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高度マンマシンインターフェイスと情報技術の応用展開

  • ―けいはんな知的クラスターにおけるネオカデンプロジェクト―

    Applications and Progress for Advanced Man-machine Interfaces and Information Technologies―“Neo-kaden” project in Keihanna Knowledge Cluster―
★ ITと生体機能という分野を超えた技術の融合による「ネオカデン」
★ これからのQOL(Quality of Life)を支える技術や製品を紹介
★ 家電メーカーだけではなく,新産業創出をめざす技術者必携の一書

商品コード: T0613

  • 監修: 渡辺好章
  • 発行日: 2009年4月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判,313ページ
  • ISBNコード: 978-4-88231-999-3

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  • ネオカデン,知的照明,音声認識,携帯電話,アクチュエーター,センサ,ロボット,無線LAN,再生医療,

刊行にあたって

 本書は,関西文化学術研究都市(けいはんな)において遂行された,文部科学省の知的クラスター創成事業「ヒューマンエルキューブ」における「ネオカデン」プロジェクトで得られた成果のいくつかをまとめたものである。 
 マイクロチップ技術の飛躍的な進展に伴って,技術の軸足がアナログからデジタルへと推移し,この構造変化がグローバルな視点からの技術進展にも大きな影響を与えることになった。
 知的クラスター創成事業は文部科学省の管轄で実施された。これはこの事業が,地域における科学技術振興のための環境整備を通じて,地域活性化の核としての大学機能の現代社会への適応化を目指す大学改革の流れがその根幹をなしているからであろう。
 「ネオカデン」プロジェクトは,大学の研究者にこのような応用を明確に意識させることを基本として,さらに基礎研究の応用技術としての展開をより明確に意識しやすいように身近な家電機器をターゲットの基本としている。また,関西域の代表的産業である家電産業は,機能を組み合わせることを一つのコンセプトとしてさまざまな便利な製品を作り出してきたという輝かしい歴史がある。このプロジェクトでは,家電の機能の組み合わせではなく,基盤技術の組み合わせを核とした新しい家電産業の創出を目指し,それらを表す総称として「ネオカデン」を用いることとした。また大学においては,基礎研究の一環としての生体機能に関する研究課題も多く遂行されていることを鑑み,ネオカデンプロジェクトにおいては,ロボット技術等を中心として今後より一層その必要性が認識されると予想される高度なマンマシンインターフェイスを,その応用目的の中核に位置付けた。
 ネオカデン技術群は従来の応用技術と比べて技術間のより深い繋がりを持っているため,その展開領域は広いと考えられる。事実,これらのうちのいくつかは企業との共同研究によって既に実用化されている。本書が,これからのわが国に新たな産業領域創出の参考となれば幸いである。
(「刊行にあたって」より抜粋)

2009年4月  同志社大学 渡辺好章

著者一覧

渡辺好章   同志社大学 生命医科学部 医情報学科 教授 
三木光範   同志社大学 理工学部 インテリジェント情報工学科 教授 
新川拓也   大阪電気通信大学 医療福祉工学部 医療福祉工学科 准教授 
中川誠司   (独)産業技術総合研究所 人間福祉医工学研究部門 主任研究員
柳田益造   同志社大学 理工学部 インテリジェント情報工学科 教授
力丸 裕   同志社大学 生命医科学部 教授 
小川一文   香川大学 工学部 教授
辻内伸好   同志社大学 理工学部 機械システム工学科 教授
横川隆一   同志社大学 理工学部 エネルギー機械工学科 教授
吉田正樹   大阪電気通信大学 医療福祉工学部 理学療法学科 教授 
井原浩二   NPO法人 けいはんな薬膳研究所 理事長 
松浦寿喜   武庫川女子大学 生活環境学部 食物栄養学科 食品衛生学研究室 教授 
小泉範子   同志社大学 生命医科学部 医工学科 准教授;京都府立医科大学 客員講師 
八木良樹   マイクロニクス(株) 代表取締役社長 
小笠原司   奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 教授
上田 淳   ジョージア工科大学 機械工学科 Assistant Professor 
笹岡秀一   同志社大学 理工学部 教授
鋤柄俊夫   同志社大学 文化情報学部 准教授 
松村雅史   大阪電気通信大学大学院 医療福祉工学研究科 教授 
対馬勝英   大阪電気通信大学 総合情報学部 デジタルゲーム学科 教授
角谷和俊   兵庫県立大学 環境人間学部 環境人間学科 教授 
坂本眞一   滋賀県立大学 工学部 電子システム工学科 准教授  
吉門進三(※)   同志社大学 理工学部 電子工学科 教授

 ※吉門進三先生の「吉」の正しい表記は、「土」に「口」となります。

目次

序章 「宇宙船地球号」の時代に向けて―「ネオカデン」の目指す高度マンマシンインターフェース
1. はじめに
2. ネオカデンとは
3. 新たな時代の産学連携へ向けて
4. ネオカデントーラス

【第1編 ネオ・リビング・アプライアンス】
第1章 知的照明システム
1. はじめに
2. 知的人工物のシステム化と知能
3. 知的オフィスの環境
3.1 オフィスにおける知的生産性
3.2 オフィスの環境
3.3 オフィス環境の個別分散最適化
4. 知的オフィス環境コンソーシアム
4.1 コンソーシアム設立の背景と経緯
4.2 コンソーシアムの目的と活動 
5. 知的照明システム
5.1 知的照明システムの提案
5.2 最適化問題の定式化
5.3 最適化アルゴリズム
5.4 相関係数を用いた適応的近傍生成
5.5 知的照明システムの実験システムの構築
5.6 照度制御に関する実験結果
5.7 知的照明システムのユーザーインタフェース
5.8 知的照明システムの効用と、今後の発展
5.9 産業化の道のり
6. おわりに
 
第2章 新しいインターフェイスとエンターテインメント
1. パソコンは魔法の箱か?
2. 舌・顎を用いたコンピュータ入力用インターフェース
2.1 機構
2.2 日本語入力用アプリケーションの開発
2.3 使用実験から見たシステムの有用性
2.4 エンターテインメント機器への展開
2.4.1 電子楽器演奏システム
2.4.2 絵画制作システム
2.5 ベッドから空へ飛ぶ―飛行船操作子の開発―
3. 電動車イスで操作するマット型インターフェースと能動的音楽鑑賞システム
4. おわりに

【第2編 ネオ・コミュニケーション・アプライアンス】
第1章 骨導超音波技術―知覚メカニズム研究の成果に基づいた新型補聴器の開発―
1. はじめに
2. 骨導超音波の知覚特性の検討
2.1 可聴音発生の有無の検証
2.2 正弦波骨導超音波の基礎的知覚特性
2.2.1 骨導超音波(正弦波)のピッチ
2.2.2 ラウドネス特性の検討
2.2.3 振動子の呈示部位と聞こえの関係 
2.3 振動変調された骨導超音波の知覚特性
2.3.1 振幅変調された骨導超音波の聞こえ
2.3.2 振幅変調された骨導超音波の基礎的知覚特性
3. 骨導超音波の神経生理メカニズムの解明
3.1 聴性脳幹反応および聴性中間潜時反応の計測
3.2 蝸電図計測
3.3 耳音響放射計測
3.4 マスキング効果の計測
3.5 骨導超音波補聴器の神経メカニズム
4. 骨導超音波補聴器の明瞭度向上のための検討
4.1 DSB-TC方式による明瞭度・了解度試験
4.2 変調方式および話者性別による比較
5. 骨導超音波補聴器の開発と重度難聴者を対象とした実用性評価
5.1 骨導超音波補聴器の試作
5.2 骨導超音波補聴器の評価試験
6. まとめと今後の展望

第2章 特定空間音声認識
1. まえがき
2. 頑健な音声認識のための信号処理技術
2.1 音声区間の検出
2.2 話者方向の推定による音声区間検出の高精度化
2.3 遅延加算処理
2.4 既知雑音除去
2.4.1 有声音区間の処理
2.4.2 無声音区間の処理
2.4.3 無音区間の処理 
2.5 反射音除去処理
3. 音声インタフェースによるTV操作システム
3.1 システム構成
3.2 音声入力端末
3.3 音声処理部
3.4 音声認識部
3.5 辞書管理部
3.5.1 情報抽出部
3.5.2 認識辞書生成部
3.5.3 コマンドテーブル生成部
3.6 コマンド変換部
3.7 検索部
3.8 TV制御部
4. TV操作システムを用いた実環境下での評価
4.1 評価データおよび評価環境
4.2 音声認識率による評価
5. 考察
5.1 男女別の音声認識率
5.2 処理時間の測定
6. まとめ

第3章 劣化雑音音声の作成と知覚
1. はじめに
2. 劣化雑音音声の作成
3. 劣化雑音音声の特徴
4. ピッチアクセントの知覚
5. メロディーの知覚
6. 障害者による劣化雑音音声の知覚と脳内処理
7. リアルタイム劣化雑音音声合成器の作成
8. まとめ

第4章 ケータイ・ミュージック
1. まえがき
2. 現システムの概要
2.1 動作の概略
2.2 「なんでもメロディ」での旋律生成
2.3 「そのままメロディ」での和声付け
3. 現システムへの追加機能
3.1 歌メロ
3.2 歌詞メロ
3.3 写メロ
3.3.1 楽曲生成部
3.4 むすび
4. 緩急自在
4.1 実用面からの要請
4.2 テンポ補正の具体的な方法
4.3 動作評価
5. 携帯電話系への搭載

第5章 化学吸着単分子膜の高周波電線への応用
1. はじめに
2. 単層粒子膜の作製と評価
2.1 単層粒子膜の作製原理
2.2 反応性単分子膜および単層粒子膜の作製
2.3 反応性単分子膜および単層粒子膜の評価
3. 銅線表面へのSiO2粒子の固定
3.1 銅線表面へのアミノ基含有単分子膜の製膜
3.2 SiO2粒子表面へのエポキシ基含有単分子膜の製膜
3.3 エポキシ基含有単分子膜被覆SiO2粒子の銅線表面への固定
4. まとめ

【第3編 ネオ・ヘルスケア・アプライアンス】
第1章 空気圧アクチュエータ
1. はじめに
2. 低圧駆動型空気圧アクチュエータ
2.1 空気圧アクチュエータ
2.2 低圧駆動型空気圧アクチュエータの構成
2.3 空気圧アクチュエータの特性
2.3.1 空気圧アクチュエータの内圧と発生力の関係
2.3.2 空気圧アクチュエータの内圧と収縮率の関係
3. 義手の構造
4. 筋電信号による動作識別
4.1 信号処理システム
4.2 重回帰モデル
4.2.1 重回帰式
4.2.2 教師信号生成法
4.3 マハラノビス距離モデル
4.3.1 マハラノビス距離
4.4 動作識別実験
4.4.1 実験装置
4.4.2 実験結果および考察
5. おわりに

第2章 三軸力覚センサ
1. はじめに
2. 三軸力覚センサの構造および出力原理
3. 解析による検証
3.1 センサの計測値の検証
3.2 センサの動特性の検証
4. 実験による検証
4.1 実験方法
4.2 実験結果
4.3 出力値の補正方法、および補正結果
5. おわりに

第3章 自立支援ロボット
1. はじめに
2. 上肢運動補助のための次世代ロボットマニピュレータ(Human motion Assisting Robot Manipulator;HARMony、ハーモニー)
2.1 インピーダンスモデルを媒介とした人とロボットとの感性コミュニケーション 
2.2 要介助者の腕を固定することなく、その位置・速度を計測する感性インターフェース
2.3 感性コミュニケーションによるロボットマニピュレータの制御
2.4 小型携帯通信ツールを用いた人間とロボットのコミュニケーション
3. 通信ネットワークを用いた分散協調型移動支援ロボットシステム(HEXA、ヘキサ)
4. 人間協調動作パワーアシストロボット(Harmonic Assist Carrier;HAC、ハック)
5. おわりに

第4章 バイオミメティック筋電義手
1. まえがき
2. バイオミメティック筋電義手の構成
2.1 神経-筋制御系のモデル
2.2 制御部の構成
2.3 筋電義手の構成原理
3. 筋電義手の試作
3.1 義手の機構
3.2 制御システムの構成
4. 筋電制御実験
4.1 外力に対する義手の応答
4.2 物体把握実験
5. まとめ

第5章 QOL薬膳
1. 特定非営利活動法人けいはんな薬膳研究所
1.1 設立目的
1.2 日本の医療の現状と体質に合った正しい食事
1.3 薬膳とは
1.4 研究活動と薬膳ケーキ
1.5 教育・啓蒙・普及活動
1.6 今後の取組

2. QOL薬膳における食品成分の効果と応用
2.1 はじめに
2.2 実験方法
2.2.1 動物実験
2.2.2 臨床実験
2.3 結果および考察
2.3.1 動物実験
2.3.2 臨床実験

第6章 再生医療への応用をめざした微小液量滴下・抽出技術の開発
1. 角膜の再生医療
2. 増殖因子(growth factor)の角膜疾患治療への応用
3. 新しい眼表面へのドラッグデリバリーシステムの開発
4. 微量点眼装置開発へのマイクロニクス(株)の参画
5. 微量点眼装置開発における既存技術の問題点
6. 超小型電磁弁とビューレットを組み合わせた新しい微量点眼装置
6.1 第1期の試作機
6.2 第2期の試作機
6.3 第3期の試作機
7. 本プロジェクトで開発した微量点眼装置の構成と動作原理
7.1 動作説明
7.2 特徴
8. 今後の課題

第7章 運動機能支援装具
1. はじめに
2. パワーアシスト装具を用いた局所的な筋力制御
3. パワーアシスト装具と筋・人工筋統合筋骨格モデル
3.1 空気圧ゴム人工筋を用いたパワーアシスト装具
3.2 上肢の筋骨格モデル
3.3 筋・人工筋統合筋骨格モデル
3.4 筋骨格モデルを用いた筋力推定
4. 筋力制御アルゴリズム
5. 数値例および実験
6. おわりに

【第4編 ネオ・インフォメーション・アプライアンス】
第1章 無線LAN情報セキュリティ
1. はじめに
2. 電波を用いた情報理論的に安全な暗号方式
2.1 情報理論に基づく暗号理論
2.1.1 通信路雑音を用いた秘密情報伝送
2.1.2 相関情報を用いた秘密鍵共有
2.1.3 相互情報量による鍵容量の評価
2.2 電波伝搬特性に基づく暗号方式
2.2.1 移動伝搬特性を用いた秘密鍵共有方式の原理
2.2.2 電波伝搬特性の選択と鍵生成法
2.2.3 鍵不一致の対策
3. エスパアンテナを用いた秘密鍵共有システム
3.1 無線LAN環境における秘密鍵共有方式
3.2 秘密鍵共有方式の開発
4. 秘密鍵共有方式の応用とシステム化
4.1 秘密鍵共有方式を用いた認証方式
4.1.1 無線LAN用の簡易帰属認証方式
4.1.2 秘密鍵共有方式に基づく相互認証方式
4.2 カード型端末とその応用
4.2.1 アンテナ切替えによるカード型端末
4.2.2 キーレスエントリーシステムへの応用
5. まとめ

第2章 新しい形の歴史遺産活用・タイムマシンナビ―そのコンセプトと展望―
1. 多階層な歴史情報
2. 失われた過去を甦らせるために
3. 歴史資料のデジタル化によるバーチャル展示の軌跡
4. けいはんな知的クラスター創成事業によるタイムマシンナビ実験

第3章 爆笑ネットワーク
1. はじめに
2. 爆笑音声の無拘束モニタリング
2.1 喉頭マイクロフォン
2.2 喉頭マイクロフォン音声による爆笑音声の大きさの推定
3. 爆笑音声のモニタリングと検出(爆笑計)
3.1 爆笑音声のデータ収集
3.2 爆笑音声と会話音声の計測例
4. 爆笑音声の分析と特徴
4.1 発笑間隔と発声間隔の計測例
4.2 爆笑音声の特徴
5. 落語鑑賞時の笑いの回数と時間のモニタリング
6. 日常生活における発話時間、笑いの回数および時間のモニタリング
7. 考察
8. まとめ

第4章 次世代オーサリングシステムNeGAS
1. プロジェクトの経緯
2. NeGASの開発
3. ラーニングコンテンツオーサリングシステムの開発
3.1 開発の経緯
3.2 ラーニングの構造とオーサリングシステム
3.3 SMARTにおけるコンテンツの作製手順
4. 統一的なコンセプトを持つ3DCGの実現
4.1 3DCGシステムの問題点
4.2 オブジェクト指向3次元ビジュアル言語o3logo
4.2.1 オブジェクトを扱う方式
4.2.2 オブジェクトの内部的制御
4.2.3 LOGO言語との決定的な差
4.3 o3Art(Visual Action Palette) 
4.4 ハードウエアインターフェースの開発
4.5 ラーニングシステムの開発における特徴
5. 応用開発研究
5.1 SMARTに適合する分野
5.2 看護教育支援コンテンツの開発
5.3 住宅設計支援システムo3Room
6. 残された課題
7. 今後の展開

第5章 オンライン地図におけるユーザ操作を用いたWeb検索方式
1. まえがき
2. 関連研究
2.1 従来のオンライン地図検索
2.2 ユーザ操作からの意図抽出
3. 操作チャンクと検索アプリケーション
3.1 予備実験
3.2 操作チャンクの定義
3.3 検索アプリケーション
4. 地図操作によるWeb検索方式
4.1 Web検索のためのキーワード抽出
4.2 絞込検索
4.3 比較検索
4.4 経路検索
4.5 検索トリガのタイミング
5. 評価
5.1 プロトタイプシステム
5.2 評価実験
5.2.1 実験内容
5.2.2 ユーザ意図抽出の適切度
5.2.3 クエリの適切度
6. カーナビゲーションシステムへの応用
7. 地図インタフェースへの応用
7.1 地図インタフェースの特性
7.2 アプリケーション
7.2.1 注記指定操作アプリケーション
7.2.2 移動操作アプリケーション
7.2.3 広域探索アプリケーション
7.2.4 領域比較アプリケーション
7.2.5 地点比較アプリケーション
7.2.6 縮尺適合アプリケーション
7.2.7 絞込アプリケーション
7.3 アプリケーションの実装
8. まとめ

【第5編 ネオ・環境・アプライアンス】
第1章 熱音響冷却システム
1. はじめに
2. 熱音響現象とは
3. ループ管方式による冷却システム
4. ループ管の冷却メカニズム
5. おわりに

第2章 薄膜高温発熱体の開発と応用
1. はじめに
2. 研究内容
3. 研究成果
3.1 ランタンクロマイト薄膜発熱体
3.2 ケイ化モリブデン薄膜発熱体
3.3 ケイ化タングステン薄膜発熱体
4. 応用分野
5. 従来技術に対する新規性・優位性
6. 実用化に向けた課題
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