大草 孝介 Kosuke Okusa

理工学部 准教授

Associate Professor, Faculty of Science and Engineering

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センシング×データサイエンスで新たな価値やサービスを生み出す
Creating new value and services through sensing and data science

センサデバイスはあらゆる物理的・化学的事象を電気信号に変換する部位の総称です。スマートフォンから大規模工場、果ては人工衛星までさまざまな機器に搭載されています。一方でそこから何か知見を得たり、サービスを展開しようとする時、センサ単体では物理現象等をデジタル信号に変換した値を提供するのみです。でも、得られた観測値に何らかの統計モデルや機械学習技術を組み込むことによって、初めて目的とする情報を得ることができるようになるのです。
センサデバイスの生産は、日系会社シェアが5割を超えており、日本が強い分野です。しかし、残念ながらそれをサービスに展開する人材は不足しています。私たちは、産業界のみなさんと協働し、幅広くニーズをくみ上げながら、現場に即した価値あるサービス展開と技術力向上に挑んでいます。

Sensor devices are the collective term for components that convert any physical or chemical phenomenon into an electrical signal. They are built into a wide range of equipment—from smartphones to large-scale factories, and even artificial satellites. On the other hand, when we try to obtain some knowledge from them or develop a service, sensors alone can only provide values that are converted from physical phenomena, etc. to digital signals. It is only by incorporating statistical models or machine learning techniques into the obtained observation values that we can derive the intended information.
Japanese companies account for more than half of the global production of sensor devices, making this a highly competitive field for Japan. Unfortunately, there is a shortage of people with the skills necessary to develop services based on these technologies. We collaborate with industry partners to identify diverse needs, and we are committed to developing valuable, field-oriented services and continuously advancing our technical capabilities.

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Research 01

センシング技術による製造データの収集・解析で、品質管理や製造ラインのスマート化を実現する

センシング×スマートファクトリー

Achieving smart quality control and manufacturing lines by collecting and analyzing manufacturing data with sensing technology

Sensing × Smart Factory

産業界と連携し、“センシング×スマートファクトリー” と題して,センシング技術の解析により培ってきたノウハウを元に、日々計測される製造データの解析や製造工程のスマート化に関する研究を行っています。製造データは分野・企業・工程間で大きく異なっており共通したノウハウが作りづらく、またデータを計測していても活用されにくいという課題があります。、そこで私たちは、新たにセンシング技術を利活用することで品質予測や投入計画・配置最適化などの製造のスマート化の実現に取り組んでいます。

In collaboration with industry, we are conducting research titled “Sensing × Smart Factory,” leveraging expertise cultivated through the analysis of sensing technologies to analyze daily manufacturing data and advance the smartization of manufacturing processes. Manufacturing data varies significantly across fields, companies, and processes. This makes it difficult to establish common know-how, and even when data is collected, it is often underutilized. To address this issue, we are working to realize smarter manufacturing by newly applying sensing technologies for quality prediction, input planning, and layout optimization.

図1:工場内渋滞発生地点予測モデル構築(上図)と半導体シリコンウェハーの特性予測モデルの構築(下図)
Figure 1: Construction of a congestion occurrence location prediction model in a factory (upper figure) and construction of a characteristic prediction model for semiconductor silicon wafers (lower figures)

この研究が世の中にもたらす可能性

Research Possibilities: what the research create to the World

製造業

製造工程のスマート化(品質予測、生産スケジューリング最適化,配置・移動経路最適化など)

Manufacturing

Smartization of manufacturing process (quality prediction, production scheduling optimization, layout and movement path optimization, etc.)

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Research 02

心動・血管の動きを数理モデル化し、生体情報のセンシングデータからヒトの状態を検知する

非接触センサを用いた高精度非接触バイタルセンシング

Mathematically modeling cardiac and vascular motion to detect human physiological conditions based on biological information sensing data

High-Precision Non-Contact Vital Sensing Using Non-Contact Sensors


“センシング×バイタル” と題して、ヒトの動作を数理的にモデリングすることで、直接触れ合うことなく人の状態が判別できる、非接触センシング技術に応用しようと取り組んでいます。その1つとして、ヒトの心拍・血圧といったバイタルの変化を、電波を用いて捉え、その情報に基づきストレス等の推定を行う技術の開発が挙げられます。この技術を応用して、さらに、独居老人見守りシステム(バイタル、転倒などの検知)の開発も手掛けています。私はセンシングにマイクロ波を送受信するドップラーセンサを用いています。従来の技術では、電波の照射範囲内の全ての動きを捉えてしまうため、外乱とノイズによる精度低下が著しいという問題を抱えていました。これに対して、私たちが提案する手法では動作自体をモデリングすることでノイズ除去が可能になっています。

Under the title of “Sensing × Vital,” we are working to apply mathematical modeling of human motion to non-contact sensing technologies capable of determining a person’s condition without physical contact. One example of this is the development of a technology that captures changes in vital signs such as heart rate and blood pressure using radio waves, and estimates conditions such as stress based on that information. Applying this technology, we are also developing a monitoring system for elderly people living alone (detecting vital signs, falls, etc.). We use a Doppler sensor that transmits and receives microwave signals for sensing. Conventional technology captures all motion within the radio wave irradiation range, resulting in significant accuracy degradation due to disturbances and noise. In contrast, our proposed method enables noise reduction by modeling the motion itself.

図2:ドップラーセンサの原理(上段)。私の研究では、心動作を半径が任意の関数で変化する「球」と仮定してモデリングしています。この心臓および血管の数理モデルが下段・左、非接触センシングによる連続血圧推定結果が下段・右上です。転倒数理モデル(下段・右下:A)と実際の転倒時における波形(下段・右下:B)は、歩行時の波形(下段・右下:C)とは異なることがわかります。
Figure2: Principle of a Doppler sensor (top). In our research, cardiac motion is modeled by assuming the heart as a sphere whose radius varies according to an arbitrary function. The mathematical models of the heart and a blood vessel (bottom left) and the results of continuous blood pressure estimation using non-contact sensing (bottom right, upper). Mathematical model of a fall (bottom right, lower, A) and waveform during an actual fall (bottom right, lower, B). These differ from the waveform observed during walking (bottom right, lower, C).

この研究が世の中にもたらす可能性

Research Possibilities: what the research create to the World

医療・介護

非接触センシングによるプライバシーに配慮した見守りシステムの開発

Medical and nursing care

Development of privacy-conscious monitoring systems using non-contact sensing technology

これまでの産学官連携事例

Collaborations

国際医療福祉大学

International University of Health and Welfare

2022/4 –

内視鏡検査補助システムの開発

Development of an Endoscopic Examination Assistance System

東京応化工業株式会社

Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.

2020/10 –

半導体原材料の品質・需要予測

Quality and Demand Forecasting for Semiconductor Raw Materials

ソニーセミコンダクタマニュファクチャリング株式会社

Sony Semiconductor Manufacturing Corporation

2017/4 –

半導体生産技術のスマート化に関する研究

Research on Smartization of Semiconductor Production Technologies

ホンダリサーチインスティチュート株式会社

Honda Research Institute Japan Co., Ltd.

2018/4 – 2020/3

生理データからの快不快情動・覚醒状態予測モデルの開発

Development of a Model for Predicting Pleasant–Unpleasant Emotions and Arousal States from Physiological Data

実績

Achievements

2024/10

論文Journal

Takashi Ota & Kosuke Okusa, “Model-based estimation of heart movements using microwave Doppler radar sensor“. Journal of Physiological Anthropology, 43(1), 27 (2024)..

2024

特許Patent

出願⼈ ︓中央⼤学、発明者:大草 孝介、太田 隆「生体情報推定方法、生体情報推定プログラム、生体情報推定装置、及び生体情報推定システム」(特開2025-170999(2025年11月20日公開))

Biometric Information Estimation Method, Biometric Information Estimation Program, Biometric Information Estimation Device, and Biometric Information Estimation System

2019/7

受賞 |Award

SIIQ技術大賞, 半導体製造における撮像欠陥数の推定に関する統計的研究, 九州半導体・エレクトロニクスイノベーション協議会(SIIQ)

SIIQ Technology Grand Prize, Statistical Study on Estimating the Number of Imaging Defects in Semiconductor Manufacturing, SIIQ

2018/12

受賞Award

Best of the Best Paper Award, Prediction of the Number of Defects in Image Sensors by VM using Equipment QC Data, IEEE International Symposium on Semiconductor Manufacturing (ISSM)

2017/7

受賞Award

Best Paper Award, Statistical Indoor Location Estimation for the NLoS Environment Using Radial Extreme Value Weibull Distribution, The 2017 International Conference of Computational Statistics and Data Engineering

経歴

Career

2012/3

中央大学大学院理工学研究科経営システム工学専攻 修了(博士(工学))

Completed Industrial and Systems Engineering, Graduate School of Science and Engineering, Chuo University (Doctor (Engineering))

2012/4-2014/3

中央大学理工学部 助教

Assistant Professor, Faculty of Science and Engineering, Chuo University

2014/4-2020/3

九州大学大学院芸術工学研究院 助教

Assistant Professor, Graduate School of Design, Kyushu University

2014/4-2020/3

横浜市立大学データサイエンス学部 准教授

Associate Professor, School of Data Science, Yokohama City University

2020/10-2022/3

中央大学研究開発機構機構 客員准教授

Visiting Associate Professor, Research and Development Initiative, Chuo University

2020/4-現在

中央大学理工学部ビジネスデータサイエンス学科 准教授
九州大学応用生理人類学研究センター 協力研究員
横浜市立大学データサイエンス学部 客員准教授

Associate Professor, Department of Data Science for Business Innovation, Faculty of Science and Engineering, Chuo University
Collaborative Researcher , Physiological Anthropology Research Center, Kyushu University
Visiting Associate Professor, School of Data Science, Yokohama City University

Photographer: Hajime Kato Editor:Mayumi Nishioka

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