Faculty List システム情報工学
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主に音メディアに関する現象の理解・情報処理・制御を目指し、波動場を意識した新たな信号処理の創出及びそれを応用した情報処理システムの構築に関して研究を行う。具体的には、以下に示す統計数理・機械学習論的信号処理の研究を通じて、人間の音情報処理能力の拡張や新しい芸術創出への工学的貢献を目指す。
1. 音響信号処理に基づくコミュニケーション拡張：
統計的アプローチを駆使し、事前教師情報を必要としない柔軟なブラインド信号処理系を実現する。また、それを応用したヒューマンインターフェイスやユニバーサルコミュニケーション支援システムの構築を行う。
2. 音楽信号処理・音拡張現実感：
多様な音メディアに対し機械学習論的な手法を適用し、時空間頻出パタンに基づく信号解析など、高品質な音楽情報処理系を実現する。また、本処理と波面合成理論に基づく立体音再現を融合し、音拡張現実感システムを構築する。
3. 非線形信号処理系の数理解析と感性定量化：
音声・音響信号処理に用いられる非線形信号処理系の高次統計量解析を通じて、人間にとって「聴覚的に」意味のある統計的推定方法は何かを追求し、新しい信号処理系の枠組みを構築する。

機械学習論的な手法を駆使した音声言語情報の認識・理解・合成により、ヒトと人、ヒトと人工知能の間での音声コニュニケーションを拡張する。

流体駆動システムの計測制御技術とアクチュエータの特性を活かしたシステムデザインを融合し、外科手術や動作支援など健康長寿社会に有用な医用システム、ロボットシステムや人間機械システムの研究開発を行う。また、医用工学と情報科学を融合し、上記システムの知能化、高機能化および社会実装を行う。

1. 外科手術を支援するロボットシステムの知能化と高機能化に関する研究
2. 空気圧ゴム人工筋を用いた身体支援システムの研究
3. 形態学的計算による医用システムの状態推定や予測問題への適用に関する研究

ロボット工学の分野において、人間機械調和型ロボットシステムの最適設計と最適制御をハードウェアとソフトウェアの両面から研究を行っている。
剛体リンク系、流体駆動系や柔軟材料など、多様な物理特性を有する機械要素同士を組み合わせ、人と調和して高い性能を発揮する新たなハードウェアを構成するとともに、個々の機械要素を詳細にモデル化し、精密な制御や外乱オブザーバによる状態推定などのソフトウェアを設計・実装することで、ロボットシステムの高機能化を実現する。

逆問題の直接解法、計測構造の開発。非侵襲計測、非破壊検査、ヒューマンマシンインタフェース等への応用。
１）脳磁場逆問題の直接代数解法：頭部表面データを基に、脳内神経電流源位置を代数方程式の解として求める手法を構築。
２）漏洩磁束探傷のための荷重積分センサ：磁場のフーリエ係数を直接計測するセンサを開発。
３）RFIDタグの定位と応用：タグの三次元位置を線形方程式の解として求める手法を開発。物品管理や雪崩要救助者探索へ応用。

細胞や分子を人工的に再構成することで疾患などの生体現象を再現するバイオロボットや分子ロボットを合理的に設計するため、数理・物理モデルを基盤とした生体システムの予測設計法を構築する。具体的には、生体組織を再現する細胞シートや細胞の機能を模倣する人工細胞の形状や変形を予測するために、ネマチック液晶理論や複素関数論を応用した設計理論を構築し、実証実験を行っている。

情報処理や情報伝達の機構に新しい物理現象を組み込むことによってセンサやインターフェースデバイスの能力を拡大する研究、具体的にはテレメトリー技術を触覚素子に応用した人工皮膚、音響共鳴現象を利用する柔軟触覚センサ、小型生体センサや熱誘導型強力超音波集積デバイス、人間の皮膚に本物らしい触感を人工的に生じさせる触覚ディスプレイなど。

触覚を中心とした人と機械とのインタフェースの研究に従事。最近は、触覚の中でも特に、触れ合うことによる感情的な効果に着目している。
人は同じ触刺激であっても、そのコンテキストによってその触感を快にも不快にも感じる。ユーザが愛着を持っているぬいぐるみを動かせるようにロボット化する研究や、人の皮膚表面を情報入力面として利用する研究、あるいは、温度変化などにより心地よい触感のパターンを生成する研究など。

通信を活用した大規模ネットワーク化システムに対する制御手法を研究している。
こうした「ネットワーク化制御系」や「サイバーフィジカルシステム」においては、制御と情報・通信の2分野が新しい形で結びつく。理論面での基礎課題から応用を視野に入れた設計手法まで、システム論的なアプローチを用いて幅広く取り組んでいる。
具体的なテーマは以下のとおり。

1. 通信を介した制御
2. マルチエージェント系の分散協調制御
3. 制御系のサイバーフィジカルセキュリティ

脳磁図（MEG）、機能的磁気共鳴画像法(fMRI)などの非侵襲的な脳機能計測法を用いて、人間の感覚知覚や認知の脳内処理メカニズムを調べると共に、得られた知見の工学応用を行っている。また、脳情報を非侵襲的に制御する手法を開発し、知覚や行動に因果的に寄与する脳活動を解明すると共に、制御技術の実世界での技術応用を目指している。近年は、周期的な脳活動である神経律動が情報統合に果たす機能や、脳活動や知覚・認知の個人差が生じるメカニズムの研究にも注力している。

人間の知覚・認知を計測する心理物理学・脳科学手法と、画像解析・物理ベースレンダリング・光学計測・機械学習などの情報科学手法を組み合わせることで、人間の情報処理メカニズムの解明をめざした研究を行っている。また、人間の知覚・認知研究の知見を利用した情報科学技術手法の開発を行っている。特に、自然物体の質感認識処理といった、多様で複雑な日常環境で機能する人間の情報処理に関する研究に力を入れている。

ヒトの知覚や認知を支えている脳情報処理について、心理物理学、神経科学、数理モデリングの手法を組み合わせて、統合的に理解するための研究を行っている。

• コンピュテーショナルイメージング
光学と情報科学を統合した新たなイメージング分野を開拓する。レンズレスカメラ、一画素カメラ、散乱イメージングなど、光計測、光制御システムの新原理を創出し、医療、天文、セキュリティを含む多様な分野に貢献する。
• AIフォトニクス
増大する情報通信や計算需要に対して，光物理的に解決するコンピューティングやアクセラレータの研究開発を進める。光システムが有する様々なダイナミクスを機能とみなし、これを利用した意思決定やリザーバコンピューティングの新たなアーキテクチャを探求する。

• Neuromorphic Computing
Using the computational power of physical phenomena to process information in analog or unconventional ways, such as Reservoir Computing
• Physical Deep Neural Networks
Machine-learning inspired algorithms for training physical systems to perform computation such as physical deep learning, direct-feedback alignment and adjoint-based methods
• Physical Limits of Computation
Studying the ultimate computational limits of light-based computing systems

(1) サイバーフィジカルシステム：
物理（フィジカル）世界のあらゆるものをインターネットで接続し、得られる膨大なデータを情報（サイバー）世界で処理し物理世界へ働きかけるサイバーフィジカルシステムにおいては、処理性能・応答性、低消費電力、信頼性・セキュリティなどの品質が用途に応じて求められる。この課題に対し、処理の特性と要件に応じて、最適なコンピューティングを実現する設計方法論の研究を行う。

(2) 高効率アクセラレーション：
大規模科学技術計算や機械学習などさまざまな分野で必要とされる飛躍的なコンピューティング能力の向上を、デバイス・回路技術・アーキテクチャ・システムソフトウェアの階層を越えた協調で実現するアクセラレーションの実現を目指す。そのために、処理に内在する並列性・局所性や要求精度に合わせて実行を最適化する粗粒度再構成アーキテクチャや近似コンピューティング、ならびに新しい計算原理に基づく量子コンピューティングなどの研究を行う。

IoT／クラウドロボティクス時代のコンピューティング基盤を支えるプラットフォーム技術と設計方法論についての研究を行っている。

クラウドロボティクス時代の通信技術と設計開発最適化：ROS（Robot Operating System）を礎とし、リアルタイム性と電力効率を両立する組込みデバイス向けの軽量実行環境、ならびに、関数型言語Elixirに基づく自律性の高いIoTシステム向け通信ライブラリの研究を行っている。また、クラウドネイティブ技術と仮想環境を活用したロボットIoTシステムの開発手法についても取り組んでいる。

広域分散型IoTシステムの包括的コンピューティング技術：分散機械学習理論のひとつである連合学習を対象として、IoTノードの資源情報および地理情報の変動に適応する処理配置最適化手法や、AIモデルの公平性や多様性を包括的に表現するプログラミングモデルに関する研究を進めている。また、広域分散型のIoTシステムを対象とし、関数型パラダイムに基づく資源透過型の分散処理プラットフォームに関する研究を行っている。

生理的・認知的・物理的知見に基づき，物理情報システムとしての身体の機序を追究する「身体情報学」に関する研究を行っている．人間が生得的に有する感覚機能，運動機能，情動機能，知的処理能力を，計測・通信・制御を通して拡張する．

(1) 拡張身体：視線・表情・心拍などの生体情報や，運動予測・意図などの感覚・知覚の計測技術と，ロボット制御や筋電気刺激などによる介入技術とを統合し，人間の入出力を拡張する技術に関する研究を行う．ユーザの意図を適切にセンシングし，作業対象の情報をユーザの身体にフィードバックすることを通して，人間の能力の拡張や新たな身体観の獲得などを実現するための工学的な研究開発を行う．

(2) 拡張コミュニケーション：人間の身体と心は不可分の関係にあり，知覚や感情などの主観的体験は自己・他者の身体を媒介として構成される．自己と他者を含めた系において，バーチャルリアリティ(VR)，拡張現実感，ウェアラブル技術，ワイヤレス技術，ロボット技術，テレイグジスタンスなどを用いて物理的・認知的情報の流れを制御することで，主観的体験を変容するための方法論を明らかにする．異なる属性や嗜好を有するユーザ間のコミュニケーション支援を，超高齢社会対応や多様な人々が活躍するスマートシティの実現などに向けて社会実装することを目指す．

身体内外の物理情報空間をつなぐ技術に関する研究を行う．特に，テラヘルツ波や超音波の特性を活かして，身体の内側のウェットな環境と外側のドライな環境とをワイヤレスに接続する技術にハードウェア（ものづくり）とソフトウェア（信号処理）の両面から取り組んでいる．具体的には，体表にテラヘルツ波を変調照射して体内に超音波を非接触生成する新たな技術や，空間中を移動する人や端末に波動回折の影響を補償しながらテラビット級データを無線伝送する新たなビームトラッキング技術などに取り組んでいる．それらを生体計測や無線通信などに応用することで，ユーザの身体性を損なうことなく認識行動を支援することを目指している．

高信頼かつ安全な通信インフラの実現を目指した、ネットワークプロトコルと広域分散システムアーキテクチャ、及び IT インフラに対するサイバーセキュリティに関する研究を行なう。高速かつ大容量の通信が求められる一方で、通信インフラの柔軟性と安全性が求められている。この両立を目指した通信システムの研究開発をおこなう。

睡眠・覚醒リズムの基礎研究およびその理解や制御に資する技術開発。
分子・動物・ヒトという異なる階層を通じて、睡眠覚醒リズムをモデル系とした生命現象の理解と制御の実現を目指す。

１）全脳全細胞解析技術の確立：透明化技術・高速イメージング技術・画像処理技術の開発
２）睡眠測定・解析プラットフォームの開発：加速度センサーを用いた医療機器レベルのデバイス開発、情報解析技術の開発
３）睡眠・覚醒リズムのモデリング：分子・細胞・組織・個体・集団レベルの睡眠覚醒リズムのモデリング
４）ケモインフォマティクスを用いた医薬品の創製