文部科学省卓越大学院プログラム『パワー・エネルギー・プロフェッショナル(PEP)育成プログラム』は、
電力・エネルギー新産業創出に寄与する人材を輩出することを目的とした修士・博士後期5年一貫の博士人材育成プログラムです。
＜ご参考＞
PEP卓越大学院プログラムHP　https://www.waseda.jp/pep/
パンフレット　https://www.waseda.jp/pep/pamphlet/
募集要項出願書類　https://www.waseda.jp/fsci/admissions_gs/guidelines/pep/

この度、本プログラムの7期生（2024年4月進入・編入）募集説明会を以下のように開催致します。
当日は、プログラム説明後に現役PEP生も参加して、皆さんの質問にお答え致します。
奮ってお申込みください。
＜概要＞
対象：現在、電力系・エネルギーマテリアル系を専攻分野としている（あるいは現在それらの分野に関心がある）以下の学生、社会人
・学部3年生、4年生
・修士課程／一貫制博士1年生、2年生
・2024年4月に以下の参画専攻博士後期課程入学予定者
［参画専攻］
・基幹理工学研究科（機械科学・航空宇宙専攻、電子物理システム専攻）
・創造理工学研究科（地球・環境資源理工学専攻）
・先進理工学研究科（応用化学専攻、電気・情報生命専攻、ナノ理工学専攻、先進理工学専攻）
・環境・エネルギー研究科（環境・エネルギー専攻）

日時：2023年11月30日（木）12:30～13:10（途中入退室可）
形式：Zoomオンラインミーティング（申請フォームから参加登録いただいた方にURL詳細等、11/29(水)を目途にメールでお送り致します。）
内容：・PEP卓越大学院プログラム概要説明（研究指導・支援体制、カリキュラム、進路、経済的支援等)
・2024年4月(7期生)進入/編入募集日程
・質疑応答（プログラムコーディネーター林泰弘教授、PEP事務局が質問にお答え致します。）
・現役PEP生の体験談と質疑応答

＜申請フォーム＞
PEPプログラムに少しでも関心のある方はお気軽に、以下URLよりお申込みください。
https://x.gd/RVsGl

申込締切：11月30日（木）10:00まで

＜お問合せ＞
PEP卓越大学院プログラム事務局（51号館1F理工統合事務所内）
TEL：03-5286-3238　Email：[email protected]

理工学術院
「エピジェネティクス研究のがん研究への応用」(2023/11/17) 2023年10月27日 17:06

「エピジェネティクス研究のがん研究への応用」(2023/11/17)

理工学術院

著者: staff

2023年10月27日 17:06

演題：エピジェネティクス研究のがん研究への応用
日時：2023年11月17日(金) 16：30－18：10
会場：西早稲田キャンパス　55号館 S棟6階ゼミ・会議室B　610
講師：立和名　博昭（公益財団法人がん研究会がん研究所研究員）
対象：学部生・大学院生、教職員、学外者、一般の方
参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。
主催：先進理工学研究科　化学・生命化学専攻
問合せ：早稲田大学理工センター総務課
TEL：03-5286-3000

理工学術院
「組織幹細胞はなぜ不均一な状態になるのか？」(2023/11/10) 2023年10月27日 16:35

「組織幹細胞はなぜ不均一な状態になるのか？」(2023/11/10)

理工学術院

著者: staff

2023年10月27日 16:35

演題：組織幹細胞はなぜ不均一な状態になるのか？

日時：2023年11月10日(金) 16：30－18：10

会場：西早稲田キャンパス　55号館 S棟6階ゼミ・会議室B　610

講師：鈴木　伸之介（自然科学研究機構基礎生物学研究所　助教）

対象：学部生・大学院生、教職員、学外者、一般の方

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：先進理工学研究科　化学・生命化学専攻

問合せ：早稲田大学理工センター総務課

TEL：03-5286-3000

理工学術院
「Modulation instability and excitation of periodic waves」(2023/11/13) 2023年10月23日 16:42

「Modulation instability and excitation of periodic waves」(2023/11/13)

理工学術院

著者: staff

2023年10月23日 16:42

演題：Modulation instability and excitation of periodic waves

日時：2023年11月13日(月)16:30-18:10

会場：西早稲田キャンパス　62号館W棟１階大会議室A（東側）

講師：Nail Akhmediev （オーストラリア国立大学名誉教授）

対象：学部生・大学院生、教職員、学外者、一般の方

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：基幹理工学部　応用数理学科

問合せ：早稲田大学理工センター総務課

TEL：03-5286-3000

理工学術院
「肝臓マクロファージの組織・疾患特異的表現型の獲得機構」（2023/12 /1） 2023年10月23日 14:28

「肝臓マクロファージの組織・疾患特異的表現型の獲得機構」（2023/12 /1）

理工学術院

著者: staff

2023年10月23日 14:28

演題：肝臓マクロファージの組織・疾患特異的表現型の獲得機構

日時：2023年12月1日(金) 17：00 – 19：00

会場：早稲田大学　TWIns　生命医科学会議室　02C201

講師：酒井真志人（日本医科大学大学院医学研究科教授）

対象：学部生・大学院生、教職員、学外者、一般の方

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：早稲田大学先進理工学部　生命医科学科

問合せ：早稲田大学理工センター総務課

TEL：03-5286-3000

理工学術院
「Redox-Active Conjugated Microporous Polymers for Ultra-High Areal Capacity Organic Batteries」(2023/11/9) 2023年10月23日 12:03

「Redox-Active Conjugated Microporous Polymers for Ultra-High Areal Capacity Organic Batteries」(2023/11/9)

理工学術院

著者: staff

2023年10月23日 12:03

演題：Redox-Active Conjugated Microporous Polymers for Ultra-High Areal Capacity Organic Batteries

日時：2023年11月9日(木) 10：00－11：40

会場：西早稲田キャンパス　55号館S棟510室

講師：Rebeca Marcilla García（IMDEA Energy主任研究員）

対象：学部生・大学院生、教職員、学外者、一般の方

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：先進理工学部　応用化学科

問合せ：早稲田大学理工センター総務課

TEL：03-5286-3000

理工学術院
「Tokyo Vernacular: Historical Memory and the Politics of the Everyday」(2023/11/13) 2023年10月17日 10:57

「Tokyo Vernacular: Historical Memory and the Politics of the Everyday」(2023/11/13)

理工学術院

著者: staff

2023年10月17日 10:57

演題：Tokyo Vernacular: Historical Memory and the Politics of the Everyday

日時：2023年11月13日(月) 19時00分～20時40分

会場：西早稲田キャンパス　55号館N棟1階第1会議室

講師：SAND JORDAN ALEXANDER（ジョージタウン大学教授）

対象：学部生・大学院生、教職員、学外者、一般の方

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：創造理工学部　建築学科

問合せ：早稲田大学理工センター総務課

TEL：03-5286-3000

理工学術院
ロボットアーム運動生成旧来比4倍を超える高速計算手法を開発 2023年10月16日 11:25

ロボットアーム運動生成旧来比4倍を超える高速計算手法を開発

理工学術院

著者: contributor

2023年10月16日 11:25

ロボットアーム運動生成旧来比4倍を超える高速計算手法を開発

量子インスパイアード技術「デジタルアニーラ」を活用した世界初の取り組み

発表のポイント

ロボットの運動時のエネルギー消費の低減に向けて、効率的な運動軌道を導いたり、その軌道を実現する各時間の加減速への考慮を行ったりするための最適化計算は、これまで運動そのものに比べて膨大な時間を要し、ロボット開発やその進歩にとって大きな障壁となっていました。

組合せ最適化問題を高速に解くことに特化した「デジタルアニーラ」の技術を用いて、ロボットアーム先端の軌道求める最適制御問題として定式化しました。

今回開発した計算手法によって、エネルギー消費の観点で最適な運動生成を達成する高速計算を実現すると同時に約10％のエネルギー消費の低減をもたらすことができました。

早稲田大学（以下、早大）理工学術院総合研究所の大谷拓也（おおたにたくや）次席研究員ならびに同大理工学術院の高西淳夫（たかにしあつお）教授らの研究グループは、富士通株式会社（以下、富士通）との産学連携により、次世代コンピューティングの一つであるアニーリング方式に属する、富士通の量子インスパイアード技術^*1「デジタルアニーラ^*^２」を用いて、ロボットの構造に応じたエネルギー消費の少ない運動を高速で計算する手法を提案しました。量子インスパイアード技術をロボットアームの運動生成に活用する取り組みとしては世界初となります。

本研究成果は世界最大の学術研究団体であり、全世界に40万人を超える会員を有する米国電子電気学会（IEEE）発行の『IEEE access』に2023年9月28日（木）（現地時間）に掲載されました。

【論文情報】
雑誌名：IEEE access
論文名：Energy Efficient Path and Trajectory Optimization of Manipulators with Task Deadline Constraints
DOI：10.1109/ACCESS.2023.3320143

(1)これまでの研究で分かっていたこと（科学史的・歴史的な背景など）

近年、様々な場面でロボットの実用化が進み始めている一方で、エネルギー不足の問題は、ロボット分野のみならず、世界的な問題として深刻化しています。ロボットのエネルギー効率が低いと、エネルギーが無駄に消費されてしまいます。人間は、身体に多くの関節を持ち、手の位置が同じでも様々なポーズで実現することができ、楽な姿勢をすればエネルギー消費は減ります。人間と同じく、ロボットがどのように動くかによってエネルギー消費は変わります。

そのため、ロボットが腕を動かして作業をする際の手の位置が同じであっても、どのように動くかをロボット自身が自動でエネルギー消費の少ない運動を求める計算ができれば、ロボットの運動時のエネルギー消費を低減できます。しかし、腕や足は複数の関節から成ることでその計算が複雑となるため、運動に対して膨大な時間が必要でした。また、ロボットの動く軌道と、その軌道を実現する際の各時間の加減速を同時に考慮することは困難でした。

(2)今回の研究で新たに実現しようとしたこと、明らかになったこと

ロボットのエネルギー消費を低減する方法として、ロボットができる運動範囲の中からエネルギー消費の少ないポーズを考慮できれば、作業時間の一部はエネルギー消費の少ないポーズを経由して動くことができます。また、ロボット内にバネがある場合にはバネがロボットの腕の重さを支えてくれるポーズをとるなど、ロボットの取れる範囲で最適な動作を計画することができると考えました。さらに、ロボットに指示する作業完了時間に余裕がある場合は、作業時間すべてを使ってゆっくり動くよりも、エネルギー消費の少ない楽な姿勢で待機しておき残りの時間で動く運動も、エネルギー消費を低減することには有効です。

そこで本研究では、次世代コンピューティングの一つであるアニーリング方式に属する富士通株式会社の量子インスパイアード技術「デジタルアニーラ」を用いて、ロボットの構造に応じたエネルギー消費の少ない運動を高速で計算する手法（次項「（４）そのために新しく開発した手法」参照）を提案しました。本手法では、従来の運動生成手法よりもはるかに高速に、ロボットの可動範囲全体を考慮した低エネルギー消費の運動を生成できることがわかりました。一例として、従来はロボットの運動を数式として表現して連続的に計算する手法である内点法^*3を用いて440秒かかっていた3秒間のロボット運動生成を、「デジタルアニーラ」による計算100秒で完了できました。旧来比で4倍以上の圧倒的な高速性を示すことができました。また、ロボットアームを前に伸ばす動作や、腕を上げる動作をシミュレーションし、ロボットの各部の重さや長さ、ばねの有無などを考慮してエネルギー消費を計算することで、腕を伸ばす際に短い状態で待機してから伸ばす動作や、腕を上げる際に真上にゆっくり上げてから少し前に出すような動作が生成されました（図2）。さらに、ロボット内にバネがある場合には、ばねが支えられる範囲で腕の重さを支えてもらえる位置に腕を移動した後、目標に到達する運動が生成されました。これらによって、一般的な比較対象として用意した、運動の開始地点から終了地点までの等速直線軌道を通った場合に対して、関節に必要な力の合計が約10%減少でき、エネルギー消費が少なくなりました。

(3)そのために新しく開発した手法

本研究が解くロボットの運動生成問題は、ロボットの運動時のエネルギー消費を最小化する離散化された一連のロボットアームの手の位置を求める最適制御問題として定式化します。本研究で提案する運動計画法は、主に以下の①～⑤からなる5つのステップから構成されます。

ロボットの手の可動範囲を離散化する。
離散化された手の位置とそれらの組合せにおける各関節角度、角速度、角加速度を計算する。
実行する作業に応じて目的関数と制約条件を設定する。
コスト最小化問題を二次制約なし二値最適化(QUBO)に変換する。
イジングマシンによる最適化計算を行う。

空間内でのロボットの幅広い動作を単純化するために、ロボットの手の位置を離散化します。従来は、ロボットの運動方程式を構築し連続最適化問題として解く手法が提案されていましたが、ロボットのダイナミクスが複雑であると運動方程式も複雑になり数学的に解くことが難しいことが大きな課題でした。そこで、ロボットの手の位置の時間変化が軌道であるとして連続的な軌道を各瞬間の手の位置の組み合わせと考え、各瞬間にどの手の位置にあるかを組合せ最適化計算によって求めます。ロボットが消費するエネルギーはある時刻に手先位置がどのように変化したかによって計算できるため、離散化した手の位置の中から、手の位置同士の組合せごとに必要なエネルギーを計算し、ロボットのエネルギー消費ライブラリ^*4を作成します。このデータから、各時刻の手先位置変化に必要なエネルギーの運動開始から終了までの合計が最小となる手の位置の一連の組み合せを求めます。

本研究では、量子現象に着想を得たデジタル回路設計により複雑な組合せ最適化問題を高速に解くことに特化した技術である、富士通の「デジタルアニーラ」を用いました。これにより、シミュレーテッド・アニーリング^*5などの従来の手法よりも高速に組合せ最適化問題を解くことができます。

(4)研究の波及効果や社会的影響

本研究は、ロボットアームを持つ形状のようなロボットであれば汎用的に使用できる技術となっており、論文の中でも複数のロボットアームに対して、それぞれに異なる運動を生成しています。これらによってエネルギー消費を低減できれば、これからロボットが普及していく際にも、ロボットのエネルギー問題を解決することに貢献できると考えます。また、ロボットのエネルギー消費が小さくなれば同じバッテリであっても稼働時間が長くなり、さらには、屋外環境や宇宙など、エネルギー量が限られる空間でのロボットの活躍にも貢献できると期待しています。

(5)今後の課題

現状の課題として、より関節数の多いロボットの運動生成を行うには長い時間を要してしまいます。最適化を行う範囲を段階的に設定して最適化するなどによって、さらに大規模な運動生成を高速に計算する手法が求められます。今後は、ロボットでの様々な運動生成の実証を進めるとともに、ロボットの大きさや重さだけでなく、各部の構造の違いとしてギヤの違いなどをさらに考慮していくことを目指します。

(6)研究者のコメント

最先端の量子インスパイアード技術を用いることで多くのロボットのエネルギー消費低減に貢献できる技術を開発できました。複雑なロボットの運動は既存の計算手法では解くことが難しく、量子コンピューティング技術を用いることでロボット技術もさらに発展すると思うので、これからも研究を進めます。

(7)用語解説

1　量子インスパイアード技術

量子現象に着想を得たコンピューティング技術で、現在の汎用コンピュータでは解くことが難しい「組合せ最適化問題」を高速で解く技術

2　「デジタルアニーラ」

現在の汎用コンピュータでは解くことが困難な組合せ最適化問題を高速に解く富士通独自の量子インスパイアード技術。Fujitsu Computing as a Service Digital Annealer として提供。

３　内点法

連続最適化問題のアルゴリズムであり、特に大規模な問題を高速に解くことができる。

４　エネルギー消費ライブラリ

本研究で用いる、ロボットがあるポーズからあるポーズに短時間で運動するとどの程度のエネルギーを消費するかを、ロボットが実行可能なポーズすべてについて計算しまとめたもの。

５　シミュレーテッド・アニーリング

「焼きなまし法」とも呼ばれ、大域的最適化問題へのアプローチ方法の一つ。金属を熱してから冷ます焼きなましの工程をコンピュータ計算に応用しており、最適化問題を解くために古くから使われている。

(8)論文情報

雑誌名：IEEE access
論文名：Energy Efficient Path and Trajectory Optimization of Manipulators with Task Deadline Constraints
執筆者名（所属機関名）：Takuya Otani (Waseda University)、 Makoto Nakamura (Fujitsu Ltd.)、Koichi Kimura (Fujitsu Ltd.)and 、Atsuo Takanishi (Waseda University)
掲載日：2023年9月28日
掲載URL：https://ieeexplore.ieee.org/document/10266335
DOI：10.1109/ACCESS.2023.3320143

理工学術院
進む、医理工研究交流（第３回日本医科大学・早稲田大学合同シンポジウム開催報告） 2023年10月16日 10:55

進む、医理工研究交流（第３回日本医科大学・早稲田大学合同シンポジウム開催報告）

理工学術院

著者: contributor

2023年10月16日 10:55

2023年9月30日（土）、第3回「日本医科大学・早稲田大学合同シンポジウム～両校の実質的連携を目指した研究交流～」を日本医科大学橘桜ホールにおいて開催しました。

日本医科大学と本学との連携は、2009年に締結した包括協定から始まり、実質的な研究連携への合意（2020年）を経て、本学附属校・系属校との高大接続連携に関する協定（2020年）へと発展してきました。２０２１年度からは、日本医科大学で選抜された3年生を、本学の理工系研究室に3週間迎え入れて交流を図る「研究配属」も実施しています。

シンポジウム冒頭の開会挨拶で、日本医科大学学長の弦間昭彦氏から、合同シンポジウム等を通した両大学の対話により、公的資金の獲得や論文という形で具体的な成果が現れつつあること、また、今後の一層の発展へ向けた期待が述べられました。続いて、早稲田大学副総長の須賀晃一から、研究面のみならず、高大接続連携や日医大3年生の3週間の研究配属など、教育面での連携についても着実に歩を進めており、研究と教育の両輪でさらに連携を進めることで、社会に貢献していきたいとの意気込みが語られました。

左：日本医科大学学長の弦間昭彦氏、右：本学副総長の須賀晃一

開会挨拶に続く第一部の研究紹介では、日本医科大学２名、本学２名の研究者が研究紹介を行いました。

澤田秀之（早稲田大学理工学術院教授）
「温度と微小振動刺激を利用した化学療法誘発性末梢神経障害性疼痛の診断法の開発」
山口博樹（日本医科大学血液内科学教授）
「医工連携による造血幹細胞移植診療における新規バイオマーカーの探索」
酒井哲也（早稲田大学理工学術院教授）
「人を救うコンピュータサイエンスに関するいくつかの話題」
福原茂朋（日本医科大学分子細胞構造学教授）
「血管透過性の制御機構と疾患・加齢によるその破綻メカニズム」

研究紹介の様子（左から、澤田教授、山口教授、酒井教授、福原教授）

第二部では、日本医科大学生が早稲田大学における研究配属の成果発表を行い、優秀研究賞１件が選ばれました。

浜田道昭研究室配属 1名
棟近雅彦研究室配属 2名
岩田浩康研究室配属 3名
石井裕之研究室配属 3名　※優秀研究賞
岩﨑清隆研究室配属 3名

成果発表・質疑応答の様子

左から、本学副総長の須賀晃一、優秀研究賞を受賞した日本医科大学生、日本医科大学学長の弦間昭彦氏

閉会挨拶では、まず本学常任理事の本間敬之から、日本医科大学が持つニーズと、本学がもつ手法や材料とをマッチングさせることで今回講演があったような素晴らしい成果が得られるので、今後もそのような機会を広げていきたいとの抱負が語られました。また、日本医科大学大学院医学研究科長の桑名正隆氏から、早大附属校・系属校生の日本医科大学への推薦、日本医科大学生の研究配属、研究者間の共同研究等を通じて世代を超えた幅広い交流ができており、これらが今後のさらなる両校の発展につながるものと期待しているとのお言葉がありました。