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About Me

氏名:犬伏 正信 (Masanobu Inubushi)
Email: inubushi (at) rs.tus.ac.jp
所属:東京理科大学 理学部第一部 応用数学科・准教授
兼務:大阪大学 大学院基礎工学研究科・招へい准教授
   宇宙航空研究開発機構JAXA 宇宙科学研究所・大学共同利用システム研究員
   東京大学 生産技術研究所・リサーチフェロー

学位
2008/03 学士(工学)東京工業大学 工学部 機械宇宙学科
2010/03 修士(理学)京都大学 大学院理学研究科 数学・数理解析専攻(数理解析系)
2013/03 博士(理学)京都大学 大学院理学研究科 数学・数理解析専攻(数理解析系)
博士論文:Covariant Lyapunov Analysis of Navier-Stokes Turbulence
(指導教官: 山田道夫教授,竹広真一准教授)

職歴
2012/04 - 2013/03 京都大学 数理解析研究所・日本学術振興会 特別研究員(DC2)
2013/04 - 2018/02 NTT コミュニケーション科学基礎研究所・研究員
2018/03 - 2021/03 大阪大学 大学院基礎工学研究科・助教
2021/04 - 現職
2024/03 - 2025/03 ケンブリッジ大学 応用数学理論物理学科・客員研究員
その他
2010/04 - 2012/03 京都大学 数理解析研究所・RA
2010/04 - 2012/03 京都大学 大学院理学研究科・TA(線形代数学演習)
2023/04 - 2024/03 JAXA 宇宙科学研究所・大学共同利用システム研究員

学会活動
日本流体力学会
 学会誌「ながれ」編集委員(2019-2024),流体数理OS オーガナイザ (2019-2022),
 AIと流体力学OS オーガナイザ(2023-),第31期代議員(2023-)
日本物理学会 領域11運営委員(応用数学・力学系・流体力学分野 担当)(2021-2022)
電子情報通信学会 会誌編集委員 (2016-2018)

Research

数学,特に力学系理論の応用に興味を持っています.主な研究対象は, 流体力学(安定性,乱流,混合)と情報科学(機械学習,データ同化,乱数生成)に現れる非線形問題です. 最近は,情報科学の手法を流体力学の問題に応用することにも取り組んでいます.
✎学生さん向け研究紹介はこちら

  • ナヴィエ-ストークス方程式に従う流体の運動を力学系理論の観点から調べています. 特に2次元のコルモゴロフ流れ,3次元のクエット流れ,周期箱乱流に対して,主にリヤプノフ解析を用いて調べています (図はコルモゴロフ流れの共変リヤプノフベクトル).力学系の双曲性と流体運動の関係,乱流の普遍性と 軌道不安定性の関係に興味を持っています.

  • リザバーコンピューティング(Reservoir Computing, RC)という機械学習法の研究を行っています. RCは学習パラメタに関する線形モデルで⼊出⼒時系列間の⾮線形関係を近似する手法です. 力学系理論の観点からその数理的性質(詳しくはこちら)を調べています. また力学系の性質を利用した少量データでの学習法(転移学習)を提案しています.

  • 流体混合は工学的に重要ですが,効率の良い混合法を獲得するためには,時間大域的な最適化問題を扱う必要があり容易ではありません.そこで,時間大域的な最適化問題に適した機械学習法である強化学習に着目し, 流体混合の最適化問題へ応用しています. 移流拡散方程式に従う濃度場の混合問題では,深層強化学習が有効であることを示しています.

  • Publications

    査読付き論文
    1. Masanobu Inubushi and Colm-cille P. Caulfield,
      "Synchronisation in two-dimensional damped-driven Navier–Stokes turbulence: insights from data assimilation and Lyapunov analysis",
      Journal of Fluid Mechanics 1027, A41 (2026).
      https://doi.org/10.1017/jfm.2025.11057
      📢プレスリリース:『観測データから「見えない渦」を復元~乱流ダイナミクスに潜む因果構造に関する新知見~』
      New!
    2. Daigaku Katsumi, Masanobu Inubushi, and Naoto Yokoyama,
      "Data-driven prediction of reversal of large-scale circulation in turbulent convection",
      Physical Review Fluids 10, 053501 (2025).
      https://journals.aps.org/prfluids/abstract/10.1103/PhysRevFluids.10.053501
    3. Akane Ohkubo and Masanobu Inubushi,
      "Reservoir computing with generalized readout based on generalized synchronization",
      Scientific Reports 14, 30918 (2024).
      https://www.nature.com/articles/s41598-024-81880-3
      📢プレスリリース:『同期理論で紐解くリカレントニューラルネットワークの予測機構と新学習法の提案 ~ニューロンの状態から何を読み取り、カオスを予測しているのか?~』
    4. Satoshi Matsumoto, Masanobu Inubushi, and Susumu Goto,
      "Stable reproducibility of turbulence dynamics by machine learning",
      Physical Review Fluids 9, 104601 (2024).
      https://journals.aps.org/prfluids/abstract/10.1103/PhysRevFluids.9.104601
    5. Masanobu Inubushi, Yoshitaka Saiki, Miki U. Kobayashi, and Susumu Goto,
      "Characterizing Small-Scale Dynamics of Navier-Stokes Turbulence with Transverse Lyapunov Exponents: A Data Assimilation Approach",
      Physical Review Letters 131, 254001 (2023).
      https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.254001
      📢プレスリリース:『乱流のデータ同化における未解決問題を解決~流体シミュレーションによる予測精度向上につながる新知見』
    6. Yuto Iwasaki, Takayuki Nagata, Yasuo Sasaki, Kumi Nakai, Masanobu Inubushi, and Taku Nonomura,
      "Reservoir computing reduced-order model based on particle image velocimetry data of post-stall flow",
      AIP Advances 13, 065312 (2023).
      https://pubs.aip.org/aip/adv/article/13/6/065312/2894878/Reservoir-computing-reduced-order-model-based-on
    7. Mikito Konishi, Masanobu Inubushi, and Susumu Goto,
      "Fluid mixing optimization with reinforcement learning",
      Scientific Reports 12, 14268 (2022).
      https://www.nature.com/articles/s41598-022-18037-7
      Featured in EurekAlert! "Mixing things up: optimizing fluid mixing with machine learning"
      📢プレスリリース:『人工知能(AI)が効率的な混ぜ方を自動で学習~流体混合問題に対する強化学習の有効性を実証、環境低負荷型社会実現への貢献に期待~』
    8. Masanobu Inubushi and Susumu Goto,
      "Transfer learning for nonlinear dynamics and its application to fluid turbulence",
      Physical Review E 102, 043301 (2020).
      https://arxiv.org/abs/2009.01407
      https://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.102.043301
    9. Takumi Yokosaka, Masanobu Inubushi, Scinob Kuroki, and Junji Watanabe,
      "Frequency of Switching Touching Mode Reflects Tactile Preference Judgment",
      Scientific Reports 10, 3022 (2020).
    10. Masanobu Inubushi,
      "Unpredictability and robustness of chaotic dynamics for physical random number generation",
      Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science 29, 033133 (2019).
      https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5090177
    11. Kosuke Takano, Chihiro Sugano, Masanobu Inubushi, Kazuyuki Yoshimura, Satoshi Sunada, Kazutaka Kanno, and Atsushi Uchida,
      "Compact reservoir computing with a photonic integrated circuit",
      Optics Express, 26(22) 29424-29439 (2018).
    12. Makoto Tomiyama, Kazuto Yamasaki, Kenichi Arai, Masanobu Inubushi, Kazuyuki Yoshimura, and Atsushi Uchida,
      "Effect of bandwidth limitation of optical noise injection on common-signal-induced synchronization in multi-mode semiconductor lasers",
      Optics Express, 26(10), 13521-13535 (2018).
    13. Takuma Sasaki, Izumi Kakesu, Yusuke Mitsui, Damien Rontani, Atsushi Uchida, Satoshi Sunada, Kazuyuki Yoshimura, and Masanobu Inubushi,
      “Common-signal-induced synchronization in photonic integrated circuits and its application to secure key distribution”,
      Optics Express, 25(21), 26029-26044 (2017).
    14. Shoma Ohara, Andreas Karsaklian Dal Bosco, Kazusa Ugajin, Atsushi Uchida, Takahisa Harayama, and Masanobu Inubushi,
      "Dynamics-dependent synchronization in on-chip coupled semiconductor lasers",
      Physical Review E 96, 032216 (2017).
    15. Masanobu Inubushi and Kazuyuki Yoshimura,
      "Reservoir Computing Beyond Memory-Nonlinearity Trade-off",
      Scientific Reports 7, 10199 (2017).
      https://www.nature.com/articles/s41598-017-10257-6
    16. Tomohiro Ito, Hayato Koizumi, Nobumitsu Suzuki, Izumi Kakesu, Kento Iwakawa, Atsushi Uchida, Takeshi Koshiba, Jun Muramatsu, Kazuyuki Yoshimura, Masanobu Inubushi, and Peter Davis,
      "Physical implementation of oblivious transfer using optical correlated randomness",
      Scientific Reports 7, 8444 (2017).
      https://www.nature.com/articles/s41598-017-08229-x
    17. Andreas Karsaklian Dal Bosco, Naoki Sato, Yuta Terashima, Shoma Ohara, Atsushi Uchida, Takahisa Harayama, and Masanobu Inubushi,
      "Random number generation from intermittent optical chaos",
      IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 23, no. 6, pp. 1-8, (2017).
    18. Nobumitsu Suzuki, Takuya Hida, Makoto Tomiyama, Atsushi Uchida, Kazuyuki Yoshimura, Kenichi Arai, and Masanobu Inubushi,
      "Common-signal-induced synchronization in semiconductor lasers with broadband optical noise signal",
      IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 23, no. 6, pp. 1-10, (2017).
    19. Andreas Karsaklian Dal Bosco, Syoma Ohara, Naoki Sato, Yasuhiro Akizawa, Atsushi Uchida, Takahisa Harayama, and Masanobu Inubushi,
      "Dynamics versus feedback delay time in photonic integrated circuits: Mapping the short cavity regime",
      IEEE Photonics Journal, Volume: 9, Issue: 2 (2017).
    20. Kazusa Ugajin, Yuta Terashima, Kento Iwakawa, Atsushi Uchida, Takahisa Harayama, Kazuyuki Yoshimura, and Masanobu Inubushi,
      "Real-time fast physical random number generator with a photonic integrated circuit",
      Optics Express 25(6), 6511-6523 (2017).
    21. Masanobu Inubushi, Kazuyuki Yoshimura, and Peter Davis
      "Noise robustness of unpredictability in a chaotic laser system: Toward reliable physical random bit generation”
      Physical Review E 91, 022918 (2015).
    22. Masanobu Inubushi, Kazuyuki Yoshimura, Kenichi Arai, and Peter Davis
      “Physical random bit generators and their reliability: focusing on chaotic laser systems”
      Nonlinear Theory and Its Applications (invited paper), IEICE, vol. 6 no. 2 (2015).
    23. Masanobu Inubushi, Shin-ichi Takehiro, Michio Yamada
      “Regeneration cycle and the covariant Lyapunov vectors in a minimal wall turbulence''
      Physical Review E 92, 023022 (2015).
    24. Masanobu Inubushi, Miki U Kobayashi, Shin-ichi Takehiro, and Michio Yamada
      “Covariant Lyapunov Analysis of Chaotic Kolmogorov Flows”
      Physical Review E 85, 016331 (2012).
      査読付き会議録
    1. Masanobu Inubushi and Susumu Goto
      Transferring Reservoir Computing: Formulation and Application to Fluid Physics,
      Lecture Notes in Computer Science 11731, 193, Springer (2019). https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-30493-5_22
    2. Mitsumasa Nakajima, Masanobu Inubushi, Takashi Goh, and Toshikazu Hashimoto
      Coherently Driven Ultrafast Complex-Valued Photonic Reservoir Computing, Proceedings Conference on Lasers and Electro-Optics, page SM1C.4 (2018). https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?URI=CLEO_SI-2018-SM1C.4
    3. Masanobu Inubushi, Miki U Kobayashi, Shin-ichi Takehiro, Michio Yamada
      Covariant Lyapunov Analysis of Chaotic Kolmogorov Flows and Time-correlation Function,
      Procedia IUTAM, 5, 244-248 (2012).
      https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2210983812000934
    書籍・解説記事など
    1. Masanobu Inubushi, Kazuyuki Yoshimura, Yoshiaki Ikeda, and Yuto Nagasawa,
      On the Characteristics and Structures of Dynamical Systems Suitable for Reservoir Computing,
      Chapter 5, Reservoir Computing -Theory, Physical Implementations, and Applications-, Kohei Nakajima and Ingo Fischer (Eds.), Springer (2021).New!
      [link]
    2. 犬伏正信,
      リザバーコンピューティング:時系列 データの機械学習,
      化学工学会会誌「化学工学」 Vol.85, No.12 (2021).New!
      [PDF]
    3. 犬伏正信,吉村和之,
      リザバーコンピューティングに適した力学系の特性と構造,
      電子情報通信学会誌 Vol.102, No.2, pp.114-120 (2019).
      [PDF]
    4. 中島光雅,犬伏正信,郷隆司,橋本俊和,
      コヒーレント駆動光リザーバコンピューティング,
      光学 第48巻 第6号 (2019).
    5. 犬伏正信,
      竜門賞受賞記念解説:力学系理論に基づくデータ駆動型流体力学研究,
      ながれ 第43巻 第2号 103-108(2024). [PDF]

    Laboratory

    ✏学生さん向け研究紹介
    力学系理論は「力学」とついているので物理の理論と思われがちですが, 数理モデル(微分方程式等)を研究する数学の一分野です.特に,非線形な数理モデルでは(モデルに確率的な要素がなくても) カオスと呼ばれる一見ランダムな現象が起こります.力学系理論を応用して,非線形現象を理解・予測・制御するための研究を行っています.


    ✏ 高校生向けに書いた研究の解説記事
    東京理科大学の 広報誌「科学フォーラム」 の記事です.タイトルは 「高校数学で楽しむ数理モデルと予測不可能性 」 です.

    ✏ 研究紹介ポスター [PDF]

    ✏ 研究内容に興味を持たれた方はお気軽にご連絡ください.