2023.7).
・H. Nahas, T. Ishii, B.Y.S Yiu, A.C.H Yu, “A GPUBased, Real-Time Dealiasing Framework for HighFrame-Rate Vector Doppler Imaging,” IEEE Trans.
Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, Vol. 70, pp.
1384-400, (2023.8).
・A. Bhatti, T. Ishii, Y. Saijo, “Superficial BifurcatedMicroflow
PhantomforHigh-Frequency
Ultrasound Applications,” Ultrasound Med. Biol.,Vol. 50, pp. 158-64, (2023.10).

・T. Ishii, T. Yamanishi, T. Kamasak, C. Shibata, M.
Fuse, M. Kaga, K. Kaga, H. Nahas, B.Y.S. Yiu,
A.C.H. Yu, Y. Saijo, “Transrectal ultrasound vector
projectile imaging for time-resolved visualizationof flow dynamics in the male urethra: A clinicalpilot study,” Med. Phys., Vol. 51, pp. 428-38,(2023.11).
・R. Yamane, S. Mori, M. Arakawa, J. E. Wilhjelm,and H. Kanai, “Ultrasonic measurement of carotid
luminal surface roughness with removal of axial
displacement caused by blood pulsation,” Jpn. J.
Appl. Phys., Vol. 62, SJ1042 (2023.4).
・S. Mori, M. Arakawa, H. Kanai, and H. Hachiya,“Quantification of limitations in statistical analysis
of ultrasound echo envelope amplitudes,” Jpn. J.
Appl. Phys., Vol. 62, SJ1045 (2023.4).
・S. Mori, K. Onoda, M. Arakawa, and H. Kanai,“Estimation error in speed of sound caused byrotation of measured cross-section from short-axis
plane of blood vessels: a preliminary study,” J. Med.
Ultrason., Vol. 51, pp. 49-57 (2023.11).
・D. Ouchi, S. Mori, M. Arakaw, T. Shindo, H.
Shimokawa, S. Yasuda, and H. Kanai, “Optimizing
irradiation conditions for low-intensity pulsed
ultrasound to upregulate endothelial nitric oxide
synthase,” J. Med Ultrason., Vol. 51, pp. 39-48(2023.12)・Y. Komatsu, S. Mori, M. Arakawa, and H. Kanai,“A novel ultrasonic method for measuring minutesinusoidal displacement by network analyzer,”
Review of Scientific Instruments, Vol. 95, 025105(2024.2).
（学会発表）
・S. Yoshizawa, S. Kuji, N. Yoshida, “Suppression of
Residual Tissue Echoes in Ultrasound Image
Obtained by Triplet-Pulse Sequence for Selective
Cavitation Imaging,” International Symposium on
Therapeutic Ultrasound (ISTU) 2023 (2023.4).
・K. Takahashi, S. Yoshizawa, “Development ofefficient method of histotripsy by expanding
cavitation region using ultrasound focus scanning in
the direction of ultrasound propagation,” The 44th
Symp. Ultrasonics Electronics, (2023.11).
・T. Sato, S. Kannoto, S. Yoshizawa, “Effect ofcavitation bubble position on temperature rise inbubble-enhanced ultrasonic heating,” The 44th
Symp. Ultrasonics Electronics, (2023.11).
・S. Kannoto, S. Yoshizawa, “Effect of the intended
shift in the propagation direction of the cavitation
generation position on the coagulation position in
bubble-enhanced ultrasonic heating,” The 44th
Symp. Ultrasonics Electronics, (2023.11).
・S. Kuji, S. Umemura, S. Yoshizawa, “Improvementof contrast ratio between cavitation bubbles andtissue by frequency filtering in triplet pulse
ultrasound imaging,” The 44th Symp. Ultrasonics
433

共同プロジェクト研究

Electronics, (2023.11).
・N. Yoshida, S. Kuji, S. Yoshizawa, “Highly
sensitive ultrasound bubble imaging by triplet pulse
sequence with interleaved HIFU pulses between
imaging pulses,” The 44th Symp. Ultrasonics
Electronics, (2023.11).
・Y. Saijo, T. Orihara, N. Kanno, H. Yagami, T. Ishii,“Estimation of Fractional Flow Reserve inCoronary Artery Based on Serial Intravascular
Ultrasound Images,” IEEE Int. Ultrasonics Symp.
2023 (2023.9).
・I.G.E. Sulistyawan, D. Nishimae, T. Ishii, Y. Saijo,“Robust Denoising of OR-PAM Image by
Frequency Decomposition,” IEEE Int. Ultrasonics
Symp. 2023 (2023.9).
・Y. Saijo, N. Hermawan, H. Ikeda, R. Shintate, S.
Furudate, T. Ishii, “Beyond Conventional Medical
Ultrasound Imaging,” Practical Inverse Problems
and Their Prospects (2022.10).
・D. Nishimae, T. Ishii, K. Ogasawara, Y. Saijo,“Performance comparison of cell phantoms
developed for optical-resolution photoacoustic
microscopy,” The 44th Symp. Ultrasonics
Electronics, (2023.11).
・A. Bhatti, T. Ishii, Y. Saijo, “Volumetric imaging ofsuperficial micro-vasculature using high-frequency
array transducer: phantom study”, The 44th Symp.
Ultrasonics Electronics, (2023.11).
・R. Suzuki, T. Ishii, Y. Saijo, “Characteristic
Analysis of PA Signals Depending on Size of
Optical Absorber Using an AR-PAM System”, The
44th Symp. Ultrasonics Electronics, (2023.11).
・I.G.E. Sulistyawan, D. Nishimae, T. Ishii, Y. Saijo,“Reconstruction of OR-PAM image from spatial
sparse sampling and single-pulse laser”, Optics &Photonics Japan 2023, (2023.11).
・Y. Obara, S. Mori, M. Iwai-Takano, M. Arakawa,and H. Kanai, “Preliminary Study on Ultrasonic
Visualization of Myocardial Contraction andRelaxation Based on Local Strain Rate,” Proc. 2023
IEEE Int. Ultrasonics Symp. (2023.9).
・R. Yamane, S. Mori, M. Arakawa, J. E. Wilhjelm,and H. Kanai, “Spatial Frequency Analysis of
Luminal Surface Roughness of the Carotid Artery
Measured by Ultrasound,” IEEE Int. Ultrasonics
Symp. 2023 (2023.9).
・S. Mori, M. Arakawa, T. Yamaguchi, H. Kanai, and
H. Hachiya, “Basic examination for selecting
probability distribution model in ultrasound tissue
characterization,” The 44th Symp. Ultrasonics
Electronics, (2023.11).
・R. Yamane, S. Mori, J. E. Wilhjelm, M. Arakawa,and H. Kanai, “A Method of Automatically
Detecting of Intima-Media Complex for UltrasonicMeasurement of Carotid Luminal Surface
Roughness,” The 44th Symp. Ultrasonics
Electronics, (2023.11).
434

・R. Takeyama, S. Mori, N. Masauji, M. Arakawa, S.
Yashiro, Y. Ishigaki, and H. Kanai, “Modeling of
power spectrum considering density of red blood
cells in focal region to estimate red blood cellaggregation size,” The 44th Symp. Ultrasonics
Electronics, (2023.11).
・Y. Komatsu, S. Mori, M. Arakawa, and H. Kanai,“A method for measuring small sinusoidal
displacement using network analyzer,” The 44th
Symp. Ultrasonics Electronics, (2023.11).
・Y. Obara, S. Mori, N. Masauzi, M. Iwai-Takano, M.
Arakawa, and H. Kanai, “Preliminary study on
ultrasonic visualization of myocardial contractile
response based on local strain rate measurement”,
The 44th Symp. Ultrasonics Electronics, (2023.11).

共同プロジェクト研究

採択番号：R04/T10

ブレインウェア工学研究会
生物に比肩しうる知的情報処理システムの構築を目指して
［1］
］研究組織
研究代表者：
石黒 章夫（東北大学電気通信研究所）
通研対応教員
石黒 章夫（東北大学電気通信研究所）
主査
石黒 章夫（東北大学電気通信研究所）
幹事
安井 浩太郎（東北大学電気通信研究所）
研究分担者
羽生 貴弘（東北大学 電気通信研究所）
堀尾 喜彦（東北大学 電気通信研究所）
夏井 雅典（東北大学 電気通信研究所）
鬼沢 直哉（東北大学 電気通信研究所）
加納 剛史（東北大学 電気通信研究所）
福原 洸（東北大学 電気通信研究所）
塩入 諭（東北大学 電気通信研究所）
坂本 修一（東北大学 電気通信研究所）

］研究目的
［2］
生物が示す知的な振る舞いに内在するメカニ
ズムを紐解き、それを人工物の構築へと活用す
る方策について議論するとともに、広く情報発信することで若手研究者や学生の育成も行う。

［3］］研究成果等（１）成果等
本年度は、年 3 回の研究会を通じて、生物が有する優れた運動機能や感覚情報処理、認知・学習能力に内在するメカニズムの理解、ならびにそれらに比肩しうる人工システムの設計原理
や工学的技術課題等について、多様かつ学際的な討論、研究交流が活発に行われた。第 1 回は関連する学内研究室の講師による講演会であり、第 2 回は学生による研究成果発表会、第 3 回は学外から招聘した講師による講演会であった。

Annealing for Solving Large-Scale Combinatorial
Optimization Problems”（鬼沢直哉、東北大学）、“Can you give a hint? Predicting students' helpseeking action by using facial expressions”（GuanYun Wang、東北大学）、「しなやかな四脚ロボ
ット実現へ向けて -解剖学的視座から切り開く
大自由度制御機構の開発」（服部祥英、東北大学）。
第二回ブレインウェア工学研究会を令和 5 年
11 月 2 日に東北大学電気通信研究所本館にて開催し、各研究組織に所属する合計 17 名の学生によるポスター発表会を実施した。
第三回ブレインウェア工学研究会を令和5年12月11日に東北大学電気通信研究所本館にて開催した。各講演のタイトルと講演者は以下の通りである：「メラノプシン細胞の視知覚への寄与」（ 辻 村 誠 一 、 名 古 屋 市 立 大 学 ） ， “Stochastic
Attack on CNNs and Destructive Filters”（ Martin
Lukac、広島市立大学）、「生物のなみなみをつくる、制御する」（伊藤浩史、九州大学）。

◆ 論文や学会発表等成果資料（1））論文や学会発表のリスト（謝辞あり）
なし(2) 本プロジェクトに関連する出版物、学会発表のリスト（謝辞を除く）
なし（２）開催した研究会
第一回ブレインウェア工学研究会を令和 5 年 7
月 4 日に東北大学電気通信研究所本館にて開催した。各講演のタイトルと講演者は以下の通り
で あ る ： “Fast-Converging Stochastic Simulated435共同プロジェクト研究

採択番号：R04/T11

生体・生命工学研究会
生体信号の解析・モデリング
［1］
］研究組織
研究代表者：
塩入 諭（東北大学 電気通信研究所）
通研対応教員羽鳥 康裕（東北大学 電気通信研究所）主査
塩入 諭（東北大学 電気通信研究所）幹事
西 羽美（東北大学 情報科学研究科）
羽鳥 康裕（東北大学 電気通信研究所
研究分担者
木下 賢吾（東北大学 情報科学研究科）
大林 武（東北大学 情報科学研究科）
［2］
］研究目的
生命現象や生体情報処理に関する知見を得るためには，生体から計測したデータの解析が必要である．本研究会では，生体から得られたデータを解析・解釈するための手法や生体における情報処理過程のモデリング等に関する最新の研究成果について発表と議論を行う．
［3］］研究成果等（１）開催した研究会
第３９回生体・生命工学研究会，２０２３年１
１月２１日，招待講演１件， 一般講演３件，参加者２８名
招待講演では，東京大学の高野了太先生より，「畏敬の念」と身体：心理・生物学的基盤の検討という題で講演いただいた．雄大な自然などに接した際に生じる畏敬の念は，自己の価値観を変容することが知られており，近年注目を集めている．高野先生からは，畏敬の念が生じる
身体メカニズムについての研究成果をご紹介いただいた．招待講演，一般講演ともに広範な分
野からの参加者があり，活発な議論が行われた．

436

共同プロジェクト研究

採択番号：R04/T12

ナノ・スピン工学研究会
ナノエレクトロニクス・スピントロニクスをベースとした次世代情報通信基盤
［1］
］研究組織
研究代表者：
佐藤茂雄（東北大学 電気通信研究所）
通研対応教員深見俊輔（東北大学 電気通信研究所）
主査
佐藤茂雄（東北大学 電気通信研究所）幹事
深見俊輔（東北大学 電気通信研究所）
研究分担者
平野愛弓（東北大学 電気通信研究所）
堀尾喜彦（東北大学 電気通信研究所）
尾辻泰一（東北大学 電気通信研究所）
Johan Åkerman（東北大学 電気通信研究所）
大塚朋廣（東北大学 電気通信研究所）
櫻庭政夫（東北大学 電気通信研究所）
山本英明（東北大学 電気通信研究所）
佐藤 昭（東北大学 電気通信研究所）
金井 駿（東北大学 電気通信研究所）
陣内佛霖（東北大学 材料科学高等研究所）
但木大介（東北大学 電気通信研究所）
馬 騰 （東北大学 材料科学高等研究所）
土肥昂尭（東北大学 電気通信研究所）
尹 注鍈（東北大学大学院 工学研究科）
K. Vihanga De Zoysa（東北大学大学院 工学研究科）
菊地優志（東北大学大学院 情報科学研究科）
住 拓磨（東北大学大学院 医工学研究科）
佐藤まどか（東北大学大学院 医工学研究科）
佐藤有弥（東北大学大学院 医工学研究科）
陰山弘典（東北大学大学院 医工学研究科）
酒井原一守（東北大学大学院 工学研究科）
内村友宏（東北大学大学院 工学研究科）
千葉峻也（東北大学大学院 工学研究科）
田村紘一（東北大学大学院 工学研究科）
［2］
］研究目的
ナノエレクトロニクス・スピントロニクスをベースとした次世代の情報通信の基盤技術の研究開発を行う。
［3］］研究成果等（ １ ）成果 等
次世代情報通信の基盤技術の開発のために、関連分野の著名な研究者を招聘し各種研究会を開催した。ナノエレクトロニクスやスピントロ
ニクスに関する最新の研究成果について活発に議論した。また、博士学生の育成のために、学生中心の研究会も開催した。
（２）開催した研究会
・第 124 回 令和 5 年 5 月 22 日、Akerman 研究室
キックオフミーティング（詳細省略）
・ 第 125 回 令 和 5 年 5 月 24 日 、 ”Magnetization – an indispensable source of
information in material science ,” Maciej
Sawicki (Institute of Physics, Polish
Academy of Sciences, Professor)
・第 126 回 令和 5 年 6 月 1 日、Workshop on
Interdisciplinary Spin Physics（詳細省略）
・第 127 回 令和 5 年 8 月 28 日、”Voltage
Tunable Infrared/THz Manipulation for AIBased Object Recognition,” MITIN Vladimir(University at Buffalo, SUNY, Distinguished
Professor)
・第 128 回 令和 5 年 10 月 5 日、ナノ・スピン
実 験 施 設 研 究 発 表 会 、 ”Quantum metricinduced nonlinear transport in a chiral
topological antiferromagnet,” Jiahao Han（深見・金井研、助教）、「常磁性金属におけるスピン輸送現象の光学的および電気的な観測とデバイス応用」、丸井幸博（深見・金井研、研究員）、「グラフェンチャネルトランジスタのデバ
イスプロセス高度化とその高感度テラヘルツ波検出への応用に関する研究」、関宏信（尾辻・佐藤研、M2）、「プラズモニック・テラヘルツ電磁波検出素子の高性能化とその高速テラヘルツ無線通信への応用に関する研究」、成田健一（尾辻・佐藤研、M2）、「InP 系光電子融合ダブルミ
キサトランジスタの高周波動作化とその光－テ
ラヘルツ周波数下方変換への応用に関する研究」、
渡邊光貴（尾辻・佐藤研、M2）、「二層グラフェ
ン微細構造における高周波反射測定手法の開発」、
上面友也（大塚准教授研、M2）、「単原子長ゲートを有するトランジスタの開発（I）単原子長ゲート構造の試作」、杉野秀明（吹留准教授研、
M1）、「単一イオンチャネル電流のための適応的自動解析システムの開発」、佐藤まどか（平野研、437共同プロジェクト研究D3）、「人工神経細胞回路を用いた炎症性サイト
カインによる神経活動変調効果の評価」、酒井原
一守（平野研、D1）、「アナログ CMOS スパイキン
グニューラルネットワーク回路を用いた超低消費電力リザバー計算システムの設計」小野哲史（佐藤・櫻庭・山本研、M2）、「高キャリア移動度の実現に向けた SiC パワートランジスタ製作
プロセスに関する研究」佐藤勇介（佐藤・櫻庭・山本研、M2）、「マイクロ流体デバイスを用いた培養神経回路の指向性制御技術の開発」、門間信明（佐藤・櫻庭・山本研、M2）、「2 種類の不応性がカオスニューラルネットワークリザバ
ーの時系列予測性能に与える影響」、石井豪（堀尾研、M2）、「出力ベクトル間ハミング距離による時空間学習則の詳細な評価」、辻孟（堀尾研、M2）
・第 129 回 令和 5 年 11 月 20 日、”In situ
synchrotron
X-ray
characterizationofquantum materials synthesis,” Dr. Katherine
J. Harmon (Materials Science Division,
Argonne National Laboratory), “Quantum
oriented synthesis and integration of
optically addressable spin defects and hostmaterials,” Dr. Nazar Delegan (Materials
Science
Division,
ArgonneNational
Laboratory; Center for Molecular Engineering,
Argonne National Laboratory)
・第 130 回 令和 5 年 12 月 20 日-21 日、シンポジウム「テラヘルツ科学の最前線 X」（詳細省略）
・第 131 回 令和 5 年 12 月 21 日-22 日、「ミリ波・テラヘルツ波デバイス・システム」、電子情報通信学会電子デバイス研究会との併催（詳細省略）
・第 132 回 令和 6 年 2 月 16 日、” Recent
Research Trends in Terahertz Electromagnetic
Wave Emission by Plasmonic Photoconductive
Effect,” Dr. PONOMAREV Dmitry (Institute ofUltra-highFrequency
Semiconductor
Electronics, RAS, Russia, Research Director),Dr. KHABIBULLIN Rustam (Institute of Ultrahigh Frequency Semiconductor Electronics,
RAS, Russia, Principal Investigator)
・第 133 回 令和 6 年 3 月 5 日、”Update on
single atom co-catalysts in photocatalytic
H2 generation,” Patrik Schmuki (Departmentof Materials Science WW-4, LKO, Universityof Erlangen-Nuremberg, Germany, Professor)438◆ 論文や学会発表等成果資料（1））論文や学会発表のリスト（謝辞あり）
なし(2) 本プロジェクトに関連する出版物、学会発表のリスト（謝辞を除く）
なし

第 5 章

シンポジウム・ 国 際 会 議 等

国際シンポジウム

５．１ 通研国際シンポジウム
The 20th International Workshop on Emerging ICT
第 20 回 最新情報通信技術に関する国際ワークショップ

開 催 日：令和 5 年 10 月 16 日（月）～18 日（水）（3 日間）
開催方式：東北大学電子情報システム・応物系 （ハイブリッド開催）
参加人数：38 名（うち外国人参加者人数 23 人）
本会議は、情報通信技術を中心に、エレクトロニクスも含めた幅広い内容に関して議論を行う国際ワークショップであり、東北大学と韓国の嶺南大学校、中国の大連理工大学の３大学で開催されている。今回で第 20 回目を迎える。
キーノート講演として、電気通信研究所の坂本修一教授による “Virtual
acoustic space synthesis using spherical microphone array”、大連理工大学の Zhenrong Du 教授による “Remote sensing in land dynamic monitoring” お
よび嶺南大学校の Hyun-Chul Choi 教授による “Applications of Deep Neural
Network, Computational Imaging and Semiconductor Manufacturing” の 3 件の講演があった。一般講演として、オーラルセッションとポスターセッションを含め 25 件の講演があった。講演のテーマは、無線通信や光通信などの通信技術だけ
でなく、機械学習、信号処理、パワーエレクトロニクス、生産技術への AI 利用な
ど多岐にわたった。本会議は、上記３大学で長く続いている交流を一層深める貴重な機会となった。

441

国際シンポジウム

20th RIEC International Workshop on Spintronics
第 20 回通研スピントロニクス国際ワークショップ
開 催 日：令和 5 年 11 月 28 日（火）～12 月 1 日（金）（4 日間）
開催場所：東北大学 電気通信研究所 附属ナノ・スピン実験施設
参加人数：292 名（うち外国人参加者人数 50 人）
本ワークショップは 2005 年に第 1 回が開催されて以来、ほぼ年 1 回のペースで回を重ね、今回で 20 回目の開催となった。今回は、本学の材料科学分野とスピン
トロニクス分野のコアリサーチクラスター（CRC-MS, CRC-Spin）、及び国際共同大
学院(GP-MS, GP-Spin)との共催で開催した国際シンポジウムの一環として、主には後半の 2 日間で本ワークショップを実施した。国内に加え、シンガポール、韓国、米国、スウェーデン、中国、ポーランド、ドイツ、フランスからの計 17 件の招待講演で構成した。
今回のワークショップでは、スピントロニクスの材料科学的な側面と電子工学的な側面を融合し、新規材料や物理現象に関する研究と高性能・省エネ情報デバ
イス応用に関する研究の接点にて深い議論が展開されるようプログラムを編成した。反強磁性体の新奇物性、軌道角運動量の制御とデバイス利用、不揮発性磁気メモリ素子、スピン系の確率的な振る舞いを用いた新原理コンピュータなどに関する最新の研究成果が紹介され、参加した多くの聴講者も交えて熱い議論が繰り広げられた。
また共催した CRC-MS, CRC-Spin, GP-MS, GP-Spin との合同のポスターセッショ
ンでは本学の学生や若手研究者も発表を行い、世界の一流研究者に対して自分の研究内容を伝え議論することで、今後の研究を進めていくための良い示唆と大きな刺激が得られたものと思う。

本ワークショップの集合写真（東北大学 電気通信研究所 附属ナノ・スピン実験施設）

442

国際シンポジウム

RIEC International Symposium on Enriching
Telecommunication and Nonverbal Information
豊かな遠隔コミュニケーションと非言語情報に関する通研国際シンポジウム
https://sites.google.com/view/symposium-rich-telecom-2024jan/

開 催 日: 令和 6 年 1 月 26 日（金）～27 日（土）（2 日間）
開催方式: 東北大学電気通信研究所本館 6 階大会議室＋ Zoom Webinar（ハイブリッド開催）
参加人数: 9 か国から 113 名
遠隔コミュニケーションは、リアルな空間にいる人が遠くのリアルな空間にいる
人と電気通信技術を用いてコミュニケーションをするものとモデル化できる。しかし、現状の遠隔コミュニケーションのシステムでは大切な情報が欠落してしまうため、必ずしも豊かなコミュニケーションが実現できているとは言えません。
そこで、非言語情報の機微をうまく伝送できる仕組みを実現することが、人間性
豊かなコミュニケーションを実現するための重要な鍵だと考え、2023 年 4 月にサイバー＆リアル ICT 学際融合研究センターを設置し、「非言語情報通信で拓く豊かな遠隔コミュニケーション」の研究を開始した。本シンポジウムでは、関係する研究分野をこれまで牽引されてきた／これからも牽引される世界的なリーダーの先生方をお招きして、「非言語情報通信で拓く豊かな遠隔コミュニケーション」の未来について議論した。

443

国際シンポジウム

The 12th RIEC International Symposiumon Brain Functions and Brain Computer
第 12 回 脳機能と脳型計算機に関する通研国際シンポジウム

開 催 日：令和 6 年 2 月 27 日（火）～28 日（水）（2 日間）
開催方式：東北大学電気通信研究所ナノ・スピン総合研究棟
4 階カンファレンスルーム（ハイブリッド開催）
参加人数：102 名
本シンポジウムは、半導体工学、計算機工学、生体工学、数理工学、神経科学、電気生
理学、非線形物理学といった関連分野から広く研究者を集め、脳機能や脳型計算機に関する最近の成果・動向について、分野の垣根を超えて研究発表と議論を行うことを目的として企画・設立された。今回が 12 回目であり、令和 6 年 2 月 27 日～28 日に開催された。
オーストラリア、スペイン、スウェーデン、イタリア，フランスから 6 名の海外招待講演者を迎え、27 件の口頭発表、25 件のポスター発表、1 件の企業展示が行われた。昨年度に引き続き、対面と Zoom ライブ配信を併用したハイブリッド形式で開催し、学際的な国
際交流の機会を提供する活気あふれるシンポジウムとなった。

第 12 回 脳機能と脳型計算機に関する通研国際シンポジウムの様子

444

国際シンポジウム

The 14th International Workshop on
Nanostructures & Nanoelectronics
第１４回ナノ構造とナノエレクトロニクスに関する国際ワークショップ
開 催 日：令和６年３月５日（火）～６日（水）（２日間）
開催方式：オンライン開催
参加人数：７７名（うち外国人参加者人数４７人）
第１４回ナノ構造とナノエレクトロニクスに関する国際ワークショップが令和６年３月５日（火）～６日（水）の２日間にわたり、オンラインにて開催された。ドイツ、イギリ
ス、中国、そして日本から計７件の招待講演が行われ、２日間の延べ参加人数は、研究者、学生などを含め７７名を数えた。本ワークショップでは、電子工学、表面科学、生命科学、材料科学等の多様な分野の研究者による多くの講演がなされ、活発な討論が展開された。
特に、光触媒反応に基づく酸化チタンナノチューブ構造体での水素生成の実証、酸化チタ
ンナノチューブ構造体のバイオメディカル応用、有機導電性分子を用いたナノコイル構造
を足場とする細胞培養の実現、ナノ・マイクロ加工技術と人工脂質二分子膜との融合から成る新規バイオセンシングプラットフォームの創成、ナノインパクト電気化学に基づく新規バイオシグナル検出技術の創成、ガス・紫外線センシングのための金属酸化物半導体によるナノ薄膜トランジスタの開発、金属ナノ微粒子を用いた単電子デバイスの創成、といった非常に幅広い領域にまたがる内容の発表がなされ、ナノ・バイオ融合分野としての発展性と将来性を強く感じさせるものであった。また、本ワークショップに係わる研究グループ間での交流も日頃より活発に行われており、同分野の今後益々の発展が期待される。

445

国際シンポジウム

５．2 国際会議等
14th International WorkShop on
New Group IV Semiconductor Nanoelectronics
第 14 回新 IV 族半導体ナノエレクトロニクス国際ワークショップ

開 催 日：令和 5 年 12 月 14 日（木）～15 日（金）（2 日間）
開催場所：東北大学電気通信研究所 ナノ・スピン実験施設
参加人数：37 名
本国際ワークショップは、新Ⅳ族半導体材料のプロセス技術及びナノデバイスへの応用までの幅広い領域についての包括的な議論を目的に、本研究所の共同プロジェクト研究
R05／A02「新 IV 族半導体ナノエレクトロニクスにおける材料・プロセス基盤技術開発
に関する研究」のメンバーが中心となって企画した。本ナノ・スピン実験施設のナノエレ
クトロニクス国際共同研究拠点創出事業の活動の一環でもあり、組織委員として佐藤茂雄教授と櫻庭政夫准教授が参加した。日本、ドイツ、ベルギーの各国拠点代表者らの発表を含む招待講演 9 件、一般講演 8 件、ポスター講演 9 件の総数 26 件の講演（内、東北大学通研の関係する発表２件）が行われ、活発な討論が行われた。世界の半導体産業の活性化のためにも、本国際ワークショップの開催は重要であり、今後、世界規模での研究連携のきっかけとなることにより、本学問分野が大きく展開すると期待される。

446

第 6 章通 研 教 員 が中 核 的 役 割 を果 たす
他部局組織等

関連組織等

6．１ 設立に関与した組織等
高等研究機構 新領域創成部
スピントロニクス・CMOS 融合脳型集積システム研究室

MRAM を用いた高機能・超低電力不揮発脳型集積システムの実現

スピントロニクス・CMOS 融合集積回路の新たな体系による高機能且つ超低電力の不揮発脳型集積システムの実

スピントロニクス・CMOS 融合脳型集積システム研究分野

教授

遠藤

スピントロニクス・CMOS 融合脳型集積システム研究分野

助教

李

哲郎
涛

＜研究室の目標＞
本研究分野は、スピントロニクス工学、CMOS 半導体集積回路工学及び脳科学を融合し、デバイス、
回路、アーキテクチャ、ソフトウェアまでにわたる新しい工学技術分野を構築し、人間のように高度な情報処理・判断を高効率且つ低電力で実行できる新しい脳型コンピューチィングシステムの実現を目的として研究を進めている。具体的には、研究全体を「ノイマン型」と「非ノイマン型」の２つのアプローチに分けて研究を展開し、スピントロニクス・CMOS 融合デバイスに関する理解、
スピントロニクス・CMOS 融合に基づく回路・アーキテクチャ設計論、脳型 CMOS 集積回路、及びAI コンピューティング実現のための学理を結集し発展させることによって、自動運行や知的ロボットなどの応用に着目した高機能且つ超低電力の不揮発脳型視覚認識システムの実現を目指す。
＜2023 年度の主な成果＞
本研究プロジェクトは、ニューラルネットワークのエラー耐性特性を活用して、不揮発性ベースのデバイスの消費電力をさらに削減する方法に焦点を当てる。具体的には、ニューラルネットワークのエラー耐性特性や、不揮発性デバイスの電流とスイッチング確率の非線形関係を取り入れ、低消費電力動作に適した新しいアルゴリズムを開発する。これにより、省エネルギー性と計算効率の両方を高めることを目指す。また、ECC モジュールのスループット向上にも着目する。これには、ECC
アルゴリズムの最適化、並列処理の強化、及びデータ処理の効率化が含まれる。以上 2 つの研究成
果の進捗状況と、関連する本年度の研究成果については、下記で説明する：
１. エッジコンピューティングにおけるエネルギー効率向上のための深層ニューラルネットワークと不揮発性メモリデバイスの統合
ニューラルネットワークのエラー耐性特性と不揮発デバイスのスイッチング特性を組み合わせることにより、デバイスの消費電力を削減する方法を探求しております。理論的には、DNNsのエラー耐性と不揮発デバイスのスイッチング電流の関係を明らかにし、実験的には低 8 ビッ
ト DNNs パラメータにランダムエラーを導入することで、DNNs の精度を損なうことなく消費449

関連組織等

電力を削減する手法を実証しています。実験結果は、ランダムな 20%の二進数を反転させることで、5.63%の電力を削減し、100%のバイナリを反転させることで 34.84%のエネルギーを節約できることを示しています。さらに、最大誤り率が 0.00868 の 6 つの実用的な STT-MRAM チ
ップのエラーマップを DNNs の低 8 ビットパラメータに組み込むことで、100%スイッチング
確率に相当するスイッチング電流の下で、その精度に影響を与えることはありません（最大損
失は 0.00067）。
MobileNet 平均的なトップ 1 とトップ 5 の精度低下はそれぞれ 0.000355、0.00079、0.000670、0.000310 であり、その産業応用にわずかな影響しか与えません。
２． ECC 対応 STT-MRAM を用いた物体認識の向上
BCH コードのコード長と訂正能力は、メモリ冗長性と計算複雑性の高効率を考慮して最適化されている。提案された ECC モジュールの訂正性能は、実際に動作する STT-MRAM チップの実測値に基づいて検証され、実装結果は、64 ビット高スループットと 5.76 ns の読み取り遅延で18.27 𝑘𝑘 𝜇𝜇𝜇𝜇� の小面積を実現していることを示した。実験結果は、STT-MRAM のビットエラー率が2 � 10�� 以下であれば、ニューラルネットワークの認識精度に影響を与えないことを示している。これらの研究成果は、ECC モジュールがほとんどの製造された STT-MRAM チップに適しており、物体認識システムへの統合が可能であることを示している。令和 5 年度に向けた研究の重要なマイルストーンを表しており、エッジコンピューティングにおける脳型プロセッサの多様な応用に革新的な可能性をもたらす。

＜職員名＞
教 授（兼）

遠藤 哲郎（2008 年より）

助

李

教

涛 （2023 年より）＜プロフィール＞
遠藤 哲郎

1987 年 3 月

東京大学物理学卒業。1995 年 3 月

東北大学電気工学専攻博士後期課程修了。1987 年より、東芝 R&D センターの VLSI 研究ラボにて NAND フラッシュメモリと３D 先端 CMOS
デバイス設計に関する研究開発に従事。1995 年より東北大学電気通信研究所講師。1995 年より同准教授。2008 年より同教授。2008 年 5 月より同大学際フロンティア研究所教授。2012 年より同大工学研究科教授、及び、同大国際集積エレクトロニクス研究開発センター・センター長、同大先端スピントロニ
クス研究開発センター・副センター長（世界トップレベル拠点）現在に至る。東北大学にて、最先端 CMOS
デバイス設計、クリーンルーム技術、低電力・高速回路技術、次世代メモリ技術、スピン・CMOS 融合型ナノ LSI、GaN パワーデバイス、及び集積パワーエレクトロニクスの研究に関する研究開発に従事。
JSAP フェロー、LSI IP Design Award 受賞(2001)、JJAP Paper Award 受賞(2009)、JSAP 6th Fellow Award 受賞(2012)、SSDM Paper Award 受賞(2012)、2020 VLSI Test of Time Award 受賞（2021）、第 14 回産学連携功
労者賞・内閣総理大臣賞（2017 年）、全国発明賞（2018 年）。IEEE フェローの称号を授与（2023 年）。
李 涛

2016 年 6 月

ハルビン工程大学工学研究科航法・誘導・制御博士後期課程修了。2016 年 10 月

東海大学創造科学技術研究機構特任研究員。 2020 年 5 月 東北大学国際集積エレクトロニクス研究開発センターと同大工学研究科助教。2023 年 4 月同大電気通信研究所助教。

＜2023 年度の主な発表論文等＞[1] T. Li, L. Zhang, Y. Ma and T. Endoh, "Bridging Artificial Intelligence and Devices: Power Reduction Method of
Non-volatile Devices with Error-resilient Deep Neural Networks," in IEEE Transactions on Magnetics, October 4,2023. Early Access. doi: 10.1109/TMAG.2023.3321878.
[2] L. Zhang, T. Li and T. Endoh, "Small Area and High Throughput Error Correction Module of STT-MRAM for
Object Recognition Systems," in IEEE Transactions on Industrial Informatics, February 26, 2024. Early Access.
doi: 10.1109/TII.2024.3362373.

450

関連組織等

先端スピントロニクス研究開発センター（CSIS）＜施設の概要＞設

置：平成 30 年 1 月 30 日設置（スピントロニクス世界トップレベル研究拠点が高等研究機構に設置された日付）

組

織：センター長：深見俊輔（通研教授）
教員数：43 名（専任教員：10 名、兼務教員：35 名、客員教員：14 名）

目

標：基礎から応用にわたる幅広い分野の卓越した研究者を海外有力大学との共同研究を通じて戦略的に結集し、Spin-Centered Science というべき領域を世界に先駆けて切り拓く世界トップレベル拠点を形成することを目的とする。

研究内容：スピンを基軸とする基礎科学、先進スピントロニクス材料、スピントロニクスデバイ
スおよびその集積技術の四つに区分される。
＜2023 年度の主な成果＞
・世界を先導するスピントロニクス研究の推進
独創性があり大きな成果が期待できる国際共同研究 6 件を採択し、東北大学版クロスアポイント
メント制度を活用して業務委託費ならびに研究費を支援した。
インパクトファクターの高い海外論文誌への投稿を支援した。
・優秀な若手研究者の育成
国内外の有力研究機関との共同研究を促進するため、若手外国人 8 名を専任教員として雇用している。スピントロニクス分野において顕著な学術的業績もしくは産業応用を挙げた若手研究者を顕彰するために、スピントロニクス拠点賞を創設した。
・国際頭脳循環の推進
シカゴ大学との共同研究室を継続して運営した。
材料科学／スピントロニクス世界トップレベル研究拠点合同国際シンポジウム（2023 年 11-12 月）
を初めとして、下記の国際会議等を共催・後援した。
- 2nd Online RIEC International Workshop on Spintronics (2023 年 4 月)
- 2023 Spintronics Workshop on LSI (2023 年 6 月)
- Spintronics and Quantum Transformation Workshop (2023 年 8 月)
- Tohoku-Warsaw Workshop for Spintronics (2023 年 11 月)- 2nd International Workshop of Spin/Quantum Materials and Devices (2023 年 11 月)

451

関連組織等

国際集積エレクトロニクス研究開発センター(CIES)＜施設の概要＞設 置：平成 24 年 10 月、東北大学は民間企業との産学連携研究を拡充し、エレクトロニクス
産業の発展に向けた組織として「国際集積エレクトロニクス研究開発センター」を設置した。平成 25 年 4 月、本研究開発センターの研究棟が初の 100%民間拠出による東北大学サイエンスパーク第 1 号の施設として、青葉山新キャンパス内に竣工された。
組 織：センター長 ：遠藤哲郎（工学研究科・教授）
職員数：77 名（工学研究科、情報科学研究科、電気通信研究所等からの兼務を含む）
目 標：東北大学が有する多岐にわたる研究シーズと豊富な産学連携実績を求心力として、集積エレクトロニクス技術を研究開発する。また、その技術に係る国際的産学連携拠点の構築を図ることにより、次世代集積エレクトロニクス分野における我が国の国際的な競争力の強化に寄与する。更に、当該分野の技術の実用化及び新産業の創出を目標とする。
研究内容：産学共同研究、国家プロジェクト、地域連携プロジェクト等の枠組みの中で、これまで CIES で研究開発してきた世界最先端技術であるスピントロニクス技術から AI ハー
ドウェア技術とパワーエレクトロニクス技術に拡充し、3 つのコア技術の研究開発を推進すると共に、カーボンニュートラルや AI/IoT/DX の実現に不可欠な飛躍的な省電力動作を実現する革新的集積エレクトロニクスシステムへの展開を目指している。
＜2023 年度の主な成果＞
本学が創出してきたコア技術の実用化に向けて、多様な国内外の企業、そして地方公共団体と連携し、材料・装置・プロセス・デバイス・回路・システムなど研究開発分野をスピントロニクスから、3D メモリ、AI ハードウェア、パワーエレクトロニクスに拡充して、産学共同研究、大型国家プ
ロジェクト（文科省 X-nics 事業、NEDO ポスト 5G 事業、NEDO 省エネ AI 半導体事業、JSPS Core-toCore 事業、JAXA 探査ハブ事業、文科省パワエレ事業、内閣府 SIP 事業（第 3 期））、地域連携プロ
ジェクトからなる CIES コンソーシアムを運営し、集積エレクトロニクス技術に係るコア技術の開発を推進している。令和 2 年より経済産業省事業「地域オープンイノベーション拠点選抜制度」に、
本センターが第 1 号の地域オープンイノベーション拠点に選抜されている。なお、コンソーシアム
参画企業には、「宮城県と県内市町村が共同申請を行った民間投資促進特区（情報サービス関連産業）制度」と「東北大学と仙台市の協定に基づいた固定資産税等相当額の助成制度」を活用して頂いた。令和 4 年 6 月に我が国の「半導体・デジタル産業戦略」が改訂され、「アカデミアを中核とした拠点における先端技術開発（スピントロニクス技術）」が目標・戦略に位置づけられた。加えて、G7 広島サミットにおいて「半導体の人材育成と研究開発に関する未来に向けた日米大学間パー
トナーシップ（UPWARDS for the Future）」が締結されたことを受け、本センターでは、産業界と日米大学の連携による革新的な半導体の研究開発、製造、サプライチェーン、人材育成強化に取り組んでいる。

452

関連組織等

スピントロニクス AI ハードウェア技術では、世界唯一、大学が運営するワールドクラスの企業と互換性のある 300mm プロセス試作・評価ラインを活用して、多様な革新的技術を開発している。
これまでに、1 桁ナノメートル世代の集積化技術で 10 年以上のデータ保持と 1 兆回に到達する書
換え耐性を有する低消費電力 MRAM 技術の開発に成功したことに加え、新たに 6 重界面の界面垂直型強磁性磁気トンネル接合素子で最先端マイコン製造時の 260℃でのデータ保持耐性と 1 千万回以上の書き換え耐性を実証した。1 桁 nm 世代の最先端マイコン用混載不揮発メモリの高性能化と大容量化に道を開く成果である。令和 3 年度に採択された文科省次世代 X-nics 半導体創生拠点形成事業「スピントロニクス融合半導体創出拠点（拠点長：遠藤 哲郎）」には、新たに大学や企業の参画が拡充し、拠点化が進むと共に、革新的省エネ半導体創出と高度人材育成を更に推進している。
加えて、NEDO「AI エッジコンピューティングの産業応用加速のための設計技術開発（研究代表者：
羽生 貴弘）」を電気通信研究所と連携して、AI エッジコンピューティングの産業応用加速のための技術開発を進めている。パワーエレクトロニクス技術では、令和 3 年度に採択された文部科学省革新的パワーエレクトロニクス創出基盤技術研究開発事業にてパワーエレクトロニクス回路技術、パワーモジュール技術の先鋭化を進め、EV 駆動インバータ、データセンター用電源の小型化・高性能化に寄与しました。さらには GaN on Si パワーデバイスの低損失で高周波動作が可能な特長を活かした次世代回路システムの研究開発を進め、回路システムに最適なデバイス、受動部品の検討を行いました。これにより、次世代回路システムの高効率化、高パワー密度化が可能となる見通しを得たところです。これら 3 つのコア技術を活用し、カーボンニュートラルの実現に不可欠で超低消費電力が要求される IoT/AI システムへの展開を目指している。
加えて、革新的集積エレクトロニクス事業展開と、本学における更なる産学連携高度化に資することを目指して創業した東北大学発スタートアップ企業 「パワースピン株式会社」は 6 年目を迎え、本センターの技術やノウハウをベースとして実用化開発を進めている。また、宮城県、みやぎ
高度電子機械産業協議会、みやぎ自動車産業協議会、岩手県、いわて半導体関連産業集積促進協議会に加え、東北経済産業局等との協力を得て、山形県の地域・地元企業との連携が加わり、地域連携が拡充するなど、東北復興・地域貢献の一助となる成果が得られている。令和 4 年度に発足した「東北半導体・エレクトロニクスデザイン研究会」への参画を通じて、産業界・大学や高専・行政などの関係機関と連携しながら、我が国の半導体等関連産業の基盤強化、人材育成やサプライチェーンの強靭化等に取り組んでいる。

引き続き、世界を先導する集積エレクトロニクス･AI ハードウェア研究開発拠点を目指し、革新的コア技術の創出、及び実用化による産業界への貢献と我が国の国際的競争力強化、そして地域連携による「東北復興・日本新生の先導」に寄与する。

453

関連組織等

ヨッタインフォマティクス研究センター＜施設の概要＞設

置：平成 30 年 4 月設置
平成 26 年東北大学学際研究重点プログラムに採択され、その後の活動により、平成30 年に文科省・国立大学法人機能強化促進補助金の予算措置を受けて設置された。

組

織：センター長 ：坂井信之（文学研究科/電気通信研究所・教授）
センター参加学内教員数：47 名（電気通信研究所・工学研究科・原子分子材料科学高等研究機構・文学研究科・情報科学研究科・経済学研究科・医工学研究科・教育学研
究科・生命科学研究科、サイバーサイエンスセンター、農学研究科、加齢医学研究所、災害科学研究所、学術資源研究公開センター、国際文化研究科）

目

標: 超巨大情報量の量と質を扱うための新情報サイエンスとそれに基づく ICT 情報処理技術と新たな自分社会科学を文理連携体制によって構築する

研究内容：人類が作り出すデータ量は日々増加して 2030 年にはヨッタバイト（10 の 24 乗バイト）を超えると推定される。従来の ICT 技術の延長ではこれほど巨大な情報量を適切に取り扱うことができないので新たな情報処理パラダイムが必要である。そこで情報の「量」と「質」をも扱う科学技術基盤の創出を目指す。本センターでは、情報の質と価値を扱う学術領域の研究のために人文社会科学の研究者と連携した文理連携により部局を超えた研究者集団を構成し、ヨッタバイト級の巨大情報「量」に加えて、情報の「質」と「価値」を判断する基盤技術を確立し、巨大なビヨンドビッグデータ情報が持つ大きな価値を最大限活用する科学技術プラットフォームの構築を目指す。
＜2023 年度の主な成果＞
1. 後継組織として、ハードウエア化も視野に入れたデータ科学的学際研究のさらなる展開を目指す組
織整備に関する概算要求が認められ、令和６年度より総合知インフォマティクス研究センターの発足を実現した。

2. 情報の「質」から「価値」を判断し、一定の規範を見出して適切に情報を取捨選択できる情報学を先導するために 2022 年度に推進した 19 の文理連携プロジェクトから、４件について継続
支援を行なった。
3.

国際シンポジウム Tohoku U - NTU Symposium: "When AI Meets Human Science"および日中韓の国際シンポジウム(International Workshop on Emerging ICT)を共催し、電子情報通信学会同
HIP 研究会との共催研究会を実施した。

454

関連組織等

6．2 参画する事業・プログラム
スピントロニクス国際共同大学院プログラム
＜概

要＞

設

置：平成 27 年 4 月設置

組

織：スピントロニクス国際共同大学院プログラム長：佐藤宇史（理学研究科・教授）
プログラム担当者：学内教員 12 名
海外教育研究機関：ヨハネスグーテンベルク大学マインツ（独）、レーゲンスブルク大学（独）、カイザースラウテルン工科大学（独）、ミュンヘン工科大学（独）、ロレーヌ
大学（仏）、シカゴ大学（米）、デルフト工科大学（蘭）、フローニンゲン大学（蘭）、
ヨーク大学（英）、リーズ大学（英）、ポーランド科学アカデミー（ポーランド）、清華
大学（中）

目

標：・世界で活躍する人材の育成
・スピントロニクスの理論から応用、デバイス形成や産業化までを俯瞰的に見渡せる人材の育成
・広く多様な技術分野のイノベーションを先導することができる人材の育成

概要：研究中心大学であり門戸開放を謳う東北大学の特色・強みを活かして、海外教育研究
機関と共同してスピントロニクス分野における世界的人財を育成するために設立された。東北大学のみならず海外教育研究機関から世界トップクラスの教員を集め、英語による授業を実施する。海外教育研究機関での研修等を通じて学生の積極的な交流を促進する。Qualifying Examination により学生の質を保証し、実質的に共同指導学位が認定できるレベルの国際共同教育を実践する。

＜2023 年度の主な成果＞
2023 年度は GP-Spin 主催/共催で下記の学術的会合が開催された。
- The 1st Young Scholars Workshop in Spintronics / 学生企画若手セミナー (2023 年 7 月)
- GP-Spin Session, The 32nd Joint-Interlaboratory Workshop on Nano-Magnetics (JIWON)＠高麗大学 (2023 年 7 月)
- The 1st Workshop on the Chicago-Tohoku Quantum Alliance (2023 年 10 月)- The 7th Symposium for the Core Research Clusters for Materials Science and Spintronics
and the 6th Symposium on International Joint Graduate Program in Materials Scienceand Spintronics / 学生企画セッション (2023 年 11-12 月)- GP-Spin Session, The 34th Joint-Interlaboratory Workshop on Nano-Magnetics (JIWON)in Sendai (2024 年 2 月)
- Tohoku-Lorraine Mini Workshop 2024 (2024 年 2 月)
455

関連組織等

文部科学省 卓越大学院プログラム
人工知能エレクトロニクス（AIE）卓越大学院＜施設の概要＞設

置：平成 30 年 10 月採択
平成 30 年度からの新規事業である「卓越大学院プログラム」（WISE Program(Doctoral Program for World-leading Innovative & Smart Education)）に採択された．

組

織：全体責任者：大野英男（東北大学総長）
プログラム責任者 ：山口昌弘（副学長（教育改革・国際戦略担当））

プログラムコーディネーター ：金子俊郎（工学研究科・教授）

プログラム担当者：約 70 名（責任者・コーディネーターを含む）
目

標: 本卓越大学院プログラムでは，産学連携・社会連携を意識して「社会課題の解決」と「新たな価値の創出」を実現する『実践力』と，Society 5.0 における現実空間とサイバー空間およびそれらを繋ぐあらゆる空間を見通せる『俯瞰力』を習得すること
で，異分野技術を巻き込み「継続的イノベーション」を起こすことができる卓越した博士人材を育成することを目的とする。Society 5.0 の実現にあたっては，ソフトウ
ェア層単独でなく，良質なデータ創生の基盤となるハードウェア層との融合を図る
必要がある。本プログラムでは，『人工知能エレクトロニクス』ともいうべき，現実
空間からサイバー空間に渡って重要な基盤技術である「人工知能スピンデバイス（ハードウェア層）」と「人工知能データ科学（ソフトウェア層）」，さらにハードウェア・
ソフトウェアを考慮した革新技術である「人工知能プロセッサ（アーキテクチャ層）」のあらゆる空間・技術層を見通せる『俯瞰力』を持ち，異分野技術を巻き込み「継続的イノベーション」を起こすことができる卓越した博士人材を育成する。

＜2023 年度の主な成果＞
2023 年度は，AIE 卓越大学院 5 年一貫教育を受けたプログラム生から修了生 16 名を輩出した．また，PO（プログラムオフィサー）現地訪問や，外部評価委員会の訪問を受け，いずれも高い評価を受けた．AIE 卓越大学院の独自科目の PBL(Project Based Learning)
科目については，2023 年度も対面方式にて開講し，修了後には学修成果シンポジウムを開催した．さらに，AIE 講演会を 6 回，国際シンポジウムを 1 回開催し，人工知能エレ
クトロニクスの基本的な技術から応用，社会実践における課題など多岐に渡る内容について，国内外の著名な先生方に講演頂いた．国際シンポジウムにおいては，プログラム
生全員が英語での研究発表を行った．この他，第６期生の募集と選抜を行い，新規プログラム生 31 名（新Ｍ１ 12 名，新Ｍ２456

13 名，新Ｄ１

6 名）を決定した．

第 7 章評 価 と分 析評価と分析

7．１ 運営協議会報告（議事録）
第３９回東北大学電気通信研究所運営協議会
日

時：令和５年１２月１日（金）午後１時～午後４時３０分

場

所：電気通信研究所本館６階大会議室
ハイブリッド開催（対面形式＋オンライン形式）

出 席 者：
田畑仁（東京大学大学院工学系研究科 教授）

山口 浩司（日本電信電話株式会社 ＮＴＴ物性科学基礎研究所 フロンティア機能物性研究部 フェロー）
関野徹（大阪大学産業科学研究所 所長）

斉藤

健（株式会社東芝 研究開発センター 情報通信プラットフォーム研究所 所長）

川越開（宮城県企画部デジタル政策推進監兼副部長）

福永 博俊（長崎大学 学長補佐）
玉田薫（九州大学 副学長 先導物質化学研究所 教授）

森島 繁生（早稲田大学先進理工学部 教授）
小林 直樹（東京大学大学院情報理工学系研究科 教授）
松下 雅仁（三菱電機情報技術総合研究所 所長）
丸山

宏（株式会社Ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ 非常勤取締役）

前田 裕二（日本電信電話株式会社 宇宙環境エネルギー研究所 所長）（欠席）中村孝（大阪大学大学院 工学研究科 招聘教授）

橋本 隆子（千葉商科大学 副学長）
阿野 茂浩（公益財団法人 ＫＤＤＩ財団 理事長）
村山 宣光（国立研究開発法人 産業技術総合研究所 副理事長）（欠席）今井

亨（日本放送協会 放送技術研究所 所長）

江村 克己（福島国際研究教育機構 理事）
都築 暢夫（東北大学 大学院理学研究科長）
伊藤 彰則（東北大学 大学院工学研究科長）
加藤寧（東北大学 大学院情報科学研究科長）

佐々木孝彦（東北大学 金属材料研究所長）
福山 博之（寺内 正己 東北大学 多元物質科学研究所長の代理）
菅沼 拓夫（東北大学 サイバーサイエンスセンター長）
松浦 祐司（東北大学 大学院工学研究科 教授）
通研出席者：羽生貴弘所長、佐藤茂雄副所長、北村喜文副所長、石山和志評議員ほか各教授及び准教授開会事務長から、東北大学電気通信研究所第３９回運営協議会の開会が宣言され、引き続き配付資料の確認と会議日程の説明があった。
続いて、羽生所長から開会にあたり挨拶があった。
459

評価と分析

委員紹介
出席委員から順に自己紹介があった。
委員長選出
委員の互選により、江村委員を委員長に選出した。
議事

羽生所長、佐藤副所長、北村副所長から、次のことについて説明があった。
（１）研究所の活動全般について（２）研究と教育について
引き続き、電気通信研究所の各教員から研究紹介があり、その後、次のような質疑応答があった。
★

お２人がビデオだったので、最初のご説明に質問がある、あるいはコメントがある方がいらっしゃったら、ここで受けたほうがいいかなと思うんですけれども、どなたかありますか。
それでは、先ほど申し上げましたように、もしビデオの先生の件も含めて何か質問とかコメントがあれば、Ｚｏｏｍのチャットに入れていただくなど、お願いいたします。
では、お願いします。

★

非常に興味深いお話をありがとうございました。
チャットにも書かせていただきましたが、１点このディメンジョナルなマテリアルというのを利用するというのは、これもすばらしいご研究だと思う反面、それゆえ競争も非常に熾烈だと思うのですが、先生のほかの研究者と比べての強みというところを、何か具体的にあればお教え願えますでしょうか。

☆

現在のプロジェクトに関しましては、私だけではなくて産総研さんやＮＩＣＴさんからも幅広く協力していただいておりますので、その連携を密にして、他の台湾とかとも伍していけるようになっていきたいと思います。
あとは、もう一つ我々の強みとして放射光を用いず、体積で精密にできるということがあります。それはこれまで使ってきたＳｐｒｉｎｇ８だけではなくて、近々東北大にできるナノテラスの利用も有効活用できるかと思っていますので、そこら辺をうまく連携させて、何とか世界的に先導していきたいと考えております。

★

なるほど。それに関連して、今の周囲の研究環境であるとか人的なネットワークがとても重要だということはよく理解いたしました。それで、特に今おられる通研の中での例えば
このネットワークであるとか施設であるとか、そういったところでこちらの研究が進みやすいだとか、加速しているというのは、何かそういう事例というのはあるのでしょうか。

☆

一番重要な事項は、先生がおっしゃるとおり、通研にありますナノ・スピン実験施設の中にあるクリーンルームが非常に使いやすくて、実際我々も今まで二次元半導体だけでなくて、ガンヘムトやグラフェントランジスタもそこで世界最高性能を示すことができていま460

評価と分析

すので、他の利用者の方とも調整しながらですけれども、私がかなり最大限有効活用、
使わせていただいておりますので、円滑に研究を進められるというのはやはりそのようなすばらしいナノクリーンルームがあるということが、最大の要因だとは考えています。
★

分かりました。通研の環境が非常に研究のプロモーションに資していることがよく分かりました。ありがとうございます。私からは以上です。

★

ありがとうございました。ほかにありますでしょうか。
それでは、ここからは全体を通して前半の部分の質疑応答に入りたいと思います。どんな内容でも結構ですので、ご意見とかコメントがある方は手を挙げていただければと思います。Ｚｏｏｍの方は手を挙げる機能で意思表示いただければと思います。いかがでしょうか。どうぞ。

★

ご説明、本当にどうもありがとうございました。直接現場で説明を聞くのは初めてなのですが、非常にやはり迫力というんでしょうか、アクティビティーの高さというか、そういったところに非常に感銘を受けております。
そこに関するご質問ですけれども、先ほどの発表で全体をなめて見ると、人の数がちょっと減りつつあるようで、それでいながら、ベテランの先生が入れ替わりの時期ということで、そこは一つチャレンジがあるというところも理解しております。一方で多様性も今増加の傾向にあって、人は減っているのだけれども予算は増えている。バブルという表現もありましたけれども、外部からの資金を非常に効率よく集めていて、研究の中身はというと、非常に先生の数あるいは人員的な減少はあるけれども、実績自体はキープ、非
常にいい位置をいっているというようなところで、物すごく大変な中でも研究のレベルというものをキープしていて、向上というのがしっかり図られているんだなというようなところに非常に感銘を受けました。
ここはどういうようなところに組織としての工夫をなされているのか。例えば、単純に予算が増えているから、やはり成果も出やすいというような事情があるのかもしれません
し、人が減っているということはそれだけ忙しくなっているはずなので、組織としてバックアップ体制を整えるというところに力を入れているとか、あるいは先生あるいはスター研
究者が超人的に頑張っているのかとか、何かそういった人が減っている中でも、これをキープしているといった組織的なポイントみたいなものが、もし意識としてあれば教えていただきたいと思いました。

☆

ご質問ありがとうございました。人が減っているというところは、先ほどの９ページの人
員構成というところで、これが５６名ということで、これはある種承継枠というか、教員というふうな形でいるメンバーでございますが、その２ページ後の１１ページのところにいわゆる研究員というのは外部資金で雇用している人も含めて、本所の研究力はキープしておりますので、そのアクティビティを保っていると判断しています。
加えて、予算が右肩上がりに今増えているのは、半導体関連のプロジェクト獲得増の方向性です。西澤潤一先生がいらっしゃった時代から半導体関連の研究者がいらしており、そこに予算がついている状況から、当該研究分野が追い風となっています。加えて、ポスト５Ｇもありますし、電気通信の分野に大いに期待されているというところはあると思っております。
461

評価と分析

また、昔は、教育はもう絶対やりなさいとの雰囲気でした。その上で研究プロジェクトは、
そのプロジェクトを取ってきた人が責任を持ってやりなさいということだったため、プロジ
ェクトを取ってくれば取ってくるほど研究者が苦しくなる流れでした。しかし今は、例えばバイアウトという制度を利用して、講義担当を少し誰かに代わってもらうというのも可能です。今、この制度を使っている人は通研には今いないようですが、そういった形で教員に対する様々なチャンス（研究時間確保の機会）が使えるようになっています。
加えて、若手が潰れてしまっていないかなという観点で、アンケートを実施しています。
教員の研究時間確保を大学では現在推奨しております。ちゃんと研究をする、教員しかできないことは研究なので、他の業務は、例えば事務職員等で代替できます。今後、いわゆる国際卓越も始まるとしましたら、やはりもっともっと教員に対する負担は増えてくるでしょう。そうなると、研究時間確保というのが難しくなるので、その点を懸念して、若手研究者の動向をウォッチしています。この取組は去年から、アンケートを取って進めています。若い人からの回答は、不満はないとのだったので、それは意外でした。我々は引き続き動向をウォッチしていきながら、とにかく研究時間を取っていただき研究を進める
取組を推進していきます。教員が何で負担があるかというのを、常にウォッチしながら、その対策をやらなければいけないということです。
あとは大学としては、女性教員、女性の研究者、外国人、若手の確保、それは強く望まれておりますので、その辺については、予算自体はほとんどそれこそ右肩下がりに減らされてはいますけれども、研究アクティビティを上げながら増やしていくということには努力をしています。最近、女性研究者数はずっと伸びてきたものが直近で少し減少してしまったのは、最近の「女性研究者の争奪」が激しいからかなと分析しています。その観点から我々も戦略を考えないと、東京地区のほうがやはり獲得しやすい。東京や大阪は優
位かなと感じています。仙台は辺境なので、ご家族の力という意味では、地の利でいうと不利かなと感じています。
その意味で、もともと仙台（東北地区）出身という研究者が地元へ戻ってくるケースがあり得るが、そのようなケースはそれほど多くないです。そうなると、外（東北地区以外）から本学へ来ていて、チャンスがあって戻れるといったら、そのチャンスに乗ってしまう。そういう意味でも、それなりのインセンティブをつけないと本学に残ってもらない。例えば、給与を上げるとか、休みが取れるとか、など。一方で、コロナ禍の経験で、常勤で常に通っていなければいけないということはなくなりました。そういう意味では、リモートワーク
で大丈夫ですということで、少し自由度は増しているかと思います。
★

ありがとうございます。非常に何かベーシックな研究者の先生方の時間確保とかができているのかというのを、小まめに組織としても調べていて、やはり基本的なところや新しいダイバーシティの確保のためのいろいろなベースのところを、いろいろ工夫されているのだなというところが分かりました。ありがとうございます。

★

今の関連で、ＵＲＡを増やすとか、そういう具体的なところは何かやっていますか。

☆

大学としても、今もＵＲＡがいますけれども、あと通研で、独自予算でＵＲＡを確保しておりますが、それをもっと増やしていこうと思っています。そうしないと、先生方にとって、研究は得意ですけれども、例えば民間等との共同研究のプロモーションをするという、
いわゆる営業活動までは、なかなか難しいというので、やはりＵＲＡに橋渡ししていただ

462

評価と分析

くという形を増やしていく予定（というか、方向性）でございます。
★

分かりました。それでは、お願いします。

★

一部、今のご質問に対するお答えに含まれてしまっているのですけれども、今、研究時間の確保というのが非常に重要になっています。私も前回そのあたりはコメントさせてい
ただいています。ここに、資料の９８ページに具体的に管理業務等を分担するスタイルを解消というふうに書かれてあるのですけれども、これ実際にはどういうことをされているのかというのが質問の１点です。
それからもう一つは、実は私、昨日まで沖縄の科学技術大学院大学、ＯＩＳＴにちょっと行ってきまして、ご存じの方も多いと思いますけれども、外国人の割合が非常に多いです。
何でこれだけ集められるのかという話を聞いたら、そもそもご存じのように内閣府直下ですのでリソースの部分が大分違っていて、同じ土俵には上がらないのですけれども、やはり研究環境は非常に整っており、だから、研究時間を確保できるそうです。特に外国人の場合は非常に日本の環境の中だとやりにくい部分があるので、そこがやっぱり必要だということと、結局もう一つは最終的には処遇の問題で、今特に円安になっているので、これはうちの研究所も同じですけれども、海外の研究者を取ってこようとすると、
もう海外と太刀打ちできないような状況になっていまして、このところを一体どうするかというところが議論になっています。そもそも難しいのかもしれないですけれども、その議論をされていたらその内容について教えていただきたい。
ですから、具体的に研究時間をどう確保するかという具体的な方策と、それからもう一
つは外国人研究者というものを少し別の扱い方をするようなことも考えられているのか。
その２点についてちょっと教えていただければと思います。

☆

ありがとうございます。これは国際卓越に関係することであり、今東北大学として取り組んでいることですが、結局教員しか研究はできないので、その他の事務的な業務は事務に任せるという取組です。事務職員をたしか１，１００人ぐらい増やすという話があります。
加えて、ＤＸを強く推進することによって、なるべく教員が、例えばある種のルーティンワ
ークみたいな業務から解放されます。それは、専門の事務職員の方やＵＲＡも含めてやっていただくということです。
また外国人教員の確保には、給与のギャップが大きいという点を考慮すべきです。例えばポスドクでも１，５００万円出しても来るか来ないか微妙であるという話しもあります。
日本での教員の給与を世界に合わせていかなきゃいけないだろうということです。それは外国人の教員に対してだけではなくて、それに資する成果を上げているＰＩ全員に対して適用することです。国際的に卓越した教員の方々にはその職位に合わせて世界基準の給与を出していくというような人事トラックを準備するということです、国際卓越人事トラックというのを今準備しており、その人件費に充てるという仕組みを進めています。
ですから、給与の水準が従来とは違う形にしていくということです。通研は既にプロフェッサー、ユニバーシティ・リサーチ・リードという、東北大で設定した制度があり、その第１号として本研究所には１名の世界的に著名な海外の研究者が、今年の１月から来られています。現状では100％エフォートでの異動は難しく、クロアポの形です。数年後には完
全に１００％こちらに来ていただくという形で、今手続を進めております。この例のように、世界的に著名な研究者は、別扱いという形で人事を実施していましたが、それを今度こ463

評価と分析

の国際卓越ではしっかり進めていくという形で差別化しています。そういう機会は研究者皆さんにありますという形にしているということでございます。
いずれにしましても、そのためには原資が必要ですので、win-winの形の構築が必要です。大学から人件費を払ってその分に相当するキックバックが大学にあって、初めて大学の運営がちゃんとできるようになります。
★

ありがとうございます。よろしいですか。
今の関係で、学生さんはアジアの人が多いという傾向はあったのですけれども、教員とか研究者をグローバルに取ってくるときに、どの地域というか、どの辺を見てらっしゃいますか。

☆

今、いわゆる伴走支援の一環として、東北大は大学ファンドの候補校に選ばれて以降、１０月末、１２月、翌年１月に、アドバイザリーボードとのミーティングがあるという話を伺っております。その際、アドバイザリーボードからは、どんな人を呼べるのか、またその具体的なリストを出せという話がありました。それを受けて、各部局に本部から問合せがあり、こういう人材とのコネクションがありますよと回答したところです。
招へいの際には先方と条件を合わせて、来るか来ないかを調整するとか、もしその方自体を招へいすることが難しければ、その方をクロアポにて招へいする、あるいはその方の研究グループで有力なお弟子さんをこっちに置いてくれないとかネゴする、という形がある。そういう観点から、グローバルな人材とのコネクションは間違いなくある、というリストを、この間の締切りで提出した状況です。

★

お願いします。

★

女性教員について今までも非常に話題に出てきたので、ちょっと伺いたいのですけれど
も、９ページのデータですと徐々に増えつつあるということですが、ちょっと減っていくというのは、今どこの大学も本当に取り合いだというのはすごくよく分かるのですが、教授の数はずっと１のままであまり変化がないということで、これに准教授もそうなのですけ
れども、このあたりはプロモーションするといなくなってしまうのか、それともプロモーショ
ン自体が置きづらいのか、そのあたりを伺いたいと思います。
あとは女性の場合、ライフイベントに対してどういった制度が実際あって、、実現されているのかというのをちょっと伺いたいと思います。

☆

ありがとうございます。電気情報系では、女性の数はもともと少ないので、そこから持ち上がりで大学教員になるというケースはなかなか難しいかもしれないと思っております。
加えて、ただ通研ですと例えば、今人間情報システムとか、少しもうちょっと広目のバイオも含めた形での連携もしておりますので、そういうところになりますとやはり心理学とかそういうふうな分野で、女性の研究者がいらっしゃるので、そういう研究室中心に女性の方が入ってくる。
どうも１人入ってくると、安心感が出るということがあるようです。か、それも我々ちゃんと教育、我々の意識としてそういった教育も今ちょうど進めているところなのですが、そういう形で増やしていく。だから１人つくと、だんだん増える流れになっていく。これは外国人もそうで、外国人が１人来ると少しずつ増えてくるというので、そういうところからゼロ464

評価と分析

を１にするのが結構大変で、１になったら少し増えてくる流れになっているようです。だから、ちょっと今回はやはり抜けてしまったお２人については、その後のキャリアパスという仕組みの点で、他大学との競争に負けてしまったところがありますので、もう少ししっか
りこの期間を間違いなく雇用できるという仕組みの構築と雇用環境のさらなる改善については大いに反省しているところでございます。
★

ありがとうございます。
あともう１点、２１ページの学生数のところですけれども、ここには男女の別が書かれていないと思うのですが、ここにおける女子学生の比率はどういう状況でしょうか。

☆

女性の割合は１割以下ぐらいです。

★

じゃあ、平均的ですね。分かりました。ありがとうございます。それでしたら、それも多分書いていただいたほうが、現状が分かるのでいいかなと思います。
それから、多分ここのデータではスコープ外かもしれないのですけれども、私のいろいろな経験から、実は教員の数というか、海外の方の数を増やすにあたって、実は事務局の女性の数を増やすとか、海外の方を増やすということが実はすごく効いてくるというふうに思っておりまして、例えば事務局においても女性をもっとプロモーションするとか、あるいは事務局の方で海外の方を雇用して、全体として国際化を進めていく。そういうことが全体として教員の増加にも非常に貢献するということがあるというふうに感じる部分がありますので、恐らくそういうところも施策に持っていけるといいのではないかなとい
うふうに感じております。

☆

ありがとうございます。
教員だけではなくて、事務組織とか事務職員の話は先ほど全体で１，１００名ぐらいという話がありますので、そういうところに外国人の研究者がいらっしゃったときに、スムーズにできるように事務体制を強化するという話です。たしか事務では、ＴＯＥＩＣの試験は全員受けているということでした。なるべく英語に慣れていただくという例として、プロフェッサー、ユニバーシティ・リサーチ・リードという著名な外国人研究者が、事務へご挨拶に来られた際、事務部の関係者はその対応でてんてこ舞いでした。ただ、いい刺激になっており、そういう経験をしていくといいのではないかなと思っています。

★

そうですね、ぜひそちらのほうも力を入れていただけると、数字的にもよくなってくるかなと期待しています。よろしくお願いします。

★

ありがとうございます。ほかに。では、順番にいきますね。お願いします。

★

研究評価のオルトメトリクスのソーシャルメディアの評価のところ、すごく面白いなと思って聞いていました。今日グラフで示していただいたのは、簡単に分かるソーシャルメデ
ィアでの引用だったりするのですか。これを調べること自体が研究対象のような気がするのですけれども、どうやってこの数値というのは客観的に得られるものなのでしょうか。
そういうサービスがあるのですか。自分で調べると、すごく大変だなと思ったので。

465

評価と分析

☆

そのように、今ちょっと話題になりましたけれども、ＵＲＡの先生に調べていただいたので、ちょっと回答もらってよろしいでしょうか。

☆

オルトメトリクスに関しましては、これは大学で整備していますエルゼビアのＰＵＲＥを使って、そこで出てくる数値をダウンロードする形で出しています。ですから、一つ一つ選
んでいるとか、手書きでやっているとか、そういうことではないです。

★

分かりました。あと思ったのは、こういうツイッター等での評判というのは研究の評価だ
けではなくて、どういう属性なのか分析できてないということですけれども、例えば我々でも放送の目的でやっていたのが、実は照明の業界ですごく取り上げられていたりして、そういうところへプロモーションに行こうかみたいな、要はオープンイノベーションのツー
ルにもなり得るかなと思っていました。

☆

おっしゃるとおりだと思います。まだ中身まで調べるということをやっていませんので、どういうところにツイートしてくれたとか、引用してくれたとか、そういうところは十分調べる
価値のあるものだと思います。デメリットに書きましたけれども、今のところまだそこまでやっていませんので、そこは何とかしていきたいなと思っています。

★

分かりました。

★

では、お願いします。

★

今のにちょっと関連しますけれども、２５ページぐらいから３２ページぐらいまでで、知財とか論文のところの分析をされていると思うのですけれども、確かにトップ１０、パーセン
トを見るのは大切だと思うのですが、これはスナップショットで今までの研究成果を出しているというところだと思います。そういう意味では、今後、こういうところを狙えるような、トップ１０％の論文を狙えるようなところの分析とか、あと知財でもよいのですけれど
も、ベンチャーが多いから数が少なくなったということなのですけれども、最近例えばＪＳ
Ｔとかでも結構スタートアップ、大学発のスタートアップ育成とか、非常に高額な、この前もたしか１１月末にそういう大きな億単位の公募があったと思うのですけれども、やはりそういうところでどんどんＪＳＴ、経産省系もそうだと思うのですが、育てていると思うのですが、そこら辺でどう次の手を打っていくのかという辺の戦略についてご教授いただ
けるとありがたいのですが。

☆

所内でできるだけ、いろいろな芽を摘まないように、そういう外部の大きなファンドなん
かを取るようなことを目指しながら、奨励をするということはしていますし、あと今日話したのは、学際的なところとか新規のところをどんどん開拓するようなところにも意識をして、そこに奨励をするような試みもしているので、多分そういうところが次の芽を、トップ
１０％を目指すような研究につながっていくのではないかと考えています。

★

大学も自立性という、研究者の自立性というのがあるので、あまりこうしなさい、ああしなさいというのは企業みたいには言えないと思うのですが、やはり分析していく上でどこが強みなのか。歴史的に通研はやはり半導体とかデバイスに強いところがあり、無線も466

評価と分析

強いと思うのですが、そういう分野から最近のお金の振り分けがＡＩ戦略とかにいって、経産省系が非常に大きなお金を出し始めていて、企業も追いつくのが大変です。一部のスタートアップにお金が流れるという時代になってきているので、やはりそこら辺の戦略的な何かの方針というか、例えばここでは多分共創研究所でしょうか、例えば３３ページにありますけれども、こういうのでも多分外部資金を結構取ってきていると思うんですが、やはりその基になる研究とか、純粋に研究でも論文でもトップ１５％とか２０％の位置につけていて、これから化けそうだぞというようなものに何か当たりをつけて、それに対してエンハンスしていく仕組みがあるといいのかなと思います。あまり強制はできない部
分が大学にはあると思うのですが、ちょっとそのように感じたので、質問させていただきました。
☆

ありがとうございます。そうですね、大事なことは先生方のやはり得意な分野の芽を摘まずに続けていただくということで、それが大きく花開きそうであれば、予算を別途考えてという話をやっていくことです。
例えば先ほどもちょっとご説明しましたように、６附置研で進めている若手アンサンブル
プログラムというのは、お金自体はそんなに大きくはないんですけれども、初期段階の研究が進め易い。また、本研究所の共同プロジェクト研究というのも、旅費ぐらいは出せる
よというぐらいの予算措置ですが、これは後のほうで説明しますけれども、そういう形でまず会って話をして、それでいいネタが組めそうだなと関係者で意見交換ができる機会です。例えば、科研費に出したりとかというためには、まずは関係者とミーティングしないと、研究のアイデアもなかなか醸成できません。そのような研究の芽は摘まずに、とにかく研究時間をしっかり確保して、研究開発に注力していただく機会を提供しています。お金が必要な場合にはというので、それは別途少し考えていこうという話でございます。
教員が研究費を獲得し、研究所ではその間接経費の一部を原資としていろいろと回していこうということは、基本的には考えております。例えば、５年プロジェクトを持ってきましたときに新しい研究員を任用します。その方は実はすごくいい人材だとなれば、プラス５年間の継続雇用は所の方で考える。プロジェクトから間接経費が入ってきますから、所からの手出し分をその経費に充てる。１０年間の雇用であれば、対象の研究者の顔（実力）かなりが見えてくるので、その後のプロモーションの機会に手を挙げてもらいまし
ょうという話になる可能性もあります。上記のような人事の仕組みで、いい人材を見つけたら、その方が目指せるようなキャリアパスを構築すること、その方が一緒に仕事をやってみて、ここ（本所）はいいところだなと感じてもらえること、我々もいい人材だな判断できること、などの仕組みを考えています。

★

具体的な取組をお聞かせいただきまして、どうもありがとうございます。

★

ありがとうございます。どうぞ。

★

どうもありがとうございました。
先ほどの話とも少し絡むかもしれませんけれども、外部資金の獲得が順調に増えているのは喜ばしいことだなと思ってお聞きしておりました。一方で、ちょっと言葉がいいか分
かりませんが、たくさん稼いでいらっしゃる先生のモチベーションが何なのかなというのが、ちょっと思い当たらなくて、結局お金を取れば取るほど仕事がどんどん増えていくわ
467

評価と分析

けですよね。ある一定のところまで、やりたいことがある間はいいと思うんですけれども、只々お金を取ってくることが目標になってしまうと、要は細かい企業からの仕事を集めてきたりして、仕事の数ばかり増えてとなってしまって、そこら辺をどうコントロールされているのかというのと、もう一方は、本当に外部資金だけに着目してしまうと、結局、はやりの研究だとか、今大きくなりつつある研究とかに集中してしまって、本来大学で、我々企業から見ると大学で持っていただきたい１０年後、２０年後に芽が出てくるかもしれな
い研究にお金が回らないんじゃないかという気がしていて、そこら辺をどういうバランス
でやられているのかというのを教えていただければと思いました。
☆

本所の運営としては、間接経費が入ってくることを考えますと、その先生としては研究費として潤沢かもしれないけれども、できるだけどんどん取ってきてほしいという思いがあります。そのため、インセンティブをどのように付与しようかという観点から、ちょうど今、本部に提案しているのは、給与を増やすべきとことです。上記のインセンティブが給与増として目に見えてくる点は重要です。例えば、月５万円でも年間で６０万円ですが、やはり月々５万円増額して入ると、多分奥様に褒められると思うんです、よくやったと。この観点は大事なんじゃないかなということで、丁度その提案を本部へしています。獲得した間接経費の額に応じて、給与をどんどん増やしましょうというようなことをすると、忙しいけ
れども研究プロジェクトを取るかという話になっていただけるかなと思います。そのようなインセンティブがないとただ働き（ただ忙しいだけ）の感じになってしまうので、モチベーションは上がらないかなと感じています。
一方で、ほかの先生方の給与を減らすわけじゃありません。ちゃんと基本給レベルはキープしています。その中でお金がかからないフェーズで、まずアイデアだけでというのであれば、それはどんどん考えていただいて、次のときに大きくドーンと提案していくという話で、またお金があればできるんだけどという話は、それは先ほども機動的研究のところでご説明したように、研究ネタがあったら、それやってみようかという話ですね。話ができる、チャネルは幾つかあるということで、そういう意味でも少しバランスを取りたいなと思っています。昔の大学では単に忙しくなって苦しくなってやめちゃうというだけだったのに対し、上記のように少しインセンティブを付与して、その努力に対して報いる。例えば退職間際の先生方は、ちょうどまだ脂が乗ってるのに、いやもう退職だからいいやとなってしまう場合もある。それを防ぎ、いやいや先生、先生という感じでうまく励ます契機にはなるかなと思っています。

★

ありがとうございます。よく分かりました。ぜひそういう、先生ご自身のインセンティブになるような設計ができると、とてもいいかなと思いました。

★

では、お願いします。

★

どうもありがとうございます。昨年から聞いていて、組織３部門制というのが今年から始まったということで、非常に順調なのかなと思いました。お伺いしたいのは、東北大学
では卓越国際が恐らく始まるのかなと思います。２５年をかけながらもかなり東北大学、
チャレンジングな研究組織の改革も上げていますが、通研さんではその辺も見越した組織の中長期ビジョンというのは検討は始めているんでしょうか。かなり今とは形が変わるのかなというふうに思っているのですが。

468

評価と分析

☆

まず、国際卓越がどんな枠組みで各部局に示されるかというのは、まだ公開されているレポートだけであり、そこから判断するしかないので、国際卓越の動きと関連付けた話し
ではありません。ただ国際卓越が通りますと、ある研究資金が獲得できます。ただ、これは借りているだけで、後で返さなきゃいけない資金です。また、ＰＩという人事制度を計画しており、これはかなり独立した職位で、助教以上から適用できるんです。PIは独立した環境で研究ができますとなりますので、先ほど説明した部門制と、それとは別にＰＩ制というのがあるので、本所の従前キャリアパスと独立していろいろできるということとなります。事務の負担も大幅に軽減する流れになって、研究により集中できる環境になると期待しています。
研究成果がある卓越したレベルだったら、従前の人事トラックと違う国際卓越の人事トラックの方に入れます。そうすると、給与がどんと上がってという話になります。
ですから、まずはいい研究ネタを仕込んで、その上で上記のような仕組みを進めていくということです。つまり、国際卓越の採択で大学には研究資金が来るけれども、それが通研に来るかどうかというのは学内各部局との取り合いになります。つまり、研究資金は各部局へ均等に割り振りされるわけではないので、研究テーマが募集されたときに、通研でそれに手を挙げられる人が何人出せるかという話になると思うんです。そう考えると、今のうちから研究ネタをより多く仕込んでおいておこうということになります。

★

そうですね。先ほども議論があった、そのインセンティブを含めてメリハリというのは、やっぱりこういう事業が始まると非常にやりやすいのかなと思います。我々も怖さがある一方で、期待はしているところですけれども、状況よく分かりました。ありがとうございます。
それと、もう１件、教育のところで今年度から何か情報教育の増員について、これはもしかしたら他の方に聞いたほうがいいのかもしれないのですが、多分これは文科省の事
業なのかなと思うんですけれども、たしか１０年間の基金制度でということで、その後の長期的な学生育成、その先を見たときにうまく回せるかなというのが正直悩みながら、我々も協力しながら設計しているのですけれども、東北大学さんのほうではそのあたり
いかがでしょうか。

☆

そうですね、大事なことは情報系という限定はあるものの、この時代、つまり少子化の時代に定員増を認めていただいているというのは結構大きな話です。やはりＤＸ化の効
果かなと思うんです。だからこの機会を逃してはいけないということは一番大事なことかなと思います。では、どうぞ。

☆

この場で私がお話しするのもどうかと思うのですが、私のほうで中心に申請をしました
のでお答えをします。まず、全体の枠組みですけれども、文科省で増やしていただいたのは高度情報人材を増やすというところで、もちろんその情報教育、今回の通研も含めた電気情報系で情報教育をしっかりやっていくということ、それから必ずしも情報でない
工学部のいろいろなところ、例えば化学とか、そういうところの人たちにも情報教育をしっかりやっていくという、その二段構えでやっています。
もともと全学教育の中で情報に関連したデータサイエンス、情報、ＡＩ関係の、受けても受けなくてもいいというプログラムがあって、あまり受けている人はいなかったのですが、それを全員受けてもらうみたいな形で下のほうはやって、上のほうはもう少し高度な専

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評価と分析

門教育を入れると。大学院、プログラムは大学院がメインですけれども、大学院の中では情報に関連した大学院プログラムというのがありまして、そこでやっている教育がありますので、そこと連携して続けていくということをうたっております。
実は国際卓越にお金が来なくなるというのがあって、そちらのほうは国際卓越のお金から出していただけないかというのを総長にお願いをしていますけれども、いずれにしてもそういうような形で、しっかり情報教育を進めて、その中で通研の先生方にも全面的に協力していただくということにしております。
★

どうもありがとうございます。非常に幅広い設計をされているというのは、さすがだなと思いました。ありがとうございました。

★

ほかにいかがでしょう。

★

すみません、人事のことで気になったことですが、女性のことではないんですけれども、教授の方が６０歳以上１０名で半分改選になるわけですが、そのときに各部門ごとで入替えというだけじゃなく、何か戦略的に方向を研究所は考えられているのかというのが１点と、あともう一つは、やっぱり人事が遅く、前から東北大全体でそうなんですが、助教の先生の平均が４０歳近くになっていることです。そのあたりの今後の戦略といいますか、ありましたら教えていただければ。

☆

ありがとうございます。
一番大事なことは、単なる穴埋め問題と、抜けたからそこの穴を埋めるというような人事だけだと、現在の社会的要請には勝てないなということです。例えば、ある先生の所掌していた分野が空いた場合、その分野の将来性はどうかということを、いわゆる教員人材調査委員会で調べる。今、我々は電気情報系との一体運営の下、９人委員会という人事制度にて教授選考を行っていますが、９人委員会へ諮る前に、当該教授が空くなとなったときに、どんな将来像があるだろうかというのを通研の中で上記（教員人材調査）委員
会を立てて、大体こういうふう実績のある先生方がいらっしゃるという形を議論しておき、その上でどういう人事を進めるかということを進めています。
加えて、人件費は右肩下がりに下がってますので、教授枠ポストに対して、今も公募で「教授または准教授」募集という形にしており、若い先生で伸び盛りの伸び代を見ながら、選考進めていくことを推奨しています。ですから、募集自体は教授１本釣りというよりは、
教授または准教授で応募していただきましょうという形もあり得ます。例えば、助教の方も手を挙げて准教授クラスで取ってもいいねとなれば、そこの分野を担当していただこ
うという形で進めているということです。人件費枠に見合った形でどのぐらいの人材を埋められるかということをに留意して進めている仕組みです。

★

気になった理由は、最近人事を若返らせようという動きがすごく加速していると思うんです。特に旧帝大のあたりは早くなっていて、下手すると３０代後半、４０代前半で教授が出ています。そうしたところの変換、すごく難しいと思うんですけれども、それについて
何かアクションを考えられているのかどうか。分野もそうだし、人員配置、年齢配置をどう変えていくかというところを。

470

評価と分析

☆

そうですね、今は、通研でいうと紳士協定という意識合わせがあり、教授研究室がなくなったらそこのスタッフは全てオールクリア（リセット）で考えてましょうという意識は、各教授の先生にお願いをしているところです。ですから、教授が抜けるということは、それに付随した先生方も原則的としてリセットをお願いをしています。直近で６０歳以上の教授は１０名なので大幅に入れ替わりが起こります。そのときに先ほどの人材募集と、選考委員会等の考え方を統一しておくこととで、教員の若返りを意識してやっていただくこととなります。その頃、私はもういないので、すみません。それをメッセージとして残しておくということかなと思います。

★

ありがとうございます。
休憩の予定の時間に入っていますけれども、手が挙がっていましたので、お二人にお話しいただいて、休憩に入りたいと思います。

★

今、運営交付金の研究費とかずっと減っていて、教授の教員数は必然的に減ってくるわけですね。ただ、大学というか、恐らく通研全体で見ても、外部資金が増えていますから、そこで雇用している人が増えているわけで、もちろん大学も同じですけれども、研究者自体は減ってないんですね。比率が変わっていて、いわゆる承継職員の比率が減っていって有期雇用の教員とか研究員の数が増えている。それをよしとするか、いやそれはまずいだろうと考えるかは、いろいろ議論があるところで、私の学内でも、それでいいと言われる方もおられますが、私はやはりあまり好ましくないと思います。最後雇い止めのときに揉めたりもして、あまり健全な形ではないだろうと思います。
でも、文科省の予算は非常に巧妙にできていて、最初の頃は本当に運営交付金が減っていたのですが、今は減っていないんですね。減っているのは基盤経費で、あとは概算要求で取り返してくれる。大学として見ると、実は運営交付金は減ってない、でも、人件費に使える基盤経費が減っていて、概算要求で取ってきたひもつきの経費が増える。だから、そこのひもつきの経費のところは、期をまたがると平常化される。例えば新しい研究科をつくる、最初は概算要求でいきますけれども、途中で潰すわけいかないので、期をまたぐとそこはやっていけるので、巧妙にスクラップ・アンド・ビルドをしないと回らないような形の予算の構造になっていますね。
私、９月で退任しましたけれども、各研究会に常勤職員は。何かを取り返そうと思ったら、スクラップ・アンド・ビルドをやらないと、そのうち回らなくなるからと盛んに申し上げてきました。通研では何というか、今からどう逆に増やしていくか、規則のようなものがあるのでしょうか。

☆

ありがとうございます。まさに「何か変わったらお金が取れる」（スクラップ・アンド・ビル
ド）という予算措置の仕組みになっています。だから、計画を立てなければいけない。概算要求もそんなにちゃんと取れるわけでもありませんし、また概算要求自体も年度ごとの予算が一定ではなく減らされたりする場合もあります。以前は、概算要求を１回取ったら、5～6年間は予算一定ということだったが、今は普通に減らされたりします。そのため、（人材雇用なども）結構な足かせであり安定して研究テーマに取り組むことが結構大変なんです。私はどちらかというと昔のほうの人間なので、ちゃんと安定して人材を雇用し、安心して研究できることこそが一番大事なことなんじゃないかなと感じる面はあるんですが、ただそうも言っていられない。競争的資金ですから、それを回していく中で、自分
471

評価と分析

たちのほうでしっかり人件費確保を工面しなければならない。例えば、うちはソフトウェアとシステムというのが他の部門と一体化して３部門制にしたんですけれども、ソフトの方はそんなに研究費がかからないんです。一方で、何かシステムをつくるときにはソフトなくてはできない。だから、上手に人事計画をやっていかなければいけない。その意味で、変わった様子（組織改編の提案）を上手に見せてやっていくというのは、引き続き考えていかなければいけない。
おかげさまで概算要求、今年始まったものはあります。これからも、どんどんと球を出していかなければいけない、というふうに思っております。
★

私から２点ほどお伺いさせていただきたいんですけれども、１点目は先ほど触れられたこととかぶるのですが、やはりちょっと助教の数が減っていて、人員構成でいうと平成２３
年の３０人から今年は１６人で半分近くになってしまっているということと、やはり高年齢化が進んでいることが気になるんですけれども、なかなかすぐに難しいのかもしれないのですが、やはり学生、これから大学に残ることを目指している学生からすると、博士を取ってもあと１０年ぐらいしないと助教になれないのかな、そこから自分で研究室を持てるようになるにはあと何年かかるんだろうというふうに思ってしまうと思うので、仮に助教を急に増やせないとして、博士取ってきちんとふさわしい職位、待遇、それから雇用、雇用期間何か別のポストを用意されているのか、まず一つお伺いしたい。

☆

助教の方が今減っているのは、外部に転出とかという話なんですけれども、その後、またちょっと上の職位で戻ってくる。つまり、助教のときに准教授として転出し、その後、教授にアプライしてくるとかというようなパターンもあります。ですから、その講座の先生が当事者とキャリアパスについて話をしていて、当事者が学外でいろいろなことを経験した上で、適切な時期に戻そうと手配したという事例もあるようですので、ポストが単純に抜けてそのままということではないかなと思っています。良い連携を、つまりその人事異動をした後も連携して、上記のように一緒にやりながらということも結構あるのかなと思っています。ただ、年齢層が少し上がってきているというのは確かに大事な視点でして、この辺はもう少し丁寧に見ていかなければいけないかなというので、ドクターを取ってすぐにという話は、それは引き続き検討はしているんですけれども、今後の課題として考えていきたいと思っています。

★

あとじゃあもう１点、先ほど教員のダイバーシティを上げるには、事務組織も含めてというご指摘があったんですけれども、ちょっとこれはうちでも結構悩ましい問題なのですが、外国人の比率を本気で上げようとすると、今恐らく教授会等を日本語でやられていて、大学の規定とかももろもろ日本語で書かれているかと思います。本気で上げようとすると、そういうのを英語化していかなければならないのかなと思うのですが、その点はどう考えられているでしょうか。

☆

ええ、そうなるんだろうなと思っています。今すぐに採用はといったら難しいですけれど
も、これから国際卓越になって多分英語化の要求が増えてくると、いやいやちょっと待てよという話になるので、英語化の話しは進んでくることになる。それを覚悟して今から準備しなければいけない。事務職員はＴＯＥＩＣ試験を皆さん受けていますので、英語化に慣れていただくということを今練習しているというところでございます。

472

評価と分析

直近でいうと、すぐに開こうとしたらまず翻訳つけてやっていくというのが、まず一番単純かもしれませんし、資料自体はもうかなり今英語と日本語併記でというのがいろいろ出ていますね。だから、いろいろな（グーグルフォームなど）書類を英語版の形につくり変えていますので、大学全体でそういう雰囲気にはなってきてるのかなと思います。
★

ありがとうございました。
ここで一旦休憩に入りたいと思います。ちょっと押していますので３時１０分に再開ということで、後半の意見交換のときはオンラインの方からまず入りたいと思いますので、ぜひ皆さん手を挙げていただければと思います。
それでは、休憩に入ります。よろしくお願いします。
（休 憩）

引き続き、佐藤副所長、北村副所長、羽生所長から、次のことについて説明があった。
（３）各種評価について（４）共同利用・共同研究拠点の活動について（５）課題と取組について
以上の説明の後、次のような質疑応答があった。
★

ありがとうございました。
それでは、また意見交換に移りたいと思います。
先ほど申し上げましたけれども、まずはオンラインの方からコメントとか質問とかあればいただきたいと思いますので、ある方は手を挙げていただければと思います。いかがでしょうか。お願いします。

★

チャットのほうにも書かせていただきましたが、２点ありまして、１つは先ほどの前半の課
題のところにも関連しますけれども、いわゆる国際卓越のそういった資金が入るということによって、これはやはり長期的なビジョンに基づくようなものであるとか、いろいろなものが大胆にできるというのが非常に有効だと思われます。もう少し具体的なところで、いろいろな数値的な目標がたくさんあって、それに振り回されたらよくないと思うのですが、やはり期待される部分ではどういった項目がこれまでのご努力に加えて、そういった長期ビジョンに基づくような資金が来ることによって期待されるのか、あるいはちょっと大変だなという点で、ここはかなり努力しないといけないなという項目について、お聞かせ
願いたいというのが前半に関わる質問です。

☆

ありがとうございます。
まずは大学ファンドがまだ取れていませんし、今ちょうどアドバイザリーボードからご指導・ご助言をいただきながら、どんな約束事になるかというのを今調整中でございます。
ただ、いわゆる研究力でいうと、倍増ぐらいになりますという宣言をしています。それが「そんなに要らないよ」ということはならないので、そういう約束になるということでございます。我々研究所としては、そういった様々な厳しい条件はあるものの、大学ファンド
はチャンスでもありますので、ぜひしっかりやっていきたいと思っております。部局では473

評価と分析

（例えば通研では）「じゃあ、こうしてね」という話はまだ何もいただいてないです。ただ、数値的には幾つか非常に大きな約束をしているということがあります。もう一つは、２５年後にそういう姿になっているという当初の話に対して、「いや２５年も待てないからもっと早く達成してよ」と言われているようなので、そんな話しは聞いてないなと思っています。今後どういうふうになるか分かりませんけれども、今（ボード側と）折衝中です。１月
以降に重要なミーティング、アドバイザリーボードのやり取りがあるようです。
応援団ばかりではなく、ネガティブな声もたくさんあるというふうに伺っておりますので、その中でどうなるかというのはまだまだ分からないということでございます。
★

なるほど。繰返しになりますけれども、やはり長期的なビジョンという大胆な施策とともに、既にもうご発言ありましたけれども、やはり大学としての着実なというのでしょうか、
そういったところもしっかりとサポートして、されるようなことがあるといいなと期待して
おります。

☆

当然ですが、外部資金だけ取ってくるというのは大学本来の使命ではありません。教育
と研究とをセットで考えること、加えて大学の（経済面での）自立ということになります。そういう意味で、外部資金だけで大学運営ができるというのは一つの形であり、海外の大学のようになるという形（それがいいかどうかの論点は別にして）でやっていきましょうということだと思います。

★

分かりました。もう１点、後半のほうの共共拠点に関わるところなのですが、これは実は昨年のこの会議でも質問し、お願いしたのですが、やはり通研というのはこの電子通信技術を代表とするような日本、世界に冠する研究所であるので、ぜひ関連した海外の類似のところというか、それも幾つか、どれがいいのか分かりませんけれども、中国の上海の応用物理研もありますし、それらのところといろいろな意味で比較していただけると、強みもより際立ちますし、且ついろいろな意味で今後の改善点を含めてというのが明瞭になると思うのですが、何か具体的に今想定されているなり、思いつかれる数字で比較
事例というのはあるのでしょうか。

☆

既に、海外の研究・教育拠点と連携しているところ（先ほど先生からご指摘いただいたところを含めて）があります。加えて、国際卓越といったら「本当に海外の先生方を呼べるのか」と（ボード側から）問われ（つまりそれは「一緒に研究をやれる体制になれるのか」という質問を頂き）この間、本所所属の先生から連携できる可能性のある著名な海外の研究者のリストを出して頂いたところ、たしか２０数件ぐらいのコネクションがありますよということでした。そういうところに先生方が積極的にアプローチしていただくと本所へ招へいできると思います。例えば、該当する海外著名研究者自身が結構な年齢だから、なかなか来てくれないんじゃないかと懸念する先生もいらっしゃいますが、その先生は「クロアポでも大丈夫です」とか、また、「（同じ研究チームの）若手研究者を呼んで頂いても大丈夫です」とかの対応が考えられます。そういう意味でも、ちゃんと国際卓越にて給与水準が国際的レベルで保証されていれば、じゃあ日本に行ってみようかなという話になります。その辺は、大学本部で、国際卓越のほうで対応できますという話でした。
ですから、そういう取組概要を、我々がデータとして持っていれば、向こう（招へい対象となる海外研究者）に具体的な内容が提示できます。その上で、どうしますかという交渉474

評価と分析

話ができ、先方がじゃあちょっと行ってみようかなとかいう話へ展開できます。ただ、今の標準的な日本の大学教員の制度だと、全然給与的に見合わないので、その壁は、国際卓越制度の施行で、もしかしたら取れるかもしれないと思っています。
★

ありがとうございます。

★

ありがとうございます。それでは、お願いします。

★

先ほどユニバーシティ・リサーチ・リードのお話いただいて、実際に動き出しているということですばらしいなと思いました。あとその教員のインセンティブに関しても前半でお話ありまして、取組としてはすばらしいと思っております。
一方で、昨年もちょっと議論が何件かあったと思うのですが、若手研究者の少し手前の研究者の卵といいますか、博士課程の進学学生に関しても半数が外国人、中国人を中心とした人たちということで、日本人学生をどう博士に進学させるかという一種の未来への投資という意味での試みというか、その辺の通研独自の取組といいますか、なかなか
これは通研だけの問題ではなくて社会全体の問題で、修士卒業して３年たったときの給与が、博士を卒業した給与よりもよくなるというような状況では、なかなか博士イコール
幸福という構図は描きにくい今の日本の世の中になっていると思うのですが、その辺に対して通研として何か試み、インセンティブとか、博士進学のモチベーションを上げる何か試みというのは、お考えはありますでしょうか。

☆

ありがとうございます。
まずは先生のご認識どおりでして、ドクターを取ってもそんなに給料が変わらないです。
マスター修了後に就職した３年目と同じくらいの給与で、ドクター修了者の給与がスタートなんだと言われてしまうと、特に強いモチベーションがないと学生から言われると、我々も痛いところです。それに対して外国人留学生は、例えばうちでドクターを取りポス
ドクとして雇用していた子が、台湾ＴＳＭＣへ転職すると、もう楽々３倍強もらえますという話になります。つまり、４００万円ぐらいだったのが、海外企業だと１，２００万円からスタートですと聞くと、それはそれで幸せでいいねというふうに終わっちゃうんですね。
ただ、我々は今、ドクター在籍時から親のすねをかじるのもちょっと大変だなという状況への対処を取り組んでいます。これは、ドクターコース学生に対する経済的支援として、
本学電気系では卓越大学院制度を走らせています。これは、給与として渡し切りの奨学金（これが本来の奨学金ですが）を受け取れることと、それ以外にも文科省からの支援をいただいていて、ドクターコース学生はほぼ全員お金がかからない（給与がもらえますよ）ということです。だから、お金が無いからドクターへ行けないという学生は多分いなくなっているという状況であり、これはいい傾向だと思います。
ただ、根本な「ドクター号を取ったってどんなインセンティブがあるんだ」という点は、日本全体で本当は考えていかなければいけないかもしれない。ただ、ドクター号を持っている研究者が海外へ行けるという話、研究者はドクター号を持っているべきなんだよという話から説明をし、だからドクター号の取得は大事なんだと諭す。私が学生時代に、ある企業にマスターのときに見学に行ったときに、そこで言われたのは「うち（企業）には２種類の人しかいない」とのこと。研究者か営業か、それでどっちをやりたいかと言われたんです。「やはり研究者ですかね、営業も嫌いじゃないけど」と回答すると、企業の方から475

評価と分析

は「研究者は全員ドクターを取ってもらいます」と当時は宣言されましたので、それでドクターコースへ行こうかなと思い直しましたね。だから、給与以外の価値を見いだしていければいいかなと思っています。もちろん、給与面もしっかり差異がある点が本質かなと思っております。以上です。
★

ありがとうございました。
あと今の関連で言うのですが、海外競争力というか、日本の競争力低下というのがよく言われているのですが、海外に進出していく、それこそＰｈ．Ｄ．から海外の大学に行くとか、あるいは海外のインターンを経験するとか、そういう学生がなかなか日本には少ない現状があって、そこら辺もう少し言うと、例えばカンファレンスの座長ぐらいを日本人がもうちょっとたくさん務めるぐらいのレベルにできたらいいなと僕は常日頃思っているのですが、そういう方向に向けた、もちろん現状研究者として、現状教員としている人たちが活躍して成果を残すということをもちろん支援することは重要なのですが、もっと若手の、博士課程の学生あるいはその前の学生たちのモチベーションを上げて、そういう国際競争力を高めるような何か仕組みというのは、何かお考えでしょうか。

☆

１つは、若手の海外派遣を研究所で支援しています。大学でも支援しております。先ほどの例えば卓越大学院というプログラムでは、まさに武者修行ということで海外企業等にて研修することが必須です。例えばインターンシップで３か月以上とか、半年以上行ってくださいとかという経験を、このプログラムとして組んでおります。
また、研究室独自の予算で支援する形もあります。今は、研究所でもサポートする制度を実施していますけれども、研究室独自でも、海外研究機関等へ送り込む取組をしています。私の研究室でも、結構な数の学生を送り込んでいます。海外留学のマインドがある学生を、教員と一緒に連れていって、そのまま海外研究機関へ置いていって、何か月か置いた後にまた拾ってくるという形です。また、海外研究機関での研究成果を、海外の研究者含めた関係者みんなで確認するという取組を、ドクターの学生には経験させています。そういう取組を進めると、学生の方もそういうマインドに少しずつなってくるかなと感じています。
国内で英会話スクールへ行っているよりも、海外に行ってポツンといた方が結構英語の語学力は向上するんですよ。生活に関係しますのでね。英語をしゃべれないと、ちゃんとおいしいものが食べれないとか。危険な地域では危ないので避けるべきですけれども、英語圏の安全な地域に送り込んで、研究と語学力強化を兼ねた教育ですね、あとそういったマインドを育てたいなというふうに進めているというところでございます。

★

ありがとうございました。

★

それでは、お願いします。

★

大阪大学は、今日いろいろお話を聞かせていただいて、東北大学と非常によく似ているシステム、タイプの大学だなと思っているのですが、外部資金等々とか、今日ちょっと話があった共創研究ですか、大阪大学も結構たくさん作ってきて、共同研究講座も東北大学にはあると思うんですけれども、その中で見てると、やはり人件費がどんどん減っているので教員が減っているというところです。今どこの研究室も助教クラスの人がもう激476

評価と分析

務になっていて、、学生の面倒を見るだけでも結構大変で、それを見て学生が大学に残りたくないということでドクターになかなか進学しないという悪循環になってきています。
優秀な人も修士で、下手したら最近は４年生でもう卒業してしまう人、就職してしまう人も結構いるぐらいで、その中で今阪大のほうでも取り組んでいるのですが、やはり共同研究所とか共同研究講座に有期の職員をどんどん増やして、学生もそちらで面倒を見てもらうということを結構やってきています。今年から共同研究所は正式に大学院の配属もするようなところも出てきて、有期の教員はいるのですが、正規の教員をやっぱり潤滑に回すためにも、せっかくの共同資金、潤沢に取ってきているので、そういうような教育のほうにも利用するような制度というのがあればいいのかなと、ちょっと今日聞いていて思いました。
大阪大学のほうもそういう制度を今つくり始めて、まだ上手に回っていると思えないのですけれども、学生も結構共同研究所で研究し始めているので、そのように分散して、少ない教員で十分自分の研究時間も取れるような工夫というのがあればいいのかなと思って聞いていたんですけれども、そのような何かシステムというのはお考えなんですか。
☆

ありがとうございます。阪大様とはいつもいろいろなスコアで、ああここ負けたとか、こ
こは何とかなったかなとかいう話で、非常に勉強させていただいているところでございます。
今お話しいただいたような、確かに有給でスタッフをちゃんと雇えるというのは、我々も考えていかなければいけないことだと思っております。共創研究所の企業から出していただくお金の中には、例えば知的貢献費というのを組んで良いという仕組みがあります
ので、先ほどのインセンティブとして、忙しい先生には、給与以外にプラスアルファさせることができます。そうすると、単に忙しいだけの世界から、アルバイト的な側面もあるかもしれません。だから、忙しい先生は忙しいなりにちゃんと手当がつけられるというようなことも踏まえることで、つまり教員のモチベーションを維持していく形で進めていこうと思っております。いろいろまたぜひご相談しながらというので、よろしくお願いいたします。

★

大阪大学の場合は共同研究講座も共同研究所もどちらかというと企業主体、一部はやはり形上、責任者がメンターの先生がいるのですけれども、企業主体で動いていて、企業の有期職員です。ものすごく教育熱心な人が結構たくさんいます。ですから、すごく学
生の面倒を見てくれて、そういう人がたくさんいるので、あくまでも有期職員ですけれども、それを利用しながらやっぱり正規職員の人の研究時間を取れるようなシステムができればいいかなと思っています。

☆

ありがとうございます。例えば、共創研究所については、会社からお金を出してもらいます。そのお金は、その共創研究所に「東北大のスタッフ」として着任される企業の方の給与が当てられる。だから、企業が出したお金から出すんですよ。

★

結局、講座とか研究所なので、一応形上は大学が給料として払っているのですけれども、出元はその企業なんです。

☆

そうですね。そこはうちも同じです。そういう意味では、会社の人間に会社が実質的に477

評価と分析

給与を払い、会社の事業にうまく展開していくという形で、会社としてしっかり儲けることを続けていること。プラスアルファで教育もしてもらえるので、大学としても非常にありがたいという形は、我々もその仕組みは踏襲しているというところですね。
★

ありがとうございます。私もＮＥＣの時に大阪大学の共同研究所に関わったのですが、大分学ぶところあると思いますので、一度具体的にお話しされたらいいかなというふうに思います。

★

ありがとうございます。ちょうど大学全体でいうと、共創研究所が丁度２０件、直近が確かＮＥＣ様でしたので、締結できましたということで今進んでいるところです。

★

それでは、オンラインの方もあれば、また手を挙げていただければと思います。これからはどなたでも結構ですので、ご意見とかご質問があれば。
では、お願いします。

★

文理融合という言葉が幾つかございました。私の技研でも技術だけではなくて、やっぱりコンテンツをつくる、もしくはコンテンツを評価する、それから視聴者の反応を見るといったところでは、ＮＨＫにも放送文化研究所というのがありまして、文化と技術で融合した研究、文理融合をやるべきだということで、ここ数年取組んでいます。ただし、やり始
めると結構難しいことがたくさん見えてきて、やはり文化が大きく違っていて、特に技術研究所は一つのテーマを複数人でやるんですけれども、人文系の方たちは独立した一人一人の研究だったりして、なかなか形に見える何か文理融合のうまいテーマというのが見つかりにくいところがあります。今回知のフォーラムでメタバースみたいな、結局ど
ちらかの研究にちょっと参加してもらう、技術が参加すると何かデータサイエンスのとこ
ろだけ期待されていたり、何か真の融合したテーマというのを見つけるのがすごく難しいなと感じているんですけれども、東北大学さんで何かうまいテーマが見つかったり、同じような悩みがあったりすれば教えてください。

☆

では、私から。８１ページに載せていただいています。サイバー＆リアルＩＣＴ学際融合研
究センターを立ち上げて、ここで学際融合研究しているということになっています。ちょっとその例をご紹介しますと、ここでは非言語情報通信で開く豊かなコミュニケーションということで、未来のコミュニケーションのためには非言語情報をノンバーバル情報をうまく伝えるという仕組みを何か整える必要があるということで、ノンバーバルな非言語情報のまずサイエンスをして、それがどんなものかというのを理解する、それは後にうまく伝送するという、認識、それから生成、認識ＡＩと生成ＡＩということになるのでしょうが、そういうものをつくっていこうというのが、ちょっと長めの目標にしています。
そこでは、非言語情報の科学、それをサイエンスするのは心理学とか社会心理学とか、そういったところの方々と今来ていただいて一緒に仕事をしています。実際には、この写真のようにモーションデータ、モーションキャプチャーで取ったデータを解析しながら、心理学的な知見とそれからデータサイエンス的な知見とを組み合わせながら、いろいろ試
行錯誤していると、ＡＩ、データを解析するＡＩをつくっていこうということをやっているので、どちらかというと心理学の方々ももともとは一人でやられる方が多いのですけれども、ここに来ていただくとそういう工学的なグループとして仕事をしていただくという体478

評価と分析

制の中でやっています。一応電気通信研究所ということで、うまくやっているかなと思います。成果が本当に出るのはもうちょっと先かもしれませんけが、そういうスタイルでやっています。
☆

ＡＩというふうに考えると、いろいろなところと融合しやすくなる。ツールとしてＡＩを使うとか、分析ツールとして使うとか，など。例えば我々でいうと、人間性豊かなコミュニケーシ
ョンにおいて「豊かさ」をどうやって表すかという課題の解決には、文系的な感性をしっ
かり融合していくという「本質」がそこにあって、そのためのツールはいろいろ準備できま
すよという形があるのかなと思っています。まさにその本質をちゃんと触りながらということになるのかなと思っています。

★

社会課題について文理で話をするという観点でいうと、フランスとかを見ると、やっぱり日本は全然遅れているという感じがしていて、正に言われたとおりで、そこで一緒にやりましょうという話になっているのですけれども、もうちょっと本質的な問題を議論する場というのがあまり日本は持てていないと思います。だから、それは通研で解けるかという問題はあるのですけれども、ちょっと考えなきゃいけないということかと思います。
私が過去にやった感じで言うと、一人でやるかどうかというのもあるのですが、、時間軸も違うと思います。それを合わせるには、多分何年かずっとやっていって、言葉が共通言語になる努力をしないと中々いかないなと思っていて、やはり文理融合っていろいろなところで言われているのですけれども、本当に腰を据えてやっているというのはまだまだ少ないんじゃないかなと思っていて、だからその先端事例がここから出てくるとすごくい
いかなと思いながら聞いていました。

★

今の文理融合にもつながるかもしれませんけれども、共創研究所のところ大変興味深い取組だなと思いながら聞かせていただきました。弊社も今東北大学ではなくて申し訳ないのですけれども、会社としては組織連携型、いわゆる１件の何かテーマを決めての共研というのを割と組織同士で連携をして、いろいろな取組をやっていきましょうということを始めています。そのときに企業側から見た大きなメリットは、私どものようににメーカー企業であると自然科学系の先生とは割とつながりやすいのですけれども、やはり人文科学であったり社会科学の先生となかなかつながらないんですね。そこは、こういう組織連携型の共同研究というのはすごいメリットがあるなと思っています。
何か新事業を起こそうと思ったときに、それは経済学的に見たらどうなんだとか、あるいは法的にこれはやっていいのかとかというのが全然分からないんですね。そういうところを相談できるだけでも、物すごくメリットがあるかなと思いながら聞いていました。
一方で、こういう共同研究的なことをやっていくと、企業側が感じる大きなリスクの一つに、大学の側の先生方、先生によっても大分違うのでしょうけれども、いわゆるサイバー
セキュリティーに関する意識が大分企業と違うんですね。今、弊社もそうですし、多分Ｎ
ＥＣさんも東芝さんもそうだと思いますけれども、サイバー攻撃に対する意識で物すごく企業はぴりぴりしている状況です。それがいろいろなところで、今のご時世ですから共同研究を進めていこうと思うとネットワークもつなぎたいですし、教授のサーバーも置きたいです、となってくると、全然違ってなかなかうまくいかないというケースも出てくるかと思いますので、ぜひその辺は意識されながら進めていかれるといいかなと思いました。

479

評価と分析

☆

ありがとうございます。
まず、セキュリティに関して、我々も年２回ぐらいのトレーニング（フィッシングメール対策のトレーニング）とかを実施していますが、まだ強化していかなければいけないかなと思っております。
加えて、共創研究所というのは、共同研究とは少し違っており、共同研究を始めるための枠組みです。共創研究所に入っていただくと、具体的なテーマというのは実は幅広で良くて、その活動を通じて「どうもこれは研究ネタになりそうだな」と思ったら、別建てで「その共同研究を、何年やりましょう」という話に展開してくださいということなので、つまり研究ネタ探しの場なんです。そういう意味では、幅広くアプローチしつつ、当然ながら秘密保持も含めたセキュアな情報管理していくということをセットで提供していくことかなと考えておりますので、セキュアな仕組みの構築については引き続き努力をしていきたいと思っております。

★

ありがとうございます。

★

人材育成のことをちょっとお話ししたいんですが、先ほど半導体を東北でもというお話ありましたが、九州地区も含め、半導体人材が不足しているというところで、一般的には
ものづくりということで実際にデバイスを作れる人や、あとはその周辺の機器、プロセス
開発、ですけれども、この間ソニーの方が言っていたのは、実は半導体を使う人材育成
も実は半導体育成だというところで、先ほど教育の中に文理融合を入れるというのが多分そのあたりのお話しだと思うんですけれども、それに関することがもし何かありました
らお話しいただければ。

☆

我々のところではナノスピンでやっていますけれども、社会人向けに半導体の基礎講座というのをやっています。これは地元企業の方に対しても、半導体というものがどういうものかとか、どうやってつくるのかということを教えるようなものをやっておりまして、それは本学で進めているエックスニクスというのですけれども、そこでの半導体人材の育成の中のプログラムとしてこれから組み込まれようとしております。
それで、つくる面ではいろいろ貢献をしているのですが、今ご指摘いただいたような使う立場の考え方というのは、まだあまりありません。そういうことを前の所長からは、そういったことも含めてやりなさいということで課題として上がっていたのですが、まだ実現はできていないので、ぜひ考えていきたいと思います。ありがとうございます。

★

１つちょっとお伺いしたいのですけれども、クロスアポイントメントを何名かされて、外国の先生もされているということですけれども、我々の研究所の事例だと、クロアポというのは非常にいい制度なのですけれども、一方で教員に比較的オーバーロードがかかると。やはりコンプライアンス上、業務は向こうとこっちとで分かれて、それぞれに対してかなりのエフォートを割かなければいけない。そういう形で本当にパワーがある先生でも、大変だ、というふうに言っているのですけれども、先生のところで若い先生もされていた
りしますが、その辺の課題というのはまだ顕在化はしてないでしょうか。
逆にうまく回せるような業務分けとか、先ほど教員のいろいろな業務負担の軽減というのもありましたけれども、そことの兼ね合いとか、何かお知恵があればと教えてください。

480評価と分析

☆

実際、今先生ご指摘のように、クロアポは「エフォートが５０：５０」と言っておきながら、実際には仕事が倍ぐらいになっている状況であり、エフォート５０かもしれないけれども、仕事量は倍ですよというのは、確かに大きな問題かなと思っています。具体的に言うと、うちだとＵＲＡは今本部でもう引っ張りだこなので、通研で雇用しているんですけれども、
今「５０：５０」で本部と契約しています。本部としては「もう１か所ぐらい（RMCを想定）にエフォートを割いて頂く必要がある」との希望があり、「エフォートを３つに分けてほしい」と要請しています。しかし、これを進めると、今の３倍ぐらい仕事量がＵＲＡに降りかかってしまうこととなり、大変申し訳ないという状況と思っています。その辺は、何かＡＩタイマ
ーみたいなもので「仕事のし過ぎだよ」とアラームが自動的に出るなど、何か実質的な対策を打つ必要があると考えていいます。
上記の仕組みはまだできていないので、今後はインタビューし、状況を把握した上で、その人に応じた対策を打っていく。こちらでちゃんとウォッチしていないと、本人からなかなか言いにくいかもしれませんし。教員に関しては、今のところは、クロアポで１０％ぐらいのエフォートであり、これであれば月１回ぐらいの負担なので、それほど大きな問題となっていません。エフォートが５０とかなってくると、急に仕事が倍増してくるのかなというふうに思っております。

★

我々も結局いつもそこについて、結局はやはりパフォーマンスある人材を育成して、そこに行くとお金の問題にいつも行き着いてしまうのですけれども、やはりそういう方というのは非常に仕事ができる方が多いので、そういうところにサポートに入る人をつけて育成するような、要は人材の増強ということになるのですが、我々もそういうことをちょっと考えなくちゃいけないねという議論を今始めているところです。ありがとうございました。

☆

加えて、本当にその方が良いのであれば、お金（給与）を出すことでしょうね。そうすると、
その方もまあこれぐらいもらっていればしようがないかと思える、まあまあいいのかなと感じてもらえる、かと思えるので、そこら辺が落としどころかなと思っています。

★

すみません、文理融合の研究のほうに戻したいのですけれども、サイバー＆リアルＩＣＴ
学際融合研究センターというのは、これはどれぐらいの規模で、また今教員の方の数が減っている中で、これはどのような計画で進めていこうと思っていらっしゃるのかというのを教えていただけますか。

☆

今年度から概算要求を認めていただいて立ち上がった研究センターです。今のところ、学内の現任の先生を含めて２４人ぐらいの体制で進めています。今のところ、順次公募を出して雇用も特任助教や特任准教授の方に来ていただいていますけれども、今のとこ
ろ４、５人ぐらいというところです。それがこういうグループに分かれて、研究していただ
いています。

☆

予算でいうと、教授２名枠ですよね。

☆

はい。

481

評価と分析

☆

それだけついています。人件費として。

★

なるほど。非常にこの多彩な人を集めるのはものすごく難しいと感じているのですけれども、そのあたりはどのように工夫されているのですか。

☆

そうですね、公募の文書もあまり特定しないような文章にして、こういう何か夢っぽいことを実現しようよ的な感じにしたつもりなんですけれども、ちょっとそこはうまくできているかどうかは分かりません。具体的なこのテーマをとかという話はせずに公募していました。

★

分かりました。あともう一つ、給与体系で非常にお給料の高い国際卓越について、それは若い方にも適用できるのでしょうか。

☆

はい、そのとおりです。

★

そうすると、先ほどの助教の方のお給料が低くなりがちとか、博士を取ってからのお給料がそんなに高くないから博士に対する夢がないみたいな話もあったのですけれども、そういう方に対して高給を出すことが可能ですか。

☆

はい、パフォーマンスが示せれば、その方にはポスドクでも高給を出す。「海外の優秀なポスドクを呼ぼうと思ったら１，５００万円は必要だよね」という話は本部で理解しているので、新しい人事トラックをつくりますという話をしていました。それはもう現状の教授給与を超えてますよね。

★

本当に今人材流出がもう日本中で大きな問題になっていると思う。そういう、特にＡＩ関係は本当にすごく、もう外に出たらすぐ３倍になるという先ほどの話もあると思うんです
けれども、やはりそこを何とかやるためにいろいろな組織がこういう今後のそういう仕組
みをつくっていると思うのですけれども、ぜひ若い方にどんどん、日本の若い方に適用していただければというふうに思っています。

★

若手教員のインセンティブというか支援についての質問なのですが、先ほどのネットワ
ークの形成のお話しのところで、本学附置研若手アンサンブルプロジェクトとあるのです
が、その具体的なお話で、私のイメージとしては共同研究未満で、学会で仲間と研究するもの以上のもので、何か具体的な形をつくるものを学内で、東北大学内でやるものだと理解したのですが、もう少し詳しく教えていただけますでしょうか。

☆

研究チームづくりという視点について、若手ですと研究室関係だけでしか研究チームをつくれないという状況のときに、ほかの仕組みで附置研以外の部局の方も入った形で提案してくださいというのがあります。人的ネットワークを広げ、そこで連携して研究をやるという形の支援。これがきっかけになって、じゃあもうちょっと大きなお金を取りにいこうかという話になるという仕組みです。
学内限定にて現在実施しておりますが、例えば途中で教員が異動になっちゃったら、その異動が急な話しでやむを得ない状況であれば、学外でも続けて良いとしています。人482

評価と分析

的ネットワーク（人の輪）が無いとなかなか研究は広がらないので、そういう癖をつけていただく目的で進めています。
または面白いのは、若手の提案をどうやって評価するかというところです。若手からの提案は今後どう広がるか分かりませんので優劣が付けにくいため、選考は「くじ引き」で決めています。つまり、採択件数を何件と決めて、あとはくじ引きをするということです。く
じ運が強い人は、引き（研究の成功への導き）も強いんじゃないかという思いも含めた取組です。提案内容は、フォーマット（書式）が合っていればOKで、あとはくじ引きで選考する。外れた提案が連続して外れているとかいうクレームが出たりしますけれども、とにかく人的ネットワークづくりを推奨しています。
★

なかなか新しい取組で、斬新なそういう手法を取られるというのは本当にいいかなと思います。やはり学内からどんどん広げてということで、出た若手研究者の方というのもいらっしゃると思うのですけれども、逆にそのうち盛り上がってきたら近くのスタートアップ
だとか、例えば工学部の若手の学生を巻き込んで、手足というと言い方悪いかもしれな
いですが、使うとか、場合によっては高専とかでもかなり、特に情報工学系だとあまりそ
こら辺のスキルとかデバイス分野とは違って、やはり結構フラットな世界もあると思いますので、そういう人にいろいろ新しい共創領域を手伝ってもらうというのでしょうか、その人たちが入ってくればいいですけれども、入らなくても今リーダーシップを持っている
若手教員の方が非常に大きな人的パフォーマンスを、コストだけじゃなくて得られれば、通研の名前を使ってそれができるということであれば、非常に面白いことができるんじゃないかと思います。
最近、特に高専との接続ということで、いろいろ議論されていますけれども、特に情報工学系だと非常に高専の重要性が増してきているので、それをどううまく使って、できれば大学院できちんと英語を勉強させて、そちらにつなげていくとか、そういうやり方も将来的には育成というか、東北大学の通研を愛してもらうという人を育てていくということも大事なんじゃないかなと思いました。外部獲得も重要だとは思うのですけれども、ちょっとそういうふうに感じたので、ちょっとコメントさせていただいた次第です。

☆

ありがとうございます。
今、スタートアップを大学本部で支援する仕組みがあって、かなり多く提案があり、伸びておりますという説明がありました。そういう仕組みへの応募に、我々も背中を押してあげ、こういう成功例がありますよと示していく。在学生からの提案があって、それが採用されて会社（ベンチャー）をつくっているという話も今大学で随分出てきております。そういうマインドのある学生の背中を押してあげるという仕組みに今なってきてます。

★

少し関連することで、後半で部門構成の議論という話があって、一番最初に研究力と社
会課題解決の両立というお話があって、ちょっと皆さんに問題提起なんですけれども、昔からこういうことが言われていて、例えば法隆寺を造りますというときに、こっち側に宮大工とか左官の人とかいますと。これが研究力ですよね、それぞれのチームの研究力で、法隆寺を建てるというのはある意味プロジェクトで、今の議論もみんなそういうふうになっていると思うのですけれども、ですから通研の中で本当に強い、育成する技術は何というのが研究力で、今までは先ほど垂直統合で解きますとおっしゃったのですけれども、法隆寺を造ったり、社会課題を解決するのは、もう今や１機関ではできませんと。人文社
483

評価と分析

会の融合も必要ですと。ですから、そっちはいろいろな仕組み、プロジェクト創生の仕組
みがこっちにあって、縦横の議論が多分必要なんじゃないかというふうに思っています。
そう思ったときに、先ほどの部門構成とか何かという議論は、通研の中の議論で、自分で全部解いちゃおうと言っているように見えかねないということですから、研究をやるものは何で、外とつなげるのは何で、その両方ができているから具体的にはこういう課題が解けてますというようなイメージができると、それが部門構成の原点じゃないかなと思いながら、ずっと聞いていました。皆さんにもそういう観点で、何かこれからの大学の在り方とか、そういうことを考えるときに、何かそんな議論をしてみたらいいかなと思ったので、意見として言わせていただいて、皆さんから何かあれば出していただければと思います。
☆

私から１点だけ。そういう意味では、先ほど委員長からもご指摘あったように、こういう技術がこういうふうに役立つんじゃないかという技術の橋渡しができる方、ＵＲＡのような形で目利きが利く方がいらっしゃると（つまり、お見合いの仲人みたいな形の方がいらっしゃると）、通研だけで閉じずに、これとあとこの辺とを連携するといいんじゃないかという話が、どんどん進むのかなと思います。
また、ＰＩという形で度国際卓越では構想を示しているので、ＰＩがどんな研究チームをつくるかという課題に対して、この辺と組んでこうやるのはどうかというアドバイスになるので、提案の企画力と推進の加速化につながるのかなと思っています。そんなことを我々としてもサポートしていきたいなと思っています。

★

データに基づくと、データって過去じゃないですか。だけど、ビジョンは未来ですよね。そうすると、じゃ未来を考えるのがどこかといったときに、ＵＲＡではないんじゃないかなと思うんですけれども、そこをどこが担うのかとか、どうやってつくり上げるのかということなのかなと。すごい難しい問題なんですけれども。いかがでしょうか。

☆

通研では将来計画委員会があり、また電気系と連携した将来構想委員会があり、それらの委員会にて、電気情報系は今後どんな方向に進むといいんだろうかという話合いをしています。そんなに頻繁には開催できませんが、それらの機会を通じて、危機感を共有しています。特に、通研関連の話としては、将来はこんなに人が替わってしまうため、その点はまさにビジョン（論点）です。こんな世界感が大事なんじゃないか、どんなプロモーションをしたらいいだろうか、などの論点をしっかりフラットに考えている。
また、若手教員を中心としたワーキンググループをつくってもらって、通研で今いろいろ足かせになっているような仕組みを見直してもらっています。ここを少し打破すると、こういう流動性ができるんだというところは、今若手じゃない、退職間際の先生だと我田引水になる懸念もあり困ります。自分たちの将来像として、こういう仕組みがあったらいいんじゃないかという点など考えてもらい、将来ビジョンを見据えた形で考えてもらっています。
研究活動も忙しいしということで、なかなかそんな時間は取りにくいんですけれども、その種の意見交換は対面でやっているんですね。普通の教授会は完璧なリモートになっていますけれども、上記のような将来ビジョンに関する意見交換は顔を突き合わせながら、相手がどんな感想を持っているのかを確認できるように、なるべく対面で実施しています。

484

評価と分析

★

多分今の話は、だから電気系の人たちで将来考えてます、と言ってる気がしていて、そういう時代ではないのかと思っています。２０年後、３０年後の社会という議論をするときに、それこそまさに文理融合だし、だから委員会で将来社会を描いてます、と言われてしまうと、ちょっと何だかなと思います。しかも、電気系の人たちが集まって将来社会の議論をしています。それはちょっと発想を変えて、やり方を変えないと、自分たちの将来、身の振り方とか何かの将来はいいのですけれども、やっぱり社会がどうなるから自分たち
今後こういうことをやらないといけないというのは、やっぱりそこにダイバーシティが絶対必要で、そのためにはどういうメンバーで議論するかというのは、そこはもう一工夫必要だと思いました。

★

今、先生がおっしゃられたとおりだと思いますし、やはりその意味で先ほどから出ている
ＩＣＴセンターでしたでしょうか、それは非常に重要な組織になると思いますし、多様な方、社会のことを一緒に議論できる人を呼んだほうがいいと思うのと、でもそこで女性を呼ぶと、我々いつも忙しくなってしまい、もう本当に何か３倍４倍のエフォートになってしまうのですが、事務局の女性の方も含めて多様な、あと海外の方を含めて、そして様々な分野の方でやっていただいたほうがいいだろうと思うので、ＩＣＴセンターなどを中心にやったらいいのではないかと思います。

★

大分議論が盛り上がってきたところで時間になってしまいましたので、現地で参加されている方はこの後もまたいろいろ意見交換ができるので、その際にお話しいただければと思います。オンラインの方で何かこれだけ言っておきたいという方がいらっしゃれば、手を挙げていただければと思いますけれども。大丈夫でしょうか。
それでは、これで意見交換を終わりたいと思います。
それでは事務局にお戻しします。

☆

江村委員長、大変ありがとうございました。また、委員の皆様方から大変貴重なご意見を頂戴いたしました。誠にありがとうございます。
閉会に当たりまして、羽生所長より御礼のご挨拶を申し上げます。

☆

本当に熱心にこういった議論ができるというのも、対面でないとなかなか難しい。オンラ
インだと横に仕事が積まれているので、気持ちがそっちに行っちゃうと大体１回答えたら
まあいいかなという感じになってしまう。対面での出席では、なかなか内職しにくい状況ですので、その分本当に熱心にご議論いただけたと感じています。ありがとうございます。
毎年この協議会を通じて、本所の運営方針等を見直している機会でございますので、今日いただいたコメントをしっかり受け止めて、来年に向けて少しずつ改善を進めたいと思います。また、引き続きどうぞよろしくお願いいたします。
ありがとうございました。

☆

以上をもちまして、運営協議会を閉じさせていただきます。本日、誠にありがとうござい
ました。

485

資 料 編人

事

第１ 人 事
１．教員
（人）

区分

令和元年度

令和 2 年度

令和 3 年度

令和 4 年度

令和 5 年度

教授

23(0)【1】23(0)【1】22(0)【1】21(1)【1】21(1)【1】准教授

21(2)【1】23(2)【1】19(2)【2】21(2)【2】19(2)【1】講師0(0)【0】0(0)【0】0(0)【0】0(0)【0】0(0)【0】

助教

21(3)【3】20(3)【4】19(3)【4】16(2)【3】13(2)【2】特任教授

2(0)【0】2(0)【0】2(0)【0】2(0)【0】3(0)【0】

特任准教授

0(0)【0】0(0)【0】0(0)【0】1(1)【0】1(1)【0】

特任助教

3(3)【0】1(1)【0】4(4)【1】3(1)【1】6(1)【2】※（ ）は外国人、【 】は女性で内数２．客員外国人教員
（人）

区分

令和元年度

令和 2 年度

令和 3 年度

令和 4 年度

令和 5 年度

客員教授

8【0】

0【0】

0【0】

2【0】

1【0】

客員准教授

2【1】

0【0】

0【0】

1【0】

6【0】

計

10【1】

0【0】

0【0】

3【0】

7【0】
※【 】は女性で内数３．客員教員
（人）

区分

令和元年度

令和 2 年度

令和 3 年度

令和 4 年度

令和 5 年度

客員教授

13(8)【0】6(1)【0】7(0)【0】11(2)【0】8（1）【1】

客員准教授

3(3)【1】2(0)【0】4(0)【0】4(1)【0】9（6）【0】計

16(11)【1】8(1)【0】11(0)【0】15(3)【0】17（7）【1】※上記 2 の客員外国人教員を含む（ ）は外国人、【 】は女性で内数

489

人

事

４．特任研究員・学術研究員
（人）

区分

令和元年度

令和 2 年度

令和 3 年度

令和 4 年度

令和 5 年度

特任研究員

－

－

0(0)【0】5(1)【1】4(3)【1】

学術研究員

11(5)【0】8(3)【1】5(1)【0】4(0)【1】5（0）【2】

計

11(5)【0】8(3)【1】5(1)【0】9(1)【2】9(3)【3】※雇用契約による研究員、（ ）は外国人、【 】は女性で内数※令和３年度より特任研究員制度が新設された。

５．各種研究員
（人）

区分

令和元年度

令和 2 年度

令和 3 年度

令和 4 年度

令和 5 年度

客員研究員

0 (0)【0】0 (0)【0】0 (0)【0】0 (0)【0】0 (0)【0】受託研究員

4 (2)【0】3 (0)【0】1 (0)【0】1 (0)【0】2 (0)【0】受託研修員

1 (0)【0】1 (0)【0】1 (0)【0】1 (0)【0】1 (0)【0】

民間等との
共同研究員

10 (0)【0】10 (0)【0】10 (0)【0】9 (0)【0】15 (0)【0】

日本学術振興会
特別研究員

10 (3)【0】10 (2)【1】8 (3)【2】6 (1)【2】8 (1)【1】PD

0 (0)【0】0 (0)【0】1 (1)【0】0 (0)【0】0 (0)【0】DC

10 (3)【0】10 (2)【1】7 (2)【2】6 (1)【2】8 (1)【1】日本学術振興会
外国人特別研究員

1 (1)【0】2 (2)【0】2 (2)【0】3 (3)【0】2 (2)【0】日本学術振興会
外国人招へい研究者

0 (0)【0】0 (0)【0】0 (0)【0】1 (1)【1】1 (1)【0】計

26 (6)【0】26 (4)【0】22 (5)【2】

21 (5)【3】29 (4)【1】内訳※（ ）は外国人、【 】は女性で内数

490

人

事

６．客員外国人教員（外国人研究員） ※令和 5 年度実績
氏 名

任用期間

研究内容

LEONARDON,
Mathieu

R5.5.18～
R5.6.17

アルゴリズム・アーキテクチャ協調設計によるディープラーニングのデータ圧
縮に関する研究

WICHER, Andrzej
Jerzy

R5.5.22～R5.6.21

両耳聴による音空間知覚メカニズムに関する研究

WATSON, Benjamin
Allen

R5.6.12～R5.7.14

非言語情報コミュニケーションのための新しいシステムの開発と評価

NACENTASANCHEZ, MiguelAngel

R5.6.19～
R5.7.20

非言語コミュニケーションのための知覚的入出力デバイス

SPASOJEVIC,
Predrag

R5.7.20～
R5.8.31

Massive Connect IoT 志向のゼロオーバヘッド同期無線全二重通信

MANETH, SebastianR5.8.18～
R5.9.16双方向変換言語のための計算モデルとプログラミング言語への応用

KIM, Sungyoung

R6.1.9～R6.2.9

音情報聴取反応における文化差，および，聴覚の選択的注意に関する研究

７．学術研究員 ※令和 5 年度実績
氏 名

任用期間

小原 紀子

R５.4.1～R6.3.31

研究内容
戦略的創造研究推進事業（CREST）「スピンエッジコンピューティング向け材料デバイス技術」
・NEDO 高効率・高速処理を可能とする AI チップ・次世代コンピューティ
ングの技術開発「CMOS/スピントロニクス融合技術による AI 処理半導体の設計効率化と実証、及び、その応用技術に関する研究開発」
・革新的パワーエレクトロニクス創出基盤技術研究開発事業「脱炭素社会実現に向けた集積化パワーエレクトロニクスの研究開発」
・次世代 X-nics 半導体創生拠点形成事業「スピントロニクス融合半導体創出拠点」
・戦略的創造研究推進事業（CREST）「スピンエッジコンピューティング向け革新的アーキテクチャ」
・寄付金 No.73「不揮発性デバイスの応用に関する研究」
NICT 委託研究事業「Beyond 5G 宇宙ネットワーク向け未利用周波数帯活用型の無線通信技術の研究開発」
科学研究費助成事業 基盤研究（A）「グラフェンディラックプラズモンの時空間対称性操作とそのテラヘルツレー
ザへの応用」

玉越 晃

R5.4.1～R6.3.31

米田 友洋

R5.4.1～R6.3.31

西野 有

R5.4.1～R6.3.31RYZHII VICTOR

R5.4.1～
R5.9.30

大西 悠貴

R5.6.1～R6.3.31「ウェルビーイングを目指した非言語情報による人間性豊かなコミュニケー
ションの実現」LIEN ALIC

R5.12.15～
R6.2.14「ウェルビーイングを目指した非言語情報による人間性豊かなコミュニケー
ションの実現」

491

人

事

８．学振特別研究員
氏 名

任用期間

研究内容

YOON JU YOUNG

R3.4.1～R6.3.31

反強磁性ワイルセミメタル薄膜のスピン物性と機能性に関する研究

住 拓磨

R3.10.1～
R5.9.30

神経回路網における損傷修復性の in vitro 解析とそのモデル化

服部 祥英

R4.4.1～
R7.3.31

筋筋膜経線の視座から切り拓く四脚ロボットの超効率的全身自由度協調運動の実現

井上 理哲人R4.4.1～
R7.3.31

複数台ドローンを用いた屋外移動体の多次元情報計測システムの開発

佐藤 まどかR4.4.1～R6.3.31

膜内電界制御と機械学習の融合に基づく人工細胞膜機能評価システムの
創出

田村 紘一

R5.4.1～R8.3.31

クーロンドラッグ効果型新原理グラフェン THz マルチモード機能デバイス
の創出

内村 友宏

R5.4.1～R8.3.31

ノンコリニア反強磁性体における微細磁気構造ダイナミクスの解明

佐藤 有弥

R5.4.1～
R7.3.31

多点電極アレイ上の人工神経細胞回路を基盤とする動的予測符号化モデ
ルの実細胞実装

９．教員以外の研究員（ポスドク）の転出先
（人）

転出先

令和元年度

令和 2 年度

令和 3 年度

令和 4 年度

令和 5 年度

企業

1

0

1

1

1

通研・教員

4

0

3

0

1

他部局・教員

0

1

0

0

0

他部局・産学官連携研究員、
COE フェロー

0

1

1

0

0

他大学・高専教員

0

0

0

0

1

他大学ポスドク

1

0

0

0

0

国外大学・企業

0

2

3

0

1

帰国

0

0

0

0

1

その他

1

1

1

2

1

転出者計

7

5

9

3

6

在職者数

4

9

3

7

8

（令和元年度～：他部局・学術研究員）※在職者：特任研究員・学術研究員及び日本学術振興会特別研究員（PD）492

１０．支援職員
（人）

転出先

専
任
職
員

非
常
勤
職
員

令和元年度

令和 2 年度

令和 3 年度

令和 4 年度

令和 5 年度

技術職員

15【5】

14【5】

15【6】

14【5】

14【5】

事務職員

27【19】

28【20】

28【20】

28【19】

26【18】

再雇用職員

2【1】

2【1】

2【1】

2【1】

1【0】

計

44【25】

44【26】

45【27】

44【25】

41【23】

技術職員

17【10】

18【12】

20【10】

24【8】22【10】

事務職員

25【22】

26【22】

23【20】

21【18】

25【22】

計42【32】

44【34】

43【30】

45【26】

47【32】※【 】は女性で内数※平成 30 年度より採用された限定正職員は「専任職員」に含む。

493

予

算

第２ 予 算１ ． 電 気 通 信 研 究 所 における予 算 の推 移

単位：百万円

4,500
4,000
346

3,500
3,000

138

2,500
2,000
1,500

7

172

2

2,073

990

1,213

1,484

1,309

1,369

1,316

1,254

1,399

令和元年度

令和2年度

令和3年度

令和4年度

令和5年度

892

1,000
500
0

運営費交付⾦

外部資⾦

施設整備費等
（千円）

予算額内訳

令和元年度

令和 2 年度

令和 3 年度

令和 4 年度

令和 5 年度

運営費

人件費742， 128

801,695

744,591

699,851

771,183交付金

物件費566,533

567,249

571,737

553,851

628,159

運営費交付金 計

1,308,661

1,368,944

1,316,328

1,253,702

1,399,342

科学研究費補助金

363,325

293,404

282,400

276,146

346,119

受託研究費

486,053

669,454873,456

1,178,325

1,689,946

寄附金

42,43627,20057,422

29,60436,742（再掲）間接経費

155,852

172,874

234,487

315,346

455,413891,814990,058

1,213,278

1,484,075

2,072,807

災害復旧経費1,936

172,477

6,732

20,472

32,956

移転事業経費

0

0

0

0

0

施設整備費

0

0

0

117,997313,203

1,936

172,477

6,732

138,469

346,159

2,202,411

2,531,479

2,536,338

2,876,246

3,818,308

外部資金

外部資金 計施設整備費等

施設整備費等 計
合 計

494

予

算

２．外部資金受入状況
単位：百万円

1,800

1,690

1,600
1,400
1,178

1,200
1,000

873

800

669

600
400

486
363

200

293

282

346

276

42

27

57

30

37

令和元年度

令和2年度

令和3年度

令和4年度

令和5年度

0

科学研究費補助金

受託研究費

寄附金

（千円）

外部資金内訳

令和元年度

令和 2 年度

令和 3 年度

令和 4 年度

令和 5 年度

科学研究費補助金

363,325

293,404

282,400

276,146

346,119

受託研究費

486,053

669,454873,456

1,178,325

1,689,946

42,43627,20057,422

29,60436,742891,814990,058

1,213,278

1,484,075

2,072,807

寄附金
合計

495

教

育

第３Ө 教Ө 育Ө
Ө

１．学部学生・大学院生Ө
（人）Ө

区分Ө
学部（Ӿ 年）Ө
大学院前期課程Ө

令和元年度Ө

令和 Ӽ 年度Ө

令和 ӽ 年度Ө

令和 Ӿ 年度Ө

令和 ӿ 年度ӨӾԃӨӲӨӻӴ【 Ө ӿ】 ӨӿӽӨӲӨӻӴ【 Ө Ԁ】 ӨԀӺӨӲӨӺӴ【 Ө Ԁ】 ӨӿԀӨӲӨӻӴ【 Ө ӽ】 ӨӿԃӨӲӨӼӴ【 Ө ӿ】 ӨӻӽӼӨӲӻԀӴ【 Ө ԁ】 Ө ӻӾӻӨӲӻԁӴ【 Ө ԃ】 Ө ӻӾԀӨӲӻӾӴ【 ӻӾ】 Ө ӻӾԀӨӲӻӽӴ【 ӻӼ】 ӨӻӾӺӨӲӻӼӴ【 Ԃ】 Ө

Ө Ө 工学研究科Ө

ԂӿӨӲӨԂӴ【 Ө ӻ】 ӨԃӼӨӲӻӻӴ【 Ө Ӿ】 ӨԃԀӨӲӨԃӴ【 Ө ԃ】 ӨԃԂӨӲӨӾӴ【 Ө ԁ】 ӨԂԃӨӲӨӽӴ【 Ө Ӽ】 Ө

Ө Ө 医工学研究科Ө

ӿӨӲӨӺӴ【 Ө ӻ】 ӨԃӨӲӨӺӴ【 Ө ӻ】 ӨԂӨӲӨӺӴ【 Ө ӻ】 ӨӼӨӲӨӺӴ【 Ө Ӻ】 ӨӾӨӲӨӺӴ【 Ө Ӻ】 Ө

Ө Ө 情報科学研究科Ө

ӾӼӨӲӨԂӴ【 Ө ӿ】 ӨӾӺӨӲӨԀӴ【 Ө Ӿ】 ӨӾӼӨӲӨӿӴ【 Ө Ӿ】 ӨӾԀӨӲӨԃӴ【 Ө ӿ】 ӨӾԁӨӲӨԃӴ【 Ө Ԁ】 Ө

大学院後期課程ӨӽӺӨӲӨԂӴ【 Ө ӻ】 ӨӼԃӨӲӻӺӴ【 Ө Ӽ】 ӨӼԀӨӲӻӼӴ【 Ө Ӿ】 ӨӼԂӨӲӻӿӴ【 Ө ӿ】 ӨӾӻӨӲӼӺӴ【 Ө ӿ】 Ө

Ө Ө 工学研究科Ө

ӻԃӨӲӨӾӴ【 Ө Ӻ】 ӨӻԁӨӲӨԀӴ【 Ө Ӻ】 ӨӻӼӨӲӨԀӴ【 Ө ӻ】 ӨӻӽӨӲӻӺӴ【 Ө ӻ】 ӨӼӿӨӲӻӾӴ【 Ө ӽ】 Ө

Ө Ө 医工学研究科Ө

ӻӨӲӨӺӴ【 Ө Ӻ】 ӨӼӨӲӨӺӴ【 Ө Ӻ】 ӨӾӨӲӨӺӴ【 Ө Ӻ】 ӨӿӨӲӨӺӴ【 Ө ӻ】 ӨԁӨӲӨӺӴ【 Ө ӻ】 Ө

Ө Ө 情報科学研究科Ө

ӻӺӨӲӨӾӴ【 Ө ӻ】 ӨӻӺӨӲӨӾӴ【 Ө Ӽ】 ӨӻӺӨӲӨԀӴ【 Ө ӽ】 ӨӻӺӨӲӨӿӴ【 Ө ӽ】 ӨԃӨӲӨԀӴ【 Ө ӻ】 Ө計ӨӼӻӻӲӼӿӴ【 ӻӽ】 Ө ӼӼӽӲӼԂӴ【 ӻԁ】 Ө ӼӽӼӲӼԀӴ【 ӼӾ】 Ө ӼӽӺӲӼԃӴ【 ӼӺ】 Ө ӼӾӺӲӽӾӴ【 ӻԂ】 Ө※（ Ө ） は外 国 人 、【 Ө 】 は女 性 で内 数 Ө

Ө

２．留学生Ө（人）Ө

区 Ө分 Ө
学部４年Ө

令和元年度Ө

令和 Ӽ 年度Ө

令和 ӽ 年度Ө

令和 Ӿ 年度Ө

令和 ӿ 年度Ө

ӻӨ

ӻӨ

ӺӨ

ӻӨ

ӻӨ

大学院前期Ө

ӻԀӨ

ӻԁӨ

ӻӽӨ

ӻӽӨ

ӻӼӨ

大学院後期Ө

ԂӨ

ӻӺӨ

ӻӻӨ

ӻӾӨ

ӻԂӨ

計Ө

ӼӿӨ

ӼԂӨ

ӼӾӨ

ӼԂӨ

ӽӻӨ

地域別内訳Ө

Ө Ө

Ө Ө

Ө Ө

Ө Ө

Ө Ө

Ө Ө ①アジアӨ

ӼӻӨ

ӼӼӨ

ӼӼӨ

ӼӾӨ

ӼӿӨ

Ө Ө ②北 米 Ө

ӻӨ

ӻӨ

ӺӨ

ӻӨ

ӻӨ

Ө Ө ③中 南 米 Ө

ӻӨ

ӼӨ

ӻӨ

ӻӨ

ӻӨ

Ө Ө ④ヨーロッパӨ

ӼӨ

ӽӨ

ӻӨ

ӼӨ

ӾӨ

Ө Ө ⑤オセアニアӨ

ӺӨ

ӺӨ

ӺӨ

ӺӨ

ӺӨ

Ө Ө ⑥中 東 Ө

ӺӨ

ӺӨ

ӺӨ

ӺӨ

ӺӨ

Ө Ө ⑦アフリカӨ

ӺӨ

ӺӨ

ӺӨ

ӺӨ

ӺӨ

Ө

496

教

育

３．研究所等研究生・特別訪問研修生Ө
（人）Ө

区分Ө

令和元年度Ө

令和 Ӽ 年度Ө

令和 ӽ 年度Ө

令和 Ӿ 年度Ө

令和 ӿ 年度Ө

研究所等研究生Ө

ԃӲԂӴӨ

ԁӲԀӴӨ

ӾӲӾӴӨ

ԀӲӾӴӨ

ӿӲӾӴӨ

特別訪問研修生Ө

ӿӲӿӴӨ

ӺӲӺӴӨ

ӺӲӺӴӨ

ӺӲӺӴӨ

ӿӲӿӴӨ

計Ө

ӻӾӲӻӽӴӨ

ԁӲԀӴӨ

ӾӲӾӴӨ

ԀӲӾӴӨ

ӻӺӲԃӴӨ
※（ Ө ） は外 国 人 ӨӨ４．論文題目一覧ӨӨӲ修 士 論 文 ӴӨ
専攻Ө

論文題目Ө

学生氏名Ө

指導教員名Ө

四 脚 動 物 が示 す多 様 な走 行 様 式 を発 現 可 能 な胴 体 ・ 脚
間 協 調 制 御 原 理 に関 する研 究 Ө

浅岡Ө 雄也Ө石黒Ө 章夫Ө軟 磁 性 化 した負 磁 歪 材 料 を用 いたバイモルフ型 振 動 発 電デバイスの開 発 に関 する研 究 Ө阿部Ө 宏恒Ө石山Ө 和志Ө広 帯 域 低 振 幅 振 動 に対 応 した振 動 発 電 機 構 に関 する研究Ө上倉Ө 拓郎Ө石山Ө 和志Ө近 傍 磁 界 計 測 によるノイズ伝 搬 の可 視 化 に関 する研 究 Ө菅原Ө 祐介Ө石山Ө 和志Ө直 交 フラックスゲートセンサ方 式 によるひずみセンサに関する研 究 Ө千田Ө 健太Ө石山Ө 和志Өヤスデの歩 行 に内 在 する脚 と胴 体 の協 調 制 御 原 理 に関する研 究 Ө山一Ө 竜光Ө石黒Ө 章夫Ө対 人 運 動 技 能 における競 創 的 学 習 則 に関 する研 究 Ө山地Ө 聡史Ө石黒Ө 章夫Ө

通信工学専攻Ө耐 エラー数 表 現 に基 づく省 エネルギー不 揮 発 ニューラル
ネットワークの構 成 Ө

浅野Ө 健Ө

羽生Ө 貴弘ӨӨ Ө

コヒーレントナイキストパルス伝 送 の長 距 離 化 に関 する研究Ө石川Ө 碧人Ө廣岡Ө 俊彦ӨӨ Ө

スピントルク発 振 器 を用 いたスパイキング・ ニューラルネッ
トワークモデルに関 する研 究 Ө伊勢Ө 翔Ө

田中Ө 陽一郎ӨӨ Ө

軽 量 認 証 暗 号 ソフトウェアの実 装 安 全 性 評 価 に関 する研究Ө岩佐Ө 大将Ө本間Ө 尚文ӨӨ Ө

ストカスティック演 算 に基 づく大 規 模 組 合 せ最 適 化 問 題の高 速 求 解 に関 する研 究 Ө口分田Ө 大芽Ө羽生Ө 貴弘ӨӨ Өストリーム暗 号 ハードウェアの安 全 性 評 価 に関 する研 究 Ө小林Ө 蒼一朗Ө

本間Ө 尚文ӨӨ Ө

書 込 みエラー訂 正 機 能 を有 する Ԛԣԕ ベース不 揮 発 レジ
スタとその応 用 に関 する研 究 Ө酒井Ө 楓Ө

羽生Ө 貴弘Ө大 規 模 最 適 化 問 題 に向 けたストカスティック演 算 に基 づく
シミュレーテッド量 子 アニーリング法 に関 する研 究 Ө佐 々木 Ө 遼 真 Ө

羽生Ө 貴弘Ө電 気 エネルギー
システム専 攻 Ө

Ө Ө
Ө Ө

497

教

育

専攻Ө

学生氏名Ө

指導教員名Ө

ӼԂӨԑԒՎ 帯 光 ・ 無 線 融 合 フルコヒーレント伝 送 に関 する
研究Ө

白幡Ө 晃一Ө廣岡Ө 俊彦Ө

グラフェンチャネルトランジスタのデバイスプロセス高 度 化とその高 感 度 テラヘルツ波 検 出 への応 用 に関 する研 究 Ө関Ө 宏信Ө

尾辻Ө 泰一ӨԡԐԔԎ 部 分 義 歯 管 理 システムに関 する研 究 Ө髙寺Ө 裕二Ө末松Ө 憲治Ө共 通 鍵 暗 号 ソフトウェアの深 層 学 習 に基 づく安 全 性 評 価に関 する研 究 Ө田中Ө 陸真Ө

本間Ө 尚文Өミリ波 ԎԌԐ アンテナ用 ディジタル ԡԐ 送 信 機 のディジタル
信 号 処 理 実 装 に関 する研 究 Ө中村Ө 公紀Ө末松Ө 憲治Ө

プラズモニック・ テラヘルツ電 磁 波 検 出 素 子 の高 性 能 化 とその高 速 テラヘルツ無 線 通 信 への応 用 に関 する研 究 Ө成田Ө 健一Ө尾辻Ө 泰一Ө高 スループット暗 号 ハードウェアに対 するサイドチャネル解析 に関 する研 究 Ө東Ө 哲平Ө

本間Ө 尚文ӨԔՂԟ 系 光 電 子 融 合 ダブルミキサトランジスタの高 周 波 動
作 化 とその光 － テラヘルツ周 波 数 下 方 変 換 への応 用 に関する研 究 Ө渡邊Ө 光貴Ө尾辻Ө 泰一Ө電子工学専攻Өトンネルダイオードを利 用 したニューロン回 路 の構 成 とその応 用 に関 する研 究 Ө菅家Ө 由佳Ө佐藤Ө 茂雄ӨӨ Ө

ノンコリニア反 強 磁 性 ԚՂӽԢՂ ナノドットの熱 安 定 性 と電流応答Ө佐藤Ө 佑磨Ө深見Ө 俊輔ӨӨ Ө

キトサンナノファイバーを支 持 体 とするフレキシブル微 細 電
極 の開 発 Ө

安藤Ө 大貴Ө平野Ө 愛弓ӨӨ Ө

量 子 情 報 通 信 用 光 学 素 子 における偏 光 特 性 の計 測 と解析Ө野村Ө 祐斗Ө枝松Ө 圭一ӨӨ Ө

混 合 変 調 半 導 体 レーザの周 波 数 チャープ特 性 に関 する研究Ө浅見Ө 昇輝Ө八坂Ө 洋Ө

ԢԺԞӼԄԍԵ の光 学 特 性 と光 検 出 磁 気 共 鳴 に関 する研 究 Ө安部Ө 佑一朗Ө

深見Ө 俊輔Өアナログ ԍԚԞԢ スパイキングニューラルネットワーク ԙԢԔを用 いた超 低 消 費 電 力 リザバー計 算 システムの構 築 に関する研 究 Ө小野Ө 哲史Ө佐藤Ө 茂雄Ө量 子 干 渉 を用 いた光 子 対 の空 間 的 量 子 もつれの制 御 Ө

加藤Ө 敦大Ө枝松Ө 圭一Ө周 波 数 不 可 識 別 伝 令 付 き単 一 光 子 の発 生 と評 価 の研 究 Ө

狩野Ө 信茂Ө枝松Ө 圭一ӨӨ Ө

体 心 立 方 晶 ԍՃӷԚՂӷԐԵӨ 合 金 を用 いた磁 気 トンネル接合 に関 する理 論 研 究 Ө久保田Ө 駿介Ө

白井Ө 正文ӨӨ ӨԙӻӺӷԚՂԋՀ を用 いた不 揮 発 性 磁 気 トンネル接 合 の高 性
能 化 に関 する研 究 Ө篠田Ө 峻伸Ө深見Ө 俊輔Ө人 工 細 胞 膜 の側 方 電 界 伝 播 機 構 に関 する研 究 Ө

島田Ө 佳和Ө平野Ө 愛弓Ө

スピンギャップレス半 導 体 における異 常 ネルンスト効 果 に関 する理 論 研 究 Ө清水Ө 悠斗Ө白井Ө 正文Ө二 層 グラフェン微 細 構 造 の高 周 波 測 定 手 法 の開 発 と電子 物 性 の研 究 Ө上面Ө 友也Ө大塚Ө 朋廣Ө通信工学専攻Ө
Ө Ө
Ө Ө
Ө Ө
Ө Ө
Ө Ө

Ө Ө
Ө Ө

Ө Ө
Ө Ө

Ө Ө
Ө Ө
Ө Ө
Ө

498

論文題目Ө

教

専攻Ө

育

論文題目Ө

学生氏名Ө

指導教員名Ө

電子工学専攻Ө二 硫 化 モリブデンの低 温 コンタクトと量 子 ドット特 性 の研究Ө田髙Ө 陸Ө

大塚Ө 朋廣ӨӨ Ө

光 負 帰 還 狭 線 幅 半 導 体 レーザの線 形 周 波 数 掃 引 幅 拡 大に関 する研 究 Ө長久保Ө 峻介Ө

八坂Ө 洋Ө

Ө Ө

半 導 体 レーザの広 帯 域 ・ 高 感 度 光 変 調 周 波 数 応 答 評 価
法 に関 する研 究 Ө野原Ө 友治Ө八坂Ө 洋Ө

Ө Ө

人 工 細 胞 膜 における膜 平 行 電 圧 制 御 デバイスの構 築 に関 する研 究 Ө

野村Ө 駿介Ө平野Ө 愛弓Ө

窒 化 ガリウム不 純 物 量 子 ドットの量 子 輸 送 特 性 の研 究 Ө松村Ө 和真Ө

大塚Ө 朋廣ӨӨ Ө

人 工 神 経 細 胞 回 路 における外 部 刺 激 依 存 的 な活 動 変 調に関 する研 究 Ө

室田Ө 白馬Ө平野Ө 愛弓ӨӨ Ө

マイクロ流 体 デバイスを用 いたモジュール構 造 型 培 養 神
経 回 路 の結 合 指 向 性 制 御 に関 する研 究 Ө

門間Ө 信明Ө佐藤Ө 茂雄ӨӨ Ө

ガス・ ソース気 相 成 長 法 により成 膜 された数 分 子 層 二 硫
化 タングステンへのキャリア・ ドーピングӨ

米窪Ө 和輝Ө佐藤Ө 茂雄Ө

ノンコリニア反 強 磁 性 ԚՂӽԢՂ 薄 膜 の構 造 と磁 気 ・ 磁 気
輸 送 特 性 の膜 厚 依 存 性 Ө

若林Ө 駿Ө

深見Ө 俊輔ӨԎԵՊԵՀՃՄՁԵՂՈӨՃԶӨԣԸՆԵԵӷՈԵՆՁԺՂԱՀӨԢՄԺՂӷՃՆԲԺՈӨԣՃՆՅՉԵӨԚԱԷՂԵՈԺԳӨԣՉՂՂԵՀӨԕՉՂԳՈԺՃՂӨԶՃՆӨԝԵՉՆՃՁՃՆՄԸԺԳӨԍՃՁՄՉՈԺՂԷӨ（ 脳 型 計 算 向 け３ 端 子 スピン軌 道 トルク磁 気 トンネル接 合の開 発 ） ӨԥԋԡԋԑԋԝԣԔӨԢԤԚԔԣԒӨ深見Ө 俊輔Ө上西Ө 真由Ө

中野Ө 圭介Ө夏Ө 澤佑Ө
ԧԔԋӨԩԏԨԞԤӨ

長谷川Ө 剛Ө菅野Ө 直孝Ө

中野Ө 圭介Ө鈴木Ө 衣織Ө長谷川Ө 剛Ө

田邉Ө 広大Ө長谷川Ө 剛Ө

Ө

Ө

Ө Ө
Ө

情 報 基 礎 科 学 専 定 理 証 明 支 援 系 によるアロー関 数 を含 む ԕԱՊԱԢԳՆԺՄՈ
攻Ө
プログラムの検 証 基 盤 の開 発 ӨӨ ӨԚԱԳԸԺՂԵӨՀԵԱՆՂԺՂԷӷԲԱՇԵԴӨԵՇՈԺՁԱՈԺՃՂӨՃԶӨՈԸԵӨՂՉՁԲԵՆӨՃԶӨԳՃՁՄԵՈԺՂԷӨԶՀՃՋՇӨԱՈӨԱӨԲՃՈՈՀԵՂԵԳԽӨՀԺՂԽӨӲ機 械 学 習 を用 いたボトルネックリンクにおける競 合 フロー
推 定 に関 する研 究 ӴӨӨ Ө型 変 換 による異 なる定 理 証 明 支 援 系 間 の証 明 の再 利 用 ӨӨӨ

トラヒック予 測 に基 づく効 率 的 なネットワーク帯 域 割 当 手
法 に関 する研 究 ӨԋՂӨԏԶԶԺԳԺԵՂՈӨԣՆԱԶԶԺԳӨԍՃՁՄՆԵՇՇԺՃՂӨԚԵՈԸՃԴӨԶՃՆӨԡԵՁՃՈԵӨԝԵՈՋՃՆԽӨԚԱՂԱԷԵՁԵՂՈӨՃՊԵՆӨԙԟԦԋӨԌԱՇԵԴӨՃՂӨԍՃՁՁԱՂԴӨԋՄՄԵԱՆԱՂԳԵӨԎԺՇՈՆԺԲՉՈԺՃՂӨӲԙԟԦԋ を用 いたネットワーク機 器 管 理 におけるコマンドの出 現 分 布 に着 目 した高 効 率 トラヒック圧 縮 手 法 ӴӨ

システム情 報 科学専攻Ө

動 的 に伸 縮 する杖 型 デバイスを用 いた ԥԡ における地 面の高 低 差 の提 示 に関 する研 究 Ө上出Ө 千隼Ө

北村Ө 喜文ӨӨ ӨԋӨԢՈՉԴՍӨՃՂӨԱӨԍՉԲԺԳԱՀӨԒԺԷԸӨԎԵԷՆԵԵӷՃԶӷԐՆԵԵԴՃՁӨԣԱՂԷԺԲՀԵӨԤՇԵՆӨԔՂՈԵՆԶԱԳԵӨ（ キューブ型 高 自 由 度 タンジブルユーザインタフェースに関 する研 究 ） ӨԑԔԙԙԏԢӨԟԐԙԤԚԔԞӨ北村Ө 喜文ӨԦԵԱՆԱԲՀԵӨԚԵԳԸԱՂԺՎԵԴӨԋՆՁՆԵՇՈӨՈՃӨԢՉՄՄՃՆՈӨԞՂӷԎԵՁԱՂԴӨԡԵՇՈԵԴӨԚԺԴӷԋԺՆӨԒԱՂԴӨԔՂՈԵՆԱԳՈԺՃՂՇ（ 空 中 インタラクションにおける腕 部 支 持 のためのウェアラブル機 械 式 アームレスト） ӨԋԙԔԍӨԙԔԏԝӨ
連Ө 得宇Ө

北村Ө 喜文Ө

Ө Ө

Ө Ө

499

教

育

専攻Ө
システム情 報 科
学専攻Ө
Ө Ө
Ө Ө
Ө Ө
Ө Ө
Ө Ө
Ө Ө
Ө Ө
Ө Ө
Ө Ө
Ө Ө

論文題目Ө

無 意 識 的 空 間 配 置 表 象 形 成 における自 己 運 動 の影 響 Ө

今田Ө 裕貴Ө

塩入Ө 諭Ө

五味Ө 遼太Ө北村Ө 喜文Ө橘Ө 優希Ө

北村Ө 喜文Ө田中Ө 雄大Ө北村Ө 喜文Ө音 響 特 徴 および感 性 印 象 が話 速 知 覚 に及 ぼす影 響 Ө玉川Ө 真帆Ө坂本Ө 修一ӨԣԸԵӨՇԵՅՉԵՂՈԺԱՀӨԺՁՄՀԺԳԺՈӨՀԵԱՆՂԺՂԷӨՃԶӨՃԲԻԵԳՈӨԱՆՆԱՂԷԵՁԵՂՈՇӨԺՂӨՈԸԵӨՇՉՆՆՃՉՂԴԺՂԷӨՇՄԱԳԵ Ө（ 周 囲 物 体 配 置 の時 系 列 無 意 識 学 習 ） ӨチイエンӨ チオンԠԔԋԝӨԍԒԏԝԑӨ

塩入Ө 諭Ө

ԡԵԳՃԷՂԺՈԺՃՂӨՃԶӨԒՉՁԱՂӨԏՁՃՈԺՃՂӨԶՆՃՁӨԌՃԴՍӨԚՃՊԵՁԵՂՈՇӨԺՂӨԥԺԴԵՃӨԱՂԴӨԚՃՈԺՃՂӨԍԱՄՈՉՆԵӨԎԱՈԱӨԤՇԺՂԷӨԎԵԵՄӨԝԵՉՆԱՀӨԝԵՈՋՃՆԽ Ө（ ディープニューラルネットワークを用 いた身 体 動 作 のビデオおよびモーションキャプチャデータからの人 の感 情 認 識 ） ӨԎԤԚԋԨӨ
ԎԨԙԋԝӨ
ԍԙԋԤԎԏӨ
ԒԏԝԡԔӨ

北村Ө 喜文Ө空 間 注 意 における視 聴 覚 相 互 作 用 Ө

中山Ө 裕斗Ө塩入Ө 諭Ө

顔 表 情 及 び生 体 情 報 による画 像 の好 み評 価 推 定 Ө

藤巻Ө 和真Ө塩入Ө 諭Ө

堀田Ө 尭八Ө坂本Ө 修一Ө松岡Ө 広泰Ө坂本Ө 修一Ө村上Ө 大知Ө北村Ө 喜文Ө音 像 距 離 知 覚 要 因 に着 目 した聴 覚 的 注 意 の空 間 特 性 に関 する基 礎 的 研 究 Ө森田Ө 爽Ө

坂本Ө 修一Өԥԡ におけるインタラクティブなマルチウィンドウ動 的 配 置システムの提 案 Ө米澤Ө 晴Ө

北村Ө 喜文Ө上 下 面 における空 間 配 置 表 象 の無 意 識 学 習 Ө

若林Ө 泰暉Ө

塩入Ө 諭Ө

石井Ө 豪Ө

堀尾Ө 喜彦Ө時 空 間 コンテクスト学 習 ニューラルネットワークの解 析 と回路実装Ө辻Ө Ө 孟Ө堀尾Ө 喜彦Ө

ペンギンの高 速 遊 泳 に内 在 する頭 部 ・ 翼 部 協 調 メカニズ
ムに関 する研 究 Ө

入澤Ө 宏太朗Ө石黒Ө 章夫Өフレキシブル絶 縁 層 を用 いた膜 平 行 電 圧 プラットフォームの構 築 に関 する研 究 Ө野本Ө 達也Ө平野Ө 愛弓Ө

空 気 注 入 型 自 動 昇 降 プロップと移 動 ロボットによるルーム
スケール ԥԡ 遭 遇 型 触 覚 デバイスに関 する研 究 Өスマートフォンによる視 線 トラッキング技 術 を用 いたミュー
ジアムガイドの開 発 とフィールド調 査 ӨԥԡӨ ワークスペースにおける首 ストレッチ動 作 誘 導 手 法 に関 する研 究 Ө

応 用 情 報 科 学 専 ニューロンが時 間 履 歴 項 を持 つニューラルネットワークリ
攻Ө
ザバーの時 系 列 予 測 に関 する研 究 ӨӨ Ө
医工学専攻Ө

Ө

500

指導教員名Ө

ԣԸԵӨԺՂԶՀՉԵՂԳԵӨՃԶӨԱՉԴԺՈՃՆՍӨԺՂԶՃՆՁԱՈԺՃՂӨՃՂӨՈԸԵӨ
馬Ө 佳良Ө
ՁԵԳԸԱՂԺՇՁӨՃԶӨՊԺՇՉԱՀӨՇՈԱԲԺՀԺՈՍӨ
塩入Ө 諭Ө
ԚԋӨԕԔԋԙԔԋԝԑӨ（ 視 野 安 定 メカニズムへの聴 覚 情 報 の影 響 ） Өデスクトップ ԥԡ 内 での力 触 覚 体 験 が事 後 のルームスケ
板倉Ө 晃平Ө北村Ө 喜文Өール ԥԡ 歩 行 に与 える影 響 に関 する研 究 Ө

音 響 特 徴 と空 間 特 性 に基 づく聴 覚 知 覚 体 制 化 に関 する
基礎的研究Ө
深 層 学 習 モデルを用 いた正 中 面 音 像 定 位 手 がかりの検討Ө
資 料 動 画 内 の情 報 探 索 支 援 のための動 画 ・ 資 料 ビューアの統 合 型 インタフェースに関 する研 究 Ө

Ө Ө

学生氏名Ө

教

育

Ӳ博 士 論 文 ӴӨ
専攻Ө

論文題目Ө

電 気 エネルギー
システム専 攻 ӨԢՈՉԴՍӨՃՂӨԎԵԳԵՂՈՆԱՀԺՎԵԴӨԍՃՂՈՆՃՀӨԚԵԳԸԱՂԺՇՁӨԤՂԴԵՆՀՍԺՂԷӨԐՀԵՌԺԲՀԵӨԌԵԸԱՊԺՃՆՇӨՃԶӨԣՉԲԺԶԺԳԺՂԱԵӨWorms’ BlobsӨ（ イトミミズ塊 の柔 軟 な振 る舞 いに内 在 する自 律 分 散 制 御則 に関 する研 究 ） ӨԋӨՇՈՉԴՍӨՃՂӨӼӺԑԒՎӷԲԱՂԴӨԎԌԐӨՈՆԱՂՇՁԺՈՈԵՆӨՉՇԺՂԷӨԺՁԱԷԵӨԵՂԸԱՂԳԵԴӨӻӷԲԺՈӨԲԱՂԴՄԱՇՇӨԴԵՀՈԱӨՇԺԷՁԱӨՁՃԴՉՀԱՈՃՆӨ（ イメージエンハンスメント ӻӨ ビットバンドパス ΔΣ 変 調
器 を用 いた ӼӺԑԒՎ 帯 ԎԌԐ 送 信 機 に関 する研 究 ） Ө
スピン状 態 の差 分 を用 いた大 規 模 完 全 グラフ向 け高 性 能
アニーリングプロセッサに関 する研 究 ӨӽԚ 技 術 によるデジタルコヒーレント伝 送 システムの大 容
量 化 に関 する研 究 Ө

通信工学専攻Ө電子工学専攻Өシステム情 報 科学専攻Ө医工学専攻Ө

学生氏名Ө

指導教員名Ө

三上Ө 大志Ө石黒Ө 章夫ӨԩԒԋԝԑӨ ӨԕԤԝԒԋԞӨ末松Ө 憲治ӨシンӨ トッキュӨ羽生Ө 貴弘Ө別府Ө 翔平Ө廣岡Ө 俊彦ӨԏՀԵԳՈՆԺԳԱՀӨԍՃՂՈՆՃՀӨՃԶӨԝՃՂԳՃՀՀԺՂԵԱՆӨԋՂՈԺԶԵՆՆՃՁԱԷՂԵՈԺԳӨԒԵՈԵՆՃՇՈՆՉԳՈՉՆԵՇ ӨӲノンコリニア反 強 磁 性 ヘテロ構 造 の電 気 的 制 御 に関 する研究）Ө

ユンӨ ジュヨンӨ深見Ө 俊輔ӨԢՈՉԴՍӨՃԶӨԞՄՈԺԳԱՀӨԣՆԱՄՄԺՂԷӨԱՂԴӨԣՆԱՂՇՄՃՆՈӨՃԶӨԝԱՂՃՄԱՆՈԺԳՀԵՇӨՃՂӨԱՂӨԞՄՈԺԳԱՀӨԝԱՂՃԶԺԲԵՆ Ө（ ナノ光 ファイバ上 のナノ粒 子 の光 捕 捉 と輸 送 の研 究 ） Ө

孫Ө Ө 瑞Ө枝松Ө 圭一ӨԏՂԷԺՂԵԵՆԺՂԷӨՃԶӨԝԱՂՃԳՃՁՄՃՇԺՈԵӨԐԵՆՆՃՁԱԷՂԵՈԺԳӨԒԵՈԵՆՃՇՈՆՉԳՈՉՆԵՇӨԶՃՆӨԝԱՂՃՇԳԱՀԵӨԢՄԺՂՈՆՃՂԺԳӨԚԵՁՆԺՇՈՃՆ Ө（ ナノスケールスピントロニクスメモリスタ向 けナノコンポジ
ット強 磁 性 ヘテロ構 造 のエンジニアリング） ӨԎԏӨԩԞԨԢԋӨԗԋԡԤԝԋӨ
ԣԒԔԙԋԗԋӨԥԔԒԋԝԑԋӨ深見Ө 俊輔ӨԟՇՍԳԸՃՄԸՍՇԺԳԱՀӨԟԸՍՇԺՃՀՃԷԺԳԱՀӨԡԵՇԵԱՆԳԸӨՃՂӨԋՇՇԵՇՇՁԵՂՈՇӨՃԶӨԏՂԷԱԷԵՁԵՂՈӨԌԱՇԵԴӨՃՂӨԐԱԳԺԱՀӨ ビョウӨ ニンӨ グンԚԔԋԞӨ
塩入Ө 諭Ө
ԏՌՄՆԵՇՇԺՃՂՇӨԺՂӨԏԴՉԳԱՈԺՃՂӨԡԏԝԕԤԝӨ（ 顔 表 情 を利 用 した学 習 時 の集 中 度 に関 する心 理 物 理学 的 および生 理 学 的 研 究 ） ӨԔՂՊԵՇՈԺԷԱՈԺՃՂӨՃԶӨԚԵՂՈԱՀӨԢՈԱՈԵӨԏՇՈԺՁԱՈԺՃՂӨՈՃӨワンӨ グァンӨ ユンԢՉՄՄՃՆՈӨԙԵԱՆՂԺՂԷӨԌԱՇԵԴӨՃՂӨԌԵԸԱՊԺՃՆӨԚԵԱՇՉՆԵՁԵՂՈՇӨԦԋԝԑӨԑԤԋԝӨ
塩入Ө 諭Ө
（ 学 習 支 援 のための行 動 指 標 を利 用 した心 的 状 態 推 定ԨԤԝӨ
手 法 の検 討 ） ӨԡԵՇՃՀՊԺՂԷӨԤՂԳԵՆՈԱԺՂՈՍӨԺՂӨԐՀՉԺԴӨ ԎՍՂԱՁԺԳՇӨԱՂԴӨシュӨ ケンフクԌԺԱՇӨԺՂӨԔՂՊԵՆՇԵӨԟՆՃԲՀԵՁՇӨԲՍӨԔՂԳՃՆՄՃՆԱՈԺՂԷӨԍԒԤӨԗԺՂӨ北村Ө 喜文ӨԏՁՄԺՆԺԳԱՀӨԎԱՈԱӨԔՂՈՃӨԎԵԵՄӨԙԵԱՆՂԺՂԷ ӨԐՉՂԷӨ（ 深 層 学 習 への観 測 データの導 入 による流 体 力 学 の不 確
実 性 と逆 問 題 のバイアスの解 決 ） Ө
神 経 細 胞 ネットワークの時 空 間 情 報 処 理 特 性 に関 する構住Ө 拓磨Ө
平野Ө 愛弓Ө成論的研究Ө
電 磁 ハイブリッドワイヤレス補 助 人 工 心 臓 に関 する研 究 Ө堀江Ө 栄之Ө石山Ө 和志Ө膜 側 方 電 圧 と機 械 学 習 の導 入 による人 工 細 胞 膜 機 能 評
価 ・ 解 析 システムの構 築 Ө

佐 藤 Ө まどかӨ平野Ө 愛弓Ө

Ө

501

研

究

第４Ө 研Ө 究Ө
Ө

１．研究成果の掲載・公表件数Ө
Ө
トピックスӨ
（新聞記事等）Ө

令和元年度Ө

令和 Ӽ 年度Ө

令和 ӽ 年度Ө

令和 Ӿ 年度Ө

令和 ӿ 年度Ө

ӾԂӨ

ӽӽӨ

ӻӿӨ

ӾӾӨ

ԀӻӨ

Ө
Ө

２．トピックス一覧Ө
ӨӨӨ

記Ө 事Ө 名Ө

掲載年月日Ө

出典Ө

関係教員Ө

ӻӨ

ԚԡԋԚ、「車掲載用が主戦場に」Ө
東北大・遠藤教授、需要増にらむӨԡӿӸӾӸӽӨ

日本経済新聞Ө遠藤Ө 哲郎Ө（ԍԔԏԢ）Ө

ӼӨ

東北大学、非言語情報通信の研究拠点を開設Ө ԋԔ 開発もӨԡӿӸӾӸӻӺӨ

日経テックフォーサイトӨ

北村Ө 喜文Ө

光通信、「縁の下」の増幅器Ө
ӽӨ ケーブルに希土類、距離長くӨ
東北大の中沢氏・情通機構の萩本氏ӨԡӿӸӿӸӼӨ

日本経済新聞Ө中沢Ө 正隆Ө（名誉教授）Ө

情報通信分野では光増幅装置で受賞長距ӾӨ 離・大容量の通信可能にӨグローバルなネット網の礎築くӨԡӿӸӿӸӼӨ

日本経済新聞Ө中沢Ө 正隆Ө（名誉教授）Ө

ԡӿӸԀӸӻӽӨ

電波新聞Ө

遠藤Ө 哲郎Ө（ԍԔԏԢ）Ө

東北大とシカゴ大ӨԀӨ 量子アライアンス発足Ө
量子科学分野の研究加速、人材育成へӨԡӿӸԀӸӻԀӨ

科学新聞Ө

金井Ө 駿Ө

ԋՆՈԺԶԺԳԺԱՀՀՍӨԍՉՀՈՉՆԵԴӨԌՆԱԺՂՇӨԁӨ ԏՂԸԱՂԳԵӨԣԺՁԵӨԢԵՆԺԵՇӨԎԱՈԱӨԟՆՃԳԵՇՇԺՂԷӨԡӿӸԀӸӼԃӨԚԺՆԱԷԵӨԝԵՋՇӨ山本Ө 英明ӨԋՆՈԺԶԺԳԺԱՀՀՍӨԍՉՀՈՉՆԵԴӨԌՆԱԺՂՇӨԂӨ ԔՁՄՆՃՊԵӨԟՆՃԳԵՇՇԺՂԷӨՃԶӨԣԺՁԵӨԢԵՆԺԵՇӨԎԱՈԱӨԡӿӸԀӸӼԃӨԋՀՄԸԱӨԑԱՀԺՀԵՃӨ山本Ө 英明ӨԋՆՈԺԶԺԳԺԱՀՀՍӨԳՉՀՈՉՆԵԴӨԲՆԱԺՂՇӨԺՁՄՆՃՊԵӨԃӨ ՄՆՃԳԵՇՇԺՂԷӨՃԶӨՈԺՁԵӨՇԵՆԺԵՇӨԴԱՈԱӶӨՇԸՃՋՇӨՇՈՉԴՍӨԡӿӸԀӸӼԃӨԣԵԳԸӨԧՄՀՃՆԵӨ山本Ө 英明ӨԋՆՈԺԶԺԳԺԱՀՀՍӨԳՉՀՈՉՆԵԴӨԲՆԱԺՂՇӨԺՁՄՆՃՊԵӨӻӺӨ ՄՆՃԳԵՇՇԺՂԷӨՃԶӨՈԺՁԵӨՇԵՆԺԵՇӨԴԱՈԱӶӨՇԸՃՋՇӨՇՈՉԴՍӨԡӿӸԀӸӼԃӨԝԵՋՇԂԟՀՉՇӨ山本Ө 英明ӨԋՆՈԺԶԺԳԺԱՀՀՍӨԳՉՀՈՉՆԵԴӨԲՆԱԺՂՇӨԺՁՄՆՃՊԵӨӻӻӨ ՄՆՃԳԵՇՇԺՂԷӨՃԶӨՈԺՁԵӨՇԵՆԺԵՇӨԴԱՈԱӶӨՇԸՃՋՇӨՇՈՉԴՍӨԡӿӸԀӸӼԃӨԣՃԴԱՍӨԒԵԱԴՀԺՂԵӨ山本Ө 英明ӨӿӨ

502

米シカゴ大と東北大が協業Ө
量子科学や学生交流などӨ研ӨӨ

記Ө 事Ө 名Ө

掲載年月日Ө

出典Ө

関係教員ӨԋՆՈԺԶԺԳԺԱՀՀՍӨԍՉՀՈՉՆԵԴӨԌՆԱԺՂՇӨӻӼӨ ԔՁՄՆՃՊԵӨԟՆՃԳԵՇՇԺՂԷӨՃԶӨԣԺՁԵӨԢԵՆԺԵՇӨԎԱՈԱӨԡӿӸԀӸӼԃӨԋՇԺԱӨԡԵՇԵԱՆԳԸӨԝԵՋՇӨ山本Ө 英明Ө

東北大と公立はこだて未来大、ラットの大脳皮質神経細胞で構成した「人工培養脳」のӻӽӨ
計算能力を解析するための一連の実験を成功ӨԡӿӸԀӸӼԃӨ

日本経済新聞Ө山本Ө 英明ӨӻӾӨ

東北大など、「人工培養脳」を用いて時系列
データの処理性能を改善ӨԡӿӸԀӸӽӺӨ

マイナビニュースӨ山本Ө 英明ӨӻӿӨ「人工培養脳」ラット細胞で構築Ө 時系列デー
タの処理を改善ӨԡӿӸԁӸӻӾӨ

科学新聞Ө

山本Ө 英明ӨӻԀӨ

東北大、高速量子ビット読み出し手法をグラ
フェンで実現ӨԡӿӸԁӸӻԂӨ

日本経済新聞Ө大塚Ө 朋廣ӨԡӿӸԃӸӻӽӨ

日本経済新聞Ө加納Ө 剛史ӨԡӿӸԃӸӼӻӨ

日刊工業新聞Ө北村Ө 喜文ӨԡӿӸӻӺӸԀӨ

電波新聞Ө

佐藤Ө 茂雄Ө櫻庭Ө 政夫Ө

ドローンの安全な操縦を実現するユーザイ
ンタフェース ԌԺՆԴԥԺԵՋԋԡ を開発ӨԡӿӸӻӻӸԃӨ

メタバース総研Ө

北村Ө 喜文Өレーザー加熱で微小な透明磁石材料を作る
ӼӻӨ 新技術を開発ӨӷӨ次世代の高密度光集積デバイス作製への利用に期待ӨӷӨԡӿӸӻӻӸӻԀӨ

日本の研究ӸԳՃՁӨ

後藤Ө 太一ӨӼӼӨ

東北大と豊橋技術科学大、レーザー加熱で微小な透明磁石材料を作る新技術を開発ӨԡӿӸӻӻӸӻԀӨ

日本経済新聞Ө後藤Ө 太一ӨӼӽӨレーザー加熱でごく狭い領域だけに特別な透明磁石材料を作製Ө東北大学ӨԡӿӸӻӻӸӻԁӨԶԱԲԳՆՃՇՇ エンジニアӨ

後藤Ө 太一ӨӼӾӨ

レーザ加熱で微小な透明磁石材料を作る新技術を開発Ө

ԡӿӸӻӻӸӼӻӨԙԱՇԵՆӨԐՃԳՉՇӨԦՃՆՀԴӨԕԱՄԱՂӨ

後藤Ө 太一ӨӼӿӨ

レーザーで微小な透明磁石材料を作る新技術Ө東北大研究Ｇが開発ӨԡӿӸӻӻӸӼӼӨ

文教速報デジタル版Ө

後藤Ө 太一ӨӼԀӨ「ルームスケール ԥԡ」体験の実現のための錯覚を感じさせる方法論を研究ӨԡӿӸӻӻӸӼӼӨ

メタバース総研Ө

北村Ө 喜文Ө東北大と理研、トランジスタの新動作原理プӼԁӨ ラズモンでテラヘルツ波の検出感度を一桁以上高めることに成功ӨԡӿӸӻӻӸӼӾӨ

日本経済新聞Ө尾辻Ө 泰一Ө佐藤Ө 昭Ө

トランジスタの新動作原理プラズモンでテラ
ヘルツ波の検出感度を一桁以上高めることӼԂӨに成功～次世代 Ԁԑ＆ԁԑ 超高速無線通信の実現への道を拓く～ӨԡӿӸӻӻӸӼӾӨԣԺԺ 技術情報Ө

尾辻Ө 泰一Ө佐藤Ө 昭Ө

ӻԁӨ ミミズの動き、ロボに応用へӨ
東北大、深層学習使い新手法Ө ӨӻԂӨ ブイの動きから水の流れ予測，Ө
遠隔地で共有Ө 防災に貢献Ө
東北大、ԍԤԢԔԍӨ
異なる結晶構造で ԢԺԍ 同士のシームレスӨ
ӻԃӨ
積層成功Ө
パワー半導体の電力損失大幅削減へӨ
ӼӺӨ

究

503

研

究

ӨӨ

記Ө 事Ө 名Ө

掲載年月日Ө

出典Ө

関係教員Ө

ӼԃӨ

トランジスタの新動作原理プラズモンでテラ
ヘルツ波検出感度を一桁以上向上Ө

ԡӿӸӻӻӸӼԁӨԙԱՇԵՆӨԐՃԳՉՇӨԦՃՆՀԴӨԕԱՄԱՂӨ

尾辻Ө 泰一Ө佐藤Ө 昭Ө

ӽӺӨ

東北大ら，プラズモンでテラヘルツ波の検出
感度向上ӨԡӿӸӻӻӸӼԁӨԞՄՈՆՃՂԺԳՇӨԞՂՀԺՂԵӨ尾辻Ө 泰一Ө佐藤Ө 昭Ө

ӽӻӨ

東北大など、レーザー局所加熱で透明磁性材Өアイソレーターを安価に製造ӨԡӿӸӻӻӸӼԂӨ

日刊工業新聞Ө後藤Ө 太一Ө東北大学／トランジスタの新動作原理プラӽӼӨ ズモンでテラヘルツ波のӨ検出感度を一桁以上高めることに成功ӨԡӿӸӻӻӸӼԃӨԞՄՈԺՂԵՋՇӨ尾辻Ө 泰一Ө佐藤Ө 昭Ө

東北大など、透明磁石材料の新製法Ө高出力レーザーにӨԡӿӸӻӻӸӼԃӨ

ＮԔԗԗԏԔӨԣԵԳԸӨԐՃՆԵՇԺԷԸՈӨ後藤Ө 太一Ө東北工業大・東大・東北大・理研・東京農工ӽӾӨ 大、単一コロイド量子ドットで電気伝導の評
価と制御に成功ӨԡӿӸӻӼӸӻӨ

日本経済新聞Ө大塚Ө 朋廣ӨӽӿӨ

東北大・理研、プラズモン活用でテラヘルツ
波の検出感度向上ӨԡӿӸӻӼӸӾӨ

日刊工業新聞Ө尾辻Ө 泰一Ө佐藤Ө 昭Ө

ӽԀӨ

感度を一桁以上向上、テラヘルツ波検出素子を開発ӨԡӿӸӻӼӸԀӨ

ԏԏӨԣԺՁԵՇӨԕԱՄԱՂӨ尾辻Ө 泰一Ө佐藤Ө 昭Ө

ӽԁӨ

感度を一桁以上向上、テラヘルツ波検出素子を開発ӨԡӿӸӻӼӸԀӨ

ԣԵԳԸӨԏՍԵՇӨԞՂՀԺՂԵӨ尾辻Ө 泰一Ө佐藤Ө 昭Ө

ԞԗԔ と東北大ӨӽԂӨ 光通信ネットの消費電力削減ӨԝԏԎԞ 事業で技術開発ӨԡӿӸӻӼӸԂӨ

電波新聞Ө

長谷川Ө 剛ӨԞԗԔ と東北大の仮想化資源制御技術ӨӽԃӨ 仮想 ԟԞԝ の実用化目指すӨ
光通信ネットワークの消費電力削減ӨԡӿӸӻӼӸӻӼӨ

電波新聞Ө

長谷川Ө 剛ӨӽӽӨӾӺӨ

電気伝導の詳細評価Ө 単一コロイド量子ドッ
トӨ 東北工大などӨԡӿӸӻӼӸӻԂӨ

日刊工業新聞Ө大塚Ө 朋廣ӨӾӻӨ

東北工大など、単一コロイド量子ドットで電気伝導の詳細評価ӨԡӿӸӻӼӸӻԂӨ

日刊工業新聞Ө大塚Ө 朋廣ӨӾӼӨ 未来を拓く技術者・研究者・担当者に聞くӨԡԀӸӻӸӻӻӨ

電波新聞Ө

長谷川Ө 剛ӨӾӽӨԒԵՌԱԷՃՂԱՀӨԍՃՄՄԵՆӨԎԺՇԽӨԙԱՈՈԺԳԵӨԤՂՀԵԱՇԸԵՇӨԢՄԺՂӨԦԱՊԵӨԍՃՂՈՆՃՀӨԡԀӸӼӸӻӨԟՆԵՇՇӨՆԵՀԵԱՇԵӨ後藤Ө 太一ӨӾӾӨԒԵՌԱԷՃՂԱՀӨԍՃՄՄԵՆӨԎԺՇԽӨԙԱՈՈԺԳԵӨԏՂԱԲՀԵՇӨԢՄԺՂӨԦԱՊԵӨԍՃՂՈՆՃՀӨԡԀӸӼӸӻӨԚԺՆԱԷԵӨ後藤Ө 太一Ө

504

研

ӨӨ

記Ө 事Ө 名Ө

掲載年月日Ө

出典Ө

関係教員Ө

ӾӿӨ

東北大など、スピン波を反射する構造体「二次元マグノニック結晶」を開発ӨԡԀӸӼӸӻӨԣԵԳԸӨԟՀՉՇӨ後藤Ө 太一ӨӾԀӨ

東北大など、スピン波を反射する構造体「二次元マグノニック結晶」を開発ӨԡԀӸӼӸӻӨԔՂԶՃՇԵԵԽӨ後藤Ө 太一ӨӾԁӨԒԵՌԱԷՃՂԱՀӨԳՃՄՄԵՆӨԴԺՇԽӨՀԱՈՈԺԳԵӨՉՂՀԵԱՇԸԵՇӨՇՄԺՂӨՋԱՊԵӨԳՃՂՈՆՃՀӨԡԀӸӼӸӻӨԢԳԺԵՂՁԱԷӨ後藤Ө 太一ӨӾԂӨԒԵՌԱԷՃՂԱՀӨԳՃՄՄԵՆӨԴԺՇԽӨՀԱՈՈԺԳԵӨՉՂՀԵԱՇԸԵՇӨՇՄԺՂӨՋԱՊԵӨԳՃՂՈՆՃՀӨԡԀӸӼӸӻӨՂԱՂՃՋԵՆԽӨ後藤Ө 太一ӨӾԃӨԒԵՌԱԷՃՂԱՀӨԳՃՄՄԵՆӨԴԺՇԽӨՀԱՈՈԺԳԵӨՉՂՀԵԱՇԸԵՇӨՇՄԺՂӨՋԱՊԵӨԳՃՂՈՆՃՀӨԡԀӸӼӸӻӨԲԺՃԵՂԷԺՂԵԵՆӨ後藤Ө 太一ӨӿӺӨԒԵՌԱԷՃՂԱՀӨԳՃՄՄԵՆӨԴԺՇԽӨՀԱՈՈԺԳԵӨՉՂՀԵԱՇԸԵՇӨՇՄԺՂӨՋԱՊԵӨԳՃՂՈՆՃՀӨԡԀӸӼӸӻӨԟԸՍՇӸՃՆԷӨ後藤Ө 太一ӨӿӻӨ

東北大学ら、スピン波が伝わる方向を自在に制御ӨԡԀӸӼӸӼӨԏԏӨԣԺՁԵՇӨԕԱՄԱՂӨ後藤Ө 太一ӨӿӼӨԎԵՇӨԶՀՃԳՃՂՇӨԴԵӨԳՉԺՊՆԵӨՅՉԺӨՄՃՉՆՆԱԺԵՂՈӨtransformer l’IA ?ӨԡԀӸӼӸӼӨԏՂԵՆՎԺՂԵӨ後藤Ө 太一ӨӿӽӨԒԵՌԱԷՃՂԱՀӨԳՃՄՄԵՆӨԴԺՇԽӨՀԱՈՈԺԳԵӨԵՂԱԲՀԵՇӨՇՄԺՂӨՋԱՊԵӨԳՃՂՈՆՃՀӨԡԀӸӼӸԂӨ

ԵՀԵԳՈՆՃՂԺԳՇՃՂՀԺՂԵӨ後藤Ө 太一ӨӿӾӨ

東北大など、スピン波の伝播方向制御Ө半導体を省電力化ӨԡԀӸӼӸӻӽӨԝԺԽԽԵԺӨԣԵԳԸӨԐՃՆԵՇԺԷԸՈӨ後藤Ө 太一ӨӿӿӨ

スピン波の伝わる方向を制御する二次元マ
グノニック結晶を開発ӨԡԀӸӼӸӻӿӨԚԞԝԞԺՇՈӨ後藤Ө 太一ӨԡԀӸӼӸӻԀӨԔԏԏԏӨԢՄԵԳՈՆՉՁӨ後藤Ө 太一ӨԡԀӸӼӸӼӻӨԣԸԵӨԢԳԺԵՂԳԵӨԣԺՁԵՇӨ後藤Ө 太一ӨԋՂԱՀՃԷӨԍՃՁՄՉՈԵՆՇӨԚԱՍӨԦՃՆԽӨԌԵՈՈԵՆӨԤՇԺՂԷӨԢՄԺՂӨԣԸԱՂӨԙԺԷԸՈӨԢՄԺՂӨӿԀӨՋԱՊԵՇӨՃԶԶԵՆӨԱӨՂԵՋӨԱՄՄՆՃԱԳԸӨՈՃӨ
digital computing’s counterpartӨԢՄԺՂӨԦԱՊԵӨԍՃՁՄՉՈԺՂԷԄӨԝԵՋӨԦԱՊԵԷՉԺԴԵӨԶՃՆӨԙՃԷԺԳӨԑԱՈԵՇӨӿԁӨԏՂԸԱՂԳԵՇӨԟԵՆԶՃՆՁԱՂԳԵӨՃԶӨԋՂԱՀՃԷӨԍՃՁՄՉՈԵՆӨӿԂӨ

トーキン科学技術賞贈呈式Ө
宮城県内の若手研究者に栄誉ӨԡԀӸӽӸӻӻӨ

電波新聞Ө

福原Ө 洸Ө（助教）Ө

ӿԃӨ

受動素子の高性能化を可能とする 2μm の磁性材料、丸嘉工業や東北大などが開発ӨԡԀӸӽӸӼԁӨ

マイナビニュースӨ
テックプラスӨ石山Ө 和志Ө新たな磁性材料を作製ӨԀӺӨ ―パワーエレクトロニクス回路の小型化、Ө
低損失化に寄与ӨԡԀӸӽӸӼԁӨԐԱԲԍՆՃՇՇԏՂԷԺՂԵԵՆӨ石山Ө 和志Өԥԡ 空間で「無限」歩行、狭い部屋でも可能にӨ 東北大学ӨԡԀӸӽӸӼԃӨ

日本経済新聞Ө北村Ө 喜文Ө高嶋Ө 和毅Ө藤田Ө 和之Ө

ԀӻӨ

究

505

研

究

３．科学研究費助成事業採択一覧（令和５年度研究代表者）
研究種目
学術変革領域研究（B)総括班

学術変革領域研究（B)計画研究

基盤研究(S)
基盤研究(A)

基盤研究(B)506

氏名

R5年度交付額 補助金総額
(千円)
(千円)

研究課題名

採択
年度

終了
年度

加納 剛史

2,800

7,000

ヘテロ群知能：多様な細胞の集団動態から切り拓く群
知能システムの革新的設計論

R3

R5

山本 英明

3,500

8,400

脳神経マルチセルラバイオコンピューティングに関する
総括

R3

R5

加納 剛史

19,10033,600ヘテロ群知能の構成論的理解から切り拓くハイアベ
レージなシステムの設計論

R3

R5

山本 英明

7,000

24,500マルチセルラコンピューティングシステムの実細胞再構
成

R3

R5

深見

俊輔

20,800155,500 ノンコリニアスピントロニクス

R1

R5

堀尾 喜彦

6,600

34,300

ブレインモルフィックコンピューティングハードウェア基
盤の構築

R2

R6

尾辻 泰一

4,900

32,400グラフェンディラックプラズモンの時空間対称性操作とそのテラヘルツレーザへの応用

R3

R7

吉田 真人

7,300

32,000

振幅・位相および時間情報を用いた３次元光秘匿通信技術の研究開発

R3

R6

本間 尚文

6,300

31,600

セキュリティハードウェアの形式的設計・検証理論の深
化と展開

R3

R7

羽生 貴弘

10,30032,400IoT応用向け高速かつ超低消費電力でダイ・ハードなロジックLSI基盤技術の開発

R3

R6

坂本 修一

14,00031,860

人間の選択的情報処理に基づく聴空間共有型コミュニ
ケーションプラットホームの実現

R4

R7

石黒 章夫

8,100

32,400

古生物運動制御学：絶滅動物の運動様式の革新的復元方法の創成

R4

R7

平野 愛弓

13,90036,300

膜平行電界の実証とそれに基づく膜タンパク質機能計
測法への展開R5

R7

田中 陽一郎2,000

13,200

大規模神経構造可視化を実現するコンピュテーショナ
ル・ストレージ技術の研究開発

R2

R5

後藤 太一

1,500

13,400位相干渉を用いた多入力スピン波電子融合回路チップ
の開発

R2

R6

山末 耕平

1,800

13,500

走査型非線形誘電率顕微鏡による原子層材料・デバイ
スのナノ・原子スケール物性評価

R2

R5

福原 洸

2,900

13,600動物の前腕ロック機構から切り拓く四脚ロボットの前肢多自由度化

R3

R5

佐藤 昭

2,000

13,700半導体二次元プラズモンの三次元整流効果とその超高感度テラヘルツ電磁波検出への応用

R3

R6

鬼沢 直哉

2,300

13,100

確率的デバイスモデルに基づく量子モンテカルロ計算
ハードウェアプラットフォーム構築

R3

R6

夏井 雅典

2,000

13,100

スピントロニクスベース高性能・省電力・高信頼IoTセンサノードの基盤研究開発

R3

R6

高嶋 和毅

3,900

13,400

自律動作物理デバイス群によるVRユーザの身体支持と高精度インタラクション

R3

R5

横田 信英

2,900

13,600 共振型スピン光インターフェースデバイスの創出

R4

R6

佐藤 茂雄

3,600

13,500エッジ応用に向けた超低消費電力スパイキングニュー
ラルネットワークハードウェア

R4

R6

加納 剛史

1,800

14,200イトミミズの多芸多彩な集団行動から紐解く合目的的
自己組織化現象の発現原理

R5

R8

井上 光輝

7,700

14,700

三次元人工磁気格子を用いたスピンの流れ制御とスピ
ン波集積回路への応用

R5

R7

山本 英明

3,300

14,200高次元ダイナミクスを呈する神経細胞回路の人工再構
成とそのレザバー実装

R5

R8

研

研究種目

基盤研究(C)

氏名

R5年度交付額 補助金総額
(千円)
(千円)

究

研究課題名

採択
年度

終了
年度

阿部 和多加

1,000

2,100

高密度水素・水素化合物における非調和格子振動の解
析手法開発と構造探索への応用

R3

R5

中野 圭介

700

1,600

双方向変換言語のための計算モデルとプログラミング
言語への応用

R3

R6

藤田 和之

1,100

2,100

作業環境の物理的微小動作による姿勢誘導手法の確
立

R3

R5

羽鳥 康裕

1,000

3,200 循環調整を介する視触覚情報統合のメカニズム

R4

R6

長谷川 剛

800

3,500

ネットワーク内制御に基づくインターネット輻輳制御の新たなパラダイムの追求

R5

R7

平野 愛弓

3,600

19,900Lateral biasに基づく革新的膜タンパク質機能解析
場の構築

R2

R5

堀尾 喜彦

1,400

19,800「自分」を持つハードウェア：脳型自律ハードウェアのための動的原自己の実現

R3

R6

平永 良臣

2,000

5,000

マイクロ波エンハンス電気化学歪み顕微鏡の原理解明とイオン伝導体等の評価への展開

R3

R5

横田 信英

2,800

4,900 外部変調器フリー直交振幅変調光源への挑戦

R4

R5

佐藤 茂雄

1,600

4,800 ハイブリッド脳の構成と脳型計算機能の検証

R4

R6

後藤 太一

2,600

5,000 スピン光振動現象を用いたスピン光発振器の開発

R5

R7

本間 尚文

900

4,900

高効率かつ頑健なセキュアアビオニクス設計技術の開
拓

R5

R7

上野 嶺

900

2,300

物理複製困難ハードウェアIDに基づく高安全・高信頼な認証システムの開発

R2

R5

小宮 麻希

400

3,100

新たな膜内電圧制御に基づくイオンチャネル解析プラッ
トフォームの創生

R3

R5

古市 朋之

500

3,300

1ビットディジタルRF受信機における振幅変調を含む
多値変調信号の復調

R5

R7

土肥 昂尭

2,200

3,600

多層薄膜構造を用いた未開拓反強磁性トポロジカル
磁気構造の実現と機能性開拓

R5

R6

守谷 哲

600

2,200

不揮発性メモリと学習機構を有するスパイキングニュー
ラルネットワークシステムの構築

R5

R7

国際共同研究
強化(B)

山本 英明

5,000

15,500

人工神経細胞回路を基盤とする神経変性疾患モデリン
グ技術の開発R4

R7

国際共同研究加速基金（海外連携研究）

石黒 章夫

2,000

16,200

サイボーグ化から解き明かす動物ロコモーションに内在する形態非依存な運動制御原理

R5

R8

金井 駿

3,200

16,200

スピンホールナノオッシレータのアレイ化による狭線幅
RF磁場の生成と応用

R5

R8

丸井 幸博

1,100

2,200

ワイル半金属/強磁性体ナノデバイスにおける磁化反転機構の解明と磁化制御手法の確立

R5

R6

織間 健守

500

1,000

海馬記憶モデルに基づく時空間文脈学習記憶ネット
ワークのハードウェア実装

R5

R6

挑戦的研究（開拓）

挑戦的研究（萌芽）若手研究研究活動スタート
支援※基金分については2023年度請求金額を記載

507

研

究

４．外部資金の受入状況Ө
上段：件Ө
下段：百万円Ө区Ө分Ө
民間等とのӨ
共同研究Ө

令和元年度Ө

令和 Ӽ 年度Ө

令和 ӽ 年度Ө

令和 Ӿ 年度Ө

令和 ӿ 年度Ө

件数Ө

ӾӻӨ

ӾԀӨ

ӿӺӨ

ӿӾӨ

ӿԁӨ

金額Ө

ԂӺӨ

ӻԂӿӨ

ӻӾӽӨ

ӻӿӿӨ

ӻӾӻӨ

件数Ө

ӼӾӨ

ӼӻӨ

ӼӽӨ

ӼԁӨ

ӼԃӨ

金額Ө

ӼӻԂӨ

ӼԁӾӨ

ӾԃӽӨ

ӻӶӺԂԁӨ

ӻӶӾԃӼӨ

件数Ө

ӻԃӨ

ӻԀӨ

ӽӺӨ

ӼӼӨ Ө

ӻԁӨ Ө

金額Ө

ӾӼӨ

ӼԁӨ

ӿԁӨ

ӽӺӨ Ө

ӽԁӨ Ө

受託研究Ө

奨学寄付金Ө

ӨӨ

５．受賞・表彰件数Ө
Ө
令和元年度Ө

令和 Ӽ 年度Ө

令和 ӽ 年度Ө

令和 Ӿ 年度Ө

令和 ӿ 年度Ө

叙勲・受賞・表彰Ө
ӾԃӨ

ӾӽӨ

ӾӼӨ

ӾӺӨ

ӽӽӨ

Ө
Ө

６．受賞・表彰者一覧Ө
ӨӨ

団体名・賞名Ө

氏名Ө

所属Ө

業Ө 績Ө

受賞日Ө

ӻӨ

文部科学省・Ө
令和 ӿ 年度科学技術分野の文部科学大臣表彰Ө
「若手研究者賞」Ө

金井Ө 駿Ө

スピントロ二クスӨ「スピンダイナミクス新概念素子応用に関する研究」ӨԡӿӸӾӸԁӨ
（報道発表）Ө

ӼӨ

文部科学省・Ө
令和 ӿ 年度科学技術分野の文部科学大臣表彰Ө
「若手研究者賞」Ө

金田Ө 文寛ӨӨ

量子光情報工学Ө
（理学研究科・ԡӿӸӾ～）Ө

「量子技術実現へ向けた光子の発生と測定の研究」ӨԡӿӸӾӸԁӨ
（報道発表）Ө

ӽӨ

一般社団法人電子情報通信学会・Ө
集積回路研究会ӨӼӺӼӼ 年度若手研究会ポスター奨励賞Ө

酒井Ө 楓Ө

新概念 ԥԙԢԔ システムӨ

ポスター発表題目：Ө
「書込みエラー特性に基づく Ԛԣԕ ベース不揮発レジスタの制御部最適化に関する一検討」Ө

ԡӿӸӿӸӻӺӨӾӨ

一般社団法人電子情報通信学会・Ө
集積回路研究会ӨӼӺӼӼ 年度若手研究会ポスター奨励賞Ө

浅野Ө 健Ө

新概念 ԥԙԢԔ システムӨ

ポスター発表題目：Ө
「Ԛԣԕ ベース量子化ニューラルネット
ワークハードウェアの書込みエネルギ
ー削減手法に関する研究」Ө

ԡӿӸӿӸӻӺӨӿӨ

東北大学・Ө
令和 ӿ 年度第 ӻ 回プロミネントリサー
チフェローӨ

上野Ө 嶺Ө

環境調和型セキ
ュア情報システムӨ

研究テーマ：Ө
「次世代暗号の実装技術」Ө

ԡӿӸԁӸӻӨԀӨ

第 ӽӻ 回運動学習研究会・Ө
若手研究発表賞Ө
「門田浩二賞」Ө

山地Ө 聡史Ө実世界コンピューティングӨ

講演題目：Ө
「ԌՉՁՄԵՆӷԲԱՀՀ ゲームから紐解く「駆け引き」のメカニズム」Ө

ԡӿӸԂӸԃӨ

508

研

Ө

団体名・賞名Ө

氏名Ө

所属Ө

業Ө 績Ө

受賞日Ө

ԁӨ

ԋՁԵՆԺԳԱՂӨԍԸԵՁԺԳԱՀӨԢՃԳԺԵՈՍӨӲԋԍԢӴӨ・ӨӨՃՆԱՀӨՄՆԵՇԵՂՈԱՈԺՃՂӨՄՆԺՎԵӨӲԋԍԢӨԐԱՀՀӨӼӺӼӽӴӨ

陰山Ө 弘典Ө

ナノ・バイオӨ
融合分子デバイスӨ

ԡӿӸԂӸӼӿӨԂӨӻӺՈԸӨԔՂՈԵՆՂԱՈԺՃՂԱՀӨԢՍՁՄՃՇԺՉՁӨՃՂӨԣԵՆԱԸԵՆՈՎӷԡԵՀԱՈԵԴӨԎԵՊԺԳԵՇӨԱՂԴӨԣԵԳԸՂՃՀՃԷԺԵՇӨӲԣԵՆԱԣԵԳԸӨӼӺӼӽӴ・ӨԣԸԵӨԌԵՇՈӨԢՈՉԴԵՂՈӨԟԱՄԵՆӨԋՋԱՆԴӨ渡邊Ө 光貴Ө超ブロードバンド
信号処理Ө

ԃӨ

一般社団法人電子情報通信学会・ӨӼӺӼӽ 年度Ӳ令和 ӿ 年度ӴӨӨ
第 ӽӼ 回電子情報通信学会Ө
エレクトロニクスソサイエティӨ
学生奨励賞Ө

本間Ө 優作Ө

先端ワイヤレス通信技術Ө

発表題目：Ө
「ԍՃՂՇՈՆՉԳՈԺՃՂӨՃԶӨԱӨՂՃՊԵՀӨԵՊԱՀՉԱՈԺՃՂӨՇՍՇՈԵՁӨԶՃՆӨՇՄԵԳԺԶԺԳӨԳԱՄԱԳԺՈԱՂԳԵӨՃԶӨԱՆՈԺԶԺԳԺԱՀӨԲԺՀԱՍԵՆӨՀԺՄԺԴӨՁԵՁԲՆԱՂԵՇ」Ө
発表論文：Ө
「ԞՄՈԺԳԱՀӷՈՃӷԚԚԦӹԣԒՎӨԍԱՆՆԺԵՆӨԐՆԵՅՉԵՂԳՍӨԎՃՋՂӷԍՃՂՊԵՆՇԺՃՂӨԲՍӨԤԣԍӷԟԎӷԔՂՈԵԷՆԱՈԵԴӨԒԏԚԣԄӨԞՄՈԺՁԺՎԱՈԺՃՂӨՃԶӨԤԣԍӷԟԎӨԚԵՇԱӨԢԸԱՄԵӨԱՂԴӨԢԺՎԵ」Ө
発表論文：Ө
「ӿԑԒՎ 帯 2×2 反射型レトロディレ
クティブアレーの二次元再放射パターンの測定」Ө

ӻӺӨ

一般社団法人日本ロボット学会・Ө
第 ӻӻ 回 ԋԴՊԱՂԳԵԴӨԡՃԲՃՈԺԳՇӨԌԵՇՈӨԟԱՄԵՆӨԋՋԱՆԴӨ福原Ө 洸Ө

実世界コンピューティングӨ

発表論文：Ө
「ԍՃՁՄԱՆԱՈԺՊԵӨԱՂԱՈՃՁՍӨՃԶӨՅՉԱԴՆՉՄԵԴӨՆՃԲՃՈՇӨԱՂԴӨԱՂԺՁԱՀՇԄӨԱӨՆԵՊԺԵՋ」Ө

ԡӿӸԃӸӻӽӨӻӻӨ

一般社団法人日本ロボット学会・Ө
第 Ӿ 回優秀研究・技術賞Ө

服部Ө 祥英Ө

実世界コンピューティングӨ

講演題目：Ө
「四脚動物の筋筋膜経線に着想を得た脚ӷ体幹連動機構の提案」Ө

ԡӿӸԃӸӻӽӨӻӼӨ

一般社団法人日本音響学会・Ө
第 ӻӾԃ 回（ӼӺӼӽ 年）春季研究発表会Ө
学生優秀発表賞Ө

阿部Ө 翔太Ө先端音情報システムӨ

講演題目：Ө
「映像音響コンテンツの特徴量から合成した全身振動情報が臨場感と迫真性に与える影響」Ө

ԡӿӸԃӸӼԁӨӻӽӨ

一般社団法人Ө日本音響学会東北支部・Ө
日本音響学会東北支部Ө
若手研究者優秀論文賞Ө

北村Ө 航太Ө先端音情報システムӨ

優秀論文：Ө
「距離変換フィルタによる近距離頭部
伝達関数合成時のバイノーラル情報の精度検証」Ө

ԡӿӸԃӸӼԃӨӻӾӨԔՂՇՈԺՈՉՈԵӨՃԶӨԏՀԵԳՈՆԺԳԱՀӨԱՂԴӨԏՀԵԳՈՆՃՂԺԳՇӨԏՂԷԺՂԵԵՆՇ（Ԕԏԏԏ）・ӨӼӺӼӽ 年 Ԕԏԏԏ マイルストーンӨ

岩崎Ө 俊一Ө

（特別栄誉教授）Ө

受賞タイトル：Ө「垂直磁気記録、ӻԃԁԁ 年」Ө

ԡӿӸӻӺӸӽӨӻӿӨ

一般財団法人Ө石田實記念財団・ӨӼӺӼӽ 年度石田實記念財団研究奨励賞特別賞（石田實賞）Ө

佐藤Ө 昭Ө

超ブロードバンド
信号処理Ө

研究テーマ：Ө
「半導体二次元プラズモンを活用した
光無線融合型新原理超ブロードバン
ド信号処理デバイスの研究実用化」Ө

ԡӿӸӻӺӸӼԁӨӻԀӨ

一般財団法人Ө石田實記念財団・ӨӼӺӼӽ 年度石田實記念財団研究奨励賞Ө

平永Ө 良臣Ө

誘電ナノデバイスӨ

研究テーマ：Ө
「強誘電体ナノスケール物性評価および強誘電体を用いた情報ストレージに関する研究」Ө

ԡӿӸӻӺӸӼԁӨӻԁӨ

公益社団法人Ө応用物理学会・Ө
第 ӿӿ 回（ӼӺӼӽ 年秋季）Ө
応用物理学会講演奨励賞Ө

内村Ө 友宏Ө

スピントロニクスӨԡӿӸӻӻӸӻԀӨӻԂӨ

東北大学材料科学世界トップレベル研
究拠点・ӨӼӺӼӽ 年度東北大学スピントロニクスӨ
世界トップレベル研究拠点賞Ө

金井Ө 駿Ө

スピントロニクスӨӻԃӨ

日本ソフトウェア科学会Ө
第 ӽӻ 回インタラクティブシステムとソフトウェアに関するワークショップӨӲԦԔԢԢӨӼӺӼӽӴ・Ө
対話発表賞Ө

小川Ө 郡平Ө藤田Ө 和之Ө高嶋Ө 和毅Ө北村Ө 喜文Ө

インタラクティブコ
ンテンツӨ

講演題目：Ө
「ԔՂՈԵՆԶԱԳԺԱՀӨԎՎՍԱՀՃՇԸԺՂՇԽԺԺӷԚՃՆԺՍԱӨԺՂՈԵՆԱԳՈԺՃՂӨԺՂӨԱӨՂՃՂӷԳՃՀՀԺՂԵԱՆӨԱՂՈԺԶԵՆՆՃՁԱԷՂԵՈӹԸԵԱՊՍӨՁԵՈԱՀӨԸԵՈԵՆՃՇՈՆՉԳՈՉՆԵ」Ө
研究成果：Ө
「ԔՂՊԵՇՈԺԷԱՈԺՃՂӨՃԶӨՄՆՃԲԱԲԺՀԺՇՈԺԳӨԱՂԴӨՅՉԱՂՈՉՁӨՇՄԺՂӨԴՍՂԱՁԺԳՇӨԶՃՆӨՉՂԳՃՂՊԵՂՈԺՃՂԱՀӨԵՀԵԳՈՆՃՂԺԳՇ」Ө
受賞研究：Ө
「ハンドリダイレクションを用いた広範
囲のキャンバスへの ԥԡ ドローイング
体験」Ө

究ԡӿӸԃӸԁӨ

ԡӿӸԃӸӻӼӨԡӿӸӻӻӸӼԂӨԡӿӸӻӼӸӻӨ

509

研

Ө

究

団体名・賞名Ө

氏名Ө

所属Ө

業Ө 績Ө

受賞日Ө

ӼӺӨ

ԣԸԵӨԁՈԸӨԢՍՁՄՃՇԺՉՁӨԶՃՆӨՈԸԵӨԍՃՆԵӨԡԵՇԵԱՆԳԸӨԍՀՉՇՈԵՆՇӨԶՃՆӨԚԱՈԵՆԺԱՀՇӨԢԳԺԵՂԳԵӨԱՂԴӨԢՄԺՂՈՆՃՂԺԳՇ・ӨԌԵՇՈӨԟՃՇՈԵՆӨԋՋԱՆԴՇӨ金子Ө 遥南Ө

スピントロニクスӨ

受賞研究：Ө
「ԣԵՁՄԵՆԱՈՉՆԵӨԱՂԴӨԴԺԱՁԵՈԵՆӨԴԵՄԵՂԴԵՂԳԵӨՃԶӨՈԸԵӨՇՈՃԳԸԱՇՈԺԳӨՇՋԺՈԳԸԺՂԷӨՃԶӨՇՉՄԵՆՄԱՆԱՁԱԷՂԵՈԺԳӨՈՉՂՂԵՀӨԻՉՂԳՈԺՃՂՇ」Ө

ԡӿӸӻӼӸӿӨӼӻӨԔԏԏԏ（ԣԸԵӨԔՂՇՈԺՈՉՈԵӨՃԶӨԏՀԵԳՈՆԺԳԱՀӨԱՂԴӨԏՀԵԳՈՆՃՂԺԳՇӨԏՂԷԺՂԵԵՆՇӶӨԔՂԳӸ）・ӨԔԏԏԏ フェローӨ田中Ө 陽一郎Ө 情報ストレージシ
ステムӨ

業績貢献：Ө
「ディスク装置むけ垂直磁気記録テクノロジーに対する貢献」Ө

ԡԀӸӻӸӻӨӼӼӨԔԏԏԏ（ԣԸԵӨԔՂՇՈԺՈՉՈԵӨՃԶӨԏՀԵԳՈՆԺԳԱՀӨԱՂԴӨԏՀԵԳՈՆՃՂԺԳՇӨԏՂԷԺՂԵԵՆՇӶӨԔՂԳӸ）・ӨԔԏԏԏ フェローӨ遠藤Ө 哲郎ӨԍԔԏԢӨ

業績貢献：Ө
「不揮発性メモリーとスピントロニクス
ロジックに関する貢献」Ө

ԡԀӸӻӸӻӨӼӽӨ

公益社団法人Ө日本磁気学会・Ө
第 Ӿԁ 回学術講演会学生講演賞Ө

千田Ө 健太Ө

生体電磁情報Ө

成果発表：Ө
「直交フラックスゲート型歪センサの特性評価」Ө

ԡԀӸӻӸӻԂӨӼӾӨ

公益社団法人Ө日本磁気学会・Ө
第 Ӿԁ 回学術講演会学生講演賞Ө

上倉Ө 拓郎Ө

生体電磁情報Ө

成果発表：Ө
「複合アモルファスを用いた振動発電」Ө

ԡԀӸӻӸӻԂӨӼӿӨԣԸԵӨӻӺՈԸӨԋՂՂԺՊԵՆՇԱՆՍӨԗՃՆԵԱӷԕԱՄԱՂӨԕՃԺՂՈӨԦՃՆԽՇԸՃՄӨՃՂӨԍՃՁՄՀԵՌӨԍՃՁՁՉՂԺԳԱՈԺՃՂӨԢԳԺԵՂԳԵՇ・ӨԌԵՇՈӨԢՈՉԴԵՂՈӨԟԱՄԵՆӨԋՋԱՆԴӨ石井Ө 豪Ө
堀尾Ө 喜彦Ө織間Ө 健守Ө

ソフトコンピューテ
ィング集積システムӨԡԀӸӻӸӽӺӨӼԀӨ

東北大学・Ө
令和 ӿ 年度プロミネントリサーチフェローӨ

但木Ө 大介Өナノ・バイオӨ
融合分子デバイスӨ

発表論文：Ө
「ԏԶԶԵԳՈӨՃԶӨՁԵՁՃՆՍӨԳԱՄԱԳԺՈՍӨԳԸԱՆԱԳՈԵՆԺՇՈԺԳՇӨՃՂӨՈԺՁԵӷՇԵՆԺԵՇӨՄՆԵԴԺԳՈԺՃՂӨԺՂӨՆԵՇԵՆՊՃԺՆӨՂԵՉՆԱՀӨՂԵՈՋՃՆԽӨԳՃՂՇԺՇՈԺՂԷӨՃԶӨՂԵՉՆՃՂՇӨՋԺՈԸӨՀՃԳԱՀӨՈԵՁՄՃՆԱՀӨԸԺՇՈՃՆ」Ө
研究テーマ：Ө
「微細加工に基づくセンサデバイスの
創成」Ө

ӼԁӨ

公益社団法人ӨӨ
トーキン科学技術振興財団・Ө第 ӽӾ 回（令和 ӿ 年度）Өトーキン科学技術賞Ө

福原Ө 洸Ө

実世界コンピューティングӨ

研究テーマ：Ө
「包括的生物模倣ロボットの開発に基づく四脚動物の運動制御・形態機能の理解」Ө

ԡԀӸӼӸӻӨ（通知日）Ө

ӼԂӨ

公益社団法人Ө計測自動制御学会Ө
システム・情報部門自律分散システム
部会・Ө
第 ӽԀ 回自律分散システム・シンポジウムӨ
萌芽研究部門Ө最優秀研究奨励賞Ө

村山Ө 志揮Ө

実世界コンピューティングӨ

講演題目：Ө
「体幹姿勢とヒレ間相互作用を考慮した首長竜の遊泳様式復元に関する一考察」Ө

ԡԀӸӼӸӻԂӨӼԃӨ

一般社団法人Ө電子情報通信学会・Ө
学術奨励賞Ө

白幡Ө 晃一Ө

超高速光通信Ө

受賞論文：Ө
「ӼԂӨԑԒՎ 帯マイクロストリップアレイ
アンテナを用いた ӻԀӨԑԲԺՈՇӷӼӿԀӨԠԋԚӨ信号の ԢԚԐӻӺӨԽՁ、無線 ӻӺӨՁ フルコヒーレント伝送」Ө

ԡԀӸӽӸӿӨӽӺӨ

一般社団法人Ө日本音響学会東北支部・Ө
令和 Ԁ 年東北地区若手研究者発表会Ө
優秀発表賞Ө

松岡Ө 広泰Ө

先端音情報システムӨ

受賞論文：Ө
「深層学習による音イベント定位・検出モデルを用いた正中面音像定位手がかりの検討」Ө

ԡԀӸӽӸӻӼӨӽӻӨԔԏԏԏӨԍՃՁՄՉՈԵՆӨԢՃԳԺՆՈՍ・ӨԔԏԏԏӨԥԑԣԍӲԥԺՇՉԱՀԺՎԱՈԺՃՂӨԱՂԴӨԑՆԱՄԸԺԳՇӨԣԵԳԸՂԺԳԱՀӨԍՃՁՁՉՂԺՈՍӴӨԥԺՆՈՉԱՀӨԡԵԱՀԺՈՍӨԋԳԱԴԵՁՍ 会員Ө

北村Ө 喜文Ө

インタラクティブコ
ンテンツӨԐՃՆӨԶՉՂԴԱՁԵՂՈԱՀӨԳՃՂՈՆԺԲՉՈԺՃՂՇӨՈՃӨӽԎӨՉՇԵՆӨԺՂՈԵՆԶԱԳԵՇӨԱՂԴӨՈԱՂԷԺԲՀԵӨՉՇԵՆӨԺՂՈԵՆԶԱԳԵՇӨԶՃՆӨՊԺՆՈՉԱՀӨՆԵԱՀԺՈՍӨԡԀӸӽӸӻԂӨ510

ԡԀӸӼӸӻӨ研Ө

団体名・賞名Ө

究

氏名Ө

所属Ө

業Ө 績Ө

受賞日Ө

ӽӼӨ 一般社団法人Ө日本音響学会東北支部・Ө
令和 Ԁ 年東北地区若手研究者発表会Ө
若手研究者優秀論文賞Ө

森田Ө 爽Ө

先端音情報システムӨ

受賞論文：Ө
「音像距離知覚要因に着目した聴覚的注意の空間特性に関する一検討」Ө

ԡԀӸӽӸӼӽӨӽӽӨӨ

尹Ө 注鍈Ө

スピントロニクスӨ

論文題目：Ө
「ノンコリニア反強磁性ヘテロ構造の電気的制御に関する研究」Ө

ԡԀӸӽӸӼӿӨ

東北大学大学院工学研究科・Ө
令和 ӿ 年度工学研究科長賞Ө

ӨӨ

７．発表論文数Ө Ө ӨӨ
区Ө 分Ө

令和元年度Ө

令和２年度Ө

令和３年度Ө

令和４年度Ө

令和５年度Ө

英文Ө

ӻӼԃӨ

ӿԁԃӨ

ӻӼӺӨ

ӻӺӿӨ

ӻӻӻӨ

和文Ө

ӿӨ

ӻԁӨ

ԂӨ

ԃӨ

ӾӨ

計Ө

ӻӽӾӨ

ӻԁӾӨ

ӻӼԂӨ

ӻӻӾӨ

ӻӻӿӨ

査読付国際会議Ө

ӼԀԁӨ

ӻӽԀӨ

ӻԂӾӨ

ӻԁӼӨ

ӻӽӺӨ

解説・総説Ө

ӻԀӨ

ӻӿӨ

ӻӻӨ

ӻӿӨ

ԂӨ

査読無国際会議、Ө
査読無国内研究会・講演
会Ө

ӽӻӾӨ

ӼԃԂӨ

ӽӼԃӨ

ӽӺӽӨ

ӽԀӿӨ

査読付学術Ө
論文Ө

Ө
Ө

511

共同プロジェクト研究第 ӿӨ 共 同プロジェクト研 究 ӨӨӨ

１． 共 同プロジェクト研究 件数 Ө

共同プロジェクト研究件数

単位：件




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

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令和元年度

令和年度

令和年度

令和年度



区分Ａ

区分Ｂ

区分Ｓ

区分7



令和年度
合

計

Ө

Ө
Ө
多 様 な共 同 プロジェクト研 究 のさらなる発 展 を推 進 すべく、研 究 区 分 に加 え、以 下 Ԁ つの研 究 タイプを設 けている。Ө
Ө【 令 和 ӿ 年 度 タイプ別 採 択 件 数 】 （ タイプは複 数 選 択 可 ） Ө
Ө
大 型 プロジェクト提 案 型 ： Ԁ 件 Ө
若手研究者対象型：Ԁ 件Ө
萌 芽 的 研 究 支 援 型 ： Ӿӿ 件 Ө
先 端 的 研 究 推 進 型 ： ӿԀ 件 Ө
国 際 共 同 研 究 推 進 型 ： ӽԂ 件 Ө
産 学 共 同 研 究 推 進 型 ： ӻӺ 件 Ө
その他 ： ӻ 件 Ө

512

共同プロジェクト研究２． 共 同プロジェクト研究 者数 Ө

共同プロジェクト研究

参加研究者数




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令和元年度

令和年度

令和年度

令和年度

令和年度




区分$

区分%

区分6

区分7

Ө
Ө
Ө

３． 共 同プロジェクト研究 予算 額 Ө
共同プロジェクト研究予算額一覧
Ө

単位：千円
60,00055,155
Ө

50,41851,25950,00040,00044,36537,52737,527

Ө

44,86537,52730,24330,24330,00017,62820,00012,891

13,732

令和元年度

令和2年度

14,122

14,622

令和3年度

令和4年度

令和5年度

拠点経費

合

10,000
0
所内予算

計

Ө
Ө

513

共同プロジェクト研究Ө

４． 共 同プロジェクト研究から発 展したプロジェクトӨ
課題名Ө

財源Ө

研 究 期 間 、代 表 等 Ө 概 要 Ө

１ ӸӨ スピンエッジコ 科 学 技 術 振 興 機
ンピューティング 構 （ ԕԢԣ） Ө
ハードウェア基 盤 Ө 戦 略 的 創 造 研 究Ө
推進事業（ ԍԡԏԢԣ） Ө
チーム型 研 究 ӨԒӽӺӷԡԀӨ 年 度 ӨԢՃԳԺԵՈՍӿӸӺ の実 現 に向 けて、エッジコンピューティ
佐 藤 茂 雄 Ӷ深 見 俊 ングシステムに求 められる低 消 費 電 力 性 や常 時 学輔 Ӷ羽 生 貴 弘 Ө
習 機 能 などの要 件 を満 たすために、不 揮 発 アナログ
東 北 大 学 Ӷ弘 前 大 記 憶 機 能 や豊 富 なダイナミクスを有 するスピントロニ
Ө 大 限 に活 用 しうるアナ・学 Ӷ会 津 大 学 Ӷ群 馬 クスデバイスと、それらを最大 学 Ӷ国 立 情 報 学 デジ ԍԚԞԢ 集 積 回 路 や最 適 化 アーキテクチャを追研究所Ө
究 し、それらの原 理 実 証 により、社 会 実 装 に向 けた
道 筋 を明 らかにする。ӲԒӼԃӹԌӻԁӶӨԒӽӺӹԋӼӺӴӨ

２ ӸӨ 耐 量 子 計 算
機性秘匿計算に基 づくセキュア情報処理基盤Ө

ԡӻӷԡԀ 年 度 Ө
本 研 究 開 発 では， サイバー攻 撃 ・ 物 理 攻 撃 ・ 量 子 計
本 間 尚 文 Ӷ上 野 嶺 Ө 算 機 に耐 性 をもつ安 全 な情 報 処 理 基 盤 技 術 を開 発
東 北 大 学 Ӷ奈 良 先 する。本 研 究 は、共 同 プロジェクト研 究 「 先 端 的 ハー
端 科 学 技 術 大 学 ドウェアセキュリティ技 術 に関 する研 究 」 から発 展 し
院 大 学 Ӷ大 阪 大 学 Ө た。ӲԒӼԃӹԌӻԂӴӨ

科学技術振興機構 （ ԕԢԣ） Ө
戦略的創造研究推進事業（ ԍԡԏԢԣ） Ө
チーム型 研 究 等 Ө
３ ӸӨ ブレインモルフ 科 学 研 究 費 助 成ィックコンピューテ 事 業 Өィングハードウェア 基 盤 研 究 ӲԋӴӨ基 盤 の構 築 ӨԡӼӷԡԀ 年 度 Ө
新 たな計 算 の枠 組 みとしてブレインモルフィックコン
堀 尾 喜 彦 Ӷ池 口 徹 Ӷ ピューティングを創 生 し、これを高 効 率 ・ 高 性 能 なハ
藤 原 寛 太 郎 Ӷ島 田 ードウェアとして実 現 するための基 盤 を構 築 する。こ裕 Ӷ加 藤 秀 行 Өのため、脳 の生 物 物 理 を、デバイス物 理 とダイナミク
東 北 大 学 Ӷ東 京 理 スを直 接 利 用 することによりボトムアップ的 に再 構 成
科 大 学 Ӷ東 京 大 学 Ӷ する。この際 、脳 の基 本 的 な構 造 である階 層 的 フィ
埼玉大学Өードバックを伴 う双 方 向 入 れ子 構 造 を脳 型 アーキテ
大分大学Ө
クチャとして構 築 し、脳に特 異 的 な情 報 処 理 様 式 ・機 能 を創 発 させる。さらに、ハードウェア試 作 により
提 案 基 盤 の検 証 ・ 解 析 を行 い、新 たな計 算 原 理 の探 求 に挑 戦 する。（ ԒӼԃӹԋӼӻ） Ө⒋ӸӨ 単 原 子 長 ゲ 情 報 通 信 研 究 機 ԡӾӷԡԀ 年 度 Ө
本 研 究 開 発 では、ゲート長 を単 原 子 一 個 分 の極 限ートによる低 環 境 構 （ ԝԔԍԣӴӨ
吹留博一Ө 他Өまで短 縮 化 したトランジスタを創 出 する。これにより、
負 荷 物 質 から成 ԌԵՍՃՂԴӨӿԑ 研 東 北 大 学 Ӷ産 業 技 低 環 境 負 荷 物 質 のみを用 いて、既 存 の ԣԒՎ 帯 でる高 出 力 ԣԒՎ 帯 究 開 発 促 進 事 業 Ө 術 総 合 研 究 所 Ӷ東 動 作 する増 幅 器 を凌 駕 するデバイスが実 現 される。
増 幅 器 の創 出 Ө
京 大 学 Ӷ筑 波 大 学 Ӷ ӲԡӺӽӹԋӼӿӴӨ広島大学Ө
５ ӸӨӼԎ 材 料 ・科 学 技 術 振 興 機 ԡӾӷԡӻӾ 年 度 Ө
本 研 究 開 発 では、二 次 元 材 料 を用 いたデバイスのԍԚԞԢ デバイス 構 （ ԕԢԣ） 未 来 社 吹 留 博 一 Ө 他 Ө
創 出 のみならずそれらのデバイスの集 積 化 技 術 を構
集 積 化 技 術 の開 会 創 造 事 業 Ө
東 北 大 学 Ӷ産 業 技 築 する。本 技 術 は次 々世 代 の論 理 集 積 回 路 に資 す発Ө術 総 合 研 究 所 Ӷ東 るものとなる。なお、本 事 業 において、吹 留 は主 たる
京 大 学 Ӷ筑 波 大 学 Ӷ 分 担 者 を務 めている。ӲԡӺӽӹԋӼӿӴӨ広島大学Ө
６ ӸӨ スピントロニク 科 学 技 術 振 興 機 ԡӿӷԡԃ 年 度 Ө
神 経 変 性 疾 患 の多 くは， 神 経 回 路 網 の機 能 異 常 とス確 率 論 的 コンピ 構 （ ԕԢԣ） Ө
してその病 態 を理 解 する必 要 がある． 研 究 代 表 者 ら
深見俊輔Ө
ュータの大 規 模 化 世 界 のトップ研 究 東 北 大 学 Өはこれまでに， 生 体 の脳 神 経 系 に近 いネットワーク構に向けた材 料 ・ 素 者 ネットワーク参造 をもった神 経 細 胞 回 路 （ 「 人 工 神 経 細 胞 回 路 」 ）子 ・ 回 路 ・ アルゴリ 画 のための国 際を構 築 するための微 細 加 工 技 術 を開 発 し， 神 経 回
ズム融 合 研 究 Ө
研 究 協 力 プログラ
路 網 の基 礎 研 究 における有 用 性 を示 してきた． 本 計ムӨ
画 では， 培 養 細 胞 を用 いた疾 患 モデリングで世 界 最高 水 準 の技 術 を保 有 するバルセロナ大 学 ԕՃՆԴԺӨԢՃՆԺԱՂՃ 准 教 授 との国 際 共 同 研 究 を通 じて， 人 工
神 経 細 胞 回 路 の技 術 を神 経 変 性 疾 患 のモデリング
そして機 能 動 態 解 析 へと展 開 する． （ ԡӺӼӹԋӺӼ） Ө514

共同プロジェクト研究

課題名Ө

財源Ө

研 究 期 間 、代 表 等 Ө 概 要 Ө

７ ӸӨ 人 工 神 経 細
胞 回 路 を基 盤 とする神 経 変 性 疾
患 モデリング技 術の開 発 Ө

科学研究費助成事業Ө
国際共同研究強化 ӲԌӴӨ

ԡӾӷԡԁ 年 度 Ө
山 本 英 明 Ӷ佐 藤 茂
雄Ө
東北大学Ө

神 経 変 性 疾 患 の多 くは， 神 経 回 路 網 の機 能 異 常 としてその病 態 を理 解 する必 要 がある． 研 究 代 表 者 らはこれまでに， 生 体 の脳 神 経 系 に近 いネットワーク構造 をもった神 経 細 胞 回 路 （ 「 人 工 神 経 細 胞 回 路 」 ）を構 築 するための微 細 加 工 技 術 を開 発 し， 神 経 回
路 網 の基 礎 研 究 における有 用 性 を示 してきた． 本 計
画 では， 培 養 細 胞 を用 いた疾 患 モデリングで世 界 最高 水 準 の技 術 を保 有 するバルセロナ大 学 ԕՃՆԴԺӨԢՃՆԺԱՂՃ 准 教 授 との国 際 共 同 研 究 を通 じて， 人 工
神 経 細 胞 回 路 の技 術 を神 経 変 性 疾 患 のモデリング
そして機 能 動 態 解 析 へと展 開 する． （ ԡӺӼӹԋӺӼ） Ө

８ ӸӨԌԵՍՃՂԴӨӿԑӨ 情 報 通 信 研 究 機 ԡӾӷԡԂ 年 度 Ө
本 研 究 開 発 では、ԠӹԥӨ 帯 を用 いる衛 星 通 信 に対 し
宇 宙 ネットワーク 構 （ ԝԔԍԣӴӨ
末松憲治Ө
て、高 機 能 なデジタルビームフォーミング送 受 信 シス
向 け未 利 用 周 波 革 新 的 情 報 通 信 東 北 大 学 Ө
テムの実 現 をめざす。本 研 究 は、共 同 プロジェクト研
数 帯 活 用 型 の無 技 術 （ ԌԵՍՃՂԴӨ究 「 超 ӻӺӺԑԒՎ 帯 光 ファイバ給 電ダイレクトディジ
線 通 信 技 術 の研 ӿԑӲԀԑӴ） 基 金 事タル ԡԐ 送 受 信 機 の研 究 」 ӲԡӼӷԡӽ 年 度 Ӵから発 展
究Ө業Өした。（ ԡӺӼӹԋӻӿ） Ө
開発Ө
９ ӸӨ グラフェンディ 科 学 研 究 費 助 成 ԡӽӷԡԁ 年 度 Ө
本 研 究 は， グラフェンディラックプラズモンのパリティ
ラックプラズモンの 事 業 Ө
尾 辻 泰 一 Ӷ佐 藤 昭 Ӷ （ 空 間 幾 何 学 的 ） 対 称 性 と時 間 反 転 対 称 性 を能 動
時 空 間 対 称 性 操 基 盤 研 究 （ ԋ） Ө
吹留博一Ө的 に制 御 することによって未 踏 ԣԒՎ 周 波 数 帯 で室作 とそのテラヘル
東 北 大 学 Ӷ会 津 大 温 動 作 する高 強 度 ・ 超 高 速 変 調 型 グラフェンレーザ
ツレーザへの応 用 Ө
学 Ӷ神 奈 川 工 業 大 トランジスタの実 現に挑 む。共 同 プロジェクト研 究学Ө（ 国 際 型 ） ԒӽӻӹԋӺӻ から発 展 した。Ө１ӺӸӨ マルチセルラ 科 学 研 究 費 助 成 ԡӽӷԡӿ 年 度 Ө
本 研 究 では、多 細 胞 ネットワークを物 質 的 基 盤 とし神 経ダイナミクス 事 業 Ө
香 取 勇 一 Ӷ松 井 鉄 て高 度な情 報 処 理 を実 現 する作 動 原 理 を数 理 モデのデータ解 析 基 学 術 変 革 領 域 研 平 Ӷ正 水 芳 人 Өルとして記 述 する新 たな学 理 体 系 の創 成 を目 指 す。
盤 と情 報 処 理 モ 究 ӲԌӴӨ公 立 はこだて未 来 本 研 究 は、共 同 プロジェクト研 究 「 ミニマルブレイン
デルӨԋӺӻ 情 報 数 理 班 Ө 大 学 Ӷ同 志 社 大 学 Ө の理 解 と再 構 築 」 （ ԡӺӼӷԡӺӾ 年 度 ） （ ԡӺӼӹԋӼӺ）および「 ①Ө 人 工 神 経 回 路 網 の機 能 表 現 の解 析 とモ
デル化 」 ӲԡӺӼӷԡӺӾ 年 度 Ӵ（ ԡӺӼӹԋӺӼ） から発 展した。Ө

１ ӻӸӨ バイオコンピューティングシス
テムの実 細 胞 再構成Ө

科学研究費助成
事業学術変革領域 研 究 （ ԌӴԋӺӼ
生体工学班Ө

１ӼӸӨ 人 間 の選 択 科 学 研 究 費 助 成
的 情 報 処 理 に基 事 業 Өづく聴 空 間 共 有 基 盤 研 究 ӲԋӴӨ型 コミュニケーションプラットホームの実 現 Ө

ԡӽӷԡӿ 年 度 Ө
山 本 英 明 Ӷ佐 藤 茂
雄 Ӷ平 野 愛 弓 ӶӨԕՃՆԴԺӨԢՃՆԺԱՂՃӶ香 取 勇 一 Ӷ谷 井 孝至Ө
東 北 大 学 Ӷ早 稲 田
大学Ө

生 物 の脳 が、多 細 胞 ネットワークを物 質 的 基 盤 として高 度な情 報 処 理 を実 現 する作 動 原 理 を、トップダ
ウン（ モデル動 物 脳 の直 接 計 測 ） とボトムアップ（ 培養 神 経 回 路 の操 作 型 研 究 ） の双 方 向 から解 析 し、
数 理 モデルとして記 述 する新 たな学 理 体 系 を創 成 する。共 同 プロジェクト研 究 ԋ「 人 工 神 経 回 路 網 の機
能 表 現 の解 析 とモデル化 」 （ ӼӺӼӺ 年 度 ） から発 展した。（ ԡӺӼӹԋӺӼ） ӨԡӾӷԡԁ 年 度 Ө
本 研 究 では， 聴 覚 情 報 を対 象 として， 先 に述 べた人
坂 本 修 一 Ӷ大 谷 真 Ө 間 の選 択 的 情 報 処 理 機 構 に基 づいて， 提 示 すべき
東 北 大 学 Ӷ京 都 大 前 景 情 報 と背 景 情 報 を適 応 的 に操 作 ・ 創 出 可 能 な学Ө
聴 空 間 共 有 型 コミュニケーションプラットホームを構築 する。（ ԡӺӽӹԋӼԂ） Ө515共同プロジェクト研究

課題名Ө

財源Ө

１ӽӸӨ 機 能 性 鉄 合
金 の強 制 ・ 減 衰
運 動 応 答 性 の多面 的 解 析 による振動制御指針Ө１ӾӸӨ 半 導 体 量 子
ドットデバイスの放 射 線 応 答 の調
査 と放 射 線 検 出
器 への利 用 Ө科 学 研 究 費 助 成 ԡӾӷԡԀ 年 度 Ө事業Ө鈴木茂Ө
基 盤 研 究 （ ԍ） Ө
東北大学Ө

科学研究費助成事業Ө
挑戦的研究（萌芽）Ө

１ӿӸӨ プラズマ気 科 学 研 究 費 助 成
液 界 面 反 応 の時 事 業 Ө
空 間ダイナミクス 基 盤 研 究 ӲԢӴӨ
解 明 が拓 く革 新的活性種制御合成技術Ө

研 究 期 間 、代 表 等 Ө 概 要 Ө
強 磁 性 鉄 合 金 は、特 異 な磁 気 弾 性 等 の異 方 性 により外 的 振 動 に対 して複 雑 な応 答 性 を示 すため、これらの合 金 の応 答 性 については研 究 を行 っている。
（ԡӺӽӹԋӼԃӨ ） ӨԡӾӷԡԀ 年 度 Ө
本 研 究 では， 半 導 体 量 子 ドットの放 射 線 応 答 につい吉 田 斉 Ӷ大 塚 朋 廣 Ӷ て調 査 する． 本 研 究 は共 同 プロジェクト研 究
岸本康宏Ө
「ԡӺӽӹԋӺԀԄ量 子 デバイスの放 射 線 応 答 に関 する
大 阪 大 学 Ӷ東 北 大 開 発 ・ 研 究 」 （ ӼӺӼӻ〜継 続 中 ） から発 展 した。
学Ө（ԡӺӽӹԋӺԀ） ӨԡӾӷԂ 年 度 Ө
金 子 俊 郎 Ӷ高 島 圭介 Ӷ佐々木 渉 太 Ө東北大学Ө

本 プロジェクトは、プラズマー液 体 界 面 における、電荷 ・ 気 流 、液 体 形 状 変 化 が相 互 作 用 することによって起 こる特 異 的 な界 面 反 応 を解 明 する。本 研 究 は、
共 同 プロジェクト研 究 「 気 Ө 液 界 面 プラズマを用 いた
バイオ・ 医 療 デバイスの創 成 」 ӲԒӽӺ 年 度 ӷԡӼ 年
度 Ӵから発 展 した。（ ԡӺӽӹԋӺӾ） Ө１ԀӸӨ プラズママイ 科 学 技 術 振 興 機 ԡӽӷӿ 年 度 Өクロミストによるウ 構 ӲԕԢԣӴӨ Ө
金 子 俊 郎 Ӷ佐 々木
イルス等 の空 中 浮 研 究 成 果 最 適 展 渉 太 Ө
遊 物 質 の不 活 化 開 支 援 プログラム 東 北 大 学 Өについての研 究 開 ӲԋӷԢԣԏԟӴӨ Ө発Ө
産 学 共 同 Ө Ӳ本 格型 ӴӨ
１ ７ ӸӨ 薄 膜 メムデ 科 学 技 術 振 興 機 ԡӾӷԡԀ 年 度 Өバイスとスパイキ 構 （ ԕԢԣ） Ө
木村睦Ө
ング計 算 を用 いる 戦 略 的 国 際 共 同 龍 谷 大 学 Ө
ニューロモーフィッ 研 究 プログラム
クシステムӨ（ ԢԔԍԞԡԟ） Ө
日 本 ӷ台 湾 研 究
交 流 「 ԋԔ システム
構 成 に資 するナノエレクトロニクス
技術」Ө

本 プロジェクトは、プラズマを直 接 接 触 した微 細 液 滴を用 いたウイルス等 の空 中 浮 遊 物 質 の不 活 化 技 術を開 発 する。本 研 究 は、共 同 プロジェクト研 究 「 気 Ө
液 界 面 プラズマを用いたバイオ・ 医 療 デバイスの創成 」 ӲԒӽӺ 年 度 ӷԡӼ 年 度 Ӵから発 展 した。
（ԡӺӽӹԋӺӾ） ӨԋԔ システムをエレクトロニクス技 術 で実 現 する脳 型
コンピュータについて、超 コンパクト・ 超 低 消 費 電 力のニューロモーフィックシステムの可 能 性 確 認 を目 的とする。具 体 的 には、日 本 側 チームは、積 層 集 積 構
造 が可 能 な薄 膜 メモリスタなどの薄 膜 メムデバイスのデバイス構 造 ・ 製 造 プロセス・ 集 積 化 技 術 ・ 特 性改 善 の研 究 を行 い、台 湾 側 チームは、エネルギー効
率 向 上 が可 能 なスパイキング計 算 原 理 を再 現 できる
ニューロン・ シナプス要 素 の薄 膜 演 算 回 路 のモデリ
ング・ 設 計 ・ シミュレーション・ 開 発 を行 う。
（ԡӺӽӹԋӼӺ） Ө
１ ８ ӸӨ トンネル磁 気 科 学 研 究 費 助 成 ԡӾӷԡԂ 年 度 Ө
本 研 究 では、ԣԚԡ の学 術 理 解 を根 底 から見 直 す。
抵 抗 効 果 の新 展 事 業 Ө
三 谷 誠 司 Ӷ柳 原 英 軌 道 磁 気 分 光 手 法 の開 拓 、軌 道 磁 性 体 薄 膜 の創
開 ： 軌 道 対 称 性 基 盤 研 究 （ ԢӴ Ө
人 Ӷ三 浦 良 雄 Ӷ岡 林 製 、軌 道 ホール効 果 の観 測 等 を通 じて界 面 軌 道 物
効 果 の解 明 と新潤Ө
理 という ԣԚԡ の根 幹 に関わる学 術 領 域 の創 成 を
規 量 子 デバイスの物 質 ・ 材 料 研 究 機 行 い、これを基 軸 とすることで ԣԚԡ の新 展 開 を果創出Ө構 、筑 波 大 学 Ӷ東 たす。理 論 が予 測 する数 千 ％ の ԣԚԡ 比の実 現 や、
京大学Ө
コヒーレント性 を利 用 した新 規 量 子 スピンデバイスの開 発 を狙 う。（ ԡӺӽӹԌӺӻ） Ө
１ ９ ӸӨ 基 地 局 端 末 総 務 省 Ө
本 研 究 開 発 では、高 周 波 数 帯 における ԔԡԢ の設 計ԡӽӷԡԀ 年 度 Ө間 の協 調 による動 電 波 資 源 拡 大 の 今 野 佳 祐 Өを行う。本 研 究 は、共 同 プロジェクト研 究 「 次 世 代 無的 ネットワーク制 ための研 究 開 発 Ө 東 北 大 学 Ө
線 通 信 システム実 現 のための要 素 技 術 の研 究 」 およ
御 に関 する研 究
び「 次 世 代 無 線 技 術 の基 盤 を構 築 するためのアンテ
開 発 Ө 課 題 アӨ 高
ナ・ 電 磁 界 解 析 技 術 の研 究 」 から発 展 した。
周波数帯ＩＲ Ｓの（ ԒӽӻӹԌӺӽӶԡӺӾӹԌӺӿ） Ө
制 御 技 術 Ӳ課 題 ア
ӷ②ӴӨ

516

共同プロジェクト研究

課題名Ө

財源Ө

研 究 期 間 、代 表 等 Ө 概 要 Ө

２ ０ ӸӨ 二 次 元 ホウ 科 学 技 術 振 興 機 ԡӽӷԡԁ 年 度 Ө
素 未 踏 マテリアル 構 （ ԕԢԣ） Ө
吹留博一Ө
の創 成 と機 能 開 戦 略 的 創 造 研 究 東 北 大 学 Ө
拓Ө
推進事業（ ԍԡԏԢԣ） Ө

自 律 的 動 作 が可 能 なインフォマティクスと物 質 の機
能 性 を直 接 評 価 できるオペランド計 測 を組み合 わせた革 新 的 な合 成 法 開 発 技 術 を構 築 することを目 的とする。そしてこの新アプローチを用いてホウ素 原 子
シートの合 成 を最 短 で実 施 するとともに、機 能 性 に応 じたボロフェン誘 導 体 シートの合 成 レシピのライブ
ラリーを作 成 する。本 研 究 ではホウ素 の機 能 性 物 質の中 でも高 い導 電 性シートの作 製 を中 心に行 い、Ӽ
次 元ボロンデバイスのコンソーシアムを構 築 しながら、本 物 質 の電 池 及 び通 信 材 料 への利 用 展 開 を図る。（ԡӺӽӹԋӼӿ） Ө

２ １ ӸӨ スピントロニ 科 学 技 術 振 興 機 ԡӿӷԡӻӺ 年 度 Ө
深見Ө 俊輔Өクス確 率 論 的 コン 構 （ ԕԢԣ） Ө
ピュータの大 規 模 先 端 国 際 共 同 研 東 北 大 学 Ө
集 積 化 に向 けた 究 推 進 事 業
基 盤 構 築 と『 確 率 ӲԋԢԟԔԡԏӴӨ超 越 性 』 の実 証 Ө

スピントロニクス確 率 論 的 コンピュータの大 規 模 集
積 化 に向 けた基 盤 を構 築 し、ある種 のタスクの処 理において汎 用 型 コンピュータと比べて計 算 処 理 性 能に勝ることを実 証 する。（ ԒӼԃӹԌӻӿ、ԒӽӻӹԌӺӼ、ԡӺӾӹԌӺӾ） Ө

２ ２ ӸӨԔՃԣ 応 用 向 科 学 研 究 費 助 成 ԡӽӷԡԀ 年 度 Өけ高 速 かつ超 低 事 業 Ө
羽生Ө 貴弘Ө
消 費 電 力 でダイ・ 基 盤 研 究 （ ԋ） Ө東北大学Ө
ハードなロジック
ԙԢԔ 基 盤 技 術 の開発Ө

不 揮 発 記 憶 素 子 を用 いた不 揮 発 性 ロジックや非 同期 式 ロジックなどポスト ԍԚԞԢ ロジックによる高速 ・ 超 低 消 費 電 力 性 を生 かしつつ、その ԙԢԔ 実 装
上 不 可 欠 な製 造 ばらつき等 に対 する正 常 動 作 を補償 する頑 健 な回 路 技 術 の基 盤 を開 発 する。特に、
ԔՃԣ 応 用 として社 会 実 装 するためには、実 世 界 環 境への適 用 性 が必 須 となる。そのため、実 世 界 環 境 の
変 化 に応 じて回 路 動 作 が自 律 的 に最 適 化 できるダ
イ・ハードな回 路 技 術 の基 盤 技 術 を構 築 する。
（ԡӺӼӹԌӻӼ） Ө

２ ３ Ӹ究 極 素 材 ダイ 内 閣 府 Өԡӿӷԡԁ 年 度 Ө
ヤモンドが実 現 す 戦 略 的 イノベーシ 末 松 憲 治 Өる超 高 速 Ԕԣ イン ョン創 造 プログラ 古 市 朋 之 ӨフラӨ ―世 界 初 の ム（ ԢԔԟ） Ө東北大学Ө
ダイヤモンド半 導
体 の社 会 実 装 とデファクト化 を目
指 して―Ө

用 途 特 化 型 ア プ リ を 導 入 し た プロセ ス ラ ボ に て 、 素子 試 作 を行 い性 能 バラツキおよび歩 留 まりを評 価 する 。 社 会 実 装 が 可 能 な 実 用 素 子 プロ セス を 構 築 する。Ө
高 周 波 ダイヤモンドダイオードの性 能 を評 価 し、レクテナ等 への適 用 を目 指 した仕 様 に対 する製 造 歩 留
まりを確 認 する。（ ԡӺӾӹԋӻӻ） Ө

２ ４ ӸӨ 単 一 コロイド ԕԗԋ 補 助 事 業 ӷ
量 子 ドットの電 気 機 械 振 興 補 助 事
伝 導 現 象 の解 明 業 Өと高 機 能 光 電 子
デバイスへの展 開 Ө

単 一 のコロイド量 子 ドットの電 気 伝 導 を測 定 し、その物 性 を単 一 量 子 ドットレベルで明 らかにすることで、コロイド量 子 ドットを用 いた高 機 能 な光 電 デバイスや量 子 情 報 デバイスの実 現 に寄 与 する。（ ԡӺӾӹԋӺԀ） ӨԡӿӷԡԀ 年 度 Ө
大塚朋廣准教授Ө
ԢԱՈՆԺԱӨԌԺՇՆԺ 准教授Ө
岩佐義宏教授Ө東北大学Ө
理化学研究所Ө
東京大学生産技術研究所Ө
東京農工大学Ө517

共同プロジェクト研究

課題名Ө

財源Ө

研 究 期 間 、代 表 等 Ө 概 要 Ө

２ ５ ӸԌԵՍՃՂԴӨӿԑ 東 北 大 学 ӷԡӿ 年 度 Өの電 磁 環 境 制 御 ԝԔԍԣ・マッチング チャカロタイӨ ジェ
用Ө
支援事業Ө
ドヴィスノプӨ
散 乱 体 の設 計 Ө
今野佳祐Ө
情報通信研究機構Ө Ө東北大学Ө
２ ６ Ӹ位 置 情 報 に ԕԢԣ 戦 略 的 創 造 ԡӿӷԡԂ 年 度 Ө
頼 らない時 空 間 研 究 推 進 事 業 （ さ 佐 藤 光 哉 Ө 助 教 Ө
データ解 析 基 盤 きがけ） ・ ӫ社 会 変 電 気 通 信 大 学 Өの創 出 Ө
革 に向けた Ԕԍԣ
基 盤 強 化 ӫ領 域 Ө

本 研 究 開 発 では、ԌԵՍՃՂԴӨӿԑ の通 信 技 術 を支 える散 乱 体 の設 計 を行 う。本 研 究 は、共 同 プロジェクト
研 究 「 次 世 代 無 線 通 信 システム実 現 のための要 素
技 術 の研 究 」 および「 次 世 代 無 線 技 術 の基 盤 を構築 するためのアンテナ・ 電 磁 界 解 析 技 術 の研 究 」 から発 展 した。（ ԒӽӻӹԌӺӽ、ԡӺӾӹԌӺӿ） Ө
測 位 を伴 わない時 空 間 データ予 測 手 法 の確 立 を目
指 す。共 同 プロジェクト研 究 「 デジタルツイン社 会 に
向 けた境 界 のない無 線ネットワークの設 計 」 Ӳԡӿ 年
度 Ӵから発 展 した。（ ԡӺӿӹԌӺӻ） ӨԡӿӷԡԂ 年 度 Ө
国 際 連 携 により、柔 軟なサイバー空 間 生 成 技 術 を設須 藤 克 弥 Ө 准 教 授 計 する。共 同 プロジェクト研 究 「 デジタルツイン社 会に向けた境 界 のない無 線 ネットワークの設 計 」 ӲԡӿӲ代 表ӴӨ
西 尾 理 志 Ө 准 教 授 Ө 年 度 Ӵから発 展 した。ӲԡӺӿӹԌӺӻӴӨ
佐藤光哉Ө 助教Ө
電気通信大学Ө
東京工業大学Ө
２ ８ ӸӨ 地 域 を支 え ԕԢԣӷ戦 略 的 創 造 ԡӽӷԡԂ 年 度 Ө
本 研 究 開 発 では、ԢՃԳԺԵՈՍӿ。Ӻ 基 盤 ソフトとしてる知 のデジタライ 研 究 推 進 事 業 山 口 弘 純 教 授 （ 大 ԣԋԢԗӹԞԢӿ を構 築 し、地 域 社 会 に求 められる都
ゼーションと共 有 ӲԍԡԏԢԣӴӨ阪大学）Ө
市 ԞԢ の機 能 をプライバシ保 護 のもとで実 現 する。
（ ԢՃԳԺԵՈՍӨӿӸӺ
基盤Ө
大阪大学Ө
本 研 究 は共 同 プロジェクト研 究 「 スマート社 会 を支
時 代 の安 心 ・ 安
近畿大学Ө
える自 己 産 出 型 サービスプラットフォームに関 する研
全 ・ 信 頼 を支 える 讀 賣 テレビ放 送 Ө 究 」 より発 展 した。（ ԡӺӿӹԋӼӾ） Ө
基 盤 ソフトウェア技術）Ө
２ ７ ӸӨ 通 信 ・ センシ ԕԢԣ 先 端 国 際 共
ング・ 学 習 の融 合 同 研 究 推 進 事によるレジリエント 業 ・ ӫ次 世 代 のた
サイバー空 間 生
めの ԋԢԟԔԡԏӫӨ成基盤Ө

本 研 究 では、アフターコロナに求 められる新 しいコミ
２ ９ ӸӨ 新 生 活 様 式 ԝԔԍԣ ウイルス等 ԡӽӷԡӿ 年 度 Өにおけるコミュニ 感 染 症 対 策 に資 山 口 教 授 （ 大 阪 大 ュニケーション技 術 を開 発 する。本 研 究 は共 同 プロ
ジェクト研 究 「 スマート社 会 を支 える自 己 産 出 型 サ
ティ形 成 のための する情 報 通 信 技 学 ） Ө本教
授 ービスプラットフォームに関 する研 究 」 より発 展 した。
サイバーフィジカ 術 の研 究 開 発 Ө Ө 安（ԡӺӿӹԋӼӾ） Ө
ル空 間 共 有 基 盤 Ө 課 題 ԍ） アフター （ ԝԋԔԢԣ） Ө
コロナ社 会 を形 成 松 田 助 教（ ԝԋԔԢԣ） Өする ԔԍԣӨ
３ ０ ӸӨ 量 子 インタ 総 務 省 ・ 情 報 通
ーネット実 現 に向 信 技 術 の研 究 開
けた要 素 技 術 の 発 Ө
研究開発Ө

量 子 インターネット実 現に向 けた要 素 技 術 の研 究 開ԡӿӷԡԃ 年 度 Ө
中 沢 正 隆 特 任 教 発 をおこなうことを目 的 とするものであり、位 相 同 期
授Ө
の応 用 として ԠԗԎ の開 発 を行う。（ ԡӺӿӹԋӼӿ） Ө
吉田Ө 真人准教授Ө
東北大学Ө
ԝԔԍԣӨ
３ １ ӸӨԏԴԷԵӷ
国 立 情 報 学 研 究 ԡӿ 年 度 ӨԏԴԷԵӷԋՇՇԺՇՈԵԴӨԔՂՈԵՀՀԺԷԵՂՈӨԡՃՉՈԺՂԷӨՋԺՈԸӨԋՇՇԺՇՈԵԴӨ所 ・ 応 募 型 共 同 ԢԸԱՃӨԧՉՂӨԚՉՀՈԺӷԋԷԵՂՈӨԡԵԺՂԶՃՆԳԵՁԵՂՈӨԙԵԱՆՂԺՂԷӨԶՃՆӨԔՂՈԵՀՀԺԷԵՂՈӨ研究Ө
豊 橋 技 術 科 学 大 ԔՂՈԵՆՂԵՈӨՃԶӨԥԵԸԺԳՀԵՇ （ ԡӺӿӹԋӼӽ） ӨԡՃՉՈԺՂԷӨՋԺՈԸӨ学ӨԚՉՀՈԺӷԋԷԵՂՈӨԡԵԺՂԶՃՆԳԵՁԵՂ
ՈӨԙԵԱՆՂԺՂԷӨԶՃՆӨԔՂՈԵՆՂԵՈӨՃԶӨԥԵԸԺԳՀԵՇӨ518

共同プロジェクト研究

課題名Ө

財源Ө

研 究 期 間 、代 表 等 Ө 概 要 Өԡӿ 年 度 Ө
３ ２ ӸӨ 小 型 ・ 低 消 総 務 省 Ө 戦 略 的
費電力・低雑音 情報通信研究開 北智洋教授Ө
ԣԒՎ トランシーバ 発 推 進 事 業
佐藤昭准教授Ө
を実 現 する光 電 （ ԢԍԞԟԏ） フェー 早 稲 田 大 学 Ө子 融 合 ヘテロジニ ズⅠӨ
東北大学Ө
アス集 積 技 術 の研究開発Ө
３ ３ ӸӨ 照 明 の「 演質感性」指標の確立Ө －感性再現 に至 適な照 明
設 計 技 術 へ向 けて－ Ө

本 研 究 開 発 では、光 電 融 合 技 術 の応 用 によって ӻ
チップ集 積 化 した ԣԒՎ 帯 とトランシーバを開 発 するというものであり、プロジェクト研 究 「 光 電 子 融 合 ヘ
テロジニアス集 積 技 術 の研 究 開 発 」 から発 展 した。
（ԡӺӿӹԋӽӺ） Ө

科 学 研 究 費 助 成 ԡӿӷԡԂ 年 度 Ө
オブジェクト認 知 の特 性 を活 用 し、多 様 な照 明 環 境
事業Ө
における演 質 感 性 （ 照 明 が質 感 を表 現 する度 合 い）永井岳大Ө
基 盤 研 究 （ Ԍ） Ө
（ 東 京 工 業 大 学 ） Ө 指 標 を構 築 することを目 指 す。（ ԡӺӾӹԌӺԁ） Ө

３ ４ ӸӨ 彩 色 による 科 学 研 究 費 助 成 ԡӿӷԡԀ 年 度 Өリアリティとその限 事 業 Ө栗木一郎Ө
界 の脳 内 メカニズ 学 術 変 革 ӲԋӴ「 深 （ 埼 玉 大 学 ） ӨムӨ
奥質感」公募課
題Ө

白 黒 映 像 に着 色 する際 、彩 度 の理 論 上 の正 解 は無いが、人 間 はリアルに感 じる彩 度 を評 価 できる。色 の鮮 やかさに関 するリアルさの感 覚 を決 める脳 内 メカ
ニズムについて心 理 物 理 ・ 脳 機 能 計 測 ・ Ԏԝԝ などを用 いて研 究 する。（ ԡӺӾӹԌӺԁ） Ө

３ ５ ӸӨ 身 体 の姿 勢 室 蘭 工 業 大 学 ・ ԡӿ 年 度 Ө
注 意 機 能 を基 盤 として人 間 の危 険 回 避 プロセスを
制 御 と接 触 時 間 若 手 研 究 者 研 究 寺 岡 諒 Ө
解 明 する。（ ԡӺӾӹԋӻԀ） Ө予 測 との関 連 性 と 基 盤 形 成 支 援 経 （ 室 蘭 工 業 大 学 ） Ө
その加 齢 変 化 Ө費Ө
３ ６ ӸӨ コヒーレント 科 学 研 究 費 助 成 ԡԀӷԡӻӺ 年 度 Өスピンダイナミクス 事 業 Ө
深見俊輔Ө
を用 いた省 エネ・ 基 盤 研 究 （ ԢӴ Ө
（東北大学）Ө
創 エネデバイスӨ

集 団 的 スピン秩 序 のコヒーレントなダイナミクスと電気 信 号 の相 互 変 換 の工 学 利 用 方 法 を明 らかにし、
環 境 発 電 デバイスや乱 数 生 成 デバイスなどを実 証 する。（ԒӼԃӹԌӻӿ、ԒӽӻӹԌӺӼ、ԡӺӾӹԌӺӾ） Ө

科 学 研 究 費 助 成 ԡԀӷԡӻӺ 年 度 Ө
事業Ө
深見俊輔Ө
学術変革領域研 （東北大学）Ө
究 ӲԋӴ計 画 研 究 Ө

複 数 の準 粒 子 の波 長 と周 波 数 が合 致 した時に出 現する準 粒 子 の複 合 体 「 キメラ準 粒 子 」 のエレクトロニ
クス利 用 に向けた基 礎 を構 築 する。Ө（ ԒӼԃӹԌӻӿ、ԒӽӻӹԌӺӼ、ԡӺӾӹԌӺӾ） Ө

３ ７ ӸӨ キメラ準 粒
子 のエレクトロニ
クスӨ

Ө
Ө
Ө

519

国際活動

第 6 国際活動
１ ． 電 気 通 信 研 究 所 国 際 シンポジウム（ 2023 年 度 に開 催 された通 研 国 際 シンポジウム）
開催回

名称

開催日

第 125 回The 20th International Workshop on
Emerging ICT

令 和 5 年 10 月 16 日 -10 月 18 日

第 126 回

20th RIEC International Workshop on
Spintronics

令 和 5 年 11 月 28 日 -12 月 1 日

第 127 回RIEC International Symposium on Enriching
Telecommunication and Nonverbal
令 和 6 年 1 月 26 日 -1 月 27 日
Information

第 128 回The 12th RIEC International Symposium on
Brain Functions and Brain Computer

令 和 6 年 2 月 27 日 -2 月 28 日

第 129 回The 14th International Workshop on
Nanostructures & Nanoelectronics

令 和 6 年 3 月 5 日 -3 月 6 日

２ ． 本 研 究 所 教 員 が編 集 委 員 をしている国 際 ジャーナル
1

Scientific Reports

2

Proceedings of the ACM on Human-Computer Interaction (PACMHCI) Editor

3

Auditory Perception & Cognition

4

Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE

5IEICE Electronics Express

520

国際活動

３ ． 本 研 究 所 教 員 が組 織 委 員 をつとめた最 近 の国 際 会 議

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

ICOOPMA: International Advisory Committee member, International
Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials andApplications; IAC (Int. Advisory Comm.), 9th in Ghent, Belgium, July 3 - 7,
2022; IAC, 10th, in Pardubice, Czech, June 23-28, 2024
CIMTEC: International Conferences on Modern Materials & Technologies;
International Advisory Board member; Montecatini Terme (near Florence),
Italy, June 19-23, 2020, June 2021, June 20-29, 2022.(postponed due tocovid19)SPIE Photonics-EU: SPIE International Conference on Photonics Europe,
Conference on Terahertz Photonics; TPC member; Strasbourg, France, Apr. 12, 2020, Apr. 2021, Apr. 3-7, 2022. (postponed due to covid-19)
RPGR: International International Conference on Recent Progress in Graphene
and Related 2D Materials Research; IAB (Int. Advisory Board) Chair, member;
IAB Chair, LOC Co-Chair, in Matsue, Japan, Oct. 6-10, 2019; IAB Chair, inSeoul, Korea (Online), Oct. 10-15, 2021; IAB member, in Taipei, Taiwan, Nov.
13-16, 2022
2DM: International Congress on Graphene, 2D Materials and Applications; TPC
member, Sochi, Russia, Sept. 30-Oct. 4, 2019
IRMMW-THz: International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz
Waves; IOC (International Organizing Committee) member; 2016~; IOC, TPC,
46th in Chengdu, China, Aug. 29-Sept. 3, 2021; IOC, TPC, 47th in Delft,
Netherland, Aug. 29 - Sept. 2, 2022; IOC, TPC, 48th in Montreal, Canada, Sept
17-11, 2023
META 19: The 10th International Conference on Metamaterials, Photonic
Crystals and Plasmonics, Lisbon, Portugal, July 22-25, 2019; Special Session
Organizer
TWHM: Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics; TPC member;
2003~; TPC, in Toyama, Japan, April 26-29, 2019; TPC, in Hiroshima, Japan,
Aug. 29-Sept. 1, 2022
RJUSE: Russia-Japan-USA-Europe Symposium on Fundamental & Applied
Problems of Terahertz Devices & Technologies; ISC (International Steering
Committee) Chair, 2017~; Nizhny Novgorod, Russia, Jul. 8-11, 2019.
CSW/ISCS: Compound Semiconductor Week / International Symposium on
Compound Semiconductors; Program Sub-Committee member, in Matsue, Japan,
May 19-23, 2019.
TeraTech: International Symposium on Terahertz-Related Devices andTechnologies; General Chair, and ISC (Int. Steering Comm.) Chair, 10th in
Aizuwakamatsu, Japan, Sept. 4 - 8, 2023
SPIE Optics+Photonics 2022, Conferene on Terahertz Emitters, Receivers, andApplications XIV (OP412); TPC member, SanDiego, CA, USA, Aug. 20-24,
2023.
RJUSE 2019: TPC member, Russia-Japan-USA-Europe Symposium on
Fundamental & Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies, Nizhny
Novgorod, Russia, Jul. 8-11, 2019.
RJUSE 2020: Chair, Russia-Japan-USA-Europe Symposium on Fundamental &Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies, Sendai, Japan, Nov. 25, 2020.
TeraTech: International Symposium on Terahertz-Related Devices andTechnologies; LOC (Local Org. Comm.) Co-Chair, 10th in Aizuwakamatsu,
Japan, Sept. 4 - 8, 2023

521

国際活動

16

17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27

522

SSDM 2022: International Conference on Solid State Devices and Materials;
Area 4 Technical Program Committee member, in Chiba, Japan, Sept. 26 - 29,
2022.
SSDM 2023: International Conference on Solid State Devices and Materials;
Area 4 Technical Program Committee member, in Nagoya, Japan, Sept. 5 - 8,
2023.
IEEE Virtual Reality and 3D User Interface 2023, Program committee
ACM Symposium on Virtual Reality Software and Technology 2022, Program
Co-Chair
ACM Symposium on Virtual Reality Software and Technology, Steering
Committee Chair
ACM CHI Conference on Human Factors in Computing System, Steering
Committee
International Conference on Artificial Reality and Telexistence, Steering
Committee
The 2022 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications,
General Co-chair
The 2020 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications,
General Vice-Chair
13th International WorkShop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics,
RIEC, Sendai, Japan, Jan. 23-24, 2023
13th International Workshop on Nanostructures & Nanoelectronics, RIEC,
Sendai, Japan, Mar. 7-8, 2023
2022 IEEE 11th Global Conference on Consumer Electronics, Organized Session
Co-Chair国際活動

４ ． 国 際 学 会 における招 待 講 演 数
平 成 30 年 度

令和元年度

令和 2 年度

令和 3 年度

令和 4 年度

80

96

42

62

51

平 成 30 年 度

令和元年度

令和 2 年度

令和 3 年度

令和 4 年度

101

118

98

74

69

招待講演数

５ ． 国 際 共 同 研 究 の実 施 状 況

実 施 状 況 (件 数 )６．国際共同研究一覧
相手国

研究機関名

研究課題名

期 間

研究室

ドイツ

ケムニッツ工 科 大 学/Technical
University ofChemnitz

Study and application of
SiC and 2D materials

2011.10～

吹留研

イギリス

ヨーク大 学 /The
University ofYork

計 算 科 学 を用 いた磁 気 抵 抗 スイ
ッチ素 子 基 盤 材 料 の創 出

2017.10～

白井研

ポーランド

ポーランド科 学 アカデ
ミー/Polisha
Academy of
Sciences

機 能 性 磁 性 材 料 の電 子 構 造 と物 性 に関 する研 究

1999.4～

深見研

スウェーデン

ヨーテボリ大 学/University ofGothenburg

スピントロニクス素 子 の発 振 現
象 に関 する研 究

2016.11～

深見研

スイス

ETH Zurich

X 線 顕 微 鏡 を用 いたスピン軌 道
トルク磁 化 反 転 の観 察

2016.11～

深見研

フランス

Université ParisSud

スピン軌 道 トルク磁 化 反 転 の時
間分解測定

2016.9～

深見研

シンガポール

シンガポール国 立 大
学 /National
University ofSingapore（ NUS)

スピントルクダイオードを用 いた
エナジーハーベスティングの検 討

2017.9～

深見研

アメリカ

シカゴ大 学/University of
Chicago

酸 化 物 材 料 の量 子 情 報 応 用2018.3～

深見研

523

国際活動

相手国

期 間

研究室

アメリカ

パデュー大 学
/Purdue
University

低 熱 安 定 性 磁 気 トンネル接 合 を用 いた新 概 念 情 報 処 理 に関 する
研究2018.2～

深見研

フランス

Spintec

磁 気 トンネル接 合 における発 振
現 象 に関 する研 究

2018.1～

深見研

ドイツ

マインツ大 学反 強 磁 性 体 の共 鳴 現 象 に関 する
研究2018.11～

深見研

インド

Indian Instituteof Science
Education andResearch Bhopal

Spin transport andmagnetism in 2D van der
Waals ferro andantiferromagnets.

2020.4～2023.3

深見研

アメリカ

UC サンタバーバラ

確 率 動 作 磁 気 トンネル接 合 素 子とその計 算 機 応 用

2021.1～

深見研

ミンダナオ州 立 大 学

Coplanar waveguide size
and magnetization angle
dependence ofmagnetization dynamics
in CoFeB-MgO magnetic
tunnel junction structure
measured by spin
rectification
ferromagnetic resonance2022.4～2025.3

深見研

オーストラリア

ニューサウスウェール
ズ大 学

Creation, manipulation,and electrical control ofchiral spin textures in
non-collinear
antiferromagnetic
heterostructures

2022.5～

深見研

スペイン

カタルーニャ工 科 大 学

脳 型 計 算 ハ ー ド ウ ェ ア とエッ ジ コ
ンピューティングへの応 用

2021.4～佐藤研

スペイン

バルセロナ大 学

人 工 神 経 回 路 網 の機 能 表 現 の
解 析 とモデル化

2021.4～

佐藤研

フィリピン

524

研究機関名

研究課題名

国際活動

相手国

研究機関名

研究課題名

ドイツ
ベルギー
アメリカ
フランス
スペイン
台湾

Innovations forHigh
Performance
Microelectronics(IHP), Tech.
Univ. Berlin),
imec, Princeton
Univ.,(MIT),Univ.
Stuttgart, AixMarseille Univ.,
Univ. Vigo,
Forschungszentr
um Juelich,
National Taiwan
University

期 間

研究室

新 IV 族 半 導 体 材 料 と高 集 積 デ
バイスプロセスに関 する研 究

2020.4～2023.3

佐藤研

Innovations forHigh
Performancemicroelectronics(IHP),
Technische
Universität
Berlinドイツ

原 子 層 ドーピング

1995.10～

佐藤研

スペイン

バルセロナ大 学

人 工 神 経 細 胞 回 路 を基 盤 とする
神 経 変 性 疾 患 モデリング技 術 の開発

2022.10～佐藤研

ドイツ

Ruhr-University
Bochum

半 導 体 微 細 デバイスに関 する研究2018.4～大塚研

アメリカ

パデュー大 学
/Purdue
University

原 子 層 物 質 と微 細 構 造 の研 究

2019.10～

大塚研

カナダ

マックマスター大 学/McMaster
University

コヒーレントナイキストパルス伝 送における非 線 形 波 形 歪 みの解 析とその補 償 技 術 の開 発

2020.11～

廣岡研

イギリス

Imperial College
London

超 100GHz 帯 光 ファイバ給 電
ダイレクトディジタル RF 送 受 信
機 の研 究2020.4～2023.3

末松研

ロシア

St.Petersburg
Electrotechnical
University

Beyond-5G の実 現 に向 けた
高 周 波 技 術 の探 索

2020.4～2023.3

末松研

シンガポール

シンガポール国 立 大
学 /National
University ofSingapore (NUS)

５ G・ IoT のためのエネルギーハ
ーベストとメタサーフェス応 用 に関 する研 究2021.4～

末松研

525

国際活動

相手国

研究機関名

研究課題名

マサチューセッツ工 科
大学/Massachusetts
Institute ofTechnology(MIT)

期 間

研究室

脳 ニューロサイエンス向 けイン・ストレージ/メモリ コンピューティ
ング基 盤 の研 究

2020.4～2023.3

田中研

サマランカ大 学

Development of graphene
based devices forterahertz applications

スペイン

2020.4～2023.3

尾辻研

ロシア

Institute forPhysics ofMicrostructures,
Russian Academyof Sciences

テラヘルツ放 射 利 得 ・ 検 出 媒 質としてのディラック分 散 則 を有 す
るナノ構 造 に関 する研 究

2020.4～2023.3

尾辻研

ロシア

Institute of ultrahigh frequency
semiconductor
electronics ofRussian academyof sciences

Japan-Russia
International
collaborative research on
boosting a performanceof a large-area THz
photoconductive emitter2022.4～

尾辻研

アラブ首 長 国
連邦

United ArabEmirates
University

Study of magnetic,
dielectric and opticalproperties ofnanomaterials for
Terahertz applications

2022.4～

尾辻研

アメリカ

University at
Buffalo, SUNY

Japan-USA International
Collaborative Researchon the Theoretical andExperimental
Investigation of Coulomb
Drag Instability ofGraphene Dirac Plasmons
and its Application for
THz Laser Transistors

2022.4～

尾辻研

アメリカ

マサチューセッツ工 科
大学/Massachusetts
Institute ofTechnology(MIT)周 波 数 無 相 関 量 子 もつれ光 子
対 光 源 に関 する共 同 研 究2016.1～

枝松研

インド

Raman ResearchInstitute

量 子 計 測 基 本 過 程 に関 する共同研究2016.1～

枝松研

インド

Bose Institute

量 子 計 測 過 程 に関 する共 同 研
究2018.5～

枝松研

アメリカ

526

国際活動

相手国

期 間

研究室

アメリカ

ロチェスター工 科 大 学/Rochester
Institute ofTechnology

Investigating culturalbackground effect on
auditory selective
attention processes

2020.4～坂本研

イギリス
オーストラリア

ヨーク大 学 /York
University,
クイーンズランド大 学/The UniversityofQueensland

3 次 元 空 間 内 の自 己 運 動 知 覚と多 感 覚 統 合2020.4～

坂本研

オーストラリアシドニー大 学
/University ofSydneyバイノーラルキュー制 限 条 件 の音
空 間 知 覚 に関 する研 究

2021.4～坂本研

イギリス
オーストラリア

ヨーク大 学 /York
University
ニューサウスウェール
ズ大 学 /Universityof New SouthWales

3 次 元 空 間 内 の自 己 運 動 知 覚と多 感 覚 統 合2020.4～坂本研

イギリス

University
College London

聴 覚 の空 間 的 注 意 に関 する研 究

2021.10～坂本研

韓国

韓国科学技術/Korea Advanced
Institute of
Science andTechnology(KAIST)多 機 能 マルチメディア生 成 に関する研 究

2022.4～坂本研

台湾

国立台湾大学

Modeling the JapaneseTaiwanese racial effectin facial expression
recognition

2020.4～

塩入研

イギリス
オランダ
ドイツ
台湾

University
College London
KU Leuven,Centre forIntegrative
Neuroscience
国立台湾大学社 会 行 動 の脳 内 機 序 解 明 にむけたヒトの知 覚 ・ 運 動 ・ 認 知 ・ 情
動 特 性 の検 討

2021.4～塩入研

国立台湾大学

Modeling the JapaneseTaiwanese racial effectin facial
expression recognition

2021.4～

塩入研

台湾

研究機関名

研究課題名

527

国際活動

相手国

研究機関名

研究課題名

期 間

研究室

2019.4～塩入研

台湾

国立台湾大学学 習 支 援 のための追 体 験 システ
ムの構 築

台湾

国立台湾大学学 習 時 の注 意 推 定 に関 する研 究

2022.4～

塩入研

台湾

国立成功大学/National ChengKung University,
Taipei McKay
Medical
University

An Inter-personal
Dimension of MA:
Behavior, Physiology,
and Engineering2022.5～

塩入研

スウェーデンノルウェー

チャルマース工 科 大学 /Chalmers
University ofTechnology,
ベルゲン大 学
/University ofBergen

適 応 的 な触 覚 提 示 による VR 体
験 の没 入 感 向 上 と動 作 範 囲 の削減

2019.10～

北村研

イタリア

PalermoUniversity

HyperCubeHarmonic: A
Conceptual Complete andConsistent Model toControl Multiple
Dimensional Informationof Music

2020.4～2023.3

北村研

タイ

チュラロンコン大 学/Chulalongkorn
University

Investigating culturalissues for the design oftouch-based interactive
D-FLIP photomanagement system

2020.4～2023.3北村研

カナダ

トロント大 学
/University ofTronto人 の行 動 理 解 ・ 解 析 に基 づく空
間 型 ユーザインタフェース

2020.4～2023.3

北村研

シンガポール

シンガポール国 立 大学

音 声 によるカラスの行 動 制 御 手
法 の自 動 化 に向 けた開 発

2020.4～2023.3

北村研

オーストラリアメルボルン大 学 /The
University of
Melbourne

Cognition-AwareSystems for Improving
Human Performance

2020.4～2023.3

北村研

イギリス

マンチェスター・ メトロ
ポリタン大 学
/Manchester
Metropolitan
University

Exploring and designinginteractions for VR
headsets using
smartphone interfaces

2022.4～

北村研

528

国際活動

相手国

研究機関名

研究課題名

期 間

研究室

2022.5～北村研

中国

中国医科大学/China Medical
University

Interpersonal
coordination of motor,
cognitive andneurophysiologicalprocesses in joint
activities

シンガポール

Symgapore
Managemetn
University

これからの学 術 集 会 を考 える

2022.4～

北村研

シンガポール

SenseFoil
PTE.LTD.

持 続 的 社 会 を実 現 する水 上 モビ
リティの要 素 技 術 に関 する研 究会

2022.4～

北村研

シンガポールSingapore
Management
University

屋 内 マ ッ プの た め の グ ラ フ コ ン テ
ンツ可 視 化 技 術 とナビゲーション
インタフェース

2022.5～

北村研

スイス

Swiss Federal
Institute ofTechnology in
Lausanne (EPFL)

生 物 ロコモーションの制 御 原 理の解 明 とロボット応 用

2015.4～

石黒研

イギリス

マンチェスター大 学/The Universityof Manchester

古 生 物 のロコモーションに内 在 する自 律 分 散 制 御 則 に関 する研 究

2017.4～

石黒研

イギリス

ウォーリック大 学/The Universityof Warwick

バクテリアのバイオフィルム形 成
現 象 から切 り拓 く超 サバイバルシ
ステムの革 新 的 設 計 論

2019.10～2024.3

石黒研

ドイツ
アメリカ

エアランゲン大 学
アルゴンヌ国 立 研 究所

機 能 酸 化 物 界 面 デバイスの創 成とバイオデバイスへの新 展 開2021.4～

平野研

台湾
中国
韓国

国立台湾大学,Old Dominion
University
PerterBruggeman
University ofPetroleum,
Advanced
Institute of
Science andTechnology,

非 平 衡 プラズマ活 性 種 を活 用 したバイオ・ 医 療 デバイスの創 成2021.4～

平野研

アメリカ

マサチューセッツ工 科
大学/Massachusetts
Institute ofTechnology(MIT)組 合 せ論 理 の特 性 に関 する研 究

2017.10～

中野研

529

国際活動

相手国

研究機関名

研究課題名

中国

北京大学

双 方 向 変 換 の深 化 による自 律 分
散 ビッグデータの相 互 運 用 基 盤に関 する研 究

カナダ

トロント大 学
McGill 大 学
ウォータールー大 学

脳 型 LSI とその関 連 技 術 国 際
共同研究

530

期 間

研究室

2015.4～中野研

2020.4～2023.3羽生研

国際活動

７ ． 外 国 人 研 究 者 の招 へい状 況
（人）

区分

令和５年度

令和元年度

令和 2 年度

令和 3 年度

令和 4 年度

63

6

6

9

０

日本学術振興会事業

9

4

6

5

3

当 該 法 人 による事 業

26

11

8

42

77

その他

109

16

5

11

30

計

207

37

25

67

110

①アジア

82

23

15

33

22

②北 米

22

4

3

7

28

③中 南 米

1

1

2

1

1

文部科学省事業

地域別内訳④ヨーロッパ

97

9

5

21

50

⑤オセアニア

3

0

0

4

7

⑥中 東

2

0

0

0

1

⑦アフリカ

0

0

0

1

1

207

37

25

67

110

１月以上滞在

41

34

21

24

31

１週間以上１月未満

41

2

2

17

26

計
滞在期間別内訳

１週間未満

125

1

2

26

53

計

207

37

25

67

110

８ ． 研 究 者 の海 外 派 遣 状 況（人）

区分
文部科学省事業

令和５年度

令和元年度

令和 2 年度

令和 3 年度

令和 4 年度

37

0

1

37

3

日本学術振興会事業

105

0

0

16

43

当 該 法 人 による事 業

49

0

0

18

51

その他

86

0

8

48

112

277

0

9

119

209

①アジア

49

0

0

19

33

②北 米

91

0

5

37

61

計
地域別内訳

③中 南 米

1

0

0

1

0

④ヨーロッパ

121

0

4

59

93

⑤オセアニア

13

0

0

3

15

⑥中 東

1

0

0

0

7

⑦アフリカ

1

0

0

0

0

277

0

9

119

209

計

531

国際活動

９．国際学術交流協定一覧
９－１．部局間協定
協 定 校

締結時
代表者

教授
津屋 昇

国名

研究機関名

ポーランド
ポーランド 科 学 アカデミー
物理研究所

教授
ドイツ
室田淳一
教授
フランス
室田淳一
教授
中国
大野英男

教授
アメリカ
加藤修三

教授
ロシア
尾辻泰一

教授
フランス
本間尚文

協定締結
年 月 日

1976.8.3

協 定 締 結 のねらい 更
共 学 国 地 そ同 生
研 ・ 際 域 の 新
研 究 課 題 /目 標
究 教 貢 連 他の 職 献 携
状
促 員
進 交
況
流
○ ○
継
磁 性 体 における磁 性 弾 性続
結 合 に関 する研 究

IV 族 半 導 体 極 限 へテロ構 ○ ○2001.1.22 造 形 成 プ ロ セ ス に 関 す る
研究
国立科学研究所
半導体表面・界面制御結 ○ ○マ ル セ イユ ナノ サ イ エ 2005.10.24 晶 成 長 の基 礎 と 応 用 の研
ンス学 際 センター究○ ○半 導 体 と半 導 体 素 子 およ
中国科学院
2007.4.12 び ス ピ ン ト ロ ニ ク ス の 基 礎
半導体研究所と応 用 の研 究

継
続

○ ○

継
続

新 材 料 として注 目 されて ○ ○バウマン・ モスクワ国
いるグラフェンおよび化 合
立 工 科 大 学 フォト
物 半 導 体 を中 心 とする半ニクス・ 赤 外 工 学 研
2014.6.26 導 体 ヘ テ ロエ ピ タ キ シ ャ ル
究 教 育 センターおよ
材 料 システムによるテラヘ
び無 線 電 子 工 学 ・ レ
ルツ機 能 デバイス応 用 のーザー工 学 研 究 所
研 究 を大 きく前 進 させる・ ハードウェアセキュリティ 〇 ○国 立 パリ高 等 情 報 通
分 野 に おい て 国 際 共 同 研
信 大 学 テレコムパリ
2017.10.25 究 を推 進 すること
（ 現 ： パリ工 科 大 学 テ
・ 教 員 ・ 研 究 員 の交 流 によレコムパリ）り国 際 化 を促 進 すること
○ ○

継
続

アイエイチピー（ IHP）

ラトガース大 学
ワイヤレスネット
ワーク研 究 所（ WINLAB）

超 高 速 屋 内 ブロードバン
2009.12.9 ド 無 線 通 信 シ ス テ ム の 研
究

共 同 研 究 の推 進 と高 度 人
材育成

教授
ロシア
尾辻泰一

モスクワ国 立 大 学 物
理学部

教授
塩入諭

国立台湾大学人工
共 同 研 究 の推 進 と高 度 人
知 能 ・ 先 端 ロボットセ 2018.7.31
材育成
ンター

台湾

教授
ロシア
尾辻泰一

532

2018.6.8

継
続
継
続

継
続

6
月
終
結

○ ○

継
続

テラヘルツ光 電 子 工 学 、半 ○ ○ロシア科 学 アカデミ
導 体 プラズモニクス、テラー超 高 周波 半 導 体
ヘルツイメージング工 学 、
電 子 工 学 研 究 所 およ2020.9.25
テラヘルツ無 線 通 信 工 学
びロシア科 学 アカデなどの理 工 学 分 野 におけミー総 合 物 理 学 研 究る国 際 共 同 研 究 の推 進
所

継
続

国際活動

９－２．大学間協定

国 名

協 定 校

協定締結
年 月 日

アメリカ

カリフォルニア大 学 サンタバーバラ校

1990.3.15

イギリス

ヨーク大 学

2004.6.7

ドイツ

ドレスデン工 科 大 学

2006.6.26

ドイツ

ベルリン工 科 大 学

2009.8.26

台湾

国立清華大学2009.12.2

アメリカ

ハーバード大 学

2010.7.22

ドイツ

カイザースラウテルン工 科 大 学

2012.2.1

ドイツ

ヨハネスグーテンベルグ大 学 マインツ

2012.2.6

ドイツ

ケムニッツ工 科 大 学

2013.10.31

ドイツ

レーゲンスブルク大 学

2017.3.16

ドイツ

オルデンブルク大 学

2017.7.13

アメリカ

パーデュー大 学

1997.9.23
通 研 は 2017 年 より参 画

スペイン

サラマンカ大 学

2018.5.20

ロシア

サンクトペテルブルク電 気 工 科 大 学

2019.11.22

アメリカ

カリフォルニア大 学 （ 10 校 ）ドイツミュンヘン工 科 大 学

台湾

国立台湾大学台湾

国立陽明交通大学

スイス

スイス連 邦 工 科 大 学 ローザンヌ校

シンガポー
シンガポール国 立 大 学
ル

協 定 締 結 のねらい
共 学 国 地 そ同 生
研 ・ 際 域 の究 教 貢 連 他の 職 献 携
促 員
進 交
流
○ ○
○ ○ ○
○ ○

新
状
況
継
続
継
続
継
続

○ ○ ○

継
続

○ ○

継
続

○ ○

継
続

○ ○

継
続

○ ○

継
続
継
続
継
続
継
続
継
続
継
続
○ ○ 継
続

○ ○
〇 〇
〇 〇
〇 〇
○ ○
○

○ ○
1990.3.15
サンタバーバラ校 以 外 について2020 年 より参 画○ ○2010.8.3
通 研 は 2020 年 より参 画
2000.11.18
通 研 は 2020 年 より参 画
2005.12.15
通 研 は 2020 年 より参 画
2000.11.20
通 研 は 2020 年 より参 画
2000.9.16
通 研 は 2020 年 より参 画

更

○ ○
○ ○
○ ○
○ ○

継
続
継
続
継
続
継
続
継
続
継
続

533

国際活動

協 定 締 結 のねらい

国 名

協 定 校

オーストラリメルボルン大 学
ア
ポーランド

ポーランド科 学 アカデミー

オーストラリ
シドニー大 学アタイ

キングモンクット工 科 大 学 トンブリ校

フランス

ロレーヌ大 学台湾

国立中正大学イギリス

ユニバーシティ・ カレッジ・ ロンドン

アメリカ

ライス大 学

中国

香港大学

カナダ

オタワ大 学

534

協定締結
年 月 日

2014.11.7
通 研 は 2021 年 より参 画
2021.7.23
通 研 は 2021 年 より参 画
1993.1.8
通 研 は 2022 年 より参 画
2012.11.26
通 研 は 2022 年 より参 画
2018.2.26
通 研 は 2022 年 より参 画
2003.11.14
通 研 は 2023 年 より参 画
2013.11.21
通 研 は 2023 年 より参 画
2017.7.21
通 研 は 2023 年 より参 画
2019.3.16
通 研 は 2023 年 より参 画
2009.6.26
通 研 は 2023 年 より参 画

学
生
・
教
職
員
交
流
○ ○

共
同
研
究
の
促
進

○ ○
○ ○
○ ○
○ ○
○ ○
○ ○
○ ○
○ ○
○ ○

国
際
貢
献

更
地 そ
域 の
新
連 他
携
状
況
継
続
継
続
継
続
継
続
継
続
新
規
新
規
新
規
新
規
新
規

社会貢献

第７ 社会貢献
１ ． 東 北 大 学 電 気 ・ 情 報 産 学 官 フォーラム参 加 者 数
（人）

年度

令和元年度

令和 2 年度

令和 3 年度

令和 4 年度

令和 5 年度

東京(オンライン開 催 )(オンライン開 催 )(ハイブリッド開 催 )(開 催 なし)

技 術 セミナー

―

―

―

―

―

講演会

194

242

258

234

―

<外 部 >

121

150

153

158

―

<内 部 >

73

92

105

76

―

194

242

258

（ オンライン 192

234
来場者数

―

／ 対 面 42）

２．通研一般公開参加者数
（人）

令和元年度

令和 2 年度

令和 3 年度

オンライン開 催

オンライン開 催

令和 4 年度

令和５年度

参加者数
(開 催 中 止 )

※1

1,591

624

令 和 元 年 度 は片 平 まつりと同 時 開 催 予 定 であったが、令 和 元 年 東 日 本 台 風（ 台 風 １ ９ 号 ） 接 近 に伴 う悪 天 候 が予 想 されたため中 止 した。
※２ 令 和 2 年 度 はオンライン開 催
通 研 公 開 2020 特 設 サイトのアクセス数 ： 約 6,300 回
研 究 紹 介 、公 開 実 験 、工 作 教 室 のビデオ視 聴 回 数 ： 約 1,600 回
工 作 キットの送 付 数 ： 約 730 セット※３ 令 和 3 年 度 はオンライン開 催
通 研 公 開 2021 特 設 サイトのアクセス数 ： 約 4,100 回
研 究 紹 介 、公 開 実 験 、工 作 教 室 のビデオ視 聴 回 数 ： 約 2,500 回
工 作 キットの送 付 数 ： 約 610 セット※4 令 和 ５ 年 度 は片 平 まつりと同 時 開 催

535

社会貢献

３ ． 学 会 名 誉 会 員 及 びフェローの状 況
（人）

区

分

令和元年度

令和 2 年度

令和 3 年度

令和 4 年度

令和５年度

国際学会
フェロー

2

2

2

2

4

国内学会
フェロー

6

8

8

8

8

計

8

10

10

10

12

４ ． 学 会 名 誉 会 員 及 びフェロー一 覧
国際学会
学

会

名

氏

名

IEEE

尾 辻 泰 一IEEE田 中 陽一郎IEEE

遠 藤 哲 郎OSA

尾 辻 泰 一※ IEEE = The Institute of Electrical and Electronics Engineers
OSA = Optical Society of America

国内学会
学

536

会

名

氏

名

電子情報通信学会

堀 尾 喜 彦電子情報通信学会

末 松 憲 治応用物理学会

尾 辻 泰 一

応用物理学会

平 野 愛 弓日 本 バーチャルリアリティ学 会

北 村 喜 文日本磁気学会田 中 陽一郎

日本磁気学会

深 見 俊 輔

日本表面真空学会

平 野 愛 弓

社会貢献

５ ． 学 会 役 員 の状 況
（人）

区

分

令和元年度

令和 2 年度

令和 3 年度

令和 4 年度

令和５年度

国際学会役員

1

1

2

3

1

国内学会役員

12

12

11

8

7

計

13

13

13

11

8

※会 長 、理 事 、評 議 員 等

６．学会役員一覧
国 際 学 会 （ 2023）
学 会 名

役 職 名

任 期

氏 名

IEEE

Additional Members appointed
by the Council Committee

2022～ 現 在廣岡 俊彦

国 内 学 会 （ 2023）
学 会 名

役 職 名

任 期

氏 名

日 本 ナノメディシン交 流 協 会

理事

2017～ 現 在山本 英明

日本表面真空学会

理事

2020～ 現 在平野 愛弓

日本音響学会理事

2021～ 現 在

坂本 修一

映 像 情 報 メディア学 会

副会長

2021～ 現 在

塩 入

日本神経回路学会

理事

2021～ 現 在山本 英明

日本脳科学関連学会連合

評議員

2022～ 現 在山本 英明

応用物理学会理事

2023～ 現 在

平野 愛弓

諭

537

社会貢献

７ ． 各 省 庁 、地 方 自 治 体 、公 益 法 人 、学 協 会 等 への貢 献
（人）

区 分

538

令和元年度

令和 2 年度

令和 3 年度

令和 4 年度

令和５年度

文部科学省関連

2

3

5

8

9

他省庁

13

14

16

18

10

地方公共団体

4

6

5

4

4

財 団 、学 会

29

25

23

23

10

その他

106

80

85

108

121

計

154

128

134

161

154

産学官連携第８Ө 産学官連携Ө
１ ． 発 明 届 出 件 数 、特 許 出 願 数 、特 許 登 録 数 ӨӨӽӺ

発明届出件数件数

教員個人所有Ө

企業等の共有
Ӽӿ

Ө

大学所有

ӼӺ

Ө
Ө

ӻӿ

Ө

ӻӺ

Ө
ӿ

Ө
Ӻ

Ө

令和元年度

令和Ӽ年度

令和ӽ年度

令和Ӿ年度

令和ӿ年度

Ө Ө
区Ө Ө 分Ө

令和元年度Ө

令和 Ӽ 年度Ө

令和 ӽ 年度Ө

令和 Ӿ 年度Ө

令和 ӿ 年度Ө

発明届出件数Ө

ӻӾӨ

ӻӿӨ

ӻӾӨ

ӼԀӨ

ӻԃӨ

教
Ө Ө員 個 人 所 有 Ө

ӻӨ

ӺӨ

ӻӨ

ӺӨ

ӺӨ

企
Ө Ө業 等 の共 有 Ө

ӿӨ

ԁӨ

ӽӨ

ԃӨ

ԃӨ

Ө Ө大 学 所 有 Ө

ԂӨ

ԂӨ

ӻӺӨ

ӻԁӨ

ӻӺӨ

国内出願数Ө

ӻԀӨ

ӻӾӨ

ӻԃӨ

ӻԂӨ

ӼӺӨ

国内登録数Ө

ӻԁӨ

ӼӾӨ

ӻӽӨ

ӻӺӨ

ӻӺӨ

ӻԀӨ

ӼӼӨ

ӻԀӨ

ӼӼӨ

ӻӿӨ

ӻӽӨ

ӻԃӨ

ӻӼӨ

ӻӿӨ

ԃӨ

外国出願数Ө
Ӳ含 む ԟԍԣ 出 願 数 ） Ө

外国登録数ӨӨ ӨӨ ӨӨӼ． 電 気 通 信 研 究 所 における技 術 的 相 談 、指 導 Ө（件）Ө Ө Ө区Ө Ө 分Ө

令和元年度Ө

令和 Ӽ 年度Ө

令和 ӽ 年度Ө

令和 Ӿ 年度Ө

令和 ӿ 年度Ө

技 術 的 相 談 、指 導 Ө

ԂԂӨ

ԂԀӨ

ԀӾӨ

ԂӼӨ

ӻӽӼӨ

Ө

539

広報活動と情報公開

第 ９ 広 報 活 動 と情 報 公 開

開催行事
1

The 20th International Workshop on Emerging ICT

2023 年 10 月 16 日 (月 )～ 10 月 18 日 (水 )220th RIEC International Workshop on Spintronics

2023 年 11 月 28 日 (火 )～ 12 月 1 日 (金 )3

RIEC International Symposium on Enriching
Telecommunication and Nonverbal Information

2024 年 1 月 26 日 (金 )～ 1 月 27 日 (土 )4

The 12th RIEC International Symposiumon Brain Functions and Brain Computer

2024 年 2 月 27 日 (火 )～ 2 月 28 日 (水 )5

The 14th International Workshop on
Nanostructures & Nanoelectronics

2024 年 3 月 5 日 (火 )～ 3 月 6 日 (水 )614th International WorkShop on
New Group IV Semiconductor Nanoelectronics

2023 年 12 月 14 日 (木 )～ 12 月 15 日 (金 )7

東 北 大 学 電 気 通 信 研 究 所 通 研 公 開 2023【 現 地 開 催 】

2023 年 10 月 7 日 (土 )8東北大学 電気通信研究所 情報通信共同研究拠点
令 和 5 年 度 共 同 プロジェクト研 究 発 表 会 【 ハイブリッド開 催 】

2024 年 2 月 15 日 (木 )出版物
1

電気通信研究所要覧（和文・英文）

年 1 回発行

2

電 気 通 信 研 究 所 研 究 活 動 報 告 （ 和 文 版 ･英 文 版 ）電 子 版 ・ HP 掲 載3

東北大学電通談話会記録

年 2 回発行

4

ナノ・ スピン実 験 施 設 研 究 報 告 書

年 1 回発行

5

研 究 基 盤 技 術 センター年 次 報 告 書

年 1 回発行

その他
1

電 気 通 信 研 究 所 ホームページ

公開中

2

電 気 通 信 研 究 所 教 授 会 議 事 録 Web 公 開

公開中

3

RIEC Newsweb

公開中

540

職

職員（令和 5 年5月1日）
Staff (as of May 1, 2023)

職員員（令和 5 年 5 月 1 日）

所長（併）
／教授

Director, Professor

羽

生

貴

弘

Takahiro Hanyu

研究部門

Research Divisions

計算システム基盤研究部門

Computing System Platforms Division■

固体電子工学研究室

教授Professor（佐 藤 茂 雄）(Shigeo Sato)

教

授（兼）

Professor*

遠

藤

哲

郎

Tetsuo Endoh

教

授（兼）

Solid State Electronics

Professor*

日

暮

栄

治

Eiji Higurashi

准教授

Associate Professor

吹

留

博

一

Hirokazu Fukidome准教授（兼）

Associate Professor*

岡

田

健

Takeru Okada■

誘電ナノデバイス研究室

教授Professor（白 井 正 文）(Masafumi Shirai)

教

授（兼）

Professor*

小

玉

也

Tetsuya Kodama

教

授（兼）

Professor*

吉

澤

晋

Shin Yoshizawa

准教授

Associate Professor

山

末

耕

平

Kohei Yamasue

准教授

Associate Professor

平

永

良

臣

Yoshiomi Hiranaga

Dielectric Nano-Devices
哲■

物性機能設計研究室

教授Professor

白

井

正

文

Masafumi Shirai

教

授（兼）

Professor*

田

中

和

之

Kazuyuki Tanaka

教

授（兼）

Professor*

安

藤

晃

Akira Ando

教

授（兼）

Professor*

大

関

真

之

Masayuki Ohzeki

准教授

Associate Professor

阿

部

和多加

Kazutaka Abe

准教授（兼）

Associate Professor*

高

橋

和

貴

Kazunori Takahashi

助教

Assistant Professor

辻

川

雅

人

Masahito Tsujikawa■

スピントロニクス研究室

教授Professor

深

見

俊

輔

Shunsuke Fukami

教

授（兼）

Professor*

安

藤

康

夫

Yasuo Ando

教

授（兼）

Professor*

島

津

武

仁

Takehito Simatsu

教

授（兼）

Professor*

齊

藤

伸

Shin Saito

教

授（兼）

Professor*

池

田

正

二

Shoji Ikeda

教

授（兼）

Professor*

大

兼

幹

彦

Mikihiko Ogane

教

授（兼）

Professor*

角

田

匡

清

Masakiyo Tsunoda

准教授

Associate Professor

金

井

駿

Shun Kanai准教授（兼）

Associate Professor*

小

川

智

之

Tomoyuki Ogawa

助

教（兼）

Materials Functionality Design

Spintronics

Assistant Professor*

山

根

結

太

Yuta Yamane

特任研究員

Specially Appointed Research Fellow

丸

井

幸

博

Yukihiro Marui

学術研究員

Research Fellow

小

原

紀

子

Noriko Obara■

ナノ集積デバイス・システム研究室

教授Professor

佐

藤

茂

雄

Shigeo Sato

教

授（兼）

Professor*

張

山

昌

論

Masanori Hariyama

教

授（兼）

Professor*

黒

田

理

人

Rihito Kuroda

准教授

Associate Professor

櫻

庭

政

夫

Masao Sakuraba

准教授

Associate Professor

山

本

英

明

Hideaki Yamamoto

准教授（兼）

Associate Professor*

Waidyasooriya Hasitha Muthumala Waidyasooriya Hasitha Muthumala助

Assistant Professor

佐

藤

特任助教

Specially Appointed Assistant Professor 守

谷

特任助教

Specially Appointed Assistant Professor 織

間教

96 電気通信研究所 RIEC 2023 ／ 2024

Nano-Integration Devices and Systems

信健之Nobuyuki Sato

哲

Satoshi Moriya

守

Takemori Orima

541

職

■

員

量子デバイス研究室

准教授

Quantum Devices
Associate Professor

大

塚

朋

廣

Tomohiro Otsuka■

革新的スピントロニクスデバイス研究室

教授Professor

Bengt Johan Åkerman

Bengt Johan Åkerman

助教

Assistant Professor

土

Takaaki Dohi■

コンピューティング情報理論研究室

教授Professor

中

野

圭

教

授（兼）

Professor*

大

町

真一郎

Shinichiro Omachi

准教授（兼）

Associate Professor*

酒

井

正

夫

Masao Sakai

准教授（兼）

Associate Professor*

磯

邉

秀

司

Shuji Isobe

助教

Assistant Professor

浅

田

和

之

Kazuyuki Asada助教Assistant Professor

菊

池

健太郎

Kentaro Kikuchi■

新概念 VLSI システム研究室

教授Professor

羽

生

貴

弘

Takahiro Hanyu

教

授（兼）

Professor*

青

木

孝

文

Takafumi Aoki

准教授

Associate Professor

夏

井

雅

典

Masanori Natsui

准教授

Associate Professor

鬼

沢

直

哉

Naoya Onizawa

准教授（兼）

Associate Professor*

伊

藤

康

一

Koichi Ito

学術研究員

Research Fellow

玉

越

晃

Akira Tamakoshi

学術研究員

Research Fellow

米

田

洋

Tomohiro Yoneda

肥

昂

尭

Computing Information Theory介

Keisuke Nakano

New Paradigm VLSI System■

ナノフォトエレクトロニクス研究室

教

授（兼）

准教授（兼）

Innovative Spintronic Device

友Nano-photoelectronics

Professor*

藤

掛

英

夫

Hideo Fujikake

Associate Professor*

石

鍋

隆

宏

Takahiro Ishinabe■

ソフトウェア構成研究室

教

授（兼）

Professor*

篠

原

歩

教

授（兼）

Software Construction
Ayumi Shinohara

Professor*

住

井

英二郎

Eijiro Sumii

准教授（兼）

Associate Professor*

松

田

一

孝

Kazutaka Matsuda

准教授（兼）

Associate Professor*

吉

仲

亮

Ryo Yoshinaka■

計算システム基盤技術研究室（客員）Computing System Platform Technology (Visitor Section)

客員教授

Visiting Professor

弓

仲

客員教授

Visiting Professor

松

客員教授

Visiting Professor

今

康

史

Yasushi Yuminaka

岡浩

Hiroshi Matsuoka

井雅Masashi Imai

情報通信基盤研究部門

Information Communication Platforms Division■

超高速光通信研究室

教授Professor

廣

岡

俊

彦

Toshihiko Hirooka

教

授（兼）

Professor*

山

田

博

仁

Hirohito Yamada

教

授（兼）

Professor*

松

浦

祐

司

Yuji Matsuura

准教授

Associate Professor

葛

西

恵

介

Keisuke Kasai

准教授（兼）

Associate Professor*

松

田

信

幸

Nobuyuki Matsuda

Ultrahigh-speed Optical Communication

電気通信研究所

542

RIEC 2023 ／ 2024 97

職■

応用量子光学研究室

教授Applied Quantum Optics
Professor

八

坂

准教授

Associate Professor

吉

田

准教授

Associate Professor

横■先端ワイヤレス通信技術研究室

教授Professor

末

教

授（兼）

洋

Hiroshi Yasaka

真人

Masato Yoshida

田

信

英

Nobuhide Yokota

松

憲

治

Noriharu Suematsu

Advanced Wireless Information Technology

Professor*

陳

特任教授

Specially Appointed Professor

芝

特任教授

Specially Appointed Professor

塚准教授（兼）

Associate Professor*

今

助

教

Assistant Professor

学術研究員

強

Qiang Chen

隆司

Takashi Shiba

本

悟

司

Satoshi Tsukamoto

野

佳

祐

Keisuke Konno

古

市

朋

之

Tomoyuki Furuichi

Research Fellow

西

野

有

Tamotsu Nishino

中陽一郎

Yoichiro Tanaka

藤

健

■

情報ストレージシステム研究室

教授Professor

田

教

授（兼）

Professor*

周

教

授（兼）

Professor*

伊准教授

Associate Professor

Simon John Greaves

Simon J. Greaves准教授（兼）

Associate Professor*

鈴

顕Akira Suzuki

一Taiichi Otsuji

Information Storage Systems■

超ブロードバンド信号処理研究室

教授Professor

木暁

Xiao Zhou

洋

Takehiro Ito

Ultra-Broadband Signal Processing
泰

尾

教

授（兼）

Professor*

西

山

大

樹

Hiroki Nishiyama

教

授（兼）

Professor*

末

光

哲

也

Tetsuya Suemitsu

准教授

Associate Professor

佐

藤

特任准教授

Specially Appointed Associate Professor 林

助教

Assistant Professor

渡

助

教（兼）

Assistant Professor*

唐Research Fellow

Ryzhii Victor

学術研究員

辺

昭

Akira Satou

宗澤Tsung Tse Lin

隆之Takayuki Watanabe

超Tang Chao
Ryzhii Victor■

量子光情報工学研究室

教授Professor

枝

教

授（兼）

Professor*

金田

助

教

Assistant Professor

Soyoung Baek■

ネットワークアーキテクチャ研究室

教授Professor

長谷川

教

授（兼）

Professor*

斎

教

授（兼）

Professor*

乾

教

授（兼）

Professor*

鈴木

准教授（兼）

Associate Professor*後藤准教授（兼）

Associate Professor*

水准教授（兼）

Associate Professor*

坂

Quantum-Optical Information Technology
松

圭

一

文寛

Soyoung Baek

Network Architecture
剛

Go Hasegawa

海Hiroumi Saito

健太郎

Kentaro Inui潤

Jun Suzuki

英昭Hideaki Goto

木

敬

明

Takaaki Mizuki

口

慶

祐

Keisuke Sakaguchi

藤浩

環境調和型セキュア情報システム研究室

教授Professor

本

間

助

教

Assistant Professor

上野Specially Appointed Research Fellow

Tasso Elise Lea Marlene

98 電気通信研究所

Keiichi Edamatsu
Fumihiro Kaneda

■

特任研究員

員

Environmentally Conscious Secure Information System
尚文

Naofumi Homma

嶺

Rei Ueno
Tasso Elise Lea Marlene

RIEC 2023 ／ 2024

543

職

■

員

Information and Communication Platform Technology (Visitor
Section)

情報通信基盤技術研究室（客員）客員教授

Visiting Professor

鈴

木

恭

宜

人間・生体情報システム研究部門

Yasunori Suzuki

Human and Bio Information Systems Division■

生体電磁情報研究室

教授Professor

石

山

教

授（兼）

Professor*

津

田

教

授（兼）

Professor*

渡

邉

教

授（兼）

Professor*

中

村

教

授（兼）

Professor*

薮

上

教

授（兼）

Electromagnetic Bioinformation Engineering和志Kazushi Ishiyama理

Makoto Tsuda

高志

Takashi Watanabe

健二Kenji Nakamura

信Shin Yabukami

Professor*

遠

藤

恭

Yasushi Endo

准教授

Associate Professor

後

藤

太

一

Taichi Goto

准教授（兼）

Associate Professor*

桑波田

晃

弘

Akihiro Kuwahata

准教授（兼）

Associate Professor*

長

﨑

陽

Yoh Nagasaki

准教授（兼）

Associate Professor*

室

賀

翔

Sho Muroga

講

師（兼）

Lecturer*

青木（木嶌）英恵■

先端音情報システム研究室

教授Professor

坂

本

教

授（兼）

Professor*

金

井

教

授（兼）

Hanae Aoki (Kijima)

Advanced Acoustic Information Systems

Professor*

伊藤准教授（兼）

Associate Professor*

能勢

准教授（兼）

Associate Professor*

荒

川

■

高次視覚情報システム研究室

教授Professor

塩

入

教

授（兼）

田

修

一

Shuichi Sakamoto

浩

Hiroshi Kanai

則

Akinori Ito隆

Takashi Nose孝

Mototaka Arakawa

諭

Satoshi Shioiri

典

大Norihiro Sugita加蕙Chia-Huei Tseng康

裕Yasuhiro Hatori

彰
元Visual Cognition and Systems

Professor*

杉准教授

Associate Professor

曽

助

教

Assistant Professor

羽

助

教（兼）

Assistant Professor*

Sun Sai■

実世界コンピューティング研究室

教

授

鳥

Sun Sai

Real-World Computing

Professor

石

黒

章

夫

Akio Ishiguro准教授

Associate Professor

加

納

剛

史

Takeshi Kano

助教

Assistant Professor

福

原

洸

Akira Fukuhara

助

教（兼）

Assistant Professor*

安

井

浩太郎

Kotaro Yasui

Specially Appointed Assistant Professor 脇

田

大

輝

Daiki Wakita

特任助教■

ナノ・バイオ融合分子デバイス研究室

教授Professor

平

野

愛

弓

Ayumi Hirano

教

授（兼）

Professor*

吉

信

達

夫

Tatsuo Yoshinobu

教

授（兼）

Professor*

木

下

賢

吾

Kengo Kinoshita

教

授（兼）

Professor*

金

子

俊

郎

Toshiro Kaneko

教

授（兼）

Professor*

神

﨑

展

Makoto Kanzaki

教

授（兼）

Takeshi Obayashi

Nano-Bio Hybrid Molecular Devices

Professor*

大

林

武

准教授（兼）

Associate Professor*

宮

本

浩一郎

Koichiro Miyamoto

准教授（兼）

Associate Professor*

西

羽

美

Hafumi Nishi

准教授（兼）

Associate Professor*

加

藤

俊

顕

Toshiaki Kato

助教

Assistant Professor

但

木

大

介

Daisuke Tadaki

助教

Assistant Professor

小

宮

麻

希

Maki Komiya

助

教（兼）

Assistant Professor*

平

本

薫

Kaoru Hiramoto
電気通信研究所 RIEC 2023 ／ 2024 99

544

職
■

インタラクティブコンテンツ研究室

教授

Professor

北

村

教

授（兼）

Professor*

加

藤

教

授（兼）

Professor*

菅

沼

准教授

Associate Professor髙

嶋

准教授（兼）

Associate Professor*

阿部

准教授（兼）

Associate Professor*

川

本

助

教

Assistant Professor

藤

田

助

教

Assistant Professor

池

松

■

ソフトコンピューティング集積システム研究室

教

授

■

スピントロニクス・CMOS 融合脳型集積システム研究室

教

授（兼）

Professor*

遠

助

教

Assistant Professor

Li Tao■

生体情報システム研究室（客員）Professor

Interactive Content Design
喜文

Yoshifumi Kitamura

寧Nei Kato

拓夫

Takuo Suganuma

和毅Kazuki Takashima

亨

Toru Abe雄

一Yuichi Kawamoto

和之Kazuyuki Fujita

香Kaori Ikematsu

Soft Computing Integrated System
堀

尾

喜

彦

Yoshihiko Horio

Spintronics/CMOS-Hybrid Brain-Inspired Integrated Systems
藤哲郎

Tetsuo Endoh
Li TaoBio Information Systems (Visitor Section)

客員教授

Visiting Professor

井

上

光

輝

Mitsuteru Inoue

客員准教授

Visiting Associate Professor

岡

本

拓

磨

Takuma Okamoto

附属研究施設Research Facilities

附属ナノ・スピン実験施設
施設長（併）／教授■

Laboratory for Nanoelectronics and Spintronics
Director, Professor

堀

尾

喜

彦

Yoshihiko Horio

共通部

Cooperation Section

技術専門職員（兼）Technical Staff*

森

田

伊

織

Iori Morita

技術一般職員（兼）Technical Staff*

小

野

力

摩

Rikima Ono

技術一般職員（兼）Technical Staff*

武

者

倫

正

Michimasa Musha■

スピントロニクス研究室

教授Professor

深

見

俊

輔

Shunsuke Fukami

教

授（兼）

Professor*

安

藤

康

夫

Yasuo Ando

教

授（兼）

Professor*

島

津

武

仁

Takehito Simatsu

教

授（兼）

Professor*

齊

藤

伸

Shin Saito

教

授（兼）

Professor*

池

田

正

二

Shoji Ikeda

教

授（兼）

Professor*

大

兼

幹

彦

Mikihiko Ogane

教

授（兼）

Professor*

角

田

匡

清

Masakiyo Tsunoda

准教授

Associate Professor

金

井

駿

Shun Kanai准教授（兼）

Associate Professor*

小

川

智

之

Tomoyuki Ogawa

助

Assistant Professor*

山

根

結

太

Yuta Yamane

教（兼）100 電気通信研究所員

Spintronics

RIEC 2023 ／ 2024

545

職

員

■

ナノ・バイオ融合分子デバイス研究室

教授Professor

平

野

愛

弓

Ayumi Hirano

教

授（兼）

Professor*

吉

信

達

夫

Tatsuo Yoshinobu

教

授（兼）

Professor*

木

下

賢

吾

Kengo Kinoshita

教

授（兼）

Professor*

金

子

俊

郎

Toshiro Kaneko

教

授（兼）

Professor*

神

﨑

展

Makoto Kanzaki

教

授（兼）

Professor*

大

林

武

Takeshi Obayashi

准教授（兼）

Associate Professor*

宮

本

浩一郎

Koichiro Miyamoto

准教授（兼）

Associate Professor*

西

羽

美

Hafumi Nishi

准教授（兼）

Associate Professor*

加

藤

俊

顕

Toshiaki Kato

助教

Assistant Professor

但

木

大

介

Daisuke Tadaki

助教

Assistant Professor

小

宮

麻

希

Maki Komiya

助

教（兼）

Assistant Professor*

平

本

薫

Kaoru Hiramoto■

ナノ集積デバイス・システム研究室

教授Professor

佐

藤

茂

雄

Shigeo Sato

教

授（兼）

Professor*

張

山

昌

論

Masanori Hariyama

教

授（兼）

Nano-Bio Hybrid Molecular Devices

Nano-Integration Devices and Systems

Professor*

黒

田

理

人

Rihito Kuroda

准教授

Associate Professor

櫻

庭

政

夫

Masao Sakuraba

准教授

Associate Professor

山

本

英

明

Hideaki Yamamoto

准教授（兼）

Associate Professor*

Waidyasooriya Hasitha Muthumala Waidyasooriya Hasitha Muthumala助

Assistant Professor

佐

藤

特任助教

教

Specially Appointed Assistant Professor

守

谷

特任助教

Specially Appointed Assistant Professor

織

間

■

革新的スピントロニクスデバイス研究室

教
助

信

健

之

Nobuyuki Sato

哲

Satoshi Moriya

守

Takemori Orima

Innovative Spintronic Device

授

Professor

Bengt Johan Åkerman

Bengt Johan Åkerman

教

Assistant Professor

土

肥

昂

尭

Takaaki Dohi

Director, Professor

石

黒

章

夫

Akio Ishiguro

塩

入

諭

Satoshi Shioiri

坂

本

一

Shuichi Sakamoto

附属ブレインウェア研究開発施設
施設長（併）／教授

Laboratory for Brainware Systems■

認識・学習システム研究室

教授Professor

教授

Professor■

ソフトコンピューティング集積システム研究室

教

授

■

新概念 VLSI システム研究室

教授Professor

羽

生

貴

弘

Takahiro Hanyu

教

授（兼）

Recognition and Learning Systems

Professor

修Soft Computing Integrated System
堀

尾

喜

彦

Yoshihiko Horio

New Paradigm VLSI System

Professor*

青

木

孝

文

Takafumi Aoki

准教授

Associate Professor

夏

井

雅

典

Masanori Natsui

准教授

Associate Professor

鬼

沢

直

哉

Naoya Onizawa

准教授（兼）

Associate Professor*

伊

藤

康

一

Koichi Ito
電気通信研究所 RIEC 2023 ／ 2024 101

546

職
■

実世界コンピューティング研究室

教授Real-World Computing

Professor

石

黒

章

夫

Akio Ishiguro准教授

Associate Professor

加

納

剛

史

Takeshi Kano

助教

Assistant Professor

福

原

洸

Akira Fukuhara

助

教（兼）

Assistant Professor*

安

井

浩太郎

Kotaro Yasui

Specially Appointed Assistant Professor 脇田大Daiki Wakita

特任助教

附属21世紀情報通信研究開発センター
センター長（併）／教授■

産学官研究開発部

教

授（兼）

輝

Research Center for 21st Century Information Technology
末Director, Professor

松

憲

治

Noriharu Suematsu

Industry-Academia-Government-Collaboration Research and Development Division
Professor*

末

松

憲

治

Noriharu Suematsu

客員教授

Visiting Professor

板

谷

聡

子

Satoko Itaya

客員准教授

Visiting Associate Professor

前

畠

貴

Takashi Maehata

客員准教授

Visiting Associate Professor

本

良

樹

Mizuki Motoyoshi■

学際連携研究部

教

授（兼）

■

萌芽研究部

教

授（兼）

Professor*

塩

入

教

授（兼）

Professor*

北

村

教

授（兼）

Professor*

末

松

瑞

Interdisciplinary Collaboration Research Division
Professor*

羽

生

貴

弘

Takahiro Hanyu

Exploratory Research Division

サイバー＆リアル ICT 学際融合研究センターセンター長（併）／教授

Director, Professor■

人間コミュニケーション科学研究グループ

教

授（兼）

諭

Satoshi Shioiri

喜文

Yoshifumi Kitamura

憲治

Noriharu Suematsu

Interdisciplinary ICT Research Center for Cyber and Real Spaces
北

村

喜

文

Yoshifumi Kitamura

Human Communication Science Research Group

Professor*

塩准教授（兼）

Associate Professor*

曽

特任助教

Specially Appointed Assistant Professor 齋

特任助教

Specially Appointed Assistant Professor Cheng Miao

入

藤

■

AI 研究グループ■

ネットワーク基盤研究グループ

教

授（兼）

Professor*

長谷川

教

授（兼）

Professor*

廣

岡

教

授（兼）

Professor*

末

松

■

セキュリティ基盤研究グループ

教

授（兼）

102 電気通信研究所員

諭

Satoshi Shioiri

加蕙Chia-Huei Tseng五大Godai Saito
Cheng Miao

AI Research Group

Network Platform Research Group剛

Go Hasegawa

俊彦

Toshihiko Hirooka

憲治

Noriharu Suematsu

Security Platform Research Group
Professor*

本

間

尚

文

Naofumi Homma

RIEC 2023 ／ 2024

547

職

員

■

XR コミュニケーション技術研究グループ

教

授（兼）

Professor*

北

村

喜

文

Yoshifumi Kitamura

教

授（兼）

Professor*

坂

本

修

一

Shuichi Sakamoto

客員教授

Visiting Professor

幸

村

琢

Taku Komura

特任研究員

Specially Appointed Research Fellow

大

西

貴

Yuki Onishi■

悠応用研究グループ

Applied Research Group

准教授（兼）■XR Communication Technology Research Group

Associate Professor*

髙嶋Specially Appointed Professor*

荘司

産学官共創企画室

和毅Kazuki Takashima

Industry-University-Government Co-Creation Planning Office特任教授（兼）弘高等研究機構新領域創成部
スピントロニクス・CMOS 融合脳型集積システム研究室

教

授（兼）

Professor*

遠

助

教（兼）

Assistant Professor*

Li Taoフォトニクス融合共創研究拠点

特任教授

Hiroki Shoji

Division for the Establishment of Frontier Sciences■

古河電工×東北大学

樹

Spintronics/CMOS-Hybrid Brain-Inspired Integrated Systems
藤哲郎

Tetsuo Endoh
Li TaoFurukawa Electric × Tohoku Univ. Co-creation Research Center
for Photonics Integration

Specially Appointed Professor

島

田

道

宏

安全衛生管理室Michihiro Shimada
Management Office for Safety and Health室

長（兼）／教授

Manager, Professor*

佐

藤

茂

雄

Shigeo Sato

助

教（兼）

Assistant Professor*

佐

藤

信

之

Nobuyuki Sato

共通研究施設Common Research Facilities

やわらかい情報システムセンターセンター長（兼）／教授

Flexible Information System Center
Director, Professor*

長谷川剛

研究基盤技術センター

Fundamental Technology Centerセンター長（兼）／教授

Director, Professor*

佐藤

統括技術専門員（技術長）

Technical Staff

末永

技術一般職員（グループ長）

Technical Staff

阿部

技術一般職員Technical Staff

前技術一般職員Technical Staff

関

■

■

Go Hasegawa

茂雄

Shigeo Sato

保

Tamotsu Suenaga

健人

Kento Abe田泰明Yasuaki Maeda

谷

佳

奈

Kana Sekiya

工作部

Machine Shop Division

評価部

Evaluation Division

技術専門職員（グループ長）

Technical Staff

丹

野

健

徳

Takenori Tanno

技術専門職員Technical Staff

阿

部

真

帆

Maho Abe

技術一般職員Technical Staff

柳

生

寛

幸

Hiroyuki Yagyu

技術一般職員（グループ長）

Technical Staff

小

野

力

摩

Rikima Ono

技術専門職員Technical Staff

森

田

伊

織

Iori Morita

技術一般職員Technical Staff

武

者

倫

正

Michimasa Musha

■

■

プロセス部

Process Division

情報技術部

Information Technology Division

技術専門職員（グループ長）

Technical Staff

太

田

憲

治

Kenji Ota

技術専門職員Technical Staff

丸

山

由

子

Yuko Maruyama
電気通信研究所 RIEC 2023 ／ 2024 103

548

職

国際化推進室特任教授

Office for the Promotion of International Relations
Specially Appointed Professor

五十嵐

大

和

Specially Appointed Professor*

荘

弘

樹

産学官連携推進室
特任教授（兼）

Hirokazu Igarashi
Cooperative Research and Development

司

Hiroki Shoji

事務部

Administration Office

事務長

General Manager

三

上

一

Yoichi Mikami

事務長補佐

Deputy-General Manager

渡

部

学

Manabu Watanabe

専門職員

Associate Expert

鈴

木

至

Itaru Suzuki

総務係長

Chief of General Affairs Section

下山

研究協力係長Chief of Research Cooperation Section

綱

川

経理係長

Chief of Accounting Section

山

口

用度係長

Chief of Purchasing Section

後藤

104 電気通信研究所

員

洋

真

樹

Masaki Shimoyama

健

Ken Tsunakawa

教

光Norimitsu Yamaguchi

逸人

Hayato Goto

RIEC 2023 ／ 2024

549

東北大学電気通信研究所

研究活動報告第30 号

2024年 ９月発行
発

行

者

羽

生

貴

弘

編

集

者

Ｔ
Ｆ
Ｕ
印

Ｅ
Ａ
Ｒ
刷

Ｌ
Ｘ
Ｌ
所

東北大学電気通信研究所総務委員〒980-8577 仙台市青葉区片平二丁目１番１号
022-217-5422
022-217-5426
https://www.riec.tohoku.ac.jp/
有限会社 明倫社〒989-3124 仙台市青葉区上愛子平治１-36
TEL 022-796-8871 FAX 022-796-8712