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Study on dual-armed multi-fingered robot for various rope-knotting tasks
Get PDF電気通信大学博士（工学）2022doctoral thesi
Research on Hardware Primitives for Root-of-Trust in Secure Systems
Get PDF電気通信大学博士（工学）2022doctoral thesi
下肢への触刺激提示による身体動揺に関する研究
Get PDF電気通信大学修士2022ヒトの姿勢制御機能は日常生活において不可欠な機能である.この機能に加齢や何らかの後天的な原因によって問題が生じると,事故や怪我につながる.高齢者は多くの場合、若年時と比較して感覚機能、認知機能、運動機能の何れにおいても相応に低下しているため、本人の自覚の有無に依らず、姿勢制御機能の相応な不全は誰にでも生じるものである.以上のことから,姿勢制御機能の維持および向上を目的とした研究は数多く行われている.姿勢制御に関わる感覚入力は主に,視覚入力,前庭感覚入力,体性感覚入力があるが,触覚は身体のあらゆる部位に散在する感覚系であり，感覚の一部に何らかの障害を生じても，触覚が完全に失われることは稀である．そのため残余感覚として感覚代行に有効な感覚であり，その実用例として触覚ディスプレイがある．
本研究では姿勢制御の補助のため身体動作の誘導することを目的として，足背部に触刺激装置により提示されるMSTSパターンを用いて，身体を誘導させる方法について検討した．先行研究では、立位姿勢時や歩行動作時の被験者の腹部と背部に触刺激装置を装着し、MSTSを提示することで所望の方向へ身体を誘導できることが示唆された。本論文では、姿勢制御において重要な役割を担う足底部に着目し、足背部にMSTSを提示することで足底部からの入力感覚情報に変調を与え、身体を誘導させる方法を検討した。しかし、足底部に振動モータなどを配置した場合，そのもの自体が動作の妨げになることや強い衝撃が加わるため故障につながりやすいことが考えられる．そこで本研究では，足背部に振動モータを配置することで接地に足底から得られる感覚情報を変調させることを検討し、足背部へのMSTS提示による身体誘導の有効性を示すための実験を行った。
被験者の足背部に触刺激装置を装着し、立位状態で待機する。音刺激起ち上がり500ms後に足背部へ500msの定常刺激を提示する.この音刺激提示と定常刺激提示の組み合わせを9回反復した後,10回目の音刺激提示に合わせて被験者は利き手でマウスボタンを1回クリックする.クリックした後,MSTSパターンが提示される.
MSTSパターンは振動子単体の振動時間L,振動子間の時間差Tによって制御される。MSTSを提示した際の身体の動きをハイスピードカメラ，重心動揺計および加速度センサを用いて計測し,得られた各MSTSパターンにおける6サンプル分の時系列データ計に加算平均を適用した。それらのデータにMorlet Wavelet解析を適用し、各MSTSによって生起する身体動揺の特徴的な周波数の変動を調査したことで、各MSTSにおける(L,T)と身体動揺の挙動の関係について明らかにした.
結果として、被検者の刺激方向への身体動揺の生起が確認され、同一のMSTSにおいても、触刺激パラメータの違いによって効果の違いが確認された.この結果から、適切なパラメータ(L,T)を設定することで、所望の方向へ身体を誘導することができる可能性が示唆された.thesi
Tm³⁺:YLFレーザー励起Cr²⁺:ZnSeレーザーの開発
Get PDF電気通信大学修士2022
Cr^(2+):ZnSe[1]は、波長1.9～3.4μmと非常に広帯域な蛍光スペクトルを有しており、室温動作可能、低発振閾値、機械的安定性などに優れている。またCr^(2+:):ZnSeレーザーは、波長1μm帯レーザーと比較し、ZnGeP_2(ZGP)結晶を用いた光パラメトリック発振(OPO)[2]などによって分子の指紋領域である4～10μmへの非線形波長変換が行いやすい。こういった応用に向けて高エネルギーで短パルスなレーザーが求められているため、本研究では音響光学変調器(AOM)を用いたQスイッチTm:YLFレーザーを励起光源として、利得スイッチ法による～mJかつ～nsのCr:ZnSeレーザーの開発を目指した。
本研究ではまず、AOMの挿入を考慮したTm:YLFレーザーの開発を行った。Tm:YLFは結晶長が20mmでc-cutのTm:YLFを使用し、高出力な波長792nmのファイバー結合LDで励起した。さらにそれを励起光源として、Cr:ZnSeレーザーの実験を行った。
AOM挿入用Tm:YLFレーザー実験において、出力鏡の透過率が10%のとき、励起パワー28.3Wで最大出力5.15W、発振波長1926nmのレーザー発振を確認した。またこれを用いたCr:ZnSeレーザー実験においては、発振を確認したものの出力、スペクトルともに不安定であった。時間波形についても測定したところ、セルフパルシングが確認でき、さらにTm:YLFレーザーにおいても、セルフパルシングが確認できた。Tm:YLFレーザーのセルフパルシングにおいては現在考察中だが、AOMを挿入し、パルスを制御することができれば、安定した利得スイッチCr:ZnSeレーザーの開発に繋がると考えている。thesi
Low-Complexity Channel Tracking and Coordinated Multi-Point Transmission for Highly-Reliable Communications over Frequency Selective Millimeter-Wave Channels
Get PDF電気通信大学修士2022本論文では，周波数直交分割多重（OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing）を用いたミリ波通信システムに着目し，広帯域かつ高信頼な通信を実現するための，1)通信路に整合したビームの継続的な形成，2)突発的な伝播経路遮蔽の影響の抑圧，という2つの課題について議論する．課題1)の達成には，通信路状態情報の時間変動を，わずかなオーバーヘッドで高精度に追従するための通信路追従法を検討する．具体的には，到来角と発射角の時間相関を活用して観測行列を設計することで，圧縮センシングに基づいた低演算な通信路追従手法を提案する．提案手法を用いた通信路状態情報の更新と，それに基づいたビームの再形成によって，従来手法より少ない演算量で高い周波数利用効率を維持可能であること示す．課題2)に対しては，遮蔽予測から得られた事前情報と，複数の基地局を利用した多地点協調伝送法を検討する．特に，伝播経路遮蔽とOFDMの双方を考慮した総和アウテージ確率最小化問題を定式化し，伝送レートのアウテージ確率を最小化するビームフォーミング・各サブキャリアへの伝送レートおよび電力勘当の同時設計を提案する．提案した同時設計手法は，伝播経路遮蔽に加え，周波数選択性の影響を受ける通信路においても，通信品質保証を実現可能であることを示す．thesi
フェデレーテッドラーニングを用いた自動運転手法
Get PDF電気通信大学修士2022現在，陸運における運転手不足が問題になっており，そのために輸送効率の向上や交通事故の削減を目的とした自動運転技術の開発が国内外で盛んに行われている． また，自動車の自動運転は，近年，次世代モビリティのツールとして社会実装が期待されるようになってきており，その多くはAIなどの技術発展によって行われている．しかしながら現実に稼働している自動運転の多くは深層強化学習を用いておらず，道路や障害物を認識して自動運転を行っている．
機械学習を用いて自動運転の学習を行う場合，膨大な量の走行データが必要である．そのため，走行 データを収集するための多大な時間とそれらのデータを送信するための送信コストが膨大になってしまう．また，膨大なデータを保存，学習するためにはサーバーに多大な負荷がかかる．そのため，機械学習を用いる自動運転を行うには多大な時間とコストがかかってしまう．
本研究では，自動運転にフェデレーテッドラーニングを用いることで多くの走行データを学習させる手法を提案する．フェデレーテッドラーニングは複数のクライアントから 生 データではなく，学習結果を送信してもらう．各クライアントから得られた学習結果の平均値を出すことで学習モデルの更新を行う．フェデレーテッドラーニングにより少ない学習回数で多くの走行データを学習することで学習回数の短縮を実現する．
フェデレーテッドラーニングを用いた自動運転では，十分に学習を行った深層強化学習と比較した場合，学習結果に大きな差はなかった．しかし，学習回数が少ない場合では，フェデレーテッドラーニングが比較的に良い結果を示した．フェデレーテッドラーニングによる自動運転は深層強化学習で十分学習した場合の学習結果に及ばないが，深層強化学習比較しても十分な性能があると考えられる．thesi
複製に基づく永続化を行うシステムにおける不揮発性メモリ管理手法
Get PDF電気通信大学修士2022主記憶として使用できる不揮発性メモリ(NVM)は，電源切断後もその内容を保持し続けるため，揮発性メモリであるDRAMと併用し，DRAM上のオブジェクトのうち重要なものだけをNVMに複製して永続化するのに用いることができる.本研究では，このような複製に基づく永続化を行うシステムにおける，メモリ割り当てとごみ集めを含むNVMのメモリ管理手法を提案する.NVMは，DRAMに比べてアクセス速度が遅く寿命が短いという欠点がある.提案手法では，この欠点の影響を極力減らすために，メモリ管理に必要な情報はできるだけDRAMに置き，電源喪失前の有効なメモリの状態を電源回復後に復旧させるために必要最小限のデータだけをNVMに置く.ごみ集めのマークフェーズでは，処理系の既存のごみ集めと連携し，NVM上のポインタを辿ることなく到達可能性を確認できる.CPUを複数持つことができる共有メモリ型のNUMAアーキテクチャでは，CPUコアに近く高速にアクセスできるメモリから割り当てを行う.NVM領域のごみ集めには，オブジェクトを移動しない方式を採用する.電源切断が発生した後には，NVM上に保持されたオブジェクトからメモリ管理機構を復旧する.このような提案手法をOpenJDK16のHotSpotVMに実装し，電源切断からの復元実験や，ベンチマークプログラムによる単純なメモリ管理機構との比較により，その設計の妥当性を検証した.thesi
放送型共通鍵暗号方式の枠組みと符号設計ならびに安全性解析
Get PDF電気通信大学修士2022情報技術の発展に伴い，1人の利用者が複数の無線通信機器を利用する機会が増加している．このとき複数の通信において同様のパスワードまたは類似したパスワードを使用した場合，通信の盗聴によって情報が漏えいする危険性がある．そこで1人の送信者が2箇所にメッセージを同時送信する放送型通信路の問題に着目する．Santoso,Oohama (Entropy 2019)は，ハードウェア攻撃を仕掛ける盗聴者が存在する下でアフィン符号器を用いた暗号化後符号化という方法を提案し，安全通信のための十分条件を導出した．この議論はランダム符号化を用いているため具体的な符号設計を与えるものではない．そこで西山と大濱(SITA2021)は，リード・ソロモン符号を用いた符号化を提案し，理論限界と比較して安全性解析を行った．そこで用いた理論限界は符号長が無限大の場合の議論であり，有限長の符号の比較対象として妥当ではない．そこで本研究では最適情報漏えい量の下限の導出し，符号長が有限の場合の理論限界を明らかにする．さらに，得られた理論限界と符号設計の結果を比較して評価を行う．結果，本稿では主定理として符号長が有限の場合の理論限界が示された．導出した理論限界と符号設計の結果を比較し，符号長が無限大の理論限界よりも最適情報漏えい量の下限と比較した方が正確な比較を行えることを示した．
上記の結果に加え，本稿では理論的な枠組みの議論も行っている．Santoso,Oohama (Entropy 2019)では，放送型共通鍵暗号方式における安全通信のための十分条件について議論しているが，必要条件に関する議論はされていない．そこで西山と大濱(SITA2022)は，放送型共通鍵暗号方式の枠組みを提案し，安全通信のための必要十分条件を導出した．しかし，ここで提案された枠組みは使用する写像を全射または単射と仮定して議論しており，一般的な枠組みではない．そこで本研究では，それらを仮定しない放送型共通鍵暗号方式のより一般的な枠組みを提案し，安全通信のための必要十分条件を明らかにした．thesi
プログラミング初心者向けの可読性習得支援システム
Get PDF電気通信大学修士2022プログラミング入門を終えた初級者が次に学ぶべきことは、アルゴリズムや開発環境の使用法、テスト技術など多くの種類がある。その中でも良いコードを書くための技術、つまりコードの質に関する学習も重要である。本研究では、コードの質を可読性と定義し、初級者を対象としてコードの質を学習するシステムを作成した。
本研究では、コードの質の指標としてCognitive Complexityを用いた。これは開発したコードの複雑度を表現する指標の一つである。ネストの深さで重みづけした制御構造の総和を求めるという初級者にも理解しやすく、直感的な印象と合致する指標である。
作成したシステムはWeb上で動作し、利用者は与えられた課題についてのプログラムを作成、入力する。入力されたコードに対してシステムはその可読性を評価し、複数のフィードバックを返す。フィードバックにはプログラム全体の複雑度を正解と比較した値、コードの改善できる箇所の提案、よりよい構文に書き換えられる箇所の提案などがある。利用者に与える課題には、問題を一から解く課題に加え、可読性に問題のあるコードを修正する課題がある。
本システムの有効性を評価するために実験を行った。被験者は与えられた問題を解くプログラム作成、本システムに入力し、フィードバックを受け取る。これにより、被験者の可読性に関する理解の程度、作成したプログラムの適切さやシステムのフィードバックの適切さを評価した。
この結果、システムの有効性について一定の効果は得られたが、改善すべき点も複数見出された。コードのフィードバックを得ることはできたが、コードをどう改善すればよいのか具体的な手順がわからないという意見が多かった。また、言語独自の機能をまだ知らないため、用意した想定解にたどりつけないということもあった。こうした問題を改善するべく、コード改善の具体的なコードをヒントとして与えるなどの対処が必要である。thesi
半導体ウエハ不良パターン分類のためのExplainable Deep Clustering
Get PDF電気通信大学修士2022半導体ウエハ製造時に発生する不良は特定のパターンを有する．不良パターンを分類，解析することは，不良発生工程や原因の特定に繋がり，歩留まりの維持，向上のために重要視されている．ウエハ不良パターン分類においては，クラスタリングが近年注目されている．しかし，従来手法では不良パターンの特徴を捉えた視覚的妥当性の高いクラスタが形成されているか不明である．
本論文では，説明可能なクラスタリングを行うフレームワークであるEDC (Explainable Deep Clustering)を提案する．EDCはクラスタリング手法の一つであるDeep Clusteringを用い，類似した不良パターンを持つウエハマップでクラスタが形成されるようにクラスタリングを行う．その後，クラスタを説明可能にするために統計的特徴量を利用し，各クラスタの性質を解析する．さらに，解析結果をクラスタリングへフィードバックし，クラスタの最適化を図る．実験により，提案手法を用いた分類は従来手法と比較して，視覚的妥当性の高いクラスタを形成し，高い分類性能を達成することを示す．また，クラスタ特徴の説明可能性についても併せて示す．thesi