東京大学大学院新領域創成科学研究科

PROSPECTUS

教員紹介

水野 勝紀 (みずの かつのり//准教授)

環境システム学専攻/地域環境システム学講座/開発、気候変動に伴う環境改変を的確に捉えるための新しい計測システムの開発とその社会実装

略歴

2006年3月 同志社大学工学部電子工学科 卒業 2008年3月 同志社大学大学院工学研究科電気工学専攻修士課程修了 2008年4月~2012年2月 パナソニック株式会社 2012年3月 同志社大学大学院生命医科学研究科生命医科学専攻博士課程修了(一ヵ年短縮)(博士(工学)) 2012年4月 東京大学生産技術研究所海中工学国際研究センター特任助教 2012年4月 同志社大学波動エレクトロニクス研究センター嘱託研究員 2017年8月 東京大学大学院新領域創成科学研究科環境システム学専攻助教 2018年9月~2019年3月 フランス国立科学研究センター(CNRS)・エクスマルセイユ大学客員研究員 2019年4月~2019年8月 サウサンプトン大学国立海洋センター(NOCS)客員研究員 2021年7月 東京大学大学院新領域創成科学研究科環境システム学専攻准教授

教育活動

研究活動

専門分野は音響計測、情報処理であり、先端的な音響計測技術、画像・信号処理技術をベースに、医療や海洋・湖沼を対象とした様々な計測システムの開発を行っている。医療分野では、主に骨の医用診断システム開発にとり組み、骨の微細構造が超音波の縦波音速と減衰に及ぼす影響を定量的に評価する手法や(文献(37)、(39)、(41)など)、超音波によって励起される骨の圧電現象が骨折治療促進に及ぼす影響を定量的に評価する手法を新たに開発した(文献(13)、(24)、(31)など)。東京大学に着任後は、海洋・湖沼等の水圏環境評価システムの開発に対象を広げ、海洋開発や気候変動に伴う環境改変が、海洋環境に与える影響を迅速かつ正確に把握するための新しい技術基盤を構築し、国内外の研究グループとともに発展させながら、環境動態評価における世界的な指針の策定を目指している。具体的には、海底環境の評価、水生生物のモニタリング、海底資源探査、港湾インフラ施設の劣化診断、機械的刺激が生物・生体に及ぼす影響の定量評価等の課題に精力的に取り組み、優れた成果を上げている。例えば、海底環境の評価に関しては、低コストながらも世界最高計測効率(従来のダイバーによる調査の約80倍、海中ロボットによる調査の約5倍)の海底観測ツールを新たに開発し、深層学習による情報分類技術を効果的に組み合わせ、広域なサンゴの被度分布を定量化した。また、水生生物のモニタリングに関しては、高分解能音響ビデオカメラを用いた魚類の分類、底生生物の行動解析、沈水植物の分布把握方法などを新たに提案しており(文献(10), (20)など))、今後の海洋開発に伴う水中構造物の設置が魚類などに与える影響の定量評価への応用が期待されている。また、これまで把握が困難とされていた水底下の堆積物中に生息する底生生物や植物根などの分布や動態を明らかにするための3次元音響精密計測システムを開発し(文献(12), (19))、未だ不明な点が多く残されている底生生物の生態系や海底資源の開発に誘引される環境変動の把握など、国際社会において今後ますます重要とされる環境課題解決への足掛かりと期待されている。また、その堆積物中における複雑な音波伝搬をシミュレーションするための計算手法をフランスの研究機関と共同で開発しており、当該技術を世界的に牽引している状況である。さらに、東南アジアの発展途上域などのフィールドにおいても研究を展開し、例えば、貧困課題解決のための持続的な経済開発が急務とされているフィリピン沿岸域において、その希少性の高い海洋資源の持続的な利用を目的として、サンゴや藻場分布、ジュゴンの食み跡などの定量評価システムの開発を現地の大学機関や行政、地元のNGO団体らと協力しながら進めている(文献14)など)。海底資源探査に関しては、海中ロボット搭載用の非線形音波送信システムと海底下に埋没する探索対象からの音波の反射レベルを推定するための数値計算手法を開発し(文献(15)など)、また自身が次席研究者を務めた調査航海(YK-1509)において、日本近海に新たに海底熱水鉱床域を発見するなど(文献(11)など)、海底下の鉱物資源探査の進展に貢献している。港湾インフラ施設の劣化診断に関しては、海中ロボットと音響計測機器、画像処理技術を有機的に組み合わせ、港の岸壁やダム湖の壁面などの劣化診断に資する新しい計測システムを開発した。

文献

1. K. Mizuno, K. Terayama, S. Hagino, S. Tabeta, S. Sakamoto, T. Ogawa, K. Sugimoto, H. Fukami, “An efficient coral survey method based on a large-scale 3-D structure model obtained by Speedy Sea Scanner and U-Net segmentation”, Scientific Reports, 10, 12416, 2020 2. K. Mizuno, P. Cristini, D. Komatitsch, Y. Capdeville, “Numerical and experimental study of wave propagation in water-saturated granular media using effective method theories and a full- wave numerical simulation.”, IEEE journal of Oceanic Engineering, DOI: 10.1109/JOE.2020.2983865, vol. 45 (3), pp. 772-785, 2020 3. R. Hisamatsu, S. Tabeta, S. Kim, K. Mizuno, “Storm surge risk assessment for the insurance system: A case study in Tokyo Bay, Japan”, Ocean & Coastal Management, vol. 189, 105147, pp.1-13, 2020 4. K. Mizuno, K. Terayama, S. Tabeta, S. Sakamoto, Y. Matsumoro, Y. Sugimoto, T. Ogawa, K.Sugimoto, H. Fukami, M. Sakagami, M. Deki, and A. Kawakubo, “Development of an efficient coral-coverage estimation method using a towed optical camera array system (SSS: Speedy Sea Scanner) and deep-learning-based segmentation: A sea trial at the Kujuku-shima islands.”, IEEE journal of Oceanic Engineering, DOI: 10.1109/JOE.2019.2938717, vol. 45(4), pp. 1386-1395, 2019 5. K. Terayama, K. Shin, K. Mizuno, K. Tsuda, “Integration of sonar and optical camera images using deep neural network for fish monitoring”, Aquacultural Engineering, vol. 86, 102000, 2019 6. 久松力人,多部田茂,水野勝紀,金洙列,“ニューラルネットワークを用いた高潮の早期損害推定手法の検討”,土木学会論文集G(環境)Vol.75,NO.5,地球環境研究論文集第27巻,363-369, 2019 7. 岩場公利,多部田茂,濱田孝治,水野勝紀,“漁船モニタリングデータを用いたニューラルネットワークによる魚類密度分布推定”,日本船舶海洋工学会論文集, vol. 29, pp. 117-122, 2019 8. J. Han, B. S. Jeon, K. Mizuno, K.Yoshida, H. D. Park, “Influences of small-scale oscillations on growth inhibition and ultrastructural changes of Microcystis cells”, Journal of Environmental Science and Health - Part A, vol. 53, no.13, 2019 9. 三木皓貴, 多部田茂,水野勝紀,“魚類動態シミュレーションにおける行動モデルの検討”, 日本船舶海洋工学会論文集, 28, 155-162, 2018 10. K. Mizuno, A. Asada, S. Ban, Y. Uehara, T. Ishida, N. Okuda, “Validation of a high-resolution acoustic imaging sonar method by estimating the biomass of submerged plants in shallow water”, Ecological Informatics, vol. 46, pp. 179-184, 2018 11. K. Iizasa, A. Asada, K. Mizuno, F. Katase, S. Lee, M. Kojima, N. Ogawa, “Native gold and gold-rich sulfide deposits in a submarine basaltic caldera, Higashi-Aogashima hydrothermal field, Izu-Ogasawara frontal arc, Japan”, Mineralium Deposita, 53, 1-16, 2018 12. H. Suganuma, K. Mizuno, A. Asada, “Application of wavelet shrinkage to acoustic imaging of buried asari clam by using high-frequency ultrasound”, Japanese Journal of Applied Physics, vol. 57, 07LG08, 2018 13. S. Matsukawa, T. Makino, S. Mori, D. Koyama, S. Takayanagi, K. Mizuno, T. Yanagitani, M. Matsukawa, "Anisotropy evaluation of stress-induced electrical potentials in bone using ultrasound irradiation", Applied Physics Letters, vol. 110, 143701, 2017 14. K. Mizuno, A. Asada, Y. Matsumoto, K. Sugimoto, T. Fujii, M. Yamamuro, M. D. Fortes, M. Sarceda, L. A. Jimenez, “A simple and efficient method for making a high-resolution seagrass map and quantification of dugong feeding trail distribution: a field test at Mayo Bay, Philippines.” Ecological Informatics, vol. 38, pp. 89-94, 2017 15. K. Mizuno, A. Asada, F. Katase, K. Nagahashi, T. Ura, T. Haraguchi, “Development of the Parametric Sub-Bottom Profiler for Autonomous Underwater Vehicles and the Application of Continuous Wavelet Transform for Sediment Layer Detections” J. Marine Acoust. Soc. Jpn., vol. 43, no. 4, pp. 233-248, 2016 16. F. Katase, K. Iizasa, K. Mizuno, T. Matsuda, Y. Saito, A. Asada, “Seafloor Hydrothermal Deposits exploration By Bathymetry and Backscattering Data Using Multibeam Echo-Sounder in the Higashi -Aogashima Caldera” J. Marine Acoust. Soc. Jpn., vol. 43, no. 4, pp. 208-218, 2016 17. 小島光博・浅田昭・水野勝紀・片瀬冬樹・月岡哲・大美賀忍・浦環, ”海底鉱床探査のためのInSAS解析手法の開発”, 海洋音響学会誌, vol. 43, no. 4, pp. 219-232, 2016 18. 三尾有年・浅田昭・水野勝紀・片瀬冬樹・小島光博, ”曳航式サブボトムプロファイラーを用いた海底熱水鉱床における音響探査技術の開発”, 海洋音響学会誌, vol. 43, no. 4, pp. 263-275, 2016 19. K. Mizuno, X. Liu, F. Katase, A. Asada, M. Murakoshi, Y. Yagita, Y. Fujimoto, T. Shimada, and Y. Watanabe “Automatic non-destructive three-dimensional acoustic coring system for in situ detection of aquatic plant root under the water bottom” Case Studies in Nondestructive Testing and Evaluation, vol. 5, pp. 1-8, 2016 20. K. Mizuno, K. Abukawa, T. Kashima, A. Asada, Y. Fujimoto, and T. Shimada “Assessing the biological process of Hydrilla verticillata predation in a eutrophic pond using high-resolution acoustic imaging sonar” Limnology, 17(1), pp. 13-21, 2016 21. M. Nagaso, K. Mizuno, A. Asada, K. Kobayashi, and M. Matsukawa “Experimental and Finite-difference Time-domain Simulation Study of the Precise Measurement of the Gonad of a Small Fish Using a 25-MHz Acoustic Focus Probe” Marine Technology Society Journal, 49(5):31-37, pp. 31-37, 2015 22. A. Groopman, J. Kats, M. Holland, F. Fujita, M. Matsukawa, K. Mizuno, K. Wear, J. Miller “Conventional, Bayesian, and Modified Prony's methods for characterizing fast and slow waves in equine cancellous bone” Journal of the Acoustical Society of America, vol. 138, no. 2, pp. 594-604, 2015 23. H. Taki, Y. Nagatani, M. Matsukawa, K. Mizuno, and T. Sato “Fast characterization of two ultrasound longitudinal waves in cancellous bone using an adaptive beamforming technique” Journal of the Acoustical Society of America, vol. 137, no. 4, pp. 1683-1692, 2015 24. H. Tsuneda, S. Matsukawa, S. Takayanagi, K. Mizuno, T. Yanagitani, and M. Matsukawa “Effects of microstructure and water on the electrical potentials in bone induced by ultrasound irradiation” Applied Physics Letters, vol. 106, 73704, 2015 25. K.Wear, Y. Nagatani, K. Mizuno, and M. Matsukawa “Fast and slow wave detection in bovine cancellous bone in vitro using bandlimited deconvolution and Prony's method” Journal of the Acoustical Society of America vol. 136, no. 4, pp. 2015-2024, 2014 26. Y. Nagatani, K. Mizuno, and M. Matsukawa “Two-wave behavior under various conditions of transition area from cancellous bone to cortical bone ” Ultrasonics, vol 54, Issue 5,pp.1245-1250, 2014 27. C. Liu, D. Ta, F. Fujita, T. Hachiken, M. Matsukawa, K. Mizuno, W. Wang “The relationship between ultrasonic backscatter and trabecular anisotropic microstructure in cancellous bone” Journal of Applied Physics, vol. 115, 64906, 2014 28. XU. Chunhui, K. Mizuno, A. Asada, K. Abukawa and M. Yamamuro “ 3D Views generation and Species Classification of Aquatic Plants Using Acoustic Images” J. Marine Acoust. Soc. Jpn., vol. 40, no. 1, pp.14-26, 2013 29. K. Mizuno, K. Abukawa, T. Kashima, A. Asada, Y. Fujimoto, and T. Shimada “ Quantification of whooper swan damage to lotus habitats using high-resolution acoustic imaging sonar in Lake Izunuma, Japan” Aquatic Botany, vol. 110 pp. 48-54, 20, 2013 30. F. Fujita, K. Mizuno, and M. Matsukawa “An experimental study on the ultrasonic wave propagation in cancellous bone : waveform changes during propagation” Journal of the Acoustical Society of America, vol. 134, no. 6,, pp. 4775-4781, 2013 31. M. Okino, S. Coutelou, K. Mizuno, T. Yanagitani, and M. Matsukawa “Electrical potentials in bone induced by ultrasound irradiation in the MHz range” Applied Physics Letters, vol. 103,103701, 2013 32. K. Mizuno, K. Yamashita, Y. Nagatani and M. Matsukawa “Effect of boundary condition on the two wave propagation in cancellous bone” Japanese Journal of Applied Physics, vol. 50, 07HF191-5 , 2011 33. K. Mizuno, Y. Nagatani, K. Yamashita and M. Matsukawa “ Propagation of two longitudinal waves in a cancellous bone with the closed pore boundary.” Journal of the Acoustical Society of America, vol. 130, no. 2, pp. EL122-127, 2011 (Top 20 most downloaded Articles August 2011) 34. A. Nelson, J. Hoffman, C. Anderson, M. Holland, Y. Nagatani, K. Mizuno, M. Matsukawa and J. Miller “ Determining attenuation properties of interfering fast and slow ultrasonic waves in cancellous bone ” Journal of the Acoustical Society of America, vol. 130, no. 4, pp2233-2240, 2011 35. K. Yamashita, F. Fujita, K. Mizuno, I. Mano and M. Matsukawa Two wave propagation imaging to evaluate the structure of cancellous bone. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, vol. 59, no. 6, pp. 1160-1166, 2011 36. 松川真美・水野勝紀・長谷芳樹・細川篤 “超音波による定量的な骨評価に向けて -海綿骨中の縦波超音波伝搬挙動の解明-“ IEICE Fundamentals Review, vol. 3, no. 4 pp. 47-52, 2010 37. K. Mizuno, H. Somiya, T. Kubo, M. Matsukawa, T. Otani and T. Tsujimoto “ Influence of cancellous bone microstructure on two ultrasonic wave propagations in bovine femur: An in vitro study “ Journal of the Acoustical Society of America, vol. 128, no. 5 pp. 3181-3189, 2010 38. S. Hasegawa, Y. Nagatani, K. Mizuno and M. Matsukawa “ Wavelet Transform Analysis of Ultrasonic Wave Propagation in Cancellous Bone ” Japanese Journal of Applied Physics, vol. 49, 07HF281-5, 2010 39. K. Mizuno, M. Matsukawa, T. Otani, P. Laugier and F. Padilla “ Propagation of two longitudinal waves in human cancellous bone: An in vitro study “ Journal of the Acoustical Society of America, vol. 125, no. 5, pp. 3460-3466 , 2009 40. Y. Nagatani, K. Mizuno, T. Saeki, M. Matsukawa, T. Sakaguchi and H. Hosoi “ Propagation of fast and slow waves in cancellous bone: Comparative study of simulation and experiment“ Acoustical Science and Technology, vol. 30, no. 4, pp. 257-264, 2009 41. K. Mizuno, M. Matsukawa, T. Otani, M. Takada, I. Mano and T. Tsujimoto “ Effects of Structural Anisotropy of Cancellous Bone on Speed of Ultrasonic Fast Waves in the Bovine Femur. “ IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, vol. 55, no. 7, pp. 1480-1487, 2008 42. Y. Nagatani, K. Mizuno, T. Saeki, M. Matsukawa, T. Sakaguchi and H. Hosoi “ Numerical and Experimental Study on the Wave Attenuation in Bone - FDTD Simulation of Ultrasound Propagation in Cancellous Bone ” Ultrasonics, vol. 48, pp. 607-612, 2008

その他

海洋音響学会、海洋調査技術学会、IEEE/OES、日本船舶海洋工学会、海洋理工学会、日本沿岸域学会、日本陸水学会各会員 第29回海洋工学シンポジウム実行委員会委員 (2021-)、海洋調査技術学会 企画委員(2020-)、超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム 運営委員会委員(2020-)、海中海底工学フォーラム・ZERO 運営委員(2019-)、IEEE Underwater Technology Symposium 2021, プログラム委員長、Technical Committee委員(2019-)、海洋理工学会 幹事(2019-)、IEEE/OES Japan Chapter, Technical Committee委員(2018-)、IEEE/OES Newsletter Editorial Committee委員(2018-)、海洋調査技術学会 広報委員(2018-)、海洋音響学会 評議員(2017-)、OCEANS’18 MTS/IEEE Kobe/ Techno-Ocean2018, Technical Program Committee, Technical Program Committee委員(2017-)、IEEE/OES Japan Chapter IEEE/OES Japan Chapter Young Researcher Award 選考委員(2017)

将来計画

SDGs(Sustainable Development Goals)を掲げるこれからの国際社会において,施策の制定や多様なステークホルダー間で課題を議論する際に,客観的な環境データを充実させることは最も重要なアプローチの一つと考えられ,そのための環境情報計測の重要性は,今後益々高まっていくと感じている.将来に向けて,責任感のある持続的な開発や自然環境の保全・修復などが適正に進められるように,環境情報計測の立場から真摯に取り組んでいきたい.特に、東南アジア域におけるリゾート開発・プラント建設や、国内で進められる資源・エネルギー開発などが海草藻場やサンゴ群落、海洋生物へ与える影響について計測、評価、予測、議論していきたい。また、国や地域、セクションの垣根を越えた連携研究を推進し、行政や民間を巻き込む産学官の有機的なネットワーク作りを進め、人と自然が織りなす社会が歩むべき全体最適な道を探求する。

教員からのメッセージ

国際化が進み、情報に溢れた現在、柔軟な考え方や広い視野、お互いの多様性を認め合うための寛容な心が必要不可欠だと日々感じています。環境システム学専攻において、様々な専門性を有する研究者から刺激を受け、自然という無限の可能性を秘めた研究題材を通じ、国際社会で活躍する健康的な人材へと成長されることを期待します。