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航空機の安全に関する2つの最新研究

航空機事故ゼロをめざして(12)最新の研究動向

鈴木真二
東京大学大学院 工学系研究科 航空宇宙工学専攻 教授
情報・テキスト
東京大学大学院工学系研究科航空宇宙工学専攻教授の鈴木真二氏が、航空機のさらなる安全へ向けた最新の研究成果を解説する。鈴木氏の研究室では、ニューラルネットワークの手法を用いて、着陸時の操縦法や故障時の自動飛行をコンピューターに学習させてきた。最新の情報技術によってどこまで飛行の安全を確保できるのか。(全12話中第12話)
時間:10:27
収録日:2017/11/27
追加日:2018/04/10
≪全文≫

●システムをレジリアントにする


 さらなる安全性の向上にむけて、3点指摘いたします。第1に、ヒューマンファクター、人は間違いを犯すという前提の下でさまざまな訓練方法が導入されていますが、人の振る舞いに関しては、さらなる研究が求められます。第2に、最近の情報処理技術の発展により、AIやビッグデータ処理を安全に活用するということも盛んに検討されています。

 第3に、レジリアントなシステムという考え方が最近注目されています。「resilience」という言葉は、「元に戻る力」「弾(力)性」といった意味ですが、「怪我やショックなどからの回復力」、「早い立ち直り」という意味でも使われます。つまり、システムをレジリアントにするということが今、話題になっているのです。


●新人パイロットにベテランの操縦法をいかに早く習得させるか


 最後に、私たちの研究室で行っている研究について、2つご紹介したいと思います。1つ目は、パイロットの操縦を人工脳神経網(ニューラルネットワーク)を用いて分析するという研究です。

 飛行機の自動操縦はすでに一般的になってきましたが、離陸と着陸時には、やはりパイロットのマニュアル操作が基本となります。特に着陸は、パイロットの技能が大きく問われる瞬間です。パイロットは通常、コックピットの計器盤を見て、機体の状態を把握し操縦します。しかし、着陸寸前にこれらの計器が異常を来す、あるいは正確なデータを示さないということもあり得ます。そこで、パイロットは外を見て、水平線や滑走路の見え方から機体を操縦するのが普通です。これは、ライト兄弟が飛行機を飛ばしていた時代と変わりません。

 水平線や滑走路がどのように見えるかという情報から、パイロットは機体の高度や姿勢、滑走路までの距離といった情報を把握します。これに基づいて操縦を行うわけです。ベテランのパイロットは、こうした信号処理から操作を適切に行うことができます。問題は新人のパイロットです。新人のパイロットに、この操縦方法をいかに早く習得させるかということが重要な課題になったのです。


●パイロットの操縦をコンピューターに学習させる


 私たちは、エアラインからの相談を受けて、ベテランパイロットの操縦の技を分析することを試みました。さまざまな方法を検討した結果、パイロットが視覚情報をもとにどのような操作を行ったのかということを、ニューラルネットワークという手法でコンピューターに学習させました。パイロットの操作を学習することによって、パイロットと同じような操縦ができるコンピュータープログラムを作ることができます。

 ただし目的は、このプログラムを使って自動操縦するということではなく、パイロットがどのような操縦をしたかということを後で分析するということにあります。パイロットは長年の経験でそうした技能を身に付けるため、その操縦法を人に伝えるということはかなり難しいということが分かったからです。

 研究の結果、ベテランパイロットと新人のパイロットの間には、情報処理能力において明確な差があるということが観測されました。近づいてくる滑走路の形や水平線の動きを見て、パイロットは操縦しますが、ベテランのパイロットは必要なタイミングで必要な情報を的確に把握できています。こうした分析が、現在パイロットの訓練課程に反映されています。


●故障をモデル化し、正しい操縦法をコンピューターに学習させる


 私たちが行っている2つ目の研究も、ニューラルネットワークを用いています。飛行機の動きをモニターして、飛行機が異常な動きをした場合に故障を判定し、適切な自動操縦システムを構築するという研究です。現状でも、飛行機は自動で飛ぶことができますが、正常な機体を元に、制御プログラムが作られています。したがって大きな故障があると、その操縦はパイロットのマニュアル操作に任されるわけです。

 経験したことのないような事故に遭遇すると、パイロットにとっては非常に大きな負荷となります。そこで、コンピューターの力を借りることによって、大きな故障が起きた場合でも自動操縦が維持できるように工夫しました。故障をモデル化し、正しい操縦法を自ら獲得できるよう、飛びながらコンピューターに学習させるという手法を用いています。実験用の航空機や無人機を用いた飛行実験にすでに成功しています。国の委託による産学官の連携の研究です。

 ご覧の映像は小型飛行機の模型を自動操縦化し、その無人機を用いて実験を行ったものです。飛行中、右主翼の先端がわざと脱落するように作ってあります。飛行中に右主翼の一部が壊れれば、通常の自動制御では機体を安定化させることは困難ですが、先ほどのようなプログラムを使えば、安定した飛行が可能であるということが確認できました。
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