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DeepNISによる非線形電磁逆散乱の新展開

(DeepNIS: Deep Neural Network for Nonlinear Electromagnetic Inverse Scattering)

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田中専務

拓海先生、最近若手から「EMの画像化にAIを使えば劇的に改善できる」と聞きましたが、具体的に何が変わるんでしょうか。うちの現場に本当に投資対効果があるのか心配でして。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!大丈夫です、一緒に分かりやすく整理しますよ。要点は三つで説明しますね。まず、従来難しかった強い相互作用があるケースで精度向上できること、次に処理時間が短縮され得ること、最後に学習済みモデルを別条件に転用できる可能性があることです。

田中専務

なるほど。ですが「強い相互作用」という言葉がピンと来ません。現場で言うとどんな状況でしょうか。あと学習って現場のデータが大量に必要なんじゃないですか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!「強い相互作用」は、電波や光が内部構造と何度もぶつかって戻ってくるような状況です。ビジネスの比喩で言えば、会議で意見が何度も重なり合って本当の意図が見えにくくなる状態に似ていますよ。DeepNISはそうした重なり合いをモデル化するために、複素数を扱うニューラルネットワークを使い、逐次的に画像を精錬していきます。

田中専務

これって要するに、従来の解析手法では見落とされがちな“重なり”をAIが順番に剥がしてくれる、ということですか?それなら応用の幅は広そうですね。

AIメンター拓海

その理解は非常に本質を突いていますよ。まさに順に不要な重なりを除去して本質を取り出すイメージです。ここで注目は三つです。第一にDeepNISは従来手法よりも高コントラストな対象を扱えること。第二に計算時間が短縮される点。第三に異なる周波数や状況でも一定の汎化能力を示す点です。

田中専務

計算時間の短縮は魅力的です。ただ、導入コストや現場での運用はどうしたら良いのか。学習に必要な「教師データ」は社内で用意できますか。それから精度の信頼はどの程度ですか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!現実的にまとめると、導入は三段階で考えます。第一段階は既存のシミュレーションデータやラボ計測で学習させて基礎モデルを作る段階、第二段階は現場データで微調整する段階、第三段階は運用の監視とモデル更新の段階です。社内データが少ない場合はシミュレーションで補うのが現実的で、まずはプロトタイプで投資対効果を評価できますよ。

田中専務

要するに段階的投資でリスクを抑えつつ効果を確かめられるということですね。ところで複素数を扱うという話がありましたが、我々が意識する必要はありますか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!複素数は数学的な表現であり、現場で言えば位相や位相差の情報を含むという意味です。現場の皆さんが直接扱う必要はなく、実装側が内部で扱いますのでご安心ください。経営判断としては、期待される精度改善と導入コストのバランスに注目すれば良いのです。

田中専務

分かりました。最後に、投資判断の場で私が使える短い説明をください。技術的な深掘りは皆に任せるので、経営判断に必要なポイントを端的に教えてください。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!経営向けの要点は三つです。第一にDeepNISは従来困難だった高コントラスト領域で精度を出せる可能性があること。第二に学習済みモデルの利用で処理時間を大幅に短縮できる余地があること。第三に初期はシミュレーション中心で低コストにPoC(概念実証)を回せる点です。これだけ押さえれば意思決定は進めやすくなりますよ。

田中専務

分かりました。私の言葉でまとめますと、「DeepNISは複雑に入り組んだ信号の重なりを順に剥がして高精度な画像にする技術で、初期はシミュレーションで低コストに試せて、うまくいけば現場での診断速度と精度を両方改善できる」ということでよろしいですか。

監修者

阪上雅昭(SAKAGAMI Masa-aki)
京都大学 人間・環境学研究科 名誉教授

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