Shiraishi Lab
Toshihiko SHIRAISHI
 白石 俊彦  Toshihiko SHIRAISHI
職   名:講師
研究組織:大学院環境情報研究院
       人工環境と情報部門/調和システム学分野
教育組織:大学院環境情報学府
       環境システム学専攻/システムデザインコース
学部組織:工学部生産工学科
担当講義:<大学院>インテリジェント構造システム学,
        インテリジェント構造システム学演習,
        生体システム工学,生体システム工学演習
       <学  部>コンピュータ科学入門
        コンピューティング演習,計算工学基礎,
        機械力学U,バイオメカニクス
       <第二部>
専   門:機械力学,振動制御,バイオメカニクス,
       細胞の力学システム,インテリジェント構造,複雑系
連絡先  :E-mail
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● 研究テーマと概要 ●
 本研究室では,機械システムと生物システムの融合という観点から,機械の知能化・生物の力学モデル構築に関する研究を行っています.研究テーマは多岐に渡っ ており,それぞれのテーマが有機的に結びつくことで研究の質の向上を図り,世界最先端の研究を目指しています.指導教官との議論に基づいて学生自身が一つのテーマに対して研究を進める中で ,研究の楽しさ,困難さを経験します.その際,学生自身が考え創造すること,研究へのモチベーションを高め続けることに重点をおいて指導を行っています.本研 究室で扱う様々な分野の研究に触れることで幅広い工学知識を身につけ,かつ自分の研究分野については深い専門性をもった世界に通用する技術者の輩出を目指しています.

(1) 細胞の力学システム:  一般に,適度な運動によって生物の骨形成が促進されることが知られています.骨形成には骨芽細胞が関与するとされており,この細胞が機械的刺激を感知し,産 生される骨量が変化すると考えられます.では,「適度な」運動とはどのようなものでしょうか.細胞には細胞骨格と呼ばれる骨組み構造が存在し,機械力学に基づ いて細胞を振動系とみなせば固有振動数が得られ,この振動数で刺激を与えれば骨形成が促進されるのではないかと考えられます.このように,生物の振る舞いを機 械システムとして捉えるという新しいアプローチに基づいて,生物の動特性を解明し,その力学モデルの構築を目指しています.本研究は,横浜市立大学医学部と連 携して行っています.

(2) インテリジェント構造システム:  機械・建築構造物に生物と同様の機能をもたせ,同様の働きをさせることはできないか,というインテリジェント構造のコンセプトの下に,構造物の知能化を目指 しています.センサ,プロセッサ,アクチュエータという構成要素を用いた構造システム全体で,生物に特徴的な機能の実現を図ります.具体的には,センサを神経 のように構造全体にはりめぐらせて周囲の環境情報や内部情報を検知し,脳としてのプロセッサにより判断・命令し,筋肉に相当するアクチュエータを用いて応答す る,という生物システムを模擬したものです.このような意味で知能化された実物大の建築構造模型を用いて,地震時における振動制御実験を行っています.

(3) 機能性流体を用いた制御装置の設計手法:  インテリジェント構造システムの構成要素の一つとしてアクチュエータがあり,それは生物の筋肉のように高度に制御できる必要があります.本研究室では,ER流 体やMR流体と呼ばれる電場や磁場によって流動特性が変化する機能性流体を用いた制御装置の設計手法の確立・装置の開発を行っています.現在までに,減衰力を広 範囲に渡って制御できる,MR流体を用いたダンパを開発しています.

(4) ニューラルネットワークによる適応的制御:  機械の知能化のためには,生物の脳に相当する制御系が必要となります.本研究室では脳神経細胞網の数学モデルであるニューラルネットワーク用いて,生物のよ うに環境の変化に適応可能な制御系の構築を行っています.さらに,脳では神経細胞のネットワークは日々更新されていることを考慮して,ネットワーク構造を自己 組織化的に変更することで適応性をさらに高めたニューラルネットワークの開発を行っています.

(5) セルオートマトンによる非線形現象の離散的モデル:  複雑系というシステムの捉え方を実現するためのモデル化手法として適しているセルオートマトンを用いて,群集の流れ,交通流等の非線形現象の離散的モデル化 を行っています.現在は,MR流体中の分散粒子の挙動に関して,セルオートマトンを用いたモデルの構築を行っています.この結果をMR流体自体の材料開発やMR流体 を用いた制御装置の設計に利用することが可能です.
Effect of mechanical stimulation on cells Vibration control of an intelligent structure

● 主な公表論文 ●
Toshihiko Shiraishi, Shin Morishita and Henri P. Gavin, Estimation of Equivalent Permeability in MR Fluid Considering Cluster Formation of Particles, Transactions of the ASME, Journal of Applied Mechanics, Vol.71, MARCH (2004) pp.201-207

白石俊彦,森下信,MR流体の利用形態を考慮した基本特性の測定とそのMR流体機器設計への応用,日本機械学会論文集C編,70巻,696号 (2004) pp.2308-2314

Toshihiko Shiraishi, Noriyuki Nakaya and Shin Morishita, Vibration Control of a Structure with an MR Damper Using a Neural Network, Proceedings of the Symposium on Smart Materials for Engineering and Biomedical Applications (2004) pp.365-370

白石俊彦,清田剛史,森下信,分散粒子のクラスタ形成を考慮したMR流体の透磁率の算定,日本機械学会論文集C編,69巻,680号 (2003) pp.8-13

森下信,松村芳樹,白石俊彦,液晶を潤滑剤としたすべり軸受の膜厚制御,トライボロジスト,47巻,11号 (2002) pp.846-851



We have made studies on intellectualization of machines and mechanical modeling of living things to associate mechanical systems with biosystems.

(1)Mechanical Modeling of Cells:
Dynamical models of cells have been constructed in the view of vibration engineering.

(2)Intelligent Structural Systems:
We have conducted vibration control of a full-scale building structural model intellectualized with an MR damper and a neural network controller.

(3)Design of Control Devices Using Functional Fluids:
Typical characteristics of functional fluids such as MR fluids have been measured with rheometers we developed and design method of devices using them have been constructed.

(4)Adaptive Control Using Neural Networks:
Self-organized neural networks have been developed for the purpose of adaptive control.

(5)Discrete Modeling of Nonlinear Phenomena Using Cellular Automata:
Using Cellular Automata, we have modeled nonlinear phenomena such as pedestrians flow, traffic flow and particle flow.

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