3年生の最初に、経営システム工学科の全研究室を回る機会がありました。その時に、栗原研究室では、プログラミングだけでなく、実際にセンサを用いたシステム開発であったり、もの作りを行っていたりしており、他の研究室とは違った魅力を感じ志望しました。

プログラミングそのものよりも、プログラミング等の技術を用いて、どのように社会や経営に活かせるかを学びたいと思い、経営システム工学科を志望しました。

経営システム工学科では、分析技術分野、モデル化技術分野、最適化技術分野の3つの分野を基礎としたカリキュラム構成になっています。

学科を志望したときは、社会ニーズにたいし、センサや信号処理を活用しソリューションを提供するような応用的研究にはあまり興味がありませんでしたが、授業やゼミなどを通して興味を持つようになりました。また、実際に研究室に所属し研究を行っていく中で、他の社会ニーズなどにも目が向くようになりました。

自分で開発したセンシング機器や信号処理のシステムを用いて、高齢者を支援できるシステムを構築し、社会貢献の一端を担えたと実感できることが魅力です。

同じ被験者でも、日によってセンサからの出力パターンが違うなど、人を対象とすると個人差および個体内差が大きく、規則性を把握しづらいという点が大変です。その分、様々な議論や検討を繰り返し、成功したときの達成感は大きいです。

学部生4年次の卒業研究では、高齢者の徘徊を検知するというシステムの構築を行っていました。この研究もマイクロ波ドップラーセンサを用いたもので、夜間の徘徊を対象とし、人が所定の部屋にいるかいないかを検知するシステムです。夜間に寝ている状態からいきなり人がいなくなった場合は、徘徊と判定します。

学部4年の時にマイクロ波ドップラセンサを持ち込んだ企業があり、 その企業の人と話しているうちに高齢者の転倒というテーマが出てきて、研究してみたいと思いました。学部4年生の時は、高齢者の徘徊を検知する研究に取り組んでいたので、転倒というテーマは修士課程1年から始め、現在まで続けています。

転倒は、歩行などの速度が遅い運動から、「つまづき」等で一気に転ぶという速度が早い運動へ推移する状態推移として考えられます。したがって、転倒するときの、速度成分を周波数分析し、そのダイナミクスを考慮したモデルを構築することで、転倒しているかどうかを判定しています。ただし、ゆっくり転倒するような場合では、他の動作と区別できない場合があり、現在の検討課題となっています。

マイクロ波ドップラーセンサは、速度に比例した周波数成分を出力します。得られた信号からドップラー周波数に関する式をもとに速度を再計算することも可能ですが、今回の判定手法では、周波数成分の情報をそのまま活用し特徴量を計算しています。

今回、ウェーブレット変換と隠れマルコフモデルをドップラーの出力信号に適用することで、周波数のダイナミクスを取り入れたモデルを構築しています。転倒を転倒前、転倒中、転倒後の状態に分け、その状態が一致した際に転倒と判定します。

現在、隠れマルコフモデルを用いることで、転倒の判別率は95%程度まで向上しました。判別にかかる処理時間も2秒程度で判定できます。

センサで計測した信号にはノイズが含まれているため、必ずしも正しい値が得られるわけではありません。そのため、研究を始めた頃は、転倒なのか、座ったのか、下方向に動く動作なのかの判別ができませんでした。ノイズにロバストな特徴量をどのように選定するかが、難しかった点です。

マイクロ波ドップラーセンサを用いています。このセンサは、マイクロ波を照射して、計測対象の照射方向への速度を計測することができます。転倒検知には、さまざまな方式が検討されており、加速度センサを埋め込んだ腕時計型のセンサなどがあります。腕時計型のセンサでは、身に着けて自由に持ち運べる分、バッテリーの充電などを定期的に行う必要があります。マイクロ波ドップラーセンサを用いた方式では、計測する環境に設置するため、バッテリーを充電必要は、ありませんが屋外などでは、使用することができません。それぞれの方式にメリット、デメリットがあり、それらを理解し使い分けることが重要だと思います。

センサ本体の大きさは、3cm×4.5cm (写真参考)ぐらいです。センサからの出力は、信号処理用の回路に繋っています。センサ本体も安く購入することができ、一つ1500円ぐらいです。

１台のセンサを天井に設置して 2m×2mの範囲を計測できます。従って、８畳くらいの部屋では、５台程度設置する必要があります。ただ、トイレや、浴室など、比較的狭い場所への設置であれば、１台で十分だと思います。

私の学部時代の研究のように、徘徊検知のための人の在不在判定に用いたり、様々な用途に使えると思います。昨年度の学部生の研究では、脈拍を計測するというのもありました。また、炎天下の駐車場で、自動車内に幼児を置き去りにしてしまい熱中症になってしまう事故がありますが、そのような事故防止のために、マイクロ波ドップラーセンサを用いて、車の中の人を検知するという研究も昨年度行われていました。

海外の文献でも、様々な日常動作の中から、転倒を判定しようとしているものもありますので、今後の課題としては、同様により多様な動作の中から、高精度に転倒を判定できるシステムの構築だと思います。

大前の、Q&Aとも関係するのですが、転倒に類似した動作といかに区別するかが課題であり、これらの課題がクリアできれば、実用化はできると思います。あとは、実際の現場で刻一刻と収集されるデータを解析し、判別のアルゴリズムに逐次取り込む機能をシステムに実装することが重要だと思います。

ヘルスケアメーカーの開発職への就職が決まっています。検査機器や医療装置などの開発に携わっていきたいと考えています。その中でも特に、プログラム開発やシステム開発に興味があります。

この研究室で、学部、大学院と高齢者を対象としたシステムの構築を行ってきました。その経験を活かしたいと考えました。

メーカーやシステムエンジニア、金融業界に就職するという人もいます。 他にも百貨店など、就職先は本当に幅広いです。選択肢の幅は広いと思いますので、学科に入ってから十分考え、進路を決定できると思います。 修士過程を修了すると、IT業界か、経営コンサルタントを志望する人が多いと思います。

受験勉強を頑張ってください。 経営システム工学科は、幅広い分野を学ぶことができるので、視野が広がります。