■プロジェクト概要
大学との共同研究で、匂いセンサのデータから匂いの種類を識別するシステムを研究開発。デバイスの改良に合わせて、システムの更新も行った。
■チーム情報
8名。ソフトウェア担当として、データの前処理から分類モデルの実装・評価までを担当(ハードウェア開発は除く)。設備管理・情報セキュリティ担当を兼務。
■使用技術
Python(NumPy、pandas、scikit-learn、TensorFlow、Keras、Selenium、Streamlit)、R(Shiny)、Linux、Windows、Squid、Samba
■開発した機能:匂いを識別する分類モデル
【課題】
・匂いのもとになる化学物質は種類が多く、濃度の幅(ダイナミックレンジ)も広い
・同じ匂いを測ってもセンサの応答が再現しないことが多く、安定して識別するのが難しかった
・同じ条件で多くの種類の匂いを収録したデータがそろっておらず、少ないデータで識別でき、学習していない種類の匂いにも対応できる必要があった
【工夫・解決方法】
・前処理として、センサの応答から応答強度を抽出し、異常値を除いたうえで正規化した
・多変量解析、SVM・ランダムフォレストなどの従来手法、深層学習を比較・検証した
・少ないデータでも有効なクラス分類器として、メタラーニング(Siamese ネットワークと多層パーセプトロンによる距離学習)を採用し、TensorFlow/Keras で実装した
・評価は、学習に使う種類(アロマオイル25種類とブランク)と、学習していない種類(5種類)に分け、6分割交差検証で、実用に近い条件で性能を確かめた
・解析コードと処理手順をまとめて大学側でも使えるようにし、大学から学んだ最新の手法を実装に取り入れた
【成果】
・30種類のアロマオイル(各9サンプル)とブランクの識別(31-way 9-shot)で、精度98.7%以上
・学習していないアロマオイルの認識・分類で、それぞれ平均93.5%・93.9%
・特許出願「匂い識別システム」(特開2023-026785)の発明者に。深層学習を用いたクラス分類器に関する発明
・国際学術誌に共著論文(第2著者)として掲載。ソースコードはすべて自身で実装
C. Liu, H. Miyauchi, K. Hayashi, "DeepSniffer: A meta-learning-based chemiresistive odor sensor for recognition and classification of aroma oils", Sensors and Actuators B: Chemical, Vol. 351, 130960 (2022)
・第39回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム(2022年11月)でデモ機を出展し、ブースに来た来場者に個別に説明した
・論文は2021年の公開から約18件引用され、がん検査の電子鼻や食品分析など、匂いセンサ以外の研究からも参照されている(2026年10月時点)
■その他の担当
・匂いに関わる文章の自然言語処理の調査(Python/Selenium でのクローリング、トピックモデル分析)
・デバイス改良に合わせたシステム更新(データ処理の実装、分類モデルの組み込み)
・情報管理部と連携し、部署内のIT機器全般(2020年ごろには約20台)とサーバ(Linux、Squid、Samba)を管理(調達から使用、保守、廃棄まで)。情報セキュリティの運用も担当