concept

社会を支える「人とつながるシステム制御」の
あるべき姿を探求する

システム制御研究室和佐 泰明 准教授

担当科目:回路理論A・同演習、システム解析、
最適化の理論と応用

  • 研究紹介research

    当研究室では、人の意思を加えたサイバーフィジカルシステムの確立を目指し、新たなシステム制御理論の構築と応用研究を進めています。特に、利害関係を考慮しながら全体最適に導くシステム化を達成するために、人やセンサが得るリアルタイムの情報や知見を上手に共有し、分散協調的に実装する制御手法の開発に取り組んでいます。研究対象は環境エネルギー、交通、生命体など幅広く、カーボンニュートラル社会や超スマート社会を実現する上での基盤技術につなげたいと考えています。

  • メッセージmessage

    システム制御分野は世の中の森羅万象を「数理モデル」という科学的道具で抽象化した数理工学の中で理論体系化される俯瞰的な学問分野です。つまり、私たちの学科・専攻で学ぶ幅広い分野の基礎科目や専門科目に関するさまざまな素養を獲得し、既存の専門性を超えた社会的・学問的興味をもつことが、新たなシステム制御分野を切り開くための最短路となるでしょう。大学で出会う学問分野「システム・制御・最適化」を駆使して、電気・情報・生命の融合研究を一緒にやりましょう!

研究説明research activities

制御(コントロール)は、ロボットや自動車、空調機器のみならず、環境・エネルギー、交通、生命体、経済など至る所で使われています。システム制御という学問分野は、社会に実存するあらゆる対象(システム)を「制し、御する」方法論を探求する、数少ない動詞の学問と考えることができます。先ほど示した制御対象は全く違うものに見えますが、「動き」に着目すると、実体の違いを超えた共通する現象や概念が見えてきます。数理モデルを用いて共通する現象を理論的に解析し、実際に存在する制約を考慮しながら対象を思うように操る制御手法の開発を日々考えています。
当研究室では、カーボンニュートラル社会や超スマート社会を実現するための新たな制御理論の構築に力を入れています。電力エネルギーや交通システムをはじめとする社会に実存するインフラシステムは大規模複雑系かつその複合系として構成され、自然原理で動く環境や実物とデジタル空間を融合したサイバーフィジカルシステム(CPS)と捉えることができます。高度化したCPSを支えるためには要素技術の性能向上だけでなく、CPSに人の意思を構成要素として加え、利害関係を考慮しながら全体最適に導くシステム化を達成するメカニズムの系統的設計が学術的に課題となっています。その課題を解決するために、当研究室では、時々刻々と変化する状況の中で様々な判断を求められる現在、リアルタイムに人やセンサが得る限定的な情報や知見を上手に共有し、分散協調的・分権的に実装する制御手法を開発することで、「人とつながるシステム制御」のあるべき姿を探求しています。
環境エネルギーに関わる研究成果は数多くあり、例えば電力融通の動的制約を考慮した電力市場メカニズムの理論的設計(図1)や電力・交通システムの動特性を考慮した電力自動車の利活用、電力安定化のための人々の行動変容施策があります。意思決定に関わる、実体や金銭だけでなく情報や価値・リスクを含めたシェアリングに着目し、システム制御理論を中核に数理最適化や機械学習、行動経済学や環境経済学の知見を数理的に織り交ぜた異分野融合研究をしています。環境エネルギーで得られた制御手法を人と連携するロボティクス研究やモバイルセンサネットワーク技術へ展開する研究も進めています(図2)。特に、当研究室に所属する学生の皆さんが協力して実験環境を一から構築し、提案アルゴリズムの検証に加え、人間の認識や学習の制御的利活用を検討しています。さらに制御と生命科学の融合である、システム医療研究も進めています。病態の生体的動特性を数理モデルとして構築し、バイタルサインなど計測可能な情報を集約しながら、系統的治療プロトコルの確立を目指しています(図3)。
上記の研究活動を通して、新時代のシステム・制御の設計者として不可欠な能力である、システム科学の俯瞰的な分析と制御系設計技術を獲得することができると思います。育まれた高度なシステム思考は社会で必ず役に立ちます。学生の皆さんは、制御のポリシーである認識+意思決定+実行を意識して、自身が抱える研究課題の解決のために自律的に取り組んでいます。常に意見交換・切磋琢磨しながら、時には仲間と一緒に進めています。ぜひ、旺盛な好奇心と探求心を持ち続け、システム制御に関する電気・情報・生命の分野横断型融合研究を一緒にやりましょう!

図1:カーボンニュートラル社会実現に向けた、多地域電力市場の概念図と入札実験風景。当研究室で構築した検証用システムを用いて、開発したアルゴリズムの有効性を確認している。

図1:カーボンニュートラル社会実現に向けた、多地域電力市場の概念図と入札実験風景。
当研究室で構築した検証用システムを用いて、開発したアルゴリズムの有効性を確認している。

図2.超スマート社会を見据えた、自律移動体群とオペレータとの実時間協調制御実験の様子。最新の制御理論で安全性が裏付けられた研究室独自の手法を実験で検証しています。

図2:超スマート社会を見据えた、自律移動体群とオペレータとの実時間協調制御実験の様子。最新の制御理論で安全性が裏付けられた研究室独自の手法を実験で検証しています。

図3:病理動態を数理モデルで表現し、システム科学的アプローチによる新たな治療戦略を学生と一緒に検討している。

図3:病理動態を数理モデルで表現し、システム科学的アプローチによる新たな治療戦略を学生と一緒に検討している。

profile

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略歴ー

2013年
日本学術振興会 特別研究員DC1
2016年
JST CREST 研究員
2017年
以降、早稲田大学 理工学術院 次席研究員、講師(任期付)、専任講師を経て、
2024年
より現職。第10回WASEDA e-Teaching Award受賞

学歴ー

2011年
東京工業大学 工学部制御システム工学科 卒業
2016年
東京工業大学 大学院理工学研究科 博士後期課程修了、博士(工学)