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A study on ultrasonic signals communication systems using machine learning
Get PDF近年，スマートフォンやタブレットなどのモバイル端末の普及が進み,さまざまな場所で簡単に情報にアクセスできる時代になってきた．しかし，デファクトスタンダードとして利用されている電波通信は，技術の進歩に伴うアップデートが継続的に行われており，非対応の端末が混在する問題が避けられないことや，水中や地下，金属構造の建物内などの非電波透過環境や病院・工場などの電波通信の使用が制限される環境では通信が困難になることから，社会インフラとしての運用には発展途上の課題が残されている．他方，こうした隙間をカバーする通信方式として期待されているのが音波通信である．音波通信は，空気の振動により情報を送受信するため，水中などの電波が届かない範囲でも通信を行うことができる．超カバレッジ拡張を目的とした第 6 世代移動通信システムの展開を想定すると，音波通信技術の発展は情報社会にとって，非常に大きい影響力を有することが考えられる．また，音波通信は，マイクやスピーカなどの音声入出力機能を利用するだけで実現できるため，店内に設置されているスピーカや家庭用テレビから発信される音響に情報を埋め込むだけで通信が利用でき，導入コストが低いことも特徴の一つである．一方，音波通信は，電波通信と比べると環境雑音や反響音，残響音，ドップラー効果などの外乱により音波信号が歪みやすく，情報識別・信号同期に誤りが生じやすいことが問題になっている．これらの課題に対する改善策として，雑音や周波数シフトに応じて処理を調整する方法や音量を増加させて信号を送信する方法が考えられるが，環境に適応した調整は手間であることや人体への影響を懸念すると現実的ではない．こうした問題に対する解決方策として，本研究では,機械学習に基づく最新の情報識別技術に着目した．機械学習により設計された識別器は，外乱によって劣化した情報に対しても高い識別性能を示すことが報告されており，画像認識問題や文字認識問題，音響分離問題等広い分野にて適用されている．本研究では，非可聴域である高周波帯域に情報を埋め込み，白色雑音と周波数シフトにより劣化した音波信号をシミュレーションし，CNN，RNN，CRNN による機械学習モデルを用いて外乱下から音波信号の同期処理および音波信号にかかる周波数シフトの値を予測する識別器を設計し，その有効性を示す．機械学習では，音波信号を時間と周波数の情報を 2 次元の画像として表現するスペクトログラムを学習データとして用い，スペクトログラムのパターン情報から音波信号の特徴を抽出するように設計し，雑音環境下および周波数シフト発生時における音波信号の BERの識別精度の性能評価を行った．結果，従来のバンドパスフィルタ処理を用いる超音波通信システムでは，BER=0%を示す音波信号であっても，25Hz 以上の周波数シフトが発生すると BER は 20.82%を上回り，信号識別の精度が大きく低下する．一方，CRNN を用いた機械学習モデルは，入力されたスペクトログラムから音波信号に含まれる周波数シフトの値を予測することにより，SNR= 6dB 以上の環境下において，50Hz の周波数シフトが発生しても BER=0%を示した．本研究で提案する機械学習を用いた識別器は，従来の超音波通信システムで対応が困難であった周波数シフトの影響を最小限に抑え，高い識別精度が得られることを明らかにし,その有効性を示した．また，基礎研究にとどまらず，実際にサービスを展開している企業と連携し，産業応用という出口を確保しながら研究を推進していることが本研究の特色のひとつになっている
モーションキャプチャを用いた腹腔鏡手術のための機械学習による技量評価システムの開発 [全文の要約]
No full textこの博士論文全文の閲覧方法については、以下のサイトをご参照ください。https://www.lib.hokudai.ac.jp/dissertations/copy-guides
Study on Control Strategies of HVDC Systems Contributing to Expanding the Introduction of Renewable Energy [an abstract of dissertation and a summary of dissertation review]
No full textA Study on Thermal Stability Evaluation and Improvement of No-Insulation High-Temperature Superconducting Coils towards Ultra-High Field Generation
No full text超電導磁石は単に磁場を生成する電気機器であるにもかかわらず，その応用先は非常に多岐にわたる．医療，創薬，高エネルギー物理学，エネルギーシステムなど枚挙にいとまがない．超電導磁石をさらに高磁場化することで応用機器性能が向上する．測定分解能の向上による創薬開発の加速や機器サイズの低減，核融合反応に必要なプラズマの高密度化など従来の常電導磁石ではできないことが実現できるようになる．超電導磁石のさらなる高磁場化が社会的に求められている．そのような中，1987 年に発見された EBCO(Rare-Earth Barium Copper Oxide) 超電導体が期待を集めてきた．REBCO 線材は非常に高い臨界温度，臨界磁場，機械的強度を有する．さらに製造技術の向上に伴い，REBCO 線材の特性は上がり続けている．現状，超高磁場応用を見据えた時に他の候補はない．理化学研究所や米国の Massachusetts Instituteof Technology (MIT)，National High Magnetic Field Laboratory (NHMFL)，フランスのLaboratoire National des Champs Magnétiques Intenses (LNCMI)，中国の High MagneticField Laboratory (HMFL) など各国の研究所が，30 T 以上の高磁場生成用途に REBCO 超電導線材を採用している．超高磁場生成に有利な REBCO コイルであるが局所劣化に対する脆弱性が問題であった．局所的な線材特性の劣化が生じた際，当該の常電導部で非常に大きな発熱を生じてしまう．REBCO 線材の高い比熱に起因して，異常の検知も容易ではない．最悪，コイルが燃えてしまう．そこで，無絶縁 (No-Insulation: NI) 巻き方式が開発された．REBCO線材を無絶縁で巻くことにより，コイルに高い熱的安定性が付与されて保護される．局所的な線材特性劣化部に対しては，電流がターン間接触面を通って隣接ターンに迂回するためである．実際，NI REBCO パンケーキ・コイルで世界最高の直流磁場 (45.5 T) が達成されている．無絶縁技術の有効性がこれにより認知されることとなった．多くの研究により NI REBCO コイルの現象理解が進み，熱的安定性特性が明らかにされてきているが，いくつかの課題・問題点がある．まず，いくつか異なる種類の無絶縁コイルが提案されてきた．個別の研究では電流迂回挙動に由来する高い熱的安定性が確認されたものの，超高磁場生成に向けて最も熱的安定なコイルがどれかは未だ不明瞭である．体系的な熱的安定性比較が求められている．また，これまでに，NI REBCO コイルの特性がターン間接触抵抗に大きく支配されることがわかってきている．ターン間接触抵抗を測定することはコイルの熱的安定性を評価することにつながる．特に高磁場では電磁力により接触抵抗が変化すると考えられている．従来手法では電流依存性を測定することができないが，原理的にこれを測定できる LFAC (Low-FrequencyAC current) 法の研究が進んでいる．これまで未知であった超高磁場磁石の接触抵抗推移を明らかにしうる手法である．いくつかのケースで有用性が示されてきたが高磁場磁石で適用することを見据えて測定精度の向上や現象理解，段階的なスケールアップなどが達成されなければならない．最後に，高磁場環境では NI REBCO 磁石に作用する軸方向圧縮力が非常に大きい．局所的なホットスポットの出現や力の平衡が崩れることによりコイルの一部が機械的に移動する場合がある．結果，外挿磁石による磁場との相互作用で NI REBCO パンケーキコイルに電流が誘導されるがその影響は未知である．超電導磁石のさらなる高磁場化を目指し，高磁場における機械的挙動の熱的安定性に与える影響が調べられなければならない．本論文はこれら課題を明らかにするものである．まず各種無絶縁コイルの熱的安定性に対してはこれまで提案されてきた無絶縁コイルを等価回路構造に基づき，2 通りに分類した．その上でそれら回路構造に由来する電磁・熱的現象を調査し，体系的に 2 種の無絶縁コイル分類の熱的安定性を調査した．現状，従来型の無絶縁 REBCO コイルが最も熱的に安定であるが，もう 1 種類の補助導体を使用した無絶縁巻き手法は将来的に有望であることを示した．二律背反であった高熱的安定性と短い励磁遅れ時間を両立できる可能性がある．2 点目の LFAC 法による接触抵抗測定手法の改良について，運転電流とコイル電圧の位相差を利用した測定精度向上手法を提案した．これを用いることでこれまで限定的だった使用可能周波数領域を大きく拡大させることに成功した．より頑健かつ高信頼性な手法として使用することが可能である．LFAC 法のスケールアップへの第一歩としてダブルパンケーキ (DP:double pancake) コイルへ適用して調査を行った．異なる接触抵抗値を有する DP コイルの接触抵抗値を同定可能であることが実験・数値的に示された．これは磁場を測定する遮断法では難しい．一方で，高周波領域及び遮断法での数値計算が実験結果と不良好な一致を示す．今後の課題である．最後に，外部磁場中に置かれた NI REBCO 磁石を簡単に移動させ，その際の電磁現象を調べることで熱的安定性への影響を調査した．いくつかのケーススタディを行った結果，外部磁石による影響は非常に少ないことが明らかとなった．一方，NI REBCO コイル間の磁束結合が非常に強く，移動速度に正相関して大きな電流がコイル外周に流れる．一般に外周の負荷率は内周より低いため熱的安定性劣化の大きな恐れは少ない．しかし，外周に特性不良部を含んだ場合はその限りではない
Alpine ice core research in the northern North Pacific
Get PDF山岳氷河は南極やグリーンランドの氷床と比べて年間の涵養量が著しく高いため，山岳アイスコアで掘削されたアイスコアは高い時間分解能で環境を復元することができる．低温科学研究所では，北部北太平洋地域の環境復元を目的にカムチャツカ半島で２ヶ所，アラスカで2ヶ所の山岳氷河から計５本のアイスコアを採取した．これらのアイスコアから，カムチャツカとアラスカにおける数百年間の年間涵養量が復元され，北部北太平洋域への大気由来鉄の沈着量が復元されるなどの成果が得られた．この一連の研究から，精密な年代決定がなされたアイスコアを用いれば，気象再解析データ，気候モデルと比較できる降水量やエアロゾル沈着量のデータを復元できることが示された．Alpine glaciers have significantly higher annual accumulation rates than the Antarctic and Greenland Ice Sheets, allowing for environmental reconstruction with high temporal resolution. The Institute of Low Temperature Science has collected a total of five alpine glacier ice cores from two mountain glaciers in the Kamchatka Peninsula and two in Alaska to reconstruct the environmental changes in the northern North Pacific region. As a result of these researches, hundreds of years of annual accumulation rates in Kamchatka and Alaska have been reconstructed, as well as the deposition of air-borne iron to the northern North Pacific region. This series of researches showed that precisely dated ice cores can recover precipitation and aerosol deposition data that can be compared to meteorological reanalysis data and climate models
The Humor Appearing in the Position of the Compliment Response : Using the Methodology of Conversation Analysis and the Concept of Face
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Five New Analogs of Streptogramin Antibiotic Viridogrisein Isolated from Streptomyces niveoruber
Get PDFFive new viridogriseins B-F were isolated from Streptomyces niveoruber, along with viridogrisein and griseoviridin which belong to streptogramin family antibiotics. A combination of liquid chromatographytandem mass spectrometry (LC-MS/MS) analysis and the advanced Marfey's method elucidated the structures of viridogriseins B-F, each featuring distinct constituent amino acids. Consistent with other streptogramin family antibiotics, these viridogrisein analogs exhibited potent antibacterial activity against Staphylococcus aureus. Furthermore, equimolar mixtures of each viridogrisein analog and griseoviridin inhibited the growth of S. aureus more potently than each analog treatment alone. Finally, an in vitro functional analysis of SgvY, encoded in the viridogrisein biosynthetic gene cluster, revealed that SgvY detoxifies viridogrisein against S. aureus by linearization. Considering that viridogrisein is not autotoxic to S. niveoruber, SgvY likely contributes to the self -resistance system against viridogrisein in S. niveoruber
Turn-to-Turn Contact Resistance Measurement of NI REBCO Double Pancake Coils
Get PDFThe turn-to-turn contact resistance/resistivity is one of the most important parameters for no-insulation (NI) rare-earth barium copper oxide (REBCO) pancake coils. Our group has been working on the measurement of the contact resistances of NI REBCO pancake coils by alternating current, called a low-frequency ac current (LFAC) method. One of the advantages is that the LFAC method is able to measure the field and current dependencies on contact resistances in principle, while the conventional discharge method is not. The effectiveness of the LFAC method was well demonstrated using a single pancake coil. In this paper, contact resistances of a double pancake coil were measured with the LFAC method although the upper and lower pancake coils had different turn-to-turn contact conditions due to an accident. The experiment results well agree with the simulation results. In addition, the contact resistances of each pancake coil can be separately specified. The contact resistances measured with a conventional sudden discharge method also have a good agreement with the LFAC method; however, the contact resistance of sudden discharge simulation is underestimated. Meanwhile, the energy consumptions are also complicated. We need further investigation for multi-stacked NI pancake coils in the near future
Nursing XR Simulator for Diversity, Equity, and Inclusion: A New Purpose of Future Technology Development
Get PDFXR is a term within the spectrum of virtual reality (VR), mixed reality (MR), and augmented reality (AR). In 2015, Endotracheal Suctioning Training Environment SIMulator (ESTE-SIM) project team was established (PI: Noriyo Colley), which consisted of a wide range of disciplines including nursing science, information science, and healthcare engineering to promote the development of a pedagogical environment for quality care through simulation education. Mutual recognition was found that a digital transformation plays an important role to mitigate the risks of global shortages of nurses and healthcare faculty due to pandemic, ultra-aging society, and technology dependent children such as children with home mechanical ventilators. Nursing XR simulators are being developed for Diversity, Equity & Inclusion, which is a new purpose of future technology development