「エアコン」と「ドローンショー」をつなぐ、制御理論の世界

エアコンの温度調整に隠された数学

制御理論とは、機械やシステムを思い通りに動かすための数学的な手法です。例えば、昔ながらのストーブは人が火を弱めたり強めたりして温度を調整しますが、エアコンは自動で室温を一定に保ちます。外の気温や室内の人数が変化しても設定温度を守る仕組みは「フィードバック制御」と呼ばれ、制御理論の基本です。冷蔵庫の温度管理や車の自動制御など身近な暮らしの中に、高度な理論が息づいているのです。

複数のエージェントを協調させる

最近話題のドローンショーでは、数百機のドローンが美しい隊形を作りながら空中を舞います。これも「マルチエージェント制御」と呼ばれる制御理論の応用例です。この技術では、リーダーとフォロワーという役割分担が重要です。リーダー機は決められた経路を飛行し、フォロワー機はリーダーに対して相対的な位置を維持します。フォロワー機はリーダーがどこに向かっているかを知らなくても、「リーダーから後方に○メートル離れた位置を保つ」といった単純なルールに従うだけで、結果的に美しい隊形を作り出せるのです。
マルチエージェント制御は空中だけでなく、地上でも活用されています。例えば、複数のロボットが協力して大きな物体を運ぶ際も、同様の理論が使われているのです。

数学で安定性を保証する

制御研究では、システムを数学的にモデル化し、そのモデルを使ってどうすれば望む動きをさせられるかを設計します。ここで重要なのは、システムの安定性を保証することです。例えば、突然の風のような外部からの影響があったり、エージェント同士の情報交換が一部しかできなかったりする場合でも、システムが暴走しないように、数学的に安全性を証明するのです。そのために活用されるのが「リアプノフ関数」という数学的手法です。この関数が減少するように入力を設計できれば、システムは安定すると理論的に保証できます。こうした基礎理論は、今後も新しい応用先を切り開いていくと期待されています。

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先生情報 / 大学情報

東京都市大学情報工学部情報科学科講師星義克先生

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制御工学、システム工学

メッセージ

大学を選ぶにあたり、偏差値や学部学科名だけではなく、その学科がどんな教育をめざしているかをしっかり調べましょう。例えば「情報」という分野一つ取っても、理系寄りから文系寄り、基礎理論から実用応用まで、大学によってアプローチは異なります。入学後に「こんなはずじゃなかった」と思うのは、お互いにとって不幸なことです。まずは自分が本当に面白いと思えるもの、興味のあるものを見つけて、それができる場所を探し、そこで楽しく学べるよう、ミスマッチのない進路選択をしてください。

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２０２９年に１００周年を迎える東京都市大学は２００９年に武蔵工業大学から校名を変更。武蔵工業大学時代の伝統を引き継ぎつつ、自動車、エネルギー、建築、情報といった理工学分野に加え、環境、IoT、メディア、教育など数多くの専門分野を網羅する総合大学として成長を重ねています。今後も東急グループの一員としての強みを生かし、産学連携や地域社会との共同研究を積極的に進めつつ、未来の都市生活を創造し、そのなかで能力を発揮できる専門性と実践力を養成する「都市の総合大学」として、たゆまぬ発展を続けていきます。