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所属 |
工学教育研究部 工学科電気電子システムプログラム担当 |
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教授 |
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研究分野 【 表示 ／ 非表示 】
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ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 電子デバイス、電子機器
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情報通信 / 計算科学
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ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 電力工学
論文 【 表示 ／ 非表示 】
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マルチフロンタル法に基づく疎行列直接法の適用による大規模マイクロ波FEMシミュレーションの高速・安定化 査読あり
大中 健登, 後藤 聡太, 村山 敏夫, 武居 周
電子情報通信学会論文誌 C 2026年1月
担当区分：責任著者 掲載種別：研究論文（学術雑誌）
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Microwave Parallel FEM based on Iterative Domain Decomposition Method 査読あり
Takei A., Sakamoto M.
Proceedings of International Conference on Artificial Life and Robotics 448 - 451 2026年
掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Proceedings of International Conference on Artificial Life and Robotics
This paper describes large-scale parallel microwave numerical calculations based on the finite element method (FEM) with an iterative domain decomposition method. A stationary vector wave equation for the high-frequency electromagnetic field analyses is solved taking an electric field as an unknown function. Although this solver is capable of detailed, fast and efficient FEM of large-scale high-frequency electromagnetic problems using the iterative domain decomposition method (IDDM) and the corresponding parallel distributed processing environment, it still requires a large number of iterative computation trials and computation time. In this study, we found that increasing the size of the subdomain in the IDDM improves the convergence of the accuracy of the iterative method and reduces the computation time. We are also considering replacing the solver with a subdomain solver that can handle larger subdomains.
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Study on GPGPU Computing of Subdomain Solver in High-Frequency Electromagnetic Field Analysis 査読あり
Biki B.B., Ohnaka K., Sakamoto M., Takei A., Goto S.
Proceedings of International Conference on Artificial Life and Robotics 452 - 456 2026年
掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Proceedings of International Conference on Artificial Life and Robotics
This study presents GPU acceleration of a subdomain solver for high-frequency electromagnetic field analysis using the finite element method (FEM). The solver is a direct sparse solver based on a parallel multi frontal algorithm implemented using NVIDIA's cuDSS library for sparse matrix factorization and solution. Implemented within the ADVENTURE_FullWave framework, the approach achieves efficient parallel computation of subdomain problems on GPGPU platforms. Benchmark results demonstrate significant speedup compared with CPU execution, confirming the effectiveness of cuDSS-based GPGPU computing for large-scale electromagnetic simulations.
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Unsupervised Defect Detection for Automatic Shiitake Sorting 査読あり
Nokura S., Kimura L., Ishimaru T., Oshikawa Y., Ikeda S., Aoki K., Ohe K., Takei A., Kawamura R., Sakamoto M., Sugimoto K.
Proceedings of International Conference on Artificial Life and Robotics 430 - 433 2026年
掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Proceedings of International Conference on Artificial Life and Robotics
Automated shiitake sorting faces severe data imbalance (1,731 good vs. 241 defective images) and annotation difficulties. We compared data augmentation and unsupervised detection. First, augmenting scarce defective data with GANs failed; models either lost subtle defect features (e.g., discoloration) during pre-processing or overfit to augmentation patterns, proving label-less augmentation difficult. We then shifted to unsupervised anomaly detection (VAE+OC-SVM) trained only on good data. This model achieved perfect Recall (100%) for the defective class, identifying all bad items without a single miss. This Recall 100% capability demonstrates its high practical utility as a primary screening tool for quality control, particularly where preventing defective product leakage is prioritized (albeit with low precision). This approach highlights a path for automated sorting in data-scarce agricultural settings and suggests high transferability to other products (e.g., tomato, potato) with similar data constraints.
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Broadening Access-to Creative Experience with MR 3D Painting 査読あり
Ishimaru T., Oshikawa Y., Nokura S., Ikeda S., Aoki K., Ohe K., Takei A., Kawamura R., Sakamoto M.
Proceedings of International Conference on Artificial Life and Robotics 421 - 425 2026年
掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Proceedings of International Conference on Artificial Life and Robotics
Access to arts experiences varies by income and locality, creating an experience divide. We present a low-barrier mixed-reality (MR) 3D-painting system on Meta Quest 3 that renders strokes in the user's surrounding space in passthrough MR. We conducted two complementary studies: an in-the-wild festival study with local children (MR 3D free creation) and a controlled study with university students enabling within-participant comparisons across free 2D drawing, free 3D drawing (with depth), and prompted 3D drawing. After each condition, participants rated immersion, accomplishment, perceived creativity, self-efficacy, intention to continue, and usability (plus two free-creation items) on 5-point Likert scales, and collaboration was assessed in paired tasks. We report condition-wise medians and within-participant median differences. Results suggest that MR can deliver meaningful creative experiences with minimal setup in everyday spaces and inform how task framing supports depth-oriented 3D creation.
書籍等出版物 【 表示 ／ 非表示 】
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Advanced Software Technologies for Post-Peta Scale Computing
Ryuji Shioya, Masao Ogino, Yoshitaka Wada, Kohei Murotani, Seiichi Koshizuka, Hiroshi Kawai, Shin-ichiro Sugimoto, Amane Takei（ 担当： 共著）
Springer 2019年1月
記述言語：日本語 著書種別：学術書
MISC 【 表示 ／ 非表示 】
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Coupled simulation of vibration and sound field of Stradivari’s violin 査読あり
Yokoyama M., Takei A., Shioya R., Yagawa G.
Proceedings of Meetings on Acoustics 51 ( 1 ) 2023年5月
掲載種別：速報，短報，研究ノート等（学術雑誌） 出版者・発行元：Proceedings of Meetings on Acoustics
A coupled simulation of the vibration and sound radiation of Stradivari violins, scanned using a micro-computed tomography scanner, was conducted using the finite element method. The aim of this study was to clarify the relationship between the vibration of the violin body and acoustic radiation around the violin. The highly precise geometry of a violin made by Stradivari was scanned using a micro-computed tomography scanner, and the material properties of the violin body (spruce and maple) were set as orthotropic properties in the numerical simulation. Additionally, the results of numerical simulations coupling the vibrations caused by forced oscillations on a bridge with the acoustic field pressure around the violin are shown. Furthermore, the sound pressure spread in a wide rectangular box was calculated by large-scale computing using an open-source parallel acoustic analysis software.
DOI： 10.1121/2.0001776
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Special Section on Recent Advances in Simulation Techniques and Their Applications for Electronics 査読あり
Kezuka A., Sonoda J., Ando Y., Angkaew T., Chen C.P., Chiou Y.P., Hirano T., Ishibashi H., Kimura H., Kishimoto S., Laakso I., Takei A., Tan E.L., Tsuji Y., Shibayama J.
IEICE Transactions on Electronics E105.C ( 11 ) 2022年11月
掲載種別：速報，短報，研究ノート等（学術雑誌） 出版者・発行元：IEICE Transactions on Electronics
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電気電子機器の環境安全評価の高精度化に向けた並列渦電流解析の検討
大高智司，武居周
2022年電子情報通信学会 総合大会ISS特別企画「ジュニア＆学生ポスターセッション」講演原稿 2022年3月
担当区分：責任著者 記述言語：日本語 掲載種別：研究発表ペーパー・要旨（全国大会，その他学術会議）
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低周波治療の高度化に向けた，高精度人体内電流密度解析手法の基礎的検討
岩城拓，武居周
2022年電子情報通信学会 総合大会ISS特別企画「ジュニア＆学生ポスターセッション」講演原稿 2022年3月
担当区分：責任著者 記述言語：日本語 掲載種別：研究発表ペーパー・要旨（全国大会，その他学術会議）
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超音波診断の事前予測の高度化に向けた，高並列人体音響解析の基礎検討
野村龍希，武居周
2022年電子情報通信学会 総合大会ISS特別企画「ジュニア＆学生ポスターセッション」講演原稿 2022年3月
担当区分：責任著者 記述言語：日本語 掲載種別：研究発表ペーパー・要旨（全国大会，その他学術会議）
講演・口頭発表等 【 表示 ／ 非表示 】
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大規模FullWave電磁界解析ソフトウエア：ADVENTURE_FullWaveのいまとこれから 招待あり
武居周
日本機械学会RC301研究会 2025年3月25日
開催年月日： 2025年3月25日
記述言語：日本語 会議種別：口頭発表（招待・特別）
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PINNsを用いた電磁場系逆解析の基礎検討
大中 健登, 武居 周
計算力学講演会講演論文集 2025年 一般社団法人 日本機械学会
開催年月日： 2025年
記述言語：日本語 会議種別：口頭発表（一般）
Microwave ovens, which heat food using 2.45 GHz microwaves, are widely used as a familiar electromagnetic cooking device because of their convenience, but there is room for improvement, such as uneven warming caused by uneven distribution of the electric field inside the food. This study aims at a heating design that realizes control of the electric field distribution in the heating chamber by inverse analysis based on machine learning using numerical analysis results. This paper discusses the construction of PINNs (Physics-Informed Neural Networks), which has attracted attention in recent years, and its application to electromagnetic field system inverse analysis.
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疎密分布を持つ直交格子要素分割による高周波電磁界有限要素領域分割法の収束特性の検証
村山 敏夫, 後藤 聡太, 藤井 秀樹, 武居 周
計算力学講演会講演論文集 2025年 一般社団法人 日本機械学会
開催年月日： 2025年
記述言語：日本語 会議種別：口頭発表（一般）
Iterative methods are usually utilized to solve large-scale finite element method (FEM) problems. However, they can sometimes require a large number of iterations to converge to approximate solutions. This is especially remarkable when the element shapes include both sparse and dense elements. In this paper we investigate the convergence characteristics of the domain decomposition method applied to the full-wave electromagnetic FEM problems modeled with flat brick elements.
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有限要素法に基づく高周波電磁界解析の高速化と安定化に向けた検討
山田 大雅, 武居 周
計算力学講演会講演論文集 2025年 一般社団法人 日本機械学会
開催年月日： 2025年
記述言語：日本語 会議種別：口頭発表（一般）
Recent dramatic improvements in computer performance and advances in numerical computation techniques have increased the demand for the use of numerical analysis in the design of information and communication equipment in the microwave region. Users of electromagnetic field analysis software have been increasing the electromagnetic compatibility EMC studies and need the realization of a whole electromagnetic circuit board high-frequency electromagnetic field analysis technique. In this study, we verify the applicability of a parallel element method for microstrip lines with transmission lines on the surface of electronic circuit boards. The verification results basically show that convergence tends to deteriorate with increasing frequency, on the other hand, sometimes improves. In general, when the element edge length is reduced, the mesh becomes finer and the coefficients of the simultaneous equations become very similar, which is considered a disadvantage in solving the matrix equation. The verification results also confirm the need to improve convergence deterioration. Therefore, we considered the basic equations of the high-frequency problem and developed a code for the edge element finite element method from the basic equations to verify the formulation.
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感電箇所推定に向けた人体姿勢変化を考慮した電気-熱連成解析
野村 政宗, 武居 周, 太良尾 浩生
計算力学講演会講演論文集 2025年 一般社団法人 日本機械学会
開催年月日： 2025年
記述言語：日本語 会議種別：口頭発表（一般）
In this study, we developed a contact current–heat conduction coupled analysis code (hereinafter referred to as "electrical injury analysis") using the steady-state and transient analysis functions of ADVENTURE-Thermal, toward inverse estimation of electrical contact sites from observed burn locations. To apply boundary conditions, it was necessary to extract surface information from an anatomical numerical human model constructed with fine voxels. However, in the current numerical human models, there are locations at the skin-air interface where only point or edge contact exists, making surface extraction impossible. Therefore, we developed a code that modifies the model by adding voxels at such locations to ensure surface (face) contact. As a result, the number of added voxels remained within approximately 400, allowing boundary conditions to be freely assigned on the human body surface. We then conducted electrical injury analyses using ADVENTURE-Thermal on models in upright, seated postures. Compared to the upright model, the seated model showed higher current densities and temperature rises not only at the contact points but also around bent joint areas.
Works（作品等） 【 表示 ／ 非表示 】
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設計用大規模計算力学システムADVENTURE System
2023年4月1日 - 現在
作品分類：ソフトウェア
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マイクロ波解析ソフトウエアADVENTURE_FullWave
2019年4月1日 - 現在
作品分類：ソフトウェア
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音響解析ソフトウエアADVENTURE_Sound
2019年4月1日 - 現在
作品分類：ソフトウェア
受賞 【 表示 ／ 非表示 】
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日本シミュレーション学会論文賞
2022年8月 日本シミュレーション学会
武居周, 工藤彰洋
受賞区分：国内外の国際的学術賞 受賞国：日本国
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The 2021 JACM Fellows Awards
2021年7月 日本計算力学連合
武居周
受賞区分：国内外の国際的学術賞 受賞国：日本国
計算力学分野で顕著な業績を上げ，JACMへのサポート，およびIACM関連国際学会に貢献した研究者に対して与えられる． 受賞者は主に日本国内において活動した研究者（外国人も含む）とする．
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電子情報通信学会 エレクトロニクス シミュレーション研究会 優秀論文発表賞
2021年3月 電子情報通信学会 オープンソース・ソフトウエア：ADVENTURE_Fullwaveの開発
武居周
受賞区分：国内学会・会議・シンポジウム等の賞 受賞国：日本国
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学術奨励賞
2024年3月 電子情報通信学会九州支部
大中健登 (Supervising Student)
受賞国：日本国
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研究奨励表彰
2022年3月 九州パワーアカデミー
野村政宗 (Supervising Student)
受賞国：日本国
科研費（文科省・学振・厚労省）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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医療マイクロ波機器利用環境の患者個別デジタルツイン解析 研究課題
研究課題/領域番号：24H00695 2024年04月 - 2029年03月
日本学術振興会 科学研究費補助金 基盤研究(A)
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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超音波スピーカの音場設計に向けた波動音響―流体並列連成計算に基づく非線形音響解析
研究課題/領域番号：22K19779 2022年06月 - 2025年03月
日本学術振興会 科学研究費基金 挑戦的研究(萌芽)
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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異なる数値計算プラットフォームの相互的構築
研究課題/領域番号：18KK0278 2018年10月 - 2024年03月
独立行政法人日本学術振興会 科学研究費補助金 国際共同研究加速基金 (国際共同研究強化(B))
担当区分：研究代表者
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並列連成解析手法による高精度な温熱療法シミュレーションの実現
研究課題/領域番号：17H03256 2017年 - 2020年03月
科学研究費補助金 基盤研究(B)
担当区分：研究代表者
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電磁場・固体連成解析のハイケーパビリティ計算を実現する数値計算法
研究課題/領域番号：23K24861 2024年04月 - 2027年03月
独立行政法人日本学術振興会 科学研究費基金 基盤研究(B)
担当区分：研究分担者
その他競争的資金獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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GHz帯のEMC対策設計に向けた、大規模電磁界シミュレーション・フレームワークの創出
2024年12月 - 2027年11月
国立研究開発法人科学技術振興機構 研究成果展開事業、研究成果最適支援プログラム 産学共同 ステージⅠ（育成フェーズ）
担当区分：研究代表者
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大規模・複雑構造を有する５Ｇ通信機器設計に向けた高性能電磁界解析手法の確立
2022年10月 - 2024年03月
国立研究開発法人科学技術振興機構 研究成果展開事業、研究成果最適支援プログラム トライアウト（A-STEP）
担当区分：研究代表者
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集束超音波治療の予測に向けた大規模連成解析技術の実現
2020年04月 - 2021年03月
公益財団法人 JKA 公益財団法人JKA 機械振興補助事業 研究補助（ステップアップ研究）
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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Rondomized SVDに基づく並列リニアモータ解析手法の高性能化
2020年01月 - 2021年03月
公益財団法人 津川モーター研究財団 公益財団法人 津川モーター研究財団
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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数値シミュレーションと実測を融合した避雷器のギャップ構造設計手法の開発
2018年04月 - 2020年03月
公益財団法人 JKA 公益財団法人JKA 機械振興補助事業 研究補助（複数年度研究）
資金種別：競争的資金
共同研究実施実績 【 表示 ／ 非表示 】
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電磁場のシミュレーションおよび解析技術の検討
2021年04月 - 2022年03月
株式会社科学計算総合研究所 国内共同研究
担当区分：研究代表者 共同研究区分：国内共同研究
研究・技術シーズ 【 表示 ／ 非表示 】
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大規模数値電磁界解析手法の開発
電磁環境影響評価手法の開発
人体内部を対象とした電磁界解析手法の研究メッセージ：上記の電磁界解析以外にも構造解析をはじめとする数値解析手法のものづくりへの適用、CAEの導入方法などの技術相談が可能です。また、技術相談の内容をテーマとした共同研究も可能ですので、お気軽にご相談ください。