SLAMはSimultaneous Localization and Mappingの略語です。カメラ映像に基づいて自己位置推定と環境地図作成を同時に行う画像処理技術です。渡邉研究室では、小型の無人飛翔体（Unmanned Aerial Vehicle; UAV）の自律飛翔を目指し、高速かつ計算負荷の小さなSLAMを開発しています。

線分ベースSLAM（Line-based SLAM）とは、当研究室オリジナルの線分抽出手法であるOPLSD（One-Pass Line Segment Detector）と、ORB-SLAMを組み合わせた新しいSLAM技術です。

この線分ベースSLAMの最大の特徴は、線分情報を用いることで特徴点の処理を大幅に抑え、少ないメモリで高速に地図を作成できる点にあります。しかも、建造物内の環境は線分の集合で特徴づけられることが多いため、点の集合よりも、線分集合の方が建物内の様子をより把握しやすくなります。

一連の処理はリアルタイムで処理されています。途中で自分のカメラ位置を見失っても、同じ風景を再び捉えることで復帰することができます。

羽ばたき型MAV WiFly動画公開

2017年3月8日NEWSpublicrelations

当研究室所属の修士１年生、依田大輝君らが開発した羽ばたき型MAV「WiFly」の紹介動画をYouTubeで公開しました。

詳細は、3月9日、秋葉原コンベンションホールで開催されるBrighten up Ventures 2017で発表いたします。

M2の功刀君、国際会議でYoung Author’s Award受賞

2017年2月22日NEWSpublicrelations

修士２年生の功刀遼太君が国際会議「MNC 2016」で行った口頭講演が「MNC 2016 Young Author’s Award」に選ばれました。

Ryota Kunugi, Nobuhiro Nakagawa and Takanobu Watanabe, “Molecular Dynamics study on Dipole Layer Formation at High-k/SiO₂ Interface: -Possibility of Oxygen Ion Migration Induced by the Imbalance of Multipole Potentials-,” 29th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2016), ANA Crowne Plaza Kyoto, Kyoto, Nov. 11, 2016.

2017年11月6日～9日に韓国済州島のRamada Plaza Jeju Hotelで開催された「MNC2017」のオープニングセレモニーで、Awardの表彰式が行われました。

功刀君(M2)の論文がAPEX誌に掲載されました

2017年2月17日NEWSpublicrelations

修士課程２年生の功刀遼太君が筆頭著者の論文がApplied Physics Express誌に掲載されました。

Ryota Kunugi, Nobuhiro Nakagawa, Takanobu Watanabe, “Driving force of oxygen ion migration across high‐k/SiO₂ interface,” Applied Physics Express, Vol. 10, 031501 (2017). doi:10.7567/APEX.10.031501

MOSトランジスタの高誘電率ゲート絶縁膜に見られるしきい値シフトの起源を、分子動力学計算を用いて原子レベルで明らかにした結果を論じた論文です。

M1の大場君　電子デバイス界面テクノロジー研究会で服部賞（若手奨励賞評価・解析部門）受賞

2017年1月22日NEWSpublicrelations

2017年1月19日～21日に東レ総合研修センターで開催された「電子デバイス界面テクノロジー研究会」（第22回）で、修士課程１年の大場俊輔君が「シリコンナノワイヤ型熱電発電デバイスにおける短チャネル効果」と題して口頭発表行い、この発表で服部賞（若手奨励賞評価・解析部門）を受賞しました。

M1の依田君　ラジオ番組“WASEDA-EDGE DREAM”に出演

2016年11月23日NEWSpublicrelations

修士１年生の依田大輝君が、WASEDA-EDGE 人材育成プログラムから生まれた取り組みを紹介するラジオ番組”WASEDA-EDGE DREAM”に出演し、「羽ばたくドローンで作る空飛ぶセンサー」の研究開発を紹介しました。

Tersoffポテンシャル

2015年2月18日分子動力学publicrelations

Tersoff ポテンシャルの定義

Tersoffポテンシャルは、Stillinger-Weberポテンシャルと同様、Si結晶が表現できるポテンシャルとして広く用いられている。クラスタ展開に基づくStillinger-Weberポテンシャルと異なり、各原子の局所的な環境に依存して結合の強さが変わる「ボンドオーダーポテンシャル」という思想でデザインされた。

1988年に発表されたTersoffポテンシャルの論文（Physical Review B, Vol.37, 6991）によると、以下のような定義になっている。

$$ V = \frac{1}{2}\sum_i\sum_{j \neq i} f_C(r_{ij})\left [ f_R(r_{ij})+b_{ij}f_A(r_{ij})\right ] $$

ここで$f_R$は等方的に働く反発相互作用、$f_A$は引力相互作用項で、それぞれ指数関数型の関数で表される。

$$ f_R(r_{ij})=A_{ij} \exp(-\lambda_{1} r_{ij} ) $$

$$ f_A(r_{ij})=-B_{ij} \exp(-\lambda_{2} r_{ij} ) $$

また$f_C$は相互作用を有限距離で滑らかに打ち切るカットオフ関数で、Tersoffポテンシャルでは

$$ f_C(r_{ij})=\left \{
\begin{array}[ll] \displaystyle 1, & r_{ij}<R – D\\
\frac{1}{2}-\frac{1}{2}\sin\left (\frac{\pi}{2} \frac{r_{ij}-R}{D} \right ), & R – D <r_{ij}<R+D \\
0, & r_{ij} >R+D
\end{array}
\right . $$

が用いられている。

ボンドオーダーポテンシャルの特徴は、局所的な環境に依存する係数$b_{ij}$に詰まっている。

$$ b_{ij} = {(1+\beta_i^{n} \zeta_{ij}^{n})}^{-1/2n} $$

ここで$\zeta_{ij}$は

$$ \zeta_{ij} = \sum_{k \neq j} f_C(r_{ik}) g(\theta_{jik}) \exp [ \lambda^3_3 {(r_{ij}-r_{ik})}^3 ]$$

と定義され、さらに$g(\theta_{jik})$は

$$ g(\theta_{jik}) = 1 + \frac{c^2}{d^2} – \frac{c^2}{d^2 + {(h-\cos\theta_{jik})}^2} $$

と定義されている。なお、$\theta_{jik}$は$i$を頂点とする$j$-$i$-$k$結合角を表す。

このように、原子$i$と$j$の引力相互作用は$r_{ij}$だけでは単純に決まらず、$i$と$j$を取り巻く周辺の原子たち(ここでは$k$でラベル付けされている）の配置にも依存して変化することになる。

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Watanabe Laboratory

Nano-materials Informatics Laboratory, Waseda University

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