教員紹介

リコンフィギュラブル(reconfigurable)とは、書き換え可能という意味です。専用ハードウェアを用いることにより様々な問題の高速処理が可能となりますが、一般にハードウェアの機能は固定されており、ソフトウェアのように変更することができません。しかし、FPGA(Field Programmable Gate Array)に代表される書き換え可能LSIでは、動的に、しかも μsec オーダー の時間で、その機能を書き換えることができます。この書き換え機能を活用することにより、同一のハードウェアで、様々な問題の高速化を行うことができます。このとき、問題にもよりますが、最新のマイクロプロセッサと比べて数100倍もの高速化が可能です。このような高速化により、従来スーパーコンピュータが必要であったような問題を、FPGAを付加した単独のパーソナルコンピュータ(PC)で処理することができるようになります。本研究室では、PCとFPGAからなる高速処理システムの構築を行っています。このシステム構築を通して、皆さんには、システム設計、すなわち、ソフトウェア/ハードウェア設計の両方の技術を修得してもらうことを目指しています。

予めプログラムされた規則に従って推論する古典的な人工知能は，限られた状況下では動作しても，複雑な現実の世界にうまく対応することができません．一方，人間のみならずイヌなどの動物は，自ら学習することによって，現実世界において適切に判断し行動することができます．このような知的で柔軟な情報処理を脳がどのようにして行っているのか，その本質的な部分はほとんど解明されていません．我々は，脳の情報処理メカニズムの解明と，動物がもつ柔軟な知能の実現とは表裏一体の関係にあると考え，情報をシンボルではなくパターンによって表現する「分散表現」を柱に，両者を行き来しながら研究を進めています．具体的には，視覚や記憶といった脳機能や海馬など脳の神経回路のモデル化，モデルの理論的検討と計算機シミュレーション，生理データとの比較や心理物理実験によるモデルの検証といった基礎的なものから，学習能力やパターン認識能力の高い新型ニューラルネットの開発，筋電や脳波といった生体信号の処理などの応用まで，幅広い研究を行っています．

（広い意味での）局所探索法を用いた最適化とその周辺に現れる諸問題に関心を持っています．最適化は，生命活動を支えるタンパク質をはじめとする，種々の分子系の安定構造の探索から，人の生産活動の効率化に係る，様々な問題解決に至るまで，科学，工学のあらゆる分野で直面する課題です．その課題解決のアプローチには，対象の広がりを反映した多様な側面が見出される一方で，分野の壁を越えた互恵的な関係も認められます．そのような背景の下，局所探索法の諸技法の有効性を，機能ベースで明らかにしていく基礎研究を行っています．評価関数ならびに近傍関数が作る景観と探索ルールが編み出す，探索機能に注目した実験的解析を通して，技法に企図された最適化のシナリオの検証，その結果に基づく手続きの枠組みの再構築や個別的理解の適正化に加え，技法間の相似性をふまえた手続きの構成モデリング，さらには異種技法の包括的理解と個別特性の明確化を図っていくことにより，見通しの良い技法の選択，運用に資する，理解の獲得を目指しています．

計算知能・マルチメディア研究室では、「世の中を快適にするためのマルチメディアのスーパーインフラをつくりあげる」という大局的な目標の下、日夜研究に取り組んでおります。より具体的には、インターネット上を流れる膨大で様々なメディア（テキスト、画像、音など）や、それを生み出すデバイス、消費するデバイスを利用して、いかに人々の生活を「本質的」によりよいものにしてゆくのかを、産業としての視点、また実用から基礎理論の視点で、幅広く研究しています。よって、産業の視点では、農業・災害用の無人航空機の機体設計・開発および画像センシング、次世代学習支援、P2Pインフラを利用した新たな産業創出など、実用の視点では、スマート端末を対象としたレコメンデーションのアプリケーション開発、マルチエージェントシミュレーション技術、超解像技術など、を取り扱っています。もちろん、コンピュータサイエンスの基礎となる離散数理に関する研究も大切にしています。　我々の研究室では、このような数理論理的な思考を大切にしつつ、それらを武器に様々な分野に切り込んでゆける人材を輩出することも目標にしています。

人と社会の円滑なコミュニケーションを実現させるために、「人間の様々なコミュニケーションに関する脳メカニズムの解明」と「それを用いた新たなコミュニケーションの提案と開発」を行っています。記憶や感情、創造など様々な認知機能を実現する我々の脳を理解し、応用することを目標として、心理課題時の脳波やfMRIなどを用いた脳機能計測実験を行い、データ解析を行います。私の研究室では大きく3つの柱で研究を行います。1つめは、人の脳内におけるコミュニケーションの解明です。各脳部位の相互作用に注目して、脳内のネットワークを実験的かつ数理モデル的に理解します。2つめは、人と人のコミュニケーションのメカニズムの解明です。コミュニケーション時の行動や脳活動を複数名で同時計測する実験や発達障害者との比較実験を行います。3つめは、新しいコミュニケーション技術への応用です。1と2より得られた脳指標を用いたコミュニケーション障害の改善プログラム開発、ロボット開発、ニューロマーケティングなどの社会応用を試みます。　以上のような多岐にわたる学問分野の融合及び協力によって、脳科学という壮大な研究テーマに挑みます。

なにか新しい事が起こるということを考えるときに、我々は次のようなパラドクスに直面することになる。たとえば、新しい知識の学習について考えてみる。我々は、知識の獲得というものは暗に、今まで未知だったものを既知化することだろうと理解している。ところが、それを認めたとたんに、未知はたんなる観測者の無知として扱われ、新しい事を学習するということが不可能になってしまう。というのも、既知の外側という意味で未知は既知化されてしまうからだ。では、いったい、未知の未知性とはなんなのだろうか。 私は、未知なるものが事物としての側面（トークン）と集合としての側面（タイプ）を両方になうからこそ、未知の未知性は保証され、学習や創発などを積極的に語る事ができると考える。このようなタイプ・トークンの両義性を担った過程は、とくに身体としての群れを理解する上で重要になってくるだろう（下の写真は沖縄に生息するミナミコメツキガニ。撮影：西山雄太）。各個体の担う個体性（トークン）と社会性（タイプ）の両義性は、常にミクロとマクロの境界を無効にし、その結果、群れは一つの身体を獲得する。このようなことを，鮎の群れやカニの群れなどの実験を通して理解していく．

自ら学習し、賢くなっていくシステムを実現するための技術について研究を行っています。 この技術の確立により、ひとつひとつの手順を人が機械に教え込まなくてもよくなり、 設計者の負担軽減はもちろん、周囲にだんだんと適応させていくことが可能になります。 本研究室の基盤技術は、人工知能分野の情報技術です。特に、ニューラルネットワーク・ベイズ推定・強化学習などの機械学習や、 遺伝的アルゴリズム・粒子群最適化などの確率的最適化などの手法を用います。 数理的解析などの基礎研究から、実用を意識したシミュレーション・実機実証などの応用研究まで、 いくつかの段階的な視点にたって研究を進めています。 たとえば、基礎研究では、変化を繰り込んで学習するためのシステムについて検討を行っています。 これは、時々刻々と変化する学習対象をどのように学習するかという課題です。 応用研究では、脚車輪ロボットの動作制御問題や電子回路の自動設計問題などを扱っています。 基盤技術を軸足としながら、さまざまなアプリケーションに適用して、方法論の検証を行っています。

人間のように器用な操り（物体操作）をロボットで実現するためには，その操りの力学的，幾何学的なモデル化が重要となります．大きなもの，重いものを持ち上げずに押したり転がしたりするとどんな力学的なメリットがあるのか，どんな動かし方の計画をすればよいのか，このような観点で定式化できれば，ロボットでも同様に器用な操りができるのではないか，と考え，研究に取り組んでいます．　例えばロッカーを移動させる際に，傾けてある一点の周りに回すと，移動量は少ないけれど，とても小さい力で動かすことができます．また，隙間のとても狭い穴と棒の挿入作業では，しっかりと握りしめて作業するよりも，ある程度力を抜いて作業をしたほうが簡単に入ります．　このような器用さを解析，検討することで，現在は単純に決められた動作しか行わない産業用ロボット，自動機械の用途を広げることができるだろうと考えています．現在行われている作業を解析し，それを改善する手法を考案，モデル化，実験を進めていきたいと考えています．

「ヒトの模倣機能の解明と、ロボットシステムへの実装」を実現するため、視覚系（コンピュータビジョン）、運動系（ロボットハンドおよびロボットアーム）、感覚系（圧力センサ）、脳（制御系）などの個別要素技術と統合システムの研究開発を進めています。さらに、得られた成果をもとに、指先の細かい動きも含んだジェスチャーによる情報通信機器や遠隔ロボット操作といったヒューマンインターフェース開発に関する研究も行っています。　要素技術の成果は、たとえば「手指形状推定」では、世界最速の２倍程度の速さで人間の手の形を正確に認識できます。「ヒト型ロボットハンド」では、人間の手と同じ重さと大きさで、ほとんどの手話の指文字が生成できるくらいに器用な動作ができます。「空気圧アクチュエータ駆動のロボットアーム」では、機構と制御則の工夫により、正確な位置決めだけでなく、人間の動作のように速くゆっくり固く柔らかく動作させることに成功しています。「弾性体と小型カメラを用いた圧力センサ」では、人間の皮膚のように薄くて柔らかいだけでなく、物体の接触位置、加えられた力の大きさ、方向などの力の３次元情報を正確に推定することができます。

現代の電子メディアは目と耳の届く範囲を飛躍的に広げましたが、身体が経験する世界を伝えることができません。失われた「身体性」を獲得するためには、人間が身体的に感じる情報を合成して提示することが重要になります。身体の感覚は、体のいたることころで発生し、さらに機械的な刺激が不可欠であるため、その提示には技術的に大きな困難が伴います。私はこの課題に対して世界に先駆けて研究に着手し、バーチャルな物体を操作する時に発生する手応え与える装置、バーチャルな世界を足で歩く時の歩行感覚を合成する装置などの研究をやってきました。今では、このような技術はハプティックインタフェースと呼ばれ、この研究領域は世界的に拡大しつつあります。ハプティックインタフェースのように高度にインタラクティブなシステムは、それがもたらす体験を表現するためには、実演という発表形態が不可欠です。一般の人々に体験してもらえば、自分では気が付かなった効果や問題点が浮き彫りになります。それに基いて新しい研究がスタートします。私の研究室では、このような展示/実演を通じて、技術を磨く研究スタイルを特徴としています。

工学，認知科学，社会科学などの知見を融合することによって，人のコミュニケーション能力を拡張したり，人と機械のインタラクションを支援する研究をおこなっています．具体的には，ロボットや携帯端末などを利用して遠隔コミュニケーションを支援するシステム，巧に人と対話をするロボット，精神疾患患者の家族介護者を支援するWebシステム、バーチャルリアリティ技術を利用した理科教育教材，高齢者のためのインタフェース評価・デザインの研究をおこなっています．また、本当に有効なシステムを開発するために，ミュージアム、医療，教育，製造業等の実際の現場と密接に連携しつつ，ニーズを明らかにしています．さらに，社会学や心理学の研究者との共同研究によって人の特性を解明し，そうした知見をシステム開発に反映させています．このようにして、システム開発（ハードウェアとソフトウェア），実験，分析をバランス良く実施することによって，新規性と有効性の高い，世界レベルの研究を推進しています．

ヒューマン・ロボット・インタラクション研究室では，人とロボットのインタラクション（相互作用）に関わる幅広い研究を行っています．ロボットは外界の状況をセンシングし，考えて，行動しますが，ロボット単体によるセンシング能力には限界があります．そこで，人を取り囲む環境をロボットに見立て，環境内にセンサを遍在させることにより，部屋全体が人の活動状況を見守り，支援を行う環境知能化という新しい考えに基づく研究も行っています．環境に遍在させるセンサとして，無線通信により情報を収集することのできるオリジナルなセンサデバイス（インテリジェント電源タップ，温湿度センサ，照度センサ，人感センサ等）を開発するとともに，環境知能化の応用として，エネルギーの無駄を見つけて省エネを促すHEMS(Home Energy Management System)，独居高齢者の普段の様子をモニタリングすることにより普段の状況と異なることを検知・通知する高齢者モニタリングシステム等を開発しています．また，様々な機器にセンサを埋め込むことにより，視覚障害者の駅における転落事故を未然に防ぐインテリジェント白杖，服薬状況を見守るインテリジェント薬箱など，ユニークなデバイスの開発を行なっています．

脳神経科学，行動科学，ロボット工学，IT，人工知能，システム統合技術，生理学，心理学，哲学，倫理学，法学，経営などを融合複合した新学術領域『サイバニクス：人・ロボット・情報系の融合複合』を開拓・駆使し，次のような世界トップの最先端人支援技術の研究開発を推進しています．1) 脳神経系から身体系に至る生理支援技術：脳神経・筋系に疾患を有する方々の運動意思を検出するための様々な生体情報の取得・処理の高度化，運動機能評価のための脳機能解析，神経細胞の接続・再生．2）身体機能を改善・補助・拡張・再生する動作支援技術：障害を有する方々の運動機能補助・改善，介護／重作業用ロボットスーツ，iBF仮説「運動意思を反映した動作補助を行うロボットスーツHALの介在により，中枢系〜末梢系でインタラクティブなバイオフィードバックが促され，身体機能が改善するという仮説」の提案・証明，サイバニック治療制御系の体系化．3）人を優しく見守る生活支援技術：日常の生活居住環境における生理・行動情報系の計測と見守りネット，医療機関との連携による在宅での生活習慣病予防のためのバイタルセンシング技術と遠隔在宅医療（生理・身体系）

誰でも使える察しの良いシステムを実現するため，身体による知覚と行動に関する生理学・認知神経科学，及び人間の認知特性の理解を中心とした認知科学的アプローチの両方に基づき、人の「身体・知能・情動・意思」の理解に基づく人の支援や拡張を目標としています．　人間社会と密接に関係し，環境にシームレスに統合される未来のロボット・機械系を実現するため，系内に人が含まれる新たな認知ロボティクス（人支援ロボット，社会的ロボティクス，生体ロボティクス，人の知覚・行動の理解を含む）の研究を行っています．さらに，人の知能の理解を深化するため，人が必要なときに人に必要な支援を行う人支援技術、柔らかい素材を用いたソフト・ロボティクス、人の意思と人工物をシームレスに繋ぐインタフェースや，実世界における人々の社会行動の計測と情報提示を通じた，人と人との社会的インタラクションを理解するための研究を行います．特に，医学・芸術・心理・発達支援の分野と連携し，子どもから高齢者，健常者から身体・発達障がい者まで，人の意識・無意識と機械系を結ぶ次代の人工知能研究を推進します．

移動ロボットが実際に社会に役立つことを前提に，様々な応用分野を視野に研究をしています．屋内外での行動能力や作業能力を向上させること，屋外の建設作業重機にロボット要素を応用して作業の軽労化や半自動化を進めること，オフィスや家庭で使うことのできるロボット技術の開発に力点を置きます．ロボットの実用性を追求すれば，それがどう使われるかを吟味し，必要な仕様を策定し，それに見合う設計が必要です．研究室では，完全に実用できるロボット機械を作ることは困難ですが，想定する具体的な実用応用の方向に向けて，おさえるべき基礎技術を実装と理論の両面から積み上げ，蓄積することはできます．場当たりな実装ではなく，それが理にかなっている，という納得ができる実装を目指し，それに必要な理論や技術を俯瞰し，集積し，洗練してゆくことが，極めて重要と考えます．チャレンジ性のあるテーマを模索し研究してゆきます．写真は，2007年から続く，市内遊歩道1Km以上を自律走行する技術チャレンジ会である「つくばチャレンジ」に当研究室から出場しているロボットひとつです．過去6年で3回の課題達成を成し遂げ，都度つくば市長賞を受賞しています．

計算機内に構築したバーチャルな世界の映像や音声に、メカトロニクス技術を用いた、バーチャルな物体に触った感覚（力覚）を提示する力覚提示装置を組み合わせることで、バーチャルな世界を見るだけでなく触ることが出来るようになります。当研究室では、新たな力覚提示装置を開発し、その評価やそのアプリケーションの開発を通して、より直感的にコンピュータと対話する手法や人間の持っている可能性を引き出すシステムを模索しています。これまで手に対して力覚を提示する６自由度のデスクトップ力覚提示装置や手で持ち運びながら用いる非接地型力覚提示装置、逆に１自由度の機構だけでどこまで力覚を提示できるのかなどの研究を行ってきました。また、手に力覚を提示するだけでなく足に対しての提示として、その場にいながら無限に広がるバーチャル空間を自由に歩き回る装置（歩行感覚提示装置）の開発を行っています。これらの応用として、手術シミュレータの開発や麻痺患者のための歩行リハビリテーションシステムの開発を病院や企業と共同で進め、社会に役立つ技術の提案を行っています。

身体機能改善・補助および生理機能診断などの医療・ヘルスケア分野，移乗介助・重作業の軽減などの介護・労働分野，さらに，アスリート・障がい者アスリートに対する運動・感覚提示などの競技スポーツ分野などに焦点をあてた人支援研究の分野開拓に挑戦しています．　医療・福祉・生活・労働・スポーツ等が行われる環境の実際の課題を対象とし，原理検証などの基礎的な研究開発から，人に対して安全で実用的な応用研究開発，有効性を検証する臨床・実証研究までを一体的に推進し，実社会に貢献する人支援機器／技術の研究開発を行います．具体的には，人の身体・生理特性および人を取り巻く実環境の解析を通じて，生体・環境情報センシング，生体フィードバック，人・機械系インタラクションを活用し，人・機械一体化技術，生体運動・生理解析，生体制御システム，ロボット治療技術，ロボット安全技術，運動学習支援，アスリート支援等に関する研究開発を行っていきます．　本研究室で大切にしていることは，現場から得られる課題をもとに，それらを解決するための手法を開発・適用し，そこから得られる新たな課題を解決していく研究開発サイクルを好スパイラルで進めていくことです．

柔軟ロボット学研究室では，斬新な柔軟ロボットに関する技術開発と理論構築を目指し，幅広い研究テーマに挑戦しています．1) 閉ループ弾性体の飛び移り座屈を利用した瞬発力発生機構と，動物のような動きを実現する小型跳躍，走行，遊泳ロボットへの応用，2) 紐状柔軟物の特性を生かしたカメレオン型シューティングマニピュレーション，3) ひずみゲージ埋め込み人工皮膚層をはじめとする，ゴム製人工皮膚層メカトロサンド，4) スマートメカニクス: 機械インピーダンスを劇的に切り替えることによりパワーフローを調整するロボット関節のロボティクス理論，5) 弾性ロッドハンドリングのためのリアルタイム形状推定，など．

企業にてエンターテインメントロボットの研究開発，米国大学にてヒューマン・ロボットインタラクションのフィールド研究を経て，本専攻に加わりました．少子高齢化社会を目前にしてICTやロボット技術に対する期待が高まっています．その期待に応えるためには研究室に閉じこもることなく社会や人々の中に入って問題発見と解決のループを回し続けることが肝心です．この思想の下，これまで我々はソーシャルロボティクスやチャイルド・インタラクションの分野において世界的に広く知られるトップレベルの研究活動を行ってきました．子どもの教育支援，パーソナルロボット，テレプレゼンス（遠隔存在感），発達障がい者の支援などが近年のトピックです．また，少子高齢化社会ではこれまで以上に人々の助け合いが重要になってきますが，そこでは技術のみならず，技術を用いる人間の良心が大事になるはずです．こうした良心の維持・促進をも含めた技術の設計も，我々が開拓を志す新しい研究領域です．研究室では，学外フィールド活動，大手企業や東京大学・カリフォルニア大学など国内外一流大学との共同研究・交流機会もあり，学生の皆さんが大きく成長していける後押しをしていきたいと考えています．

ユビキタス技術を日常生活や学校教育等に応用するための技術開発と、その技術を用いて活動する人々のコミュニケーション分析を行っています。　無線通信の発達、各種デバイスの小型化は、人々の生活をこれまでのものとは異なるものへと変える力を持っています。しかし、これらの情報は利用者に適切に与えない限り、人々の生活は情報に振り回される結果となります。このようなことを防ぐための技術開発を行います。　ここ近年は、「周りの人を評価し、それを記録する」システムの開発に重心を置いてきました。評価というとテストを想像しがちですが、それ以外にも我々が気づかない所で評価というものは行われています。　ただ評価されるだけでは楽しくありませんが、アウトプットをちょっと変えるだけでお互いに楽しく評価し、切磋琢磨できるようなシステムを開発できることがここ近年の成果でわかってきました。　今年度以降も、評価することを中心に、新しい関連研究にも手を広げてゆきたいと思っています。

我々は何かを感じる際，単一の感覚器官からの刺激だけでなく，他の感覚器官，言語，記憶などからの情報を統合し，そこから得られる主観的な質感として感じています．本研究室では，五感の特性や物事の認識プロセスを理解し，諸感覚や人間の生理学，心理学に基づいた適切な情報提示を行うことにより，ユーザが真に得たい“感じる”を得られる新たな人間中心インタフェースの設計を目指します．　具体的には，以下に記述した３つのアプローチを柱として研究活動を行い，その成果をスキルトレーニング，福祉，ウェアラブルコンピューティング，エンタテインメントなど様々な分野に応用しフィードバックを得ていくことで，“感じる”ことの本質を探っていきます．1.諸感覚の知覚特性やクロスモーダル，マルチモーダルの諸現象を利用した独創的な感覚提示（【飲み心地】を【口唇】への【圧力差】で感じる研究など）．2.「手応え」などの人間の印象を生理指標や身体応答と関連付け，逆に意図した生理指標や身体応答が生じるように誘導するインタフェースの開発（【移動方向】を【耳】への【ひっぱり】で感じる研究など）．3.芸術性の高い伝統工芸と先端技術を組み合わせた「琴線に触れる」プロダクトの創出（【漆】をベースとした【電子回路】を構築する研究など）

自律して動くロボットやネットワーク上の仮想エージェントを使用する情報技術が社会の中に増えてきました。これらの自律したシステムの振る舞いを観察すると、人間はそのシステムをただの道具としてではなく「擬人化」して捉え、他人に対するのと同様の社会的やり取りをシステムに対し意識的あるいは無意識的に期待するようになります。このように、人間から社会的なやり取りを期待される人工システムを、我々の研究室では道具（ツール）と対比してエージェントと呼んでいます。人の間に介在する社会的存在である「エージェント」が人間にどのように働きかけられるかを検討し、使用場面に合わせたエージェントをユーザに対し提示することで、人工システムはユーザの行動を予測し、認識し、ひいてはユーザに対する誘導・教示を行うことが可能となります。本研究室では、人間と人間の認知したエージェントとのやり取りを、対人実験を介して分析すると同時に、センサ、アクチュエータ、プログラムを組み合わせ、人とシステムの間に介在する新しいエージェントシステムを作り出し、将来の社会の中で活躍する人工システムのあり方を探ります。

本研究室では，目や耳，舌などと同じ様に人間が知覚できる統合的なセンサーシステム，サービスシステムを目指して研究を行っています。そのためには，人を支援する機械・システムが人のことを上手に察する能力が必要となります。　例えば，人間同士の対話においては文字に書き起こせる情報やジェスチャー意外にも，微弱信号（相槌や頷き，感嘆や舌打ち，人の視線の動きや表情の変化など）を意識的・無意識的に発信・検知しています。このような信号の検出・定量的な評価を行い，適切な方法で提示することで，遠隔地での対話や一対多での対話において人の支援が機械・システムによって可能になります。　これまでに音響信号や熱画像，深度画像などの信号を有効に活用する方法や，購買履歴などの大規模データに基づく個人の趣向の推定，人の見守り技術や現場参加型のサービスシステムなどの研究を，シミュレーションと現地現物を重んじた実験の両面から行っています。センシング，信号処理，有意な情報への変換・統合，人への提示の一連の流れを通じて人の知覚の拡張を図ります。

システムの性能を最大限に引き出すためにアナログ制御からディジタル制御へと主流が移りましたが、その設計にはディジタル特有の感覚が必要であり、またその実行は高性能演算素子の使用が前提となっています。そのため、ディジタル制御技術が隅々にまで浸透するに至っておらず、できるだけアナログ感覚で行える設計手法と、必要に応じた演算頻度で済む実行法が望まれています。本研究室ではアナログ感覚でディジタル制御系を設計できるような理論整備と、小規模な実機実験（フルディジタルドライバによるステッピングモータの多機能化、ディジタルコントローラによる小型電源の高性能化、空気ジェットのディジタル制御による小型無人浮揚体の姿勢制御など）による検証を行っています。

一般に機械システムは非線形特性を持ち、（複数の平衡点が存在し、それらの安定性も様々で、）予測不可能な非線形挙動を示す可能性がある。安全性や信頼性を確保するために、非線形挙動が生じないよう、高剛性な（その結果重量化してしまう）機械システムが、狭い動作範囲（振り子でいえば近似sinθ≒θが成り立つ狭い動作範囲）で利用されてきた。しかしながら近年の、機械システムの高機能・高機能化への期待は、柔軟化・軽量化や非線形挙動が生じるような広い範囲（振り子でいえば近似sinθ≒θが成り立たない範囲）への動作拡張を要請し、もはや無視できなくなったシステムの非線形性といかに向きあい、安全性や信頼性を確保し続けるかが重要な課題になっている。このような状況の中、ナノスケール（エネルギーハーベスターなど）からマクロスケール（鉄道車両など）まで幅広い機械システムを対象とし、これまでの発想とは逆に、元々システムに内在する非線形性によって生じる非線形現象の複雑性や多様性を積極的に利用して、従来不可能であった運動制御を実現する手法を、数理物理学に立脚した理論的アプローチと実験により研究している。

「制御しづらいものを実際に制御してみせる」をメインテーマとして，主にロボットを対象とした制御の問題に取り組みます．制御しづらい対象の多くが非線形性を持っています．非線形性とは，挙動がその時の状態や入力の大きさに対して比例しない性質です．例えば自転車で右に倒れそうになった時右にハンドルを回すことで転倒を防ぎますが，ハンドル回し続けるとやがて左右が反転し，逆の操作をしなければ走り続けることができなくなります．これは極端な例ですが，身の回りには程度の差こそあれ非線形性を持つものであふれています．その中でも特にロボットは様々な非線形性を有していて制御しがいあるものばかりです．
　制御のしづらさを克服するには，数学を中心とした制御理論で頑張るか，機械構造の工夫で解決するか，あるいはソフトウェアのアルゴリズムの工夫で乗り切るなど，様々なアプローチがありますが，あくまでも「実際に制御してみせる」ことが目標ですので，方法にこだわらず手を尽くして問題に臨みます．限られたセンサ情報から適切に行動しなければならない自律移動ロボットの制御，非常に多数の関節を持つ蛇型ロボットを巧みに制御する問題に取り組んでいきます．

本研究室では、音波や振動を対象とする音響工学分野の研究を、シミュレーションと実験の両面から行っています。研究対象には、音楽・話し声・警告音・異常音のように音そのものが持つ情報を利用するもの、超音波診断装置・ソーナー・超音波風向風速計のように音が伝わる空間の情報を取得するためのプローブとして媒質と音波のインタラクション（相互作用）を利用するもの、さらに弾性表面波（SAW）フィルタのように電子部品を高機能化するために内部的に振動を利用し入出力には音波が陽に現れないようなものがあります。最近実施した（あるいは進行中の）研究テーマには、音楽音響関係では管・弦・打楽器などの特性計測にもとづく発音機構のモデル化および電子楽器への応用など、可視化（イメージング）関係では超音波による金属材料の非破壊検査法、時間反転波のシミュレーションあるいはCT法による音源や物体の可視化など、センサ関係では単純な構造で液体の密度・粘度を一度に測定できるセンサなどがあります。当研究室には、好奇心旺盛で何でもやってみないと気が済まない人、ハード・ソフトを問わずモノ作りが好きな人、探究心旺盛な人などが多数在籍しています。

生体計測システム研究室では、生命の維持はもちろんのこと高いQOL（Quality of Life：生活の質）やROL（Respect of Living：尊厳ある生活）を維持したまま生活を送るための支援技術・機器に関する研究を行っています。
日常生活の妨げとならないシステムの構築を目指し、また生体に傷をつけない新たな非侵襲計測の実現に向け、光や超音波などを用いた非接触計測法の基礎的な研究も実施しています。
　現在は生体情報モニタリングに向けたウェアラブル脈波計開発を主に行っています。脈波とは心臓の拍動に伴う血管内の血圧や体積の変化のことを指し、血液が光を吸収する特性を利用して皮膚表層から非侵襲的に計測することができます。これまでは生体内の透過性に優れた近赤外域の光を用いた脈波計測が行われてきましたが、近年の光デバイスの向上により可視光域での計測も可能となりました。可視光は近赤外光に比べ皮膚深部まで到達しないため、従来の計測範囲よりも表層部の末梢血流情報を得ることが可能と考えられ、その特徴を生かしたウェアラブル脈拍計の開発を行っています。

身体を含んだ人間の機能と感覚の工学的な知見に基づき，人間―機械，機械―機械，人間―人間の新しい関係を築くことにより，安全かつ安心な社会環境を実現することを目指しています．これまで，視覚，聴覚，体性感覚などに注目し，画像信号を扱った画像処理と画像計測手法の研究，音響信号を用いた音響計測や音響表現の研究，そして身体計測を行うことで身体表現の研究を行い，これらに付随した移動ロボット制御やコミュニケーション技術などの研究開発も行っています．これらのシステムを構築する上で不可欠な計測技術は，マイクロコンピュータを応用することでセンシング技術として飛躍的に進歩していますが，システムに要求される精度と速度を考慮した適切なセンシング手法の選択や，センシングデータの高度な情報処理が必要となります．また，そのシステムが人の介在する場所での適用か否かによっても，アプローチの仕方が異なります．そこで，本研究では建造物などの人間の介在が困難な場所において，計測・検査を自動化する自動計測ロボットの研究と，人間が常に介在している状況である対面コミュニケーション計測の研究に着目し，これらの研究成果を社会に還元できる技術革新を図ります．

メディアの知能化からスタートして、人の機能を拡張するメディアの研究とそれを通じた人類の幸福への貢献に取り組んでいます。
・マッシブセンシング[多種多種類のセンサによる日常生活の継続的観測)とそのデータ解析・可視化]
・エモーションセンシング[人間を対象とした精神生理学的観測のための高精度マルチモーダルセンシング]
・屋外における複合現実感技術
・ITSにおける複合現実感技術を用いた運転者支援
・スポーツにおける自由視点映像の獲得と視聴支援
・ビジュアルサーベイランスとモニタリング(VSAM)
・モデルベースドビジョン
・分散協調視覚、分散協調処理
・仮想世界とのマンマシンインターフェース
・講義アーカイブ・遠隔講義
写真は、自動車の車内からフロントガラス越しに道路形状をARによって表示している様子です。学内道路にて実験・撮影を行っています。

インターネットは私たちの生活を大変便利にしていますが，不特定多数の人が利用するため，大切な情報を守るための技術を確立していくことが不可欠です．私の研究室では，情報の改変を試みる悪意のあるグループから大切な情報を守るだけでなく，実際に攻撃を受けたときにそのグループのメンバーをできるだけ多く，高い確率で特定するための研究を行なっています．
　具体的には，情報理論や離散数学の知見に基づいて，動画などのライセンスのあるディジタルコンテンツの不正流出を防ぐための電子指紋符号技術，悪意をもつユーザが存在しても秘密情報を複数人で安全に分散共有できる秘密分散法，改ざん位置を特定するための静止画像に対するフラジャイル電子透かしなどの新しいアルゴリズムの開発や性能評価を行っています．また，最近では，QRコードを２つ重ねて別の情報を読み出すことができる，新しい情報ハイディング技術も開発しました．従来使われていなかった情報量を用いた，新しい情報理論の確立も目指しています．

光波・電波・音響波・電気インピーダンス等を用いるセンシングプローブとICT技術を組み合わせて、身近な生活空間からインフラに至る空間における安心・安全・快適性・豊かさの追求や環境保全に寄与する研究をシミュレーションと実験の両面から行っています。例えば、①ロボット等の高機能化のための新しい原理に基づくセンシング技術の研究、②超音波プローブを応用する計測制御による建築・土木・農業分野、特に植物工場の高度化、③位相共役波を用いる海洋・気象観測や資源物理探査の高精度化、④センシングプローブを用いる工業材料や食品の非破壊評価、⑤フーリエ光学を用いる芸術作品の工学的評価、⑥楽器の発音機構解明のための高精度非接触計測法の開発と等価回路モデル化、⑦非破壊評価技術を用いる空間・音響設計、文化遺産の保存等への支援研究、⑧スペクトロスコピー、⑨逆問題・可視化技術を駆使する医用工学、生体工学、健康管理も研究対象です。⑩必要に応じて世の中に存在しない新しい原理に基づくセンサデバイス等を材料レベルから研究開発します。現在、工学、理学、情報学、農学、水産学等の分野から入学した後期10、前期30、学類10の計50名が在籍して、⑪マネジメントも学びながら広範な分野の研究に従事しています。

言語は人の知能の根幹であり、人の叡智を記録する重要なメディアです。言語を用いた人の知的作業の原理を解明し、計算機に模倣・支援させる技術について研究しています。
(1) ウェブ検索エンジンをより賢く使い易くするために、文で対話しながら検索する技術、言葉の推論を組み込んだ検索エンジン、ディープ・ラーニングにより製品・人物・会社などの評判を探し出す技術。
(2) 音声を用いた人間・機械間のコミュニケーションの技術、身体動作によって感情を表現しながら人間と対話するロボットの技術、音声言語理解により喜び・悲しみの感情を理解する技術、音声認識技術を用いて手軽にメモをとる技術。
(3) 言葉の壁を越えるために、翻訳のために必要な辞書や規則を学習する技術、多言語のウェブ文書を集めてきて、内容の微妙な差異と各国の文化的差異の間の関係を解読する技術、ニューラルネットによる機械翻訳技術。
(4) 外国語の学習過程を支援するために、難しい言葉を易しく言い換えてくれるツール、語法や文法の誤りを指摘してくれるツール。

通信システムは情報の伝送や計測を目的として設けられるシステムの一つです．現在では通信というと電気通信を指すことが多くなっていますが，人間や動物は古くから音や光を用いて情報を伝送する事を試みてきました．本研究室では，様々な形態の通信システムを対象に，新しい通信方式の探求，シミュレーションによる最適化，実験による性能評価という３つのアプローチを行う事で，情報通信の進歩に貢献することを目指しています．例えば電波の届きにくい海水中などでは音波を用いた通信が広く普及しています．水中の通信環境は電波無線通信と比較してかなり過酷です．そのような環境においても信頼できる通信リンクを確立するために新しい通信方式を設計し，その性能を実証実験により評価しています．また，近年はスマートフォンが著しく普及していますがその多くは無線通信以外の通信手段を有していません．そこでユーザプロファイルなど比較的小さなデータを直接やりとりするための手法として，どの端末も有しているスピーカとマイクロフォンを用いた音響通信を提唱しています．現在は端末の計算能力を考慮したソフトウェアベースの音響通信モデムの開発を行っています．

心の豊かさをつくるエンタテインメントの実現に向けて、人の五感や情動、人のつながり、体験の共有、身体的な実世界との関わりを重視するとともに、科学的アプローチに基づくエンタテインメントの設計法を構築することを目指しています。また、機能的価値と情緒的価値を兼ね備えたフィジカル/エデュケーション/アート領域のエンタテインメントシステムの開発を進めています。ゲーム、アニメ、映画のための新しい表現技術、大規模なコンテンツから興味に合ったものを選択する支援技術、人間の心理・認知特性を反映した体験インタフェース技術、美しさと楽しさを兼ね備えたインタラクティブアート、制作者の個性を活かせるコンテンツ制作環境などにも取り組みます。これらの活動を通して、新しい文化の創造につながる科学・技術の発展に貢献できればと考えています。

　当研究室では、メディア工学をテーマに研究を行っています。 具体的には、３次元ディスプレイとマスコミ工学の研究に取り組んでいます。
　３次元ディスプレイグループは、 医療手術シミュレーションや自動車運転支援など、 ３次元位置の正確な把握がなければ実現できない用途への応用を目指し、 フルハイビジョン裸眼立体表示や自然な目の焦点調節を再現する裸眼立体ディスプレイの研究開発を行っています。　
　マスコミ工学グループは、自然言語処理を用い、 国会議事録、新聞の社説、本の書評、会社の広報資料など、政治経済に関する文書の分類・整理・可視化の研究に取り組んでいます。

我々人間は、目から入力される画像情報から、被写体の形状、色合い、素材に始まり、その物体が何であるか、どのような機能を有しているか・・・といった様々な情報を獲得しています。この優れた機能の仕組みを明らかにすることを目的として、コンピュータビジョンや実世界イメージングの研究に取り組んでいます。また、我々は、絵や記号を描くことで、言語ではうまく言い表せない情報を表現しようとします。情報をどのような形態で視覚的に表現すれば、効率的な理解が実現できるのかを明らかにすることを目的として、コンピュータグラフィックスを駆使した映像メディアに関する研究にも取り組んでいます。さらに、両研究分野を融合し、画像情報から獲得したシーン情報を活用して、画像情報をより視聴しやすい形に加工・提示する、先進的映像メディアの研究にも取り組んでいます。例えば、多視点で撮影した画像を計算機内部で統合し、そのデータを用いて任意の視点からの見え方を再現する自由視点映像の研究や、現実世界の見え方に仮想世界の見え方をシームレスに重畳提示することにより、視覚機能の増強を実現する複合現実感／拡張現実の研究に取り組んでいます。

言語の壁は大昔から私達にとって大きな障害となっています．2020年には東京でオリンピックで行われるとあって，異言語話者間のコミュニケーションの重要性は高まっています．筑波大の中を見ても，国際化や多国籍な留学生の増加など，多言語化は重要な課題になっています．一方，言葉が通じない相手とコミュニケーションをとることを支援する方法はいくつか考えられます．例えば通訳できる人を紹介する，誰かに翻訳をしてもらう，機械翻訳を用いるなどです．人の力を借りる方法は正確に翻訳してくれますが，常にそのような人が見つかるわけではありません．機械翻訳はいつでも素早く翻訳してくれますが，まだまだ翻訳精度は高くありません．しかし，精度が低くても物は使いようです．精度を上げる努力をしつつ，どのように使えば機械翻訳でもコミュニケーションの役に立てるか考えるという研究を行っています．

音楽情報処理や歌声情報処理を中心に、人々の生活の豊かさの向上に資するメディアインタラクション技術を研究開発しています。音楽情報処理、特に音楽理解技術やそれに基づく音楽インタフェースに関する25年以上の世界最先端の研究実績から、国内外で広く認知された研究拠点となっています。具体的には、音楽理解技術に基づいて音楽を自動解析する能動的音楽鑑賞サービス「Songle」(http://songle.jp)、Web技術と音楽技術に基づいて大規模コンテンツを俯瞰可能にする音楽視聴支援サービス「Songrium」(http://songrium.jp)、音楽理解技術、HCI、プログラミング言語技術に基づく歌詞アニメーション制作支援サービス「TextAlive」(http://textalive.jp)、自然な歌唱をより容易に歌声合成可能にするシステム「VocaListener (ぼかりす）」（VOCALOID拡張ソフトウェアとして製品化）等のように幅広い研究開発に取り組み、社会実装を進めています。

人間と同様な、臨機応変で柔軟性の高い視覚認識機能を機械（計算機）で実現することが夢です。そのための計算機視覚（コンピュータビジョン）の研究を、主にロボット応用・医用応用を対象に行っています。特に、形状が変化する柔らかい対象物の視覚認識は難しく面白い課題で、ロボット応用だと衣類のような柔らかな対象物を扱う場合に、医用応用だと乳房や胃など柔らかな組織の検査画像を扱う場合に必要となります。
　右図は、ロボットによる衣類自動ハンドリングのための視覚認識研究の実験例です。例えば、机上に置かれたトレーナを肩で広げるという動作をしたいとき、ロボットは、まず、片手でトレーナを持ち上げトレーナがどのような形状で持ち上がり、肩はどの位置でどのような向きにあるかを視覚情報から認識する必要があります。衣類は、扱う過程で形が大きく変わり、見え方もその状態によって大きく変わるので、この自動認識は簡単ではありませんが、計算機内でその変形をシミュレーションし、画像上での見え方を予測しながら解析するアプローチで取り組んでいます。また、衣類に働きかける動作と動作後に観測した画像の処理をうまく連携させることで、高度な認識を実現します。

本研究室では、現実世界と仮想世界とを有機的に結び付ける拡張現実（AR）や複合現実（MR）に関する研究開発を、サービス工学的視点から進めていきます。サービスの生産性向上は、経済の持続的発展のために必要不可欠な要素です。従来のように経験や勘だけに頼るのではなく、科学的工学的手法を確立してサービスの生産性向上を達成する枠組みをサービス工学と呼びます。サービス現場における人間行動は、環境刺激によって影響を受け、行動の一部がPOSデータ等の結果として現れます。これら全ての要素を、時空間的・意味的関係も含めて計測し、直感的に提示することで、サービス現場が余すことなく明らかになっていきます。このようなアプローチを拡張サービス・プロセス・リエンジニアリング（ASPR）と呼んでいます。もちろん、それらすべてを実現することは困難な課題が山積していますが、本研究室では、スマートフォンなどに搭載されるセンサやカメラを用いた人間行動理解や屋内外環境計測、さらにそれらの応用によって、ASPRに少しでも寄与すべく、研究に取り組んでいます。

本研究室では、社会課題を解決することを目的とした人工知能技術の活用方法について研究を行っています。機械学習に基づく画像解析や音響データ解析による異常検知などをコア技術とし、社会インフラ診断および医療診断・ヘルスケア支援に資する技術の実用化に向けて主に活動しています。社会インフラや産業インフラの点検や調査では、打音試験や近接目視、触診などが一次検査として広く行われ、異常が発見された場合には、その後の経過観察や精密な機器による二次検査に進みます。ここで重要なのは一次検査で異常を見落とさないことなのですが、検査員の経験や感覚に依存していることや、熟練検査員の数は高齢化に伴い減少していくことなどの問題点があります。そこで私たちは、コンクリート構造物の打音検査や、水道管、風力発電機などの異常振動の検査を人工知能で支援する取り組みを行っています。検査員の五感に頼らず、機械学習に基づく解析技術により検査結果を定量化することで、異常の見落としにつながる検査品質のバラツキやミスを防止します。

デジタル画像処理を基礎とするコンピュータビジョンやパターン認識の各種手法を用いて、実環境において、リアルタイムで認識可能なヒューマンセンシングに関して研究しています。基本的な仕組みとして、ステレオカメラや距離カメラを用いて距離画像とテクスチャ画像を取得し、距離をキーとしてシーン内の対象を認識します。ファンレス・ドライブレスな小型組込型計算機での実装により、設置条件が厳しい場所にも適応し、認識対象に応じて複数のカメラを適宜設置、ネットワーク接続することで、処理の分散と統合を実現するユビキタスなビジョン環境を構築し、その視野内の人々を中心とする認識を実現します。
主な応用としては、インタフェース系として、通常の機器が使えない重度障害者を支援するビジョンインタフェースを研究開発しています。また、屋外など環境変動が激しいシーンでのビデオサーベイランス系の応用として、屋外での人流解析などの人の行動認識に関する研究しています。さらに、より深い行動認識を実現する研究として、ER内での医療者の動きを解析し、会話分析とも組み合わせることで医療のシミュレーション教育に活かす研究も行っています。

　生物を始め自然界では各階層における要素同士が影響し合うことで複雑なシステムを構成しています。要素間の相互作用から人が予想もつかない機能や形態が創発し、かつ動的にシステムが維持されているのが特徴です。本研究室では、そのような要素間の相互作用による全体機能の創出に着目し、工学への応用を研究しています。具体的には、ロボットを複数の細胞機械（モジュール）から構成することで、環境や用途に応じて形態を変更でき、故障した細胞機械を切り離して置き換えることで全体機能を維持できる分散型機械システムの研究や、センサネットワークを構成する無線ノード同士が自律分散的にお互いの通信タイミングを調整することで、全体として通信衝突のない安定したネットワークを維持する自律分散ネットワーク手法の研究開発を実施しています。また、近年インフラの維持管理、災害調査用ロボットが注目されていますが、そのような過酷な環境で動作するロボットシステムの研究開発や、複数のロボットが協調的に配管内を移動しながら検査を行う分散ロボットの研究も進めています。本研究室では、自律分散をキーワードに、集中制御では実現困難な頑健なシステムを構築するための手法の研究を通して、実用的な技術の開発を目指しています。

地球温暖化などの環境危機はますます深刻化しています。また3Dプリンタなどの技術はクラウドワーキングなどの新しい働き方を生み出し、一企業だけで製品設計や製造が完結しない、オープンなモノづくりへの潮流が生まれています。このような危機や変化に対処して持続可能な社会を築くためには、製品設計や製造の方法を大きく変革していかなくてはなりません。そのための方法論の一つとしてライフサイクル設計という考え方が注目されています。
ライフサイクル設計とは、人工物が製造されてから最終的に廃棄されて土に還るまでに生じる環境負荷とコストを最小化し、人工物が生涯を通じ生み出す価値を最大化することを目指す設計の考え方です。ライフサイクル設計では設計図等の人工物を製造するために必要な情報に加えて、人工物を構成する部品や材料そのものの生涯、つまり、それらをどのように作成し、使用終了後にはどのように再利用・廃棄すればよいかを事前に決定することが課題となります。また計画された再利用等がきちんと実行されるようなビジネスモデルの設計も重要です。私たちは、ライフサイクル設計を体系的に進めるための方法論やツールの開発を行っています。

高齢化社会におけるＱＯＬ向上やサービスの効率化を目指して，日常生活・業務において人の支援を行うロボット技術の研究開発を行っています．個別の支援技術の要素開発に加え，ユーザの生活を分析し機器の設計につなげる設計支援や，安全性および効果の評価技術の開発を行い，実証実験や企業との連携を通じて，実用化による社会への成果還元を目指しています．
　生活支援の設計・評価技術としては，ロボット開発の前段階で行う生活分析，要求分析，および開発後に行うベネフィット評価，コスト分析などの研究に取り組んでいます．
　また，生活支援ロボットを実現するための実装技術としては，ビジョンによる高精度な位置・姿勢のセンシング，空間知能化，操作インタフェースなどの開発を行っています．
　また，ロボット技術の医療・福祉応用として，人に酷似したアンドロイドを用いた発達障害児のコミュニケーション支援や，リハビリ支援の研究を，医師等の専門家と連携しながら行っています．

情報通信技術に関する研究を通じて医工連携を推進する立場から、医師や医療従事者の負担を軽減し、診断能力を補助・強化する手法の実現など、高品質な医療を広く普及させるための基盤技術の確立を目指しています。最近では、超音波検査やMRI、内視鏡、病理検査を対象に、がん等の病変の自動的検出、データベースからの高速な類似症例検索などにより、医師の診断を支援する手法やシステムの研究開発を行っています。また、リハビリテーション分野での活用を目指し、ビデオ映像をもとに歩き方の特徴を定量的に評価する研究にも取り組んでいます。これらを達成するため、知的な情報処理を実現すべく、様々な技術領域に強い関心を持って、新しい計算原理に関する基礎研究から、それらの応用研究まで、幅広く活動しています。研究の成果については、国内外の学会で発表するだけでなく、企業との共同研究などを通じた実用化・製品化を積極的に推進します。
　超高齢社会を迎えた現在、社会全体で健康長寿を実現する仕組みが不可欠となっています。我々は、工学的なアプローチにより多くの命を救う技術開発を行い、安心して暮らせる社会の実現に貢献します。

当研究室では、ヒューマノイドロボットを主な対象としたロボットの高度な自律性や適応性の実現のための動作の計画・制御、また人間動作の解析とその再現などの研究を行っています。具体的な研究テーマとしては、複雑な環境におけるロボットの全身動作計画や制御、また、人間動作の解析と理解、人体モデル(DhaibaWorks)の開発とそれに基づくシミュレーション、ヒューマノイドによるその再現とアシスト機器評価などの研究課題を推進しています。ロボットの動作計画や制御手法の基礎を学び、最適化手法やシミュレーション技術などの最新の成果を融合して、実世界で有用な作業をロボットに効率的かつ適応的に実行させる動作計画・制御技術、また製品設計・評価に有益な人間シミュレーション技術の確立を目指しています。研究室には、成果を実証するため、等身大のヒューマノイドHRP-2とHRP-4が設置されており、人体・ロボットのシミュレーション環境も整備しています。産総研での配属先はフランス国立科学研究センター（CNRS）と共同で設立された国際研究組織「AIST-CNRSロボット工学研究ラボ」で、常時10人以上在籍する外国人研究者と切磋琢磨して国際感覚を磨きつつ、上記のロボティクス・人間モデリングの先端研究課題に取り組める環境が特徴です。