情報工学とはどんな学問？研究内容や学び方などを解説

情報工学とはどんな学問？

パソコンやスマホだけでなく、家電製品、自動車、鉄道、航空機、建築物など、あらゆるものにコンピュータが組み込まれています。情報工学は、私たちの生活を支えるコンピュータ技術について学び、新しいサービスを開発することで、これまで不可能と思われていたことや、課題とされてきたことを解決する学問です。

・コンピュータ技術を学び、より便利で快適な社会を実現する

コンピュータはパソコンやスマホだけでなく、家電製品、自動車、鉄道、航空機、建築物など、あらゆるものに組み込まれ、まさに私たちの生活に欠かせないインフラの一つといっていいでしょう。情報工学はいかにコンピュータを人々の暮らしに役立てるかを研究する学問で、たと例えば、外出先からでも家庭の冷蔵庫の中身をチェックできる、そんな便利な機能を開発しています。
情報工学を学ぶ上での学びは、パソコン本体やハードディスクなどのハードウェアと、ソフトウェア（ハードウェアを動かすためのプログラム）の両面から、コンピュータがどのように動くのかを知る学ぶところから始まります。その上で、ハードウェアの基礎である電子回路を作ったりの作成や、プログラミング言語を使ってソフトウェアの開発にも挑みます。そして学びの集大成として取り組む集大成として卒業研究に取り組みますがでは、そこではロボットやドローンの制御システム、VRを利用した体験型教材、ゲームアプリの開発など、自分の興味に応じた研究に打ち込むことになります。一例としては、ロボットやドローンの制御システム、VRを利用した体験型教材、ゲームアプリの開発などが挙げられます。

・人工知能によって、さまざまな不可能が可能になる

情報工学の研究分野のなかでも、いま飛躍的に発展しているのが、人間のように考えて自ら情報を処理することができる人工知能（AI）です。近年、開発が進んでいる自動運転車は、AIを活用した技術の一つで、車体に設置されたカメラを通して対向車や通行人、標識などを認識して、危険を自動的に回避します。そのほか、ＡＩ活躍の場としてとりわけ注目されているのがエネルギー分野です。発電には自然エネルギーの積極的活用が望まれていますが、太陽光発電や風力発電では、日が陰ったり風がやんだりすると、必要な電力を供給しきれないという課題があります。そこにAIを導入することで、気候などの条件から電力の供給元を自動的に切り替え、電力を安定して得ることができるというわけです。情報工学はこれまで不可能と思われてきたことや、課題とされてきたことを、コンピュータによって解決する学問といえるでしょう。

情報工学と他の学問との関わり

ロボット作りを例にとってみても、ボディを開発するのが「機械工学」、それを動かすコンピュータ（電子回路）を設計するのが「電子・電気工学」ということになります。情報工学はそこにインストールするプログラムを開発する役目を担っているというわけです。

・情報学であり、工学である

情報工学は情報の流れや伝達について学ぶ「情報学」に含まれます。情報学が扱う領域は広く、文系学問としてテレビ・新聞・インターネットのあり方や企業における情報管理について学ぶこともあれば、理系学問としてコンピュータによるデータ収集や計算方法について学ぶというアプローチもあります。さらに、ものづくりについて研究する「工学」にも含まれますから、製品やサービスの仕組みついて研究したり、実際に作ってみることも重要な学びとなります。

・１台のロボットを作るのに必要な学問は？

工学と一口にいってもたくさんの学問がありますから、どの工学が自分の目指すものか、とてもわかりづらいと思います。そこでロボットの開発でその違いを説明しましょう。ボディや手足となるアームの構造設計や組み立て、さらには軽くて丈夫な素材の開発などを担うのが「機械工学」の役割です。ここでは材料力学、構造力学、機械製図、エンジン、流体力学などを学ぶことになります。一方、ロボットの脳となるコンピュータ（電子回路）を設計するのが「電子・電気工学」の領域です。ここでは半導体や電子回路、信号処理、コンピュータ制御、ロボット工学などを学びます。そして、ロボットの脳にインストールするプログラムを開発するのが、通信ネットワーク技術や情報処理について学びを深めていく、「情報工学」ということになります。

・あらゆる分野とつながっている情報工学

医師にかわって病気の進行度を診断する医療ロボットや、人間と同じように会話をするロボットの開発など、情報工学の研究成果はさまざまな分野で応用されています。学生の研究をとっても、360度カメラを用いた学習教材や、農作物を収穫するロボット、音声で操作できる視覚障害者向けスマホアプリと実に多様です。そういった意味では、身につけた知識や技術を、経済、医療、建築、介護福祉、エネルギーなど、幅広い分野で生かせる学問といえるでしょう。

情報工学では何をどのように学ぶ？

数学や物理学をしっかり学んでコンピュータがどのように動くのかを理解し、実際にコンピュータを動かしながらプログラミング技術を身につけるのが一般的です。高学年になると、より高度な数学や情報処理技術について学び、それらを応用してパターン認識、人工知能、音声・画像認識など最先端テクノロジーを学ぶこともできます。

・今の時代に求められる、IT技術を身につける

スマホやパソコン、家電、自動車など、身のまわりの製品のほとんどに情報機能が組み込まれています。これらは情報技術を応用したものです。したがって情報工学では、そうしたシステムがどのように動いているのかを知り、さらにコンピュータを使って実際にシステムを作ってみるところまで研究を深めていきます。その際に必須となるプログラミング技術です。プログラミングの授業では、数名からなるチームでスマホアプリやゲームなどを制作します。こうした授業を通して、知識が形になる楽しさを味わえるのも情報工学の魅力の一つです。さらに情報倫理などの授業を通して、IT技術者としてどのような姿勢で情報を扱うべきかを知ることも大切な学びとなります。

・4年間の基本的な流れ

大学によって異なりますが、１年次には情報技術のベースとなる数学や物理学を学び、しっかりとした土台を作ります。加えて、座学を通してプログラミングの基本を学ぶとともに、実習を通してC言語などのプログラミング言語を身につけます。２年次になるとロボットやゲームソフトなど、システムを操作しながら仕組みを学ぶ授業も始まります。座学もレベルアップしたものとなり、幾何学、代数学、微分方程式などの高度な数学や、統計学、情報理論、電子回路などを学びます。３年次になると、Java, C++など、より高度なプログラミング言語とともに、情報を扱う者として身につけておきたいモラルや心構えを学ぶ、情報倫理などの授業があります。そうした学びを応用して、人工知能や音声・画像認識、大量のデータから規則性を見つけて処理するパターン認識、システム全体を管理するオペレーティングシステムなど、最先端のテクノロジーを学ぶという流れになります。４年次になると研究室に所属します。研究室ではロボット技術や暗号化技術、インターネットのデータベース技術、プログラミング教育など、教員によってさまざまな研究を行っています。卒業研究はその中から、自分の関心にあったものを選んで進めていくことになります。

卒業後の進路と広がり

情報工学を学んだ学生は、情報処理に関する幅広い知識とプログラミング技術などを生かして、電気・機械・通信系のメーカーやインターネット企業、ゲーム・アニメーションの制作会社、ITベンチャーなどに就職しています。

・IT技術者として一般企業で活躍

IT産業の発達によって情報処理に関する幅広い知識やプログラミング技術といった能力を求める企業が増加の一途をたどっていますから、情報工学は就職に強い学問であるといえます。代表的な就職先として、電気・機械・通信系のメーカーが挙げられ、コンピュータや自動車、家電製品、携帯電話などの製品に組み込まれているソフトウェアを開発する技術者として活躍しています。また、インターネット企業やゲーム・アニメーションの制作会社、ITベンチャー、さらにGoogleやAmazonなどのグローバル企業も主な就職先となっています。

・大学院に進んで研究職を目指す

研究職という選択肢もありますが、技術職に比べて採用枠が少なく、高い専門性が求められるため大学院の修士課程２年間を終えることが基本となります。そうした学生の多くのが企業や大学、研究機関などで研究者として働いています。音声・画像処理、数値解析、大量のデータから意味のある情報を発掘するデータマイニングや機械学習、ディープラーニング、キーボードやマウスなど利用者が接するヒューマンインタフェースなど、社会的に注目されている最先端の領域でソフトウェアの開発に取り組みます。その他、大手コンサルティング企業において、最新の数理モデルを駆使して経営課題の解決に取り組む先輩もいます。

・起業や海外での就職という選択肢も

テクノロジーの進歩の最先端をいくIT分野では、他業界に比べて、新たなビジネスを始める人が多いという特徴があります。少ないコストで始められることから、社会人に限らず学生が起業するという例も増えています。さらにプログラミング言語は世界共通で使われることから、外資企業や海外での就職を目指す先輩もいます。海外で働くことを通して、IT技術だけでなく、英語力や国際的なビジネス感覚を養うことができます。

こんな人が情報工学に向いている

現代社会でのニーズが高まっているITスキルを磨ける学問ですから、数学やコンピュータが好きという人はもちろん、IT分野に興味があり、コンピュータや人工知能の中身を知りたい、システムを作って動かしてみたいという人にチャレンジしてほしい学問です。

・数学が好き、得意という人

コンピュータは0と1という２種類の数字の列を処理することで動いているため、その仕組みを学ぶには数学が欠かせません。自動運転やロボットなどのいわゆる人工知能（AI）にしても、微分や積分を基礎とした数学理論によって作られていますし、AIを進化させるには、数学の一分野である統計学を使って、大量のデータから規則性を導くという情報処理に取り組むことになります。そのため、大学では高校レベルの数学をおさらいした上で幾何学、代数学、微分方程式などを学び、それらを応用してパターン認識、人工知能、音声・画像認識など、最先端のテクノロジーについて学びます。なにかと数学的知識が求められる学問ですから、数学が好き、得意と感じる人に向いているでしょう。

・コンピュータやAIの中身を知り、動かしてみたいという人

数学や物理に苦手意識があったとしても、必要な知識は基礎からしっかりと学べますし、真面目にこつこつと取り組めば両科目とも克服できるものです。なにより、コンピュータに関する知識や技術というのは、今の時代、誰もが学んでおくべき基本的なスキルといわれています。そういった意味では、IT分野に興味があり、コンピュータや人工知能の中身を知りたい、実際にシステムを作ってみたいという人にチャレンジしてほしい学問です。

・就職に強い学問を学びたいという人

IT知識やプログラミング技術を持つ学生がほしいという企業は増えており、情報工学を学んだ先輩は、電気・機械・通信系のメーカーやインターネット企業、ゲーム・アニメーションの制作会社、ITベンチャー、GoogleやAmazonなどグローバル企業など、多方面で活躍しています。さらにプログラミング言語は世界中で使われていますから、海外にあるIT企業でシステムエンジニアとして働いている先輩もいます。また、人手不足といわれているIT業界はさまざまな雇用形態を取り入れ、働きやすい環境づくりに取り組んでいる企業が多い傾向にありますから、子育て中は在宅ワークに切り替えるなど、女性にとっても有利に働く学問といっていいでしょう。

情報工学ではこんな研究をしています

スマホでおなじみのSiriやGoogle アシスタント などに利用されている「音声認識技術」の開発に取り組んでいます。開発が進めば、日常生活のさまざまな操作を音声で済ませられるようになるでしょう。そんな可能性に満ちた研究に取り組んでいます（東京工業大学　情報理工学院　情報工学系　篠田浩一教授）。

・人間の声を正しく認識する、音声認識システム

スマホに向かって「お店を探して」「〇〇さんに電話をかけて」と声をかけると思い通りに対応してくれるSiriやGoogleアシスタントは皆さんおなじみのツールでしょう。音声認識技術はそれだけにとどまらず、エアコン、炊飯器、電子レンジといった家電にも応用されていますし、店舗や企業などの受付で活躍する接客ロボットも街のいたるところで見かけます。それにしても、SiriもGoogleも接客ロボットも、私たちの呼びかけに対して正確に反応してくれていると思いませんか？実は、この「正確に」というのを実現するのはそう簡単なことではありません。例えば、「おはようございます」と早口で発声する人もいれば、ゆっくりの人もいます。また、抑揚のつけ方や声色、さらには話す相手によって、ていねいな表現をしたり、カジュアルな言い回しになったりと、同じ「おはよう」でも人によってその音声表現は実に多様です。
私の研究では、どんな人がどんな場所でどんな相手に話した場合であっても、「おはよう」というあいさつを「おはよう」とコンピュータに認識させようと、大量の音声データを集め、「おはようございます」の周波数を読み取り、そこからある規則性を見つけ出し、それを数式に置き換えるという研究に打ち込んでいます。雑多なデータからある規則を見つけて選別する技術を「パターン認識」といいますが、今後、テレビや掃除機、自動車などに備えられるのもそう遠い日の話ではありません。きっと日常生活におけるさまざまな操作を音声で済ませられるようになるでしょう 。そんな可能性に満ちた研究に取り組んでいます。

・犯罪を未然に阻止する、画像認識システムも

大量の音声データからある特徴を見つけ出し、これと認識するのが音声認識技術なら、大量の画像、映像からものの特徴を把握して検出するのは「画像認識技術」です。こうした技術は例えば、食品会社や衣料メーカーなどで商品に異物の混入や不良品がないかチェックしたり、医療現場で患者の病状を診断したりといったことにすでに活用されています。
そうした中で現在、私が取り組んでいるのが、画像認識を活用した犯罪の予知・防止のシステムです。大量の映像を分析することで、罪を犯す人に共通するふるまいや行動パターンがないかを探り、それをコンピュータに認識させ、防犯カメラがとらえたらアラートを上げるといった システムです。今や世の中にはいたるとことに監視カメラがはりめぐらされていますが、まだまだ改善の余地があると思っています。
私の研究しているシステムを通じて、犯罪行為の予兆をいち早く発見しリアルタイムで知らせることで、犯罪の予知が可能になると期待しています。もちろん、そうしたシステムができたとしても、大量のデータが来てすぐに通信回線がいっぱいになってしまうようでは使いものになりません。システムだけでなく、それを動かす通信機器の開発も重要になるわけです。それをクリアするためには他の分野の研究者との連携が不可欠です。そうした課題をクリアしながら研究を進めていきます。

画像・音声認識の研究に取り組む、篠田教授

情報工学のここが面白い

人間の話し言葉を書きとらせるコンピュータ能力は日進月歩で、現在は95％の正答率というところまでいたっています。この成果は、各種アプリに反映され、中でも注目を浴びているのがスマホに向かって話しかけると英語などに訳してくれる、自動翻訳です（東京工業大学　情報理工学院　情報工学系　篠田浩一教授）。

・情報工学は今まさに盛り上がっている分野

SiriやGoogleアシスタントなどの音声検索でおなじみの音声認識の研究は古く、1960年代から行われてきました。しかし、実用には多くの時間を要し、一般の人が幅広く使えるようになったのはコンピュータの情報処理能力が上がった10年ほど前のことでした。音声技術の進化には目を見張るものがあり、次々と新しいアプリが実用化されていますから、学生にとっても取り組みがいがある分野といえるでしょう。

・翻訳、おしゃべりロボット、通訳分野で実用化が進む

コンピュータ能力の進化は著しく、人間の話し言葉をコンピュータに書きとらせた場合、95％の正答率にまで達するようになりました。2011年時点には80％程度だったことを考えれば、これは驚くべき進歩です。つまり、間違えるのは5％程度の確率となったわけで、この数字は、私たち人間が犯すミスと変わらないレベルです。もはや話し言葉の書き起こしに限っていえば、コンピュータが人間の能力に追いついたともいえるでしょう。こうした成果は、スマホに向かって話しかけると100以上の言語に訳してくれる自動翻訳や通訳ロボットの研究にも生かされています。

・対話型ロボットも？！

私が目指したいのは、心を持ったコンピュータを作ることです。例えば、ずいぶん利口にお話できるPepper（ヒト型ロボット）でも、人と人との会話のようにふくらむことはありません。会話というのは、進むほどにパターンが増えるものですから、一問一答を限界とするコンピュータには、会話を展開することができないのです。さらに、コンピュータは人間の感情を正確に理解することができません。私たちは、会話をするときに相手の感情を読み取って気の利いたことをいってみたり、話を変えてみたり、聞き役に徹してみたりといった判断をしています。そうした判断をコンピュータが担うには、人の感情とは何かを定義してコンピュータに教えなければなりません。こうした課題も少しずつでありますが、技術開発が進むことで、解決されていくでしょう。

画像認識の仕組みを説明する、篠田先生

情報工学を選んだきっかけ

コンピュータの言葉を使って動き方を指示するプログラミングをマスターすれば、自分の意のままに動くコンピュータが作れると知ったときはとても驚きました。以来、オリジナルのゲームを作ってみたい、AI（人工知能）の中身はどうなっているのだろうとコンピュータへの興味が広がり、情報工学への進学を決めました（東京工業大学 学生）。

・普段の生活に役立つ技術を開発できる

大学では得意の数学を生かした学問を突き詰めたいと考えていました。そこでまっ先に思い浮かぶのは数学科ですが、計算方法や理論などが、社会でどのように生かされるのかが見えづらく、納得できないでいました。そんなときに担任の先生から勧められたのが「情報工学」です。ここでなら普段の生活に役立つ技術を開発するのも夢ではないと感じ、情報工学に進路を絞り込みました。（東京工業大学　学生　町田さん）

得意の数学を生かせると町田さん

・コンピュータゲームを作ってみたい、AI（人工知能）の中身はどうなっているんだろうと好奇心に押され

高校生の頃からコンピュータをいじるのが好きで、コンピュータゲームに熱中していました。そんな大好きなゲームのキャラクターも、ひとつひとつどう動くか指示が書かれた「プログラミング」で動いていると知り、素直に驚きました。もし、プログラミングができるようになれば高校生の自分でもコンピュータを作れるというのにワクワクしました。自宅のパソコンで簡単なプログラム作りにチャレンジしたことで、次はコンピュータゲームを作ってみたい、AI（人工知能）の中身はどうなっているんだろうと好奇心に押され、情報工学に進学を決めました。（東京工業大学　学生　正田さん）

高校生の頃からコンピュータ好きでしたと正田さん

情報工学ではこんなことを学んでいます

情報工学に欠かせないのが、コンピュータを動かすプログラミング言語です。授業でC言語、Java、Scheme、アセンブリ言語などを学び、実際にプログラムを作りました。もっと本格的なものを手がけてみたいと、友人とチームを組んで、アナログのボードゲームの電子化にもチャレンジしました（東京工業大学 学生）。

・アナログのボードゲームの電子化に取り組む

情報工学に欠かせないのが、コンピュータを動かすプログラミング言語です。２～３年次の２年間をかけて、C言語、Java、Scheme、アセンブリ言語などを学び、プログラムを作りました。一人でプログラムが作れるようになってからは、友人と一緒にゲーム製作にもチャレンジすることになり、ドイツ発祥の「カタンの開拓者たち」というアナログのボードゲームの電子化に取り組みました。ゲームという規模の大きなものを作るのは初めてだったので、友人との分業作業となりました。一人で行うのであれば、ある面では勝手にしてもできますが、協同作業には計画作りが欠かせませんし、お互いの作業を理解した上で確認作業もしなければならないのでずいぶん苦労しました。それでも半年ほどで完成にこぎつけ、実際にプログラムが動いたときの喜びは大きかったですね。（東京工業大学　学生　町田さん）

・防犯カメラの映像からAIで自動的に犯罪行為を発見

１年次には数学や物理など基本的なことを学び、２～３年次には、情報工学やプログラミングなど、専門的な勉強になります。印象に残っているのは、プログラミングの授業です。プログラミング言語をコンピュータが読める形に翻訳する、コンパイラーと呼ばれるソフトを作りました。普段自分が書いているコードがどのように解析され、プログラムになっているかわかり、興味深かったですね。研究室に配属されてからは、人工知能（AI）の研究に関わるようになりました。ひと口にAIといってもロボット、データマイニング、画像・音声認識、情報検索など、その領域には幅があります。その中から画像・映像からものや人間を認識する「画像認識」技術を研究することにしました。ここでは深層学習（ディープ・ラーニング）という技術を使って、映像から人間を自動的に検出し、追跡する技術の実用化を目指しています。今の技術では、人間が監視カメラを見返して犯罪者を探さなければなりません。テレビやドラマなどで刑事がコンビニの防犯カメラのビデオから犯人を割り出していくというあの作業です。とてつもない時間を要すのは想像できますよね。そこでこの研究を応用すれば、コンピュータが自動的に犯罪行為を発見して、スタッフに知らせるということが可能になるのです。とても夢のある研究だと思いませんか？（東京工業大学　学生　正田さん）