＜統計的な考え方＞を利用した超音波技術

＜統計的な考え方＞を利用した超音波技術 ――R言語・環境による超音波の音圧データ解析―― 超音波システム研究所は、 超音波利用に関して、＜統計的な考え方＞を利用した 効果的な「測定・解析・評価方法」に関する技術を開発しています。 ＜統計的な考え方について＞ 統計数理には、抽象的な性格と具体的な性格の二面があり、 具体的なものとの接触を通じて 抽象的な考えあるいは方法が発展させられていく、これが統計数理の特質である 超音波の研究について 「キャビテーションの効果を安定させるには統計的な見方が不可欠」

＜モデルについて＞ モデルは対象に関する理解、予測、制御等を 効果的に進めることを目的として構築されます。 正確なモデルの構築は難しく、 常に対象の複雑さを適当に"丸めた"形の表現で検討を進めます。 その意味で、 モデルの構成あるいは構築の過程は統計的思考が必要です。 ＜モデルと現状のシステムとの関係性について＞ ( 考察する場合の注意事項 ) １）先入観や経験は正しくないことがあると考える必要があります ２）モデルの本質を考えるためには、 圏論（注）を利用することが有効だと考えています （実際に応用化学や量子論などで積極的に利用されています） 注：圏論は、数学的構造とその間の関係を抽象的に扱う数学理論

＜論理モデルの作成について＞ （情報量基準を利用して） １）各種の基礎技術（注）に基づいて、対象に関する、 D1=客観的知識（学術的論理に裏付けられた理論） D2=経験的知識（これまでの結果） D3=観測データ（現実の状態） からなる 「情報データ群 」、DS＝(D1,D2,D3) を明確に認識し その組織的利用から複数のモデル案を作成する ２）統計的思考法を、 情報データ群（DS）の構成と、 それに基づくモデルの提案と検証の繰り返し によって情報獲得を実現する思考法と捉える ３） AIC の利用により、 様々なモデルの比較を行い、最適なモデルを決定する ４） 作成したモデルに基づいて 超音波装置・システムを構築する ５） 時間と効率を考え、 以下のように対応することを提案しています ５－１）「論理モデル作成事項」を考慮して 「直感によるモデル」を作成し複数の人が検討する ５－２）実状のデータや新たな情報によりモデルを修正・検討する ５－３）検討メンバーが合意できるモデルにより 装置やシステムの具体的打ち合わせに入る 上記の参考資料 １）ダイナミックシステムの統計的解析と制御 ：赤池弘次/共著 中川東一郎/共著：サイエンス社 ２）生体のゆらぎとリズム コンピュータ解析入門 ：和田孝雄/著：講談社

ポイントは 表面弾性波の利用です、 対象物の条件・・・により 超音波の伝搬特性を確認することで、 オリジナル非線形共振現象（注１）として 対処することが重要です 注１：オリジナル非線形共振現象 オリジナル発振制御により発生する高調波の発生を 共振現象により高い振幅に実現させたことで起こる 超音波振動の共振現象 様々な分野への利用が可能になると考え 各種コンサルティングにおいて提案しています。

＜統計的な考え方について＞ 統計数理には、抽象的な性格と具体的な性格の二面があり、 具体的なものとの接触を通じて 抽象的な考えあるいは方法が発展させられていく、 これが統計数理の特質である 科学の中の統計学 赤池 弘次 (編集)より

＜＜ 超音波の音圧データ解析 ＞＞ １）時系列データに関して、 多変量自己回帰モデルによるフィードバック解析により 測定データの統計的な性質（超音波の安定性・変化）について 解析評価します ２）超音波発振による、発振部が発振による影響を インパルス応答特性・自己相関の解析により 対象物の表面状態・・に関して 超音波振動現象の応答特性として解析評価します ３）発振と対象物（洗浄物、洗浄液、水槽・・）の相互作用を パワー寄与率の解析により評価します ４）超音波の利用（洗浄・加工・攪拌・・）に関して 超音波効果の主要因である対象物（表面弾性波の伝搬） あるいは対象液に伝搬する超音波の 非線形（バイスペクトル解析結果）現象により 超音波のダイナミック特性を解析評価します この解析方法は、 複雑な超音波振動のダイナミック特性を 時系列データの解析手法により、 超音波の測定データに適応させる これまでの経験と実績に基づいて実現しています。 超音波の伝搬特性 １）振動モードの検出（自己相関の変化） ２）非線形現象の検出（バイスペクトルの変化） ３）応答特性の検出（インパルス応答の解析） ４）相互作用の検出（パワー寄与率の解析） 注：解析には下記ツールを利用します 注：OML(Open Market License) https://www.ism.ac.jp/ismlib/jpn/ismlib/license.html 注：TIMSAC(TIMe Series Analysis and Control program) https://jasp.ism.ac.jp/ism/timsac/ 注：「R」フリーな統計処理言語かつ環境 https://cran.ism.ac.jp/ autcor：自己相関の解析関数 bispec：バイスペクトルの解析関数 mulmar：インパルス応答の解析関数 mulnos：パワー寄与率の解析関数

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以上