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研究室で行われている研究のテーマです。　(2024年度)
Research Introduction (in 2024)

より詳細な紹介はこちらを（ PDFファイル ）。

BMI のための次世代生体計測技術の研究
Research on the future technology of biomedical optics for BMI

「BMI」とは、Brain Machine Interfaceの略で、人と機械をつなぐ橋渡しとなる装置のことをいいます。例えば、人の頭部（頭部ファントム）に近赤外光を当てて、散乱されてくる光の情報を分析すると、脳のどの部位がどのくらい活動しているかを、おおよそ知ることが出来ます。しかしながら、これまでの技術では、脳活動の様子を精度よく計測しようとすればするほど計測に長い時間がかかってしまい、リアルタイムの計測ができない、という問題がありました。当研究室ではこの問題を解決するため、プローブに入射する散乱光強度の角度分布を調べて脳活動の部位を推定する技術や、光ナノアンテナと呼ばれる技術に着目し、生体からの散乱光を高感度かつ高速に計測する技術の確立をめざし、リアルタイムでの高精度生体計測技術の実現につながるような研究を行っています。

ミリ波・テラヘルツ波を発生できる光の発生と計測
Research on the novel techniques of generation and measurement of millimeter and terahertz waves

ミリ波やテラヘルツ波は周波数が極めて高い電磁波で、ワイヤレス通信に使うことができれば伝送速度が飛躍的に高まることが期待されており、大容量近距離無線通信の実現に不可欠な要素技術となります（8Kスーパーハイビジョンのリアルタイム伝送など）。ただし、周波数が極めて高いため、半導体素子などで発生させることが大変難しく、利用があまり進んでいないのが実情です。テラヘルツ帯で動作するデバイスの多くは、光に対しても感度があることがわかっているので、当研究室では、光を使ってミリ波やテラヘルツ波を発生させる技術に着目して、ミリ波やテラヘルツ波を発生できる光を発生させる研究を行っています。

自然現象の知的情報処理への活用
Natural computing

非線形で複雑なシステムは、制御の観点から望ましいものではありませんが、 我々の脳のように知的な処理を実行するためには不可欠です。 リザーバーコンピューティングを含み、自然現象に見られる複雑な挙動を情報処理に利用するための方法を理論と実験の両面から研究しています。
キーワード：機械学習、ニューラルネット、Reservoir computing、Extreme learning machine
より詳しい情報は砂田・新山研のサイトへ

光を活用した脳型コンピューティング
Optical brain-inspired computing

光で脳のようなネットワークを構築することで、計算困難な複雑な問題を 素早く・効率的に解くことができるかもしれません。 本研究では、ミクロ領域の複雑な光学現象を使うことで、 大規模なネットワークを構築し、そのネットワークを活用した 新しい知的光コンピューティングデバイスの開発に取り組んでいます。
キーワード：　光ニューラルネットワーク、マイクロフォトニクス（光微小共振器)
より詳しい情報は砂田・新山研のサイトへ

光ニューラルネットと光信号処理技術が可能にする超高速パターン認識に向けた研究
Fast photonic pattern recognition with optical neural network and compressive sensing

光ランダムプロジェクションを用いた高速符号化および光ニューラルネット処理を合わせた高速認識システムの基盤技術を開発しています。
より詳しい情報は砂田・新山研のサイトへ
本研究の一部は、JKA 補助事業 (2022M-208)の支援のもと実施しています。
2022年度における本研究成果については 「こちら」をご覧ください（PDFファイル）。


ホログラフィを用いたイメージング・ディスプレイの研究
Holographic imaging and display

ホログラフィとは光を記録・再生する技術です。 一般的な写真技術では撮影対象を2次元像として記録・再生するのに対して、 ホログラフィでは撮影対象の3次元像を記録・再生することができます。 これを応用することで、3次元計測や3次元映像表示を行うことができます。 このようなホログラフィを用いた新しい計測技術、新しい映像表現技術だけでなく、 そこで用いられる画像処理技術の開発や、 その計算処理の高速化にも取り組んでいます。

材料の変形・破壊、レーザー発振に内在する非平衡臨界挙動
Nonequilibrium critical behaviors in plastic deformation, fractures, and laser oscillations

なぜ未来は予測できないのか？ 予測不可能な大規模災害はどのようにして発生するのか？ カオス・ベキ乗則・臨界現象などをキーワードにして、 自然界の生み出す多様な秩序形成・動的挙動の成り立ちについて分野横断的な 研究を行っています。 対象はモノではなくコトです。 突発的・間欠的なエネルギー解放過程という観点（コト）から、 レーザー発振から材料の変形・破壊さらに地震までの様々な現象（モノ）に アプローチします。 なお、本研究は 機構設計研究室ナノスケール計算機実験グループとの共同研究により実施しています。
キーワード: 自己組織化臨界現象、フラクタル、カオス