Tokyo Denki University Repository (TDU) / 学術リポジトリ

石原, 美彦

舛井, 裕輝

井口, 祐貴

島嵜, 佑

吉村, 雅文

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022          No.42 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q22K-03 
課題名（和文） 大学女子サッカー選手の身体的負荷に関する縦断的調査 
課題名（英文） A Longitudinal Analysis of Physical Load in Female College Football Players 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学（未来科学部、人間科学系列、助教） 
氏名 石原 美彦 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
順天堂大学大学院（スポーツ健康科学研究科、博士後期課程） 
氏名 舛井 裕輝 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
桃山学院大学（法学部、法律学科、講師） 
氏名 井口 祐貴 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
順天堂大学（スポーツ健康科学部、スポーツ科学科、助教） 
氏名 島嵜 佑 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
順天堂大学大学院（スポーツ健康科学研究科、教授） 
氏名 吉村 雅文 
 
研究成果の概要（和文） 
本研究は女子サッカー選手の競技シーズン中の身体的負荷について前年の 2021 シーズンデータと比較しな
がら調査・分析した。その結果、プレシーズンにおける身体的負荷はシーズン中のそれよりも高く、特に高速
度域での運動における負荷が高かった。この傾向は前年も同様であったが、前年の負荷に比べると低値であっ
た。シーズン期の身体的負荷値は全ての項目で先行研究の推奨範囲内で変動していた。 
 
研究成果の概要（英文） 
This study aimed to investigate and analyze the physical load experienced by female soccer players during 
the competitive season and compare it to the data of the 2021 season. The results showed that the 
preseason physical workload was higher than the in-season workload, especially in the high-speed range of 
motion. This trend was also observed in the 2021 season but with a lower value than the previous year's 
load. Seasonal physical loads varied across all categories, with load values falling within the range 
recommended by previous studies. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022          No.42 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
近年、球技スポーツ競技では、試合中の運動量や
身体的負荷だけでなく、トレーニング中の身体的負
荷をウェアラブルデバイスと ICT を活用しながら、
急性的な負荷 (直近 1 週間のトレーニング負荷量) 
と、慢性的な負荷 (直近 1 ヶ月間のトレーニング負
荷量 ) の比率から算出される指数である acute 
chronic work load ratio (以下、急性慢性負荷) を評
価した負荷管理が導入されている。外傷障害リスク
との関連について、急性慢性負荷が 0.8~1.3 にある
とリスクが低いとされている (Gabbett TJ, 2016)。
この負荷管理は、チームとしての競技会の結果やチ
ームパフォーマンスの優劣に限らず、各選手のコン
ディショニング管理や傷害予防・リハビリテーショ
ンとしても重要である。しかしこれまでの知見は、
国外プロレベルや男性選手を対象にしたものであ
り、女性選手の急性慢性負荷は横断・縦断的調査と
もに実施されていない。 
 
2.研究の目的 
大学女子サッカーチームを対象に、シーズンを通
したトレーニングおよび試合時の身体的負荷を測
定・評価した上で、前年の 2021 シーズンで測定さ
れた身体的負荷データと比較することを目的とし
た。 
 
3.研究の方法 
関東大学女子サッカーリーグ 2 部に所属するチー
ムを対象に、慣性センサー内蔵 GNSS デバイス 
(Catapult Sports 社製) を用いて、2022 シーズンの
全てのトレーニングおよび試合における身体的負荷
量を測定した。トレーニングにおいては心拍センサ
ーPolarH10 (Polar 社製) を用いて心拍変動も定量
した。またタブレット端末とアプリケーションを用
いて、毎試合・トレーニング中の身体的負荷量と心
拍変動をリアルタイムで記録・可視化するとともに、
活動をビデオ映像により記録した。チームスタッフ
や選手は、トレーニング中に自信やチームの身体的
負荷量や心拍変動、映像データを、必要に応じて即
座にフィードバックされるシステムであった。身体
的負荷項目として、総移動距離 (Total distance 
covered: 以下 TD)、15km/h 以上の高強度での走行
距離  (High intensity running: 以下 HIR15)、
24km/h 以上の最高速度域での走距離 (Very high 
speed running: 以下 VHSR24)、21km/h 以上のス
プリント回数 (Sprinting: 以下 SP21) 、心拍数 
(Heart rate: 以下 HR) 等を分析対象とし、それら
を前年の 2021 シーズンデータと比較しながらプレ
シーズン (リーグ戦の開始前) およびシーズン期 
(リーグ戦期間) の急性慢性負荷を評価した。 
 
4.研究成果 
今シーズンにおける TD、HIR15、VHSR 24、
SP21、HR の急性慢性負荷のチーム平均値は先行研
究の推奨範囲内で変動していた。前年シーズンでは
VHSR 24 と SP21 で平均値が 1.3 を超えていたが、
今シーズンは高速度域での活動に関する急性慢性負
荷が適切な状態 (先行研究で推奨されている 0.8~ 
1.3 の範囲内) であった。 
シーズンを区分けして TD、HIR15、VHSR 24、
SP21、HR の急性慢性負荷を見た場合、プレシーズ
ン期では、0.99~1.41 であり、特に VHSR24 が 1.41
と高値を示した。前年は 1.05~3.45 で、特に HIR15、
VHSR 24、SP21 で 1.74~3.45 と高い状態を示して
おり、それに比べると、今回のプレシーズン期は前
年よりも急性慢性負荷のスパイクのような急激な増
加は示されなかった。 
シーズン期では前年の VHSR 24 (平均 1.54) と
SP21 (平均 1.32) に比べ、高い急性慢性負荷とはな
らず、推奨範囲で変動していた (平均で 1.05 と
0.98)。シーズン期の急性負荷と慢性負荷の比率は全
ての項目で、おおよそ 1.0 前後で変動していた。 
以上より、大学女子サッカー選手選手の急性慢性
負荷はプレシーズン期で高い傾向にあり、特に高速
度域での身体的負荷が高い状態であることが示唆さ
れた。 
 


Japanese

COVID-19下における女子サッカー選手の身体的負荷に関する縦断的調査

東京電機大学博士（工学）2022doctoral thesi

齋藤,正明

サイトウ,マサアキ

学位論文審査の結果の要旨    
報告番号 先端科学技術甲第 171号 氏 名 齋藤 正明 
論文題目 需要予測の不確実性を考慮した熱源・電気機器の運用最適化に関する研究 
論文審査委員会 
委員(主査）Ｄ○合 加藤 政一 教授   （電気電子システム工学専攻）  
委員(副査）Ｄ○合 腰塚 正  教授   （電気電子システム工学専攻）  
委員(副査）Ｄ○合 枡川 重男 教授    （電気電子システム工学専攻） 
委員(副査）Ｄ○合  吉田 俊哉 教授    （電気電子システム工学専攻） 
委員(副査) Ｄ○合  百田 真史  教授     （建築・建設環境工学専攻） 
委員(副査）Ｄ○合 渡邉 翔一郎准教授   （電気電子システム工学専攻）       
  
 研究の背景 
世界的なエネルギー需要の増加が見込まれる中、持続可能な社会を構築するには、再生
可能エネルギーへの転換に加えて、省エネルギーの推進が必須である。国内では、オフィ
スビルのエネルギー消費量は、1970 年代からほぼ倍増している。このような建物では、冷
温水や電力の需要予測に基づき、最適な運用計画に沿って、熱源システムなどの大規模機
器を効率的に運用することが重要である。需要予測誤差の悪影響を軽減するには、再予測・
再計画手法や確率計画法の適用が有効である。しかし、これまでの研究では、上記の両手
法を効果的に組み合わせた、需要予測の不確実性に対する総合的な検討が不足していた。 
 
                研究の目的 
本研究は、需要再予測、運用再計画による現状からの改善余地の定量化、前記改善余地
に対して需要予測誤差の確率的評価を統合することで、需要予測の不確実性に対する包括
的な解決策を提案することが目的である。 
 
研究の内容 
需要予測精度の向上に向けて、前日夜間に翌日 1 日分のエネルギー需要量を予測する翌
日予測手法、当日の直前実需要を参照して、予測値を更新する当日再予測手法を考案した。
翌日予測では、まず簡易な重回帰予測式を用いて各時刻のエネルギー需要を予測する。第
二段階では、翌日予測の主眼であるエネルギー貯蔵設備の最適な貯蔵量を決定するため、
様々な気象予報に基づき翌日の一日分の総需要を予測し、上記の各時間帯の予測需要を調
整する。この調整により、予測誤差が冷水需要で約 9%から 5%に、温水需要で約 13%から 8%
に減少し、提案した翌日予測手法の有効性が確認された。一方、当日再予測手法では多次
元の時系列予測モデルを採用、過去 48時間分の需要データと気温データなどを説明変数と
し、説明変数の選択と回帰係数の同定に LASSO（Least Absolute Shrinkage and Selection 
Operator）回帰を適用した。異なる 3 つの予測手法とのベンチマーク評価において、提案
する LASSO 回帰が最も高精度であることを確認した。さらに、当日再予測では予測実行 4
時間先までであれば翌日予測より高精度であるため、両予測の組み合わせ方法を考案した。
抽出した 2 週間の夏季代表日において、冷水需要の翌日予測誤差は 6%程度であり、午前 6
時から当日再予測を併用することで、最終的には 3.5%程度まで予測誤差が改善した。以上
より、提案方式が需要予測精度の向上に効果があることを確認した。 
 運用評価では、先ずコジェネによる熱電併給、ガスと電気駆動方式を併用した熱源機器、
蓄電池、蓄熱槽によるエネルギー貯蔵といった要素を含む、多様な熱源・電気機器からな
る対象システムを定義した。続いて、運用計画を導出するため、運用最適化問題を混合整
数計画問題として定式化した。次に、需要予測値に対して実績値が乖離した場合の運用シ
ミュレーション手法として、2種類の手法を考案した。一つは、実需要に乖離が生じた場合
でも熱源機出力を事前に求めた運用計画に固定して蓄熱槽運用の変化を許容する蓄熱槽調
整運用で、もう一方は、熱源機出力の変更のみを許容する熱源機調整運用である。上記 2種
類の運用シミュレーション結果を比較し、熱源機調整運用が僅かに経済性に優れることを
確認した。次に、翌日予測と当日再予測の誤差が 0%と仮定したポテンシャル性能との比較
を行った。予測誤差 0%の理想的運用に対して、現状の再予測・再計画のコスト削減の割合
は 28%程度に留まり、未だ改善余地は大きいものの、機器の計画外起動は回避できており、
運用安定性の観点において十分に高い有用性があることを確認した。仮に当日再予測の誤
差を 0%にできれば、コスト削減の割合は 74%程度に上るため、当日再予測誤差の影響を低
減していくことは、現行手法の大きな改善余地となる。更に、蓄熱槽の運用コスト悪化に
直結する需要減少期間での翌日予測誤差の影響低減も、主要な改善余地であることを確認
した。これら一連の成果は、 
齋藤正明、加藤政一「蓄熱空調設備を有するビル施設の需要再予測・機器運用再計画に
よる運用手法の評価」，電気学会論文誌 C，Vol.142，No.10，pp.1123-1134 (2022) 
として、まとめられている。 
最後に、上記の改善余地に対して予測誤差の確率的評価を導入した。予測誤差の定量化
から、同一建物において複数のエネルギー需要がある場合、これらの予測誤差間の相関を
前提として、日種別の同時確率分布で評価する必要があることを確認した。これによるコ
スト削減効果は約 39%となり、前記の再予測・再計画の改善余地に加えて、予測誤差の確率
的評価を統合することで、運用効率の更なる改善が可能であることを立証した。 
 
以上、本論文において著者が検討して得た事柄は、予測を用いた幅広い機器の更なる運
用効率化を達成でき、社会的な省エネルギー推進の観点で極めて有用であると判断できる
ことから、本論文の価値は工学的、工業的な観点からも十分に評価できる。よって、本論
文は博士（工学）の学位論文として十分な価値を有するものと認められる。 


需要予測の不確実性を考慮した熱源・電気機器の運用最適化に関する研究

足立, 直也

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022          No.42 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q22K-01 
課題名（和文） ドナー−π−アクセプター型共役系化合物によるヒドラジンの分子認識 
課題名（英文） Recognition of hydrazine by donor-π-acceptor type conjugated compounds 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部、理工学科・理学系、准教授 
氏名 足立直也 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
今回、新たに気体のヒドラジンを蛍光色の変化から検出可能な D-π-A 型化合物を 2 種類合成することができ
た。この D-π-A 型化合物の特徴は、構造中に凝集有機蛍光を示すテトラフェニルエチレン部位を有しているた
め、溶液中よりも薄膜状態で強く蛍光発光する性質を備えている。そのため、溶液中ではヒドラジンを目視で
検出することは難しかったが、薄膜状態では気体のヒドラジンを検出することで蛍光色が大きく変化すること
が分かった。具体的には、ヒドラジンの検出前においては黄色の蛍光発光であったが、ヒドラジンを検出する
ことで、緑色に変化した。そのため、今回合成した D-π-A 型化合物は気体のヒドラジンを蛍光色の変化から目
視のみで検出できることが明らかとなった。 
 
研究成果の概要（英文） 
In this study, we developed fluorescent chemical sensors for hydrazine vapor based on donor-π-acceptor 
type (D-π-A) fluorescent dye molecules. We synthesized new D-π-A type compounds and investigated about fluorescence 
color changes by hydrazine vapor exposure. The fluorescence colors of D-π-A CHCl3 solution was changes from orange to 
green by the addition of hydrazine solution. On the other hand, the fluorescence colors of D-π-A film was clearly changes 
from yellow to green by hydrazine vapor exposures. These results indicated that the synthesized D-π-A type compounds 
can detected for hydrazine vapor by naked-eye.  
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022          No.42 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
通常、気体分子の分析にはガス検知管、イオンクロ
マトグラフ、ガスクロマトグラフなどが用いられる。
これらの分析手法は、ppb レベルの濃度の気体分子
を分析できるが、気体分子の採取が必要で、分析時
間を要する点や、連続分析が難しいといった課題が
存在する。つまり、局地的に発生した気体分子に対
しては対応することが難しい。このような背景のも
と、有機蛍光色素を用いて蛍光特性の変化から気体
分子の分析ができれば、迅速に短時間で気体分子の
種類や毒性などの分析が可能になるため、局地的に
発生した気体分子にも対応できると考えた。 
2.研究の目的 
そこで本研究では、気体状態のヒドラジンの検出
を目的として、ドナー-π-アクセプター(D-π-A)型化
合物を合成し、実際に気体のヒドラジンを色調の変
化から検出することを目的として、研究を行った。 
3.研究の方法 
 
図 1．合成した化合物の構造 
合成した化合物を図 1 に示した。化合物の合成は、
鈴木-宮浦カップリング反応、脱水縮合反応を行い、
目的とする D-π-A 化合物 1、2 を合成した。化合物の
同定は、FT-IR および 1H-NMR により行った。 
次に、化合物 1、2 のヒドラジンの検出能を溶液中
および薄膜状態で検討した。化合物 1、2 の THF 溶
液にヒドラジン水溶液を添加し、その前後の色調・
蛍光色の変化から検討をした。さらに、化合物 1、2
の薄膜をヒドラジン蒸気中に設置し、その前後で色
調・蛍光色の変化を観察した。 
4.研究成果 
合成した D-π-A 化合物 1、2 について FT-IR および
1H-NMR により構造の同定を行ったところ、アルデ
ヒド基のピークを FT-IR と NMR の両方から確認す
ることができ、構造中の水素原子の数が一致した。
そのため、化合物 1、2 の合成に成功した。 
 
図 2．化合物 1、2のヒドラジン認識能 
 次に化合物 1、2 に対するヒドラジンの認識能につ
いて検討を行った(図 2)。1、2 のクロロホルム溶液 1 
mL に対して、ヒドラジン水溶液 10 μL を添加し溶
液色および蛍光色を観察した。その結果、溶液色は
ヒドラジン添加後も変化が見られなかった。しかし、
2 の蛍光色が、黄色蛍光から緑色蛍光へと変化した。 
 次に、化合物 1、2 の薄膜を用いて、ヒドラジン認
識能を検討した。その結果、1、2 の薄膜両方で色調
の変化は僅かであったが、蛍光色の大きな変化が観
察された。具体的には、1 の薄膜は蛍光色が緑色か
ら青色へと変化し、2 の薄膜は黄色から緑色へと変
化した。これは、化合物 1、2 がヒドラジンを認識す
ることで、アルデヒド基(-CHO)がヒドラゾン(-CH＝
N-NH2)へと変化することで、D-π-A 型から D-π-D 型
構造になったことで化合物の電子状態が変化するこ
とで蛍光色が変化したと考えられる。溶液中と薄膜
を比較すると薄膜の方が大きく変化した。これは、
構造中に凝集誘起蛍光を示すテトラフェニルエチレ
ン部位を導入したことによると考えられる。 
 これらの結果から、今回合成した化合物 1、2 は、
薄膜状態で蛍光色の変化から気体のヒドラジンを検
出することができた。そのため、ヒドラジンガスの
漏洩をチェックするセンサの開発につながる。 
5.主な発表論文等 
（研究代表者、共同研究者には下線） 
〔雑誌論文〕（計 1 件） 
① T. Kosone, R. Kosuge, M. Tanaka, T. Kawasaki, and 
N. Adachi, New J. Chem. 46. 2022, 10540-10544. 


ドナー-π-アクセプター型共役系化合物によるヒドラジンの分子認識

東京電機大学博士（情報学）2022doctoral thesi

樋口, 滉規

ヒグチ, コウキ

学位論文審査の結果の要旨    
報告番号 先端科学技術甲第182号 氏 名 樋口 滉規 
論文題目 
単純因果帰納モデル pARIs の合理分析 
および因果探索アルゴリズムヘの応用 
論文審査委員会 
委員（主査）Ｄ○合 高橋 達二 教授   （情報学専攻） 
委員（副査）Ｄ○合 柴山 拓郎 教授   （情報学専攻） 
委員（副査）Ｄ○合 篠原 修二 准教授 （情報学専攻） 
委員（副査）Ｄ○合 鳥居 拓馬 准教授 （情報学専攻） 
  
 
研究の背景 
人類は、その種が誕生して以来、厳しい自然環境の中で適応・生存することに成功し、現在の
繁栄を迎えている。そのような成功の要因の一つに、人間が因果関係を効率的に学習（すなわち、
帰納的に構築）し、それを活用する能力がある。学習した因果関係を活用することにより、原因の
観察に基づいて未来を予測することや、結果から原因を診断すること、原因の発生を操作すること
によって未来を操作することが可能となる。 
Hattori & Oaksford (2007) が提案したDFHモデルは人間の因果帰納を説明する有力なモデル
として知られている。彼らはDFHが人間の因果帰納と適合することを示し、かつ、現実環境の特性
を考慮した場合にはDFHが高い母集団推定性能を有することをコンピュータ・シミュレーションによ
って示したが、彼らが行った合理分析には幾つかの問題があり、それらを修正した上で結果を再
分析する必要があった。 
一方、pARIsモデルはDFHをアップデートしたモデルとして提案され、DFHモデルよりも更によく
人間の因果帰納に適合することが示されていたが、その性質については明らかになっていない点
が多くあり、合理分析による詳細な検証が必要であった。従来pARIsやDFHの計算上の役割は共
変動（相関関係）の検出と見なされてきたが、これらのモデルは稀少性仮定(一般に事象の生起が
稀であるとする仮定)した場合に確率論的な非独立性の検出においてより有力である可能性があ
り、この観点から因果帰納モデルの性質を分析することで人間の因果帰納の新たな性質を明らか
にできる可能性があった。また、pARIsやDFHが一対の事象の因果的な強度の推定を説明するモ
デルである一方で、人間は現実において複数の事象間の複雑な因果構造の推定をすることがで
き、これらの因果帰納モデルではそのような状況における人間の因果帰納を説明することができ
ないという課題があった。 
 
 
研究の目的 
本研究には大きく三つの目的がある。一つ目の目的は、単純因果帰納モデルpARIsが人間の
因果帰納を説明する有力なモデルであることをメタ分析を介して明らかにすることである。二つ目
の目的は、認知科学研究の方法論である合理分析の手続きにしたがい、現実環境が有する複数
の自然な仮定の下でpARIsが母集団の共変関係を高い精度で近似することをコンピュータ・シミュ
レーションを用いた網羅的な分析によって明らかにすることである。三つ目の目的は、pARIsが原
因および結果事象の生起が稀少であるという仮定の下で非独立性の優れた近似であることを確
率論に基づく新たな指標の定義とコンピュータ・シミュレーションによる検証によって明らかにする
ことである。四つ目の目的は、二事象間の因果強度のモデルであるpARIsを複数事象間の因果構
造の推定問題、すなわち因果探索の枠組みへと拡張するために、pARIsを用いたベイジアン・ネッ
トワークの構造推定アルゴリズムを提案した上でコンピュータ・シミュレーションによってその有効性
を明らかにすることである。 
 
 
研究の内容 
 本研究では、単純因果帰納モデルpARIsについて、認知科学研究の方法論である合理分析を
介して詳細な分析を行った。具体的には、pARIsが従来提案されてきた42種類のモデルよりも人
間の因果帰納と良く適合することを、過去に報告された複数の認知科学実験の結果を統計学的
な整合性を保ちつつ統合するメタ分析によって定量的に示した。また、予め母集団パラメータから
人工データを生成し、その人工データから母集団パラメータを推定するパラメータ・リカバリーの手
法に基づくコンピュータ・シミュレーションを行うことで、pARIsが母集団の共分散の従来有力なモ
デルとされていたDFHやその他のモデルよりも高い精度で推定することを定量的に示した。また、
モデルがより多くのサンプルに対して母集団を推定可能であることを示す定義可能性の評価や、
母集団における共分散の有無に対する二値分類性能など多様な観点から詳細な分析を行った。
これにより、pARIsの性能および性質を明らかにした。また、Hattori & Oaksford (2007) が行った合
理分析が抱えていた複数の問題を指摘した上で修正を行い、結果を再分析することによって彼ら
の合理分析を補完した。 
 これらの研究の成果は次の論文でまとめられている。 
Kohki Higuchi, Kuratomo Oyo, Tatsuji Takahashi 
Causal intuition in the indefinite world: Meta-analysis and simulations 
Biosystems, 2023, 104842. （採択決定） 
https://doi.org/10.1016/j.biosystems.2023.104842 
 また、pARIsを始めとする因果帰納モデルの計算上の目的は従来は母集団における共分散の
近似とされていたが、計算上の目的は事象の生起が稀少であるとする仮定の下での非独立性の
近似であるとする仮説を立て、コンピュータ・シミュレーションに基づき検証を行った。結果は、pAR
Isが稀少性仮定の下で非独立性の近似のための有力なモデルであることを示した。この結果は、
pARIsが人間の因果帰納と最も良く適合するモデルであるというメタ分析の結果を踏まえた場合に、
人間の因果帰納が非独立性の検出に基づくものである可能性を示唆するものである。 
 最後に、従来は一組の原因と結果の間の因果関係のためのモデルであったpARIsの理論的な
範囲を拡張するため、複数の事象間の因果構造を取り扱うための理論である因果ベイジアン・ネ
ットワークに対してpARIsの応用を行った。具体的にはベイジアン・ネットワークにおける構造推定
のための新たなアルゴリズムを開発し、パラメータ・リカバリーの手法に基づくコンピュータ・シミュレ
ーションを介して提案アルゴリズムの性能の検証を行った。シミュレーションの結果は、特に事象
の稀少性を仮定した場合やスモールサンプルからの推論において、提案アルゴリズムが従来の代
表的なアルゴリズムよりも優れた推定性能を有することを定量的に示した。これは提案したアルゴリ
ズムがpARIsの環境に対する適応的な利点を継承していることを意味する。 
 以上、本論文において著者が検討して得た結論に記された事柄は、人間の因果帰納の記述モ
デルに関して詳細な分析を行うことで人間の認知における因果帰納プロセスの解明に寄与したと
いう点において認知科学的な観点から有用である。また、従来は一組の原因・結果間の因果強度
を対象としていた因果帰納モデルpARIsの理論的な範囲を拡張し、複数の事象間の因果構造の
問題に適応可能にした上で、ベイジアン・ネットワークにおける軽量な構造推定アルゴリズムの提
案を行った点で極めて有用であると判断できることから、本論文の価値は工学的、工業的な観点
からも十分に評価できる。よって、本論文は博士（情報学）の学位論文として十分な価値を有する
ものと認められる。 


単純因果帰納モデル pARIs の合理分析および因果探索アルゴリズムへの応用

馮, 庚琰

ヒョウ, コウエン

学位論文審査の結果の要旨    
報告番号 先端科学技術         号 氏 名 ヒョウ コウエン  
論文題目 溶湯直接圧延法による軽量 Mg/Al クラッド材の製造 
論文審査委員会 
委員（主査）Ｄ○合 渡利 久規 教授 （機械システム工学専攻） 
委員（副査）Ｄ○合 山崎 敬則 教授 （機械システム工学専攻） 
委員（副査）Ｄ○合 柳田 明  教授 （機械システム工学専攻） 
委員（副査）Ｄ○合 清水 透  特別専任教授 （機械システム工学専攻） 
委員（副査）    羽賀 敏雄 教授 （大阪工業大学，機械工学科） 
  
 研究の背景 
近年，地球温暖化に対する環境対策はＥＵをはじめとして全世界に拡大している．例えば，気
候変動枠組条約の締約国会議(COP)では，これまで温暖化の防止策を直接規定した全世界的
な取り決めが行われてきた．歴史的に見ると地球の温暖化の原因とされる二酸化炭素の排出量は
やメタン，フロンなどの温室効果ガスとともに，産業の発展とともに増え続けてきている．このような
状況において，従来，自動車産業界では軽量化によって，二酸化炭素の排出量を削減する努力
が行われてきた．しかし，近年では自動車の電動化が進み，電気自動車（Electric Vehicle：EV）の
販売を主力とし，ハイブリッド車（Hybrid Vehicle）や，内燃機関のみを持つ自動車（例えば、ガソリ
ン車とディーゼル車），すなわち内燃自動車（ICE: Internal Combustion Engine）は販売できなくな
る方向に急速な舵が切られている．しかしながら，EV が主流となったとしても，これまで続けられて
きた軽量化技術はこれまで以上に，今後も重要な役割を果たすものと考えられている． 
本研究の背景には，軽量化およびその実用化という全世界的な環境問題が存在している．
本論文では，実用金属中で最も軽量かつ比強度，比剛性が高く，衝撃吸収性や電磁遮蔽性，
被削性，リサイクル性に優れているマグネシウム（Mg）合金のマルチマテリアル化に貢献するため
に， アルミニウム合金の積層による Al/Mg クラッド材を金属溶湯から， 一工程で創製する加工プ
ロセスの有効性について検証している． 
                研究の目的 
マグネシウム（Mg）は，密度が 1.738kg/m3 であり，アルミニウム（Al）の約 2/3，鉄（Fe）の 1/4 であ
り，実用金属材料中では最軽量である．また，比強度，比剛性が高く，衝撃吸収性や電磁遮蔽性，
被削性，リサイクル性に優れており，軽量化効果の最も大きい素材として実用化が期待されてきた． 
しかしながら， Mg 合金は最密六方構造(HCP)であるため，常温におけるすべり系は c 軸と直角
方向の底面すべりだけであり，常温での塑性加工性は低い．このため，Mg 合金の塑性加工は
250℃以上での温間成形が主流となっている．また，塑性加工用の展伸材の製造工程では，熱間
圧延を繰り返すために，これが塑性加工用のＭｇ合金展伸材が高価になる原因のひとつでもある．
本報では Mg 合金を低コストで製造する横型双ロール法を適用して， 一工程で軽量な Mg 合金
に耐食性の高い Al 合金を接合するクラッドを製造することを目的としている． 
研究の内容 
第１章においては，Al/Mg クラッド材の製造に関する研究の背景についての概説している．第２
章では，横型の双ロールキャスターを用いて，代表的な鋳造用Mg合金であるAM100に，純アル
ミニウム A1050 を接合する実験を行った．第２章では，溶湯直接圧延法によってクラッドが製造可
能な条件を明らかにし，クラッド製造が可能なロールギャップの設定方法およびクラッド製造のみ
かけの圧下率について調査した．クラッド製造が可能であった試験片の接合界面の組織観察およ
び界面周辺部の硬さ試験を行ったところ，見かけの圧下率を 10%，15％，20％と変化させた場合，
15％以上の見かけの圧下率を与えて溶湯直接圧延を行うことで，Al/Mg クラッドが製造可能であ
ることを明らかにした．また，圧下率の増加に伴って，接合界面の混合層の厚さは減少し，20％の
圧下率の場合は 68μｍであることを明らかにした．界面付近の硬さ試験の結果からは，最も硬度
の大きい箇所は，Ａｌ側の接合界面であり，この部分のMg17Al12やAl3Mg2などの金属間化合物の
存在を確認した．クラッドの引張せん断試験の結果から，本法で得られたクラッド材は 40MPa以上
のせん断応力を有することが明らかになった．これらの成果は, Feng Gengyan, Hisaki Watari, 
SMayumi, Toshio Haga, Tooru Shimizu, A Novel Direct Cladding of Magnesium and Aluminum Alloys 
Using a Horizontal Twin Roll Caster, Key Engineering Materials, Vol. 880,pp.17-22(2021)に報告されて
いる． 
第 3 章では，クラッドの凝固厚さを推定するための実験定数の算定方法を示し，さらに
AZ91/A5052 のクラッド製造実験を行い，ロール周速度とノズルの設定方法の違いがクラッド製造
に与える影響について調査している．本章では，ロール周速度９m/minで AZ91Dを上側ロールで，
また A5052 を下側ロールで凝固させる方法が最も接合状態が良好であることを示した．また
AZ91/A5052クラッドの界面の SEM画像と EDS分析の結果，界面の拡散層は三層構造であり,界面
の Mg 側からはα-Mg+ Mg17Al12 が分布する共晶組織，中央部は Mg17Al12 が分布する層，さらに
界面の Al側からは Al3Mg2 が分布する層，であることを明らかにした． 第 4 章では，スクレイパー
を用いて，接合界面の凝固の状況を制御するための実験の結果について記している．本章では
AZ91/A5052 クラッド製造過程において下側ノズルの自由表面側にスクレイパーを設置し，A5052
の半凝固層の掻き取りが，接合界面に与える効果について明らかにした．すなわち，スクレイパー
の設置によって A5052 の拡散層の厚さはスクレイパー無しの場合と比較して３分の１に低減でき，
界面の限界引張せん断応力は 8.2Pa から 12.5MPa が得られ 50％以上改善された． 以上の成果
は, Gengyan Feng Watari Hisaki, Haga Toshio, Fabrication of Mg/Al Clad Strips by Direct Cladding from 
Molten Metals, Metals, Vol. 12(9),pp.1408-1420(2022)，に報告されている．第 5 章では，本論文を
総括し，研究結果に基づいて今後の課題と展望について記している． 
以上，本論文において著者が検討して得た結論に記された事柄は，軽量な Mg合金の実用
化する点において極めて有用であると判断できる．本論文の価値は工学的，工業的な観点
からも十分に評価できる．よって本論文は博士（工学）の学位論文として十分な価値を有
するものと認められる． 


溶湯直接圧延法による軽量 Mg/Al クラッド材の製造

宝田, 悠

高橋, 達二

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022          No.42 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q22D-06 
課題名（和文） タスク全体の大局的な基準値を用いた満足化による強化学習の探索率制御 
課題名（英文） 
Search Rate Control by Satisficing using Whole-Task Global Reference Value in 
Reinforcement Learning Task 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学 先端科学技術研究科 情報学専攻 
宝田 悠 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学 理工学部理工学研究科 情報学専攻 
武井 介 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部 理工学科 教授 
高橋 達二 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
強化学習は機械学習の枠組みの一種であり、行動主体(エージェント)と環境の相互作用によって学習を行う。
強化学習では、エージェントが探索を行い情報収集するか学習した情報から報酬獲得をするかを自律的に制
御する必要があり、探索と活用のトレードオフとして強化学習タスクにおける解決すべき根本的な課題とし
て扱われている。この問題の解決策の一つとして、本研究では S2E 法を提唱した。S2E 法で算出した「満足
値」と呼称する値と探索率の変換方法に関して、一部分の計算に sigmoid 関数を用いることによって、他の代
表的なアルゴリズムと比較してより性能が向上していることが確認できた。 
 
研究成果の概要（英文） 
Reinforcement learning is a part of the machine learning framework, in which learned behavior (learning) 
occurs through the interaction between the agent (the subject of the action) and the environment. In 
reinforcement learning, the agent requires autonomous control over whether to search and collect 
information or to earn rewards from information it has learned, and this trade-off between search and 
exploitation is discussed as a problem that must be solved as a fundamental issue in reinforcement 
learning tasks. As one of the solutions to this problem, we proposed the S2E method, which uses the 
sigmoid function to calculate a part of the conversion between the "satisfaction value" calculated by the 
S2E method and the search rate, and we confirmed that the performance was improved compared to other 
typical algorithms. 
 
                                                      
 
1.研究開始当初の背景 
近年の機械学習における技術的発展によって、機械学習技
術は様々な分野で実務的な利用をされている。機械学習の
手法の一つとして強化学習がある。強化学習の特徴は、対
象の環境で自律的に行動し、行動した結果として環境から
受け取るフィードバックを用いることによる、自律的な学
習にある。この強化学習に関して、議論すべき問題として
探索と活用のトレードオフに関する問題がある。学習に必
要な探索と学習結果を利用した活用は同時に行うことがで
きない。十分な学習が行えていない状態では、学習結果を
利用しても効率的な行動は行えず、強化学習エージェント
が十分に学習を行った後に活用する行動をとる必要があ
る。そのため、適切なタイミングで探索と活用を切り替え
る為の手法を考えることが必要である。例えば探索範囲が
広いなどで探索が大量に必要な環境では、環境を完全に学
習し把握するのに必要な探索量が膨大になり、行動を最適
化することは困難である。しかしながらこの問題に関して
の決定的な解決手法はいまだに確立されていない。 
2.研究の目的 
本研究では、人間の認知傾向の一つである満足化に着目
した。人間は広大な環境で探索を行う際に、最適解を見つ
けるのではなく、目的として基準を設定し基準を満たす満
足解を探索する傾向がある。Simon らはこの傾向を満足化
と呼んだ。本研究では、強化学習における探索と活用のト
レードオフ問題へのアプローチとして満足化を用いたS2E 
法を提唱する。S2E法では、満足化を強化学習の探索率の
調整として適用している。 
 本研究の目的は、強化学習の枠組みに人間の認知機能の
一つである満足化を適用させる手法として S2E 法を提唱
し、その挙動や性質を検証することである。 
3.研究の方法 
本本研究で提唱するS2E法では、スタートからゴールま
でのエージェントの行動から、満足度と呼称する数値を算
出し、満足度を探索率に変換を行う。その際に行う変換方
法に関して模索を行なった。満足度は今回の場合、どれだ
け最短距離に近いルートを通ることができたかを示してい
る。単純に満足度を探索率の範囲に正規化した S2E と、
sigmoid関数を用いた変換を行うS2E、また最終的に一部
を線形、一部にsigmoid関数を用いた変換するS2E-sigも
含めて検討を行なった。この変更には、満足度の高低によ
る探索率の非線形的な関連性を表現する狙いがあった。 
アルゴリズムの性能比較は、コンピュータ上でのシミュレ
ーションによる実験を用いて行った。実験は、GridWorld
タスクと呼ばれる迷路タスクで実験を行った。GridWorld
タスクは、マス目状のマップで経路探索を行うタスクであ
る。このタスクを用いてスタート位置からゴール位置まで
の最短経路を学習する速度を比較する上で、指針としてス
タートからゴールまでのステップ数を用いた。 
                                                      
 
4.研究成果 
GridWorldタスクでのステップ数遷移を代表的なアルゴ
リズムとの比較を行なった結果を図 1 に示す。 
 
図1 GridWorldタスク(20×20)における 
各アルゴリズムのステップ数推移 
図 1 の比較対象アルゴリズムのなかで S2E-sig が最も
早いタイミングで収束していることがわかる。このことよ
り、S2E-sig が素早く最適解への収束を行うという側面で
の効率的探索を行うアルゴリズムとして有用であるという
ことが言える。また、同じ満足化の枠組みを取り入れてい
る RSとの比較をすると、各アルゴリズムの特徴を見るこ
とができる。RS アルゴリズムは探索初期段階において素
早く探索を行い、ステップ数をいち早く削減することがで
きている。しかし一定の満足解に達してしまうと探索効率
が下がっている。一方で S2E-sig は、探索初期ではRSほ
どの素早い探索は見られないが最適に近い解を求める速度
に関してはRSよりも優れていることが示唆されている。 
本研究はS2E-sigの検証を通じて、強化学習の重大な課
題である「探索と活用のトレードオフ」に対する一つの方
法を提示した。活用促進の判断を自律的制御が目下の課題
である。 
 


タスク全体の大局的な基準値を用いた満足化による強化学習の探索率制御

塚原, 彰彦

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022          No.42 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q22L-04 
課題名（和文） 音声想起時脳波を能動的に変化させる方法と定量化に関する研究 
課題名（英文） A Study on Methods and Quantification of Changing EEG during Speech Imagery 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部 理工学科 電子工学系 助教 
氏名 塚原 彰彦 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
本研究は，ブレインマシンインターフェース（以下 BMI）に関する研究として，声に出さずに頭の中で単語
等の発話を想起する音声想起時の脳波を BMI デバイスへ応用するために，音声想起時の想起する声の大きさの
違いによって脳波に変化があるか研究を行った．普通の声で想起した場合と大声で想起した場合の脳波を計測
し，解析した結果，先行研究で特徴が得られている電極(F7)と周波数成分において，普通の声で想起したとき
と比べて，大声で想起した場合の脳波の振幅に増大が見られた．この結果より，音声想起には強弱の違いがあ
る可能性と，音声想起の方法によって脳波の振幅が変化する可能性が示唆された． 
 
研究成果の概要（英文） 
In this study, we examined whether the EEG during speech imagery is affected by the image of the voice 
during speech imagery to apply the EEG during speech imagery to BMI devices. We measured the EEG of 
normal voice and loud voice with speech imagery. We found that the amplitude of the EEG increased with a 
loud voice compared to the normal voice at the electrode (F7) and frequency components that had been 
characterized in previous studies. These results suggest that there may be differences in the intensity of 
voice recall and that the amplitude of the EEG may change depending on the method of speech imagery. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022          No.42 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
ブレインマシンインターフェース（以下 BMI）は，
脳波や脳磁図等の脳の信号からヒトの状態や意思を
読み取り，電子機械装置の操作を可能にする技術で
ある．BMI デバイスへの入力の一つとして，声に出
さずに頭の中で単語等の発話をイメージする音声想
起時の脳波が注目されている．音声想起は直感的に
行えるため訓練を必要とせず，この脳波を BMI デバ
イスの入力信号として有効に使用できれば，さらな
る操作性の向上が期待できる．これまで，音声想起
時の脳波に関して基礎的な解析を行い，音声想起の
有無により，左半球に位置する9電極のα波（8-13Hz）
と β波帯域(14-30Hz)で，音声想起開始から約 500ms
後の振幅に特徴があることを確認している． 
本研究では，音声想起の方法を変化させたときの
脳波に現れる波形の変化を調べ，脳波を変化させる
ことができる音声想起の方法と脳波の変化の度合い
を定量的に評価する方法を研究する．音声想起時の
脳波をヒトが能動的に変化させることができれば，
BMI の入力信号として意思・感情の伝達において，
「強弱」などの新たな情報の付加できる可能性があ
る． 
2.研究の目的 
本研究では，音声想起の方法を変化させたときと
して，想起する声の音量を変化させたときの脳波の
違いを調べ，脳波を変化させる有効な音声想起の方
法と，これによる脳波の変化度合いの定量的評価を
目的とする． 
3.研究の方法 
普通の声，大きい声の 2 種類で音声想起を行った
ときの脳波を計測し，脳波に変化があるかを調べた．
実験は，固視点画像呈示（2 秒），音声（ピンクイズ）
呈示（1 秒），固視点画像呈示（1 秒），音声想起（2
秒）の計 6 秒を 1 試行として 30 回の繰り返しを 1
セットとした．音声想起時の動作を，音声想起無し
（安静），音声想起有り（普通の声の大きさで想起），
音声想起有り（大声で想起）の 3 条件に変更して，
各条件で 2 セットの実験を行った．実験は被験者 3
名に対し 
 
(a) 普通の声で音声想起 
 
(b) 大きな声で音声想起 
図 1 音声想起時の時間周波数解析結果(電極 F7) 
 
て行った．脳波計は，Emotiv 社の EPOC Flex を用
いた．脳波の記録は Emotiv PRO を，刺激呈示は，
PsychoPy を用いて行った．記録した脳波データの
処理は，MATLAB のツールである EEGLAB を用
いた．普通の声をイメージして音声想起を行った場
合と，大声で想起した場合の脳波について，これま
で特徴が得られていた言語野付近の電極 F7 の α 波
帯域について比較を行った． 
4.研究成果 
図 1 に電極 F7 における音声想起時の時間周波数
解析の結果を示す．図 1 は，被験者 3 名の普通の声・
大声の時の音声想起時の脳波を平均した結果であ
る．取得した音声想起時脳波は，音声想起開始から
500ms 以降で α波帯域の振幅が増大し，先行研究の
結果と一致する傾向が得られた．普通の声の時（図
1(a)），大声の時（図 1(b)）の波形を比較すると，大
声の時の方が音声想起開始から 500ms 以降の α 波
帯域で振幅の増大が見られた．以上の結果より，音
声想起には強弱の違いがある可能性と，音声想起の
方法によって脳波の振幅に変化する可能性が示唆さ
れた． 
5.主な発表論文等 
今後，更に被験者を増やして，同様な傾向が得ら
れることを確認でき次第，学会発表を行っていく． 


音声想起時脳波を能動的に変化させる方法と定量化に関する研究

井上, 淳

上橋, 秀平

中村, 友哉

野口, 和輝

浅沼, 雄飛

加藤, 輝

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022          No.42 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q21T-04 
課題名（和文） リハビリ時接触低減のための振動錯覚を利用した直進歩行誘導の研究 
課題名（英文） 
A Study on Guidance of Walking in a Straight-Line Using Motion Illusion by Vibration 
Stimulation for Reducing Contact during Rehabilitation 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
工学部 機械工学科 准教授 
氏名 井上 淳 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
本研究は、半側空間無視の患者が、歩行中に歩行が曲がってしまっても気付けないという問題を、振動刺激を
用いた運動錯覚を与えることで解決しようという課題である。今まで、振動刺激を与えることで静止中の運動
感覚に介入する研究はあったが、本研究では歩行中の運動感覚に介入することで、歩行中の歩幅を無意識に変
更させることが可能であることを明らかにした。また、平行して、0.5 歩行周期後の歩行速度を予測する手法
を開発した。 
 
研究成果の概要（英文） 
The main goal of this study is to address the issue of patients with hemispatial neglect being unable to 
realize that they are not walking straight by inducing a motion illusion using vibratory stimulation. Up 
to now, research has been conducted on intervening with the sense of motion while stationary by providing 
vibratory stimulation; however, this study demonstrates that intervening with the sense of motion during 
walking enables unconscious alteration of the walking stride. Additionally, a method to predict walking 
speed 0.5 walking cycles later has been developed. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022          No.42 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
脳卒中患者、特に半側空間無視を併発している患
者へのリハビリに際し、理学療法士は患者の後ろ
に密接して、腰を両手で持って行う「ハンドリン
グ」という手技を行う。これは、歩行時の正しい
重心移動を患者に伝えることと、半側空間無視の
患者に、歩行が曲がり始めたらすぐにフィードバ
ックを行うことで、正常な歩行の再獲得を促すこ
とが目的である。しかし、近年問題になっている
感染症防止の観点で見ると、ハンドリングは患者
との密着度が高くリスクが高い。この問題に対
し、申請者が開発してきた、患者が一人でも安全
にリハビリをできる歩行訓練器では、歩行時には
スムーズに追従し、滑り・つまづき時には自動的
にブレーキがかかって転倒を防ぐ機構を開発し
ている。 
2.研究の目的 
上記問題に対し、本研究課題では開発してきた
歩行訓練機に、半側空間無視患者の特殊な症状に
対応できる、振動刺激を用いた運動錯覚を利用し
たフィードバック機能を持たせることで、歩行訓
練器の適用範囲を広げることを目的とした。 
3.研究の方法 
１）筋電を用いた歩行の動作分類と速度予測 
加速度やカメラ情報から判別することは困難
な、半側空間無視患者の「意図した動作」と「意
図しない動作」を判別するために患者の筋活動を
読み取る必要があるが、片麻痺患者は麻痺側の筋
から得られる筋電が微弱になっていることが多
く、この 2 つを分類する上でどの筋を解析のター
ゲットとすればよいかは明らかになっていない。
そのため、本研究課題では判別に用いる筋の選定
と動作分類のための解析を行った。 
２）振動刺激を用いた運動錯覚の検討 
直進歩行から外れた際、半側空間無視患者が認
識できる部位の筋に繋がる腱に振動刺激による
フィードバックを行い、運動錯覚を引き起こすこ
とで「視界の移動と進行方向の関係の再学習」を
行わせることを目指す。これにより、訓練時以外
も自分で歩行が曲がっていることに気付けるよ
うにする学習効果を生み出す。本研究課題では、
振動刺激を与える部位と、その周波数を検討し
た。 
4.研究成果 
 本研究では、筋電位を SVM を用いて解析するこ
とで、直進歩行・曲線歩行動作の分類および、異
常動作の分類が可能となった。また、歩行時の 0.5
歩行周期先の歩行速度予測を可能とした。さら
に、足関節や膝関節周辺筋の腱への振動刺激によ
って、運動錯覚を起こし、歩幅を変更させること
が可能となった。これらの研究成果から、患者の
歩行速度に合わせて歩行訓練器を移動させるこ
とができ、事前予測と異なる歩行速度や通常と異
なる筋活動になった際に異常動作として判別す
ることで、訓練機を安全に停止させることができ
る。また、歩行への介入を可能とし、振動を計測
する軽量なシステムを開発したことで、将来的に
直進歩行を誘導することが可能となったと考え
られる。 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計 5 件） 
① 見目 力哉, 上橋 秀平, 中村 友哉，井上 淳
“歩行訓練機制御に向けた SVM による異常
動作の検出”日本機械学会学生員卒業研究発
表講演会 2023 
② 上橋 秀平,井上淳“LSTM を利用した複数部
位の加速度からの歩行速度の予測”第 23 回計
測自動制御学会システムインテグレーショ
ン部門講演会 
③ 中村 友哉,井上 淳”SVM を用いた表面筋電
位による直進歩行・曲線歩行動作の分類” 
LIFE2022 
④ 若林 翼, 柏木 嶺 , 井上 淳“下肢への振動
刺激を用いた歩行支援の研究”LIFE2022 
⑤ 上橋 秀平,井上淳”多変量 LSTM を利用し
た歩行速度の予測”LIFE2022 


リハビリ時接触低減のための振動錯覚を利用した直進歩行誘導の研究

西川, 正

村山, 大誠

森田, 拓海

      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022       No.42 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q21K-01 
課題名（和文） バイオマーカーの高速高感度計測に向けた研究 
課題名（英文） Study for high-speed and high-sensitivity measurement of biomarkers 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学工学部、電子システム工学科、教授 
氏名 西川 正 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学工学研究科、電気電子工学専攻、大学院生 
氏名 村山大誠 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
東京電機大学工学研究科、電気電子工学専攻、大学院生 
氏名 森田拓海 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
我々は、フリーランニング連続発振半導体レーザーと多段の電気光学変調器を用いたロバストな高速高精度
高分解能性能を持つ新たなデュアルコム分光システムの研究開発を実施してきた。本研究では当システムのそ
の優れた特性を活かした医療診断に向けた人間の呼気分析に適用出来るように、ヘリオット光学吸収セルを用
いた光路長拡大による計測感度の 300ppm から 10ppm への向上、シード光レーザーを従来の DFB レーザーか
ら波長可変レーザーに置き換える事での計測波長領域の 1529-1535 nm から 1510-1630 nm へ拡大、アンモニ
アガスと二酸化炭素ガスの複数種混合気体ガス計測、に成功し呼気分析への見通しを付ける事が出来た。 
 
研究成果の概要（英文） 
We have been conducting research and development on a new dual-comb spectroscopy system with robust 
high-speed, high-precision, and high-resolution performance. In this study, we were able to apply this 
system to human breath analysis for medical diagnosis by improving the measurement sensitivity from 
300 ppm to 10 ppm by using a Helmholtz optical absorption cell, expanding the measurement wavelength 
range from 1529-1535 nm to 1510-1630 nm by replacing the seed laser from a conventional DFB laser to a 
wavelength-tunable laser, and successfully measuring multiple mixed gases of ammonia and carbon 
dioxide, giving us insight into breath analysis. 
 
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022       No.42 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
近年、繰返し周波数が僅かに異なる２台のモード
ロックレーザーを用いたデュアルコム分光法が、広
いスペクトル領域にわたる高分解能分光を高速に行
う手段として注目されている。しかしながら、２台
のレーザーの位相を複雑な制御機構を用いて高精度
に同期する必要があり、広い帯域に渡るスペクトル
を一度に取得する為には低膨張ガラス製光共振器に
安定化した狭線幅レーザーを用いてコムを狭線幅化
しなければならず、優れた性能を持つ本分光法を世
の中に広く普及させる為の障害となっていた。そこ
で我々は、２台の位相同期したモードロックレーザ
ーを必要としない、フリーランニング連続発振半導
体レーザーと多段の電気光学変調器を用いた新たな
デュアルコム分光システムの研究開発を実施してき
た。そしてその性能を活かした医療診断に向けた人
間の呼気分析を手掛け、腎臓病のバイオマーカーで
あるアンモニアガス吸収線スペクトルの計測に成功
した。しかしながら計測されたスペクトルの SN 比
が悪く、計測感度も 300 ppm と呼気分析に活用する
為には不十分なものであった 
2.研究の目的 
本研究では、これまでに開発を行ってきたデュア
ル電気光学変調(EOM)コム分光コムシステムを呼
気分析に適用出来るようにする為に、計測システム
のさらなる測定感度の向上、計測波長域の広域化、
複数種ガスの同時計測を目指した。 
3.研究の方法 
上記の研究目的を達成する為に、本研究計画では
以下の研究課題を実施した。(1) ヘリオット多重反
射光学吸収セルを利用してガスの測定光路長を 80 
cmから 76 mに伸ばす事によりアンモニアガスの測
定感度を向上。(2) 複数種ガスの同時計測性能を明
らかにする為に複数種混合ガスの計測実施。(3) 電
気光学変調コム光源のシード光として波長可変レー
ザーを導入する事で、計測波長領域の拡大。 
4.研究成果 
(1) ヘリオット光学吸収セルによる高感度化 
ヘリオットセルを用いた実験系を図１に示す。ガ
スセルをこれまでのファイバー結合ベースの物か
ら、空間系のヘリオットセルに置き換える為に、図
の赤線で示したように EOM コム光源の光ファイバ
ーからの出力をレンズでコリメートして空間ビーム
に変換してステアリングミラーを介してガスを封入
したヘリオットセルに通した後、出射光を再びレン
ズでファイバーに結合してファイバー結合の測定系
に導いて計測を行った。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図２に濃度 10 ppm のアンモニアガスの計測透過
率スペクトル及び、同じ条件で HITRAN データー
ベースにて計算したアンモニアガスの吸収線スペク
トル（上側）を示す。HITRAN データーベースに見
られるアンモニア吸収線光周波数の 195.74 THz 付
近に明らかな吸収が現れたが、20 GHz 程度の周波
数間隔を持つフリンジが発生してしまった。 
 
 
 
 
 
 
 
 
このフリンジは何らかの干渉によるものと考えられ
るが、計測データーからこのフリンジを除去する為
に、窒素ガス透過スペクトルとの除算及び、除算ス
ペクトルデーターに対してフリンジ周波数成分に対
応するノッチフィルターを掛ける事で、図３のスペ
クトルを得る事が出来た。結果は、HITRAN データ
ーベースからの計算値と良く一致し、10 ppm 以下 
図 1 ヘリオットセルを用いた実験系構成図 
図 2 アンモニアガス透過スペクトル 
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の感度でアンモニアガスの吸収線を測定することが
出来るようになった。 
今回は、ノッチフィルターを用いたデーター処理
でフリンジの除去を行ったが、今後はフリンジが発
生する原因をつきとめてそれを取り除く事で、SN
比を改善し、さらなる高感度化に繋げたい。 
(2) 複数種ガスの同時計測 
 次に、呼気分析における複数種ガスの同時計測性
能を調べる為に、ヘリオットセルに 10 ppm のアン
モニアガスと二酸化炭素ガスとの混合気体を入れて
測定を行った結果を図 4 に示す。赤線が測定で得ら
れた透過率スペクトル、緑線及び青線が HITRAN
データーベースで計算したアンモニア及び二酸化炭
素の透過率スペクトルである。 
 
 
 
 
 
 
 
 
二酸化炭素は 195.3～195.8 THz 付近に複数の等
間隔の吸収線を持ち、それが測定出来ている。また、
ちょうど 195.74 THz 付近の透過率が周りと比較し
て小さくなっていることが確認出来、アンモニアの
吸収線ピークと重なったことによりさらに透過率が
低下したと見られ、アンモニアと二酸化炭素ガスを
同時に検出する事が出来た。 
(3) 計測波長域の広帯域化 
ここ迄の実験結果は、EOM コム光源のシード光
に DFB レーザーを用いたが、一つの DFB レーザー
チップにおける波長可変範囲は 6 nm 程度と大変狭
いので様々な種類のガスを計測する事は難しかっ
た。そこで、DFB レーザーを、共振器長をピエゾ素
子で制御して 1510-1630 nm の範囲で波長を連続可
変出来る波長可変レーザーに置き換える事で、測定
波長域の広域化を図った。図５にこの実験系を示す。
本実験系では、ヘリオットセルの代わりにファイバ
ー結合型のガスセルを使用している。 
 
 
 
 
 
 
 
図 6 に青線のファイバー結合型の光路長 16.5 cm、
圧力 25 Torr のシアン化水素ガスセルの吸収線の測
定結果を、赤線の HITRAN と比較したものを示す。
EOM コム光源のスペクトル帯域幅が 7 nm の為に、
波長可変レーザーの波長を 1528 nm から 1564 nm
まで、4 nm ずつシフトシフトさせて取得した 10 個
のデーターを重ね合わせたものである。各吸収線の
周波数位置は HITRAN と良く一致した。 
 
 
 
 
 
 
 
 
5.主な発表論文等 
〔学会発表〕（計１件） 
① 金川誠矢、村山大誠、森田拓海、石澤淳、西川
正、「ヘリオットセルを用いたデュアル電気光学
変調コム分光の高感度高速計測」、第 69 回応用
物理学会春季学術講演会、2022 年 3 月 25 日、
神奈川県相模原市青山学院大学、25p-E302-3。 
図 3 除算とノッチフィルターを掛けたスペクトル 
図 6 シアン化水素吸収線スペクトル 
図 5 波長可変レーザーを用いた実験系構成
 
図 4 アンモニア＋二酸化炭素の透過率スペクトル 


バイオマーカーの高速高感度計測に向けた研究

樋口, あや

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東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022          No.42 Tokyo Denki University                     
 
課題番号 Q22K-02 
課題名（和文） 大型望遠鏡を用いた惑星形成領域の観測研究 
課題名（英文） 
An observational study of star and planet formation by using radio and optical 
telescopes 
研究代表者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
理工学部 理学系 助教 
氏名 樋口 あや 
共同研究者 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
所属（学部、学科・学系・系列、職位） 
 
氏名 
 
研究成果の概要（和文） 
原始惑星系円盤から惑星系への進化を語る上で、ガスの散逸時間とその組成の解明は非常に重要な課題である。
なぜならガスがいつどのように散逸するかで形成される惑星系の多様性が決まるからである。本研究では、以
上の課題の解明のため、ガスが散逸段階にある惑星系円盤（以後、デブリ円盤）を、アルマ望遠鏡などの電波
望遠鏡を用い、残存しているガス質量を統計的に測定し、中心星の年齢と付随するガス質量の関係を調査する。
本年度はアルマ望遠鏡に加えて、東京大学木曽観測所のシュミット望遠鏡を用いた観測を遂行し、新たなデー
タを取得した。今後は均一処理を行なった後、データベース化し、広く一般に公開する。 
 
研究成果の概要（英文） 
It is important to understand the timescale for gas dispersal in protoplanetary disks in order to discuss the 
evolution from protoplanetary disks to planetary systems. This is because the variety of planetary systems 
depends on when and how the gas dissipates. To address these issues, it is necessary to conduct statistical 
observations of such disks (hereafter referred to as debris disks) using radio telescopes such as ALMA, in 
order to investigate the age of the central star and the mass of the associated gas. In this study, we have 
conducted observations using both ALMA and the Kiso Schmidt telescope and obtained new data. Moving 
forward, we plan to create a database and make our findings available to the public. 
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総合研究所年報 2022          No.42 Tokyo Denki University                     
 
1.研究開始当初の背景 
太陽系のような惑星系は、原始星の周りに形成され
るガスと塵の円盤（原始惑星系円盤）の中で、塵の
合体成長により生まれると考えられている。原始惑
星系円盤（図 1 参照）は進化していくと、中心星の
周りは惑星形成に使われなかった塵の残骸で囲ま
れ、この段階はデブリ（残骸）円盤として知られて
いる。これまでの惑星系形成理論では、デブリ円盤
の段階になると、もともと存在していたガス成分は
散逸してしまったと考えられていた。しかし近年、
アルマ望遠鏡など最新の望遠鏡を用いた電波観測の
進展により、デブリ円盤の段階でもガス成分が検出
され始め（図 2参照）、このガスの起源について 2つ
のメカニズムが考えられてきた。一つは、惑星系の
もとになったガス成分が残存しているという「残存
説」であり、もう一つは、一度原始惑星系円盤のガ
スが消失した後、残存した塵や岩石からガス成分が
新たに供給されているという「供給説」である。も
し、ガスの起源が残存説であれば、惑星系形成理論
におけるガスの散逸過程について、これまでのモデ
ルでは解釈できず、新たに再考しなければならない。
またデブリ円盤に付随するガス成分は、惑星大気の
成分にも密接に関わっており、ガスの組成を理解す
ることが惑星系の多様性の理解へも繋がるため、極
めて重要な課題である。 
 
図1：アルマ望遠鏡が観測したおうし座HL星の周囲の塵の円
盤（左）と、太陽系の大きさ（右）を比較した図。右の図
では、太陽系の最も外側を回る惑星・海王星の軌道が一番
外側に描かれている。おうし座HL星のまわりの円盤は太陽
系の3倍程度の大きさがあることが分かる。Credit: ALMA 
(ESO/NAOJ/NRAO) 
2.研究の目的 
本研究では、これまでにアルマ望遠鏡を用いて観測
されてきた、デブリ円盤に付随するガス（一酸化炭
素分子と炭素原子）のデータ（約 100 天体）をまと
めて再解析し、高品質なデータベースとして公開す
る。以上の作業により、中心星の年齢と付随するガ
ス質量の関係を十分なサンプルで導出することがで
き、デブリ円盤にいつまでガス成分が存在している
のかを、観測データから導き出すことができる。一
方、光赤外線領域での観測も遂行し、新たなデブリ
円盤候補天体の探査も行う。本研究で独自のターゲ
ットリストを作成し、のちに電波観測でフォローア
ップ観測を行い、ガスの散逸時間やその物理過程を
明らかにしていきたい。 
 
図2：アルマ望遠鏡の観測で得られた有名なデブリ円盤（く
じら座49番座）の塵とガスの分布。塵を赤、一酸化炭素分
子ガスを緑、炭素原子ガスを青で色分けしたもの。Credit: 
ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) 
3.研究の方法 
これまでに観測されたデブリ円盤は、個々の天体を
詳細に観測する内容が多く、統計的な議論が行われ
てこなかった。本研究では、既にアルマ望遠鏡を用
いて観測された、デブリ円盤の観測天体リストを更
新し、足りないデータについては、追観測の提案書
を提出する。また電波観測だけでなく、光赤外線領
域での観測も遂行し、多波長観測でデブリ円盤の物
理状態を明らかにする。そのために申請者の運営す
る天文学研究室の学生を引率して、日本国内の天文
台へ出張し、本研究の対象天体を観測する。  
4.研究成果 
2022年 8月に、申請者を含めた国際協力グループで
検討してきた、アルマ望遠鏡を用いたデブリ円盤の
大規模サーベイプログラムが高評価で採択された。
      Annual Report 
東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 
総合研究所年報 2022          No.42 Tokyo Denki University                     
 
よって、これまでのアーカイブデータに加えて、18
天体の高品質な観測データが得られることになっ
た。観測は現在進行中であるが、2023年度内には完
了する。本年度は、アルマ望遠鏡に加えて、東京大
学木曽観測所のシュミット望遠鏡を用いた星・惑星
形成領域の観測も遂行し（図 3参照）、新たな観測デ
ータを揃えることができた。今後は均一処理を行な
ったのち、データベース化し広く一般に公開する。 
 
 
図 3：東京大学木曽観測所での観測の様子（上）。シュミッ
ト望遠鏡を用いた星・惑星形成領域の観測結果の一部（下）。
2022年度卒業論文より引用（荒井陽太, 浦川天駿, 小野聡
仁, 中村涼, 皆木大河）。 
5.主な発表論文等 
（研究代表者、共同研究者には下線） 
〔雑誌論文〕（計 4 件） 
① “A Constraint on the Amount of Hydrogen from 
the CO Chemistry in Debris Disks”: Iwasaki 
Kazunari, Hiroshi Kobayashi, Higuchi, Aya 
E., et al. 2023, Astrophysical Journal, in 
press. 
② “東京電機大学天文学研究室の立ち上げとその
運営”：樋口あや, Stars and Galaxies, 2022, 
5巻, 2022年 12月 
③ “デブリ円盤に付随するガスの起源 – その解
明へ向けて”: 樋口あや, 日本惑星科学会誌遊
星人 2022, 31巻, 2022年 3月 
④ “Development and Operation of SMOKA : Past 
20 Years and the Future”：Nakajima Yasushi, 
Higuchi, Aya E., et al. 2022, Report of the 
National Astronomical Observatory of Japan, 
2022年 3月 
〔学会発表〕（計 12 件） 
① “A study of star-forming regions 
L1251/L1228 by using the Kiso Schmidt 
telescope and Tomo-e Gozen”: 樋口あや,荒井
陽太, 浦川天駿, 小野聡仁, 中村涼, 皆木大
河, 2022年度宇宙電波懇談会シンポジウム, 
2023年 3月 
② “Purpose of the debris disk workshop & 
progress of observations”: Aya Higuchi,  
Debris Disk Workshop 2023, 2023年 3月 
③ “東京電機大学天文学研究室の立ち上げとその
運営”: 樋口あや,日本天文学会 春季年会, 
2023年 3月 
④ “電波望遠鏡の観測データを用いた天文教
育”: 樋口あや,第 28回天体スペクトル研究
会, 2023年 3月 
⑤ “Search for methanol in the gaseous debris 
disk of 49 Ceti”: Aya Higuchi, East Asian 
ALMA Science Workshop 2023, 2023年 2月 
⑥ “Search for methanol in the gaseous debris 
disk of 49 Ceti”: Aya Higuchi, 新学術領域
「星惑星形成」2022年度大研究会, 2023年 2月 
⑦ “東京電機大学天文学研究室の立ち上げとその
運営”: 樋口あや, VLBI懇談会シンポジウム
2022「VLBIの次の 10年に向けた変化」, 2022
年 12月 
⑧ “Launch and management of an astronomy 
laboratory at Tokyo Denki University”: Aya 
Higuchi, ALMA/45m/ASTE Users Meeting 2022, 
2022年 12月 
⑨ “Launch of a new astronomy laboratory at 
Tokyo Denki University”: Aya Higuchi, 
Impact on astronomy/astrophysics and the 
future, 2022年 12月 
⑩ “Review of recent studies of gaseous debris 
disks”: Aya Higuchi, Impact on 
astronomy/astrophysics and the future, 2022
年 12月 
⑪ “最新望遠鏡で探る星・惑星形成”: 樋口あや,
国立科学博物館天文普及講演会, 2022年 12月 
⑫ “天文学研究室の新設とその運営”: 樋口あ
や,日本天文教育普及研究会年会, 2022年 8月 
〔図書〕（計 2 件） 
① “電波望遠鏡の観測データを用いた天文教
育”: 樋口あや, 第 28回天体スペクトル研究
会集録, 2023年 3月 
② “天文学研究室の新設とその運営”: 樋口あ
や, 日本天文教育普及研究会年会集録, 2022年
12月 
 


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