2023 Fiscal Year Research-status Report

「フィールドで持ち歩く実験室」：MEMSで創り出す最小の生態学実験室

Research Project

Project/Area Number	22K19797
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	岡田昌也九州大学, 共創学部, 准教授 (10418519)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	佐々文洋九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (30722681) 中井亮佑国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (90637802)
Project Period (FY)	2022-06-30 – 2025-03-31
Keywords	科学者育成教育 / ラーニングアナリティクス / BioMEMS / 知能拡張技術 / 実世界学習 / 微生物生態学
Outline of Annual Research Achievements	本研究は，科学者育成という新しい教育目標を取り込んだ新GIGAスクール実現の礎を創ることを目的とする．このために，本研究は，MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)技術によって「最小の生態学実験室」を創り出し，これを学習者がフィールドで持ち歩き，学習するための知能拡張技術を開発することとしている．この目的を達成するために，本研究はソフトウェア開発およびハードウェア開発の両面から取り組んでおり，今年度，以下の研究を行った．（1）初年度に試作したBioMEMSデバイスに関して，九州大学において改良を行い，これを国立研究開発法人産業技術総合研究所北海道センターにおける統制環境によって評価した．具体的には，BioMEMSデバイスの挙動・ハードウェア性能の評価，加えて，デバイスの操作に関わる人間工学的評価（ヒューマンインタフェース，操作性，手技など）を行った．その結果，改良型BioMEMSが，設計目標である性能（ハードウェア的性能，および，人間工学的性能）を概ね有していることを確かめた．（2）「フィールドで持ち歩く実験室」をソフトウェア的に制御する基盤となる，実世界学習を対象としたラーニングアナリティクス技術（自動学習評価技術）を開発した．具体的には，実世界における連続的な経験生成の基盤として，学習者内部に信念システムを仮定し，これを計算論的にモデリングすることで，フィールドでの知能拡張技術を駆動させるラーニングアナリティクス・コンポーネントの設計に関する知見を，定性的に得た．加えて，次世代ラーニングアナリティクスの開発・評価・実践に関する世界的な研究動向について包括的調査を行い，フィールドでの知能拡張技術を駆動させるコンポーネントの開発を加速するための基礎的知見を得た．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 「フィールドで持ち歩く実験室」（MEMSで創り出す最小の生態学実験室）の実現のために，ソフトウェアおよびハードウェアの両面から研究・開発に取り組んだ．ソフトウェア開発の観点からは，国際会議において査読付論文1本の採録，ハードウェア開発の観点からは設計の改良と性能テスト（ハードウェア的視点，人間工学的視点）を行えたため，本研究は「おおむね順調に進展している」と考えられる．
Strategy for Future Research Activity	「フィールドで持ち歩く実験室」（MEMSで創り出す最小の生態学実験室）の実現のために，以下の研究を推進する． (1) ソフトウェアの観点から，実世界学習を対象としたラーニングアナリティクス技術の高度化を行う． (2) ハードウェアの観点から，BioMEMSの設計と実装を改良し，実世界環境への適用可能性を高める． (3) (1)(2)の技術を融合した知能拡張技術を完成させる．
Causes of Carryover	当初，2023年度に，実世界環境でBioMEMSを評価する予定であり，これに伴われる費用を見込んでいた．しかし，実世界環境での実験を成功させるためには，先んじて，理想的な統制環境で，厳密にBioMEMSの機能評価を行うことが極めて重要と考え，理想環境での実験を優先的に行うこととした．その結果，実世界環境での実験に要される費用から，理想的統制環境での実験に要される費用を差し引きした額が，次年度使用額として生じた．これについては，次年度，実世界環境での実験の実施によって，本研究の加速のために速やか，かつ，適切に予算を執行するため，研究計画全体には影響はない．