電気電子情報工学分野 教員・研究室紹介

電気機器は家電といった身近な電気製品から、鉄道、自動車、さらには次世代の輸送機関である超電導磁気浮上鉄道にいたるまで幅広い分野で利用され、これらのシステムを構成するために不可欠なものとなっている。ここでは電気機器の電気的・力学的特性を求め、様々な用途について最適な設計を行う。また、新しいシステムを構築し、高機能なシステムを作成する。理論解析だけでなく実際の装置を作成し、システムの実用化をめざす。

電力系統の安定性向上や再生可能エネルギーの導入を促進するため、電力システム機器・電気応用機器の性能向上研究を行うと共に、生体への電磁界応用と危険回避を目指し、機器周辺電磁界ばく露時の生体安全確保に関する研究や医療用電気・磁気刺激法等の性能向上研究を行う。理論・数値計算に加え実モデル作成・実測技術も習得し、計画立案・実施・評価検討・計画改善の技能獲得を目指す。

IH調理器や非接触充電といった電磁誘導現象を利用した機器の特性や電磁ノイズや落雷が発生するメカニズム、抑制効果を予測・評価するシミュレーション手法の開発を行う。研究を進めるに当たり、各種電磁界解析技術について学び、プログラミングだけでなく実験による評価・検討も並行して行う。

データセンター、電気自動車等で広く実用化が期待される次世代ワイドギャップ半導体材料およびデバイスに関する研究を行う。具体的にはGaN（窒化ガリウム）、SiC（炭化ケイ素）パワーデバイスの高速動作・低抵抗化に向けて、新たな材料・デバイス技術を提案し、その効果を実証する。

人間の聴覚システムのメカニズム解明を目的として、理論解析・シミュレーションにより特性解析を行う。また、メタマテリアル・フォノニッククリスタルについて、シミュレーションおよび実験により設計・特性解析を行う。

Society5.0・カーボンニュートラルといった未来社会実現に貢献する研究開発しています。再生可能エネルギーの筆頭である太陽電池の高効率化や多用途化に関する研究や身近にある小さなエネルギーを電気エネルギーとして利用できるようにするエネルギーハーベスティングデバイス開発、産廃シリコンのアップサイクル技術の開発を行います。

近年、石油エネルギーの枯渇や自然環境保護の意識の高まりにより低炭素社会実現のための省エネルギー化やエネルギー開発が求められている。太陽光のレーザーへの高効率変換や液中レーザーアブレーションを用いた金属ナノ粒子の大量生産によるエネルギー分野への応用に関する研究を行う。

３つのテーマを通じて、低環境負荷なエレクトロニクスの実現を目指す。①ナノ電解法を用いた局所反応制御により、高機能ナノデバイスの創製と動作原理の解明を行う。また、②生体の視覚機能に着想を得たセンサー技術の研究を通じて、高感度かつ低消費電力な知覚デバイスの実現を目指す。さらに、③有機・無機ペロブスカイト材料の合成および物性評価に基づき、新規機能性材料の開発とデバイス応用を探究する。

半導体デバイス・複合材料の開発を行う。特に、ナノ・マイクロオーダーの半導体材料などを、電界マニピュレーション技術により電子デバイスや機能性複合材料を作製し、その有用性を評価する。これらは、半導体の前工程、後工程、半導体材料の領域に貢献する技術開発であり、多数の産官学共同研究を展開している。

本研究室では、材料表面に生じる数ナノメートル程度の“反応層（Reaction Layer）”を制御し、成膜・加工プロセスを精密に設計する研究を行う。NF₃・H・O などのラジカルを用いて反応層を形成・除去し、半導体、金属、絶縁体、有機材料など幅広い材料の反応特性を比較する。反応機構の理解に基づき、次世代材料プロセスの創出を目指す。

次世代半導体デバイスの製造方法・物性解析・不良解析・モデリング等半導体デバイスに関する理論解析及び特性解析に関する研究を行う。上記を扱う上で必要となる理論・実験・計測・シミュレーション等の習得・開発を通じて技術者の素養を養うことを目的とする。

スピン系のトポロジカル物性や準結晶の磁性・超伝導などを対象にして、新規機能性探索と数値的検証を行う。この際、スーパーコンピュータや量子計算機を用いて解析を行うため、必要となるアルゴリズム開発やプラットフォーム構築も研究対象とする。

伸縮・曲げ・ねじりによって電荷が誘起する高分子を用いたセンシングデバイスの研究を行っている。高分子の特性を測定すること、生体やロボットの動作をセンシングすること、センシングしたデータをクラウド上に格納することを通じて、センシングシステムの開発を行っている。介護や医療分野への応用が期待される。

近年のWebや動画配信、クラウドサービスといったアプリケーションの発展に伴い、新たなネットワーク技術が必要となっている。そのような背景のもと、光ネットワーク技術、コンテンツセントリックネットワーク技術、ネットワーク仮想化技術といった新たなネットワーク技術に関する研究を行う。

インターネットに代表される計算機ネットワークにおける、通信プロトコルやトラヒック制御技術を対象に、システム設計やプロトコル設計およびこれらの性能解析について研究を行う。対象とするネットワークは、インターネットに加え、ワイヤレスネットワーク、アドホックモバイルネットワーク、新世代ネットワークなど、最新の技術動向を踏まえて広く展開し、情報通信工学に関する基礎知識から応用技術の習得をめざす。

携帯電話（5G）や無線LAN（Wi-Fi）といった既存の無線通信システムが抱える問題を解決するための技術や、新たな無線通信の応用およびそこで必要となる通信方式・プロトコルについて研究を行う。自動車やロボットといった移動体の通信・移動を制御する無線ネットワーク制御や、高度周波数利用をめざしたインテリジェント無線アクセス、IoT通信のための省電力通信方式・プロトコルなどの研究を通し、無線伝送理論とネットワーキング理論の習得をめざす。

携帯情報端末や自動車などのコンピュータがネットワークにつながり、様々なサービスを享受できるIoT技術の発展が期待されている。そのために不可欠なモバイル通信技術を研究対象とし、新たな通信方式・アルゴリズムを追求する。具体的には、車両間通信および歩車間通信による衝突回避支援システムの開発、モバイルアドホックネットワークを利用した災害時における緊急救命避難支援システムの開発、RFIDタグを用いた応用システムの開発などを通して実践的なモバイル通信技術の習得を目指す。

多様な周期的・カオス的振動を生成する回路やシステム、同期現象を呈する結合振動系、ニューラルネットワークなど、ダイナミクスをもつ非線形システムにおける未知の振る舞いや機能を数値解析的に解き明かすとともに、そこから逆に、ダイナミクスに基づく新しい情報処理方式を考案することに取り組む。

アナログ・RF集積回路を中心に、回路の高性能化や設計の自動化技術を研究する。

ニューラルネットワークの応用と専門ハードウェアの開発についての研究を行う。ニューラルネットワークは脳をモデルとした情報処理システムだが、逆にその研究を通して脳の物理的な動作を説明できるようなシステムの開発を目的とする。特に、自己組織化マップ（SOM）と呼ばれるニューラルネットモデルを脳の働きを表すモデルとし、SOMを実行する専用ハードウェアの開発、画像認識等への応用において、好奇心、驚き、退屈といった脳の活動を模倣する仕組みをSOMの学習機能に加えることで、SOMによる脳のエミュレーションを目指す。

統計的学習、連想記憶モデル、信号処理、画像処理などを対象に確率、統計、物理の知識を使って理論解析、数値解析、計算機実験を行う。

建物内の巡回警備、誘導、人が入れない場所の自動探査などを目的として、室内用の小型ドローンが目的地点まで障害物を避けながら自立飛行するための経路計画や飛行制御に関する研究に取り組む。また、ドローンが群れとなって１つのタスクを遂行する際の編隊飛行や相互衝突回避に関するアルゴリズムの設計と実装についても取り扱う。

ディジタル信号処理を利用した音響システムの研究・開発を中心にしたテーマを取扱う。具体的には、ディジタルオーディオ技術、バーチャルサウンド技術、アクティブ騒音制御、ディープラーニング等の機械学習を利用したマイクロ音響デバイスの設計・解析、音を利用したバイオメトリクス認証技術などについて検討する。これらのテーマに関して計算機シミュレーションおよび実システムでの検証を行うことで、多角的な技術の習得をめざす。

現代の情報・通信になくてはならないものとなっている光技術を主として情報技術の観点から取り扱う。具体的にはコンピュータホログラフィによる3次元立体画像技術の研究を中心として、波動光学シミュレーションや高機能光学素子の設計などを行うが、ソフトウェアのみに偏らず、実験を通した検証や高品質なホログラフィ3D映像の再生を重視している。

生体から計測できる信号（神経信号、生体信号、行動）がどのように発生するのかを解明し、生体の状態を推定するための技術を開発する。具体的には、生体信号・行動計測やシミュレーションを用いた、信号処理・機械学習、ブレイン・コンピュータ・インタフェース、行動モデリングなどのテーマを扱う。

画像認識・テキスト理解、推薦システム、ソーシャルネットワーク分析や計算社会科学に関する研究を行う。主に画像データとテキストデータを対象とし、深層学習やマルチモーダル処理の基礎と応用技術の習得を目指す。また、ネットワーク科学やトピックモデル、グラフ学習などの数理手法を用いて、ソーシャルメディアを中心とした人間活動由来の大規模データを解析する。

人の知的活動を支える情報基盤の構築を介して、問題の発見、対象の分析、解決方法の提案、システムの実装、効果の測定という一連のシステム開発のプロセスについて学ぶ。認知科学・教育方法論といった学習・教育の基礎理論と、自然言語処理、人工知能、インタフェース、ネットワーク、コミュニケーション支援などの応用技術の習得を目的とする。

人に優しいコンピュータシステムやパートナーロボットを実現する上で重要な、感性情報処理技術を中心としたテーマを取り扱う。人の知能や感性を模倣した計算モデルの基礎理論、パターン認識、感性データ解析、ユーザインタフェース、主観情報処理、ヒューマンコンピュータインタラクションなど、基礎理論から応用システム開発までを対象とした総合的な感性情報工学技術の習得をめざす。

人、環境にやさしい知的なシステムの構築にあたり、個々の課題を最適化問題に定式化し、コンピュータによる解法を開発する。

人間への共感、気配り、意欲を引き出すような感情知能を備えたコンピュータシステムの社会実装・普及は、人と情報テクノロジーの共生のための重要な研究課題となっています。私の研究室では、ヒューマンコンピュータインスタラクションの観点から、感性情報システムの研究開発に取り組んでいます。具体的には、教育支援における対話エージェントの開発を中心に、バーチャルヒューマンにおける非言語情動フィードバックの設計・効果の調査、オンライングループディスカッションにおける興味の動的追跡など、人とコンピュータの相互作用の様々な側面に関する研究を展開しています。これらの研究を通じて、より自然で効果的な人とコンピュータの共生の実現を目指しています。

社会インフラ、情報通信システム、製造・輸送システムなどの現実システムを表現するモデルに対し、信頼性評価および最適設計に関する研究を行っている。具体的には、効率的なシステム信頼性評価方法の構築や、冗長化設計および保全計画の最適化問題に対する解法の提案に取り組んでいる。