연구과제(영화 7년도 개시분)

● 프로젝터를 이용한 배경 지향 Schlieren 법에 의한 비축 대상 물체 주위의 초음속 유동장의 시각화 화상에 CT 기술의 적용에 의한 정량적 3 차원 재구성 기술에 관한 연구
・실시 기간:2025년 4월~2026년 3월
・연구 대표자：
【교원】고전 항공 우주 공학 코스 준 교수 우다가와 마사스케
【학생】고전 창조 공학 전공 기계 공학 코스 1년 사쿠마 마음
・연구 협력자:
【교원】도립대학대학원시스템디자인연구과 항공우주시스템공학역 준교수 시마무라 코헤이
【학생】
도립대학 대학원 시스템 디자인 연구과 항공 우주 시스템 공학역 박사 전기 과정 2년 무라마츠 무명
도립 대학 대학원 시스템 디자인 연구과 항공 우주 시스템 공학역 박사 전기 과정 1년 구마자키 오토모

연구 배경
　충격파를 수반하는 고속의 유체 현상의 연구에서는, 옛부터 보급되어 있는 Schlieren법으로 대표되는 가시화 계측법에 의해 유체의 밀도 구배장의 가시화가 널리 행해지고 있다. 한편 최근에는, 고해상도의 이미지 센서를 사용 디지털 카메라가 널리 보급되고 일반용 컴퓨터의 성능이 향상되었기 때문에 Schlieren 이미지를 디지털로 처리하는 배경 지향 Schlieren 법 (Background-Oriented Schlieren 법, BOS법)이 주목받고 있다 BOS법은 관측부 배후에 설치한 배경 화상을 디지털 카메라로 촬영해, 관측 현상에 의해 배경 화상 패턴이 어느 정도 이동하고 있는지를 컴퓨터 화상 처리에 의해 구하는 방법이며, 관측부로부터 배경까지의 거리가 커짐에 따라 감도는 오르지만, 상보 케도 커지는 등의 단점이 존재하는 한편, 광학계를 간소화하기 쉽고, 배경 화상에 랜덤 도트 패턴을 이용한 경우 PIV 화상 해석 알고리즘을 이용해 배경 이동량으로부터 흐름의 밀도장을 정량적으로 계측할 수 있는 등의 메리트가 있어, 현재 국내외에서 활발히 연구가 진행되고 있다.

概要
　상술한 배경으로부터, 신청자들은 BOS법에 주목해 연구를 진행하고 있어 지금까지 도립 대학 히노 캠퍼스에서 소유한 초음속 풍동을 사용해, 마하수 2.0의 기류중에 설치된 원뿔 모형 주위의 유동장의 스트라이 프패턴 배경에 의한 BOS 계측을 실시하고, 얻어진 가시화 화상에 대해 축대칭을 가정한 Abel 변환을 실시해, 도면에 나타내는 바와 같은 3차원 밀도장의 취득에 성공했다(2023년도 충격파 심포지엄에서 보고제). 현재는 중심축상에 Abel 변환 특유의 노이즈가 남아, 축대칭성이 성립되지 않는 복잡한 형상의 모형에 대해서 Abel 변환을 적용할 수 없어, 3차원 밀도장의 취득이 불가능하다고 하는 문제가 있다. 그래서 본 사업에서는, 재구성법으로서 의공학 분야에서 널리 보급되고 있는 CT 기술에 이용되는 ART법에 주목해, 초음속 흐름 중에 설치된 비축 대상 형상의 모형을 이용한 BOS 계측에 의해 얻어지는 화상으로부터, ART법에 의한 재구성을 실시해, 복잡한 3차원 유동장의 정량적 평가를 실시하는 것을 목적으로 한다. 또한, 프로젝터를 이용한 새로운 BOS 광학계를 구축하고, 종래부터 문제가 되고 있는 화상 bokeh와 감도의 트레이드 오프 관계를 근본적으로 회피하는 것을 시도한다.

예상되는 성과
　지금까지 3차원 밀도장의 재구성에 관해서는 신청자들의 보고도 포함해, 몇개의 선행 연구가 행해지고 있지만, 재구성시에 생기는 노이즈나 상 노망 등의 영향으로부터, 복잡한 유동장에 대한 3차원 밀도장의 재구성에 관해서는 많은 과제가 남아 있다 특히 배경 화상과 관측 대상의 디포커스의 영향을 배제해 복잡한 유동장에 있어서의 3차원 밀도
　본 사업은 1년간 실시할 예정이며, 3개월을 대체로 구분한 각 쿼터의 진척목표를 다음과 같다.

제1Q: 프로젝터를 이용한 BOS 광학계의 구축, 대칭 모형에 의한 실증 실험
제2Q：비축 대칭 풍동 모형의 설계·제작, 풍동 실험의 실시, 평가 및 광학계 개량
제3Q：ART법에 의한 3차원 재구성 프로그램의 개발, Abel 변환과의 비교 평가
제4Q: 수치 해석 결과와 실험 결과의 비교에 의한 정량 평가

　이러한 대처에 의해, 향후의 목표인 3차원 초음속 정상 흐름의 BOS법에 의한 고해상도의 밀도장 재구성법의 구축으로 이어질 것이 기대된다.

● 촉각과 청각의 크로스 모달 효과를 이용한 터치 스위치의 설계 방법의 확립
・실시 기간:2025년 4월~2027년 3월
・연구 대표자：
【교원】고전 의료 복지 공학 코스 준 교수 후루야 토모와
【학생】고전 창조 공학 전공 기계 공학 코스 1년 아키야마 공장
・연구 협력자:
【교원】도립 대학 대학원 인간 건강 과학 연구과 헬스 프로모션 과학 학역 교수 히구치 타카히로
【학생】
도립 대학 대학원 인간 건강 과학 연구과 건강 프로모션 과학 학역 박사 후기 과정 3년 사카사키 준타로
도립 대학 대학원 인간 건강 과학 연구과 건강 프로모션 과학 학역 박사 후기 과정 3년

연구 배경
　IT기기의 터치 패널이나 자동차나 가전 등의 물리형 스위치 등 손가락으로 터치하는 기기는 매우 많아, 다기능화에 의해 스위치의 수나 조작수가 늘어난 것에 의해, 스위치의 누름 실수에 의한 오조작이 발생하는 경우가 있다. 특히 자동차의 운전 지원 기능의 조작은, 약간 육안 시간으로 스위치 조작해야 하며, 조작에 시간이 걸리는 일이나 오조작에 의해 사고로 이어질 우려가 있다.

概要
　크로스모달 효과란, 시각·청각·촉각 등의 감각 정보간의 상호작용에 의해 지각이 변화하는 현상이며, 그 효과를 응용하는 것으로 다양한 표현이 가능해진다. , 촉각 정보(재질을 건드렸을 때의 촉감, 진동 자극을 가했을 때의 촉감)에 대해서, 청각 정보(재질을 접했을 때의 소리)를 조합했을 때의 크로스모달 효과와 각각의 물리 특성(재료의 거칠기, 경도, 마찰, 소리·진동의 ​​주파수 특성 등)과의 관계를 조사해 노린 크로스모달 효과를 유발 우선, 다양한 재료로의 촉감, 접했을 때의 소리의 인상을 평가해 특징을 이해한다. 이 식으로부터, 재료, 소리, 진동의 특성의 조합으로부터 유저에게 주는 촉감이 설계 가능하게 된다.

예상되는 성과
예상되는 성과 Ⅰ: 플라스틱 재료의 촉감에서 크로스 모달 효과
산업 적용을 위해 엔지니어링 플라스틱재를 대상으로 하여 그 촉감에 청각정보를 더함으로써 크로스모달 효과의 영향을 조사한다. 소리의 인상(청각정보)에 대해 SD법을 이용한 평가에 의해 인상을 정량화한다.

기대되는 성과 II: 크로스모달 효과를 이용한 플라스틱 재료의 촉감의 설계 수법
각 재료의 물리 특성을 측정하고, SD법에 의해 정량화된 인상 데이터와 각 재료의 물리 특성과의 관계를 조사한다. 이특성의 대응해, 촉감의 인상을 설계하기 위한 통계 모델식(예: 경도감=계수×재료의 탄성 특성＋계수×음의 고주파 성분)을 구한다.

기대되는 성과 Ⅲ: 실차에서의 검증과 실용화에 착수한 실차에의 적용방법의 제안
산업 적용의 일례로서 자동차 운전 중 스위치의 조작성, 식별성에 대해 드라이빙 시뮬레이터를 이용하여 평가를 실시한다.

●유욕 윤활하에서의 흐름의 거동에 대해서
・실시 기간:2025년 4월~2026년 3월
・연구 대표자：
【교원】고전 로봇 공학 코스 교수 타무라 에만
【학생】고전 창조 공학 전공 기계 공학 코스 2년 이데 유키
・연구 협력자:
【교원】도립대학 대학원 시스템 디자인 연구과 기계 시스템 공학역 교수 오가타 사토시
【학생】도립 대학 대학원 시스템 디자인 연구과 기계 시스템 공학역 박사 전기 과정 1년 호시카와 스루스케

연구 배경
　회전 동력을 전달하는 기계 요소 중에서도 기어는 동력을 확실하게 전달하기 때문에 널리 사용되고 있다. 한 쌍의 기어가 맞물려 치아의 접점에서 마찰이 발생합니다. 여기서 발생하는 열은 기어, 베어링, 축의 온도 상승 등을 일으키고, 과도한 온도 상승은 치아의 손상 등으로 이어진다. 따라서 적절한 윤활이 필요합니다. 윤활에는 다양한 방법이 있지만, 기어의 일부를 담그고 윤활하는 유욕 윤활은 다른 방법에 비해 특별한 장치가 필요 없고 구조가 간단하다는 이점이 있다. 유욕 윤활하에 있어서의 기어 장치에서는, 윤활유를 열의 발생원에 공급하고, 윤활유의 흐름에 의해 그 열을 효율적으로 방출할 필요가 있다. 그러나 기어 주변의 흐름과 윤활유 자체의 거동에 대해서는 지금까지 거의 연구의 대상이 아니었다.

概要
　본 연구에서는 유욕윤활하에서의 기어장치내의 흐름의 거동을 파악하는 것을 목적으로 한다. 판은 기어 박스 정면에 설치한다. 기어 하부 부근 등)에서 열전쌍을 이용한 윤활유의 온도 변화의 계측과 윤활유의 흐름의 가시화를 실시한다. 한 경우의 흐름의 정류화의 효과에 대해 온도 변화와 흐름의 가시화로부터 검증한다.

예상되는 성과
　부하 토크·회전수·윤활유의 종류를 바꾸었을 때의 유욕 윤활하에 있어서의 기어 장치내의 윤활유의 온도 변화의 계측과 거동을 관찰한다. 합에는 다공의 알루미늄판을 이용한 보조구를 삽입함으로써 흐름의 정류화를 목표로 한다. 이는 기어장치의 연속적인 장시간 운전이 더욱 가능해지는 것을 의미하며, 윤활유의 비용 절감에도 이어진다.

● 점균 중심성에 기초한 네트워크 수송의 내고장성 평가
・실시 기간:2025년 4월~2026년 3월
・연구 대표자：
【교원】고전 전기전자공학 코스 교수 야마모토 테츠야
【학생】고전 창조 공학 전공 전기 전자 공학 코스 1년 오오타케 카즈키
・연구 협력자:
【교원】도립대학 대학원 시스템 디자인 연구과 정보 과학역 교수 아카다 마사키
【학생】
도립 대학 대학원 시스템 디자인 연구과 정보 과학역 박사 후기 과정 1년
도립 대학 대학원 시스템 디자인 연구과 정보 과학역 박사 전기 과정 1년 테라무라 쇼토

연구 배경
　교통망이나 전력망·통신망 등, 현대사회에 빠뜨릴 수 없는 인프라의 네트워크 설계에 있어서, 저비용으로 높은 수송효율을 실현하는 것은 중요한 목표 중 하나이다. 우리는 인프라 네트워크에서의 '수송'에 주목하여 점균 중심성을 이용한 내고장성과 수송 효율 평가를 실시해 왔다.

概要
　점균 중심성은 대상 네트워크에 수로들에 의해 제안된 점균 알고리즘을 적응하여 각 노드의 수송량을 기초로 정량화하는 지표이다. 다입력·다출력계에 있어서의 점균 중심성 지표의 유효성을 검증해, 「수송」의 내고장성을 향상시키는 수법을 검토한다. 이 방법은 허브 노드 등의 네트워크 내 구조적 취약성을 배제하고 고장이나 공격에 대한 내성 향상을 목적으로 하고 있다.

예상되는 성과
　본 연구에 의해, 「다입력 다출력계의 네트워크에 있어서도, 점균 중심성이 수송량 확보에 중요한 노드의 지표가 되는 것이 나타내어, 점균 중심성에 근거하는 내고장성 향상 수법이 확립된다」가 기대된다. 비용을 고려한 네트워크 설계가 용이해질 뿐만 아니라 기존 네트워크를 고장에 대해 수송량 확보 가능한 네트워크로 재구축하는 지침이 될 것으로 기대된다.

● 고령자를 향한 지역 모빌리티의 인클루시브 디자인의 연구
・실시 기간:2025년 4월~2027년 3월
・연구 대표자：
【교원】고전 의료 복지 공학 코스 준 교수 후루야 토모와
【학생】고전 창조 공학 전공 기계 공학 코스 1년 요시타니 하야마
・연구 협력자:
【교원】도립 대학 대학원 인간 건강 과학 연구과 헬스 프로모션 과학 학역 교수 히구치 타카히로
【학생】
도립 대학 대학원 인간 건강 과학 연구과 헬스 프로모션 과학 학역 박사 후기 과정 2년 겨드랑이 타타로
도립 대학 대학원 인간 건강 과학 연구과 헬스 프로모션 과학 학역 박사 후기 과정 2년 히로사키 소대

연구 배경
　지역 대중교통이 없는 지역에 있어서, 고령자의 자동차의 면허 반납은 이동 수단이 빼앗기기 때문에 큰 문제이다. 2024 중 액티브한 Choju(장수) 사회의 실현을 내걸고 있어, 고령자가 자신답게 활약할 수 있어 불안 없이 생활할 수 있게 하려면, 어디에서나 불안이나 스트레스 없이 이동할 수 있는 환경이 요구되고 있다. 대중교통의 대안으로서 지방자치단체나 NPO가 운영하는 지역모빌리티가 운용되고 있지만, 기존의 상용차가 많이 사용되고 있어 신체적인 부하의 저감이나 고령자의 요구를 반영하는 것이 어렵다. 궁에서는, 인클루시브 디자인에 주목했다.인클루시브 디자인이란, 고령자나 장애인 등 종래의 제품이나 서비스의 대상으로부터 배제되어 온 사람들을, 디자인의 상류로부터 말려들 수 있는 수법이며, 거기에 디지털 툴을 활용하여 효율적이고 창조적으로 디자인한다.

概要
　이 연구는 세 단계로 진행한다. 첫 번째 단계는 타마 지역의 노인을 대상으로 워크샵을 수행하고 노인을 향한 이동성의 잠재적 요구와 과제를 추출한다. 어디까지의 인지·감각·신체 특성이 있는지 파악한다 기존의 차량은 어디까지의 능력을 가진 사람들을 배제한 디자인이 되고 있는지 파악한다. CAD·휴먼 모델을 이용해 검토해, VR 시스템에 의해 고령자의 평가하는 것으로 이상의 형상에 접근한다. 하는 방안의 검증을 위해 차량 모형을 제작한다. 모형은 주로 알루미늄 프레임과 발포재를 이용한다. 히구치 교수의 연구실에서는, 고령자의 전도 예방의 연구나 VR 시스템을 이용한 평가를 실시하고 있어, 주로 고령자의 지각 운동 제어의 분석, VR 평가에 대해서 협력해 받는다.

예상되는 성과
　본 연구의 성과는 지역 대중교통의 공백지역에서 이상적인 모빌리티를 제안함으로써 운전이 불가능한 이동수단을 잃은 고령자의 삶의 질(QoL) 향상에 공헌할 수 있다.
　학생의 육성에 대해서는, 인간 건강 과학 연구과와의 제휴를 위해, 본 연구 활동이나 도립대에의 인턴십을 통해 인간 건강 과학의 지견을 깊게 할 수 있어, 요즘 요구되고 있는 의공 제휴 사업으로 활약할 수 있는 기술자의 육성이 기 또한 기다릴 수 있다. 또한 이 활동을 통해 고전전공과에서 인간건강과학연구과 박사 전기과정까지의 원활한 연결도 가능해지기 때문에 법인 내에서의 새로운 의공연계교육 프로그램과 진학제도 검토의 재료로도 공헌을 기대할 수 있다.

문의처
도쿄도 공립 대학 법인 경영 기획실 기획 재무과
전화 03-5990-5388