hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ソフトウェア機能要求の獲得・再利用のための演繹オブジェクト指向データベースの構築

本研究は,ソフトウェア開発の出発点となる機能要求の獲得にあたって,演繹推論機能を備えたオブジェクト指向データベースを援用することで,開発者の対象領域に対する知識と経験の不足を補うことを目指している.平成7年度は,その手始めとして,既存のオブジェクト指向データベースに演繹機能を付加することで基盤となる演繹オブジェクト指向データベースを構築する作業を主に行ないプロトタイプ版を試作しており,当該年度の当初の研究計画をほぼ達成している.このプロトタイプ版が備えている基本機能は,ルールとして部分的に与えたオブジェクト間の関係を元に,オブジェクト自身の持っている内部状態の値を参照しながら,与えられていないオブジェクト間関係を演繹推論する機能である.この作業を通して,更に,必要な推論機能が明らかになってきている.現時点では,否定的情報の推論機能の導入はほとんど果たしているが,不完全情報下で時間経過に伴って漸進的に情報が獲得されるプロセスを取り扱うための核となる「部分的オブジェクト識別性」に関する推論機能は未だ十分ではないことがわかった.「部分的オブジェクト識別性」の概念は,研究代表者が提案している「内包的オブジェクト識別性」(飯島正:「識別子によらないオブジェクト識別性」,オブジェクト指向'95シンポジウム,情報処理学会,1995年6月)のメカニズムのフレームワーク内で取り扱えるものと考えている.そうしたフレームワークに基づき,本研究を通して新たに見つかった必要な推論機能の拡充を目指して,その実現方法の設計を進めている.本研究は,ソフトウェア開発の出発点となる機能要求の獲得にあたって,演繹推論機能を備えたオブジェクト指向データベースを援用することで,開発者の対象領域に対する知識と経験の不足を補うことを目指している.平成7年度は,その手始めとして,既存のオブジェクト指向データベースに演繹機能を付加することで基盤となる演繹オブジェクト指向データベースを構築する作業を主に行ないプロトタイプ版を試作しており,当該年度の当初の研究計画をほぼ達成している.このプロトタイプ版が備えている基本機能は,ルールとして部分的に与えたオブジェクト間の関係を元に,オブジェクト自身の持っている内部状態の値を参照しながら,与えられていないオブジェクト間関係を演繹推論する機能である.この作業を通して,更に,必要な推論機能が明らかになってきている.現時点では,否定的情報の推論機能の導入はほとんど果たしているが,不完全情報下で時間経過に伴って漸進的に情報が獲得されるプロセスを取り扱うための核となる「部分的オブジェクト識別性」に関する推論機能は未だ十分ではないことがわかった.「部分的オブジェクト識別性」の概念は,研究代表者が提案している「内包的オブジェクト識別性」(飯島正:「識別子によらないオブジェクト識別性」,オブジェクト指向'95シンポジウム,情報処理学会,1995年6月)のメカニズムのフレームワーク内で取り扱えるものと考えている.そうしたフレームワークに基づき,本研究を通して新たに見つかった必要な推論機能の拡充を目指して,その実現方法の設計を進めている.
苔類のセスキテルペンの合成研究

Chiloscyphone(1〓)は苔類Chiloscyphus polyanthosから得られたセスキテルペンケトンであるが、絶対配置は決定されていなかった。光学活性体の合成によって1〓の絶対配置を決定した。3、4-ジメチル-2-シクロヘキセノンヘのビニル基の1、4-付加、ケタ-ル化、ヒドロホウ素化、Jones酸化、メチル化、アリル化、オゾン分解、分子内アルド-ル縮合により2環性ヒドリンデノン誘導体とした。接触還元とケトンの還元により得られるcis-ヒドリンダノ-ルについて(1S)-(-)-カンファニッククロリドを用いてジアステレオマ-の混合物とした。これを高速液クロ(Develosil20^φ×250mm順相系)で分取し、光学分割した。絶対配置は、このエステルをアルカリ加水分解し、さらにJones酸化して得られるcis-ヒドリンダノンのCDスペクトルより決定した。こうして得られたアルコ-ルを脱水、還元、Swern酸化、Grignard反応、Jones酸化により〓に導いた。合成した〓は〔α〕D-15.1゚(C0.4in CHCl_3)であり、天然物は〔α〕D-24.4゚(C0.76inCHCl_3)と良い一致を示したので、CDスペクトルで決定した絶対配置を有することが判明した。苔類からはchiloscypholone(2)という化合物も単離され、、1〓と関連づけられていることから、今回の合成は同時に、2〓の絶対配置をも決定することとなった。Tamariscol(3〓)は苔類Frullania tamarisciより単離されたセスキナルペンアルコ-ルである。絶対配置は決定されていなかった。天然物からの誘導と光学活性物質の合成によって絶対配置を決定した。l-カルボンから10段階を経て得られる二環性エノンを接触還元してcis-ヒドリンダノンを得た。さらにこのものの塩基処理によって得られるtrans-ヒドリンダノンは、天然物から3段階で得られるケトン体と一致し、またCDスペクトルが逆のカ-ブになることにより、天然物はl-カルボン由来の立体化学が逆になっていることが判明した。
シリコンニューロン及びシリコンシナプスによるネットワーク構築

本年度は、主としてシリコンニューラルネットワーク回路の設計とVerilog-Aシミュレーションを行った。生体の動作原理を模倣することにより、従来のデジタルコンピュータと異なる原理によって動作する、自律的で柔軟なシステムを構築することで、デジタルコンピュータの苦手とする処理をコンパクトで超低消費電力な電子回路で実現しようとする考え方は近年ますます注目を集めている。生体においては、ハーフセンターオシレータと呼ばれる抑制性の相互結合をもつ2ニューロンからなる単純なニューラルネットワークが、運動パターンの生成などに重要な役割を果たしていることが知られているが、様々なアクチュエータデバイスを自律的に制御することのできるシリコンニューラルネットワークを実現するための基盤として、シリコンハーフセータオシレータ回路を設計した。さらに、本回路のVerilog-Aシミュレーションモデルによって検証い、我々の設計した回路において、2つのシリコンニューロンが互いに半位相ずれて同期バースト発火することを確認した。この際、昨年度までに設計したシリコンシナプス回路のうち、スパイク伝達によるシナプスを模倣したシリコンシナプス回路に注目し、これを改良して抑制性結合を実現した。このシリコンシナプス回路は外部から与えるパラメータ電圧によって抑制性結合だけでなく興奮性結合も実現できるため、ハーフセンターオシレータ以外のニューラルネットワークの構築への応用が原理的に可能である。外国人特別研究員が帰国後も共同研究を継続しており、本研究室で行なうシリコンハーフセンターオシレータ回路の実装と回路実験を基に、より安定した動作と、より複雑な構造をもつ運動パターンジェネレータの実現を目指して研究を進めている。本年度は、主としてシリコンシナプス回路の設計を行った。生体においては、ハーフセンターオシレータと呼ばれる抑制性の相互結合をもつ2ニューロンからなる単純なニューラルネットワークが、運動パターンの生成などに重要な役割を果たしている。生体の動作原理の模倣による、自律的でインテリジェントなシステムの構築は近年ますます注目を集めている。今回設計したのは、様々なアクチュエータデバイスを自律的に制御することのできるシリコンニューラルネットワークを実現するための第一歩として、受け入れ研究室で開発中のバースト発火可能なシリコンニューロンを相互接続したシリコンニューロン回路を構築するためのシリコンシナプス回路である。生体ハーフセンターオシレータの中で最もよく研究されているのはヒル心臓インターニューロンによるものであるが、これにはスパイクによるシナプス伝達および勾配によるシナプス伝達を行う二種類のシナプスが存在することが明らかにされている。それぞれと同等の働きをするシリコンシナプス回路を数理的手法を用いて設計した。同時に、設計した回路とヒル心臓インターニューロンによるハーフセンターオシレータモデルの直接的比較を可能とするために、VerilogAMS言語を用いて記述した。これにより、シリコンシナプス回路の今後のさらなる改良が期待される。また、バースト発火可能なシリコンニューロン回路についても、測定実験のための予備実験を行った。これにより、データ収集に必要な条件を明確にし、今後行う測定実験の実験条件を決定、計測システムを構築した。
氷海船舶の小氷片密集水路航行時抵抗評価手法の開発

小氷片密集水路を航行する船舶の抵抗評価手法を開発し、これを用いて流れ場の影響、水路の初期状態の影響等を評価した。その結果、流れ場の影響は顕著ではないこと、水路氷片を整列させた場合と乱雑に配置した場合では違いがあるものの、その違いは氷片の大きさに依存するため関係が明確でないことを見いだした。また氷片形状の影響を、球形及び立方体氷片の比率を変えることで調査し、その影響は顕著であるため実海域航行の評価に利用するためには適切な比率を与える必要がある。本研究は船舶が小氷片密集水路を航行するときの抵抗を数値解析によって評価する手法を開発することを目的とする.研究代表者が開発してきた,船体周りの氷片運動の解析手法を進展させるための課題として,計算規模の拡大への対処,解析条件の確立,consolidated layerモデルの実装が挙げられる.これらの課題を克服することにより,船舶の小氷片密集水路航行時の抵抗を数値解析により評価可能にすることを目標とする.1.マルチコア並列計算技術を応用することにより,数10万個の氷片がある水路での解析を可能とする.2.適正な解析条件の系統的探求.3.剛体-ばねモデルの応用によるconsolidated layerのモデル化.平成21年度は計算規模の拡大,解析条件のパラメタサーベイ,consolidated layerモデルの導入,抵抗評価の文献調査に取り組んだ.計算規模の拡大では,マルチコア並列計算技術の応用により13万個程度の氷片を配した解析を可能とし,また解析時間の短縮に成功した.パラメタサーベイでは,特に流体力の影響が大きいこと,摩擦係数の影響があまり見られないことなどを見いだしたほか,適切な氷片配置方法を提案した.また抵抗評価の文献調査から,Finnish-Swedish Ice Class Rulesに示された抵抗評価式の利用によって解析結果を検証することとした.なおconsolidated layerモデルの導入にも取り組んだが,まだモデルの確立に至っておらず今後の課題として残された.本研究は船舶が小氷片密集水路を航行するときの抵抗を数値解析によって評価する手法を開発することを目的とする。研究代表者が開発してきた、船体周りの氷片運動の解析手法を進展させるための課題として、計算規模の拡大への対処、解析条件の確立、consolidated layerモデルの実装が挙げられる。これらの課題を克服することにより、船舶の小氷片密集水路航行時の抵抗を数値解析により評価可能にすることを目標とする。1.マルチコア並列計算技術を応用することにより、数10万個の氷片がある水路での解析を可能とする。2.適正な解析条件の系統的探求。3.剛体-ばねモデルの応用によるconsolidated layerのモデル化。平成22年度は解析条件の検討およびconsolidated layerモデルの導入に取り組んだ。平成21年度に開発した氷片配置方法を用いて解析条件を系統的に探求し、氷片が不規則に配置されている場合には規則的な場合よりも抵抗がわずかに小さいこと、氷片の形状分布によって解析結果が大きく異なり、球形氷片が多い方が文献値等に近い結果を得ること、流れ場そのものの抵抗への影響は大きいが流れ場の解析精度の違いに起因する抵抗推定値の違いは小さいことを見いだした。また平成21年度に計算規模の拡大に取り組み13万個程度の氷片を配した解析を可能としたが、さらに大規模化する必要があることがわかった。consolidated layerモデルの導入にも取り組んだが、結氷時の付着力強度の適正値が不明のままであり調査する必要がある。
マイクロ波誘電泳動を用いた腫瘍マーカーの広帯域インピーダンス計測

本研究はDNAやたんぱく質等の生体分子の電気的特性を広帯域に計測可能なデバイスの開発を目指し,その電気的特性の違いに基づいた腫瘍マーカーの検出・定量・同定法の可能性を探求することを目的としている.具体的には,微細電極の電極間に,交流電界を印加することで,電極付近に分散したDNA等が電界方向に伸長し,さらに電極間に架橋させる.電極間に架橋されたDNAのインピーダンスを低周波数帯域から高周波帯域まで広帯域に計測する.平成30年度では,電子線リソグラフィによりガラス基板上に作成したナノギャップ電極およびマイクロギャップ電極の試作,電極形状およびデバイスの特性インピーダンスに関して電磁界解析による評価を行った.試作したデバイスを用いて,電極間に交流電界を印加させることで,ナノサイズの粒子を誘電泳動により電極間に架橋し,そのインピーダンスを測定することで,デバイスの有用性を確認するとともに,ナノ粒子の電気的特性計測を実現した.また,DNAの電気特性計測を行うために,上記デバイス上にPDMS製のマイクロ流路を作成した.作成したマイクロ流路から導入されたDNA溶液中のDNAを誘電泳動により,電極間に伸長させるとともに架橋させた.架橋したDNAは電子顕微鏡を用いて,その様子を確認した.架橋したDNAはインピーダンスアナライザを用いて,電気的特性を測定した.また,測定したインピーダンスの周波数特性をもとに,DNAの等価回路モデルを作成した.本研究は,生体分子の電気的特性を低周波帯からマイクロ波帯まで広帯域計測可能なデバイスの開発を目指している.平成28年度では,広帯域でのインピーダンス計測を可能とするボウタイ型のナノギャップ電極作製のための条件出しなどを行った.ボウタイ型のナノギャップ電極は,シリコン及びガラス基板上に電子戦リソグラフィにより作製し,条件出しにより電極ギャップ幅が数十ナノメートルレベルの対向電極を試作することができた.また,試作したナノギャップ電極を用いて生体分子のインピーダンスを測定するためには,電極間に生体分子を架橋する必要がある.そこで,溶液中に分散したナノ粒子及びグラフェンナノリボン等を用いた電極架橋の予備実験を行い,試作したナノギャップ電極を評価した.生体分子の広帯域インピーダンス計測は,溶液中での測定を想定しているので,誘電泳動による電極架橋法について検討を行い,印加電圧および周波数,ナノ粒子分散液の濃度に関して,条件出しを行った.誘電泳動による架橋後,溶液を自然乾燥しナノ粒子の架橋の様子を電子顕微鏡により観察し,その有効性を確認した.また,生体細胞1個のインピーダンスを広帯域で測定可能なマイクロストリップ上平行電極を設計・解析を行った.解析の結果,平行電極の電極面積が小さいため,そのキャパシタンスはfFオーダーとなり,その特性から細胞種の同定は困難であることが予想される.そこで,平行電極に並列にインダクタンスを配置し,その共振周波数により高感度検出・同定可能なデバイスを設計し,電磁界解析による検討を行った.デバイスの設計・試作および誘電泳動による電極架橋実験を遂行し,生体分子への移行の目処が立っており,当初の計画通り実施できている.本研究は,DNAやタンパク質等の生体分子の電気的特性を低周波帯からマイクロ波帯まで広帯域計測可能なデバイスの開発を目指している.平成29年度では,平成28年度に行ったデバイス作成の条件出しで得た条件をもとに,電子線リソグラフィによりガラス基板上にナノギャップ電極を作製した.作製したナノギャップ電極およびマイクロギャップ電極を使用し,誘電泳動を用いたDNAの電極架橋を行い,走査電子顕微鏡(SEM)によりその架橋状態と架橋したDNAの本数を確認した.また,ナノサイズの粒子を用いて,誘電泳動による電極架橋後,そのインピーダンスを計測し,電極を含めたデバイスの抵抗値の変化は確認できたが,キャパシタンスの大きな変化は確認できなかった.そこで,広帯域におけるDNAのインピーダンス計測が可能なマイクロストリップ上平行電極を電磁界解析ソフトを用いて解析を行い,最適な設計を行うとともにデバイス実現性について検討した.また,リング共振器およびLC共振器を有するマイクロストリップ平行電極についても解析を行い,共振周波数の違いによるDAN検出の可能性を検討した.最後に広帯域インピーダンス測定のための測定環境の構築を試みたが,研究代表者の所属機関変更のための実験環境の移設により,測定環境の構築を完了するに至っていない.そのため平成30年度では,早期に測定環境を構築するとともに,設計した広帯域インピーダンス計測用デバイスを用いて,DNAのインピーダンス計測を行いたいと考えている.平成29年度では電極に架橋したDNAのインピーダンス計測を行う予定であったが,研究代表者の所属機関変更のための実験装置の移設準備等により,インピーダンス計測系の環境構築を行うことができなかったため,予定よりもやや遅れが生じている.本研究はDNAやたんぱく質等の生体分子の電気的特性を広帯域に計測可能なデバイスの開発を目指し,その電気的特性の違いに基づいた腫瘍マーカーの検出・定量・同定法の可能性を探求することを目的としている.具体的には,微細電極の電極間に,交流電界を印加することで,電極付近に分散したDNA等が電界方向に伸長し,さらに電極間に架橋させる.電極間に架橋されたDNAのインピーダンスを低周波数帯域から高周波帯域まで広帯域に計測する.平成30年度では,電子線リソグラフィによりガラス基板上に作成したナノギャップ電極およびマイクロギャップ電極の試作,電極形状およびデバイスの特性インピーダンスに関して電磁界解析による評価を行った.

試作したデバイスを用いて,電極間に交流電界を印加させることで,ナノサイズの粒子を誘電泳動により電極間に架橋し,そのインピーダンスを測定することで,デバイスの有用性を確認するとともに,ナノ粒子の電気的特性計測を実現した.また,DNAの電気特性計測を行うために,上記デバイス上にPDMS製のマイクロ流路を作成した.作成したマイクロ流路から導入されたDNA溶液中のDNAを誘電泳動により,電極間に伸長させるとともに架橋させた.架橋したDNAは電子顕微鏡を用いて,その様子を確認した.架橋したDNAはインピーダンスアナライザを用いて,電気的特性を測定した.また,測定したインピーダンスの周波数特性をもとに,DNAの等価回路モデルを作成した.試作したナノギャップ電極を用いてナノ粒子を架橋後,溶液中および乾燥した状態での電気特性を広帯域計測し,溶液の影響に関して検討を行い,広帯域計測可能な溶液の選定およびマイクロ流路等を含めたデバイスの設計を行う.設計したデバイスを用いて生体分子の架橋・広帯域計測を行い,その特性から等価回路モデルを構築する.今後は,DNAのインピーダンス計測とマイクロ波帯までの広帯域でのインピーダンス計測が可能なマイクロストリップ上平行電極を試作し,DNAの電極架橋および広帯域インピーダンス計測を行い,電磁界解析結果との比較およびデバイス評価を遂行する予定である.次年度使用額が生じた理由としては,ナノ粒子および生体分子の広帯域インピーダンス計測を連携研究者所有の測定器を使用して遂行するため,それに伴う旅費等の経費を次年度以降に配分する必要があった.研究代表者の所属機関変更に伴う実験設備移設準備等により,インピーダンス計測のための実験環境整備に遅れが生じたため,研究代表者の研究室での研究分担者との打ち合わせができなかった.このため研究分担者が旅費等を使用できなかった.次年度は早期に測定環境を整えるともに,研究分担者との連携を強化し,広帯域インピーダンス計測および研究打ち合わせの旅費等に使用する予定である.次年度は,デバイス作製に必要な消耗品の購入費,成果発表のための旅費,広帯域インピーダンス計測および研究打合せのための旅費等に使用する予定である.
大規模光ネットワーク構成に向けた相変化型省電力光スイッチの研究

電流駆動型相変化光スイッチの最適化設計法の確立と性能改善について検討した。Ge2Sb2Te5(GST225)薄膜においてITOヒータによる相変化構造の電流及び熱伝搬解析を行い、最適化構造を明らかにした。光スイッチは、シリコン細線導波路上に加熱用のITO(酸化インジウムスズ)膜と相変化材料を積層し、酸化シリコンで埋め込んだ構造である。ITO膜に電流パルスを流して、局所的に温度を上昇させて、相変化膜の相状態をアモルファス相と結晶相の間で切り替える。相変化光スイッチの消光比を20 dBとしたときのスイッチの損失及びクロストークを導波路-ITO、ITO-GST225層間距離をパラメータとして様々な形状について検討し、最適な構造を得ている。相変化材料低損失化のためにセレンを添加したGST225を作製し、蒸着膜の評価を行った。吸収係数が小さくなることを確認し、光スイッチへの適用を検討している。非熱的相変化メカニズムの解明と相変化光スイッチの超高速化について検討し、サブナノ秒パルス印加による材料変化について検討を進めた。特に、非熱的アモルファス化(電子励起トリガー)を誘起する最適パルス幅とピークパワを検討した。光パルス駆動型相変化光スイッチの並列スイッチングを目的として、面発光レーザの発光波長(850 nm、980 nm、1310 nm)において、エリプソメトリによる相変化膜のアモルファス相と結晶相における屈折率を測定した。相変化光スイッチをベースとするプログラマブル光回路の構成と動作実証に関しては、光モードスイッチへの適用を検討し、空間分割多重光ファイバとの結合により、新規の光スイッチの構成を提案している。顕著な成果はGe2Sb2Te5(GST225)セレン添加による吸収係数の低減である。試料作成は、石英管にGST225とセレンを封入して加熱融解して行う。セレンを添加した合金を抵抗加熱して、蒸着膜を作製するとアモルファス相の薄膜となる。この薄膜の温度を上げていくと、アモルファス相から結晶相に転移し、同時に、光学反射率が変化する。セレン添加率を高めるに従って結晶化温度が145度(無添加)から224度(50%)に上昇し、安定度が上昇した。添加率を変えた薄膜試料の複素屈折率をエリプソメトリで評価した。その結果、光スイッチとして動作させる波長1550 nmにおいて、複素屈折率の実部が結晶相の場合に1.69(無添加)から0.35(50%)に、アモルファス相の場合に0.18(無添加)から0.009(50%)になることを明らかにした。相変化材料の大きな屈折率変化を利用し、シリコン導波路上の相変化材料の相状態を制御することで、伝搬モードを変化させる構造について検討を進めている。具体的には、2本のシングルモード導波路からの基本モード伝搬光を結合し、基本モードと1次モードを励振し、相変化材料を装荷したシリコンマルチモード導波路に入力する。相変化材料を制御することによって、基本モード伝搬光を1次モード伝搬光に、逆に、1次モード伝搬光を基本モード伝搬光に変換して出力する光モードスイッチの構成を提案した。また、基本モードを入射した場合に、基本モードかあるいは1次モードがどちらかに変換して出力するモード変換器の構成も提案した。相変化材料の光スイッチに利用する場合の性能指数を向上させるために、引き続き吸収係数の小さい材料設計と探索を進めて行く予定である。実験的には、セレンを添加したスパッタリングターゲットを用意して、様々な条件で良質な薄膜を作製し、吸収係数の波長依存性を評価して最適な組成と成膜条件を明らかにする。また、理論的検討として、第一原理計算に基づいてバンド構造を計算して、実験結果と対応させて材料組成に反映させる。セレン以外の添加についても理論と実験の両面から検討を加えていく予定である。様々な条件で作製した相変化膜の組成、構造を、EDX、ESCA、GD-OEX、SIMSやEXAFSなど様々な測定で明らかにする予定である。また、相変化膜に光パルスを照射して、相変化メカニズムを検討すると共に、相変化条件を明らかにする。様々な波長での相変化を確認する。シリコン導波路上に相変化膜を配置して、光パルス駆動によるスイッチングを確認し、適切な材料選択を行う。さらに、ITOをヒータとする相変化光スイッチを構成して光スイッチとしての性能評価を実施する。非熱的相変化

メカニズムの解明と相変化光スイッチの超高速化について検討し、サブナノ秒パルス印加による材料変化について検討を進めた。特に、非熱的アモルファス化(電子励起トリガー)を誘起する最適パルス幅とピークパワを検討した。光パルス駆動型相変化光スイッチの並列スイッチングを目的として、面発光レーザの発光波長(850 nm、980 nm、1310 nm)において、エリプソメトリによる相変化膜のアモルファス相と結晶相における屈折率を測定した。相変化光スイッチをベースとするプログラマブル光回路の構成と動作実証に関しては、光モードスイッチへの適用を検討し、空間分割多重光ファイバとの結合により、新規の光スイッチの構成を提案している。顕著な成果はGe2Sb2Te5(GST225)セレン添加による吸収係数の低減である。試料作成は、石英管にGST225とセレンを封入して加熱融解して行う。セレンを添加した合金を抵抗加熱して、蒸着膜を作製するとアモルファス相の薄膜となる。この薄膜の温度を上げていくと、アモルファス相から結晶相に転移し、同時に、光学反射率が変化する。セレン添加率を高めるに従って結晶化温度が145度(無添加)から224度(50%)に上昇し、安定度が上昇した。添加率を変えた薄膜試料の複素屈折率をエリプソメトリで評価した。その結果、光スイッチとして動作させる波長1550 nmにおいて、複素屈折率の実部が結晶相の場合に1.69(無添加)から0.35(50%)に、アモルファス相の場合に0.18(無添加)から0.009(50%)になることを明らかにした。相変化材料の大きな屈折率変化を利用し、シリコン導波路上の相変化材料の相状態を制御することで、伝搬モードを変化させる構造について検討を進めている。具体的には、2本のシングルモード導波路からの基本モード伝搬光を結合し、基本モードと1次モードを励振し、相変化材料を装荷したシリコンマルチモード導波路に入力する。相変化材料を制御することによって、基本モード伝搬光を1次モード伝搬光に、逆に、1次モード伝搬光を基本モード伝搬光に変換して出力する光モードスイッチの構成を提案した。また、基本モードを入射した場合に、基本モードかあるいは1次モードがどちらかに変換して出力するモード変換器の構成も提案した。相変化材料の光スイッチに利用する場合の性能指数を向上させるために、引き続き吸収係数の小さい材料設計と探索を進めて行く予定である。実験的には、セレンを添加したスパッタリングターゲットを用意して、様々な条件で良質な薄膜を作製し、吸収係数の波長依存性を評価して最適な組成と成膜条件を明らかにする。また、理論的検討として、第一原理計算に基づいてバンド構造を計算して、実験結果と対応させて材料組成に反映させる。セレン以外の添加についても理論と実験の両面から検討を加えていく予定である。様々な条件で作製した相変化膜の組成、構造を、EDX、ESCA、GD-OEX、SIMSやEXAFSなど様々な測定で明らかにする予定である。また、相変化膜に光パルスを照射して、相変化メカニズムを検討すると共に、相変化条件を明らかにする。様々な波長での相変化を確認する。シリコン導波路上に相変化膜を配置して、光パルス駆動によるスイッチングを確認し、適切な材料選択を行う。
有限巡回群のモジュラー不変式論

有限巡回群によるモジュラー不変式論における計算代数的手法についての研究を行い,以下のアルゴリズムを作成した.素数位数の巡回群によるモジュラー不変式環の生成系を計算するアルゴリズムを,レイノルズ作用素の類似物を定義することにより作成した.また,正標数pの体上の多項式環における位数pの自己同型があたえられたとき,その自己同型に付随するねじれ微分の像への所属判定アルゴリズムも作成した有限巡回群によるモジュラー不変式論における計算代数的手法についての研究を行い,以下のアルゴリズムを作成した.素数位数の巡回群によるモジュラー不変式環の生成系を計算するアルゴリズムを,レイノルズ作用素の類似物を定義することにより作成した.また,正標数pの体上の多項式環における位数pの自己同型があたえられたとき,その自己同型に付随するねじれ微分の像への所属判定アルゴリズムも作成した有限巡回群による不変式環の生成系の構成問題に関連する研究を,次の仮定のもと行った.有限巡回群の位数は素数を仮定し,正標数特有の状況である「体の標数と,有限巡回群の位数が一致している(すなわち,有限巡回群はモジュラーである)」を仮定した.このような仮定をした場合,レイノルズ作用素が定義されていないことにより,不変式環の生成系の構成は一般に難しくなる.有限巡回群がモジュラーな場合,不変式環のイニシャル代数の生成系に,不変式環の生成系構成の手がかりが見出せることもある.不変式のイニシャルの持つ性質として,素数位数巡回群作用に関しての積分可能性を持つことがあげられる.本研究において,あたえられた多項式が,素数位数巡回群作用に関して積分可能であるかどうかについて判定するアルゴリズムを,グレブナー基底を用いて作成した.一方,上記の仮定をした場合,代数的閉体上の形式的冪級数環への,モジュラーな素数位数巡回群作用の例が乏しい状況もある.このことも,モジュラーな素数位数巡回群による不変式環の生成系の構成問題へ向けた障害の一つになっている.本研究において,ある有限生成加群の元に付随して,モジュラーな素数位数巡回群の形式的冪級数環への作用が構成できることが分かった.このようなモジュラー不変式論についての次の研究展開へ向けて,異なった視点からの情報交換を,2010年3月筑波大学で開催された第16回代数学若手研究会において行い,状況を把握した.pを素数とし,位数pの巡回群Z/pが,標数pの体k上のp変数多項式環に正則に作用しているとする.Z/pの生成元をσとおき,D_σ:=σ-idとおく.このとき,Im D_σ∩KerD_σはKer D_σのイデアルになる.このイデアルをσの台座イデアルと呼ぶことにする.平成22年度の研究成果で,素数位数の巡回群が多項式環に作用しているとき,あたえられた多項式がその素数位数巡回群作用で積分可能であるかどうかについて判定するアルゴリズムが構成されている.そこで,このアルゴリズムを走らせて局所スライスのデータを収集することが平成23年度の当初の研究計画であった.この計画と関連して,平成23年度,以下の研究成果が得られた.(1)p=3で,kが標数pの体で,σが3変数多項式環k[x_1,x_2,x_3]における自己同型でσ(x_1)=x_1,σ(x_2)=x_2+x_1,σ(x_3)=x_3+x_2を満たしているものとする.このとき,σの台座イデアルを計算した.この計算により,σの台座イデアルが定める多様体はアフィン直線であることが分かった.(2)素数位数のモジュラー巡回群が有限生成整域に正則に作用している(線形に作用しているとは限らない)とき,不変式環の生成系を計算するアルゴリズムを構成した.(3)(2)で述べられているアルゴリズムを用いて,標数3の体上の3変数多項式環における特殊な位数3の自己同型に対して,不変式環の生成系を計算した.従来の研究は,素数位数の巡回群作用が線形であることを仮定して,不変式環の生成系を計算している.従来の研究と異なり,本研究では,線形でない素数位数の巡回群作用の場合で,不変式環の生成系を計算している.上記の研究成果のうち,(2)については,多項式環論セミナーやグレブナー若手集会などで講演した.体k上の代数における自己同型σに対し,Im(σ-id) ∩Ker(σ-id)はKer(σ-id)のイデアルになる.このイデアルをσの台座イデアルと呼ぶことにする.平成24年度の研究計画は,位数3の有限巡回群が,標数3の体上の3変数多項式環に非線形に作用しているときに,不変式環の生成系や台座イデアルの生成系を計算し,台座イデアルの生成元のなかに,不変式環の生成系の効率的な計算につながるものが存在するしないについての研究をすることと,また,そのような不変式環が完全交差になるかどうかについて研究すること等であった.この研究計画に沿って,以下の研究実績1,2,3が得られた.1 kを標数3の体とし,σをk上の3変数多項式環における位数3の自己同型で三角化可能なものとする.このとき,σの標準形を求めた.

2標数3の体上の3変数多項式環における位数3の三角化可能自己同型σがある特殊な条件を満たすとき,σによる不変式環の生成系を計算し,その不変式環がhypersurface ringになることを示した.3 kを標数3の体で,σを3変数多項式環k[x,y,z]における自己同型でσ(x)=x, σ(y)=y+x, σ(z)=z+yを満たしているものとする.Gをσによって生成される位数3の有限巡回群とする.このとき,多項式環k[x,y,z]に係数を持つ有限巡回群Gのコホモロジーの生成系を,σの台座イデアルの生成系を用いて求めた.上記の研究実績のうち,3については,多項式環論セミナーやグレブナー若手集会などにおいて講演した.本研究の目的は,第一に,モジュラーな素数位数の巡回群による不変式環の生成系を計算する新しいアルゴリズムを,局所レイノルズ作用素を定義することによって作成すること,そして,第二に,そのアルゴリズムをもとに素数位数の巡回群による不変式環の生成系についてのデータを収集・整理・分析することにある.平成23年度の研究成果は第一,第二の目的のいずれについても,おおむね達成している.24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究はおおむね順調に進展しているので,研究計画を変更することなく,計画通り推進する.平成22年度,23年度の本研究課題の研究成果で得られたアルゴリズムを用いて,モジュラーな素数位数の巡回群による不変式環の生成系についてのデータをさらに収集・整理・分析する.24年度が最終年度であるため、記入しない。
運動抑制の加齢変化 -反応タイプの違いに注目して-

本研究の目的は,運動コントロールへの加齢効果を検討することにあった。反応形態の違いにより,運動の抑制に影響がでるのかを,2つの年齢群を対象にして比較した。さらに,視覚刺激と同時に提示される音刺激が運動の抑制に与える影響を同時に分析した。その結果,高齢者では反応形態の違いが,誤反応率に大きく影響することが分かった。さらに,音刺激の提示は,若年成人,高齢者ともに反応を促進し,反応時間を短くする効果もあることが確認された。しかし,高齢者では若年成人に比べ,誤反応を誘発する率も高くなることが分かった。高齢者においては,運動に付随する神経システムの興奮が運動コントロールに強く影響することが示唆された。今年度は,単純な場所弁別課題を用いて,反応タイプ(手の把握運動のような比較的粗大な運動か,指の操作だけの比較的微細な運動)の違いが運動抑制に与える影響を分析した。さらに,筋運動性の興奮に影響することが予想される,音刺激(tone stimulus)が運動抑制に与える影響を分析した。対象としたのは,若年成人27名と高齢者39名であった。具体的な方法としては,刺激の提示位置に合わせて,左右2箇所ある反応ボタンを押し分ける場所弁別課題を個別で行った。反応ボタンは2種類用意した。ひとつは人差し指の動きだけで作動できる,マイクロスイッチ(Micro light switch #58500, Tash inc.製造,作動圧は10グラム)。もうひとつは,円筒形のグリップを掌(てのひら)全体で握ってスイッチを作動させるグラスプスイッチ(Grasp switch #58650 Tash inc.製造,作動圧は300グラム)である。注視点の左右に赤色の丸がランダムに提示された。実験協力者は刺激が提示されたら,なるべく早く,正確に刺激が提示された側の反応ボタンを押す(あるいは握る)ように指示された。全ての試行を通して,約半数の試行に視覚刺激と同時に,刺激の提示位置とは無関連な音刺激(700Hz・約70dB・150ms)を提示した。さらに,音刺激の提示は,若年成人,高齢者ともに反応を促進し,反応時間を短くする効果のあることが確認された。さらに,高齢者では二重課題条件でも,反応形態の違いによる,error rateへの影響が残った。過年度の実験条件に加えて,今年度は二重課題条件下での誤反応率の影響を分析した。二重課題として,場所弁別が必要なスイッチ押し課題と並行して,それとは無関連な,色の弁別課題を負荷した。実験の結果,色の弁別課題を負荷することより,tone effectが消失した。single課題時では,音刺激の提示によりerror rateが上昇していたにも関わらず,二重課題時には音刺激の提示によるerror rateの上昇がみられなかった。しかし,反応タイプの違いによるerror rateへの影響は残った。二重課題においても,グラスプスイッチ条件でerror rateの上昇が確認された。このことから考えられることは,次の点である。高齢者では音刺激の提示や運動タイプの違いにより,error rateに大きな影響がみられたが,errorを引き起こすメカニズムはこの2つで大きく異なる可能性がある点である。色弁別課題を負荷し,視覚刺激への意図的注意を喚起して,反応の衝動性を抑えるような操作をした結果,音刺激の提示による衝動的な反応は減少したものと思われる。Tsuchida(2005)は,視覚刺激が妨害的に働くような条件において,同様に二重課題を実施することで,error rateの減少を確認している。今回の音刺激に関しても同様の結果が現れたものと思われる。しかし,手の把握運動を必要とし,運動性の神経興奮が拡大しやすい条件では,色弁別課題の影響はみられなかった。今回設定した実験条件においても,高齢者は,運動性の神経興奮が減衰しないまま残った可能性が高い。今年度は,過年度の研究成果を報告書としてまとめる作業を実施し,さらに補足実験を実施した。実験の目的は,手や足といった効果器の違いによって,反応抑制課題(response inhibition task)での誤反応率が異なるのか,そこには加齢変化が存在するのかを検討することにあった。若年成人26名,高齢者39名を対象として,手と足を用いた場所弁別課題(location discrimination task)を実施した。実験の結果,年齢差の影響がみられ,高齢者では効果器の違いに関わらず,誤反応率が若年成人よりも高いことが分かった。また,若年成人,高齢者ともに,効果器の差が顕著にみられ,手で操作した方が,誤反応率の高いことが分かった。これらの結果から,手と足を用いた運動反応を抑制するメカニズムに関しては,年齢に関わらず,共通性が高いこと,手と足を操作する,大脳皮質上の感覚運動領域の差が,誤反応率に大きく影響していることが推察された。

その結果,高齢者では反応形態の違いが,誤反応率に大きく影響することが分かった。さらに,音刺激の提示は,若年成人,高齢者ともに反応を促進し,反応時間を短くする効果もあることが確認された。しかし,高齢者では若年成人に比べ,誤反応を誘発する率も高くなることが分かった。高齢者においては,運動に付随する神経システムの興奮が運動コントロールに強く影響することが示唆された。予定していた実験条件の分析が終わり,今年度はこれをまとめる作業をする予定である。ほぼ当初の予定通りに進んでいる。発達心理学今年度は,これまでの実験結果をまとめたい。それと並行して,今回の実験結果が影響するであろう日常場面(たとえば,アクセルとブレーキの踏み間違い問題)を想定して,さらなる研究計画の足かがりとなるような実験と文献検索を進めたい。予定していた実験変数の4のうち,2つの変数について実験が終了し,一部は学会発表できた。さらに,学術雑誌の公刊を進める予定である。購入を予定していた洋書の刊行が遅れ,次年度の発注見込みとなったため。残りの実験変数について,順次実験データの収集と分析を進める予定である。特に今年度は,運動抑制に与える二重課題の影響に関する実験データの分析と論文の執筆を予定している。最終年度にあたるので,これまで実験結果のデータの整理・分析と論文化を予定している。さらに追加の実験を予定している。このために,文献や分析用のパソコン,報告書の印刷費の執行を予定している。3月中に発注した洋書等の納品が遅れ,次年度送りとなったため。今年度は,昨年度に引き続き,予定された残りの実験条件での実験の遂行を計画している。この実験にご協力いただく,実験参加者への謝礼と,課題用の装置の購入を計画している。また,適宜,文献等の購入も予定している。
興奮系反応拡散方程式におけるパルス波の渋滞現象

これまでの研究で整備した中心多様体理論により、モデル方程式を縮約し、樟脳船の集団運動に関する運動方程式を導出した。また、解析やシミュレーションにより渋滞現象を再現できることを示した。さらに、樟脳船に対する縮約方程式と、自動車に対するモデル方程式として知られるOVモデルにおける解の振る舞いを比較することで、定性的に等しい部分と異なる部分が存在することを確認した。まず、粒子数密度の増加により一様流が不安定化することで渋滞相が出現することが分かった。また、粒子数密度に対する流量を計算することで、いわゆる基本図を得た。これらの結果は、樟脳船と自動車の渋滞現象の類似性を示唆している。一方、分岐解追跡ソフトフェアであるAUTOと用いることで両者の相違点が明確になった。OVモデルに現れる渋滞相では、速度が相対的に低い部分は必ず1カ所にまとまることが示唆される。一方、縮約方程式ではそのような箇所は複数現れる。以上の結果をまとめた論文に関して、雑誌掲載の受理が決定している。興奮系の反応拡散方程式系におけるパルス波の集団運動は、各パルス波を特徴付ける遷移層の運動と相互作用を引き起こす外部場によって表現される。集団運動に現れる振動現象を解析することを目的として、この系に適用できる縮約理論の構築に取り組んだ。まず、パルス波が1つだけ存在する場合で解が十分進行波解に近い状態を想定し、中心多様体縮約を形式的に適用したところ、シミュレーションでの観察結果を再現できる縮約方程式は得られなかった。次に、フーリエ級数展開を利用した縮約方程式の導出を試みたが、現在までに振動現象を再現できる方程式の導出には至っていない。以上により、先行研究で知られている手法では遷移層の振動現象を解析するには不十分であることが分かった。パルス波の渋滞現象を記述する方程式として、各パルス波を特徴付ける2つ遷移層の運動を記述する方程式と、相互作用を引き起こす外部場を記述する拡散方程式の連立偏微分方程式を導出し、その解析を行うことが現在の研究課題である。本来は反応拡散方程式系によってパルス波の集団運動は記述されるが、特異摂動法を適用するで、方程式の縮約を行うことができる。ここで得られた連立偏微分方程式は、階段関数のような不連続性を含んでいるため、解析的に困難な点を含んでしまう。中心多様体論の構築を行う際、ある種の発展方程式を扱い、中心方向と直交する方向の解の挙動を調べることが最も重要となる。ある種の線形化作用素の解析を行うことが研究の核となるのだが、本研究において現れる線形化作用素には、不連続性の影響で自然にデルタ関数が現れる。このような強い特異性を有する場合、既存の中心多様体理論を適用することはできない。そこで、中心多様体理論の構築の第1歩として、不連続性を含んだ方程式系における中心多様体理論の構築を目標とし、一定の成果が得られた。デルタ関数の存在によって、既存の理論で用いられた手法がいくつも破綻することとなり、本研究では新たな手法の開発が必要となった。特に、線形化作用素の0固有関数空間に相当し、かつ中心多様体をバナッハ多様体と見なした際に定義される束に作用する、ある同型写像を定義する必要があった。この同型写像によって、各切断が一様な性質を持つ束を導入することが可能となる。この事実を用いれば、対象となる線形化作用素が解析的半群を生成することが分かる。本研究で用いられた同型写像の構成方法は先行研究と本質的に異なるものであり、新しい結果が得られたと言える。特に、正則性の低いデルタ関数を含んでいる場合にも適用できる手法を開発できたので、応用範囲は非常に広いと言える。パルス波の渋滞現象に対応した理論の構築を行うため、デルタ関数を含んでいる場合に対して中心多様体理論を適用することを考え、一定の成果を得た。既存の理論ではデルタ関数のような強い非線形性を含む場合には対応できなかったため、新しい結果を得たと言える。中間距離相互作用を含んだ場合に関する中心多様体理論の構築についてはまだ十分な結果は得られていないが、既存の理論を乗り越え、発展させたという点において、十分な結果を得たと考えている。ある興奮系の反応拡散方程式系におけるパルス波の集団運動は、得意摂動法を適用することで、各パルス波を特徴付ける2つ遷移層の運動を記述する方程式と、相互作用を引き起こす外部場を記述する拡散方程式によって記述される。ここで得られた方程式系に中心多様体縮約理論を適用することで、集団運動の解析を行いたい。しかしながら、この方程式系は階段関数のような不連続性を含んでいるため、解析的に困難な点を含む。中心多様体論の構築を行う際、ある種の線形化作用素の解析を行うことが研究の核となるのだが、本研究において現れる線形化作用素には、不連続性の影響で自然にデルタ関数が現れる。2016年度の研究では、特に樟脳船の集団運動に関するモデル方程式を取り扱った。多数の樟脳船が互いに相互作用を及ぼし合う系を想定し、樟脳船の位置と速度に関する縮約方程式を導出した。まず、線形化作用素の基本的な性質であるフレドホルム性を明らかにした。また、固有値が存在する範囲を特定し、レゾルベント評価を行った。この結果により射影作用素を定義することが可能となる。実はデルタ関数の存在により、この射影作用素は微分可能ではない。

そのため、既存の理論で用いられた手法がいくつも破綻することとなり、本研究では新たな手法の開発が必要となった。前年度に構築した手法と組み合わせることにより、この困難な点を克服し縮約方程式の導出に成功した。パルス波の渋滞現象に対応した理論の構築を行うため、デルタ関数を含んでいる場合に対して中心多様体理論を適用することを考え、一定の成果を得た。特に線形化作用素の基本的な性質であるフレドホルム性、固有値や固有関数の性質を得ることができた。また、デルタ関数の強い非線形性の影響を考慮した中心多様体縮約理論を構築することができたので、新しい結果を得たと言える。2017年度の研究では、特に樟脳船の集団運動に関するモデル方程式における中心多様体理論の整備に注力した。前年度までに得られていた線形化作用素の基本的な性質、フレドホルム性、固有値の存在範囲、レゾルベント評価により射影作用素を「離散的」に定義した。先行研究とは異なる手法で射影作用素は構成されたので、既存の結果が本研究でも成り立つことを再確認する必要がある。特に、正則性の低い中心多様体上に解が一意的に射影可能である点について確認できた。中心多様体理論において基本となる事実の証明に成功したことにより、本研究で目指した中心多様体理論の整備が完了したと言える。この結果を論文にまとめ、現在投稿中である。フィッツヒュー・南雲方程式に代表される、興奮系の反応拡散方程式系におけるパルス波の集団運動は、各パルス波を特徴付ける2つ遷移層の運動を記述する方程式と、相互作用を引き起こす外部場を記述する拡散方程式によって記述される。ここで得られた方程式系に中心多様体縮約理論を適用することで、集団運動の解析を行いたい。この方程式系は階段関数のような不連続性を含んでいるため、樟脳船のモデル方程式と同様に、線形化作用素にデルタ関数が現れる。そのため、樟脳船のモデル方程式において確立した中心多様体理論が適用できるだろう。しかし、樟脳船のモデル方程式の場合と異なり、固有関数以外の関数が縮約過程で現れてしまう。したがって、本研究において中心多様体理論が適用できるかどうか、検証する必要があることが分かった。樟脳船のモデル方程式における中心多様体理論に関して、解を一意的に中心多様体上に射影できることを示した。これにより中心多様体理論の整備が完了した。本研究に関わる内容を既に論文にまとめ終わり、現在論文を投稿中である。パルス波の渋滞現象を解析するため、パルス波の位置と幅に関する縮約方程式を導出することを目標としている。縮約過程で重要となる関数を具体的に構成することに成功した。中心多様体理論の根幹をなす結果が得られたと言える。これまでの研究で整備した中心多様体理論により、モデル方程式を縮約し、樟脳船の集団運動に関する運動方程式を導出した。また、解析やシミュレーションにより渋滞現象を再現できることを示した。さらに、樟脳船に対する縮約方程式と、自動車に対するモデル方程式として知られるOVモデルにおける解の振る舞いを比較することで、定性的に等しい部分と異なる部分が存在することを確認した。
自律航法のためのマルチセンサ情報の融合化

本研究の目的は、自律航法を行う移動体に取り付けられたマルチセンサから得られる複数の情報を、自律航法に適した形で互いに補完・融合する方策を見出すことにある。自動走行車で用いられるセンサ情報の基幹として、カメラの他のセンサに対する補完性について考察した。一般に良く用いられるセンサは、絶対位置に対する初期値の設定と内部状態に関する定常特性の変動という問題がある。一方、カメラからの画像データは膨大な情報量を有するため、計算量の問題があるが、環境情報を取得できるという利点を有する。本年度では、前年で得られた知見、すなわちある特定の通路環境において、画像環境情報に位置情報が含まれていることの指摘と、その位置情報を画像データから効率よく抽出できるアルゴリズムの提案に基づき、自律走行車搭載実現への1ステップとして、移動体に対するカメラのトラッキングシステムを開発した。この作業とは別に、学内キャンパス走行用として、仕様が最大速度4Km、登坂10度、搭載重量50Kgの自動走行車を製作した。画像トラッキングシステムの問題点としては、カメラの光学的パラメータのあいまい性およびカメラを稼働する機械的部分の非線形性をどのようにしてモデリングを行い、制御を実行するかにある。本年度では、これらに実用的に対処できるよう適応アルゴリズムを導入し、かつ画像データの高速処理を可能にするデータ処理システムを構築した。構築したトラッキングシステムでは、カメラパラメータを正確に知る必要がないため、システムの設置が容易であり、かつ点光源としての移動物体に対するトラッキング性能は、カメラの視線のヨ-角およびピッチ角とも30度程度でかつ速度が0.1周期/秒程度であるなら、カメラスクリーンフルスケールの1/10程度の追従遅れ範囲でトラッキングを行なえるという成果を得た。本研究の目的は、自律航法を行う移動体に取り付けられたマルチセンサから得られる複数の情報を,自律航法に適した形で互いに補完・融合する方策を見い出すことにある。この研究では移動体として主に自動走行車を用いる。平成8年度では、自動走行車で用いられるセンサとして、カメラとジャイロの補完性について考察した。一般に良く用いられるジャイロは、絶対位置に対する初期値の設定と内部状態に関する定常特性の変動という問題がある。一方、カメラからの画像データは膨大な情報量を有するため、計算量の問題点があるが、環境情報を取得できるという利点を有する。本研究では、ある特定の通路環境において、画像環境情報に位置情報が含まれていることを指摘し、その位置情報を画像データから効率良く描出できるアルゴリズムを提案した。さらに、画像計測の本質を考慮するとジャイロで指摘されたような定常特性の変動性はない、という利点があるということ、および、連続した観測からの位置情報の高い精度は現状の画像取得装置では望めないことがわかった。提案する画像計測アルゴリズムの長所はジャイロの欠点を補うものであり、またその欠点はジャイロからの情報を用いれば十分高精度の位置情報を得られる。したがって、ジャイロの位置情報とこれを補完する画像情報の利用は、航法において絶対位置を知るのに有効であるとの知見を得た。本研究の目的は、自律航法を行う移動対に取り付けられたマルチセンサから得られる複数の情報を,自律航法に適した形で互いに補完・融合する方策を見い出すことにある。自動走行者で用いられるセンサ情報の基幹として、カメラの他のセンサに対する補完性について考察した。本年度では、前年で得られた知見、すなわちある特定の通路環境において、画像環境情報に位置情報が含まれていることの指摘と、その位置情報を画像データから効率良く抽出できるアルゴリズムの提案に基づき、自律走行車搭載実現への1ステップとして、移動体に体するカメラのトラッキングシステムを開発した。

この作業とは別に、学内キャンパス走行用として、仕様が最大速度4km、登阪10度、搭載重量50kgの自動走行車を製作した。画像トラッキングシステムの問題点としては、カメラの光学的パラメータのあいまい性およびカメラを稼動する機械的部分の非線形性をどのようにしてモデリングを行い、制御を実行するかにある。本年度では、これらに実用的に対処できるよう適応アルゴリズムを導入し、かつ画像データの高速処理を可能とするデータ処理システムを構築した。構築したトラッキングシステムでは、カメラパラメータを正確に知る必要がないため、システムの設置が容易であり、かつ点光源としての移動物体に対するトラッキング性能は、カメラ視線のヨ-角およびピッチ角とも30度程度でかつ速度が0.1周期/秒程度であるなら、カメラスクリーンフルスケールの1/10程度の追従遅れ範囲でトラッキングを行なえるという成果を得た。