Kyutacar : Kyushu Institute of Technology Academic Repository
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医療画像を用いた数値流体解析における画像前処理による計算精度改善とウイルス感染シミュレーションの開発
Get PDF九州工業大学九州工業大学博士学位論文（要旨）学位記番号: 生工博甲第505号 学位授与年月日:令和7年3月25日thesi
Newly proposed Method of Pressure Measurement by Tracking Particles for Underwater Micro Shock Waves
Get PDFThis paper describes a novel method for pressure measurements of underwater micro shock waves induced by pulse laser. The underwater shock waves are measured by a hydrophone in general. However, it is difficult to measure the pressure of the micro shock wave accurately because its active area is smaller than the sensitive area of the hydrophone. This research proposed methods applying particle tracking velocimetry as the measurement for the micro shock waves. The pressure of the shock wave was calculated from two types of calculation processes with different hypotheses for the change of particle velocity. Method 1 assumed that the velocity of the particle receiving the shock waves decelerates exponentially, and method 2 assumed that the velocity decelerates linearly. As the result of method 1, the pressure at the laser-focal area was calculated to be 28.92 MPa which was higher than the pressure estimated from results measured by hydrophone. Conversely, the pressure at the laser-focal area was calculated to be 7.02 MPa from method 2, which was in the same order as the estimated pressure. From these experiments, it was possible that the proposed pressure measurement applying PTV could be applied to the measurement pressure of micro shock waves.journal articl
実社会の課題解決のためのデータ収集・分析・管理およびシステム化に関する研究
Get PDF九州工業大学博士（情報工学）第１章 序論| 第２章 材料開発における実験フローデータ管理及び類似実験フロー検索| 第３章 対話型サービスロボットの開発における評価・改善のための業務ログデータ分析| 第４章 送配電網損傷に対する早期復旧のためのデータ収集システム復旧計画策定| 第５章 サービスロボット移動効率化のためのビル内状態データ収集及び経路探索システム| 第６章 結言センサ類や小型デバイスの設置によって種々の事象を観測し，大量のデータが蓄積・利用可能となって以来，様々な業種において，IT 技術により業務の効率化を図るデジタルトランスフォーメーション（DX）に対する期待が高まっている．DX において重要なのは期待する業務改善の効果を明確にすることと，それを実現するためのデータセットを整理することであるが，このためには（１）業務改善に必要なデータが既存システムにおいて利用可能でない（２）データ項目，フォーマットが統一されておらず，データの理解や統合が難しい（３）計測機器の生データやロボットの行動ログなど，そのままではデータ分析に活用できないデータが存在したり，複数のデータソースにデータが分散したりしており，データが分析に適した形式になっていない（４）実験データや生産実績データなど，類似データの横断的な検索や共通部分の抽出のように，データを柔軟に検索する方法がない，などの課題が存在する．
本研究はこのような背景に基づき，材料開発，サービスロボット，電力，ビル管理の４つの産業分野において，必要となるデータ収集・分析・管理およびシステム化に関して検討を行い，前述の課題をそれぞれの産業分野において解決するための具体的な手法について検討するとともに，その背後にある課題解決のための統一的な指針の明確化を目指す．
以下，本論文の構成に従って，概要を説明する．第１章では，DX の概要と，それを実現するためのデータ処理技術について概説し，実社会の課題解決のためにDX 推進におけるデータ収集・分析・管理の要件と課題を整理し，その解決方法を包括的に検討する．
第２章では材料開発(Material Informatics)における実験データ管理のためのシステム開発と，データ利活用を促進する類似実験フローの効率的な検索について説明する．材料開発の分野において，実験フローを材料研究者にとって統一的な形式で記述する実験データ管理基盤と，複数の実験フローを含む実験フローセットの中から，指定した条件に合致した実験フローを検索し，対象の実験フローからデータ分析に必要なデータセットを取得するための，類似実験フロー検索技術を提案する．仮想実験フローと検索を高速化するためのメタデータにより，典型的な材料開発のプロジェクトにおいて，類似実験フロー検索技術と単純手法とを比較し，提案手法が検索高速化において十分な効果が見込めることを確認した．
第３章では，対話型サービス（コンシェルジュ）ロボットの開発における評価・改善のための業務ログデータ分析について説明する．ユーザに対して対話を通して汎用的なサービスを提供するサービスロボットに対し，サービス提供者が目標と定めた業務指標値を改善するために必要なデータを，サービスロボットの行動データから特徴量として抽出するための行動ログデータ分析手法について検討し，技術展示会でのサービスコンシェルジュサービスを題材として，実社会でのデータ取得とデータ分析による評価を行った．サービスロボットの行動ログデータから，サービス品質の評価に有用な特徴量を抽出し，クラスタリングによる分類を行った．来場者の傾向を３パターンに分類した時の各クラスタ内のデータを詳細に分析した結果，来場者への対応が望ましい結果でなかったパターンが見られ，これを改善するようサービスロボットのシナリオを修正することで，業務改善の余地があることを知見として得た．
第４章では，台風によって発生した電力網への損傷に対する復旧計画の策定において，電柱の状態と，それによって付加的に得られる道路交通状況を勘案した，正確性の高い復旧計画策定技術について説明する．復旧計画の策定においては，電力網上において電柱，電線の損傷による故障点に対し，必要な人員と機器，資源，車両を送るスケジューリングが課題となるが，正確性の高いスケジューリングを実現するため，電柱に設置した柱上ジャイロセンサから得られる傾斜角および方位と，道路データから道路上の不通箇所を特定することで，道路上の閉塞区間と，これによる影響を加味した故障点間の移動コストを求める技術を提案した．提案手法を試作して，評価用の電力網に対して復旧計画の策定を行い，復旧にかかる時間を最適化計算として定式化して検証した結果，柱上ジャイロセンサによる移動コストを正確に計算した場合の方が，移動コストに誤りがある場合と比べて，短い時間で故障点を復旧することができ，なおかつ作業によって達成される復電容量も大きな値になるという結果を得た．
第５章はビル内における移動体経路検索技術について説明する．ビルIoT プラットフォーム向けに，ビル内で活動するロボット等の移動体に対し，ビル内状態に応じた最適経路を検索するビル内移動体経路探索技術の検討を行った．商業施設でのロボットによるサービス提供を想定し，ロボットの経路探索に必要な移動経由点の設定について検討した後，商業施設におけるカメラ配置の事例に基づき，移動経由点間の移動コストを監視カメラの映像分析や，施設設計時のシミュレーション結果などから類推する方法を提案した．移動経由点の集合で構成される移動経由点グラフを用いて，ロボットに対して移動経路を計算する移動経路探索システムを試作し，有用性を確認した．
第６章は結言であり，４つの分野の事例を通して，実社会の課題解決におけるデータ利活用の統一的指針と，配慮すべき点を検証した結果を総括した後，今後の展望について述べる．九州工業大学博士学位論文 学位記番号:情工博乙第61号 学位授与年月日:令和7年3月25日令和6年度doctoral thesi
Creation of hyperoxia superconducting phase in La2CuO4 by applying shear strain under high-pressure compression
Get PDFWe successfully stabilized the hyperoxia superconducting phase of La2CuO 4, the parent insulating compound of La-based cuprate superconductors, by applying compression under high pressure and successive shear strains via the process of high-pressure torsion (HPT). Superconducting phases in the La2CuO4 system are created via the hole doping by replacing the La-sites with alkali-earth metals or by overdoping oxygen. However, the present study demonstrates that the HPT processing induces structural strain, and subsequent annealing stabilizes the hyperoxia phase, i.e., the superoxide phase. The superconducting transition temperature Tc systematically varies as a function of the revolution number N in HPT processing under compression of 6 GPa, and Tc has the maximum value of approximately 40 K for N≤1. Stabilized superconducting states intrinsically have a large critical field at the 20 T level. This approach proposes a high-pressure material synthesis method that is useful for mechanically tuning carriers in insulating La2CuO4.journal articl
Discharge Coefficients of Orifice and Notch in Ice-Harbor Fishway
Get PDF近年いくつもの河川にアイスハーバー式魚道が採用されている．同魚道の通水部は潜孔と切欠きで，両流量式はトリチェリの定理および越流式より導出される．両流量式に含まれる流量係数は，潜孔あるいは切欠きのみを有する流れで得られた値が代用されているが，両者を通過する流れは相互に影響を与えるため，上記の代用は必ずしも適切とはいえない．本研究ではアイスハーバー式魚道において幾何学条件および水理条件を変化させ，潜孔および切欠きの流量係数を求めた．その結果，両流量係数は越流水深と切欠き厚との比の影響を受けることが判明したため，同比から潜孔および切欠きの流量係数を導出できる経験式を提案した．In recent years, Ice-Harbor fishways have been adopted in many rivers due to their high adaptability to flow fluctuations. Ice-Harbor fishway has two flow routes such as orifice and notch. Discharge coefficients of orifice and notch are not so clarified, because both coefficients were obtained from the fishway with only either orifice or notch. Both coefficients affect each other due to the three-dimensional nature of flow. When orifice and notch coexist, a shear layer forms at their boundary due to differences in flow velocity and direction, resulting in momentum exchange. In this study, discharge coefficients of orifice and notch in Ice-Harbor fishway were obtained by varying geometry and hydraulic conditions. It was found that those coefficients are controlled strongly by the ratio between weir thickness and approach flow depth. The equations of discharge coefficients of orifice and notch were suggested.journal articl
エネルギー効率の良いセンサモデルのための蒸留
Get PDF本論文では, 1次元トランスフォーマーを基盤としたエネルギー効率の高いモデルを構築するため, リザバーネットワークを活用したモデルと蒸留手法を提案する. このモデルを, センサーデータを用いた人間の行動認識タスクに適用した. 実験結果から, PatchEchoClassifierは80%以上の精度を達成し, 消費電力の最小化が求められるシナリオにおいて従来のCNNと比較して優れたエネルギー効率を示すことが分かった. エッジで加速度センサ信号が入力された際に, この信号を中央演算装置に送らずにエッジで行動認識処理をする場合, この提案する機構がどのような形で使用可能かを考察した. 蒸留を行う教師はエッジに送る必要がなく, 生徒であるPatchEchoClassifierを送り込む形を考慮する. 実験では, (1)PatchEchoClassifierが送り込まれた場合にメモリ使用量やライブラリのメモリ量を計算し, (2)行動認識のクラスが増減することを考慮して, このための処理を行うために必要な計算量を測定した.conference pape
An in-memory computing circuit with carry-over thermometer coding for a hippocampus-inspired model
Get PDFThe memory-based hippocampus-inspired model (MBHIM) that has been proposed by the authors is a model that reproduces episodic memory suitable for VLSI implementation. While an MBHIM VLSI circuit can achieve high energy efficiency using the in-memory computing architecture with thermometer coding, its computational functionality was limited to addition operation. The use of thermometer coding, though enabling simple VLSI implementation, remains an integration density challenge. In this paper, we propose a memory cell circuit for MBHIM, which supports addition and subtraction using in-memory computing, enabling broader applications, including time-dependent forgetting mechanisms. We also propose a carry-over thermometer coding scheme for efficient value representation, achieving a reduction of 60-90% transistor count compared to conventional approaches. This scheme maintains the advantages of thermometer coding while achieving high integration density, making it particularly effective for memory devices with high write error rates, such as MRAM and ReRAM. The proposed scheme is promising for realizing brain-inspired AI hardware that achieves low power consumption, high computational efficiency, and high integration density.journal articl
LEOPARD: Demonstrating CubeSat Technologies for Light Scattering Observations and Satellite Positioning in LEO for Future University-Based Lunar Missions
Get PDFThe LEOPARD (Light intensity Experiment with On-orbit Positioning and satellite Ranging Demonstration) satellite is a 3-unit (3U) CubeSat platform to demonstrate several technologies and payloads in low Earth orbit (LEO) prior to future lunar CubeSat missions. After deployment from the International Space Station (ISS), it plans to perform the following missions, including onboard processing of Earth-origin one-way radio ranging signals (OPERA), multispectral imaging to monitor light scattering above the horizon (MSC), single event latch-up detection (SEL), solar panel deployment using shape memory alloy (SMA), and ambient magnetic field measurements. First, the OPERA mission will validate critical steps towards deep-space positioning technology, and it will use one-way ranging method with S-band signal transmitted from mobile ground stations. In addition, it uses a genetic algorithm to determine the satellite position, velocity vectors and range. Second, the MSC payload will capture images during post-sunset conditions to monitor the light scattering by atmospheric molecules and aerosol particles analyzed through Rayleigh scattering. Third, the SEL mission will investigate the radiation protection technology for the satellite electronics against single event effects. While the SMA mission will deploy two solar panels controlled by a heater-based mechanism, the two magnetometers will perform measurements at the edges of the deployed solar panels in addition to the other magnetometers in the satellite main body. These measurements will be used with independent component analysis to detect stray magnetic fields and various geomagnetic disturbances during storm events. Currently, the LEOPARD flight model is scheduled for delivery to JAXA in mid-2025, with operations expected to begin in late 2025 in ISS orbit.conference pape
Few-Shot Optimization for Sensor Data Using Large Language Models: A Case Study on Fatigue Detection
Get PDFIn this paper, we propose a novel few-shot optimization with Hybrid Euclidean Distance with Large Language Models (HED-LM) to improve example selection for sensor-based classification tasks. While few-shot prompting enables efficient inference with limited labeled data, its performance largely depends on the quality of selected examples. HED-LM addresses this challenge through a hybrid selection pipeline that filters candidate examples based on Euclidean distance and re-ranks them using contextual relevance scored by large language models (LLMs). To validate its effectiveness, we apply HED-LM to a fatigue detection task using accelerometer data characterized by overlapping patterns and high inter-subject variability. Unlike simpler tasks such as activity recognition, fatigue detection demands more nuanced example selection due to subtle differences in physiological signals. Our experiments show that HED-LM achieves a mean macro F1-score of 69.13 ± 10.71%, outperforming both random selection (59.30 ± 10.13%) and distance-only filtering (67.61 ± 11.39%). These represent relative improvements of 16.6% and 2.3%, respectively. The results confirm that combining numerical similarity with contextual relevance improves the robustness of few-shot prompting. Overall, HED-LM offers a practical solution to improve performance in real-world sensor-based learning tasks and shows potential for broader applications in healthcare monitoring, human activity recognition, and industrial safety scenarios.journal articl
Effect of the Fluoride Concentration in Electrolyte on Adhesion of an Apatite Layer Formed on an Anodized Zirconium Surface
No full textZirconium is used clinically as a material for hard-tissue repair because it has excellent corrosion resistance, low magnetic susceptibility, and low cytotoxicity. Bone-bonding ability is required to stably fix zirconium implants in bone, and anodization in a fluoride solution has been proposed as a method to achieve this. Because the corrosion reaction rate and surface crystalline phase change according to the fluoride concentration, it is assumed that the fluoride concentration in the electrolyte will affect bone bonding and mechanical properties. However, few studies have investigated this. In this study, zirconium was anodized in an electrolyte containing 0–1 M NH4F, and apatite formation in a simulated body fluid was investigated for in vitro evaluation of bone bonding. Adhesion of the apatite layer to the substrate was also investigated. Differences in the NH4F concentration had a negligible effect on the apatite formation ability of zirconium. However, adhesion was greatly affected by the fluorine concentration, with an intermediate concentration of 0.1 M resulting in the best adhesion. Adhesion was correlated with surface roughness of the anodized surface.journal articl