ＩＳＳＮ ２１８５-７３２６

2 0 2 3 年度

特別教育・研究報告集

は

じ

め

に

資源の乏しい日本が世界的な優位性を保持するためには、科学技術立国しかありません。
したがって、本学の建学の精神を現代に敷衍した「世界に学び、世界に貢献するグローバル理工系人材の育成」の実践はとても重要です。
こ の 視 点 に 立 ち 、「 教 育 ・ 研 究 ・ 社 会 貢 献 の 三 位 一 体 推 進 」を実現すべく、本学における研究活動及び教育活動の活性化を目的に、教育改革研究活動助成及びプロジェクト研究助成の充実をはかって参りました。
これら研究助成による成果を、１９９１年度より研究報告集のかたちで特別教育・研究報告集として発刊してきました。
今年も２０２３年度版を発行する運びになりました。本学が推進している教育・研究分野の成果が報じられております。ぜ
ひ多くの方にご覧いただきたいと思います。

芝２０２４年５月

浦

工

業

学長

山

田

大

学
純

２０２３年度

芝浦工業大学

特別教育研究

目
１．

特

別

教

育

研

及び

特別研究

次

究

（１） 教育改革研究活動助成
地域志向
インバウンドビジネスを創出するグローバル・ローカリゼーションプロジェクト
インバウンドビジネスを創出するグローバル・ローカリゼーションプロジェクト・
・ 2
工

学

部

電

子

工

学

科

村 上

嘉 代 子

AR スポーツを活用した地域高齢者活性化プロジェクト-“HADO”は世代間交流として効果的か?-・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
4
工

学

部

情

報

工

学

科

石

﨑

聡

之

6
知的創造の担い手となる人材育成のための産学官連携スキームの開発・・・・・・・・・
システム理工学部

機械制御システム学科

長 谷 川

浩 志

SDGS マインドを持った人材育成のための地域連携・学校連携型合同授業・社会10
活動の実践・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・
システム理工学部

環境システム学科

中

口

毅

博

地域志向活動型アクティブ・ラーニングのカリキュラムマネジメントと SDGS 達成に向けての地域課題解決策の実践・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・
12
システム理工学部

環境システム学科

増

田

幸

宏

社会システム科学のアプローチによる課題解決:最適手法の探索と適用
14
2023・
・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
システム理工学部

環境システム学科

市

川

学

16
地域に貢献できる大学パブリックスペースの提案・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・
デザイン工学部

デ ザ イ ン 工 学 科

橋

田

規

子

江東内部河川・運河の活用とコミュニティ強化・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・
18
建

築

学

部

建

築

学

科

志

村

秀

明

｢木のジャングルジム｣を応用した伝統木造構法の現代的実践適用について・・・・
・
20
建

築

学

部

建

築

学

科

小

柏

典

華

豊洲スマートシティ事業の産学官民連携による推進・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・
22
複合領域産学官民連携推進本部

古

瀨

利

博

実践的教育
金属加工経験の乏しい学生へコンピュータ支援型加工方法を教授した際の教育効果評価(CAD/CAM と NC 加工を組合わせた教育プログラムの実践)・
・
・
・・
・
・・
・・
・・
・
25
工

学

部

機 械 機 能 工 学 科

青 木

孝 史 朗

gPBL に実装可能な被災者探索ロボット組立て教材の開発と製品化、およびその横展開を通した FD の取組み・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・
29
工

学

部

機 械 機 能 工 学 科

長

澤

純

人

AI 実装の実習及び AI を導入した研究課題の設定と継続・
・
・・
・
・・
・・
・・
・・
・・
・
・・
・・
・
・
33
工

学

部

電

子

工

学

科

プレーマチャンドラ チンタカ

37
IoT と AI が溶け込んだ次世代教育環境の研究・
・
・
・・
・・
・・
・・
・・
・
・・
・・
・・
・・
・・
・
・・
・・
・
・
工

学

部

情

報

工

学

科

新

熊

亮

一

リカレント教育の提供に向けたグローバルサイエンスカフェの実施-知る喜び、
38
学ぶ楽しさを掘り起こす-・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・
工

学

部

先 進 国 際 課 程

山

本

文

子

The propose of research-based learning style by intergrating virtual42
reality and emotion sensing technology・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・
工

学

部

EnhancingStudent

先 進 国 際 課 程Performancein

スリーピァン ピーラヤー

Research-based

Learning

through46
Group-based Activities on IoT Device Development・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・
工

学

部

先 進 国 際 課 程

ラオハカンワンウィット ティポーン

BOiCE(Bay Area Open Innovation Center)における起業プロセス支援ワークの実
50
施-学生のインプット(学び)をとアウトプット(実践)に変えるために-・・・・・・・・
・
デザイン工学部

デ ザ イ ン 工 学 科

加

藤

恭

子

国際連携教育-ラモン・リュイ大学との｢スクールメイト｣プログラムの実施-・・・
・
54
建

築

学

部

建

築

学

科

小

塙

芳

秀

学修者の学びを担保するカリキュラムマネジメント支援と学修成果の可視化体
制の構築・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
58
教育イノベーション推進センター

榊

原

暢

久

グローバル
Design and Implementation of Double Degree/Joint Degree Education Model for
62
Doctoral students at SIT・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・
工

学

部

先 進 国 際 課 程

ミリアラ

ムラリダ

gPBL の体系化と持続的イノベーションの創出・
・
・
・・
・・
・・
・・
・・
・
・・
・・
・・
・・
・・
・
・・
・・
・
・
66
工

学

部

先 進 国 際 課 程

吉 久 保

肇 子

70
GLOBAL e-class 講義開発のための教材制作・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・
デザイン工学部

デ ザ イ ン 工 学 科

梁

元

碩

教育研究の DX
人工知能を利用したデジタル採点支援システムによる記述試験問題の自動採点化の検討・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・
・
74
工

学

部

材

料

工

学

科

幡

野

明

彦

PBL 授業におけるプロトタイプ・デザイン及びチーム活動プロセスを支援するサイバーフィジカル EdTech システムの開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・
78
システム理工学部

電子情報システム学科

間

野

一

則

DX 推進に向けた情報セキュリティ管理体制強化研究・
・
・・
・・
・
・・
・・
・・
・・
・・
・
・・
・・
・・
・
82
システム理工学部

環境システム学科

持

永

大

２．

特

別

研

究

（１）プロジェクト研究助成
着任時研究助成
複雑乱流場における乱流拡散機構の解明・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・
87
工

学

部

機

械

工

学

科

河

田

卓

也

多細胞による組織形態形成の数理モデル構築・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・
91
工

学

部

機 械 機 能 工 学 科

亀

尾

佳

貴

95
生細胞の動的光散乱に向けた顕微鏡システム開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・
工

学

部

応

用

化

学

科

廣

井

卓

思

低温硝化処理における温室効果ガスの抑制手法の開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・
99
工

学

部

応

用

化

学

科

李

沁

潼

103
計算可能性と計算複雑性に基づく創発現象の研究・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
工

学

部

先 進 国 際 課 程

エイムズ ジェリコ ジミー

106
複合的環境情報による移動体の自律制御・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
システム理工学部

機械制御システム学科

桑

原

央

明

110
食品中微量成分の安定同位体比を用いた研究・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
システム理工学部

生

命

科

学

科

川

島

洋

人

極小表現に関連する解析・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
114
システム理工学部

数

理

科

学

科

田

森

宥

好

熟練販売員の接遇の理解と遠隔接客への応用・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
118
デザイン工学部

デ ザ イ ン 工 学 科

益

子

宗

快適な長時間座位作業を実現するための時系列下肢むくみ予測モデルの構築
・・
快適な長時間座位作業を実現するための時系列下肢むくみ予測モデルの構築・・・
122
デザイン工学部

デ ザ イ ン 工 学 科

平

尾

章

成

オンライン・メタバース弔い調査研究開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
126
デザイン工学部

デ ザ イ ン 工 学 科

瓜

生

大

輔

科研費連動型
完全閉鎖型モバイル細胞培養デバイスによるウイルス活性検査法・・・・・・・・・・・
・・
130
工

学

部

機

械

工

学

科

二

井

信

行

スマートグローブによる農畜産物の弾性率分布計測に基づく内部欠陥・熟成度評
134
価・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・
・・
工

学

部

機 械 機 能 工 学 科

細

矢

直

基

生体吸収性マグネシウム合金のその場観察によるマイクロスケール腐食現象の
138
解明・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・
・・
工

学

部

機 械 機 能 工 学 科

吉 原

正 一 郎

ヘテロエピタキシャル成長技術を用いた非熱平衡状態物質の創製と新規機能の
142
付与・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・
・・
工

学

部

機 械 機 能 工 学 科

吉

田

慎

哉

水蒸気を用いたアルミニウム合金の表面改質技術の開発と触媒担体としての応146
用・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・
・・
工

学

部

材

料

工

学

科

芹

澤

愛

高分子材料に対する集束電子線を用いた微細加工技術の開発・・・・・・・・・・・・・・・
・・
150
工

学

部

材

料

工

学

科

下

条

雅

幸

分子インプリント高分子を用いたリアルタイム治療薬モニタリング用センサの
154
開発・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・
・・
工

学

部

応

用

化

学

科

吉

見

靖

男

元素置換に基づくペロブスカイト水素化物の機能性創出と新規な学術分野の開拓・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・
・・
・・
157
工

学

部

応

用

化

学

科

大

口

裕

之

161
鳴き声コンテンツのリアリティ再生システムの開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
工

学

部

情 報 通 信 工 学 科

武

藤

憲

司

165
デジタル技術による事件事故防止に向けたリスクマネジメント教材の開発・・・
・・

工

学

部

情 報 通 信 工 学 科

大 橋

裕 太 郎

サテライトオフィスの多様な社会的効果の計測手法－男女共同参画の促進に向けて・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・
・・
169
工

学

部

土

木

工

学

科

岩

倉

成

志

173
セメント改良土の動的引張挙動の解明・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
工

学

部

土

木

工

学

科

並

河

努

Study of ultra-performant thermoelectric thin films based on spinel ferrite
crystal structure・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
177
工

学

部

先 進 国 際 課 程

パ オ ロ

メ レ

Development of a system to evaluate the effect of microplastics on themobility of zooplanktons・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
181
工

学

部

先 進 国 際 課 程

ラジャゴパラン ウママヘスワリ

ｇPBL の体系化とエンジニアリング教育における国際協働学修成果の可視化・
・
・・
189
工

学

部

先 進 国 際 課 程

吉 久 保

肇 子

Light Field Compression: Neural Radiance Field Approach・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
193
工

学

部

先 進 国 際 課 程

ファン

スアン

タン

ナノポーラス構造の 3 次元細胞培養プラットフォームへの応用・・・・・・・・・・・・・
・・
197
工

学

部

先 進 国 際 課 程

李

素

潤

Study on Task-adaptive Emotion Classification Modeling for Emotion-aware
201
Robot・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・
・・
工

学

部

先 進 国 際 課 程

ラオハカンワンウィット ティポーン

205
自己適応型 Opportunistic Routing・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
システム理工学部

電子情報システム学科

山

崎

託

209
ソーシャルメディアによるサイバー脅威分析と評価システムの開発・・・・・・・・・
・・
システム理工学部

環境システム学科

持

永

大

213
神経幹細胞の活性化作用を有する抗新型コロナウイルス薬の開発研究・・・・・・・
・・
システム理工学部

生

命

科

学

科

須

原

義

智

217
動的状況時のアキレス腱力学特性の非侵襲簡易計測システムの開発・・・・・・・・・
・・
システム理工学部

生

命

科

学

科

山 本

紳 一 郎

生細胞イメージング画像のAIAI分類によるマクロファージ表現型識別法の開発
分類によるマクロファージ表現型識別法の開発
・・
生細胞イメージング画像の・・・221
システム理工学部

生

命

科

学

科

中 村

奈 緒 子

Upper Limb Muscle Activation Estimation System using Assistive Device for
Activities ofDaily Living・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
225
システム理工学部

生

命

科

学

科

シャルー ビン モハマドダン229
過去・現在・未来を繋げる数値再現性の新展開・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
システム理工学部

数

理

科

学

科

尾

崎

克

久

軍艦島に残る歴史的建造物群の保全に向けた構造性能評価・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
233
建

築

学

部

建

築

学

科

椛

山

健

二

大学間連携
237
電炉スラグからの金属鉄回収プロセスの開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
工

学

部

材

料

工

学

科

遠

藤

理

恵

241
既存杭処理のためのグランドデザインの創造・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
工

学

部

土

木

工

学

科

稲

積

真

哉

Nanocomposite polymer/skutterudite thin films for enhanced thermoelectric
245
conversion・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
工

学

部

先 進 国 際 課 程

パ オ ロ

メ レ

ノルディックハムストリングの効果検証・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
249
システム理工学部

生

命

科

学

科

赤

木

亮

太

253
フェロトーシス関連ビタミン K の脳疾患応用・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・
システム理工学部

生

命

科

学

科

廣

田

佳

久



所属学科等名は、2023 年度中のものです。

特 別 教 育 研 究（１）教育改革研究活動助成― 1 ―TOPへ戻るᵮᵰᵭᵨᵣᵡᵲ ᵐᵑᵎᵗ

2023年度
連携エリア［さいたま市、臨海副都心エリアを中心とした関東中心部から北関東における各主要地域］「インバウンドビジネスを創出する
グローバル・ローカリゼーション」プロジェクト
代表者

村上嘉代子【教授】（工学部 電子工学科）

構成員

長谷川 浩志（機械制御システム学科）／間野 一則（電子情報システム学科）／市川 学 （環境システム学科)／渡邉 大（機械制御システム学科）／岡田 佳子（土木工学科）／中村 真吾（機械機能工学科）■プロジェクトの概要
2020年から始まったコロナ禍も収束し，インバウンド観光振興が改めて注目されてきているが，一方で高齢化社会が深刻㻞㻜㻝㻡年度ＣＯＣ全体イベントの形態（たたき台）化しているため，インバウンド観光に加えウェルビーイングも含めた新しい観光の価値の創造へ向かう必要がある．また，観光のみならず少子高齢化に向けた施策が必要であり，同様の課題を抱えた外国人向けのビジネスにも展開できる可能性を探る必要がある．本プロジェクトでは地域と連携したPBL型授業や学部や修士研究において，企業や自治体と連携し観光促進のためのサービスシステムおよび高齢者へのサービスや未来を担う子供たちへの教育プログラムを開発した．(1)
温泉施設の新たなサービスの提案，(2)地域におけるモビリティの活用方法の提案，（3）農業を軸にした教育プログラムの提案，（4）高齢者のウェルビーイングを目的としたVR観光や脳トレの提案である．大学院授業のシステム工学特別演習、Cross-innovation Project、Cross-cultural Engineering Projectを通じて，関連自治体や企業による学生への支援により，プロジェクトの成果は社会的に貢献度の高いものであった．Cross-cultural Engineering Programでは海外からの学生が多く参加し，相互の異文化理解の視点を取り入れた提案も行い，インバウンドビジネス創出を意識づけることができた。

■教育改革研究活動助成（地域志向）活動の成果【教育】
大学院理工学研究科のシステム理工学専攻必修科目「システム工学特別演習」 において24名，システム理工専攻演習科目「クロスイノベーション
プロジェクト（CIP）」において4名，集中講義の「Cross-cultural Engineering
Project（CEP）」において8名（日本人学生3名、海外からの短期留学生5名），計36名が本プロジェクトに参加した．前期のプロジェクトは温泉施設の新たなサービスの提案として，20代女性をターゲットに韓国式お風呂屋さんを株式会社温泉道場と企画開発し，実際にイベントを開催した．ほかには，地域におけるモビリティの活用方法の提案として，新しいシェアモビリ
ティの提案を行うとともに，それを活用するサービスシステムの提案も行った．また，合同会社十色からの協力を得て，農地フィールドを活用した主体
性を育む教育プログラムの提案を行った．
【研究】
農業に携わる企業が抱える課題ということで、認知度を広げるため唐辛子
工学部卒業研究およびシステム理工専攻修士研究として5名が地域社会
風呂を考案し実施に至るまでの提案を行った。また白馬岩岳マウンテンリに貢献できることを目的とした研究テーマにより学部・修士研究を行った。
ゾートにおける認知マーケティング戦略について提案を行っている。前期の高齢化社会へ貢献するため，ウェルビーイングを目的として健康上の理由
みのテーマとしては、さいたま市のシェアサイクルの普及のためのシステム、
で旅行に行けない高齢者でも楽しめるバーチュアル観光を提案し，有用な電動カート普及のための提案として高齢者の観光手段としてのビジネスモ
コンテンツやより利用しやすい視聴機器について調査するため若者との比デルを提案した。詳細は次ページからの主なトピックスで紹介する。
較実験を行った．高齢者は使い慣れているスマホで視聴しても十分に楽しむことができた．これらの研究を含めた学部と修士研究成果は以下のとおりである．査読付き学術誌論文1件，国際会議2件，国内発表7件（Journalof Global Tourism Research，国際会議KES2023，観光情報学会第1回
か が の と 観 光 情 報 学 研 究 会 、 IEEE ProComm Japan 、 Japan-China
Workshop）。
【社会貢献】
PBLプログラムの提案については、株式会社温泉道場、さいたま市都市総務課，さいたま市自転車まちづくり推進課、合同会社十色の方々より指導をいただいた。これらの成果については3月のCOC学生成果報告会で発表を行う。ウェルビーイングの研究では，株式会社カサリスより協力を得た．研
究成果については連携協定のある那須町やさいたま市への報告を行い、査読付き学術論文誌へ投稿予定である。
― 2 ―20代女性の集客を目的とした「韓国式お風呂屋さん」を企画するため，マッコリ風呂の濃度や汗蒸幕に近い素材を使用するための実験を行い，イベントを実施した．

高齢者向けのバーチュアル観光コンテンツとVRグラスとスマートフォンを比較して視聴機器の検討を行った．

（CEP＠SIT）日本人学生と外国人学生がさいたま市
役所を訪問しヒアリングを行った．実際のシェアモビ
リティを体験しそれらを踏まえてシェアモビリティの新
しい活用方法の提案を行った．

TOPへ戻る主なトピックス■韓国式お風呂屋さんの企画・実施■シェアモビリティと新システムの提案

コロナウイルス感染拡大以前の客足を取り戻すため，株式会 社 温 泉 道 場 が 運 営 す る 温 浴 施 設 の 「 お ふ ろ cafĠutatane」(埼玉県さいたま市) と連携し，20代女性をターゲットに韓国式お風呂屋さんを企画・実施した．マッコリ風呂の濃度の検証，日本で入手可能な素材による汗蒸幕実現のための検証を行った．

①後期授業CIPでは，新しい既存とは異なるシェアモビリティ（電動カートや折り畳みキックスケーター）を提案し，それらのモビリティを利用する際の危険地帯の情報も入れた，聖地巡礼ができるナビゲーションアプリ（下図）を開発した．モビリ
ティの特性を考慮した危険地帯のアラート機能は新規性が高い．

②集中講義CEP＠SITでは，さいたま市のシェアモビリティの新しい活用方法として，終電や終バスを逃したユーザーがシェアサイクルを利用して帰宅できるアプリの提案を行った．

■ Grow Farm・農地を活用した教育プログラム■ 高齢者のウェルビーイングを目的とした研究

合同会社十色は，見沼田んぼを使用し，とうがらし，里芋，
豆類などを生産し，年間を通した田んぼ体験などのイベントを開催している．このような農業フィールドを用いて，小中高
生が自らが考える体験を創出し，主体性を育むことができる
教育プログラムを提供することを目的とした．『Grow Farm』
は，農地を活用し，小中高生のグループワークを通じて遊び場（空間）を創造することで「子供の成長」「空間の成長」「農地の成長」を目指すものである．大学生が運営管理を行う
役割を担う．活動の例として竹を使った流しそうめん作りや
竹トンボなどの遊具制作、秘密基地作りなどが考えられる。
農業が身近にない都心に住む子供たちにとっては，学校教育との連携または独立した組織によるプログラムにより主体
性や協調性を育むことが望まれる．

①健康上の理由で旅行に行けない高齢者にも観光を楽しんでもらうためのバーチャル観光コンテンツ（180度と360度どちらの動画がより効果的か）とVRグラスとスマートフォンのど
ちらがよりコンテンツを楽しめるかといった比較検証を行い，高齢者はスマートフォンのほうがリラックスしてバーチャルコ
ンテンツを楽しめる可能性を示した．

②高齢者の認知症予防に有効な脳トレの開発を行った．回
想法プログラムをヒントに，昭和の茶の間と現代のリビングの背景を用いて，消えたアイテムを探すゲームを行ったところ，
昭和時代の背景のほうが正答率が高く，懐かしいものを利用した脳トレは有効である可能性を示した．

提案programの内容

昭和の茶の間― 3 ―現代のリビングルーム

TOPへ戻る2023年度
連携エリア［さいたま市など］

PROJECT 2306

ARスポーツを活用した地域高齢者活性化プロジェクト- “HADO”は世代間交流として効果的か？ 代表者

石﨑聡之【教授】（工学部 情報工学科）

構成員

真鍋 宏幸（工学部 情報工学科）／井尻 敬（工学部 情報工学科）／浜野 学（工学部 電子工学科）／深野真子（工学部 機械工学科）■プロジェクトの概要
我々のグループは2014年より地域高齢者の健康維持増進事業を推進し，大きな成果を上げてきた．新型コロナウイルスが2015年度ＣＯＣ全体イベントの形態（たたき台）
流行した2020年度からは，安全性を考慮してZoomを用いた遠隔型運動教室を開催し，体力向上に十分な効果があることを示した．特に，2021年の結果では参加者間の会話などの交流が運動継続の大きな要因とあることを明らかにした．従って，高齢者の活動を継続的に行うには十分な交流が含まれることが重要である．一方，高齢者と学生が交流しながら運動
することの効果についてはエビデンスがない．そこで本研究では，近年インクルーシブなスポーツとして注目されているARス
ポーツ（HADO）が，高齢者と学生との交流に効果的なツールとなり得るか検証する．

■教育改革研究活動助成（地域志向）活動の成果【教育】
これまで本プロジェクト（PJ）代表者が実施してきた運動教室では，参加者（高齢者）からの“学生との交流”を要望する声が非常に多かった．そのため、PJ実施のために数名の学生サポートを導入してきた（石﨑研究室ゼミ生）．
本PJでは2名の男子学生を責任者として，参加者への連絡・説明などの準備はもちろん，HADO（ARスポーツ）の実施には12名の学生に協力を依頼し，
HADO教室の実施に関わってもらった．高齢者と学生が同じチームでHADOをすることで学生自身の協調性が育まれ，学生の成長に繋げることができたと考えられる．

【キャプション】HADO教室の様子【研究】さいたま市内に在住の地域高齢者（12名，66-81歳）を対象としてPJを実施した．参加者はHADO教室に参加するため，芝浦工業大学大宮キャンパスに
週2回，8週間（計16回）通って貰った．HADOを実施する前にはケガ予防のス
トレッチングを15分行い，それからHADOのゲームを行う方法とした．HADOは1
試合80秒のゲームであるが，これを毎回3〜5試合程度実施した．試合の方式は3VS3とし，高齢者2名+学生1名を1グループとし（学生は合計12名），毎回グループメンバーは変えるようにした．運動介入期間の前後には体力測定
やアンケート調査も行い，HADOを8週間行った期間後には筋力（上肢・下肢），歩行能力，柔軟性が有意に向上していた．
【キャプション】研究説明会の様子【社会貢献】
さいたま市の高齢化率は23.21％（令和5年），65歳以上の高齢者 31万人を超えている．高齢者の割合は今後，さらに増えていくことが予想されており，医療費の大幅な増加が懸念される．これら支出を抑えるには健康寿命の延伸が不可欠である．その対策の1つに運動の実践が挙げられるが，運動継続の重要な要素である「より楽しく・効果のある運動」についてはまだまだ十分なエ
ビデンスがあるわけではない．
本PJでは，近年ARスポーツの代表格として知られるHADOを学生と共に実践し，「学生と一緒に運動を楽しみながら体力を向上させる！」ことを実践した．
本研究にはゼミ学生・学生有志も積極的に関わり，世代間交流を通して地域貢献活動も実践することができた．
― 4 ―【キャプション】HADO教室後に仲良く自宅に帰っていく参加者達

TOPへ戻る主なトピックス■HADOを通した地域高齢者と学生の交流は効果的だったか？

B

A

→10本

→72本
C

●男性高齢者 ●女性高齢者▲男子学生 ▲女子学生→HADO教室前から知っている人→HADO教室で仲良くなった人→101本【キャプション】
ネットワーク分析による2ヶ月間の経時的な変化（12名分）

本PJでは，参加者間にどの程度交流があったかを調べるた
めにネットワーク分析を行った．上の図は研究前（A）,4週間
後（B），8週間後（C）の変化を示している．線が繋がってい
ればいるほど「○○さんを知っている」ことを示している．最初（A）は殆ど線がなかったが，4週間後（B）， 8週間後（C）とそれぞれの参加者と線が繋がっており，交流が促進されていたことが伺える．
実際のコメントでも，
高齢者：学生さんが丁寧に教えてくれるのは楽しい
学生：普段,関わり合うことのない世代の方とHADOを通して交流することができ,新鮮で楽しかったなどポジティブな内容が非常に多かった．

HADOが世代間交流に及ぼす効果
本PJの結果からHADOが世代間交流を促す運動として非常に効果的であることが明らかになった．HADOは年齢・体力・性・運動歴が影響しない“インクルーシブ”なスポーツとして考えられているが，世代を問わず参加者の全てが楽しめるスポーツであることが立証された．今回のPJでは高齢者と大学生のの参加者でみあったが，今後「孫+祖父祖母」，「親+子」などの組合せも検証していくことでより詳細なデータを取ることが可能となると考えられる．このような継続的な活動に
より「スポーツのまち さいたま」のスポーツ文化を定着させたいと考えている．

【キャプション】HADOプレー中の様子【キャプション】HADO教室後の和気藹々とした集
合写真

― 5 ―

TOPへ戻るPROJECT 2301

2023年連携エリア［埼玉県，さいたま市，那須町，神戸市，姫路市など］「知的創造の担い手となる人材育成のための産学官連携スキームの開発」プロジェクト
代表者

長谷川浩志（システム理工学部 機械制御システム学科）

構成員

渡邉大（システム理工学部 機械制御システム学科）／田中みなみ（システム理工学部 機械制御システム学科）／村上嘉代子（大学院 システム理工学専攻）／市川学（システム理工学部 環境システム学科）／持永大（システム理工学部 環境システム学科）／後藤裕介（システム理工学部 電子情報シスエム学科）■プロジェクトの概要
システム理工学部と大学院システム理工学専攻では，産官学連携型の教育プログラムを約20年にわたって実施してきた．
2015年度ＣＯＣ全体イベントの形態（たたき台）
しかしながら，企業側の意識は「敷居が高い」「産官学連携を考えたこともない」であった．これは，一般的な産学官連携ス
キームに，何か不具合が発生しているのではないかと考えた．本プロジェクトでは，企業の業務課題や新規事業開発を研究課
題とするのではなく，プロジェクト課題として導入し，①システム思考に基づく企画立案，②実証実験とプロトタイピング，③多様な視点の導入によるイノベーションの創出を行った．ここで得られた成果物から新ビジネスや研究要素を抽出，受託・共同研究へと導く新たな産学官連携スキームを開発，実施した．

■教育改革研究活動助成（地域志向）活動の成果【教育】
システム工学特別演習&システム工学演習C (SE2)，
Cross-Innovation Project(CIP) ， Cross-culturalEngineering Project (CEP)を，シームレスに組み合わせて新たな産学官連携スキームを開発，実施．SE2の26プロ
ジェクトのうち11プロジェクトをCIPで実施．CIPのPJに，多様性と新たな視点の導入によるイノベーションを創出するために，
CEP@FCT/UNLとCEP@SITで実施．アントレプレナーシップ
教育PJの那須地区創生PJでは，課題発見からスタートし，
那須での実証実験を経て，第4回ビジネスコンペティション（経営学部主体．一橋大学を含む8大学29チーム）にて第3位となった．兵庫県中小企業家同友会チームIT神戸関連のANXA PJでは，SE2の企画提案「データに基づく狩猟補助システム」に，多様性と新たな視点を導入した結果，想像もしなかった「シリアスゲームによるペーパーハンター活性化」のプロトタイプ作成に至った．さいしんコラボ産学官PJでは，第7回「開放特許を活用した学生アイデア発表会in埼玉」にて審査委員特別賞を受賞した．

知的創造の担い手となる人材育成のための産学官連携スキーム【研究】
ソフトウェアやサービス分野でのイノベーションを創出するために，Creative and inventive Design Support System forDX(CDSSforDX)を開発．この支援プロセスをCEP@FCT/UNLに導入．問題把握のタイミングで戦略的対応を考慮すること
で，アイデアを創造的なものに変換する．この研究成果を日
本工学教育へ投稿，採択済みである．
【社会貢献】
那須地域の各種実証実験は，下野新聞に２回掲載，
CEP@SITで実施したワークショップは，Mapbox Japanのブロ
グで活動内容が広報された．第6回プレゼンフェスティバル
in那須（2024.2.3）では，那須地区創生PJの成果「感香」を発表．那須町教育関係者や地域の方々から好評を得た．
また，NOAA×埼玉県PJの成果を，彩の国ビジネスアリーナ
2024で公開．埼玉発のマイクロモビリティ実現に向けて，シェアモビリティ研究会の企業と共同開発を進めていく．

DXのための創造的・発明問題解決支援プロセス，CDSSforDX― 6 ―TOPへ戻る主なトピックス■ 「感香」 ～那須地区における周遊的な観光～■ 香りをキッカケとした回想レクリエーション

第4回ビジネスコンペティション第3位の那須地区創生PJは，
那須町の観光地から作られた香り（アロマ）を技術で再現することで，那須を回遊させる「感香（かんこう）」サービス．
次世代に那須の魅力を発信．香りのガチャガチャの景品は，全て那須の天然資源・廃棄物から作成，サスティナブルな提案．観光客が楽しむことはもちろん，回遊先の那須の事業者も潤う，そして那須町役場を通じて那須全体が盛り上がる三方良しを実現．このプロジェクトにより，那須の観光産業のさらなる発展・新たなる価値創生を図った．

第7回「開放特許を活用した学生アイデア発表会in埼玉」
にて審査委員特別賞を受賞したさいしんコラボ産学官PJ．
このPJでは，富士通（株）の開放特許「芳香発散技術」を活用した商品アイデア『香りをキッカケとした回想レクリエー
ション』を企画・提案した．これは，特有の香りチップ（例えば，ポマードの香り）をキッカケとして，自身を振り返り（これまでの生活で自身が経験した出来事に関する自伝的記憶を回想），
香りを共有．香りチップ付き思い出カードに記入，香りをきっかけに会話をしていくレクリエーション．ビジネスモデルの作成には，ターゲットの介護施設への訪問，コスト積算を行った．

香りをキッカケとした回想レクリエーションの概要■ シリアスゲーム： ペーパーハンター活性化

那須町の香りがするガチャガチャ：那須の香りで観光地に行ってみよう！

企業主催
ビジコン
３位
11月中旬の2日間にわたり，「感香」
PJの実証実験を行った．那須の強みである温泉，自然，コーヒーの3つをテーマに全部で6地点の観光地を提案．ガチャガチャの景品を240個用意した．また，下野新聞の取材，那須事業者のSNS，ポスターなどによる告知もあり，240個のすべてを2日間で配布することができた．
実証実験の結果から「感香」という五感を活用した新たな観光サービスの有用性を示すことができた．一方，アンケートの集計結果から，景品の改善点が見つかった．実証実験を通して得た知見を活かし，今後の那須町の観光産業の発展に貢献していく予定である．

兵庫県中小企業家同友会チームIT神戸のANXAPJでは，ゲームで社会課題の解決．罠狩猟IoTとゲームを掛け合わせたシリアスゲームを提案．ペーパーハンターの活性化機会を創出．このシリアスゲームは，現実世界で行うベテラン
ハンターゲーム，仮想世界で行うハンタートレーニングゲー
ム，一般ユーザ向けのイノシシ捕獲ゲームの三相構造で構
築．現実世界のベテランハンターゲーム（罠狩猟IoTを用いた狩猟）では，罠の見回り負担軽減と実力可視化による承認要求の充足，仮想世界のハンタートレーニングゲームでは，
トレーニング機会，応援，狩猟活動の進出機会と罠譲受，
一般ユーザは，社会貢献としてのイノシシ捕獲ゲームにより，ポイント数によるジビエの譲受とハンターの推し活ができる．

ペーパーハンター活性化のための３つのゲームの概要― 7 ―TOPへ戻る2015年度ＣＯＣ全体イベントの形態（たたき台）― 8 ―TOPへ戻るPJ No 氏名

研究課題

2301 長谷川浩志

埼玉県，さいたま市，川口市，那須町・那須地区，姫路市，
知的創造の担い手となる人材育成のための産学官連 神戸市
携スキームの開発

連携先地域

東京都江東区・中央区、福島県南会津町
2302 志村秀明

江東内部河川・運河の活用とコミュニティ強化

2015年度ＣＯＣ全体イベントの形態（たたき台）

江東区2303 橋田規子

地域に貢献できる大学パブリックスペースの提案

豊洲
2304 小柏典華「木のジャングルジム」を応用した伝統木造構法の現代的実践適用について
墨田区、上尾市、さいたま市

2305 増田幸宏

地域志向活動型アクティブ・ラーニングのカリキュラム
マネジメントとSDGs達成に向けての地域課題解決策
の実践
さいたま市

2306 石﨑聡之

ARスポーツを活用した地域高齢者活性化プロジェクト

埼玉県、東京都など
2307 中口 毅博

ＳＤＧｓマインドを持った人材育成のための地域連携・学校連携型合同授業・社会活動の実践
栃木県那須町、福島県大熊町、沖縄県南城市

2308 市川学

社会システム科学のアプローチによる課題解決:最適手法の探索と適用

2309 村上嘉代子

さいたま市、那須エリア、関東中心部から北関東におけ
インバウンドビジネスを創出するグローバル・ローカリ る各主要地域
ゼーションプロジェクト― 9 ―TOPへ戻る2023年度
連携エリア［埼玉県、東京都、千葉県、沖縄県など］

PROJECT 2307

ＳＤＧｓマインドを持った人材育成のための地域連携・学校連携型合同授業・社会活動の実践
代表者

中口 毅博【教授】（システム理工学部環境システム学科）

構成員

磐田 朋子（システム理工学部環境システム学科）／田邉 匡生（デザイン工学部）／間野 一則（システム理工学部電子情報システム学科）／君島 真仁（システム理工学部機械制御システム学科）／渡邉 大（システム
理工学部機械制御システム学科）／越阪部 奈緒美（システム理工学部生命科学科）■プロジェクトの概要
学習指導要領では個別最適な学びと協働的な学びの一体的な充実が求められている。個人の興味に即したテーマ設定
2015年度ＣＯＣ全体イベントの形態（たたき台）
や多様な世代や多様な地域間の交流・連携による探求学習や社会活動を実践することで、個人の資質能力やキャリア意識が向上し、地域の持続可能性も高める必要がある。
そこで本プロジェクトでは、複数の学科教員が市民団体、企業、行政とも連携し、中高生も参加できる合同授業や現地見
学・社会貢献活動などの実践を通じて、ＳＤＧｓマインドを持った人材が育つ場や機会を提供することを目的とする。具体的には合同授業やワークショップ、現地見学・社会活動体験・交流、デジタルコンテンツ協働製作などを学科横断、学部横断、さらには小中学校・高校など合同で行った。

■教育改革研究活動助成（地域志向）活動の成果【教育】合同授業・合同見学
大学院システム理工学専攻「地域環境教育特論」において杉並区立西田小学校6年生と、システム理工学部総合科目「SDGs入門」においては芝浦工
業大学柏高校や付属高校2年生と、システム理工学部システム情報科目「創る」にいては八重山商工高校3年生との合同授業を行った。
またシステム理工学部システム情報科目「SDGsマネジメント論」や「SDGs入門」においては、中高生とともに企業見学等を行い、環境システム学科専門
科目「環境フィールド実習・体験」においては関東や現地の中高生と合同実習を行い、「SDGsマネジメント実習」においては幼稚園・保育園・小学生向けのSDGsイベントを「次世代SDGs月間」において実施した。
【研究】
参加者の主体的学習態度を「人生・社会への応用率」として捉え、プログラ
ム参加直後の参加者アンケートにより、課題研究影響度、キャリアデザイン影
響度、社会貢献意識、他校生との会話、リピート意思の5項目について、学校・学年別、プログラム別に把握した。その結果、課題研究影響度、社会貢
献意識、他校生との会話、リピート意思については「大いに･･･」と「かなり･･･」の和が80％程度と高かったのに対し、キャリアデザイン影響度は50％程度にとどまった。このことから、今後、キャリアサポートと結びついた学びの支援を強化する必要があると言える。

杉並区立西田小学校にて芝浦工大生が訪問し地
球温暖化問題について合同学習（2023.5.17）
少しは影響を与えた
27%

あまり影響が
なかった
1%

全く影
響がな
かった
0% 大いに影響を与えた
33%

かなり影響を与えた
39%

回収数：201

Q1 課題研究影響度

あまり影響がなかった
8%

全く影響がな
大いに影響
かった
を与えた
1%
19%

少しは影響を与えた
39%

かなり影響を与えた
33%

回収数：201

Q2 キャリアデザイン影響度

参加者アンケート結果【社会貢献】
一方、受け入れ側に対して、「今回参加した中高生や大学生は、貴組織の活動の助けにどの程度なったか」を尋ねたところ、19組織中16組織が「大いに助けになった」と「かなり助けになった」と答えた。また「貴組織が実施された活動がどの程度社会課題解決役立っているか」を尋ねたところ、15組織が「大いに役立っている」「かなり役立っている」と答えた。これらのことから、中高大学生の社会活動への参加が、社会貢献に繋がったといえる。

あまり助け
にならな
かった（あ
まり励みに
ならなかっ
た）, 2
かなり助け
になった
（かなり励
みになっ
た）, 5

少しは助け
になった
（少しは励
みになっ
た）, 1

全く助けに
ならなかっ
た（全く励
みにならな
かった）, 0

大いに助け
になった
（大いに励
みになっ
た）, 11
あまり役
立っていな
い, 1
大いに役
立ってい
る, 7

少しは役
立っている,
3
かなり役
立ってい
る, 8

組織自体の社会貢献度

受け入れ先アンケート結果― 10 ―

TOPへ戻る主なトピックス■ (株)明治坂戸工場見学■石垣島SDGsスタディーツアー

2023.8.1

明治なるほどファクトリー坂戸の工場見学を行いました。
芝浦工業大学をはじめ、芝浦工業大学柏中学校、筑波大学付属坂戸高校、渋谷教育学園渋谷高校の学生・生徒計16名が参加しました。はじめに、企業案内ビデオの視聴を通じて、坂戸工場ではチョコレートをはじめ、ビスケット・グミキャ
ンデー等を生産していることを知りました。工場見学では、板チョコレートの製造ラインやツインクルの包装ラインを見せて頂きました。工場見学の後は、Meiji Cocoa Supportや
TANPACTなど、社会課題の解決を見据えたSDGsの取り組
みをしていることを知り、感銘を受けました。最後にグループ
ワークで意見を交わした後、質問に回答してもらいました。

2023.8.23-24,
9.11-12

初日は、石垣市役所や名蔵アンパル見学、川平湾グラス
ボートでサンゴ礁観察、宮良殿内などを回り、夕方にはユー
グレナモールにて街灯アンケートを実施しました。翌日は石垣市公営塾に参加する八重山高校生5名と共に、ビーチク
リーン活動をしました。朝日がとてもきれいで感動的であったのと対称に、海岸は多くのゴミが散乱していました。その後国際サンゴ礁研究・モニタリングセンターでサンゴの白化現象
や白化の原因であるオニヒトデの駆除方法を学びました。さらに、車内から石垣島駐屯地、八重山戦争マラリア犠牲者慰霊之碑を視察し、午後はサンゴの白化原因の一つである
赤土流出対策現場に行きました。

サステナビリティ推進部企画グループ長の山下さんから明治のSDGsの取り組みなどについてレクチャーを受けている様子

右上：川平湾グラスボート
左下：高校生とのビーチクリーン活動■ 宮城県震災復興スタディツアー 2023.11.3-5■ 芝浦工大付属柏中SDGs企画

芝浦工大生7名に加え、成蹊大学生・教員4名、芝浦工大
柏高校生・保護者6名、筑波大坂戸高校生2名、大宮国際
中等教育学校の高校生2名が参加しました。初日は気仙沼
市内湾地区の復興まちづくりの話を聴き、防潮堤や舞根湾の自然再生現場をみて気仙沼大島に宿泊しました。2日目
は魚市場を見てから、気仙沼向洋高校生のガイドで東日本
大震災遺構・伝承館を見学し、午後から気仙沼高校生の大谷海岸アート化計画の話を聴いてから一緒にビーチクリーン
活動をしました。3日目は南三陸歌津地区の復興支援活動の話を聴いた後、復興住宅や旧防災庁舎を見て、旧戸倉小学校や石巻市旧大川小学校を訪ね、元校長先生やご遺族のお話を聴きました。

芝浦工業大学付属柏中学校にて1年生約200名を対象に「環境教育・市民活動論」「SDGsマネジメント実習」履修生
が「八幡平SDGsすごろく」の他に「生物多様性クイズ」「SDGs
ごみクイズ」「防災クロスロードゲーム」「SDGs伝言ゲーム」を行いました。10:25から、グリーンホールで中口教授によるSDGsのお話を聞いた後、各教室に帰り、11:00からゲームやクイズを行いました。例えば、優秀な個人には防災備蓄米が配られました。

右上：東日本大震災遺構・伝承館見学のようす
左中：大谷海岸でのビーチクリーン活動
右下：内湾地区の防潮堤見学のようす

2023.12.9

右上：「八幡平SDGsすごろく」実施のようす
左下：「生物多様性クイズ」実施のようす― 11 ―

TOPへ戻る2023年度
連携エリア［墨田区,上尾市, さいたま市など］

PROJECT 2305

「地域志向活動型アクティブ・ラーニングのカリキュラム
マネジメントとSDGs達成に向けての地域課題解決策の実践」プロジェクト
代表者

増田幸宏【教授】（システム理工学部 環境システム学科）

構成員

作山康 鈴木俊治 石川裕次 市川学 磐田朋子 小山友介 澤田英行 真保晶子 袖野玲子
田口博之 中村仁 松下希和中口毅博 山嵜一也 持永大（システム理工学部 環境システム学科）■プロジェクトの概要
これまで環境システム学科で取り組んできた以下3つのCOCプロジェクトの成果を踏まえ、学科カリキュラムにおける「地域志2015年度ＣＯＣ全体イベントの形態（たたき台）
向活動型アクティブ・ラーニング」の確立と、全教員の参画と地域関係者の協力のもと、学科の総力を挙げて「国連と学科独自のSDGs達成に向けての地域課題解決策の実践」に取り組むものである。
１)社会人基礎力向上を目指す地域志向活動型アクティブ・ラーニングのカリキュラムマネジメントと教育アセスメント（代表：澤田英行） ２)公民学連携による高齢化社会対応まちづくり研究-サテライトラボ上尾の全世代型サードプレイスと地域教育研究拠点（代表：作山康） ３) 気候変動と地震災害に適応したレジリエントな地域環境システム（代表：増田幸宏）■教育改革研究活動助成（地域志向）活動の成果【教育】 環境システム学科は、ディプロマ・ポリシーとして国連の掲げるSDGsの達成を2017年の段階で明記し、カリキュラムの大幅改訂を行った。カリキュ
ラム・ポリシーにおいては、学科独自のSDGs（S：サービスラーニング、D:デザイ
ン思考、G：グリーンインフラエンジニアリング、s:システム思考）を定義し、SDGsの達成を核とした教育方針を掲げて教育研究と学生活動の基盤を整備してきた。今後のシステム理工学部課程制移行を念頭に、本事業は正課教
育や課外活動における学生主体の多様な地域貢献活動とSDGsの達成活動を実施し、その効果を社会人基礎力や社会貢献度によって評価・測定することで、新しい教育プログラム構築を目指すものである。特に、自治体、地域住民、事業者と連携したアクティブ・ラーニングを積極的に推進する。また、学生の大学院進学の動機付けとなるエンゲージメント向上への取組みも図るものである。
【研究】 墨田区では学官連携拠点施設である「すみだテクノプラザ」、上尾
市ではまちづくり拠点「サテライトラボ上尾」を積極的に活用して、地域連携の研究活動を展開した。両拠点では地域課題に対応する実証的な研究と実践的な教育の実施を積み重ねてきており、地域との深い関係性が構築されている。その基盤をさらに発展させ、地域と連携してサービスラーニングを体現することを目指している。2017年以来、学科として特色ある問題解決型PBLやアクティブラーニングを実践してきたが、課程制移行後の中核プログラムとなるように、「協働実践型」「複数課題同時解決型」「地域横断型」へと進化させる。学生の学びのステージに応じて、体験、主体的参加、提案・実践、研究・
実証、大学院といったの段階的サイクルを確立することを目指しており、本事業では特徴ある螺旋型研究活動の範例を示すことを目的としている。地域課
題を解決し、生活者の視点に立った地域環境システムを構築するプロセスは学術的にも先導的な取り組みである。
【社会貢献】 高度な専門性と学生の行動力を活かすことのできる地元の大学が地域の発展のために果たす役割は大きい。今年度も学生主体にて、さい
たま市「第22回さいたま市環境フォーラム」への出展や、埼玉県のSDGs官民連携プラットフォームに参画し、都市公園における熱環境と利用状況の実態に関する研究、都市公園の防災活用に関する研究、産官学民連携による大宮公園のリノベーションに関する研究等に実証的に取り組んだ。また、学科の中核となる演習科目「環境システム応用演習A/B（3年）」においては、学生主体で、社会ニーズを踏まえ、短期～長期的な視点で課題解決を図る提案が作成され、充実した成果が挙げられた。検討対象地域のSDGs達成にどの程度貢献したか、ヒアリング調査や外部ゲストの講評を通じて明らかにした。
― 12 ―

各地域の関係者の方々を交え、学科全教員も参加した環境システム応用演習A/Bの最終発表会の様子（ハイブリッド形式での開催）

埼玉県のSDGs官民連携プラットフォームに研究室として参画し、「大宮公園七夕Night」の企画運営等に学生が主体となって参画した。

第２２回さいたま市環境フォーラムに出展し、学生主体で地域住民や地域関係者との交流を実施

TOPへ戻る主なトピックス■SDGs官民連携プラットフォームへの参画■環境システム応用演習A/B

埼玉県のSDGs官民連携プラッ
トフォーム「都市公園の持続可
能な利活用と環境保全に関する検討部会/次世代につなぐ大宮公園検討グループ」に研究室として参画し、学生が実行委員等として主体的な活動を行った。
「大宮公園七夕Night」、「第一回大宮公園防災車中泊＆キャ
ンプFes」の企画運営に参画した。
各種調査や大宮公園独自の防災ガイドブックとして周辺の地域住民に配布するリーフレットの作
成等も学生主体に実施した。

「環境システム応用演習A/B（3年）」は本キャンパスがある
さいたま市内2地区、さいたま市以外の県内3地区、東京都
内2地区、千葉県及び栃木県内各1地区、計9地区を対象
として9チーム編成で実施した。各地域において現地調査や関係者ヒアリングを実施し、建築・都市・環境の視点から地域課題を解決する提案を作成した。
中間及び最終発表には各地区の関係者に出席（対面、オンライン）いただき意見交換するなど、地域志向活動型アクティブ・ラーニングを実践している。また履修学生へのアン
ケートを授業前・後に実施し、目標の達成度、および現地のSDGs達成にどの程度貢献できたか把握した。

学生は建築設計（意匠、構造）、都 全チームが建築設計、都市デザイ
市計画・設計、環境システム、情報 ンに関する模型を作成し発表会でシステムの専門分野に分かれ、分 展示した。手を動かしアイディアを具野融合でグループワークを行った。 現化するとともに、空間イメージを相発表会では地域関係者も多数参加 手に伝えるために模型は有効な手
し、提案と意見交換を行った。
段であることを再確認した。
大宮公園防災車中泊＆キャンプFes実行委員集合写真■「サテライトラボ上尾」を拠点とした活動■ 「すみだテクノプラザ」を拠点とした活動「サテライトラボ上尾」
を拠点とした地域課題
解決の取組みを実施
し、4つの卒業研究をまとめた。

「すみだテクノプラザ」を拠点として、地域福祉や産業活性化と連携した防災まちづくり（地震火災、水害対策）などに関する研究と実践を、地域住民、事業者、福祉系・まちづくり系の団体や専門家、墨田区などと連携して実施した。科目「環境システム応用演習」では、東向島二丁目地区を対象として現地調査や検討を重ね、地域の再生策を立案した。
研究面では、墨田区北部地域を対象とした大規模な市街地火災時の避難における延焼遮断帯の有効性や課題を検証し、学士論文としてまとめた。実践面では、学生団体が地域の関係主体と協働して多数の防災プログラムを実施した
ほか、地元商工業者と連携しながら“ものづくり”による地域の活性化に向けた取り組みへの参加と議論を重ねた。

小図書館を本格運営
するとともに、芝浦工業大学大宮図書館員のアドバイスにより図書 本を分類するとともに、本棚のリノベーションの分類や廃棄本を譲 と不足分類本を大学図書館廃棄本から補受するなど大学図書 充。
館との連携を図った。
新たに団地内DIYのニーズ調査研究や団
地内英語教室としてのサードプレイスの実
証実験など新しい取り組みを住民協力のもとに実施し、地域コミュ
ニティの活動が高いレベルで展開しつつある
地域貢献研究となっ 義務化された小学校の英語に親しめない
子供たちに対し、住民ボランティアが英語ている。
を楽しく学ぶ教室を開催

応用演習では、建物が密集する駅
周辺部を対象に、交流促進を軸とした都市の空間・機能の高度化や地区運営の理念と体制を立案した。

― 13 ―

学生が主体となり、社会福祉系団
体や住民等と、地域の防災を学びながら防災拠点を目指す「防災遠足」を実施、132名が参加した。

TOPへ戻るPROJECT 2308

2023年度
連携エリア［栃木県那須町、福島県大熊町、沖縄県南城市など］「社会システム科学のアプローチによる課題解決:
最適手法の探索と適用」プロジェクト
代表者

市川学【教授】（システム理工学部 環境システム学科）

構成員

長谷川浩志（システム理工学部 機械制御システム学科）／小山友介（システム理工学部 環境システム学科）／後藤裕介（システム理工学部 電子情報システム学科）／澤田英行（システム理工学部 環境システム学科）／村上嘉代子（理工学研究科 システム理工学専攻）■プロジェクトの概要
社会に存在する課題に対して、データサイエンスやシミュレーション、センサ類に代表されるハードウェア（VR含む）や建築計
画、教育ツールなどの中から実現可能性を考慮して、最適な手法もしくは複数の手法を組み合わせて用いることで、解決することを目指した。事業の対象は、都道府県、地域、市区町村、地区、建物、企業などの制限はせず、対象が抱える課題を活動対象とした。地域を支える信用金庫や地区を所管する市区町村、保健所、都道府県と連携することで、産官学金が連動した事業へと発展させた。合計10個の事業を遂行し、その全てにおいて、システムズ・アプローチやデザイン思考をベースにしながらも、特定の方法論にとらわれずに、ワンストップで課題解決を行った。

■教育改革研究活動助成（地域志向）活動の成果【教育】事業の対象である都道府県や市区町村、地域や地区、建物、企業などが抱える課題解決には、論理的思考力や技術力を駆使して、複数領域の知
識や技術を連携させる必要がある。座学ではなく、実際に社会に存在する課題に対して、知識獲得・データ収集・データ分析・シミュレーション分析による予期予測・ドキュメント化の一連のプロセスを経験することで、「手が動くコンサ
ルタント」として新規事業や企画時に活躍できる人材を目指した。
【研究】
各課題が持つ特徴は異なり、解決手法も統一されない。各課題と向き合い理解するためには、関係する知識の習得と課題提供者との密な関係構築も求められる。解決のために最新技術を含めた実現可能な最適手法を選択して適用するプロセスは、他課題にも応用可能である。新たな課題への展開が期待され、課題解決を数多く行うことでブランディング効果も期待される。
今年度は合計10個の事業を遂行した。具体的な事業内容は、主なトピック
スにて報告する。全ての事業において、システムズ・アプローチやデザイン思考をベースにしながらも、特定の方法論にとらわれずに、ワンストップで課題解決を行った。
【社会貢献】
都道府県や市区町村、地域や地区、建物、企業が抱える課題を、データ
サイエンスやシミュレーションの技術を用いて解決する取り組みは、プログラミ
ング教育/Society5.0が注目される現代において重要であり、エビデンス付きの成果を地域へ還元することで地域貢献にも繋がる。
今年度は全10個の事業のうち7個の事業が、解決策の提案にとどまらず、
その実施あるいは実施に向けた検討段階に進んでいる。地域を支える信用金庫や地域を所管する市区町村等と連携したこと、学生がもつ柔軟なアイデ
アをエビデンスベースで提案したことが結実した。来年度も継続して貢献する
ため、事業計画を進めている。

ドメイン知識習得
課
題
特
定

現状分析

データ
サイエンス

S

W

O

T

問題構造化・ニーズ分析

システムズ・アプローチ
デザイン思考等の併用

目標設定

評価計画（QCD等）
代替案の発散課
題解
決システム開発••••都市マスタープラン立案

マーケティング施策立案
ビジネスモデル策定
社会シミュレーション実装
教育教材開発等多岐にわたる

代替案の収束実
装提案
開発

最新技術を含めた
実現可能な最適手段を選択して適用「手が動くコンサルタント」の課題解決フロー― 14 ―

TOPへ戻る主なトピックス■東京東信用金庫が出資する中小企業における売上向上施策の提案【データドリブンな施策立案システム】
東あられ本舗両国本店では、店舗内での顧客行動を、定量的に把握することができていなかった。
これに対して、AIカメラによる映像分析を行い、その結果をPOSデータと会員証データに紐づけ、顧客の行動を定量的かつ自動的に取得、そしてGPT等で施策立案を補助するシ
ステムを提案した。また、プロトタイプの開発を行い、現在では、店舗にプロトタイプを設置して、実証実験を行っている。

【外国人へのお土産を通じた新顧客体験の創出】
雷神堂巣鴨本店は、外国人観光客が多く訪れる商店街の中に位置しながらも、彼らを顧客層に上手く取り込むことができていなかった。
これに対して、ボトルネックであった言語の壁を解消する施策を提案した。視覚的に味を理解しやすいメニュー表と、選択式のパッケージデザインを利用した新たな顧客体験を創出する施策である。

顧客が長時間滞在した場所をサーモグラフィックに可視化開発したメニュー表とパッケージ(QRコードより閲覧可)■那須町における社会課題の解決に向けた提案【X Minutes City】
町中心部の高久地区の課題は、都心からの交通アクセス性が高いにもかかわらず、地区内部でのアクセシビリティが低いことと特定された。
これに対して、全てのコンテンツへ10分以内に辿り着ける仕掛けを施した都市計画を提案した。建築設計から教育施
策、エネルギー施策、都市OSの組み込みなど、多岐にわたって実現可能性のある詳細な計画を提案した。現在では、この計画の実現のために、用地買収に向けて動き始めている。

【なすてなぶる】
町北西部に位置する大丸温泉周辺の課題は、来訪者のニーズにマッチした機能が無いことと特定された。
これに対して、まちに必要な機能を加えつつも、カーボンク
レジット等を利用して自然資源を守り、持続的に都市を支える仕組みを提案した。

【那須町子育てフレキシブルライフ】
町全体の課題は、人口減少が著しく、より一層魅力のある都市となる必要性があることと特定された。
これに対して、自然豊かな町の強みを活かした二拠点居住の促進を行うことを提案した。具体的には、町北東部の寺子丙と町東部の伊王野を計画地とし、高所得子育て世帯をターゲットとした住宅建設を中心に据えた都市計画を提案した。

当地区最大の強みとも言える
自然資源を守るための仕組みを考案■その他のプロジェクト■今後の展開i. 雷神堂とのコラボレーション商品企画
ii. 大熊町における地域課題発見プロジェクト
iii. 東大宮地区の小学生への探究学習プログラムの実施
iv. 第12回学生政策提案フォーラムinさいたまへの参加
v. 新井湯でのトレーニングのデータを用いた効果検証

中小企業への取り組みはDX、AI、データサイエンスをキーワードに売り揚げ向上狙う。
自治体支援については、都市計画、医療計画、にぎわい創出、教育など幅広い分野での連携を模索して、活動を行う。
― 15 ―

TOPへ戻る2023年度
連携エリア［江東区］

PROJECT 2303

「地域に貢献できる大学パブリックスペースの提案」
プロジェクト
代表者

橋田規子【教授】（デザイン工学部 デザイン工学科）

構成員

新熊亮一（工学部 情報工学科）/ 繁里光宏（デザイン工学部 デザイン工学科）
機械工学専攻M1 1名/ デザイン工学科4年生 1名■プロジェクトの概要
2015年度ＣＯＣ全体イベントの形態（たたき台）
芝浦工業大学豊洲校舎キッズパークは、子どもの遊び場として地域の方々に開放している。しかし、利用者にとって快適な空間であるか未調査である。また、この場にある通気口のガラス箱の素材感がキッズパークに相応しくないという意見がある。撤去が困難なこの物体について、これを活用した子供の遊びを提案できないか、求められている。本プロジェクトでは、
キッズパークを「地域に貢献できる大学パブリックスペース」とするため、ヒアリング調査と観察により、利用状況や、メリットデメリットなどの特徴を見い出す。また、それらの調査結果をもとに、子どもたちの情操教育に良い遊びの提案を行う。

■教育改革研究活動助成（地域志向）活動の成果【教育】【研究】
本研究は、総合プロジェクトのテーマとして設定し、デザイン実践能力を高める。
a.キッズパークでのヒアリング調査：
利用状況を把握するため、キッズパークに遊びに来た子連れの親89人にヒアリン
グ調査を実施した。結果、遊びに来る子どもの年齢は１～３歳が多く、これは、キッ
ズパ－クの空間に、幼児の遊び始めに適した遊具が設置されているためである。
好評な点は「人工芝」「屋外で日陰」などの点で、一般的な公園にはない要素が挙げられた。実験日の利用者は、初めての訪問が全体の3割で、SNSを見て知ったと 【キッズパークガラス箱】壁に模様を貼ってのいう方が多く、SNSを多用する親世代に存在が広まっていると考える。懸念事項と実験
して、小学生がベンチを積んで危険な遊びをしている状況が見られた。また他の遊具も導入してほしいという要望もあった。
b.子どものための遊びのアイデア：aの調査をもとに、デザイン要件の設定を行った。提案する遊具は、遊んでいる子供で最も多かった１～３歳を対象とし、ガラスの箱を用いた壁面遊具とする。
遊具を増やしてほしいという意見もある一方で、開放感のある空間が好評であり、ガラスの箱を活用することで、広さを保ったまま新たな遊具を配置できると考えた。
c. 提案モデルの制作：【危険な遊び方】小学生は遊具を動かして
アイデア展開より、最終提案をルーレット型のお題遊び「なりきりルーレット」とした。 危ない遊び方をしている
遊び方は、子どもは、動きと動物の書かれた二重のルーレットをそれぞれ回転させ、止まったところにあるイラストの動物になりきって、指示された動きをするというものである。幼児が行うと成長に効果的な動きと、子どもが真似できるような鳴き声やジェスチャーがある動物を採用、文字が読めないことを想定し、ピクトグラムを用いた。
d. 提案モデルの検証 ヒアリング調査・観察：全体としては外観と絵柄に高評価を得ることができた。1回目は直径を800ｍｍとしたが、対象年齢の子供には大きく、操作ができなかった。また強度不足が判明した。修正を経て直径600ｍｍのモデルでは、サイズ感もよく、強度があること
で、全力で遊んでもらうことができた。遊び方に関しては、「動物当てゲーム」「回してなにが出るか」といったように、絵に注目して遊んでもらうことができた。
【社会貢献】
製作したモデルについて、キッズパークで遊ぶ子供から大人まで、楽しんで遊んでもらえることが確認できた。この遊びは年齢制限がないため、世代間のコミュニ
ケーションを促すことができ、地域の活性化に繋がるのではないか。ルーレットの絵や背景の模様を差し替えることにより、飽きずに楽しめるのではないかと考える。
― 16 ―【提案モデルの実験】子供が実際に遊んでくれる
か現場に設置して観察を行った。

TOPへ戻る主なトピックス■ キッズパークの調査

子連れの親89人にヒアリング調査を実施① 遊びに来る子供は、１～３歳が多い・設置されている遊具が幼児向け。
・下が人工芝で、幼児が転んでも怪我の心配が少ない。

②一般的な公園にはない要素が好評
・屋外で、日陰である / 人口芝が良い・小さい子向けの遊具がある / きれい
・広くて見渡せる / 開放感④Liderによる人流の測定
・遊具周辺に多くの子供が集まっていることがわかった。
・ガラス箱に、赤、青、黄色、緑などの色布を日を変えて貼り、子どもの行動を測定してみたが、特に色別に異なる行動は現れなかった。

【来場する子供の年齢】③子供の色の好みを調査
・赤、青、黄、ピンクが人気。明確な色に興味を示す。

【子どもの好きな色の調査】【キッズパークの評価できる点：複数回答】【Liderによる人流の測定】■ アイデアだし■ 提案物の評価 ヒアリング対象は親と子の6ペア

子どもが１人で遊ぶのではなく、年齢の違う子ども同士や、
親と子など、身体の大きさの違いを利用して一緒に遊べるような仕掛けを目指した。また、壁面全体に模様を施し、遠くからでも、楽しい雰囲気を出すことも心掛けた。もっとも注意
すべき点は安全性と考え、アイデアの絞り込みを行った。

〇外観が目立っていたため、興味をもってもらえた。
〇幼児も理解できる絵柄・色であることが確認できた。
〇強度upにより、全力で回すことができる。
×説明無しに遊び方を理解してもらえない。
×２つのルーレットの回転できる部分が異なったことで、その理解に時間がかかることがわかった。

【アイデアだし】上2つは全体が傾いて球を目的場所まで転がすというものであるが、全体に稼働させることが危険を伴うため採用しなかった。
設置状態で壊れにくいことも重要であると考えた。

【最終提案物】上直径600㎜― 17 ―

TOPへ戻るPROJECT 2302

2023年度
連携エリア［東京都江東区・中央区、福島県南会津町など］「江東内部河川・運河の活用とコミュニティ強化」プロ
ジェクト
代表者

志村秀明【教授】（建築学部 建築学科）

構成員

原田真宏、篠崎道彦、桑田仁、佐藤宏亮、前田英寿（建築学部 建築学科）／岩倉成志（工学部 土木工学科）／佐々木毅（デザイン工学部デザイン工学科）■プロジェクトの概要
本学キャンパスが位置する東京湾岸地域の地域課題である河川や運河の活用やコミュニティ強化をテーマとして、学生が2015年度ＣＯＣ全体イベントの形態（たたき台）
市民やNPO、民間事業者、自治体と協働しながら、課題発見から解決方法の提示まで行い、教育効果を高め、先進的な研究を促進し、更に社会貢献まで同時に実現しようとするものである。本学の社会的評価向上にも貢献する。各学科の基礎的な講義科目から、発展的な演習科目、更にゼミナール科目や卒業研究までを相互に関係させつつ連続的に展開させることで、教育・研究・社会貢献の質を段階的に高めようとしている。単なる教育や研究に終わらず、実際のまちづくりを向上させること、また国際的な交流を推進することで、教育・研究・社会貢献の新しい展開も狙っている。地下鉄８号線沿線まちづくり構想や豊洲スマートシティプロジェクトとも連携することで、最先端のまちづくりと教育、研究に取り組む。

■教育改革研究活動助成（地域志向）活動の成果【教育】
学生は、講義科目で地域課題を理解し、PBLの形式をとるゼミナールや演習で地域課題の解決に取り組む。建築学科では、「都市地域計画」や「地域設計論」で地域課題を理解し、「プロジェクトゼミ」や「空間地域デザイン演習」
で中央区佃の地域課題の解決に取り組んだ。また大学院では、「まちづくり特論」「都市計画総論」「Urban and Community Design」で地域課題を理解し、「建築学演習・都市地域デザイン」で地域課題の解決に取り組んだ。
特に「建築学演習・都市地域デザイン」では、江東区北砂を対象として、地域資源を活かした安全・安心なまちづくりを提案した。

【研究】アクション・リサーチの手法にもとづき、中央区佃では「佃島学校」を拠点として、歴史的家屋である旧飯田家住宅の保存・活用に関する研究、佃の街並み保全に関する研究、高架道路下空間の活用に関する提案、中央区月島では木造長屋活用に関する研究、再開発によるコミュニティの変化に関する研究、江東区豊洲では運河クルーズの促進に関する研究が取り組まれた。また、
東京湾岸地域のプレーパークの普及に関する研究と埋め立て形成に関する研究、既存建物の活用に関する研究、「こどものまちイベント」に関する研究が取り組まれた。
更に日本建築学会で、東京湾岸地域に関する研究が４本、SEATUC国際会議で、歴史的家屋の保存・活用に関する研究が発表された。

豊洲運河クルーズでは、学生たちが交代で見どころをガイドした。

「建築学演習・都市地域デザイン」の最終発表会風景。多くの外部ゲストが参加した。

【社会貢献】
江東区豊洲では、「豊洲水彩まつり夏」を7月に、「豊洲水彩まつり秋」を10月に開催し、学生たちはその企画作成とスタッフを務めた。特にその中の「運河クルーズ」では、東京湾岸地域の地歴について学修した上で、船上からの風景について分かりやすく、また楽しくガイドを行い好評だった。
また豊洲では、学生が修士研究を兼ねて、本学の地域貢献施設を利用した「こどものまちイベント」を開催し好評だった。
更に福島県南会津町舘岩地区の集落再生活動である「たのせふるさとまつり」の支援活動を、11名の学生が行なった。
「たのせふるさとまつり」では、学生たちが特産品の販売を手伝った。

― 18 ―

TOPへ戻る主なトピックス
プロジェクトゼミ 佃島旧飯田家住宅の保存と活用
中央区佃一丁目にある「旧飯田家住宅」の保存と活用に関する支援活動に、建築学科３年生の学生8名が取り組んだ。 旧飯田家住宅は、関東大震災以前の建築で築100年を超える歴史的な木造建築である。また、佃島の歴史と文化、生業を色濃く伝える漁師住宅の形式を継承する旧魚問屋住宅であり、国の登録有形文化財への指定を目指している。
保存に関する取り組みでは、建物内部の掃除や障子の張り替え、床や柱、梁の雑巾掛けなどを行った。

11月5日に開催された中央区の「まるごとミュージアム
2023」では、旧飯田家住宅の見学会が開催された。学生たちは、来場者に対して、旧飯田家住宅の見どころを解説した。
定員を超える140名もの来場者があり好評だった。またアン
ケート調査を行った結果、来場者はこの建物が資料館として活用されることを望んでいることなどが分かった。

「まるごとミュージアム・旧飯田家住宅見学会」の様子。旧魚問屋住宅の特徴として、広い土間がある（右側の入り口）。
そのほかにも、敷居が外せるといった特徴がある。

しばらく空き家になっていたため、床の雑巾掛けといった掃除や、障子の張り替え作業が必要だった。障子の張り替え作業では、地域の子供たちが集まってきて交流が生まれた。

建築学演習・都市地域デザイン 地域資源を活かした安全・安心なまちづくり
24名の大学院生が、江東区北砂三・四・五丁目を対象として、江東区やUR都市機構、URリンケージ、地元まちづくり協議会と連携しながら、安全安心なまちづくりを提案した。この地区の中心である「砂町銀座商店街」は、下町の風情を残し、いまだに活気があるが、幅4mほどの細街路なので、緊
急車両の通行に支障がある。その商店街沿いの５区画を取り上げ、建て替えや改修のあり方を、縮尺1/50模型を制作するなどして提案した。
模型写真は、この地区の「まちづくり提案書」にも盛り込まれ、大いに貢献した。

商店街と文化センターの敷地をつなぐ空地を広場として、その広場に面する建物を提案した。オープンカフェなど、地区の新しい魅力とコミュニティの核となることを狙った。

商店街の道路が狭いため、建物をセットバックさせて、道路に面する空間をカウンター形式の飲食店と、テーブルと椅子を並べたオー
プンカフェとすることを提案した。

― 19 ―

学生たちは、提案した建物を実現するための事業計画も合わせて作成した。作業は５つのグループに分かれて行われた。

TOPへ戻る2023年度
連携エリア［豊洲］PROJECT 2304「「木のジャングルジム」を応用した伝統木造構法の現代的実践適用について」プロジェクト
代表者

小柏 典華【准教授】（建築学部 建築学科）

構成員

志村秀明【教授】（建築学部 建築学科）／鎌田真聡（建築学部 建築学科）／塩田真央（建築学部 建築学科）／森万佑子（理工学研究科 建築学専攻）／横溝将也（理工学研究科 建築学専攻）／小坂田裕之（建築学部 建築学科）／後藤千汰（建築学建築学部科）／藤崎朋輝（建築学部 建築学科）／中
島桃（建築学部 建築学科）／金子涼（建築学部 建築学科）／松島凛花（建築学部 建築学科）

2015年度ＣＯＣ全体イベントの形態（たた■プロジェクトの概要
き台）

伝統木造建築は、幾つもの部材が緻密に重なり組み上げられ、人々から愛される美しい姿を作り出しています。その美しさを表現するためには、表層的なデザイン・意匠性のみでなく、構造・架構の理解が重要な要素といえます。しかし、伝統技法を適切に理解することは、その複雑さから建築学を学ぶ者でも難物です。
そこで本活動は、伝統構法の代表作「懸造」（かけづくり）を木のジャングルジム「くむんだー」に代替することで、その技法に実際にふれてもらい、日本の伝統的な建築構法を体感するきっかけとなる木育に着目しました。柱・貫・楔の単純明快な部材のみで組み上げる木のジャングルジム「くむんだー」は、伝統構法の魅力をシンプルに伝えることが可能です。
芝浦工業大学建築学部小柏研究室の有志が中心となって、現代における伝統構法の実践的なあり方を究明しながら、伝統構法を広く知ってもらうきっかけを創出することが本活動の主な目的です。

■教育改革研究活動助成（地域志向）活動の成果【教育】
本研究は、豊洲地域の幼年教育に貢献できる木育活動の可能性に、
教育的成果があるといえます。芝浦工業大学建築学部は、江東区豊洲
周辺の、教育に熱心な世帯が多く居住する湾岸エリアに所在します。
この豊かな環境を利用し、全国「くむんだー®」 木のジャングルジム
協会が運営している木のジャングルジム「くむんだー」を展開することで、幼年期からの「建築学」への興味を育み、伝統木造構法にふれ合ってもらいました【Fig.1】。
また、イベント実施計画段階からの学部生・大学院生の参画、告知
ポスターの作成【Fig.2】、当日の運営やデモンストレーション、の各段階において学生の構想力やコミュニケーションスキルを育てることにも役立ち、社会の中での実践的活動としてその成果が大きく期待できるものとなりました。

【Fig.1】2023年12月のイベント実施の様子。参加者と保護者が共同して組み立てをしてくれました。

【研究】
木のジャングルジム「くむんだー」を構成している柱や貫の伝統構法は、日本の山岳建築を支えた技法である「懸造」の建築によくみるものです。イベント実施に参加した学生を中心に、全国の懸造建築の技法を間近で見学し、伝統構法の現代的実践を検討する機会としました。対象地域は、鳥取県・奈良県・山形県の山岳建築が多く残るエリ
アとしました。
実際の伝統構法を間近で見学することで、シンプルな部材の中にも、材の幅や太さ、長さに多様な工夫がなされていることを理解できました。木のジャングルジムを発展させる知見を得ました。
【社会貢献】
木育活動を通して、子供たちが実際に木材・建設技術に触れる機会を設け、日本の伝統建築と大工の技術への理解を育みました。
また大学の所在する豊洲エリアへの地域貢献の一環として、地域と共同する大切さを学生たちが実体験する機会を創出しました。
― 20 ―【Fig.2】2023年度 木のジャングルジム「くむんだー」の実施告知ポスター

TOPへ戻る主なトピックス
木のジャングルジム「くむんだー」イベント 実施報告
２０２３年１２月２日(土)に、芝浦工業大学豊洲キャンパスの大階段前にて木のジャングルジム「くむんだー」の組立て・解体イベントを開催しました。
「くむんだー」は、柱・貫・クサビの３つの部材を使用した木のジャングルジムを皆で組み上げるもので、大工さんのお仕事体験を通した、木造建築の普及および、木育を目的としています【Fig.3】【Fig.4】。

【Fig.3】参加者とサポーター
による、貫の差込みの様子。

研究報告①

当日は午前の部・午後の部とも２０名以上のご参加を頂き、満員御礼のイベントとなりました【Fig.5】。
子どもたちが積極的に組み立ててくれたのはもちろんのこと、保護者の皆さまも一緒にサポートして下さり、立派な木のジャングルジムが組み上がりました。

【Fig.4】参加者による、柱を立てる様子。

[参考サイト] 芝浦工業大学HP ニュース
小柏研究室HP 実施報告

【Fig.5】組立て後の集合写真。背景には、研究棟・有元史郎記
念校友会館・高層タワーが建並び、都心ならではの風景です。

鳥取県調査

2024年2月初頭に鳥取県に所在する懸造建築である不動院岩屋堂【Fig.6】、打吹山長谷寺本堂の調査を行いました【Fig.7】。
懸造の建築は、山岳信仰の特性
から自然の中に建てられます。建
築の足元は基礎を整形するのではなく、自然に形成された岩壁や隆起を支持体としてそのまま利用して柱を建てるのが特徴です。そのため舞台束の根元は腐朽が進み、【Fig.6】不動院岩屋堂
所在地：鳥取県八頭郡若桜町岩屋堂

研究報告②
腐食部分を根継ぎする修理が多数確認できました。
長谷寺本堂には、再建過程を示す痕跡が多数確認出来ました。歴
史的変遷を検討する上で重要な要素である、新材と旧材の継ぎ方を間近で見学したことで、建築の復原方法を検討する良い機会となりました。地域の歴史や文化遺産の理解を深める上で重要なものであると考えられます。

【Fig.7】 長谷寺本堂での調査
所在地：鳥取県倉吉市仲ノ町― 21 ―

https://x.gd/Cc0Te
https://x.gd/QJqJI

奈良県調査

2024年2月末に奈良県の懸造建築(東大寺二月堂,室生寺奥之院,長谷寺金堂)を調査しました【Fig.8】。
全て国宝指定を受ける懸造の建築で、斜面に巨大な建築が垂直に建つ
圧倒的な存在感に、感銘を受けました。東大寺二月堂は舞台造りとなっており、腰組には、肘木も用いた大仏様の意匠がみられます。また、床材には凹凸があり、無垢材が用いられていることも確認できました。

【Fig.8】東大寺二月堂
所在地：奈良県奈良市雑司町

TOPへ戻る2023年度
連携エリア［江東区など］

PROJECT 2310

「豊洲スマートシティ事業の産学官民連携による推進」
プロジェクト代表者

古瀬利博（複合領域産学官民連携推進本部 副本部長）

構成員

志村 秀明（建築学部 建築学科 教授）／ 廣瀬 敏也（工学部 機械機能工学科 教授／新熊 亮一（工学部 情報工学科）／大山 雄己（工学部 土木工学科 准教授）／市川 学（システム理工学部 環境システム学科 教授）／花房昭彦（システム理工学部 生命科学科 教授）／佐々木 毅（デザイン工学部 デザイン工学科 教授）／佐藤 宏亮（建築学部 建築学科 教授）／小菅 瑠香（建築学部 建築学科 准教授）青島 啓太（ＳＩＴ総研 客員准教授）／白石 美知子（研究推進部長）／小泉匡由（研究推進部 研究企画課長）／杉野博之（産学官連携コーディネーター）／高島もも（産学官連携コーディネーター）■プロジェクトの概要「豊洲スマートシティ」は、多様なステークホルダーが存在し、成長途上にある豊洲で、先進的技術と都市OS活用により様々な分野のサービ
ス・ソリューションを提供、個々人のニーズ充足と満足度向上、まちの課題を解決するとともに多様な施設・個人が共存・共栄する「ミクストユース型未来都市」の実現を目指す。東京都・江東区や豊洲関連企業（IHI、清水建設、東京ガス不動産、三井不動産等）、技術提供企業
2015年度ＣＯＣ全体イベントの形態（たたき台）と連携して豊洲の課題解決に取り組んでいる。本学は豊洲地域の理工系大学として、研究ポテンシャルを活用し最先端のまちづくりを目指し
ながら連携・協働を行う産学官民連携事業である。

■今年度の動き
昨年度、豊洲スマートシティ推進協議会は任意団体から一般社団法人への移行が決議され、今年度６月に一般社団法人豊洲スマートジ
ティ推進協議会6月と7月に「2020年度本学活動報告」を豊洲スマートシティ連絡会・推進協議会（以下、連絡会、推進協議会）に向けて実施し、各教員プロジェクトと連絡会企業との意見交換会が実施されるなど、さらに連携の広がりがでてきた。協議会企業も関わる豊洲のイベン
トで「デジタルスタンプラリー」を実施し、デジタルマップ上に本学の研究室がこれまで培ってきた研究成果が活用されるなどの動きもみられた。
また、豊洲以外の地域でも、今後豊洲エリアでの展開を視野にいれた実験等が活発に実施された。
今年度は来年度以降の行政や企業を含めた「豊洲スマートシティ」プロジェクト全体の推進体制を協議するため、学内事務局は連絡会・推進協議会のタスクフォース会議に参加、来年度以降の計画策定や法人組織のあり方について大学の観点から意見や提案を行った。2022
年末の総会にて、任意団体から2023年度に一般社団法人への移行が決議された。

■主な活動の成果【プロジェクト一覧】
PJ-1 「地元まちづくり組織と連動する賑わい創出のプラットフォーム整備に関する研究」
志村 秀明
PJ-2 「ラストワンマイルにおけるシニアカーの自動走行に関する研究」
廣瀬 敏也
PJ-3 「モビリティのためのデジタルツイン基盤」
新熊 亮一
PJ-4 「スマートシティにおけるシステム理工学的課題解決」
市川 学
PJ-5 「３６０度動画撮影による車いす（障がい者）アクセシビリティ研究」
花房 昭彦
PJ-6 「ロボットネットワークを活用した異業種、異機種間連携プラットフォームによる地域活性」 佐々木 毅
PJ-7 「３次元都市データを活用した住民参加型まちづくりの方法に関する研究」
佐藤 宏亮【社会貢献】
PJ-1では「豊洲運河クルーズ」で238名が乗船、豊洲の魅力「運河と水辺の風景」を伝えた。PJ-2では高齢者や身体障がい者に向けた市街地での移動支援と安全・安心な自動運転サービスの提供に取り組んだ。PJ-3では実証実験を豊洲校舎内で成功させ、成果を羽田や京都のスマートシティに展開した。PJ-4では取得可能な
PJ-6：複数カメラ表示・切替
UIの外観
データを用いてデータサイエンスのアプローチから都市の可視化を実現するシステムを検討。PJ-5では車いすに取付けたカメラで店舗等のアクセシビリティを記録、被験者の行動体験をもとに調査対象者と意見交換を行い、現場の対応改善策を検討した。PJ-6では「2023国際ロボット展(iREX)」にて会場と豊洲校舎で遠隔操作デモを実施、ロボット連携技術やその重要性を広く社会に伝えた。PJ-7では豊洲スマートシティ推進協議会主催の観光ワークショップに学生が参加、企業メンバーに加わり学生の視点から豊洲エリアの地域資源について議論した。
【教育】
PJ1では「運河クルーズ」の運営において、デジタルの活用と並行して地元情報サイト運営者等との連携の大切さを学んだ。PJ-2では自動運転システムの構築から評価までを実施、対象システムの幅広い知識の習得、実PJ-7ː枝川地区における３次
験を通じ社会ニーズまで理解できた。PJ-3では本学認定ベンチャーと共同で研究と社会実装を行い、学生のイ 元都市空間での都市更新のノベーション、起業マインド育成に繋がった。PJ-4では多種多様のデータから都市や住民の特徴を捉えるためのシミュレーション
分析手法および分析した結果の可視化に関する力を養った。PJ-5では調査員の学生が自ら対象施設の現場の声を聞き、生の動画や音声の記録整理から客観的な情報分析に繋げていく手法を学んだ。PJ-6では国際ロボット展での案内及びデモを学生が実施、遠隔操作時の操作性を改善する機能実装を卒業研究として取り組んだ。PJ-7 では枝川地区の新駅開業に伴うまちづくりに参加し、都市計画の専門的視点から分析、提案を行った。成果発表では専門家に求められるプレゼンテーション能力を修得した。
【研究】
PJ1ではデジタル化により「豊洲運河クルーズ」を効率化した開催する手法を確立できた。PJ-2では自動走行時における制御精度の新たな評価法を導入、制御手法を変更した際の制御精度を評価することができた。PJ-3では実験を豊洲校舎で実施、環境に設置した通信・計算インフラによるロボット・小型車両の自律走行に成功した。 PJ-5：360度カメラによる動画
PJ-4では地理情報システムを用いた都市の見える化の研究を行った。PJ-5では複数の地域で記録した公共空 撮影で商店街の通りや店舗の間のアクセシビリティ情報を整理、施設種別等により環境整備の特徴や留意点を導出していく。PJ-6ではIFAC アクセシビリティを記録
2023, SII2024, ROBOMECH2023等にて遠隔操作プラットフォームについての研究発表を行った。PJ-7では枝川地区の新駅開業に伴うまちづくりの検討、都市更新のシミュレーションを３次元都市空間で実施した。
― 22 ―

TOPへ戻る主なトピックス
PJ-1 地元まちづくり組織と連動する賑わい創出のプ
ラットフォーム整備に関する研究
志村 秀明

PJ-２ 「ラストワンマイルにおけるシニアカーの自動運転に関する研究」
廣瀬 敏也「豊洲運河クルーズ」は、実験的にインターネット上での広報と販売のみとして進めた。本学のウェブサイトと地域情報発信
サイト「とよすと」への掲載によって、チケットの売れ行きが急増した。特に「とよすと」の影響力が大きいと言える。238席のうち、インターネットのみの広報で212席と、８割以上販売することができた。その後は対人での広報も開始して、全てのチケットが完売した。運河クルーズはインターネットで効率的に開催できることを明らかにした。

豊洲エリアにて移動支援として，シニアカーの自動運転に関する研究開発を行った．研究開発では，外部環境をシニア
カーに搭載したセンサにより検知する自律検知型の自動運
転システムおよび外部にセンサを設置して通信により情報を取得して自動運転を行うシステムを対象としている．研究では，自動走行時の制御精度を評価するために動的時間伸縮法（DTW）による評価法を導入し，自動運転の制御手法を変更した際の制御精度の評価を行った．また，豊洲ショッピ
ングモールでの自動運転を想定して，さいたま新都心駅に隣接している商業施設にて一般市民を対象に試乗を含めた実
証実験を実施した．

インフラとの通信

3D地図構築システム構築豊洲キャンパスにおける複数のシニアカーを対象とした自動運転の実験

広報手段とチケットの売れ行き状況

PJ-3 「モビリティのためのデジタルツイン基盤」
新熊亮一

PJ-4 「スマートシティにおけるシステム理工学的課題
解決」
市川 学

従来の自律走行は、車載のセンサーとコンピューターを前提としていた。小型の車両やロボットでは、車載できる機器の容量に制限があったり、費用を抑えるため高価な機器を搭載できなかったり、センサーの設置位置が低いため死角が多かったり、といった多くの問題があった。そこで、環境にセンサーとコンピューターインフラを設置し、実空間のコピーであるデジタルツインを形成し、仮想空間で交通規制を行うことで、車両・ロボットが人混みを避けたり、横切る歩行者や一般車に対しあらかじめ停止したり、といったことが可能になる。豊洲キャンパス大階段前で行った実験により有効性を実証した。羽田や京都のスマートシティに展開し、CES2024@ラスベガスでの出展を行った。来年度は豊洲でより過酷な条件で、多数の車両・ロボットを同時自律走行させる実験に取り組む。

スマートシティ化される都市の特徴を捉えるべく、1. 地理情報システムを活用した都市データの見える化システムの構
築 と、2. 都市の住民の行動内容の把握 を進めた。1. では、取得できる都市に関するデータを地図上で展開し、多角的に都市の特徴を捉えることを可能にするWebシステムを構築した。都市の任意の位置で、都市の特徴を把握する分析
結果を得ることができる。2. では、都市で生活する住民の行
動内容を検知すべく、研究室内で撮影した学生の行動について、行動内容を分析するプログラムの試行を行った。

【都市の見える化システム】
豊洲駅付近を可視化した結果

3台の小型車両の同時走行 (右: LIDARセンサーの点群イメージ)― 23 ―【人の行動検知システム】
動画を解析し人の行動内容を分析する

TOPへ戻る主なトピックス
PJー５ 「３６０度動画撮影による車いす（障がい者）
アクセシビリティ研究」 花房昭彦, 小菅瑠香, 青島啓太

PJ-６「ロボットネットワークを活用した異業種、異機種間連携プラットフォームによる地域活性」 佐々木 毅

今年度は多様な人々のアクセシビリティを検討するための事
例として、江東区・新所沢・デンマーク（２都市）における商店街や繁華街と、同エリアにおける鉄道や地下鉄、飛行機などの公共交通機関について、360度カメラを用いた空間情報
収集と、車いす被験者の行動体験を伴う現地ヒアリング調査を行った。調査実施においては行政、商店会、 NPO、社会福祉協議会、他大学等に協力いただき、意見交換の機会を得た。次年度は豊洲を含む各地での調査を増やし、比較検証を行っていく。わが国では2024年4月に事業者の合理的配慮の提供が義務化されるため、本研究成果は多くの公共空間計画に寄与することが期待できる。

これまでに開発を進めてきたロボットサービスのための共通
通信インタフェースであるRSNP (Robot Service Network
Protocol)を用いた遠隔操作プラットフォームにおいて、操作性を改善するための提案を行った。
環境に配置された複数のカメラを自動で切り替えながら操作可能な機能を実現し、操作者の作業時における精神的な負荷が減少することを確認した。2023国際ロボット展では会場の東京ビッグサイトと豊洲キャンパスのロボットをRSNPでつなぎ、遠隔操作と自律移動を切り替えて目的地へと移動するデモンストレーションを実施した。

【国際ロボット展での遠隔操作デモの様子】【調査対象地における行動体験およびヒアリングの様子】
研究協力：㈱ヤマグチ 山口 純 （元ＳＩＴ総研 客員研究員）

PJ-7 「３次元都市データを活用した住民参加型
まちづくりの方法に関する研究」
佐藤宏亮
住民参加型のまちづくりにおいて、３次元都市モデルの活用について検討を行った。本年度は修士研究において、３次元空間を活用した参加型まちあるきの手法の検討を実施した。都市内の魅力的な地域資源を探索しながら都市構造を把握することをテーマに設定し、現実の都市での街歩きと３次元都市空間におけるVR街歩きを実施し、３次元都市モデルの参加型街歩きへの活用の可能性やその有用性について検討を行った。

【プロジェクト一覧】
PJ-1 「地元まちづくり組織と連動する賑わい創出のプラット
フォーム整備に関する研究」
志村 秀明
PJ-2 「ラストワンマイルにおけるシニアカーの自動走行に関
する研究」
廣瀬 敏也
PJ-3 「モビリティのためのデジタルツイン基盤」 新熊 亮一

PJ-4 「スマートシティにおけるシステム理工学的課題解決」
市川 学
PJ-5 「３６０度動画撮影による車いす（障がい者）アクセシビ
リティ研究」
花房 昭彦
PJ-6 「ロボットネットワークを活用した異業種、異機種間連携プラットフォームによる地域活性」
佐々木 毅【３次元都市モデルを活用した街歩きにおける移動経路の分析】

PJ-7 「３次元都市データを活用した住民参加型まちづくりの方法に関する研究」
佐藤 宏亮― 24 ―

TOPへ戻る金属加工経験の乏しい学生へコンピュータ支援型加工方法を教授した際の教育効果評価（CAD/CAM と NC 加工を組み合わせた教育プログラムの実践）
機械機能工学科青木孝史朗

した教授方法を考案する事を目的としている。

１．はじめに
ものづくりにおけるイノベーションでは「発想したモノを具現化し創造する」事が求

２．２０２３年度の実施内容

められ、これを支援する様々なデジタル技術

２－１

実践内容と対象となる学生達の状況が準備されている。これらを互いに連携して実践の対象科目は、創成ゼミナール１（機学ぶことはものづくり分野でのデジタル人材

械機能工学科 3 年生用、3Q 開講（1 コマ×6

育成に必要不可欠であろう。3D プリンタなど

週）、必修科目）とした。この科目は、8 人程

一部の製造用工作機械では各装置に最適化さ度の専任教員が同時に担当しており、学生はれた付属のソフトウエアを使うケースもある

事前に決められた教員の元で、教員毎に異なが、一般的に今日的なものづくりは設計時にった内容を受講することになっている。

CAD（Computer Aided Drawing）を、製造時に当 初 の 計 画 通 り 、 CAD→ Computer Aided

コンピュータ制御された Numerical Control;

Manufacturing; CAM→ NC 工作機械という一NC 工 作 機 械 に よ り 実 施 す る の が 一 般 的 で あ連の工程を学べる形とした。具体的には、る。故に CAD データを NC 用の製造データに変100×100mm の 平 面 を 持 つ ア ル ミ ニ ウ ム ブ ロ

換する仕組みを理解することは、工作機械にックを供試材として、以下の様に実施した。

よるものづくりを理解するのと同義と言える。

【第 1 回】各ソフトウエアや装置の連携状態の講義。

しかし本学内ではこれらの内容を系統立てて教授しているのは生命科学科やデザイン工【第 2 回】スタッフから CAD を用いてブロッ

学科の一部のみである。そこで金属加工経験

ク表面に深さ 4mm 程度の見本形状（図１）の乏しい機械系学生のみならず、設計したものを造りたいと望む全ての学生を対象に、比較的安全に運用できるコンピュータ支援を用いた金属加工法を教授し、どの程度の習熟が可能かと云う情報を把握しておくことは、ものづくり教育の具体的な教授法や課題の設定などを考えるうえで重要な知見となる。本研究は上述した内容の情報を収集し、現状に即― 25 ―

図 1 CAD に於ける形状見本

TOPへ戻るを作成し、その形状データを CAM へ引き渡た。レベル 3 以上の評価は教授内容と授業時して G コードを作成 す る 操 作 方 法 を 教 授 。

間の制約から本授業内での実施は困難と判断【第 3 回】各自にて任意形状を考案・作図・Gした。

コード作成し、そのコードを読み込ませて

レベル 1（満足度）は第 6 回授業後に授業

工具 の 動 き など を シ ミ ュレ ー シ ョ ンす る 。

評価アンケートを実施し評価を行った。質問

その状態等に関しレポートを作成。グルー

項目は以下の通りである。

プ内で実際に作製するモデルを 1 つに絞る。

①講義についてお聞きします。講義に参加し【第 4,5 回】各グループ毎にマシニングセンて全体的に満足していますか。

タ；MC にてアルミニウムブロックを加工し、②講義に使用したテキストは理解しやすかっ

加工後の形状と設計 図 面 と の 差 異 を 確 認 。

たですか。

【第 6 回】製作したブロックの状態、寸法誤③講義に使用したテキストは必要十分な内容差等に関する考察を学生より発表。

でしたか。

プレゼンテーション終了から 1 週間後に、④講義で学んだことはものづくりの理解に役自身が最初に作成した G コードの解説、グル立ちますか。

ープで採用した図面と実際の製作物に対する⑤本ゼミは楽しかったですか。

詳細な考察を行ったレポートを提出させた。

⑥講師についてお聞きします。講師の説明は

受講者は 18 名で 6 グループに分けた。これ

理解しやすかったですか。

ら学生達の加工関係の履修履歴としては、1，⑦講師は適切な時間管理の下、効果的に講義2 年生で設計や加工に関する講義およびドラを運営していましたか。

フターを用いた製図（CAD は未教授）であり、⑧講師は受講者の求めに適切な対応をしてい加工の実習などは授業としては教授しておらましたか。

ず、ほとんどの学生が趣味やサークル活動で⑨グループワークについてお聞きします。班の DIY 経験程度である。

の分け方に問題はありませんでしたか。

２－２⑩班に課せられた内容の量は適当でしたか。

教育効果などの測定方法

成績評価はグループ評価と個人評価に分け⑪班活動は概ね全員が協力して活動できたとた。グループ評価はプレゼンテーションを踏

言えますか。

まえた最終レポートの考察内容、個人評価は以上の問では、そう思う・ややそう思う・

第 3 回時でのレポート内容とした。

あまりそう思わない・そう思わない、の 4 択

授業における教育効果は、上記の成績評価とは別に、カークパトリックモデル

(1)

とした。

のレベ

レベル 2 の教育効果は、授業第 1 回目の最ル 1（満足度）とレベル 2（教育効果）を用い

初と第 6 回の最後に同一設問のテスト（100点満点）を記名式で実施し、受講前後での得点状況から評価した。なお、このテストの結果は成績評価には用いない事とし、学生達にも周知している。設問は以下の通りである。
・(問 1)[配点 25 点]「CAD」，「CAM」，「CAE」，「NC 工作機械」についてそれぞれ説明してください。
（どのようなものであり、役割は何であるか等）図２

カークパトリックモデル

・(問 2)[配点 20 点]設問１で示した４つの用― 26 ―

TOPへ戻る語を用いてものづくりの基本的な流れを説明してください。
（図やフローチャートを使用してもよい）・(問 3)[配点 20 点]製造データ（G コード）で知っているコードや指令をできるだけ書

Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
Q9
Q10
Q11
0

いてください。
（例 G91：インクリメンタル

5

そう思 う

ややそう思 う10あまりそう思わない

15（人）そう思わない図４ 満足度アンケート（レベル 1）結果

指示、M05：主軸停止など）
・(問 4)[配点 35 点］ものづくりをする上で、

図４に 6 回目の授業後に行った満足度調査

NC 工作機械を使う方がよい場合と、そうでアンケート結果（18 名中 16 名分を有効と認ない場合があります。どういった時に NC 工

め利用）を示す。好意的評価（4 つの選択肢

作機械は多用されるべきなのか、反対に使のうち“そう思う”、“ややそう思う”）がうには不向きなのはどんな条件、環境下な93.8%となった。受講した学生達の満足度は高のかそれぞれ説明してください。

水準であり問題ないと判断できた。

このテストの得点の伸びを仮説検定（t 検

３－２

定）

(2)

を用いて統計的に処理し、教育効果とテスト結果によるカークパトリック

モデル（レベル２：教育効果）の評価

しての検証を行った。

授業前後のテスト結果を図５、表 1 に示す。

３．実施結果３－１

授業実施の状況

6 グループの製作物の写真を図３に示す。4グループは表面に溝を掘る形状を選択し、2グループは対象を浮かせて周りを削り落とす
形状を選択した。
ソフトウエア関連の教授に関しては特に問題はなかったが、実際に MC で切削を行う際に工作機械が動作しないことが多々発生した。

図５

授業前後におけるテスト結果

機械メーカーのサポートと連絡を取りながら対応し、動作不良は解決したが、実際の加工
は授業時間外にて対応することも多かった。
表１

授業前後におけるテスト得点率の平均

これらのデータを用いて、学生の理解度が向上したか、仮説検定を用いて検証した。具
体的な手順を以下に示す。
1)初期条件として、講義前後での点数の伸びと平均値を求めた。
2)帰無仮説と対立仮説を次のようにそれぞれおいた。
図３

学生達が設計・製作した製品の外観

帰無仮説 H_0：講義前後の点は等しい。

３－２

アンケート結果によるカークパトリ

対立仮説 H_1：講義によって点数差が生じた。

ックモデル（レベル１：満足度）の評価

3)有意水準は 5%とした。

― 27 ―

TOPへ戻る4)不偏分散 S 2 を用いる t 統計量を使った。 は講義前後の点数差の平均、μ は差の母平均、n を標本数と置くと、よって帰無仮説 H_0 は棄却できない。
9)μ=25 のとき、となる。
5)こ こ で 棄 却 域 を 決 め た 。 今 回 は 標 本 数 16
で、自由度 15 の t 分布を用いた。また点数が上がったかどうかのみを見ればよいので片側よって帰無仮説 H_0 は棄却でき、対立仮説 H_1

検定を行った。

が採用された。以上よりテスト結果に見られ統計数値表より

t 0.05 (15)=1.753

る理解度の伸びは、点数にして最大 25 点分でしたがって棄却域は、t の値が 1.753 より大あることが分かった。
この結果を直接比較する事例がないため

きい範囲となる。
6)検定統計量をもとに結論を出した。講義前

25 点分の大きさを評価し難いが、学生達への後での点数差が 0 であるとすると、μ=0 であ

教育効果があった事は間違いないと言えよう。

る。また講義前後の点数の伸びと全体の平均

相対的に見ると設問４における点数の伸び

点の伸びについて不偏分散 S 2 を求めると、受が低く、学んだ内容をアウトプットする機会

講者の講義前後の平均点の伸びは約 33.69 でが少なかったことにあると推測できる。限らあったので、不偏分散は、れた授業時間ではあるが、改善方法を検討したい。
４．おわりにとなった。したがって t を求めると、

金属加工経験の乏しい学生へ簡単なCAD/CAM の解説・G コードによる NC 加工などを教授し、どの程度の教育効果が得られるのであり、これを t 分布における 5%点と比較すか調査した。今回の教授内容の教育効果は十ると、分にあることが判明した。
7.05≫t 0.05 (15)=1.753

引き続き、今年度得られた結果と比較し、となる。したがって帰無仮説 H_0 は棄却され、どの様な内容であれば学生のレベルに応じて対立仮説 H_1 が採用される。よって本講義は効率よくものづくり教育が可能なのか、更にテストに対して有意な点数差を生じさせたこ

検討を続けたいと考えている。

とが検定できた。
7）具体的に今回の場合点数にして何点分が学

参考文献

生の理解度に寄与したかを検証した。同様に

1) Michael B. Cahapay, “Kirkpatrick Model: Its

帰無仮説と対立仮説を次のように置いた。

Limitations as Used in Higher Education

帰無仮説 H_0：講義前後で μ 点の点数差

Assessment Tools in Education, 2021, Vol. 8,は生じなかった。
対立仮説 H_1：講義前後で μ 点の点数差が生じた。
8)μ=26 のとき、

Evaluation”, International Journal of
No. 1, pp. 135–144.
2) 高橋麻奈, ”統計学”,技術評論社 初版,（2015）.

― 28 ―

TOPへ戻るgPBL に実装可能な被災者探索ロボット組立て教材の開発と製品化、およびその横展開を通した FD の取組み
機械機能工学科

長澤 純人

共同研究者
環境システム学科
中村 仁
先進国際課程吉久保 肇子マレーシアオフィス
石崎 浩之（２）レスキューロボットコンテスト

１．はじめに
本研究はグローバル PBL に実装可能な被災ロボット組立て教材は，平時にはプログラ

者探索ロボット組立て教材の開発・製品化にミング教材として，災害などが起こったとき

関して企画・設計・試作・実施・評価を行う．

には災害探索目的に用いることを本研究チー

また，そのロボット教材を用いて，分野横断

ムは提案している（ASEE2023 国際会議，石崎での FD に取組む．

ら）．数万円程度の廉価なロボット組立て教材（１）ロボット組立て教材

が，災害現場というシビアな状況で信頼性のロボットを使ったプログラミング教育は，ある利用が可能であることを示す必要がある．

実際にハードウェアが動くのでプログラミン

この実践の場として，レスキューロボットコ

グの実行が確認しやすく，学習者のモチベー

ンテスト（レスコン）に参加する．ロボット

ションを高く保つことができるため学習効果

OS2（ROS2）に近年実装された，XRCE-DDS（組が高い．しかしながら，市販のロボット教材

込みコンピュータなどの限定的なリソースシ

は小～中学校の生徒をメインのターゲット層

ステムでも ROS システムと高信頼性通信を実としているため，ハードウェアと共に提供さ

現する DDS:Data Delivery System）技術を用れる教材も，このターゲット層に合わせて用いて複数台のロボットネットワークを構築す意される．入門者レベルを超えた学習者や数ることで，ロボット工学的にも研究意味のあ式や物理知識を扱うことができる高校生以上るテーマとなっている．

の学習者もこの教材を使わざるを得ない状況（３）グローバル PBL (gPBL)への導入である．大学学部教育では，運動方程式やロ

学習指導マニュアルを英語で作成し，分野

ボットの動特性を考慮した制御手法などが導横断での gPBL に活用する．この教材を導入す

入され，前述の市販のロボット学習キット教

れば他大学でも gPBL を実施できることから，材との内容のギャップが大きい．本研究では将来展開として，本教材の製品化販売，国内学習者の学習レベルに応じた段階的学習指導

他大学への横展開につなげることを計画して法（入門者から研究導入レベルまで）の整備いる．その第一歩として，タイとの SIT-KMUTTと，そのどのレベルにも対応できるロボット

gPBL AY2023 において試用し，参加者からの教材キットの設計・試作・評価を行う．

フィードバックを得る．

― 29 ―

TOPへ戻る２．研究計画と進行状況（２）レスキューロボットコンテスト（１）ロボット組立て教材

過酷な災害現場でレスキューロボットとしロボット組立て教材は本研究チームとキッて信頼性の高い情報を測定・共有できるため

ト試作を依頼する㈱浜野製作所（GTI コンソの技術として，ROS2（ロボット・オペレーシーシアム会員企業），将来的な商品化を見据えョン・システム 2）を導入した．5 種 9 台のロて㈱エスアイテックのスタッフに開発に加わボットが ROS2 によってロボットネットワーっていただいた．Face to Face Meeting を３クを構築するシステムは，これまでの競技会

回，技術的詳細の相談などには Slack を常時での 1 チームの最多ロボット数であり，メイ

利用して設計・開発を実施した．試作したロンマシンが ROS2 上でマスター・スレーブシス

ボット教材キットを図 1 に示す．

テムを実現している技術力などが評価され，本研究チームが小中学生と大学生のロボッ

竸基弘賞レスキューロボットコンテスト奨励賞 1) ，ア

トワークショップの指導経験をもとに作成しイデア賞 (レスキューコンテスト 2023 競技会本選レ

た，ロボット工学学習ロードマップを表１にスコンメモリアルプライズ） 2) を受賞した（図２）．

示す（ASEE2023 国際会議にて発表）．表中のSecondary Level では機械分野と情報分野の基 礎 を 学 ぶ が ， 次 の Undergraduate (UG)
level では突然専門性が高まり，複雑な数式（３）グローバル PBL への導入
試作したロボット教材キットを１０セット，
先行的に量産し，タイとの gPBL に導入した．

利用による機械制御にまで学習段階が飛躍す

表１

ロボット工学学習ロードマップ．

図２

ROS2 によるレスコンシステムとる．小中学生と大学生の間には学習難易度に大きな差があり，Secondary Level と UG levelの間の難易度を補填する，高校生を対象とした教育カリキュラムを設計，実施マニュアルを作成した．試作ロボット教材キットを用いて速度・加速度データを測定・評価した．

参加したチーム QoQ メンバー写真．

図１ 試作したロボット組立て教材キット．

― 30 ―

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図３に実施の様子とグループワークによってアメリカ工学教育協会（ASEE）など海外有力

参加学生らがカスタマイズしたロボット例を学会での発表，論文投稿を通して，本学の国示す．英文の組立マニュアルを用意して実施

際プレゼンスの向上に貢献した．

したところ，特に問題なく数時間の組立作業

2023 年度に計画していた研究内容は，ほぼでハードウェアは完成した．さらにスマート実現できたといえる．ロボット教材キットをフォン連携のサンプルプログラムを動作させ実際の高校生に使ってもらう機会などを調整るグループワークもスムーズに達成された．

しており，改良を進めながらロボット教材キ開発したロボット教材キットの扱いやすさはットの商品化，分野横断での FD 推進を進める．

意図したとおりに実現できていたものと考え

４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況

られる．

今後も積極的に論文出版，国際学会発表な３．おわりにどを実施する．ASEE2024 でも発表が予定され

本教材の開発と gPBL での実装という取りている[3-4]．本研究に関するジャーナル論文，

組み自体が，機械機能工学科，環境システム

国際学会発表，国内学会発表・講演・競技会

学科，先進国際課程，マレーシアオフィスと表彰等の成果を以下に示す．

の interdisciplinary な連携プロジェクトの◆ジャーナル論文

学科連携であり，災害という世界規模の課題(1) Kenjiro
Sugimoto,
SumitoNagasawa,“Micro-hexapod robot with an origami-like
SU-8-coated rigid frame”, Robotica, 1–14,
DOI:10.1017/S0263574724000419, Apr. 2024.
(2) Seki H, Yamamoto Y, Nagasawa S, “TheInfluence of Micro-Hexapod Walking-Induced
Pose Changes on LiDAR-SLAM Mapping
Performance,” MDPI Sensors, 24(2), DOI:
10.3390/s24020639, Jan. 2024.
(3) Hatsuko Yoshikubo, Sumito Nagasawa,
Nabilah Ibrahim, Hiroyuki Ishizaki, Masahiko
Tachibana: “Interdisciplinary Online Robotics
Workshop:Pedagogical
IssuesandInnovations”, Journal of JSEE, Special Issue
71-1, pp.27-34, January 2023.
(4) 吉久保肇子, 中村仁, 藤田吾郎, 三好匠, 長澤純人, 橘雅彦, 石崎浩之, 猪田政彦, 古屋雄高, 仙波亮典, 影山礼子, 宮坂勇也,“gPBL のアセスメントとイノベーション創出 ,” 2022 年 度 特 別 教 育 ・ 研 究 報 告 集 ,pp.41-44, 2023 年 5 月.
(5) Hatsuko Yoshikubo, Sumito Nagasawa, Leo
Kimura, Yujiro Iwata: “Measuring Student
Engagement
in
Group
Work
Using
Slack-Based Evaluation: Solving Issues in
Global Project-Based Learnings”, Journal of
JSEE, 72-3, May 2024.

を取り扱う教育手法であるとともに，GTI コ
ンソーシアム会員大学などへの本学 gPBL ノウハウ横展開につながる，多面的 FD・SD 活動
である．災害状況で使用可能な実践的研究開発，レスコンを通した学生指導と新たな評価方法の設計，およびメーカーと連動した製品開発というプロセスが，新たな教育手法の創出である．災害+ロボティクスという世界中のどの地域でも感心の高い題材であることから，◆国際学会発表

図３

SIT-KMUTT gPBL AY2023 のグループ

ワークによってカスタマイズされたロボット例．

[1] Hiroyuki Ishizaki, Sumito Nagasawa, Hatsuko
Yoshikubo, Hitoshi Nakamura, “Affordable
robotics
toolkitsforequitable
andinterdisciplinary education, transformable tosearchingnodes
fordisasteronsiteinvestigations,” The 2023 American Society
for Engineering Education (ASEE) Annual― 31 ―

TOPへ戻るConference & Exposition, #37674, Baltimore,
USA, Jun. 25-28, 2023.
[2] Hatsuko Yoshikubo, Sumito Nagasawa,
Hiroyuki Ishizaki, “Creating Innovation forInterdisciplinary Robotics Workshops: Solving
Issues in the Online Project-Based Learnings inEngineering Education,” The 2023 American
Society for Engineering Education (ASEE)
Annual Conference & Exposition, #37772,
Baltimore, USA, Jun. 25-28, 2023.
[3] Yujiro Iwata, Leo Kimura, Hatsuko Yoshikubo,
Sumito Nagasawa: “Enhancing Student
Participation in Online Global Project-Based
Learnings (gPBLs) Through a Slack Based
Evaluation: A Student Perspective”, 2024
ASEE Conference Paper, Portland, US, June
2024.
[4] Sumito Nagasawa, Hatsuko Yoshikubo:“Cost-Effective
Research
Platform
forChild-Robot Interaction Studies Using a
Smartphone-Based Humanoid Robot with
Double Gesture Arms”, 2024 ASEE
Conference Paper, Portland, US, June 2024.
◆国内学会発表・講演・競技会表彰等
1) 第十九回竸基弘賞レスキューロボットコンテス
ト奨励賞, 杉本賢二郎, 関拓, 中俣太一, 新田雄真, 森瑞樹, 山本優灯, 平塚亮太, 矢島
由稀, 山本郁弥, 櫻井智基, 木村玲雄, 岩田
侑次郎, 特定非営利活動法人 国際レスキューシステム研究機構, 2024 年 1 月.
2) アイデア賞 (レスキューコンテスト 2023 競技会
本選レスコンメモリアルプライズ）, チーム QoQ(芝浦工業大学 機械機能工学科/機械工学専
攻 マイクロロボティクス研究室), ”たくさんのロボで大捜索!!,” レスキューロボット
コンテスト 2023 競技会本選, 2023 年 8 月.
3) 星佑輝, 長澤 純人, “モーションキャプチャによる小型ロボットアームのジェスチャー
制御,” JSME 関東学生会卒業研究発表講演会, 813, Mar. 13, 新宿区, 2024.
4) 五十嵐崇幸, 長澤 純人, “スマートフォンの顔検出技術によるインターフェースロボッ
ト制御,” JSME 関東学生会卒業研究発表講演会, 824, Mar. 13, 新宿区, 2024.
5) 西田智郁, 長澤 純人, “インターフェースロ
ボットのための小型ロボットハンドと ロ
ボットアームの統合,” JSME 関東学生会卒
業 研究 発 表 講 演会 , 832, Mar. 13, 新 宿区 ,2024.
6) 櫻井智基, 長澤 純人, “小型脚ロボットの体軸に固定した ToF センサと IMU 補正による環境測定法,” JSME 関東学生会卒業研究
発表講演会, 834, Mar. 13, 新宿区, 2024.
7) 熊谷祐汰, 長澤 純人, “MEMS リビングヒ
ンジの特性評価とマイクロロボット関節への応用,” JSME 関東学生会卒業研究発表講演会, 1323, Mar. 13, 新宿区, 2024.

8) 茂木拓海, 長澤純人, “小型インターフェー
スロボットのボディーカラーのセルフカス
タム手法,” 日本機械学会関東支部講演会,
14G08, 新宿区, Mar. 13-14, 2024.
9) 中俣太一, 長澤純人, “スマートフォンによって制御されるインターフェースロボットの 開 発 ,” 日 本 機 械 学 会 関 東 支 部 講 演 会 ,14G09, 新宿区, Mar. 13-14, 2024.
10) 四方太一, 長澤純人, “コントロールモーメ
ントジャイロ制御によるロープ吊下型の球型海洋探査ロボットの姿勢制御,” 日本機械学会関東支部講演会, 14H03, 新宿区, Mar.
13-14, 2024.
11) 四方太一, 長澤純人, “海洋探査用球型ロボ
ットの CMG による姿勢安定化制御,” 日本
機械学会ロボティクス・メカトロニクス講
演会, 1P1-C13, 名古屋市, Jun. 28 - Jul 1,
2023.
12) 山内秀馬, 長澤純人, “海洋マイクロプラス
チックの船上ラマン分光検査のための振動
再 現 シ ス テ ム ,” 日 本 機 械 学 会 ロ ボ テ ィ クス・メカトロニクス講演会, 1P1-B12, 名古屋
市, Jun. 28 - Jul 1, 2023.
13) 矢島由稀, 長澤純人, “飛行種子を模した落
下体の落下軌道制御による着地位置分散シ
ステム,” 日本機械学会ロボティクス・メカ
トロニクス講演会, 1A2-F10, 名古屋市, Jun.
28 - Jul 1, 2023.
14) 外山龍之介, 長澤純人, “遺伝アルゴリズム
によるブロックロボットの歩行パターン学
習時間の短縮手法,” 日本機械学会ロボティ
クス・メカトロニクス講演会, 1P1-G06, 名古屋市, Jun. 28 - Jul 1, 2023.
15) 本田親彬, 長澤純人, “折り紙構造による静電角度センサを備えたマイクロ６脚ロボッ
ト の 歩 行 機 構 ,” 日 本 機 械 学 会 ロ ボ テ ィ クス・メカトロニクス講演会, 1A1-H19, 名古屋市, Jun. 28 - Jul 1, 2023.
16) 李思逸, 長澤純人, “CMG を用いた小型 2足ロボットの倒立振子モデルによる姿勢安定化制御,” 日本機械学会ロボティクス・メ
カ ト ロ ニ ク ス 講 演 会 , 2P2-G11, 名 古 屋 市 ,Jun. 28 - Jul 1, 2023.
17) 長澤純人, “ロボット教材を使ったグローバ
ル PBL のグループワーク評価法の課題,”「大学の国際化促進フォーラム」事業 グロ
ーバル PBL プログラム研究会演習機会②
PBL の実施効果の情報提供・評価, オンライ
ン, 2023 年 7 月 14 日.
18) 長澤純人, “小さなロボットで災害救助 ～社会 シ ス テ ム と し て の 実 現 方 法 ～ ”, 地 域 連
携・生涯学習センター公開講座, 江東区,
2023 年 9 月 2 日.
19) 長澤純人, “身体性を持ったスマホロボットに よ る コ ミ ュ ニ ケ ー シ ョ ン ”Art for
Well-being 表現とケアとテクノロジーと、東北のこれから, 文化庁/(財)たんぽぽの家主
催, 塩釜市, 2023 年 10 月 1 日.

― 32 ―

TOPへ戻るAI 実装の実習及び AI を導入した研究課題の設定と継続
電気電子工学課程

プレーマチャンドラ チンタカ

上記の番号順に述べる.

１．序論（はじめに，まえがき，目的）
理工学系の技術開発において AI の導入が

① 鉄 道 は 移 動 手 段 と し て だ け で な く ,物 資

徐々に拡大されている.そして,卒業生にとっの 輸 送 手 段 と し て も 非 常 に 有 効 で あ る .今 日て AI の実装の経験が大変重要だと考えておでは鉄道はその利便性から世界中で利用されり,今回,まず研究室に在籍する電子工学ゼミて い る が ,そ の 一 方 で 駅 ホ ー ム か ら の 転 落 事

ナールを受ける全ての学生に AI 実装の基礎

故のような鉄道関連の事故が多発している.

体験をさせる.さらに,各学生に AI の導入が人口密度の高い日本において，鉄道は特に必 要 な 研 究 課 題 を 考 え さ せ ,そ れ を 卒 業 研 究

都市内，都市間の交通インフラとして重要な及 び 大 学 院 の 研 究 と し て 取 り 組 む .そ の 研 究役割を担っている．2022 年度の JR 旅客会社

成果を国際会議や国際学術雑誌で発表すること民鉄の旅客数量は合わせて，およそ 17 億人とを目的とする.そして,2022 年度では,研究に上り，2020 年度以降増加し続けてい．それ室の学生全員に AI を経験させ,さらに AI と関に従って，駅ホームでの事故が多く発生してわ っ た 多 く の 研 究 テ ー マ を 設 定 し ,学 生 に 研いる．国土交通省が公開している資料による究 を 進 め さ せ て き た .主 な 研 究 テ ー マ に つ いと，ホームからの転落事故件数は平成 22 年度て以下に述べる.

から増加傾向にあり，平成 26 年度ではおよそ3,600 件発生している．平成 26 年以降は減少傾向がみられ，令和元年度ではおよそ 2,900

２．研究計画
2023 年度も,2022 年度と同じように,研究件となった．しかし，その原因に着目すると室の学生に AI の基礎を指導を行い,主に以下携 帯 電 話 使 用 に よ る 転 落 事 故 件 数 は 平 成 25の 研 究 テ ー マ を 設 定 し ,研 究 を 進 め て も ら っ

年度以降，横ばいとなっている．したがって，た.

携帯電話使用者に対してさらなる対策が必要①余分点群領域の削減による深度カメラをだと考えられる．

用いた携帯電話使用者検知の精度向政府は駅ホーム転落事故の対策をハードと②点群データに対する深層学習を用いた顔周辺における手の存在判別

ソフト，両方の面で進めている．ハード面の対策の一つとして，2022 年度末までに 1,060③ハイパースペクトル画像を用いた LSGANによる高性能な顔識別

駅にホームドアを設置した．ホームドアは列車への接触事故や駅ホームからの転落事故を防止するだけでなく，利用客の安心感向上に

３．計画の進行状況

も 役 立 つ ． し か し ， 国 内 の 駅 数 は 約 10,000

上述の主な研究テーマの背景と進捗を以下,駅であり，ホームドア設置駅数は全体の 10%― 33 ―

TOPへ戻る程である．ホームドア設置が進まない背景に者，信号に気付くことができず，事故の原因

はコストの問題がある．1 つの駅にホームドとなってしまう．

アを設置するためには 4~5 億円が必要とされそれに対し，居眠り運転及び脇見運転防止る．また，駅によってはホームドア設置のた策として運転手の顔方向推定を行うことで運めに補強工事が必要とされることもあり，さ転手の脇見状態を把握し，交通事故防止に繋らにコストがかかってしまう．さらに，ホーげるシステムが既に提案されている．

ムドアを設置する駅は 1 日の利用者数によっそれらの研究では，深度カメラから取得して決まるため，利用者数が少ない駅には設置た 3 次元点群データを用いて顔方向推定が行されない，という問題もある．

われている. 3 次元点群データを用いること

一方でソフト面の対策として，駅員によるで，顔の特徴領域の認識が不要になり，さら声かけ・見守り強化に加えて，鉄道事業者独に点群を用いているため RBG 画像と違って個自の取り組みを実施するなどしている．また，人の特定が難しく，利用者のプライバシー保

カメラを利用して駅員が監視する方法を実施

護も可能となる．また，上述の先行研究ではしている．しかし，この方法では駅員に負担

現在の世情も考慮し，マスク着用時におけるが強いられるほか，見落としのような人為的

顔方向推定も行われている．先行研究では，なミスが発生する恐れがある．

カメラに被験者の顔のみが写っている場合を

以上のような問題を踏まえて，駅ホーム周想定して顔方向推定が行われているため，運

辺で歩きながら携帯電話を使用している人を転中に運転手の顔の一部が手で隠れてしまう

AI で検知し，その人に警告をすることで，携状況が考慮されていないという課題がある．

帯電話使用者の駅ホームからの転落事故を防運転中に顔周辺に手が存在する状況は，運転止できるのではないかと考え，本研究を行っ

手は緊張や不安などを感じていることが考えた．本研究では携帯電話使用者のＡＩによるられ，運転に対する集中力が散漫になってい検知と，ＡＩに読み込ませるデータのダウンる可能性がある．このような状況では，漫然

サンプリングについて取り組んだ．

運転による事故につながると考えられる．また，居眠り運転や脇見運転中に自然と顔の一国際道路交通事故データベース

部を手で隠している状態になることや携帯電（IRTAD）がデータを有する 30 か国について，話を耳に当てて通話をするという状態も想定

2021 年における人口 10 万人当たりの交通事される．さらに，運転手の手が顔周辺に存在故死者数を比較すると，日本は 2.6 人であり，しているという状況は片手がハンドルから離第 7 位となっている．日本では交通事故件数れている危険な状態である．そこで，交通事が減少傾向にあるが，2022 年には 30 万件以

故防止の観点から，顔の周辺における手の有上発生している．また，令和 4 年における日

無状態の把握が重要である．

②

本の法令違反別死亡交通事故件数に着目する

本研究では，深度カメラから取得した 3 次と，死亡交通事故の原因の約 13％が漫然運転

元点群データに対して，DBSCAN でクラスタリ

であり，約 9％が脇見運転によるものである．

ングを行い，顔領域に該当する点群領域を抽漫然運転とは，集中力や注意力が低下してい出する．その抽出点群領域に対してダウンサる状態で運転することである．前方を見ていンプリング処理等を施し，深層学習で学習さるにも関わらず，運転中に考え事をしていたせることで顔周辺における手の存在の判別にり疲れが溜まっていたりするなど，運転に集ついて検討を行う．今回は，顔が正面を向く中できていない状態のことで，他の車や歩行状態に限らず，様々な姿勢にある際の顔周辺― 34 ―

TOPへ戻るにおける手の存在を把握することも含めて検1.000 となり，高性能な識別結果が示された．

討を行う．提案手法に対する検証実験では実さらに，検証時間は先行研究の約 198 秒と比用化できる程度の判別結果を確認できた．

べ，提案手法では約 34 秒(次元削減済みデー
タ使用時)であり，検証時間が削減された．ま③昨今の情報技術の発展に伴い，個人情報

た，各識別器を RGB 画像に対して検証した結を保護する重要性が高まっている．現在，パ

果，全ての画像が学習済みではない人物(クラスワードによる個人認証以外に生体情報を用ス )と 判 定 さ れ た た め ， 提 案 手 法 は 一 般 的 ないた生体認証も利用されるようになっている．

RGB 画像での再現が不可能であり，完全にハしかし，主に画像を用いた生体認証には入手

イパースペクトル画像に依存していることが困難な生体情報を模倣可能な技術である GAN示された．以上の結果より， RGB 画像を用いが登場したことによる悪意のある認証が行えて再現不可能であり，ハイパースペクトル画るという問題がある．一般的な RGB 画像では像のみで再現可能な強固な顔識別を実現した．

なく，撮影装置が高価であるために画像デー
タの取得が困難であり，かつ多次元のデータ

４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況であるために再現性が低いハイパースペクト

2022 年度～2023 年度間に提案してきた上ル画像を用いることで，GAN の脅威に対抗す

述 AI と関わる研究テーマはもちろんの他にる研究が行われている．先行研究では，ハイも複数のテーマが現在も継続いる.

パースペクトル画像の次元削減等を行わずに

そして 2023 年度中,研究成果で以下の論文

利用しているため，検証には時間がかかって「学術雑誌論文 4 件,国際会議論文 4 件」の公

しまう．そこで，本研究では，主成分分析に開を行った.更に,現在投稿済（現在査読中）基づいた次元削減手法を提案することで，検の際学術雑誌論文 3 件がある.

証時間の削減を追究する．さらに,先行研究で

[1]

T.

Yoshikawa

andChinthaka

は，識別対象である複数人のハイパースペク

Premachandra, "Pedestrian Crossing

トル顔画像を学習させ，分類器を生成するこSensingBasedとで，顔識別を行っている．そこでは,学習済

Analysisto

みではない人物の顔画像を分類器に入力してImpaired Pedestrians," in Sensors,

も，いずれかの学習済み人物（クラス）とし23(13), 5928, June 2023.

て必ず判定されてしまうという問題がある．

[2]

on

Hough

SupportSpace

Visually

C. Premachandra and Y. Funahashi,

言い換えれば，学習済み人物の画像データと"Depth-Gyro Sensor-Based Extended

学習済みではない人物の画像データ間の 2 値

Face Orientation Estimation Using

分 類 が 不 可 能 で あ り ,そ れ が 応 用 す る 上 で 問Deep題となる.本研究では，上記の問題に対して解Journal, Vol. 23, Issue 17, pp. 20199

決策を追求する．LSGAN モデルを導入し，次- 20206, July 2023

元削減を行ったハイパースペクトルカメラ画[3]

Learning,"

in

IEEE

Sensors

C. Premachandra and Y. Kunisada,

像を用いてクラスごとに識別器を生成し，検"GAN Based Audio Noise Suppression

証を行う．そして，各識別器を用い，検証用

for Victim Detection at Disaster

データに対して各識別器の生成に用いたクラ

Sites

スとそれ以外のクラスで 2 値分類を行う．各Transactions on Services Computing,

クラスでの検証を行った結果，平均正解率はVol. 17, Issue 1, pp. 183 - 193, Feb,

0.994， 平 均 再 現 率 は 0.949， 平 均 適 合 率 は2024.

― 35 ―

with

UAV,"

in

IEEE

TOPへ戻る[4]T. Witchuda, A. Wiranata, S. Maeda,
and C.

Premachandra,

Computing

Model

for

"Reservoir
Human

Hand

Locomotion Signal Classification,"
in

IEEE

Access,

Vol.

11,

pp.

19591-19601.
[5]

T. Matsumoto and C. Premachandra,"Depth Sensor Application in Ground
Unevenness

Estimation

for

UAV

Emergency Landing," Proc. of IEEE
Sensors Applications Symposium 2023,
July 2023.
[6]

T. Furusawa and C. Premachandra,"Innovative Colormap for Emphatic
Imaging of Human Voice for UAV-Based
Disaster Victim Search," Proc. of
2023

IEEE

Region10

Symposium(TENSYMP), pp. 1-5, Sept. 2023
[7]

T. Furusawa and C. Premachandra, "AnInnovative Victim Search Approach by
Subtracting

Pix2Pix-Based

PseudoPropeller

Sound-Image

from

UAV-Mounted

Microphone

CapturedSound-Image

,"

of

Proc.

2023

IEEE/RSJ International Conferenceon Intelligent Robots and Systems(IROS), Nov. 2023.
[8]

W. Thongking, A. Wiranata, S. Maeda,
and C. Premachandra, "Depth Camera
Video-Based Reservoir Computing for
Accurate Classification of American
Sign

Language,"

Proc.

of

2023

IEEE/RSJ International Conferenceon Intelligent Robots and Systems(IROS), Nov. 2023.

― 36 ―

TOPへ戻るIoT と AI が溶け込んだ次世代教育環境の研究
情報工学科 新熊 亮一
共同研究者
建築学科 蟹澤 宏剛
生命科学科 中村 奈緒子
機械機能工学科 廣瀬 敏也 デザイン工学科 橋田 規子
１．序論（はじめに，まえがき，目的）
環境・視覚センサなど IoT(Internet-of-Thing)
機器が生活に浸透している。AI(人工知能)を適用することで、個々人や状況に合わせたサービスが提供され、生活の利便性が高まっている。しかし、これら IoT と AI は教育環境では、まだほとんど生かされていない。本研究で は 、 視 覚 セ ン サ LIDAR(Light Detection andRanging)を用い、学習時の動きや姿勢をセンシ
ングし、３次元データとして取得する。同時にその時の習得度をテストなどで取得し、蓄積したデータに深層学習 AI を適用すること
で、LIDAR だけで習得度を予測できるようになる。また、手の動きや体の傾きなどが習得
度にどう寄与するかも明らかにする。ただし、センサや AI が学習を阻害しないよう、教育環
境に「溶け込む」センサ・AI のデザインを行う。
講義や、演習、研究室での実験を対象とする。また、本部棟 4 階、交流棟 4 階、教室棟、図書館、食堂などの自習スペースも対象とする。座学など受動的学習、演習や実験など能動的学習における取り組む姿勢とそのときの習得度をデータから明らかにする。さらに、習得度に寄与するファクタを特定し、教育方法に取り込むことで、データドリブン型の次世代教育環境を確立する。
２．研究計画
上記場所ごとに、空間全体をカバーできる
よう教室では 1〜2 機、自習スペースでは 3〜
5 機の 3 次元センサ LIDAR を設置する。その際、学習を阻害しない環境に溶け込む試作デザインでの設置を行う。学習中の 3 次元データを取得し、2022 年度に独自に開発した深層
AI により、学習状態(聴講中/作業中/対話中)を自動分類し、体の傾きや PC の操作スピードも数値化する。一方、学習内容の習得度を試
験のスコアや学生からのヒアリングにより取得する。これを繰り返すことで、AI の推定精度を向上し、習得度に寄与するファクタを明らかにする。実際の教育環境に組み込み、学生や、教職員、連携先民間企業からフィードバックを得て PDCA につなげる。
３．計画の進行状況
大学構内で LiDAR+AI 搭載コンピューターを格納可能な屋内設置用ボックスの常設を進めている。本部棟 4 階の自習スペースや研究棟の廊下などで三次元データを取得済みである。LiDAR で取得された三次元の生データから、実空間のデジタルコピー(=デジタルツイン)を形成することに成功した。壁やフロアといった静的空間特徴と、歩いている人といった動的特徴とを自動判別する AI の開発にも成功し、IEEE の国際会議で Best Poster 賞に選ばれるなど国際的な評価を得た。これらデジタルツインと AI の組み合わせにより、教育
環境の学修者の動きの特徴を推定し、集中度など学習効果につながる要因を定量的に推定できる。
４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状
況
まず、デジタルツイン形成のための三次元
データをリアルタイムで取得できるよう教室など教育環境への設置を進める。取得したデータから学修者を自動検知し動きの特徴を抽出する AI ならびに学修者の視線や姿勢から集中度や、習得度、生産性を推定できる必要がある。研究成果は、IEEE の権威ある国際会
議または Journal 論文誌で発表する。また、研究成果について、工学教育賞に応募することを目指す。

― 37 ―

TOPへ戻るリカレント教育の提供に向けたグローバルサイエンスカフ
ェの実施〜知る喜び、学ぶ楽しさを掘り起こす〜
工学部先進国際課程

山本 文子

共同研究者
工学部先進国際課程(IGP） イザベラ ジェズニチカ、パオロ メレ、ディタ サリ
工学部機械工学科
石井 康之
大学院地球環境システム
平田 貞代
システム理工学部
ニコデムス ラディアン、田中みなみ
お茶の水女子大学サイエンス＆エデュケーションセンター
大崎 章弘

せて発信し、講師と参加者、参加者同士が双１．はじめに2019 年度から 2021 年度まで、グローバル

方向コミュニケーションをとることを目指す。

な視点をもった研究紹介や異分野間交流事業

本活動では（１）実施する学生の企画力、コとして学内及び学外向けに、「グローバルサイ

ミュニケーション能力の向上、（２）教員のコ

エンス＆エンジニアリングカフェ（以下、GS

ミュニケーション能力、指導力の向上、（３）カフェ）や海外の高校生に向けたグローバル

参加者が最先端科学技術を知ることによる学

オープンセミナー」をを実施してきた。2022

習意欲の向上（特に学部１、２年生）（４）普―2024 年度の活動はこれらのノウハウを生か段研究内容に踏み込む機会の少ない職員へのしてさらに発展させるものである。

理工学系の大学で働いているという意識付け、本活動は、「参加者が本学の学部及び大学院教育の何に興味を持ち、何を知りたいと思い、（５）学内外の教員の異分野交流が始まるき
っかけ、が期待される。

何を学びたいかを掘り起こすこと」が目的である。そして、ここで得た知見を今後のリカ

２．研究計画

レント教育のプログラム提案につなげたい。

GS カフェは、「 科学コミュニケーション学」

現在、高等教育のあり方が、従来の若年層にの実習として、大宮祭での実施を予定してい限らず、一度就業した人々が社会と大学で繰る（大学院共通科目で 1Q 実施のため）。大宮

り返し学ぶ（リカレント）形へと変化してい

祭では、事前に教室展示をエントリーして実く中、学内、学外（海外を含む）の学生、教職施したい。これとは別に(あるいは連携して)、員、一般市民に本学の研究の幅広さや将来性

必ずしも科学技術を専門としない本学内の事を知ってもらうことは非常に重要だと考える。

務職員（契約やパート、外部委託の職員も含

特に SDGs に掲げられた地球規模の問題解決、む）を対象に GS カフェを行いたい。

さらに多様性を受容し（D&I）幸福感の高い社

この活動は、3 年間の継続を予定しており、会の形成に向けて、大学院生や教員が自分のまず、豊洲、大宮の両キャンパスで実施し、可研究やその基礎となる学問分野の魅力を日本能であれば、地域のコミュニティーセンター

語および英語で参加者の興味やレベルに合わ

や駅近くなど、学外の一般市民がより参加し― 38 ―

TOPへ戻る(4) プログラム：やすい場所で展開していきたい。
この GS カフェを通して、学内の学生や教員(4/29, 5/20 グループとテーマは共通)が広い視野と興味が持てる様な環境を整える。

A 班：10 年後の街づくり？

学部生から大学院生に加え教員から職員まで運転手が危険を感じる道路ってどんな道路？

を対象とし、その専門にかかわらず最先端の/鉄が環境問題を解決できるって知っていま

科学技術や長年継承されてきた技術を専門家

すか？/ペダルの踏み間違いって、どうやっ（教員や院生）が直接、わかりやすく生き生て検知すればいいと思いますか？

きと伝えることで、幅広い学習のモチベーシ

B 班：もうそこまで来てる⁉SF の世界

ョンを得る機会を提供する。また、本学の入誰でも使えるかっこいいデザインって何？ /学希望者にも研究の魅力を伝える。今回、レ

人混みの中の知り合い、すぐ見つけたくなクチャーやセミナーと言った形式ではなく、い？/世界の双子を作る…って？/3D プリン

サイエンスカフェといった双方向コミュニケ

ターでクッションって作れる？

ーションの手法を用いることでより理解度やC 班：未来を変える！？新しい技術

満足度の高い事業を目指す。

布を丁寧に掴むことはできますか？/携帯がつながらない時ってありませんか？/UFB っ３．計画の進行状況て知っていますか？/LiDAR って知っていま

本年度は、「科学コミュニケーション学」

すか？

では Zoom を用いたオ ンラインと 大宮祭でのD 班：留学生視点から見た実用的な科学技術

対面形式での GS カフェを実施した。これに加(中国語対応可)え、大宮キャンパスの GLC にて大学職員や地

なぜ MEC 技術を使うのですか?/360°VR 映像

域住民など科学や技術を専門としない成人をは何？中心視野は何？/障害者は緊急時に便対象としたサイエンスカフェを実施した。

利なコミュニケーションが取れるのか？/脳波を予測することで低覚醒検知できますか？

3.1 GS カフェ（4/29, 5/20）/祖父母は今何をしていますか(1)場所：

E 班：実用化に向けた新しい科学技術（4/29）Zoom ブレイクルーム機能使用

シミュレーションってどんなことすると思い

各自、大学または自宅からアクセス

ますか？/工場排水をリサイクル？/スマホが（5/20）大宮祭斎藤記念館２F

安くなるかも？/クラシックカーを生き返ら(2)実施者：せる方法

山本、大崎、大学院共通科目科学コミュニF 班：未来を健やかにケーション学履修生 42 名(中国の留学生 3

漢字学習をゲームのようにハマれる?/血管に名含む)穴が開いたらどうなる？/にぎやかな一人暮(3)対象者：らし！？/センサを使ったかくれんぼ(4/29)受講生 42 名、受講生以外 25 名（履G 班：これからのまちづくり

修生の家族、友人、知人、学内の院生他、お高架下空間の変化って？/防災について何か

客様アンケート回答 16 名）知っていることはありますか？/ブータンの(5/22) 受講生 42 名、受講生以外 60 名前後

道路ってどうなっているの？/神田川の地（地域住民、受験志望の高校生とその保護者、図、お持ちですか？

学内の学生、院生、留学生）

H 班：より健康的に生活するには
色が人の行動をコントロールする？/作業効― 39 ―

TOPへ戻る

率を上げる音って何？/体温計を飲んでみる？/交通事故ってどうしておこるの？
I 班：体験する価値とは？
自動運転バスを利用したことはありますか？
/あなたは普段洋服をどのように捨てます
か？/メガネで好きなアーティストのライブに行けるって聞いたらワクワクしませんか？
J 班：こんなものまで自動化させる...ってコト！？
ブルドーザの未来のカタチ，想像できますか？/脳波から消費者の無意識を解き明かせる？/未来の体育館って？/海のプラスチック
ごみをどうやって集める？
K 班：実現できるかじゃない現実にするんだ
マイクロプラスチックを実際にみたことがありますか？/微細管のチューブハイドロフォ
ーミングって簡単？...じゃない！/月面でどうやって測量をするのか想像できますか？/
コンクリートってどうやって作るか知っていますか？

図１ 大宮祭でのサイエンスカフェの実
施風景、多くの周辺住民や高校生とその保護者が来訪。参加者からコメントをい工夫したところ：発表者間の質疑応答などを行い、ただいた。

質問が少ないときでも盛り立てる役割を果た

3.2 サイエンスカフェ＠大宮キャンパスすようした。ライブで画面にコメントができ場所：学生会館 2 階 GLCる機能を取り入れたグループもあった。大学

実施者：教員４名山本、石井、田中、イザベ院課の協力を得て全学的にも広報した結果、

ラ、院生学部生アシスタント 3 名（山本研）

学内メールがきっかけで参加したくれた１、

対象者：事務系職員（15 名）

2 年生や教職員が複数いた。

特別参加：本学学生団体「ひなこ」
飲み物（コーヒー・紅茶）提供

苦労したところ：オンラインでは顔が見えないた
め、話がどの程度理解されているかを判断できない。そのため質問を引き出しにくかった。

内容：参加者は 4,5 人ずつに分かれて４トピ

反対に、対面では、相手の意図を汲み取るこックのうち２トピックに参加した。（図２）とができ、十分に質問に答えることができた。

A：漆碗再発見, Revisit a lacquer bowl

大宮祭では、科学には必ずしも詳しくな住民

システム理工学部機械システムの方にも理解できるように丁寧に説明した。

田中みなみ教授
B：色の不思議, The wonders of colors

実施の様子：（図１）

工学部 IGP

参加者には、外国人（留学生の母国の家族や友人）や発表者の家族や知人、本学学生など

イザベラジュズニチカ教授

C：天然ダイヤはどっち？Find a real diamond
工学部 IGP

多様な人が集うサイエンスカフェとなった。

山本文子教授D：マグネットマジック, Magnet magic show
工学部機械工学科― 40 ―

石井康之教授TOPへ戻る図２

一般向けサイエンスカフェポスター

工夫したところ：大宮の事務職員対象ということで、参加しやすい昼休みの時間帯に実施した。を利用した。サイエンスカフェへの敷居を下げてもらいたいということから、学内の図３ 一般向けサイエンスカフェの様子

教室ではなく学生会館２FGLC を貸切って会場として利用した。本学学生起業団体「ひなあった。一方で、学び直しに障害があるとすこ」がコーヒーなどを提供し好評であった。

ればと尋ねたところ「自由になる時間がない」（42%）
「費用の面で心配」（36%）との回答があった。実際、どのような形学び直したいかに

実施の様子：図３参照
今回、実際のカフェで行ったということもついては、多くの人（70%以上）は、単発の講あって、終始和やかな雰囲気で進められたこ

座を希望した一方、修士課程への入学や科目とが今までのサイエンスカフェと違ってよか

聴講生を希望する人(38%)もいて、リカレント

ったと感じた。

教育へのニーズの高さを実感した。95%の人は参加者の感想：このようなサイエンスカフェがきっかけにな

事後アンケートでは 42％が非常に満足、50%ると回答した。

が満足と答え、また、100%がまた同様のプロ
グラムに参加したいと回答した。例を示す。

４．まとめと今後の計画「工科系大学に勤務しているのでサイエンス

2023 年度は、オンラインに加え、対面でのに触れる機会が今後もあるといいなと思いま

サイエンスカフェを複数回実施てきたことは、した。」

実施者（学生や講師）としても、また、参加者

リカレントニーズ調査：（学生、職員、地域住民）に取っても大きな収回答した 19 名のうち 74%の人がリカレント教穫となった。本事業の経験を生かし、リカレ育を聞いたことがあり、全員が受けてみたい

ント教育を目指して、一般市民に向けたサイと答えた。その理由（複数可）は教養を身に付

エンスカフェを継続していきたい

けたい（74%）、仕事に役立てたい(42%)などで― 41 ―

TOPへ戻るThe propose of research-based learning style byintegrating virtual reality and emotion-sensing technology
Innovative Global Program

simply reading about physiological signals

１．Introduction
Many

Peeraya SRIPIAN

educational

institutions

adopt

a

and sensors, learners can now engage withresearch-based learning (RBL) pedagogicalthesubjectinapproach to make education engaging andenvironment.

effective.

students

RBL

requiresstudents

to

to

a

virtualrealityThis

approachenables

observesensors'

operation,

actively participate in learning and apply

understand basic ideas of how to create VR

their knowledge inenvironment and how to analyze the signals.

real-worldcontexts.

Due to the COVID-19 pandemic, students havebecomeaccustomed

makingtoface-to-faceonlineclasses,

２．Research planless

We specificallylearning

targeted students

who

appealing. Therefore, it is necessary to

had little to no experience in conducting

explore alternative modes of instruction

research, and as such, we recruited thosethat can enhance the quality of in-person

who were part of the IGP program at Shibaura

learning.

Institute of Technology. Our aim was toThecurrent

cutting-edge

project

aims

to

blend

hold RBL workshops to help students develop

with

their

technology

research

skillsandcollect

RBL

physiological signal measurement lessons.

evaluation results from them. The workshop

The project makes use of virtual reality

was divided into the following steps. Table(VR) technology to create an engaging and1 shows outline of the study session.

immersive

experiencelearners

to

an

that

alternate

1. Faculty members gave theoretical andtransports

reality.

Thispractical lectures to introduce students

project aims to investigate the use of VR

totechnology

formeasurement using heart rate sensors.

computing,bysignalswhile

studying
measuring

exposing

affectivetodevelopment

using

Unity

and

HRV

2. Students applied the knowledge theyphysiologicalparticipantsVRgained in stage 1 to develop individual

different VR environments. This approachprojects

andproposeis expected to make learning an enjoyabledifferentVRenvironments

and stimulating experience. Rather thanaffect HRV differently.

― 42 ―

their

ideas
that

for
could

TOPへ戻るTable 1; Outline of study session
Week

Outline1

Guidance, 3 D Coordinate system in Unity

2

3D world, 3 D coordinate, vectors, camera, faces, edges, vertices, shaders

3

Rigidbody physic, collision detection - installation of unity

4

Basic C# programming, Unity interface

5

Design fundamental

6

Design environment - sketching, mood boards staging

7

Get environment from asset

8

Make VR environment

9Make VR environment ( continue) & decide physiological signal collection method

10

Analysis of signal

11Final Presentation

Table 2: List of evaluation questions
No.

Question

Answer choice1

How confident do you feel in your understanding of
the usage of sensors within virtual reality
environments after completing this study session ?

1 ( Very poor) - 5 ( Excellent)

How confident do you feel in your ability to create
virtual reality environments after completing thisstudy session ?
Did the study session adequately cover the processof creating VR environments using relevant
software/tools?

23Overall, how would you rate the Affective VR study
session in terms of i ts effectiveness in studying
sensor usage and VR environment creation?

4

3. Students then designed and developedtheVR

environment,

including1 ( Very poor) - 5 ( Excellent)
Yes completely / Yes to somecontext / No, not at all
1 ( Very poor) - 5 ( Excellent)

３．Status of progress
We recruited three male students fromtheinteraction of the character inside the VR

different

years

of

the

IGP

programenvironment and the addition of multimodal

participate

in

the

Affective

stimuli (such as music) to ensure that thesession workshops. During the workshops,

environment could create emotions such as

the students were given lectures on therelaxation, concentration, etc.

basics of VR and then encouraged to design

VR

to

study

to

and develop their own projects based on

evaluate the effect of their environment on

their newly acquired knowledge. There were

HRV.

and

no restrictions on project themes, but theyevaluatedwere encouraged to utilize their knowledge

4. Students
Finally,

discussed
their

their

performed

experiments

students

presented

projects

andteaching/learning

experience(see

as much as possible.

Table 2 for evaluation questions).

― 43 ―

TOPへ戻るP1: Scary room

P1: Kawaii room

P2: Dark Christmas themed room
P2: Warm Christmas themed room

Figure 1 Example of the VR environments created by participating students.

Figure 2 Example of the results collected from the sensors for project 1 and 2.

threedifferent

between a Kawaii room and a scary room (Seetopics for their Affective VR

research

Figure 1:P1). The second topic was to study

The

students

proposedstudy session. The first topic examined thethedifference in physiological signals

between a warm Christmas-themed room and a― 44 ―

differenceinphysiologicalsignals

TOPへ戻るdark

Christmas-themed

room

(See

Figure４．

Futureplans

1:P2). The third topic was investigating

submission/presentation

changes

papers, etc.

in

alpha

rhythms

and

time

and
at

statusconferences,

Our research aims to enhance theperception in VR and real environments.

of

RBL

style by integrating creativity through VR
The first two topics employed HRV sensor,

environments in face-to-face learning andmybeat, to measure the HRV and calculated

collaboration. We conducted workshops on

LF/HF

Affective VR with IGP students and assessed

ratio

to

stress/relaxation

investigate

emotioninsidethetheir experience with the workshops.

opposite environment. The third topic usedWe

EEG sensor, MUSE headband, to measure thediscovered

that

the

students

were

Alpha waves during the exposure in thepleased with the study session and felt

application to study time perception.

confident

insensors.

The

After

using

physiologicalparticipating

signalstudents

completingtheprojects,

the

were

to

evaluatetheiracquired technical skills, particularly inexperience of participating in the study

VR environment development, through thissessions. The evaluation results indicate

research. They applied this knowledge tothat most of the students felt confident indevelop VR in their primary research work,

their understanding of the usage of sensors

and as a result, they published these works

within a VR environment and their ability

as research papers in the on-site poster

to create a VR environment after completing

sessionthealso

SEATUC 2024. The title of their work isreported that the study session adequately"Study of Heart Rate Variability Responses

covered the process of creating VR usingin

relevant software (Unity and Meta Quest 2

Environments," which was written by Aarif

were employed in this project). Finally,

Suksai and Peeraya Sripian.

students

study

asked

session.

All

of

them

of

an

international

Different

Virtualconference,

Reality

the evaluation result shows that the study
session was very satisfactory.

Figure 3 Evaluation questionnaire results.

― 45 ―

TOPへ戻るEnhancing Student Performance in Research-based Learning
through Group-based Activities on IoT Device Development
Innovative Global Program

complicated and requires several technical

１．Introduction
In the rapidly evolving landscape of
education,it

Tipporn Laohakangvalvit

iscrucial

to

use

new

skills in combination, it is best to learnbydoing.

By

engaging

ingroup-basedteaching methods to foster meaningfulactivities, students are encouraged tolearning

Research-based

adopt hands-on experience in learning,learning is one such method that emphasizes

which help them to reduce the gap between

thethroughtheoreticalactive engagement in real research tasks.

application.

Within this paradigm, one area ripe forexperimentation

exploration is the Internet of Things (IoT),

students are expected to develop a deep

offering

experiences.

acquisitionofknowledgeknowledge

andThroughandpractical
activeproblemsolving,many

opportunities

for

understanding of IoT principles whileinterdisciplinary

collaboration

andenhancing their creativity and innovation.
This

hands-on experimentation to students.
This research aims to investigate the
role

of

augmenting

paper

presents

our

plan

and

implementation of research-based learninggroup-based

activities

inwhich aims to enhance both teaching andstudent

performanceinlearning styles and contribute to a better

research-basedlearning,

specificallyeducationinresearch-basedlearning,

focusing on IoT device development. As

especially the Innovative Global Program

technology becomes more important in our(IGP) of our university.

lives, knowing about IoT is useful. By
immersingstudents

intheprocessof

２．Research Program

conceiving, designing, and implementing

We targeted students with no or little

IoT devices, educators can cultivate notexperience conducting research. Thus, we

only

recruited those who belong to IGP, antechnical

skill

but

also

other

important soft skills that are necessary inundergraduate

professional settings such as criticalprogramthinking, problem solving, communication,

Technology.

ofresearch-based

theShibaura

learning

InstituteofThe research is divided into 3 stages as

and teamworking.
Moreover, since making IoT devices isfollows:― 46 ―

TOPへ戻るTable 1: Overall workshop schedule(1) Instructors give short lectures toget students ready with the same

Week

Topic

background necessary for IoT device

1

Basics in IoT and embedded systemdevelopment.

and2Electronic circuits and sensors

discussion are also conducted along3

LED and sensors (Part 1)

with the lectures to increase the4

LED and sensors (Part 2)

understanding

communication

5

Sensors and CG programming (Part 1)

achievement

6

Sensors and CG programming (Part 2)

among

Small

exercises

andstudents.

The

goals of this stage are: (1) Students

7-12

understand and can describe basic

Project design, development,
testing, and final presentation

ideas of IoT and embedded system(both hardware and software), and (2)Students

can

apply

knowledge

３．State of ProgresstoWe recruited a total of 3 students; 2design and develop simple things byof them are the freshmen of IGP program

utilizing sensors.

and 1 of them is the graduate student.

(2) Students form a group to plan andThefreshmen

students

developed

IoT

develop an IoT device as part of theirdevices as part of their projects andproject in a 6-week workshop underthethe theme “IoT Device Development

knowledge required for project designfor Daily Usage in University Life.”

and development was conducted among 3

Throughout

workshop,

students and 1 instructor. The detailed

presentations and discussions areoutcomes obtained from the research areconducted

described as follows:

the
among

students

anddiscussion

on

the

technical

instructors several times to keep
track of their progress and allow

3.1 Student Workshop Outcomesthem to brainstorm and communicate.

Each student developed the IoT device on(3) Students make a final presentation

two different themes to solve the actual

anddiscuss

theirproject.

Throughout the workshop, instructors
monitorandevaluate

problem faced in their daily life as
follows:

student

Student A developed an automatic plant

performance on each activity. The

watering device (Figure 1) as inspired byresults will be used for discussion

the fact that people usually forget toas part of the performance evaluationwater the plants and sometimes make badin research-based learning.

decisions on the watering amount and timing.
The student integrated moisture and lightTo

proceed

with

the

above

research

sensor for monitoring the plant, and a pumpprogram, the workshop was held with theto water the plant when certain conditions

students based on the schedule as shown inare met. There were several new components

Table 1.

that were not included during the shortlectures. However, the student was able to― 47 ―

TOPへ戻るfigure out how to integrate them into thecommunication. Despite facing technicaldevice successfully.

challenges,

Student B developed a runaway alarm robot

them

they

through

effectively

tackledtrial-and-error(Figure 2) as inspired using robot to

guidance

motivate people to run and catch it while

Face-to-face discussions, enhanced withthe alarm is ringing so that they can wakeillustrations, facilitated smooth idea

up easier and fully conscious. The student

exchange

integrated motion sensor, buzzer, LCD

illustrates

screen,discussing Student A’s project design.

andkeypad

with

the

The

Arduino-programmable robot.

from

peers

and

instructors.

communication.
thisworkshopoutcomes,

and

and

use

of

Figure3

visualsinproducedsatisfactory

representing

significant

milestones in the first-year students'
learning

journey.

Althoughminor

improvements are possible, the successful
development of key features underscores
invaluable

experiential

learning

andgrowth, positioning them for success inFigure 1: A prototype of automatic plant

future research-based learning programs.

watering device

Figure 3: An illustration used during
Figure 2: A prototype of runaway alarm

discussion of plant watering device design

robot
3.2 Evaluation of Student Performance
After

the

successfully

workshop,
built

both

project

students
prototypes

During the workshop, we conducted aperformancefrom scratch, drawing on their IoT andgroup

embeddedsystems

demonstrated
skillslikemanagement,

assessment

bycontrastingwithindividual

instructor

evaluated

activities

knowledge.

They

assignments.

growthinsoft

student

planning,

time

assigned tasks throughout the workshop.

problem-solving,

and

The

notabletask― 48 ―

The

performance

evaluationbyyieldedobservingtheallfollowing

TOPへ戻るestablished research-based program, IGP,

results.
The average score for group activities

we

have

implemented

various

FDSD

was 82 (SD=26), whereas for individual

activities. This research endeavor serves

assignments, it was 73 (SD=34) out of 100.

to

These

aspects:

findings

educational

reformon

two(1) It aims to refine teachingthat

students

slightly

betterand learning methodologies tailored for

performance during group activities, as

research-based learning within IGP, andthey benefit from prompt learning and(2)collaborative problem-solving. Conversely,competencies in research-based learning

individual assignment performance varied

alongside

among

their

collaborative communication within groupbackground knowledge and proficiency insettings. Through this research, we aspire

tackling complex problems.

togenerallysuggestadvanceexhibitstudents,

influencedbyMoreover, these findings underscore theimportanceofdesigningcollaborative

It

seeks

to

cultivate

essential

contributecontinual

soft

students'

skillssubstantively

improvement

of

to

like

the

educational

practices within IGP as well as otherlearning experiences within workshops.

research-basedGroup

fostering a dynamic learning environment

activities

not

only

fosteraconducive environment for discussion andconduciveknowledge sharing but also promote active

achievement.

learning

toprograms,

student

growthandengagement and critical thinking among
students. Conversely, the variation in

４．Future Program, Paper Submission, andperformanceobservedinindividual

Results Briefing

assignmentsemphasizes

the

need

for

Due to the limited number of participants,

personalized support tailored to students'

drawing definitive conclusions from ourdiverse backgrounds and skill levels.

research

Moving forward, integrating a balanced mix

Nevertheless,of group collaboration and individualsuggest that the group-based learning

tasks, supplemented by targeted assistanceapproach we have designed holds promise forand resources, can enhance overall student

enhancinglearning outcomes. Additionally, ongoing

research-based learning contexts. Moving

monitoring

forward,andassessmentof

student

remains
preliminary

student
wechallenging.

arefindings

performancecommitted

toinfurther

performance will enable instructors toinvestigation to refine and optimize thisadapt and refine workshop strategies toapproach within IGP. Our next steps involve

better meet the evolving needs of learners.

expanding our data collection efforts to

By

includeleveraging

these

insights,

we

can

a

largercohortofstudents.

continue to enhance the effectiveness andSubsequently, we intend to disseminate our

impact of future workshops in facilitating

findings

through

student success and development.

therebycontributing

As part of our ongoing efforts to enhancethe educational approach within the newly

advancementofconference

papers,totheongoingteaching

andlearning

practices within IGP and beyond.

― 49 ―

TOPへ戻る

BOiCE（Bay Area Open Innovation Center）における起業プロセス支援ワークの実施〜学生のインプット（学び）をとアウトプット（実践）に変えるために〜
デザイン工学科

加藤

共同研究者
教育イノベーション推進センター
生命科学科
奥田宏志
研究推進部
岩崎靖
１．序論（はじめに，まえがき，目的）製品開発やエンジニアリング、社会貢献ビジネス等様々な分野においてイノベーションを起こせる人材の需要は高まる一方である。芝浦工業
大学では、図 1 に提示した各種プログラムを通じて、イノベーション人材の育成を継続できる仕組みを整備しつつある（次ページの図を参照のこと）。

図 1：本学におけるイノベーション人材育成のしくみ2019 年度より開始した「技術経営入門」は、理工系学生が最初のステップとして企業の経営やビジネスの基礎を学ぶことができるようデザインされている。2022 年度までの 4 年間で延べ 400
人近い学生が履修し、一部の学生はその成果をSBMC（Shibaura Business Model Competition の
略：芝浦工大で開催しているビジネスコンペであり、他校の学生も可能なイベント）に応募するなど、学部での学びを通じて外部とつながる経験も味わっている。こうした成果の一方で、課題も 明ら かにな って きた。 最も 大きな 課題
は、イ ンプ ット（ 受講 ）がア ウト プット （実践）になかなか結びつかない点である（上記図の図における赤丸の枠の部分）。ビジネスや企業経営の知識は、外部に向けて発信・交流することで初めて実践的な力となるため、履修で得た知識や知見を講義の外の世界と結びつける必要

恭子

長谷川豊

がある。以上を考慮し、2023 年開講のアントレ
プレナーシップの講義は、技術経営入門を発展させ、起業家意識の醸成とビジネス実践力の育成を目 的に 再構成 した 。初学 者が 学べる 「入門」と実践力を磨く「応用」の 2 ステップを設けることで、より多くの学生に機会を提供するとともに、講義外のワークショップ推奨やビジネスコンペ(SBMC)応募への支援など、より幅広
い学習と実践の機会を提供している。
本研究では、上記の課題を学術的な視点から検証し、課題解決にむけたプロトタイピングを実施・検証する。具体的には学生がビジネスモデ
ルに応募するまでのプロセス（起業プロセス）の各ステージに存在する障壁を分類・整理し、それらの障壁を取り除くための各種ワーク（支援ワーク）を開発する。これらのワークを大学
内イノベーションハブ（BOiCE）に設置し、効果を検証することを目的とする。
２．研究計画申請書に記した 2023 年度に実施を予定している
ステップは以下の通りである。
●
2023 年 3 月〜4 月：履修生やビジコン参
加者のネットワークを利用し、ビジコン参加者
及びビジコン不参加者へのヒアリング調査を行う。
●
2023 年 3 月〜4 月：文献レヴューと仮説：起業家教育科目に関する文献レヴューを行
い、大学生（若手）人材の起業に関する課題や障壁を整理・分類した上で、仮説構築を行う。
本年度に関しては、起業プロセスの一箇所のみにフォーカスする。評価のための指標作成も順次進める。
●
2023 年 4 月：必要な用具（シェイカー、― 50 ―

TOPへ戻るLEGO ブロック）の調達を行う。
●
2023 年 5 月上旬：仮説をベースにワークの大枠を決め SBMC に共有し、周知をはかる。
●
2023 年 5 月下旬：ワークを完成させる。
日本工学教育学会発表へ応募（予定）●2023 年 6 月：プロトタイピング（1）開始（SBMC 最終審査会まで）●
2023 年 9 月：収集したデータの分析・日
本工学教育学会にて発表（予定）●2023 年 11 月：分析結果を元に、ワークの修正や改善を行う。大学院副専攻プログラム科
目におけるプロトタイピング（2）を実施。
●
2024 年 1 月：来年度の講義準備に合わせて、ワークの修正・改善を行う。
●
2024 年 2 月：研究報告書の作成・次年度
申請の準備

３．計画の進行状況
上記計画のうち、細かな修正を行いながらも実施までたどり着いた点について以下記述する。
文献レヴューと仮説：
文献レビューは主に、プロジェクト管理、チームビルディングなどの分野を中心に行った。
その中でも、ダニエル・キムの「成功循環モデ
ル」が当該研究の抱える問題点を説明するのに適切であると考えている。このモデルは組織やチームが長期的な成功を達成するために重要なプロセスとして、連続した成功体験が次の成功にどのようにつながるかを説明しており、ある活動における成功がポジティブな感情や自信を高め、これが更なる努力や能力の向上に繋がるとしている。このプロセスが繰り返されること
で、個人やチームは持続的な成長と成功の循環を実現することができるため、特に教育や職場の環境で有効であり、チームビルディングや個人の能力開発に利用されている。
このモデルは、プロセスの初期の段階でチー
ムビルディングをしっかり行うことの大切さを強調していること、筆者自身の体験からも、初期の段階でのチームビルディングが、その後のチームの持続性やパフォーマンスの向上に影響を及ぼしていると推測できることから、本研究の仮説は以下の通りとした。
仮説：プロジェクトの初期段階での効果的なチームビルディングワークショップの導入は、大学生のチームビルディング能力を高め、結果として持続的で高いパフォーマンスを発揮するチームを形成することができる。
必要な用具の調達：

長らく在庫切れが続いていた以下の商品を本
プロジェクトの実施期間内に購入することができた。
●
Lego®Serious Play - アイデンティティ＆ランドスケープ キット●
Lego®Serious Play - コネクション キット●
Lego®Serious Play - ウィンドウ・エク
スプローション バッグ
ワークのデザイン：
上述の Lego®Serious Play のキットを用い、担当する各種講義の中で使用する想定でワークをデザインした。詳細は以下の通り。
●
想定グループ人数：4 人○
グループとしての活動は初日であるが、このグループはペア✕2 組で構成されており、各ペアはそれまで 3 週間活動を共にしていることが前提。
●
想定グループ：学期後半から始まる「期末プロジェクト」のためのグループ（学生の特性〜申告制〜をベースに教員がグループを作成）●
想定実施日：期末プロジェクト初日●
材料：Lego®Serious Play - ウィンドウ・エクスプローション バッグ
スケジュールは以下の通り。
●
学生一人ひとりに、紙皿（Lego を入れて使 用 ）、 Ziplock （ 収 納 用 ） と と も に 、 上 記
Lego®Serious Play - ウィンドウ・エクスプロー
ション バッグを配布する。
●
他人の Lego と混ぜないようにすること、なくさないようにすることを周知。
●
今回の Lego ワークの目的を周知○
Lego を上手に作ることが目的ではない。
○
正解はない。
○
文字にはしにくい、なんとなくの気持ちなどを Lego に乗せて、仲間に届ける気持ちで実施する。
●
今回の Lego ワークのルールを周知※○
出来上がった自分の Lego を説明する時は、仲間の顔ではなく Lego を見て説明すること。
○
聞く側も、話す人ではなく Lego を見て説明を聞くこと。
※このルールは、Lego®Serious Play の中で徹底されているルールの一つであり、「あえて他人の顔や目を見ない」で話すことで、周りの環境や他人の表情に影響されることなく、自分が本来伝えたかったことを伝えられるようになるという効果を意図している。

― 51 ―

TOPへ戻る●
ワーク 1：Lego で自分の気持ちを表してみる「ドキドキ」「ワクワク」など（3 分）○
作った Lego を仲間に説明（4 分）●
ワーク 2：自分のペアのすごいところを
他のメンバーに紹介する Lego を作る（3 分）○
作った Lego を仲間に説明（4 分）●
ワーク 3：自分がこのグループでどんな風に貢献できるか、を他のメンバーに紹介する
LEGO を作る（3 分）○
作った Lego を仲間に説明（4 分）●
ラップアップ○グループメンバーの役割分担○
グループとしての目的を考える
ワークのプロトタイピング：
プロトタイピングとしては、2 箇所で実施することができた。以下、2 つのプロトタイピングについて説明する。
Kaizen program in Thailand (gPBL)：1 つ目のプロトタイピングは本研究の仮説の中でも特に「プロジェクトの冒頭で、重点的にチームビ
ルディングを実施することの効用」について、担当する gPBL の初日を全て一連のチームビルディングワークを実施することで検証した。本プ
ロトタイピングでは、Lego を含め、様々なワークを実施しており、Lego ワークも必ずしも上記で提示したものをそのまま実行できたわけではない。一方で、「初日のチームビルディングの効用」をデータと共に検証できている点で、本研究の補助的役割を果たしていると考えた（詳細に つ い て は 、 SEATUC Symposium 2024
Proceedings を参照のこと）。

図 3：「プレゼンテーション」講義での様子

ワークのデータ収集：
1 つ 目 の プ ロ ト タ イ ピ ン グ で あ る Kaizen
program in Thailand (gPBL)でのデータ収集はア
ンケートにて実施した。アンケートはプログラ
ムの介入前と介入後の両時点で行われ、各変数の平均スコアを比較することで、介入の効果を測定した。
アンケートで用いた変数は以下の通りである。
これらの変数は、チームパフォーマンスやメンバー間の相互作用における重要な要素を反映しており、プログラムの介入がこれらの側面にどのような影響を与えたかを明らかにするために導入されている。
●
チームの感情的知能（Jordan & Lawrence,2009）:○
自己感情認識・自己感情管理・他者の感情認識・他者の感情管理●
チーム信頼（McAllister, 1995）:○
感情的信頼・認知的信頼●
チーム創造性（Rego et al., 2007）:●
協 力 的 文 化 （ Lopez, Peon & Ordas,
2004）:
2 つ目のプロトタイピングである講義「プレゼンテーション」期末プロジェクトでは、時間的制約の関係から、このプロトタイピングに限定したデータの収集は行うことができなかった。
一方で 、講 義課題 とし て学生 が提 出して いる「（講義の）ふりかえり」の記述から、当該プロ
トタイピングについての言及があったものを取り出して質的分析を行うためのデータを収集することはできている。

図 2：Kaizen program の様子

講義「プレゼンテーション」期末プロジェク
ト：2 つ目のプロトタイピングは、担当する講義「プレゼンテーション」の期末プロジェクトキックオフ初日に実施した。このプロトタイピン
グでは、上述のプロセスをそのまま用いて実施している。

４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状
況
ワークの発表：
1 つ 目 の プ ロ ト タ イ ピ ン グ で あ る Kaizen
program in Thailand (gPBL)での上記仮説の検証に つ い て は 、 The 18th South East Asian― 52 ―

TOPへ戻るTechnical University Consortium (SEATUC)
Symposium 2024 におけるポスターセッションでの発表が実現している。分析結果については、上記学会 Proceedings に詳しいが、総じてプロジェクト初日の丁寧なチームビルディングのためのワークの実施（介入）は、実施前に比べ、グ
ループメンバーの感情知能、チーム信頼、チーム創造性、そして協力的文化の全ての要素を向上させることがわかった。また、こうした変数
は、プログラム実施数日後に至っても一定の効果を示していることも明らかになった。今後は、プロジェクトのパフォーマンス（最終成果）の評価との関連についても詳しく調べていきたいと考えている。
2 つ目のプロトタイピングである講義「プレゼンテーション」期末プロジェクトでは、上述の通り学生全員が本プロトタイピングについてふりかえりで言及したわけではないこことから、前提的な傾向をつかむことはできなかったが、言及しているふりかえりからは、一般的な挨拶や自己紹介に比べ、自己開示のしやすさや、相手を知るきっかけがより多く提供されていること、自分が他人にどう見られているかがわかった（＝安心感につながる）などの言葉も多く見受けられ、こうした気持ちを通じて、自分のチームでの立ち位置がより早く、的確に把握できたのではないかと推測している。
上記の見識については、まだ学会発表等は行っていないが、プロトタイピングを数回繰り返
し、効果測定の仕組みを確立していく必要があると考えている。

ミュニケーションや自己開示をためらう傾向があり、これがチームビルディングをさらに難しくしているという現実がある。
本研究で開発したワークショップは、短期間で実施可能でありながら、学生たちの間で迅速に自己開示や相互理解を促進できることがわかってきた。ワークショップを通じて、学生たち
は自分たちの役割を明確にし、チームメンバー
間の信頼を築くことができ、これがチーム全体の協働とクリエイティビティの向上に寄与していると考えられる。
現時点までで、仮説「プロジェクトの初期段
階での効果的なチームビルディングワークショ
ップの導入は、大学生のチームビルディング能力を高め、結果として持続的で高いパフォーマンスを発揮するチームを形成することができる」という仮説については、一定の支持がみられたといえるため、今後は以下のような点に注意して研究を進めていく。
●
効果測定の指標の開発●
BOiCE （ Bay Area Open Innovation
Center）との接点づくりとプロトタイピングの実施
以上

今後の計画：
タイトルにもある通り、本研究の最終目標は、
BOiCE（Bay Area Open Innovation Center）における起業プロセスを支援するためのワークの開発にある。学生だけでなく、企業のプロセスにおいて、チームがいかに協力しあえるかは、チームメンバー間での信頼関係作りや適切な役割分担にかかっていると言っても良い。
一方で、現実の職場や教育現場では、プロジ
ェクトの重要性に比べてチームビルディングの重要性が低く評価されがちであり、これがプロジェクトの進行に様々な問題を生じさせる原因となっている。特に、問題が発生した際にこれを解決するための適切なチームビルディング活動の欠如は、チームの分裂を引き起こし、起業
プロセスが頓挫することで、せっかくのすばら
しいアイディアがマネタイズされずに葬られてしまうことも少なくない。加えて、教育現場ではコミュニケーションに対する若者のアプロー
チが変化している現代において、オープンなコ― 53 ―

TOPへ戻る国際連携教育-ラモン・リュイ大学との「スクールメイト」

プログラムの実施建築学科

小塙

芳秀

は無理が生じる。

１．序論
グローバル教育のさらなる可能性を視野に二つ目は、設計においては個々の学生によ入れ、本学の建築設計演習系授業において、る成果物は、その人数分異なる点である。短他国との同時共有プログラムの実施に繋げる

期間の対面によるワークショップ形式では異ことが目的である。

なる国の学生によるチームを作ることが可能

提携校であるスペインのラモン・リュイ大
学と、彼らが以前より準備を進めている国際であるが、週 1 回の授業ではかなり困難である。

間共有プログラム「スクールメイツ・プログ

三つ目はスケジュールである。設計課題でラム」と本学の授業とを将来的に連携すべく、は 7 週もしくは 14 週を必要とするため、開始

前年度より話し合いを進めてきた。

時期が異なる可能性が高い海外との連携は難「スクールメイツ・プログラム」とは本学しい。

が勧めるコイルと近い性質のプログラムであり、海外の大学とプログラムを共有しながら日本建築学会の「建築教育の国際通用性に関わ授業を行うものである。

る戦略小委員会 」のメンバーを務めており、以前に千葉大学墨田サテライトキャンパスを視察
このようなプログラムの実施において、建した際、千葉大学では特定のプログラムにおい築系授業の設計演習で行うのは非常に難しいて海外の大学との共同授業の実施を試みていた。

のが現状であり、本学建築学部および建築学実施するための授業科目が用意されており単位

専攻の設計授業においては未だ実施されてい化されていることは、学生にとって参加しやすない。

い状況であった。しかし、海外の大学のプログ
ラムに合わせている面もうかがい、まだ改良の設計演習において難しい最大の問題は以下

余地はあると感じた。

の 3 点と考える。
ラモン・リュイ大学の課題（インターナシ
一つの目の問題は、課題条件である。設計ョナル・プロジェクト・コース）でも、設計演習では敷地を設定する必要があり、他の国

課題はセメスターを通して行っている。つまの敷地条件を理解することは容易ではない。

り、約 14 週間において、どれだけ教育的課題

また、それぞれの国の社会問題が課題設定にを共有できるかが問題となってくる。

関係するため、同一課題をリモートで行うに― 54 ―

TOPへ戻る本学では初めてとなる試みとなるため、学の一つである。

生の意識の変化を調査するきっかけともなる。

そのグラシア地区には 1892 年に建設されまた、本学においてどのような教室や空間がた市場があり、現在は立て直しの計画が進ん必要になるのか、単位化できる可能性はあるでいる。その歴史ある市場のリノベーションのかなどをまとめる機会となる。

として、市場と公共施設を合わせた、新しい市場の設計を行うプログラムを設定した。

２．研究計画
提携校であるスペインのラモン・リュイ大学の学部長であるジョセップ・フェランド氏、また副学部長であるジョルディ・マンシーヤ氏との意見交換を行いながら、異なる課題設
定の中で共通項目を探し、将来的なプログラ
ムの実施に向けて準備を整える。
2023 年 9 月に実施する gPBL においてラモ
ン・リュイ大学との交流の中で共通テーマを

現地での敷地見学の様子見つけ出していく。その際に、お互いの大学市場の構造のみが残っている状態

での活動を紹介しあうことで、相互の理解に努める。

gPBL で現地を訪れて調査を行い、現地の教

また、期間中には、2023 年度後期に行う設員によるレクチャーを得られることで、問題

計課題の敷地見学と調査を行う。gPBL 期間中点の一つである、敷地への理解とプログラムに演習の作業を進め、ラモン・リュイ大学にの共有に対処する。また、課題開始前にお互おいてプレゼンを行う。

いのこれまでの成果物を発表しあいディスカッションを行うことで、二つ目の問題点であ後期の 14 週間では実際に実験的に「スクーる個々の成果物の違いに対しての理解に対処

ルメイト・プログラム」を始動させる。主に、する。三つ目の問題点であるスケジュールに中間発表と最終発表を英語で行うことで、プ関しては、今年度の活動を通して整理していロセスを通して問題点を整理し、次年度へつくこととする。

なげる計画である。
課題の内容は以下である。
敷地はバルセロナのグラシア地区を対象とする。グラシア地区は細い路地で形成されている地区であり、特徴的な街区といえる。また店舗規模は小さく、個人商店やアトリエなども多く残っており、地元意識の強いコミュ
ニティーが存在する。8 月には地区の祭りが開催され、道ごとのコミュニティーにより飾り付けがされる。バルセロナでは有名な祭り― 55 ―

ラモン・リュイ大学における授業風景

TOPへ戻る３．計画の進行状況
gPBL・スペイン・バルセロナワークショッ

以下、スケジュールと活動概要。

プに参加した 13 名の学生のうち、小塙研究室

9 月 8 日から gPBL 事前調査。

の学生 8 名と他研究室 1 名がバルセロナのグ

9 月 11 日から１８日にラモン・リュイ大学とラシア地区市場再生の設計課題に取り組んだ。

の gPBL 実施期間。各大学の発表とミーティン

同時期にラモン・リュイ大学ではトルコ・グを兼ねる。

イスタンブールを敷地とした設計課題に取り

9 月 25 日から本学で設計課題開始。週 1 回の組み、現地調査後にバルセロナに戻り設計課

エスキースを実施。

題を行った。

11 月 28 日に中間講評会を開催。本学および本学の学生は修士 1 年生であり、後期の１

イオン・ミンク建築都市大学より 5 名程度の４週間の中で設計を行い、ラモン・リュイ大発表。

学の学生は主に５年生で、前期のセメスター

1 月 9 日に最終講評会を開催。本学より小塙期間で実施した。ちなみに、スペインの５年

研の 8 名と西沢研 1 名の計 9 名が発表。

生は、日本の修士１年生と同等の学年である。

イオン・ミンク建築都市大学よりダン・ドィ

また、プログラムの途中から本学の別の提ノイウ先生およびダン先生担当のクラスより携校であるルーマニアのイオン・ミンク建築

5 組が発表。ジュスティン・バロンセア先生

都市大学の 5 年生チームもこの交流プログラがサポートとして参加。

ムに加わり、3 大学による設計課題の同時進

ラモン・リュイ大学より、ジョルディ・マン

行を実験的に開始することとなった。ダン・

シーヤ先生および、ジョルディ先生担当のク

ドィノイウ先生担当のクラスがメインとなり、ラスより 2 組が発表。

ジュスティン・バロンセア先生がサポートと3 時間を予定していたが、講評が長引いたこして参加をした。

とと、発表時間が伸びたことで、合計で約 4

イオン・ミンク・建築都市大学では、ブカ時間に延長となった。

レスト市内に失われつつある市場を再生する

1 月 19 日

イオン・ミンク建築都市大学によ設計課題が設定されていたことから、偶然にる最終講評会にて約 15 組の発表が行われた。

も我々の課題内容と類似していた。また事前

本学からは小塙のみが ZOOM で参加。本学の学調査の内容もかなり近かったこともあり、途生の参加は時期的に難しい結果となった。

中からの参加が決まった。

ZOOM による中間発表の様子

中野椋平によるプレゼンテーションシート

― 56 ―

TOPへ戻る一連の発表後には、2 月 26 日よりイオン・ミとルーマニアでも常識的なアプローチであり、ンク建築都市大学のギャラリーにて、本学と共通点が多いことから共同授業を行う上で問

イオン・ミンク建築都市大学との合同で展覧

題が少なくなると考えられる。
また、ブカレストの中心部においても、水会を開催するに至った。

辺再生が問われる川が流れており、共通問題
としてご論を深めることも可能となる。
14 週の課題のうち、4 週を歴史の理解、10週をランドスケープと建築設計に充てることとし、その間に中間発表を開催し、最後に最終発表を行う予定とする。
また、後期においては、2023 年度同様に市場の設計課題を行いながら、3 大学間内でのさらなる可能性を探ることとする。
４．今後の計画
2024 年度においては、前期よりイオン・ミ

結果の考察と報告としては、学科内での情ンク・建築都市大学と共同授業への実施に向報共有と、日本建築学会の「建築教育の国際け計画を発展させ、後期においてはラモン・通用性に関わる戦略小委員会」においての意

リュイ大学との共同授業を試みる。特に、後見交換を通じて、学内および学外からのフィ期においては、2023 年度同様に 3 大学での共ードバックを得ることを目標とする。

同授業の開催に繋げる可能性もあるため、引
また、英語でのプレゼンテーションおよび、

き続き 2 校との調整を続けていくこととする。

英語によるプレゼンテーションシートの作成
2023 年度の前期においては、大学院の設計

は、本学の参加学生にとっては貴重な機会と演習授業である、建築学演習デザイン１・２なるため、可能な限り展覧会を開催できるよにおける設計課題をイオン・ミンク建築都市

うに、引き続きイオン・ミンク建築都市大学

大学と連携を行う。

に協力を仰ぐ。

本学では、次のような設計課題とする。
外濠の再生をランドスケープと建築から考える。
設計課題の敷地を東京都内の外濠とする。
飯田橋から四谷にかけて調査範囲として、歴史を理解した上で、水辺としての外濠を一部再生させる公園および、公園内に現存する土木学会の建物を新たに設計する。
歴史、ランドスケープ及び都市、建築を一連の物としてとらえる設計手法は、スペイン― 57 ―

TOPへ戻る学修者の学びを担保するカリキュラムマネジメント支援と学修成果の可視化体制の構築
教育イノベーション推進センター

榊原

暢久

共同研究者
工学部機械工学科
教育イノベーション推進センター
システム理工学部生命科学科
建築学部
情報イノベーション部
就職・キャリア支援部
教育イノベーション課
付属中学高等学校
豊洲学事部・学生課
学事本部・大学企画課
教育イノベーション課

角田 和巳
相原 総一郎
奥田 宏志
恒安 眞佐
鈴木 洋
久保 ひとみ小倉 佑介
荻田 忠伸
茂木 亜貴子
宇佐美 優里・古川祐輔
星 由華・山本 郷子・逸見信子（１） 学修・教育到達目標（mDP）ごとの

１．はじめに

学修成果の可視化

本学・教育イノベーション推進センターで
これまで開発・実施してきた新任教職員研修（２） mDP と各授業の到達目標・評価方法の整合性整備プログラムや理工学教育共同利用拠点プログ
ラムは、教員個人の授業改善における PDCA

（３） 可視化された情報をもとにした優先的な検討課題の決定サイクルの実質化や、研究・管理運営にまで
FD を広くとらえた支援という意図をもった（４） 課題の共有と改善

ミクロレベルの FD プログラムが主であった。
一方、中教審・教学マネジメント指針にあを各学科等が継続的に実施できるような支援る教学マネジメントを支える基盤としての体制を構築する。また、それらの実現のため「 三 つ の 方 針 を 通 じ た 学 修 目 標 の 具 体 化 」、に、カリキュラムマネジメントに関わる教職「授業科目・教育課程の編成・実施」、「学修員に必要な資質向上の機会を主導する職員や、

成果・教育成果の把握・可視化」が定常的か

カリキュラム・コーディネーター等のカリキ

つ適切に実施されるためには、カリキュラムュラムマネジメントに精通した教職員を充実

マネジメントに対する支援体制の構築が急務

させる。

である。
本課題では第 4 期認証評価を見据えたカリ

２．準備段階及び研究計画

キュラムマネジメント実現のため、学科・入準備段階：本学ではこれまで、DP を詳細化

学年度ごとに、した mDP を学科等ごとに設定、WEB シラバ― 58 ―

TOPへ戻る

スの充実、学生ごとの e ポートフォリオが稼

2021 年度入学生の取得単位数平均が 2
単位以下となっている mDP について、働し、上にあげた（１）を実施してきた。
ここに至る過程で、榊原、角田、奥田、恒

今後の単位取得見込みや履修指導の予

安、久保、荻田、鈴木、星、他７名が日本高定、あるいは 2 単位以下の取得で mDP

等教育開発協会主催のカリキュラム・コーデに到達できるとする理由の確認（表 1ィネーター養成講座を、榊原、鈴木、星、他参照）

６名が愛媛大学主催の SD コーディネーター



各学科に対し 2022 年度に確認・報告

研修を既に受講し、この課題を実施する際のされた事項について、その後の状況を素地が出来ている。理工学教育共同利用拠点確認

として既に７年間の活動実績があり、学生ス

2024 年 度 以 降 の カ リ キ ュ ラ ム 大 幅 改

タッフの１つである SCOT プログラムも既に訂にむけて、各学部執行部からの要請構築されている。

に従い支援

2023 年度：各学科等において、上記の（１）～（４）の実施ができるような支援体制を構

これらにより、ここまで実施したことを継築する。また、カリキュラムマネジメントに続的に実施する体制、および教育イノベーシ

関わる能力開発を主導する教職員に必要なョン推進センター・カリキュラムマネジメン

SD コーディネーター養成講座およびカリキ

ト部門としての支援体制が固まりつつある。

ュラム・コーディネーター養成講座受講者をまた、2024 年度以降のカリキュラム大幅改訂

増やす。これらを実施する過程では、国内外にむけて、各学部執行部からの要請に従い支の FD 専門家集団と情報交換を行い、最新の援を行った。具体的には、工学部、システム

状況変化に備えるとともに、適切な助言を得

理工学部、デザイン工学部の新カリキュラムる。

設計に関し、3 ポリシーと mDP の整合性の最終確認等を、大学企画課と協働で実施した。
カリキュラムマネジメントに関わる教職員

３．計画の進行状況
今年度は、2023 年度入学生のカリキュラムの能力開発を進めることは、カリキュラムマ
ネジメントを持続的に進めるために必須であについてる。このため、愛媛大学と本学主催のカリキ
mDP と開講全科目の対応表を整備

ュラム・コーディネーター養成講座初級編を



mDP 達 成 可 視 化 の た め の 主 要 科 目 の3 名の教職員が、ファカルティデベロッパー

設定養成講座を 2 名の教職員が、（株）ビズアッ

全 17 学科への整合性整備支援

プ総研主催の教学マネジメントに関する講座



主要科目のシラバスに掲げる到達目標

を 6 名の学内教職員が受講し、基盤のさらなと mDP の整合性チェック

る強化を行った。
４．今後の計画と課題を実施するとともに、以下の点を進めた。

ここまでの取組で、学生ごとの mDP 達成


学科の多くの mDP に対応する卒業研度を可視化したことにより、学科ごと・年度

究について、対応する mDP に掲げる

ご と の 入 学 生 全 体 に つ い て の mDP 達 成 度

各能力を卒業研究において確認・評価が可視化可能になり、それに基づき改善サイ

していることを示すエビデンスの確認

クルが回りつつある。一方、mDP に紐づく

― 59 ―

TOPへ戻る各科目の評価方法については、確認が不十分榊原暢久・角田和巳・鈴木洋・相原総一である。また、mDP を達成するためのカリ郎：芝浦工業大学におけるカリキュラム

キュラム全体の妥当性について、当事者であの整合性整備、可視化情報による改善のる学生からの意見を改善サイクルに反映す

取組と課題、第 30 回大学教育研究フォるシステムもまだ不十分である。教育イノベ

ーラム、2024 年 3 月.

ーション推進センター・IR 部門、FDSD 推
進部門、カリキュラムマネジメント部門担当

６．参考情報者と連携をしながら、検討と改善を進めてい愛 媛 大 学 ・ 芝 浦 工 業 大 学 （ 2023） カ リ キ ュ
ラム・コーディネーター養成講座．

く。

https://web.opar.ehime-u.ac.jp/info/fdercci
ntokyo/５．学会等発表状況
榊原暢久：学部・研究科レベルでの質保

中 井 俊 樹 （ 2023） セ ミ ナ ー 「 い ま 全 大 学 に

証活動における学部等の執行部及び全求められる学修成果の把握と可視化」

学的な組織の役割、大学基準協会

https://ict-enews.net/2023/10/26bmc-net-3

大/

学・短期大学スタディー・プログラム
FD 講演、2024 年 2 月.
榊原暢久：教育活動をより良くするための学生参画の可能性、帝京科学大学
FD 研修会、2024 年 3 月.

【表 1】2021 年度入学生の取得単位数平均が 2 単位以下となっているｍDP 一覧（2023 年 4 月
時点）
学科・コース2021 年度入学生ｍDP（参考）2022 年度入学生ｍDP

A.機械工学科

B1, C3

A1, A2, B1, C3

B.機械機能工学科

D

D

C.材料工学科

II.g, III.i

I.d, II.f, II.g, III.h, III.i, III.j

D.応用化学科なし

E

E.電気工学科

A2, B, E, G

B, E, G, H, I

F.情報通信工学科

E, F1, G, H

B, D3, E, F1, G, H

G.電子工学科

E, F, G

B, E, F, H

H.土木工学科

E, G, H, J

A2, E, F, G, H, J, K

L.情報工学科

B4, B6, C1, D, F1, G

F1, G

M.先進国際課程

C, D

B, C, D

P.電子情報システム

B, D3, G2, G3

D1, D2, D3, E, G2, G3, H1, I

B, D3, G3, H3

D1, D2, D3, E, G2, G3, H1, H3, I

B, G2, G3,

B, D1, D2, D3, E, G3, H1, I

B, G3, H3

D1, D2, D3, E, G3, H1, H3, I

学科(一般)
P.電子情報システム
学科(国際)
Q.機械制御システ
ム学科(一般)Q.機械制御システ― 60 ―

TOPへ戻るム学科(国際)
R.環境システム学科

D3, G2

B, D1, D2, D3, E, G2, H1

D3, G2, H3

B, D1, D2, D3, E, G2, G4, H1, H3

N.生命科学(一般)B, D3, G1N2b

B, D1, D2, D3, E, G1N2a, G2, G3, H1, I

N.生命科学(国際)B, D3,

B, D1, D2, D3, E, G1N2a, G2, G3, H1,(一般)
R.環境システム学科
(国際)

H3, I
N.生命医工(一般)B, D3, G2

B, D1, D2, D3, E, G1N2b, G2, G3, H1,
I

N.生命医工(国際)D3, G1N2a, G2, H3

B, D1, D2, D3, E, G1N2a, G2, G3, H1,
H3, I

V.数理科学科(一般)B, D3, G2, G3, H3

B, D1, D2, D3, E, G1, G2, G3, H1, H4

V.数理科学科(国際)B, D1, D3, E, G2, G3, H4

1 名のみのため要個別対応

Y.デザイン工学科

G

B, D1, D2, F

Z.建築学科(AP)77, 8, 9

Z.建築学科(SA)7, 8, 97, 8, 9

Z.建築学科(UA)7, 8

7, 8, 9― 61 ―

TOPへ戻るDesign and Implementation of Double Degree/Joint
Degree Education Model for Doctoral students at SIT
先進国際課程1. Introduction
In the present scenario, the presentationof a university as a brand plays animportant role in drawing the attention ofnational and international students,
further securing a sustainable future forthe growth of the institution. Currently,
the popularity and prestige of any
institution are judged by its academic
rankings.
Variousfactorssuchasinternational
educational
programs,
researchwork,
publications,andcollaborations serve as determinants of
the institution's rank at the global level.
With the aim of fostering betterinternational
collaborations,
Joint
Degree (JD) and Dual Degree (DD) programs
are crucial and play an important role
globally. Joint Degree (JD) and Dual
Degree (DD) programs offer a collaborativeenvironment and lead to effective research,
subsequently paving the way for various
international publications in prestigious
journals.
In the past, it was observed that due tocurriculum
differencesattheinternational
level
among
various
universities,itwasdifficulttoformulate combined JD programs. However,
over time, universities are now moving
towards standardized courses and syllabi
globally, which has largely facilitatedthe design of JD programs. Similarly, dual
degree (DD) programs present students with

ミリアラ

ムラリダ

a unique opportunity to obtain two degrees
simultaneously, fostering not only a wellrounded education but also an appreciation
for cultural variances in both nations inthe scenario of international exchange
students. Furthermore, DD programs double
students' job prospects, as it makes themincreasingly desirable to both local andinternational employers.
Shibaura Institute of Technology (SIT),
moving
ahead
with
the
wave
of
globalization, aims to embrace growth byemphasizing programs like Joint Degree (JD)
and Double Degree (DD). Over recent years,
SIT has precisely observed and understoodhowleading
universities
worldwidesuccessfully integrate such programs,
confront challenges, and gain significant
benefits. With a firm focus on excellence,
SIT has closely examined universities withoutstanding global rankings, strategic
locations, and diverse academic offerings.
SIT's predominant goal is to forge robust
partnerships with global universities,
establishing top-tier DD/JD programs for
doctoral candidates and taking important
steps towards this vision.
SIT has outlined key objectives thatcomprise an implementable strategy toenhance its global reputation and ranking.
Through extended research endeavors,
fostering innovation and entrepreneurship,cultivating international collaborations,and enhancing teaching quality, SIT aims

― 62 ―

TOPへ戻るfor substantial growth. Collaboration withesteemedinternational
institutions
serves as a crucial gateway to fresh
research ideas, resource sharing, andenhancing the impact and quality of
research output. Additionally, increasedenrollment of PhD students fuels a steadystream of talented researchers who
contribute to SIT's research agenda, boost
research
quality,andsupportits
reputationasaresearch-intensive
university.
SIT's mission is to provide a diverse andinclusive campus environment that embraces
students from across the globe, fosteringcross-culturalinteractions.
SIT
envisions a vibrant environment where
cultural exchange programs, enriching
study tours, and impactful community
engagement projects thrive. Importantly,
these initiatives can be implemented withminimal financial strain, ensuring a costeffective and sustainable approach tolong-term growth. By leveraging existing
resources and forming strategic alliances,
SIT is poised to create an innovative
learning environment that attracts andretains the brightest talents globally,
thereby elevating its reputation tounprecedented heights as a bastion ofacademic excellence.
2.
Research Activity / Plan
For a long time, the Shibaura Instituteof Technology has successfully conducted
the DD/JD program, leading to various
international
collaborations
andconstructive outcomes. For instance, SIT
facilitated the enrollment of a doctoral
student from the University Putra
Malaysia for a year of joint supervision
at SIT and collaborated with the
University of Caen (France) to host a

research exchange student at SIT.
Furthermore, SIT has expanded its
collaborative efforts with several
universities, including IITM (India),
IITH (India), UPM (Malaysia), and the
University of Caen (France).
Currently, SIT has initiated dialogues
with Directors, Vice Chancellors, andDeans from renowned Indian universities
via the Japan-India Universities forum
facilitated by JST. These discussions
have unveiled promising prospects for
introducing DD/JD programs and fosteringresearch exchange initiatives. During
the fiscal year 2023, SIT carried out
variousresearch
initiatives
that
resulted in successful collaborations
with other universities. One of theaccomplishments was the publication ofresearch work in an International
Journal. Ms. Aliah Nursyahirah Kamarudin,a PhD and Joint supervision program
candidatefrom
UPM(Malaysia),
successfully
publishedher
work
performed at SIT. This achievement
furtherstrengthened
theresearch
partnership between the institutions.
Additionally, SIT welcomed a doctoralcandidate Mr. Gaetan Simon from the
University of Caen (France) for a yearlong research exchange and jointsupervision,
enhancingthecrossinstitutional collaboration. Notably,
SIT facilitated student and faculty
exchanges with IITM in India and UPM in
Malaysia during the aPBL program held in
December 2023. These exchanges provided
an opportunity for discussions on the
DD/JD program and fostered researchexchange activities.

― 63 ―

TOPへ戻る

IIT (Hyderabad), one of the prestigious
institutions in India, has shown keeninterestinhavingresearch
collaborations with SIT and establishinga JD program in the future. This
collaboration would greatly enhance
SIT's reputation and recognition. In the
future, a process to develop a DD/JD
Memorandum of Understanding (MoU) withIITH should be considered. UPM isalready a strong collaborative partnerwith SIT, and they currently have a PhD
student who is jointly supervised byboth institutions. In the upcoming year,
SIT will focus on establishing an MoU
for a PhD-level JD/DD program andidentifying
suitablecandidates.
Additionally, SIT is in discussions withother esteemed Indian universities andlooking
forpotential
research
collaborations.
3.
ProgramDuring my visit to Universiti Putra
Malaysia (UPM) in 2023, I had theprivilege of attending a presidential
meeting with President Prof. Dr. Mohd
Roslan bin Sulaiman. The primary topic ofdiscussion was the potential establishmentof a joint degree and double degree
program for PhD students. Furthermore, a
discussion on the implementation of double
degree programs between both universities
was held. The proposed program aims to
make a significant impact by enrichingboth the quality and quantity of research
initiatives between the two universities.
Not only will it offer students the chanceto earn degrees from both institutions,but it will also cultivate a stronger bond
between SIT and UPM. The collaborations inprogress mark a milestone that underscores

the dedication of both universities toadvancingacademic
excellenceandnurturing partnerships that go beyond
individual campuses.
In 2023, Osmania University in Hyderabad,
India, initiated a partnership with SIT
during the visit of their Vice Chancellor.
This agreement, in the form of a
Memorandumof
Understanding(MoU),
signifies
thecommencementofcollaborative
effortsandresearch
exchanges between the two academic
institutions. During discussions with theVice Chancellor and myself, we exploredplans to implement and develop Joint
Degree (JD) and Double Degree (DD)programs as part of this collaboration.
The partnership between Osmania University
in Hyderabad, India, and SIT through a
Memorandum of Understanding (MoU) holds
several benefits. The Joint Degree (JD)
and Double Degree (DD) programs will allow
students from both institutions to accessa broader range of academic offerings.
These programs often combine the strengthsof each institution, providing a morecomprehensive
educational
experience.
Collaborative
effortsandresearch
exchanges foster a global perspective
among students and faculty. They gain
exposure to different academic approaches,
culturalcontexts,
andresearchmethodologies,
enrichingtheirunderstanding and skills. Students andfaculty participating in joint programs
have the opportunity to interact withindividuals
fromdiverseculturalbackgrounds.
This
promotes
culturalexchange, understanding, and appreciation,
contributing to the development of global
citizens. Partnerships between academic
institutions
createnetworking
opportunities for students and faculty.

― 64 ―

TOPへ戻るThese connections can be valuable for
future collaborations, research endeavors,
and career opportunities both domesticallyand internationally. Two-way initiatives
with reputable institutions like Osmania
University and SIT enhance the prestige
and reputation of both organizations. Thiscan attract top-tier students, faculty,
andfunding
opportunities,
furtherstrengthening their academic standing.
Overall,increasing
SIT’s
globalreputation and brand value. In September
2023, the esteemed Indian Institute ofTechnology (IIT) Hyderabad graced our
campus at SIT for an exchange program.
During their visit, we had the privilegeof engaging in fruitful discussions
regarding the potential implementation of
Joint Degree (JD) and Double Degree (DD)programs between our institutions. The
exchange of ideas was further explored,
and we sought the valuable input ofparticipating students regarding thepossibility of enhancing research exchange
programs. Their insights were pivotal in
shaping the direction of our discussions.
Fortunately,
theoutcomewasoverwhelmingly positive. The successful
conclusion of the exchange program not
only solidified our existing partnershipbut also opened up new possibilities ofcollaboration. This laid the foundation
for future actions, including the prospectof students from IIT Hyderabad joining us
at SIT for JD/DD programs, thus promotingadeeperconnection
betweenour
institutions
andenhancingacademicopportunities for our students.

The overarching objective of the programis to strategically identify globally
acclaimed universities whose research
focus harmonizes seamlessly with that of
SIT. By cultivating enduring partnerships
with these eminent institutions, we aim tofosteracollaborativeenvironment
conducive to academic excellence. Thisentails the establishment of Memorandumsof Understanding (MoUs) designed tofacilitate Joint Degree (JD) or Double
Degree (DD) programs.
At present, SIT has successfully forged
MoUs with esteemed institutions such as
UPM and Osmania University, offering
students the invaluable opportunity to
pursue joint or double degrees from two
prestigious universities. Furthermore,
SIT is actively engaged in the developmentofaPhD-level
JD/DD
programincollaboration
with
UPM
and
IITH.
Anticipating an influx of students forresearch exchange and JD programs fromthese partnerships, we are committed tofurther expanding our academic horizons.
Moreover, we are earnestly pursuing
mutually
beneficial
research
collaborations
withdistinguisheduniversities like IITM and the Universityof Caen (France), aiming to foster
innovation and propel the frontiers ofknowledge. Through these collaborative
endeavors, we aspire to advance not only
our own research initiatives but also
contribute significantly to the global
academic landscape.

4. Future Plan, academic societies,
submissions/presentation status of papers,etc.,― 65 ―

TOPへ戻るgPBL の体系化と持続的イノベーションの創出
工学部先進国際課程

吉久保

肇子

共同研究者
システム理工学部環境システム学科
中村 仁
工学部電気工学科
藤田 吾郎
システム理工学部電子情報システム学科
三好 匠
工学部機械機能工学科
長澤 純人
システム理工学部生命科学科
渡邉 宣夫
システム理工学部生命科学科
Shahrol Mohamaddan
マレーシアオフィス
石崎 浩之
国際部
国際部
国際部
国際部

猪田
古屋
影山
宮坂

政彦
雄高
礼子
勇也
たフィードバック調査を基に、PDCA サイ

１．序論

クルを実施。

本研究は、2022 年度教育改革研究活動助成「 gPBL の ア セ ス メ ン ト と イ ノ ベ ー シ ョ ン の

3) Journal に投稿した論文を基に、学内での創出」の後続プロジェクトである。2022 年度

情報共有を行い、国内外の学会で発表。

には、本学が東南アジアの工科大学と共同で

4) 1-3 の 作 業 を 通 じ て 体 系 化 さ れ た 実 践 手法を他の大学と共有。

行った gPBL を中心に、各プログラムに共通する課題の特定と改善策の検証を行った。その結果、gPBL における体系的問題を以下の 3 つ３．計画の進行状況
1)のカテゴリーに分類することができた。

課題の抽出
gPBL 担当教員によって観察された、各プロ

1) 参加者の知識の不足。
2) 参 加 者 の 英 語 力 不 足 と 異 文 化 環 境 へ の 適

グラム間に共通する課題は以下の 2 点である。


応の難しさ。

おける、学生間の貢献度の不均等。

3) オンライン gPBL におけるグループプロジェクトの固有の課題。

gPBL の 主 活 動 で あ る グ ル ー プ ワ ー ク にグループワークにおける学生個々の関与。
度評価方法の欠如。

本研究では特に 3 番目のカテゴリーであるオ

多くの場合、gPBL の成績評価は最終日のグンライン gPBL におけるグループプロジェク
トの課題とその解決策に焦点を当て検証した。

ループプレゼンテーションの結果のみに基づいている。そのため、本学および協定校の参加者間では、成績評価の対象とならないグル

２．研究計画以下の 4 項目を研究目標として設定した。

ープ活動において手を抜く学生や、プロジェ

1) gPBL の効果を、定量的および定性的な両クトの途中で参加を止めてしまう学生も存在する。一方で、オンライン（または対面）で方の観点から検証。
2) gPBL 担当教員および参加者を対象に行っの教育においても、担当教員が参加者の個別― 66 ―

TOPへ戻る

の関与を終始正確にモニタリングし、定量的

例えば、グループワーク内の作業に貢献するに評価することは困難である。

発言や、プロジェクトの方向性に直接貢献す2)

解決策：Slack による評価方法の開発

るアイデアや意見、ビデオクリップ作成など本研究ではグループワークにおける学生

はレベル A に分類される。一方、プロジェク

個々の関与度評価手法の開発に取り組んだ。

トに関係のないカジュアルな会話や絵文字を明確な評価基準を設けることにより、評価プ使ったリアクション、単純な同意を示す発言、

ロセスの公平性と一貫性を学生に保証するこチームのやる気を損なうようなネガティブなとを目指した。方法論として、オンライン

発言はレベル C に分類される。A にも C にもgPBL の グ ル ー プ ワ ー ク ス ペ ー ス で 頻 繁 に 利

分類されない発言はレベル B に分類される。

用される Slack に着目した。この Slack プラ
ットフォームを用いて、理工系だけでなく他の分野にも適用可能なコストのかからない国
際協働学修におけるグループワーク内の学生
個別の関与度評価手法を開発した。Slack の
利点は、以下の通り。
- Comments which our assessors judged had facilitated the progress of group work, without directly triggering a‘next step’ in the project. For example, just expressing encouragement to other members.

グループメンバー間のコミュニケーショ
ンが Slack チャンネルに自動的に記録され、アーカイブされる。



Slack のタイムスタンプ付きデータを利Level C (1) includes:- Casual conversation unrelated to the project, emoji, and other reactions as well as simple ‘yes’ / ‘no’ typeresponses.
- Sharing Zoom links, Google slides, etc.
- Posting presentation materials in the group chat (as all students have access to these already).
- Statements with no identifiable meaning.
- Repetition of a statement the same or very similar to one the student had already made.
-‘Negative’ statements which might demotivate the team.
Source: Hatsuko Yoshikubo, Sumito Nagasawa, Hiroyuki Ishizaki: ‘Creating Innovation for Interdisciplinary Robotics Workshops: Solving SystematicIssues in the Online Project-Based Learnings in Engineering Education’, The 2023 ASEE Annual Conference & Exposition, Baltimore, USA, June 2023.

用することで、参加者のグループプロジ

グローバルPBLプログラム研究会

図 2 Slack 上での発言の分類方法

ェクト内での活動パターンを、時間単位で分析することが可能。

3)

初 め に 、 教 員 と 学 生 で 構 成 さ れ る 「 Slack
評 価 開 発 チ ー ム 」 を 結 成 し た 。 次 に 、 Slack上での発言を A から C の 3 つのレベルに分類
して個々の関与度を評価する尺度を設定した（図 1）。

Slack 評価導入後の検証結果
Slack 評価の導入により、グループワーク

における学生個々の関与度スコアが最終成績に反映されることで、参加者のグループプロ
ジェクトに対するコミットメントは強まるという仮説の下で検証を行った。パイロット調
査の段階では成績には影響せず、参加者にも事前に通告せずに Slack 上の発言を観察・分析した。パイロット調査の結果、Slack を用いたグループプロジェクト内での個別活動評
価の運用が可能であることが確認できた。また TA２ 名 に デ ー タ の 抽 出 と ソ ー ト 作 業 を 依頼した場合、gPBＬ終了後一週間以内には成績報告が可能であることも判明した。図 3 は、
パイロット調査後の Slack 評価正式導入前後
で、参加者のグループワークへの関与度を比

図 1 Slack 評価方法開発手順較分析したものである。gPBL 開始時に Slack

図 2 は、Slack 上での発言分類方法を示す。

評価方法と、グループプロジェクト関与度が最終成績に参入されることを参加者に予め伝― 67 ―

TOPへ戻るえたところ、参加者一人当たりの Slack 投稿

ローバル PBL グラム研究会（文部科学省・大数（グループワーク関与度）はほぼ倍増した。

学の国際化促進フォーラム事業）」では、本プ

Slack 評価導入することで、特定の参加者のロジェクトで得られた知見を学外の参加者にアクティビティ調査も可能となった （ 図 4）。

も共有することで、本報告書の第 2 部で挙げた 1)から 4)までの全ての研究計画を遂行することができた。今後は、「グループプロジェ

Table 1: Comparing the post number on Slack per participants
between the AY2021 and the AY2022 workshop

クトにおける学生の個別の関与度評価」に加えて、研究対象を「学修評価手法」に拡大する予定である。
【学会,論文等投稿・発表状況:2023-2024】

These results strongly suggest the following:

1. Journal papers‘Slack-based evaluation’, in combination with making students
aware of exactly how their group works will be assessed andevaluated, can play an essential role in boosting participants’motivation and level of engagement in group projects.

1) Hatsuko Yoshikubo, Sumito Nagasawa,
Nabilah Ibrahim, Hiroyuki Ishizaki,

Source: Hatsuko Yoshikubo, Sumito Nagasawa, Hiroyuki Ishizaki: ‘Creating Innovation for Interdisciplinary Robotics Workshops: Solving SystematicIssues in the Online Project-Based Learnings in Engineering Education’, The 2023 ASEE Annual Conference & Exposition, Baltimore, USA, June 2023.

Masahiko Tachibana:グローバルPBLプログラム研究会“Interdisciplinary Online Robotics

図 3 Slack 評価導入後の参加者一人当たりのWorkshop: Pedagogical Issues andSlack 投稿数（グループワーク関与度）

Innovations”, Journal of JSEE,
Special Issue 71-1, pp.27-34, January
Her global competence score is decreased after th
She commented negatively in the open feedback s

2023.
2) Hatsuko Yoshikubo, Soichiro Aihara,
Masahiro Inoue, Atsuko Yamazaki, Ned
Loader, Hiroyuki Ishizaki, Masahiko

Hourly engagement pattern of ‘Student A’ in AY2021.
*These are ‘stacked’ bar charts, the total number of posts (in a particularhour) made by the student A and the rest of the group collectively.
28 Feb. Team 3

1 Mar. Team 3

2 Mar. Team 3

3 Mar. Team 3

Tachibana: “Assessment of Online

4 Mar. Team 3

Study Abroad Programs from theStudents' Perspectives”, Journal of

Percentage of total group engagement that came from ‘Student A’ in AY2021.

JSEE, Special Issue 71-1, pp.18-26,
グローバルPBLプログラム研究会

January 2023.

図 4 学生満足度調査で否定的なコメントを

3) 塚原修一、濱名篤、山田礼子、深澤晶久、した学生 A の Slack アクティビティ

川嶋太津夫、中村仁、栗本博行：「コロナ化がもたらした大学教育の可能性＜ラウ

４．今後の計画及び学会,論文投稿・発表状況

ンドテーブル報告＞」、大学教育学会誌

本プロジェクトの活動内容は、最終的にジ45(2) 、169-174、2023 年 12 月

ャーナル論文 5 件、テクニカルレポート 3 件(本報告書も含む)、国際学会論文発表等 9 件、

4) Hatsuko Yoshikubo, Sumito Nagasawa,
Leo Kimura, Yujiro Iwata: “Measuring

合計 17 件の研究成果に繋がった。本プロジェ

Student Engagement in Group Work Using

クトの予備的調査として 2022 年度に芝浦工

Slack-Based Evaluation: Solving Issues

業大学から教育改革研究活動助成を受けた

in Global Project-Based Learnings”,「研究課題名：gPBL のアセスメントとイノベ

Journal of JSEE, 72-3, May 2024.

ーション創出」は、2023 年 11 月芝浦工業大学創立記念式典で学長賞（教育）を受賞した。

5) Hatsuko Yoshikubo, Gabriele Trovato:

また、2023 年 7 月 14 日開催の本学主催「グ― 68 ―“The Value of Humanities Components in

TOPへ戻るEngineering Curricula: Evaluating anodes for disaster onsite

Japanese History course in the context

investigations”, 2023 ASEE Conferenceof SIT's Innovative Global Program”,

Paper, Baltimore, US, June 2023.
4) 中村仁:「オンライン産学官連携グローバ

Journal of JSEE, 72-3, May 2024.
2. Technical reports

ル PBL の事例」、ラウンドテーブル 20「コ1) 吉久保肇子、中村仁、藤田吾郎、三好匠、

ロナ化がもたらした大学教育の可能性～

長澤純人、橘雅彦、石崎浩之、猪田政彦、

対象・方法・内容～」、大学教育学会第 45

古屋雄高、古屋雄高、仙波亮典、影山礼

回大会、大阪大学、2023 年６月

子、宮坂勇也他：「gPBL のアセスメントと5) 中村仁：「イノベーション創出・人材育成

イ ノ ベ ー シ ョ ン 創 出 」、 2022 年 度 特 別 教に資するグローバル PBL の取組」、日 ASEAN

育・研究報告集 41-44、2023 年 5 月

ビジネスウィー2023、2023 年 6 月

2) 吉久保肇子：「グローバル PBL 学修成果理6) 吉久保肇子：「グローバル PBL のグループ

論構築とエンジニアリング教育測定ツー

ワークにおける個別活動とその評価」、

ル開発の国際協働研究」、2023 年度特別教「大学の国際化促進フォーラム」事業：

育・研究報告集（プロジェクト研究助成）、

グローバル PBL プログラム研究会演習機

2024 年 5 月

会② PBL の実施効果の情報提供・評価 、
2023 年 7 月

3. International conference papers and7) Yujiro Iwata, Leo Kimura, Hatsuko

othersYoshikubo, Sumito Nagasawa:

1) Hatsuko Yoshikubo, Sumito Nagasawa,
Hiroyuki Ishizaki: “Creating“Enhancing Student Participation in

Innovation for Interdisciplinary

Online Global Project-Based Learnings

Robotics Workshops: Solving Systematic(gPBLs) Through a Slack Based

Issues in the Online Project-Based

Evaluation: A Student Perspective”,

Learnings in Engineering Education”,

2024 ASEE Conference Paper, Portland,2023 ASEE Conference Paper, Baltimore,

US, June 2024.
8) Sumito Nagasawa, Hatsuko Yoshikubo:

US, June 2023.
2) Hatsuko Yoshikubo, Gabriele Trovato,“Cost-Effective Research Platform for

Hiroyuki Ishizaki: “Fostering Global

Child-Robot Interaction Studies Using

Engineers through the Study of thea Smartphone-Based Humanoid Robot with

Humanities: Assessment of the Course

Double Gesture Arms”, 2024 ASEE

'Science and Religion in Japan' from a

Conference Paper, Portland, US, June

Racial Equity Perspective”, 2023 ASEE

2024.

Conference Paper, Baltimore, US, June

9) Hatsuko Yoshikubo, Dita Puspita Sari,

2023 (MULTI Eng. Division Best

Gabriele Trovato, Eiji Kamioka,

Diversity Paper Award).

Darminto Darminto: “Global Competence3) Hiroyuki Ishizaki, Sumito Nagasawa,

Scores among Indonesian Undergraduate

Hatsuko Yoshikubo, Hitoshi Nakamura:Physicists: A Preliminary Study“Affordable robotics toolkits for

Towards the Implementation of a New

equitable and interdisciplinary

COIL”, WERA 2024, Manchester, UK,

education, transformable to searching

September 2024.

― 69 ―

TOPへ戻るGLOBAL e-class 講義開発のための教材制作
デザイン工学科

梁元碩

共同研究者
国民大学造形学部工業デザイン学科 MyeongHeum

YEOUN

演習での教育として大きく分類ができる。

１．序論
本研究は、2015 年から現在まで行なってい特に、実践中心の教育は、技術的スキルとる「異文化の体験による交流活動」テーマの人間的知識のバランスの取れた統合を重視し、

韓 国 国 民 大 学 と の 短 期 間 の グ ロ ー バ ル PBL

思考と表現のバランスの取れた発展が重要なを長期的なオンライン講義化することでさらデザイン思考を学べる価値を持つ。実践的なに発展させるために企画したものである。今プロジェクト演習型の教育は多様な方法論をまで行ったグローバル PBL は学生にとって採用し（Caner Yüksel et al., 2021）、学生がいい経験になり、プログラム終了後に成果をデザインの原理や方法論を学び応用するため書籍としてアーカイブ化して、参加できなかの プ ラ ッ ト フ ォ ー ム を 提 供 し た り （Mine etった学生たちにも教育資料として活用した。

al., 2022; A., Berrin et al., 2022）、デザイン思

しかし、相手大学と交流を行いながら、短期考能力を探求し開発する環境を提供したり

交流プログラム（gPBL）から始め、交換留学、（Gizem Bodur, Dilek Akbulut, 2022）する。

その後大学院進学まで繋がれる様々な成果をさらに、教育へのアプローチはデザインプロ

出したが、教育や研究に活用するためにはよ

ジェクト演習の経験を形成する上で重要な役

り質を高めるためる必要を感じた。また、成割を果たす（Orhan Hacihasanoglu, 2019）。

果物として参考資料の書籍も出版したが、ア

この内容を実現するため、最初に大学院生のイデアの事例にとどまった印象が強いため、プロダクトデザイン研究（大学院）の講義を

コロナ禍をきっかけで試みした 8 日間のオンオンラインで同時開講することで、短期間でライン gPBL の経験からオンライン講義の可の経験中心の活動だけではなく、常に年間を能性を感じた。

通して専門分野の留学する体験が実現させた
い目的である。

図1

gPBL 成 果 物 の 書 籍 化

それで、2022 年 2 月の gPBL 後に両国の新学期から始まる e-class を開発するために教材の必要性を考えた。デザイン専門の教育

図22023 年度 gPBL の団体写真

は理論中心の座学と実践中心のプロジェクト― 70 ―

TOPへ戻るアイデア出し、反復スケッチ・モデリング、

２．研究計画本研究では、デザイン教育のグローバルオ

プロトタイピング、プレゼンテーションの探

ンライン講義のプロセスを教材の制作につい求を通して、デザイン・プロセスの基本的なて、次のプロセスで行う。

理解を深める。

１）今までの両大学の交流活動と各大学のシ

３.３

既存プログラム事例の調査

ラバスや講義の調査を実施し、グループワー

デザイン工学部のグローバル活動は、10 日

ク型のスタジオ教育のモデルを検討した。

程度の短期交流中心の単位認定してもらえる

２）既存プログラム事例の調査・設計を行い、gPBL1、2、3(学部)、Advanced

デザインの授業構成や具体的事例を調査・整（大学院）の科目が主な活動であり、グロー

理した。調査結果に基づき、オンライン講義

バル意識を高める経験としては意味があるが、のシラバスを作成した。

国ことの差があるため専門的な教育の質的保３）テーマに合わせて４つのグループを分け、証には様々な問題もあった。大学のグローバ

学期スケジュールに合わせて実際の学生で検ル化に際しては，教育の質保証への取組が，証した。本研究で提案した教育カリキュラム

競争力向上に欠かせない。

PBLⅠ、Ⅱは、202３年４月から 2023 年 5 月までの間、プロダクトデザインのクラスにおいて、本学からは 8 人、韓国国民からは 12 人の学生が参加して実施され、毎週の講義と時に方向性を少しずつ調整した。
４）その成果として、e-class 講義の流れを資料として作成した。次年度に開発されて教材

図3の検証を行う。

gPBL のグループワーク風景

これにより、短期間での経験中心の活動の改善とともに、学期中に講義と専門分野の体

３．実践型のオンライン講義の現状験が実現する必要性を感じた。しかし、本学

３.１

実践型のスタジオ授業への適用事例

は大学間の交流に際に gPBL は学生の規模や両大学のデザインのカリキュラムを検討す

参加学年、テーマなどの背景により柔軟性がると、デザイン授業のプロセスは、部分的に必要であるため、一般的な講義の成績評価やは異なるものの、基本的には①テーマ・アイ

義務付けの形にすることが難しいため、カジテムの選定、②リサーチ（文献、定量・定性）、

ュアルな体験中心の活動になることが多い。

③デザインコンセプトの定義、④モデリング、

３.３

モックアップの制作、⑤成果物の制作とプレ

１）オンライ講義設計の流れ

ゼンテーションという流れで進めることは類似な部分が多かった。

e-class 講義設計の試み

オンライン講義を設計するために 2023 年
2 月に行われた受け入れ gPBL（2 月 7 日〜14

テーマや項目の選定範囲、デザインリサー

日）に時に教員間と参加対象になる院生中心

チの期間、プロトタイピングの形態や有無、の打ち合わせを行った。参加学生に対するア

活用するデザインツールなどは少し違いある

ンケートから年間プログラムのニーズがあっが、教育の基礎となる講義の目的、内容はほたので、教員間で以下のように実施計画をまぼ同じだった。デザインのあらゆる側面を統とめた。

合するために学生は一連の簡単な演習、個人① 先方の新学期 3 月に合わせて、2 月下旬

およびグループ・プロジェクト、リサーチ、から講義の内容や参加規模について打― 71 ―

TOPへ戻るち合わせを行う。

教員と学生（グループ）の役割を明確認する。

② 本学の新学期に合わせて 4 月から 6 月
末まで大学院中心に７週のパイロット
プログラムを行う。6 月頭に派遣 gPBLの際に現地（韓国）で集中講義とその成果を発表する。
③ 6 月末からは参加した学生の中心で国内外の学会に論文投稿するための研究を進める。お互いの指導教員が論文指
導を行う。

図5

e-class 講義の目標設定イメージ② ２週目：リサーチ（文献、インタビュー、④ 8 月末から後期の講義に合わせて学部

アンケートなどの方法を使用して調査内講義を設計とその内容について講義を容からインサイトを明確にする）

記録して、毎年改善する。
⑤ 成果は次年度の国際コンペで発表して発信するために年末から論文作成を行う。院生は講義開発と教材作成に関する研究を国際会議で発表する。

図4

e-class 講 義 の グ ル ー プ 分 け と キ ッ クオフ

今回の講義開発のための教材は 7 回（1 クォ図6ーター）の内容である。

e-class 講義の目標設定イメージ③ ３週目：コンセプトメイキング＆アイデ
２）e-class 講義の実行と教材資料作成

アの発想・計画＞実施＞成果発表
今回の活動は韓国側が 3 月から学期が始まる
ため、テーマについて事前に検討を行い、本学の学生が参加したいテーマのグループに配属
する形にする。毎週の講義開始時に教員による
進捗とやることの確認① １週目：講義中に目標を設定する。
提示されたテーマについて全体の流れをまとめる。７週間のスケジュールの中で行われる作業の項目をまとめて、オンライン講義中に― 72 ―

図7

コンセプトメイキング

TOPへ戻る学学生の前で行うことで、英語力と大人数の④ ４週目：中間チェック（教員による）両大学の複数人の教員が参加する形で進捗

前に研究成果を発表するコミュニケーション

内容について細かなコメントを行うことで、能力の向上にもつながる。

次のステップに進められる。

４．成果の発信⑤ ５週目：アイデアの視覚化

１）学会論文等投稿・発表状況
成果を研究・論文化するための試みとして
国内（韓国デザイン学会、日本感性工学会）、
国外（AHFE、HCII）などで論文投稿を行う。
2024 年年 3 月時点で AHFE2024（ International
Conference on Applied Human Factors and
Ergonomics）国際会議で 6 件の論文を採択され、7 月に発表する。他にも韓国国内や日本
感性工学会にも投稿予定である。

図8２）2024 年度の活動報告

ユーザーシーンの具体化

デザインツールを用いて、アイデアを明確

2024 年度も同じく 2024 年 2 月受入 g P B L

認するためのプロセスを行う。ビジュアルデの時から同じプロセスで進めている。今年度

ザインも重要なポイントなので毎度確認する。

からは 4 年生の中で院進学を希望する学生も⑥

グループに参加させ、先方から 13 人、本学か

６週目：プロトタイピング

ら 14 名の学生が参加して、同じプロセスで講義を行なっている。
今後の計画
昨年度の活動からテーマを決める段階で、お互いの文化や希望の違いで進捗が遅れた経験があり、今年度の活動からこの問題を改善するための取り組みを検討している。
参考文献
図9

U X シナリオの検討

ユーザーがこのデザイン提案を使用する場
面に合わせたシナリオを検討することで検証を行う。
⑦ ７週目：韓国での最終プレゼンテーション

1. Güzelci, O.Z., & Çetinel, M. (2021). A
Pedagogical Model to Integrate

Computational Thinking Logic to FirstYear Design Studio. doi:
10.4018/978-1-7998-7254-2.CH005.

2. Mine, Tunçok, & Sarıberberoğlu.
(2022). An Online Basic Design Studio
Experience: From Point to Space.
Journal of design studio. doi:
10.46474/jds.1150261.
3. Hacihasanoglu, O. (2019).
Architectural Design Studio Culture.
4. Al Maani, D. (2022). Revisiting learning

図 10

styles and autonomy in the design

最終プレゼンテーション

成果を韓国派遣 g P B L の際に現地で国民大― 73 ―

studio: an undergraduate assessment.
Open House International.

TOPへ戻る人工知能を利用したデジタル採点支援システムによる記述試験問題の自動採点化の検討
材料工学科

生命科学科

福井

幡野

明彦

共同研究者
浩二
応用化学科

北川

理

自動採点を予想した，素晴らしいエンターテ

１．はじめにロボットが自動的にテストの採点をしてく

インメント作品であると感慨深い。

れる夢のような現場，それが AI によって現実

さて，現代社会の教育現場に話を戻す。自化されつつある。スピーディーでミス無く，

動採点は，マークシート方式が代表的である。

採点するロボットができれば，働き方が大き専用のシートを基に所定の位置の数字などをく変化が生じ，学生への教育研究指導がもっ鉛筆で塗りつぶし，そのシートを光学式マーと手厚くなると考えられる。

ク認識（Optical Mark Reader）装置で読み取

著者が小学生のころ，「がんばれ！！ロボコって位置情報を基にして採点する方式である。

ン」という石ノ森章太郎先生の実写版テレビ

誤読み取りが少なく，スピーディーで共通テ

ドラマが放送されていた（東映制作）。ロボコ

ストや国家試験などに広く利用されているが，ンという赤いロボットが，優しく思いやりを設問が選択式に限定されるため正解が確率論

もち，自分が不利益を被っても友達を助けで導き出されてしまう，記述問題を出すこと

る・・・そして，一日の最後に，ボスロボットができないなど，欠点もあった。そこで近年（ガンツ先生）が各ロボットの行動を採点す注目されているのが記述問題も採点できる AI

る・・・という内容であった。ロボコンはいつ

デジタル採点支援システムである。

も０点であった，と記憶している。
「頑張れロ

AI デジタル採点支援システムは，デジタル

ボコン！！」を今考察すると，ガンツ先生は採点機能が含まれていて全国に広まりつつあ

ロボットの一日の行動ログを読み取り，一瞬る。インターネットで「AI」「自動採点」などで採点して得点表記していた。ある意味，AIと入力して検索すると，数社がヒットし，使用例も報告されていて，教育効果向上，働き方改革，フィードバック機能搭載などとある。
本システムは，まるでドラえもんがタイムマ
シンに乗ってやって来て，のび太君を助けるために出してくれる秘密道具の様にも思えてしまう。
そこで本申請では，株式会社教育ソフトの図１ ロボット（機械）が教員のかわりにミ
ス無くスピーディーに採点してくれたら。

採点ナビという AI デジタル採点支援システ― 74 ―

TOPへ戻るムを活用し，定期試験の採点でのスピードア
ップ，ならびに AI 採点機能がどこまで活用で試験サンプルとしては，著者が材料工学科

きるのか，精度と効果について検討を行った。

二年生向けに担当している必修授業である「材料工学入門 A,B」の中間試験を用いた。
また，本システムでは AI 自動採点機能が付

２．研究計画使用する AI デジタル採点支援システムは，属している。簡単な英数字やアルファベット

株式会社教育ソフト社のクラウド版デジタルは認識可能である。今回は立体異性体の R,S

採点システム「採点ナビ」である。AI 機能を

表記法を調べる問題として出題し，「S」「R」

主として歌っているわけでは無く，あくまでを答えさせることとした。また，選択問題をもディジタル採点ソフトである。マークシー

出題し，ABCDE のアルファベット内から正解

ト試験では専用の用紙が必要であったが，本である B のみを認識できることを確かめた。

システムはスキャナーを通して読み取りデジ

今回は化学構造式や化学式の自動採点は検討

タル化し，複数の回答を一括採点できるようしなかった。

なシステムである。我々が持っている名簿と紐付けることにより，集計自動化も可能であ３．計画の進行状況

り，ペーパーレス返却もできる。今回は，PDF

3-1

通常のデジタル採点

AI デジタル採点支援システムは，PC の画面化してスコームにて各人にフィードバックを上で，複数回答を同時に写しながらクリック行った。

一つで採点が可能になる。図２に通常の採点

以下，行った手順を示す。
・試験問題は通常の A4 用紙でに二ページの問画面を示した。一番左に見えるのが模範解答

題として，学生は配布するときには A3 用で，右側が学生の答案の解答部分である。複紙裏表とした。

数の受験者の同じ設問に対する解答が表示さ

・試験終了後，答案を学籍番号順に並べた。
・スキャナーで裏表を読み込む
・デジタルデータを自分自身の PC に送信。このとき，解像度は 300dpi 程度が必要である。ファイルサイズが大きくなり過ぎないように注意する。
・PC にて「採点ナビ」を開く
・最初に，模範解答を登録する。このとき，試
験問題と同じものを利用しないと，採点欄がズレるため注意する。
・採点終了後，PDF ファイルにて保存する。このとき，一括で保存すると一枚の PDF ファ
イルになってしまうため，一枚ずつ（学生１人ずつ）のファイルで出力する。
・スコームにて，全員に個別に試験を返却す

図２ 通常のデジタル採点画面。クリック 1 つ
で○と×を選択でき，正誤判定ができる。

る（この作業が一番大変であった）。
・成績編集はスプレットシートタイプでアウ
トプット可能であり，エクセルで編集した。

れる。各セルの左上にチェック欄□があり，こちらをクリックすることで○か×を設定で― 75 ―

TOPへ戻るきる。すなわち，クリック 1 つで○，何もし状態で保存を行い，採点画面に移った。しかなくて飛ばしたところは，下から二行目左かし，今回の設問 8 は，模範解答の解答欄の位

ら二番目の○欄にチェックを入れると，一括×採点を行ってくれる。この一括採点がスピードアップの秘訣であった。しかし，しっか
りと目視にて正誤を識別する必要があり，本部分は通常の採点と変わらない。
3-2

AI の画像認識による自動採点

次に，選択問題の AI 画像認識自動採点を試した。まず，設定画面を図３に示した。少々図が小さくて見にくいが，解答欄がどこにあるのかを赤い囲みで指定した。この赤い囲みはそれぞれ指定された番号が付いていて，問題

図５ 設問 17,18 の模範解答と AI 画像認識
自動採点の設定画面。設問 17 の答えは「S」，
設問 18 の答えは「R」であった。

1,2,3 のように区別される。それを反映したのが図３右側の設定画面であり，設問 8 を AI
選択問題形式で採点することを指定し，選択肢としては「A, B, C, D, E」という５個があり，正解は「B」であることを指定した。この
図６ AI 画像認識自動採点後の画面。正解と判断した解答欄が現れる。正確に「S」を判定したものは 10/34 であった。

図３ AI 画像認識自動採点の設定画面。左側に模範解答とどの位置に答えがあるのかを設定し（赤い囲み），右側でどこの問題をどのような採点形式で行うのかを指定した。今回の設問８は ABCDE の選択肢から B という答
えを選ぶことができるかを確かめる。

図７ AI 自動採点で「S」と認識されなかった解答。今回は「S 体」という解答も正解であるため，「S 体」表記された解答は不正解として判断された。こちらの画面でデジタル採点を行い，補正した。

図４ 図 2 を AI 自動採点した結果。問 8 の模範解答の欄が解答用紙とズレてしまい，正確に判定できなかった。

図 ８ AI 採 点 と デ ジ タ ル 採 点 を 組 み 合 わ せて AI 採点のエラーを修正した結果。

― 76 ―

TOPへ戻る置が解答用紙の解答欄とズレてしまい，自動採点はできなかった（図４）。
そこで，同様に記号選択問題である設問
17,18 も AI 画像認識自動採点を行った。結果を図５〜８に示した。図５は設問 17,18 の模範解答の解答欄設定画面であり，右側に AI の設定を行った。選択肢としては R, S, ラセミ体という３つが考えられた。自動採点を行ったところ，34 名中 10 名が正解となり，「S」の解答であった（図６）。しかし，二択問題なのに，少々正答率が悪かったため，不正解の答

図 ９ AI 画 像 認 識 採 点 機 能 を 活 用 す る こ とを前提とした試験問題の解答欄の例

案をチェックした。その結果を図７に示した。
「体」の字が入ったことにより，「S 体」が不正解として判定されてしまったことが原因であることがわかった。そこで，デジタル採点機能を利用して左上のチェック欄「□」をクリックして，不正解と正解を選んだ。その結果を図８に示した。本操作により，正解として「S」と「S 体」を選ぶことができた。AI 自
動採点は完全に文字認識を行うこと，ならびにイレギュラーな正解を判断できないため，必ず確認作業が必要であることが分かった。
また，二通りの正解を設定することも可能らであるため，今後検討する。

図 １ ０ AI 画 像 認 識 採 点 機 能 の 識 別 で き なかった例。CH 3 OH の酸素原子である O の文字認識ができていない。

ればよい。その結果，AI 自動採点は 18.2％（55
個中正解が 10 個）の認識度でしかなかった。
解答欄の指定が良くなかったようで，文字認識機能が低下した。結果の一部を図１０に示した。文字認識は，解答欄の設定で大きく影響し，別の文字が指定した位置の中に入って3-3

AI デジタル採点システムの利用法

しまうと正確性が低下することが分かった。

AI 画像認識は精度が高く，手書きのアルファベットをほぼ間違えることなく選択識別す４．まとめと今後の計画

ることができた。設問 18 は逆の「R」が正解であったが，文字の識別間違いは無かった。
以上の結果を踏まえて，上手に問題を出し解
答方法と解答欄を工夫することで，化学反応
式や計算結果の自動採点が可能になると期待した。具体的には図９のような解答欄である。
問題として はメタノー ルと数字 85.3 を答え

以上，本申請では，株式会社教育ソフトのAI デジタル採点システム「採点ナビ」を利用して AI 自動採点の効果を検討した。デジタル
採点システムは採点効率を高めたものの， AI
自動採点機能を利用するためには問題の出し方，解答欄の設計が必要となることが分かった。

るテストを作成し，研究室の学生５名を対象に試験を行った。メタノールの示性式を答え

５. 及び学会,論文等投稿・発表状況

よという問題の正解は CH 3 OH である。このとき，炭素 C には個数を示す 1 は省略するのが無し

通常であるが，今回は 1 も明記することにす― 77 ―

TOPへ戻る

ＰＢＬ授業におけるプロトタイプ・デザイン
及びチーム活動プロセスを支援する
サイバーフィジカルＥｄＴｅｃｈシステムの開発
電子情報システム学科

間野

一則

共同研究者
機械制御システム学科
長谷川 浩志電子工学科
村上 嘉代子情報工学科
中島 毅
電子情報システム学科
久住 憲嗣

Cross-cultural Engineering Project (CEP;

１．はじめに （目的）本研究では，PBL 教育の DX として，サイバ

大 宮 gPBL を 含 む ）， 電 子 情 報 シ ス テ ム 学 科ーフィジカルシステムによるプロトタイプ・

ICT Systems Design, テクニカルセミナー ，デザインの促進・可視化及び，ディスカッシ

総合研究 I, II 等．

ョンの促進・可視化を支援する EdTech システ
２．研究計画ムの開発を行う．
Covid-19 を契機として，VR/AR による授2.1 実施計画

業での実験のプロトタイプシステムや，オン

対象 PBL 授業において，以下の機能をもつ

ライン/VR 空間での PBL 授業の実施例も増え

EdTech システムについて実践的に検討する ．

てきた．これらの取り組みは，PBL 教育の DX(1)PBL における VR/AR によるプロトタイの新しい大きな流れである．さらに，PBL 教

プ・デザインプロセスの記述・可視化支援：

育の本来の目的を考えると，これらの技術はプロトタイプを VR/AR を利用してサイバーデ

独立ではなく，学生同士のディスカッションータとして記述してシステムデザインするこを促進するファシリテーションとプロトタイとで，要求項目に対して，様々な角度からのプの可視化・システム記述・検証といった両検討を可能とする．

側面について融合させた新しい授業形態とな(2)PBL に お け る チ ー ム 行 動 デ ー タ の 取るサイバーフィジカル EdTech システムの構

得・詳細記述の非構造化データベース(音声・築を目的とする．

映像等)の構築： チームのディスカッション
状況を音声・画像・テキスト入力，プロトタ

対象となる授業

イプの中間成果物によるデータのやりとり等

大学院システム理工学専攻システム工学特をサイバー上で記述（アノーテーション）し，別 演習(学 部 シス テ ム 工学 演 習 C 含 む )，チーム活動状況の可視化・フィードバックを

Cross-Innovation

行う．

Project(CIP),― 78 ―

TOPへ戻る(3) (1)と(2)を融合した，サイバーフィジ

るデータを集約し，PBL 活動のリアルタイム

カル EdTech システムの開発： プロトタイプ

でのフィードバックを可能とする EdTech シとチーム活動をサイバー上で融合したステムを検討する．これにより，PBL で学ぶ

EdTech システムとして構築し，PBL の PDCA

学生が，VR/AR 技術を用いた新しいプロトタをより速く回す．

イプの構築技術やシステム最適化の協働作業を効果的に行える．そして，得られたサイバ

2.2 学科・学部・専攻等の FD・SD 活動との関ーデータと成果物・デザインの中間プロセス

連，教育改革への貢献を含めた総合的評価が可能となる．

EdTech は，AI, IoT, データサイエンスに関連しており，システム理工学専攻，電子

３．計画の進行状況

情報システム学科をはじめ情報系学科の専門

3.1 今まで（2022 年度末）の活動実績

技術と関連する．一方．PBL では個々の専門2020 年度～2022 年度は，関連の実践的研分野の知識をもつ学生が分野横断チームを構究「PBL における学生の協同学修プロセスの成し，協働活動を通じて問題発見・課題解決

可視化・促進のための EdTech システムの開を図る科学リテラシー向上を期待されている．

発」として，主に PBL における学生の行動把FD・SD 活動として，PBL の指導法やアセス

握・リフレクション・評価システムについて

メントでは，従来のデザインレビューやシス

提案・研究を実施した．

テム計画書だけでなく，チームの実際の行動(1)システム工学特別演習等の PB において中のデータに基づく可視化による評価や，シVR ツール（zoom も含む）を利用して収集したステムからのリフレクションの促進も重要で

音声記録データベースに，ELAN ツールによるある．本研究により，PBL におけるフィード

アノテーションを実施した．

バックをデザインレビューだけでなくよりリ(2)アノテーションデータからの PBL 参加

アルタイム性をもたせることができ，さらに，学生の活動の可視化：

PDCA の精緻化・高速化といった DX による PBL

イゼーションとともに，新たに PBL オントロ

授業推進を期待できる．

ジーを定義し，PBL オントロジー系列による

従来の話者ダイアラ

さらに，高大接続としての附属高の Arts&

プロジェクト活動の可視化を試みた．これにTech 授 業 (2023 年 度 は SDGs Scratch Game

ついては，学会発表も実施した．また，可視Project を 実 施 )や 女 子 高 校 生 の イ ン タ ー ン

化に関して，従来の人間によるグラフィック

シップなどにおいてもサイバーシステムに関レコーディングに対応するものとして，ピク連した未来の EdTech 教育への貢献を期待でトグラムによる画像出力手法も検討した．

きる．

(3)さらに，音声とともに，各人の頭部に小型ビデオカメラを取り付けて，発話者と聴取

2.3 教育において期待される効果

者の両者の活動データを取得した．このデー「学生が何を学んだか」には，学んだ知識

タより，発話者の発言と，聴取者の視線情報と，それを活用するための科学的リテラシー

を組み合わせることで，単に発話量の大小で＆コンピテンシー（課題を設定し解決していはなく，聞き手側の反応も合わせて活動評価く能力）の２つがある．前者は，試験や成果することが可能となり，より正確な PBL 活動

物で教育効果を評価できるが，後者は評価がの評価ができることを示した．

難しい．この研究では，PBL 中の学生の行動(4)PBL 演習授業において，VR を用いたプロ

データ，プロトタイプの作成プロセスに関す

トタイプ構築により，各チーム提案の可視化― 79 ―

TOPへ戻るよる行動分析技術を実施した．

サイバーフィジカル PBL システムとは，PBL
3.2 2023 年度計画

活動を行う物理的空間(VR 空間内での活動も2023 年度は，PBL 教育に関する従来の授業含む)の行動データを獲得し，サイバー空間で実践を基に，PBL 教育のための DX を目指して，

行動分析，活動の可視化，参加者の貢献や支これまでに検討した各要素技術と，その融合援を行うものである．なお，VR 環境での PBLとなるサイバーフィジカル EdTech システム

は，物理環境よりも簡単に行動データ（音声，について検討する．ここで対象とする PBL は，映像）や付随する時刻情報や空間情報を取得

これまで実施者が参加してきたシステム工学

できるというメリットがある．

特別演習や CIP，CEP を中心とした広く社会課

研究実験として，VRchat を利用した VR 環

題の解決策の提案・プロトタイプの作成を想境において，参加者各人がアバターとして行定している．

動する PBL を実施し，その行動可視化システ

具体的に以下を計画している．

ムを構築した．図 1 にシステム概要を示す．

(1)PBL における VR/AR によるプロトタイ

参加者から得られる情報取得は，(1)アバター

プ・デザインプロセスの記述・可視化支援：のジェスチャーパラメータから，顔・手の動

本 PBL で典型的な IoT データ/実サービス事例

作や体の移動を示す Action Tag，(2)音声デに基づくプロトタイプ例につて VR/AR を利用

ータの音声認識によるテキスト情報，(3)各デしたクラウドデータとして記述して，中間成ータの時刻記録，からなる．これらの情報か

果物についてチームメンバーでの共有・評価

ら，PBL の活動状況を把握できる．図 2 は，機能を実現する．

コミュニケーション ACT として，話者の発言，(2)PBL に お け る チ ー ム 行 動 デ ー タ の 取
得・詳細記述の非構造化データベースの構築：

うなずき，移動の様子を表示し PBL 活動の把握が容易になった．

チームのディスカッション状況（音声・画像・
Behavioral data

テキスト入力，あるいは，プロトタイプの中Visualizing

間成果物によるシステム・サービスデータ）

activities

をクラウド上で記述し，それにかかわるチー
ム＆チームメンバーの活動状況の可視化・フィードバック機能を実装する．
(3) (1)と(2)を融合したサイバーフィジカ
ル EdTech システム：クラウド上プロトタイ
プ・デザインプロセスとチーム活動の可視化を融合して，各チーム・各メンバーが PBL 状

Speech data

Utterance texts andinterval information

図 1. 行動可視化システム概要

況を把握する機能をもつ EdTech システムを構築する．
3.3 計画進行状況
2023 年度は，以下のシステム提案・研究を
実施した．
3.3.1

サイバーフィジカル PBL システムに― 80 ―

図 2. コミュニケーション ACTS の表示

TOPへ戻るにおいても様々な利用の可能性が考えられる．
一つの試みとして，システム工学演習 A で3.3.2 VR 利用における視線情報入力の提案
VR 空間での活動では，音声・映像以外の視実施する問題発見・意思決定手段である階層

線情報も参加者の行動記録や情報入力に適し的意思決定(AHP)への利用実験を行った．AHPている．そこで，VR 空間での視線入力インタの各工程のうち，総合目的設定やその評価基

フェースを提案した．

準設定は人間が行うが，アイデア出しの代替

図 3 に示すように，従来の顔の動き(Gaze)

案の提案，代替案の重要度評価についてに対応する入力記号領域での一定時間の停留

ChatGPT の支援を行った．ChatGPT へはプロンによる入力方式に対して，3 種類の視線入力

プトで各工程での情報を示し，代替案の追加方式を試みた．(a)は，奥行きを利用した視線と重要度評価を行うことに支援が可能であるの距離入力，(b)は，円の外周・内周への視線ことが分かった．

移動による入力，(c)は，視線移動による入力
を左右に分けた手法である．予備的な実験で４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況

は，(c)の方式が，誤入力率を Gaze 方式と同

システム理工学部は，2026 年度より課程制等に低く，かつ，入力速度がキーボード入力に移行する．情報課程メディアコースでは，とほぼ同等であることを確認できた．

VR の利用や，コンテンツ制作授業期待されている．また，PBL 教育では，本研究のようなチーム活動プロセスを支援するサイバーフィ
ジカル EdTech システムの重要性が増す．さらに ， 遠 隔 と の 国 際 協 働 活 動 (Cooperative
Online International Learning; COIL) への展開として，意思疎通支援・コミュニケーシ
ョンデザインや，Chat-GPT 等の生成 AI を利(a) 距 離 入 力(Distance Input)(b) 円 の 外 周 ・ 内 周 入 力

用した AI-Copilot による PBL 支援，教育 DX(Circle Input)

として授業の多様化に関連してオンデマンド
コンテンツ制作技術等の研究開発を継続する．
学会，論文投稿・発表状況[1] 間野一則，牟瀛, 東山龍雅,”PBL における 学 生 の 協 働 学 修 プ ロ セ ス 可 視 化 技 術 ,” 日本工学教育協会，2023 年度工学教育研究講演
会講演論文集, 3C20, pp.256-257, 2023-09.
[2] 井上雅裕，大江信宏，間野一則，”グロ(c) 左 右 入 力 (Beside Input)

ーバル PBL とサイバーフィジカル空間への拡大,” 日本工学教育協会，工学教育,Vol. 70,

図 3. 視線入力インタフェースの提案

No.3, pp.9-14, 2022-05.
3.3.3 PBL プロセスにおける生成 AI 利用
ChatGPT による階層化意思決定の支援

謝辞：本研究に関連して，間野研究室の総合

近年，大規模言語モデル(LLM)を利用した各研究の一部として実験協力いただいた，鈴木種サービス支援が試みられている．PBL 活動

あゆ奈，黒澤尚正，西川颯人各氏に感謝する．

― 81 ―

TOPへ戻るDX 推進に向けた情報セキュリティ管理体制強化研究
環境システム学科
情報システム部

持永 大
我妻 隆宏

する事が難しい事情がある。例えば、教員が１．序論（はじめに，まえがき，目的）
サイバーセキュリティの実践には総合的な研究・資料作成などを大学が管理するネット

取組が必要である。例えば、サイバーセキュ

ワーク外で行っている場合、大学等側はマルリティの強化には、技術的な知識に加えて、ウェアの感染状況を把握することが困難とな

政治経済、組織管理、人間工学、法律、政策っている。これを解決するためには、教員の等の俯瞰的な視点が必要である。本学は多く

端 末 にの情報資産を有するが、それらの管理は教員

Response)シ ス テ ム を イ ン ス ト ー ル す る 方 法や職員が行っており、ログ管理や教育研修プがあるが、本学では職員用端末にのみインス

ログラムの実施、または情報管理台帳の整備トールされている状況である。また、これ以が必要である。

外にも被害を受けた教職員もマルウェア感染

EDR(Endpoint

Detection

and

本活動の目的は教職学協働の取組によるに気付いていないことがある。これらは、令DX 推 進 に 向 け た サ イ バ ー セ キ ュ リ テ ィ 強 化

和４年１２月８日の文部科学省高等教育局私である。具体的な活動として、教員と職員が学部私学行政課による「『大学等におけるサイ協働でログ収集分析システムとサイバーセキ

バーセキュリティ対策の徹底等について（周ュリティ教育研修プログラムを構築する。本知）』の発出について」においても言及されて学は 2022 年 8 月に情報セキュリティ基本規定

おり、サイバーセキュリティの確保が本学だを制定したところであるが、ログの保存や全けの課題でないことがわかる。

教職員を対象とした毎年の研修プログラムがないため、文部科学省が令和 4 年 3 月に発出

２．研究計画した教育情報セキュリティポリシーに関する2023 年度上半期に通信ログを収集・管理すガイドラインにおいて適切な対応をしていなる基盤を設計する。また、情報イノベーショ

いと判定される可能性がある。そこで、6 ヶン課とともに SIT-CSIRT の活動への貢献を検月分のアクセスログ保存と、全学校全教職員討する。
2023 年度下半期に、通信ログの分析と 2024に対する研修プログラムを構築し、情報セキ

年度からの教育研修プログラムの検討を行う。

ュリティ管理体制を強化する。
これらの活動の背景には、大学等の教職員を狙った標的型メール攻撃をはじめとしたサ３．計画の進行状況

イバー攻撃が頻発していることがある。近年

2023 年度上半期に SIT-CSIRT の活動への貢起こっている事案では、教職員が個人で管献として教育研修プログラムについて検討し理・利用する端末でのマルウエア感染を検知た。現在本学では、情報倫理ビデオによる教― 82 ―

TOPへ戻る育を行っているが、これらは職員の活動を想に接続することがわかった。コンテンツを掲定したものとはなっていない。例えば、令和載する背景や目的は不明であるが、中国に英2 年改正個人情報保護法では、漏えい・滅失・Bet365 の ミ ラ ー が 乱 立 し て い る と い う 情 報

毀損があり、個人の権利・利益を害する恐れもあり、本件も中国のオンライン賭博ユーザが大きい場合の個人情報保護委員会への報

ー向けのコンテンツの隠れ蓑のようなサイ

告・通知を義務化している。そのため、従来トとして利用された可能性がある。

よりも職員に対する教育プログラムの充実が必要なことがわかった。
また、個人情報を含むやりとりが、適切な保護無く行われていることも分かった。例えば、学内・学外とのやりとりにおいてパスワ
ードなし Zoom 会議の設定や PPAP（メールでパスワード付きの ZIP ファイルを送り、あとで別メールでパスワードを送る）によるファイル共有が行われている。なかには、パスワ

図 1

本学を騙るウェブサイト

ードがメール本文に記載されており、学生の個人情報の漏えいリスクが高いこともわかった。

その他にも、インシデントに対して対応が後手に回っていることがわかった。具体的にこのような状況に対し、本研究は 2024 年度

は、学内に設置された脆弱性を有するコンピの職員向けの教育研修プログラムの実施に向ュータが存在している際の対応等、インシデ

けてリスクの見直し、規定整備、ベストプラ

ントの認知、情報共有、トリアージ、分析、

クティスの収集を行うことを学術情報センタ

対応計画、対応実施の手順が定められていなー会議にて提案した。その結果、2024 年度以

いため、都度状況に合わせて対応しているこ

降に教授会等で普及啓発をおこなうこととなとがわかった。

った。

そのため、現在の SIT-CSIRT ではハンドリ

SIT-CSIRT の活動について、本学では様々

ングフローの確立が急務である。インシデン

なインシデントが発生しているが、処理フロトの発見者・関係者からの連絡を受けた後、ーが明確化されていないことが課題と分かっ

SIT-CSIRT は 情 報 イ ノ ベ ー シ ョ ン 部 か ら 学た。本研究の期間中にも、本学のウェブサイ長・理事会に報告を行い、外部専門組織に情トを模した偽のウェブサイトを発見したが対報共有をする。その後、トリアージ、インシ

応フローが明確化されておらず検討に時間がデント対応をするフローを確立しマニュアルかかった。このウェブサイトは、芝浦工業大化することで、迅速な対応が可能となる。こ

学のロゴや外観を偽装しており、本学をのためには、JPCERT/CC が提供しているイン

Google で 検 索 し た 際 の 結 果 の 上 位 に 表 示 さ

シデントハンドリングマニュアルを参考にすれていた。そのため、情報イノベーション部

ることも可能である。

と連携し、偽サイトに関する情報提供を
Google や JPCERT/CC に行った。

試験的なログ収集分析システムとして、マイクロソフトの Azure 上に通信ログの収集機分析の結果、このページは Bet365 の中国コ構を実装した。このログ収集分析システムはンテンツが表示されており、ページ内のリン

Azure 上に設置されたハニーポットであり、クを押下すると Bet365（中国語）のサーバー

本学に限らない悪意のある通信を収集する送― 83 ―

TOPへ戻る致である。これを試験的に学外に設置したのことが可能である。

は、将来的に学外から本学を標的とした攻撃

今回の研究では ID・パスワードを空欄とすを観測することや、学内で悪意のある通信をるもの以外を収集し、本学に関連のある言葉行うコンピュータを早期に発見することを想を含んだ ID やパスワードがあるかを検証す定している。

る事で本学に対する攻撃があるかどうかを検本 研 究 に お い て 、 ハ ニ ー ポ ッ ト は 、 T-Pot

証した。その結果、ほとんどの攻撃は、既知（https://github.com/telekom-security/tpの ID と脆弱なパスワードの組合せにより SSHotce）を元に作成した。T-Pot は、Docker をの認証を試みるものであった。そのため、学用いたマルチハニーポットプラットフォーム

外から本学を標的として攻撃するトラフィッ

であり、SSH に対する攻撃を観測する crowrie

クは観測できなかった。また、ハニーポット

等の複数のサービスを想定したハニーポット

上では、これらの組合せを収集するために入や、収集した情報を可視化する Elastic Stack

力されたパスワードを可視化した。
（図 3）ユといったサービスを統合したツールである

ーザ ID は Azure、パスワードは Passw0rd61（図 2）。これをクラウド上に展開することで、が最も多い試行であった。
この結果は、攻撃側が標的の利用するイン

攻撃者に対する罠を用意する。
収集した情報により、SSH に対する攻撃をフラに合わせて ID を選定していることを示

観測することができた。観測した攻撃は、1している。また、パスワードは Password を変

日あたり数千程度であり、発信源を地図上に更したものであり、推測可能なパスワードを表示することができた。crowrie は、認証を試行していることがわかる。

拒否する ID・パスワードの組合せを設定する

図 2 アクセス解析画面― 84 ―

TOPへ戻る

図 3

SSH の攻撃に対する ID パスワードの組合せ

４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況 理事会への報告や、情報資産の洗い出し、情本研究の今後の計画は、学内におけるサイ

報漏えい時の責任の所在など、SIT-CSIRT 等

バーセキュリティ教育プログラムの実施、の体制整備に加えて、活動根拠を与えること

SIT-CSIRT の運用マニュアル、及び情報セキが必要である。

ュリティ管理規程等の修正である。まず、教育プログラムに関して、情報イノベーション部とともに、2024 年度中の教育プログラム作成を目指す。この内容をもとに、教授会や入職研修におけるセキュリティ教育を実施し、本学のサイバーセキュリティ水準を向上させる。
SIT-CSIRT はハンドリングフロー等の運用マニュアル整備が必要である。SIT-CSIRT メ
ンバーが一定の訓練を行った後に対処ができるよう、限られた人員等を最大限活用するためのハンドリングフローやマニュアルを整備する必要がある。例えば、学内に脆弱なサーバが存在するかどうかを確認する方法、脆弱性修正の呼びかけ方法などを文書化しておくことで、経験の少ない人員が対処する際の指針となる。
そして、情報セキュリティ管理規程の見直しをする必要がある。サイバーセキュリティ
は法人全体で取り組む問題であり、定期的な― 85 ―

TOPへ戻る

特

別

研

究

（１）プロジェクト研究助成― 86 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１

複雑乱流場における乱流拡散機構の解明
工学部 機械工学科

河田 卓也

共同研究者
電気通信大学 大学院情報理工学研究科 機械知能システム学専攻 守 裕也

１．序論（はじめに，まえがき，目的）は過去の研究で乱流の非線形多重スケール

乱流は流れの中に大・小様々なスケールの相互作用をスケール間輸送効果と空間輸送

渦構造が生じる多重スケール現象であり、ス効果に分離する解析手法を提案しており、近ケールの異なる渦構造間の非線形相互作用

年ではその解析手法を用いた乱流熱伝達にによって運動量・熱・物質の空間拡散が生じ関する研究で成果を上げている。本研究の特る。この様な乱流による輸送効果は著しい摩色・独創的な点は、剥離・渦放出を伴う複雑

擦抵抗の増大や熱伝達・物質混合の促進に繋な乱流場における非線形スケール間相互作がるため、熱交換器やエンジン等の流体関連用による空間拡散効果について、独自の解析

機械の高効率化に極めて重要であるが、本質手法で現象のメカニズム解明を目指す点に的に非線形な現象であるためそのメカニズある。

ム解明は困難を極める。これまでの乱流の非線形スケール間相互作用に関する研究は比２．研究計画

較的単純な形状の流れ場に限られ、流れの剥主催する研究室に配属された学部４年生

離や大規模渦放出等を伴う様な実用に近いのうち、１・２名に本研究課題に関連して、条件下において乱流輸送のメカニズムを調バックステップ乱流（段差付き流路内の乱流）

べた研究はほとんど無い。

や円柱後流乱流の直接数値シミュレーショ

そこで本研究では、円柱の後流や段差付きンを行う課題を卒業研究テーマとして与え流路内の流れの直接数値シミュレーション

る。バックステップ乱流はパイプライン等のを行い、そのデータの解析によって、剥離・内部流、円柱後流は翼周りの流れ等の外部流

大規模渦放出を伴った複雑乱流場におけるを想定したテストケースである。

スケール間の非線形相互作用により乱流エ

今年度の 前半では、申請者がこれまでの研ネルギーや熱のスケール間輸送・空間輸送が究で用いた平行平板間乱流の直接数値シミ生じるメカニズムを解明する。

ュレーションプログラムを基に境界条件の乱流の非線形スケール間相互作用の効果

与え方等を変更することで、バックステップ

は、乱流エネルギーのスケール間輸送効果と、流・円柱後流の直接数値シミュレーションの運動量・熱・物質の空間拡散効果に分けられ計算プログラムを作成する。本研究課題用のる。これまでの研究は前者に注目したものがワークステーションを導入し、まずは低レイ

殆どで、後者に着目した研究は極めて少なく、ノルズ数条件下の数値シミュレーションを有効な解析手法も確立されていない。申請者

行い、過去の実験・数値シミュレーション結― 87 ―

TOPへ戻るcompute area

【別添２】様式１

Driver
𝐿𝐿𝑑𝑑𝑑𝑑𝑧𝑧 𝜋𝜋𝑁𝑁𝑧𝑧𝑑𝑑𝑑𝑑 =128

ｙｚ

𝐿𝐿𝑑𝑑𝑑𝑑𝑥𝑥 = 2𝜋𝜋
𝑁𝑁𝑥𝑥𝑑𝑑𝑑𝑑 = 256

x

Main

𝐿𝐿𝑑𝑑𝑑𝑑𝑦𝑦 = 2.4
𝑁𝑁𝑦𝑦𝑑𝑑𝑑𝑑 = 128

𝐿𝐿𝑥𝑥 = 7𝜋𝜋
𝑁𝑁𝑥𝑥 = 896

𝐿𝐿𝑧𝑧 = 𝐿𝐿𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑧𝑧
𝑁𝑁𝑧𝑧 = 𝑁𝑁𝑧𝑧𝑑𝑑𝑑𝑑

𝐿𝐿𝑦𝑦 = 𝐿𝐿𝑑𝑑𝑑𝑑𝑦𝑦
𝑁𝑁𝑦𝑦 = 𝑁𝑁𝑦𝑦𝑑𝑑𝑑𝑑
𝐿𝐿𝑥𝑥 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 = 3
𝑁𝑁𝑥𝑥 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 = 384

Chanel turbulence

𝐿𝐿𝑦𝑦 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 = 0.4""
図１：バックステップ乱流の計算条件．ドライバーパートの計算領域は、𝐿𝐿"! /ℎ 𝑁𝑁
×𝑦𝑦 𝐿𝐿𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠=×
32𝐿𝐿$ /ℎ =# /ℎ× 𝐿𝐿$ /ℎ = 7𝜋𝜋 × 2.4 × 𝜋𝜋．ステップ高さ
2𝜋𝜋 × 2 × 𝜋𝜋であり、メインパートの計算領域は𝐿𝐿! /ℎ × 𝐿𝐿# /ℎ・boundarycondition
・boundary condition
は 0.4h であり、ステップ長は 3πである。
・Wall surface：No-slip condition
・Wall surface: No-slip condition・z
direction： Periodic boundary condition
・x,z direction: Periodic boundary condition
・
Inflowconditions ： channel turbulence
果と比較することで作成した数値シミュレ
３．計画の進行状況ー シ ョ ン 用 のプ ロ グ ラ ム の健 全 性 の 確 認 を行う。

前述の通り、本研究プロジェクトでは、複雑乱流場における乱流輸送機構のメカニズム

年度の 後半では、バックステップ乱流・円解明のため、バックステップ乱流と円柱後流

柱後流乱流の流れ場を様々なスケールへと乱流の数値シミュレーションを行った。研究分解し、それらの相互作用により生じる乱流の遂行にあたり、主催研究室に配属された学

拡散効果を解析する統計解析プログラムを部四年生を、バックステップ乱流・円柱後流作成する。比較的低いレイノルズ数条件下で乱流のシミュレーションにそれぞれ一人ずつ

段差・円柱の下流で幾つかの位置に着目して割り当て、当研究費の支出によりワークステ

詳しい解析を行い、乱流拡散によるエネルギーションをそれぞれ１台ずつ購入し、数値シー輸送が主に生じるスケールや、乱流拡散に

ミュレーションを行う環境を整えた。以下に

主 に 寄 与 す る ス ケ ー ル 相 互 作 用 の組 み 合 わ

それぞれにおける研究の進捗状況について述せを明らかにする。同様の解析を、様々なレべる。

イノルズ数条件下で行い、解析結果のレイノ
ルズ数依存性を調べる。乱流の数値シミュレ

3.１

バックステップ乱流の数値シミュレーーションの計算負荷は概ねレイノルズ数の 9

ションについてバックステップ乱流の計算領域については、/4 乗に比例して増加するため、比較的高いレ
イ ノ ル ズ 数 条 件 下 の計 算 は 研 究 室 所 有 のワ

共同研究先である電気通信大学大学院理情報ークステーションでは難しくなることが予

理工学研究科機械知能システム専攻の守研究想される。その場合には、大阪大学サイバー室から譲渡された Fortran によるバックステ

メ デ ィ ア セ ン タ ー 等 の外 部 研 究 機 関 の 大 規

ップ乱流のシミュレーションコードを用いて模計算機を利用する。

行った。図１に示す通り、バックステップ乱

上記の様なバックステップ乱流・円柱後流のシミュレーションを行うメインパートの流乱流の数値シミュレーション・データ解析

流入条件である完全発達チャネル乱流を得るを行うことで、剥離を伴う複雑乱流場におけため、メインパートとは別に、ドライバーパ

る乱流拡散メカニズムを明らかにし、投稿論ートとしてチャネル乱流のシミュレーション

文として年度末ごろに発表することを目指を行うシミュレーションを別に行った。メイ

す。

ンパートにおけるステップは、埋め込み境界― 88 ―

TOPへ戻る・velocity field【別添２】様式１

図２：バックステップ乱流 Re=5,600 の計算領域中央の断面における主流方向速度の瞬時分布のスナップショット
法により表現されており、ドライバー・メイ

周期境界条件と滑り無し境界条件をそれぞれンパート、共にシミュレーションの支配方程

用い、流出条件には対流流出条件を課した。

式は、ドライバーパートの流路幅2ℎと体積流レイノルズ数は Re=5600 として計算を行った。

量𝑈𝑈% で無次元化された非圧縮性流れの連続の

図２に、本シミュレーションで得られたバ式と運動方程式（Navier-Stokes 方程式）：

ックステップ乱流の瞬時速度場を示す。x＝-∇ ⋅ 𝒖𝒖 = 𝟎𝟎

9.5 の 流入境界から乱流が流入し、x=0 の ステップで剥離して下流に一層乱流強度の強い乱

𝜕𝜕𝒖𝒖
1 &
+ (𝒖𝒖 ⋅ ∇)𝒖𝒖 = −𝛁𝛁𝑝𝑝 +
∇ 𝒖𝒖
𝜕𝜕𝜕𝜕
𝑅𝑅𝑅𝑅

流場が形成されている様子が確認できる。図である。ここで、𝒖𝒖は流体の無次元速度、𝑝𝑝は３に示すのはステップ下流の特徴的な位置に

圧力、𝑅𝑅𝑅𝑅 = 𝑈𝑈% ℎ/𝜈𝜈（ νは流体の動粘性係数）はおける乱流強度分布であり、流入条件である

レイノルズ数である。ドライバーパートは上

Re=5,600 のチャネル乱流と比較して示されて下壁面上では滑りなし条件、x 方向、z 方向にいる。これを見る限り、乱流強度はステップ

は周期境界条件を適用することで完全発達す

下流において流入条件のチャネル乱流に比べるチャネル乱流を計算し、図１に示す通り、て著しく増加しており、これは主にステップ

ドライバーパートの計算領域の 中央におけるにおける剥離に起因すると考えられるが、ス主流方向に垂直な断面の瞬時速度分布をメイ

テップが位置する

y＝-0.4 の壁面付近だけ

Results and Discussionな乱流強度の 増加が見られることは注目に値ンパートの 流入条件として用いた。メインパ

でなく、反対側の y=2h 側の壁面付近でも顕著

ートの他の境界条件は、z 方向と壁面上の境• Fluctuation intensity

界条件に関してはドライバーパートと同様にする。反対側の壁面付近で生じている流れの剥離による乱れの影響とも考えられるが、流路幅の急激な増加による逆圧力勾配の影響等も考えられるため、今後さらに詳しい解析が必要となる。

𝑢𝑢′ : Fluctuation intensity
3.２ 円柱後流乱流の数値シミュレーション

𝑢𝑢𝑢2

2

について

本研究では、共同研究先である電気通信大学大学院理情報理工学研究科機械知能システ
ム専攻の守研究室から譲渡されたバックステ

𝑦𝑦/ℎ

ップ乱流のシミュレーションコードを円柱後

図３：ステップ下流、x/h=0.4,1.7 4.4 における主流方向乱流強度の 分布

流乱流のシミュレーション用に編集すること
で円柱後流乱流の数値シミュレーションを行うことを試みた。バックステップ乱流のシミ

Results and Discussion• Fluctuation intensity― 89 ―

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(2)

ード格子を

く 2 次精度性項は 2 次の項は, 低グラフの傾きが最も急な位置がエネルギーの変化が大きいと考えられるので, エネルギーの変化が大きいのは y = 0近くであると考えられる.

図 3 の (middle) について, 0<y<1 の点で v 2 の y の変′て取ることができ、少なくとも定性的に円柱離散化を踏

後流の流れ場の特徴を取られてシミュレーシ[3] をもち

ズ応力輸送

解析する.

項は式 (3)(3)【別添２】様式１

𝐿𝐿𝐿𝐿

𝑏𝑏

𝑎𝑎

𝑦𝑦

𝐷𝐷

ョン結果が得られていることが分かる。

𝑧𝑧

図５には円柱下流 x/d =10 における乱流強(& 、𝑣𝑣(& の輸送方程式における乱流エネルギ
BBBB
BBBB
度𝑢𝑢

𝑥𝑥

𝐿𝐿𝐿𝐿

𝐿𝐿𝐿𝐿

ー生成項、粘性散逸項、乱流拡散項の寄与を比較した図であり、この図からも乱流の空間

図４：円柱後流の計算条件．

図 1: Calculation Area for Cylindrical wake

拡散効果を表す乱流拡散項が生成項や粘性散逸項に比べて卓越していることが明らかになュレーションコードのドライバーパートの計った。

算を削除し、メインパートには図４に示す様に直径１の埋め込み境界法により表現された

４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況

円柱が固定されており、流入境界から𝑢𝑢/𝑈𝑈' =今後はバックステップ乱流・円柱後流のシ0の一様流が流入するものとした。また、他のミュレーションにおいて、得られた結果に基境界に関しては、y 方向は０勾配条件、z 方向

づいてスペクトル解析等を行い、より詳しい

は周期境界条件を課し、流出境界に関しては

乱流拡散メカニズムの解析を行う計画である。

対流流出条件が課されている。支配方程式は昨年度は研究室スタートアップの年で学部

バックステップ乱流のシミュレーションと同四年生のみの研究体制であったため、各プロ

様、無次元化された連続の式と Navier-Stokes

ジェクトにおいて基本的な結果を得る段階で方程式であり、無次元化は流入速度𝑈𝑈' と円柱

年度末を迎え、卒業研究以外の 学会発表等の直径 d によりされている。計算に用いたレイ

対外発表はない状況であるが、今年度以降は

ノルズ数は𝑅𝑅𝑅𝑅 = 𝑈𝑈' 𝐷𝐷/𝑑𝑑 = 300である。

それぞれのプロジェクトを担当する学生が修図５に本研究において得られた円柱後流の士課程へと進学し、さらなる研究の進展が期

シミュレーション結果の一例を示す。円柱周待できる。今年度以降は国内学会や国際学会

りの瞬時速度（x 方向成分）の瞬時分布が示さ等、積極的に対外発表や論文投稿による研究

Turbulence Diffusion

れている。円柱下流に規則的なカルマン渦の成果の発表を行う予定である。

放出がシミュレーションされていることを見

𝑣𝑣𝑣𝑣

𝑢𝑢𝑢𝑢

図５：円柱後流（Re=3900）、x/d=10における x 方向、y
P: production ε:dissipation
Dt: 方向乱流強度の輸送方程式における乱流
turbulent diffusion
エネルギー生成項、粘性散逸項、乱流拡散項の比較

17― 90 ―

17
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多細胞による組織形態形成の数理モデル構築
機械機能工学科

亀尾佳貴

胞の成長と増殖の数理モデルを構築するとと１．序論（はじめに，まえがき，目的）
生体組織の形態形成過程では，組織同士のもに，基礎的な関節形態形成シミュレーショ

接触にともなう力学的な相互作用が組織形態

ンを通じて本数理モデルの妥当性を検証した．

の制御に重要な役割を果たしている．本研究では，組織間の力学的相互作用にともなう形
態形成過程の一例として，特徴的な曲面形状が形成される関節の形態形成過程に着目した（図 1）．関節の形態形成過程では，向かい合った骨原基から滑液を介して及ぼされる力学的相互作用が，組織内部の軟骨細胞の増殖や分化を制御していることが知られている．この細胞の力学応答挙動は，Carter の骨化理論として定式化されている (1) ．このような組織形態形成のメカニズムを力学的な観点から理解するために，計算機シミュレーションを通じて生体組織の力学的挙動を解析することが

図 1. 長骨端部における関節形態形成に関連有用であるが，個々の細胞の力学応答とそれする細胞挙動．

にともなう組織形態形成を同時に解析可能な数理モデルは未だ確立されていない．
そこで本研究では，細胞の力学応答に基づいて，関節の形態形成過程を再現可能な数理モデルの構築を目的とした．組織を構成する細胞の挙動を表現するため，形態形成過程における骨組織の力学的解析手法として，連続体力学ベース粒子法として知られている
Material Point Method (MPM)を用いた（図 2）．
まず，組織間の接触とそれにともなう組織変形が解析可能な数理モデルを構築した．さらに，MPM における粒子を細胞とみなし，Carter

図 2. Material Point Method (MPM)の概要．

の骨化理論に基づいて，力学環境に応じた細― 91 ―

TOPへ戻る２．研究計画

く成長則を提案した．関節の形態形成過程に2.1

おける細胞分化の段階を表す指標として，以組織間接触の数理モデリング

組織間接触を表現するため，本研究ではペ下に示す骨形成指数（ OI ）が知られている．

ナルティ法を採用した．まず，物体の表面形

𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂 = 𝑆𝑆𝑆𝑆 + α𝐷𝐷𝐷𝐷状に応じた接触応力を負荷するため，ヤング(1)率などの材料特性と表面積の情報を持った表

ここで，S は八面体せん断応力，D は平均応力，

面粒子を導入した．次に，MPS などの粒子法にαはバランス係数である．この OI を用い，細おいてこれまでに構築されてきたペナルティ

胞の分化状態に応じた体積変化を，各粒子の法による接触解析アルゴリズムに基づき，接成長のストレッチ θ の時間変化として，以下触した表面粒子に対して貫入を妨げる反発力のように定めた（図 4）．

を導入した．具体的には，表面粒子の外向き

𝐵𝐵𝐵𝐵 − 𝑘𝑘𝑘𝑘1 (𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂 − 𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂th ) if 𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂 ≤ 𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂th𝜃𝜃𝜃𝜃̇ = �𝐵𝐵𝐵𝐵 + 𝑘𝑘𝑘𝑘2 (𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂 − 𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂th ) if 𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂 > 𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂th

法線ベクトルと位置ベクトルを用いて物体間の接触条件を判定した後，接触が生じたとみなされた表面粒子に対して，物体間の貫入量(2)に比例した大きさの反発力を課した．
2.2

細胞の成長・増殖の数理モデリング

関節の形態形成に関連する細胞挙動として細胞成長と細胞分裂の 2 つに着目し，両者の数理モデルを構築した (2) ．まず，連続体力学
における成長モデルを用い，成長のストレッチ θ を個々の粒子に与えることにより，細胞の等方成長をモデル化した．また，体積がしきい値以上に成長した親粒子を二つの娘粒子に分割することにより，細胞分裂をモデル化した（図 3）．
図 4. Carter の骨化理論に基づく細胞力学応答の数理モデル．骨形成指数（ OI ）に応じて細胞分化が生じ，成長ストレッチ θ の時間変化が決定される．

ここで，k 1 と k 2 は細胞の体積成長の速度を表す定数， B は力学環境に依存しない細胞の体図 3. MPM に基づく細胞分裂の数理モデル．

積成長の大 きさを与え る定数， OI th は細胞の分化状態を決定するしきい値である．また，細胞には負の成長は生じないと仮定し，B > 0

細胞の力学応答の数理モデリングとした． OI がしきい値以下であるとき，軟骨関節の形態形成過程における細胞の力学応

細胞は増殖軟骨細胞の状態にあるとみなし，答を表現するため，Carter の骨化理論に基づ

OI - OI th の絶対値が大きくなるほど，細胞増2.3― 92 ―

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殖が促進され，組織の体積が増大するとした．

る 2 物体間の接触を表現できたことから，本一方， OI がしきい値以上であるときは，軟骨研究で構築した MPM に基づく組織間接触モデ

細胞は肥大化軟骨細胞の状態にあるとみなし，

ルの妥当性が示された．

それ以降の細胞分化は生じないとした．肥大化軟骨細胞は細胞分裂せず， OI - OI th の絶対値が大きくなるほど肥大化が促進され，組織の体積が増大するとした．

３．計画の進行状況
3.1

組織間接触シミュレーション

第 2.1 節で構築した数理モデルの妥当性を検証するため，成長にともなう 2 つの組織間

図 6. 立方体組織の接触面における Cauchy 応
力の成長方向成分の時間変化．

の接触シミュレーションを行った．向かい合った 2 つの立方体組織のそれぞれ一端を固定し，一方向成長を与えることにより，両者を3.2

関節形態形成シミュレーション

接触させるシミュレーションを行った．その第 2.2，2.3 節で構築した数理モデルの妥当結果，与えた成長の大きさによらず，表面粒性を検証するため，組織間接触力を模擬した

子間の反発力により，組織同士の接触が保た

外力にともなう半球状組織の関節形態形成シれることが確認できた（図 5）．また，接触面

ミュレーションを行った．下面の面外変位をにおける 成 長方向の Cauchy 応力 の理論解と固定した半球状組織を，関節を構成する骨原

数値解とを比較すると，接触モデルを導入し基の一端とみなし，その上部から鉛直下向きない MPM では，2 つの組織が完全には接触せに外力を負荷した．その結果，外力に応答しず，理論解と異なる応力分布が生じたが，接て細胞の増殖や分化が制御され，組織全体の触モデルを導入することにより，理論解と同外形状が決定された（図 7）．半球状組織の中様の応力状態を再現することができた（図 6）．

心部や外側頂上付近では，骨形成指数 OI の値

したがって，本数理モデルを用いたシミュレが大きく，細胞分化が進行し，細胞体積の肥ーションにより，理論解と高い精度で一致す

大化が見られた．その一方で，それらの中間

図 5. 成長する立方体組織間の接触シミュレーション．

― 93 ―

TOPへ戻る領域では，OI の値が小さいために細胞分化が形態形成シミュレーションを行うことにより，ほとんど進行せず，細胞が活発に増殖する領骨組織同士の接触にともなう力学的な相互作域が表れ，空間的に不均一な多細胞ダイナミ

用が，機能的な関節形成に及ぼす影響についクスが確認された．関節の形態形成過程におて検討する予定である．

いては，組織内部の領域から骨化が進み，関節形態が形成されることが知られており，本【学会発表状況】

シミュレーション結果は，その実現象と一致

1.

増山諒，横山優花，亀尾佳貴，安達泰治，している．したがって，本数理モデルは，関節“組 織 形態 形成 機 構の 理解 を 目指 した 連の形態形成過程における細胞の力学応答に基続体 ベ ース 粒子 法 によ る組 織 間接 触モ デ

づき，実現象に即した関節形態形成を解析可リング”，日本機械学会第 36 回計算力学能であることが示唆された．

講演会，OS-0512，豊橋，2023.10.25-27.
2.

増山諒，横山優花，亀尾佳貴，安達泰治，“組 織 間の 力学 的 相互 作用 に とも なう 形

４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況

態形 成 シミ ュレ ー ショ ン” ， 日本 機械 学

【今後の計画】

会 第 34 回 バ イ オ フ ロ ン テ ィ ア 講 演 会 ，
1B13，宇部，2023.12.16-17.

本研究では，力学環境の変化に応じた多細胞のダイナミクスを数理モデルとして表現し，
単純な半球状組織を対象とした関節形態形成【参考文献】

シミュレーションを通じてその妥当性を示し(1) Carter, D.R., Wong, M., 1988. The

た．生体内において，異なる骨同士を連結すrole of mechanical loading histories

る役割を担う関節は，形態形成の過程を通じ，

in the development of diarthrodial

その部位に適応した形態と機能を獲得する．

joints. J. Orthop. Res. 6, 804–816.

例えば，3 つの骨からなる肘関節は，特定の 1(2) Yokoyama, Y., Kameo, Y., Adachi, T.,

軸を中心とする回転のみが可能な蝶番関節と2023. Development of continuum-based

して機能する一方で，2 つの骨からなる股関

particle models of cell growth and節は，特定の回転軸が存在しない球関節としproliferation for simulating tissueて機能し，両者の形態は大きく異なる．このmorphogenesis. J. Mech. Behav. Biomed.

ような関節における特徴的な骨の形態と機能

Mater. 142, 105828.

が自律的に形成される機構を明らかにするため，今後は，構築した組織形態形成モデルに基づき，隣接する複数の骨組織を対象とした

図 7. Carter の骨化理論に基づく関節形態形成シミュレーション．

― 94 ―

TOPへ戻る生細胞の動的光散乱に向けた顕微鏡システム開発
工学部

応用化学科

廣井

卓思

分離現象に対する新たな知見を得ることを目

１．序論（はじめに，まえがき，目的）
全ての生物は、細胞からできている。そし的とする。

て、細胞内には様々な細胞小器官があり、生動的光散乱法はゆらぎ測定法として広く知命活動を制御している。細胞小器官は、脂質られており、市販装置が多くの研究室で日常膜によって細胞質と明確に区別されており、的に使用されているような手法であるが、試膜輸送を介して細胞小器官同士のやり取りを験管中の希薄な溶液に対して適用するという行っている。また、膜がないという点で細胞のが常識であった。これに対し申請者は、顕小器官ではないものの、細胞内には液液相分微鏡下での動的光散乱により、高濃度溶液の離によって形成された、タンパク質や RNA な

高空間分解能ゆらぎ計測が可能となることをどが濃縮された領域があることが知られてお独 自 に 見 出 し た (J. Phys. Chem. C, 120,

り、膜のないオルガネラと呼ばれている。

5776 (2016)等)。本研究では、この顕微動的光2010 年頃から、生物学において起きたパラ散乱法を細胞質のゆらぎ計測に適用する。生ダイムシフトとして、今までの生体機能のメ

体への動的光散乱の応用例は報告され始めてカニズムを、生細胞中における液液相分離現いるものの、一細胞レベルでのゆらぎ計測を象を用いて書き換えられるのではないかとい動的光散乱で実現した例はなく、生物化学分

う流れが生まれた。ここで注目されている液野に与えるインパクトは大きいと考えている。

液相分離現象は、メソスケール（おおよそマ
イクロメートルオーダー）におけるマイクロ２．研究計画秒～ミリ秒オーダーでの時空間構造に本質が2023 年度は、顕微動的光散乱装置を本学で隠されていると考えられている。そのため、新たに組み、モデル生物であるヒメツリガネ

このスケールにおける構造の可視化によって、ゴ ケを 用 い て 、 世界初の生細胞ゆらぎ観測に

液液相分離の本質解明につながる重要な手掛挑んだ。図 1 に顕微動的光散乱装置の概略をかりが得られると期待される。現在は蛍光タ示す。倒立型顕微鏡上に設置した生細胞に対ンパク質を利用した顕微鏡イメージングによして、レーザー光を下から照射し、発生したる観測が中心であるが、染色が必要であるこ

後方散乱光をフォトンカウンティング検出とや、生細胞中のタンパク質濃度が極めて高した上で、強度ゆらぎに対応する時間相関関い（20~30 wt%）ことから、蛍光イメージング数を計算する装置となっている。また、生細に代わる観測手法が必要とされている。そこ

胞観察において特に問題になると考えられで本研究では、溶質のゆらぎ測定法として知る、細胞小器官などに起因する異常に強い散られる動的光散乱法を生細胞中の細胞質のゆ乱については、申請者が近年報告したソフト

らぎ観測に応用し、生細胞中における液液相

ウェア形式動的光散乱の解析手法を用いる― 95 ―

TOPへ戻る図 1. 顕微動的光散乱装置の概略
ことによって解決できる（特許出願中／T. H

図 2. 本学で新たに開発したiroi et al., Anal. Sci., 38, 607 (2022)）。

顕微動的光散乱装置の写真

本装置を生細胞に応用するにあたって新たに行う装 置 の改良と し て、生細胞画像と散乱
光強度ゆらぎの同時観測が 挙 げら れる 。こ れを実現するために、照明と光学フィルターを組み合わせた顕微鏡システムを新たに開発する。なお、観察に用いるヒメツリガネゴケ
は、学術変革領域研究（A）の公募研究において共同研究を推進している宇都宮大学の玉田グループから提供していただく。
３．計画の進行状況
1. 顕微動的光散乱装置の開発
図 2 に、実際に開発した装置の写真を示す。

図 3. 開発した装置で得られた代表的な研究室に新たに導入した 120 × 180 cm 上に

時間相関関数（実線）および

波長 532 nm のレーザーおよび光学素子を配置し、角セルを用いた通常の動的光散乱および顕微鏡下での動的光散乱のどちらも行うことができる装置を新たに開発した。標準試料である粒子直径 120 nm のポリスチレンナノ
微粒子を行い、開発した装置が一般的な市販の装置より高い S/N 比で時間相関関数を得られることを確認した（図 3）。得られた時間相関関数は、粒子直径 120 nm を仮定した理論
曲線と良い一致を示しており、開発した装置が問題なくゆらぎ計測に利用できることを示している。なお、通常の動的光散乱で測定した試料は 0.001 %という低濃度試料であるのに対し、顕微動的光散乱で測定した試料はフィッティング結果（点線）
1 %の高濃度試料である。このような高濃度試料は、多重散乱に起因する白濁のために通常の動的光散乱装置では測定が困難であるが、顕微動的光散乱では共焦点効果によりこれを可能としている。
2. ヒメツリガネゴケのゆらぎ計測
開発した装置を用いて、ヒ メツ リ ガネ ゴ ケ
を試料とした動的光散乱計測を行った、その結果、ヒメツリガネゴケの細胞内部のゆらぎを計測することに初めて成功した。以下、詳細を記す。

― 96 ―

TOPへ戻る試料としては、宇都宮 大学の玉 田 グルー プから提供いただいた、ボトムディッシュ上に固定したヒメツリガネゴケを用いた。ヒメツ
リガネゴケは、ボトムディッシュ底面のカバーガラス上に設置したゲルの上に設置されており、倒立型顕微鏡によってボトムディッ
シュのまま光学像観察およびレーザー光の照射が可能となっている。なお、ヒメツリガ
ネゴケは 1 つの細胞の長辺が 100 μm 程度と大きく、かつ細胞の重なりがない状態で観察できるため、光を用いた生細胞研究のモデル植物として広く使われている。
図 4(a)に、測定したヒメツリガネゴケの光学像を示した。測定を行ったのは、コケと聞いて最初にイメージするような葉（葉細胞）ではなく、葉を切ることによって形成される
原糸体細胞である。原糸体細胞は、その頂端が成長していき、1 日未満で細胞分裂をしながら伸長していく。また、細胞によっては枝分かれをするため、切断した葉の先からはネットワーク上に伸びた原糸体細胞が観察される。顕微動的光散乱計測では、レーザース
ポ ッ ト を マイクロメートルオーダーで制御できるため、生細胞中の任意の場所に光を照射し、そこからの散乱強度ゆらぎを計測することが可能である。実験では核や葉緑体といった細胞小器官を標的とした測定も行ったが、ここでは最も明確なゆらぎが観測された液胞からの散乱強度ゆらぎについて述べる。
図 4(b)に、ヒメツリガネゴケの原糸体細胞の液胞にレーザー光を照射し、そこから得られた散乱光強度の時間相関関数を示す。5 つの時間相関関数を示したが、これは異なる点から得られた時間相関関数ではなく、すべて
図 (a) の ×印 で 示 し た 場 所 か ら 得 ら れ た 時 間
相関関数である。それぞれの時間相関関数は20 秒の露光時間で得られた結果であり、これは生細胞中の細胞質のある点における拡散の様子が、遅くとも 10 秒オーダーで大きく

図 4. ヒメツリガネゴケを測定試料として用いた顕微動的光散乱法の実験結果(a) 測定に用いたヒメツリガネゴケの光学像(b) (a)の×印で示した場所から得られた代表的な散乱光強度の時間相関関数(c) (b)で示した時間相関関数を逆ラプラス変

変化していることを示唆している。

― 97 ―

換することによって得た粒径分布関数

TOPへ戻る表 1. 薬剤処理に用いた薬剤とその効果得られた時間相関関数は、逆ラプラス変換
することによって拡散係数分布に変換する
ことができる。そして、生細胞中における溶
媒粘度を水と同じであると仮定することによって、Einstein–Stokes の式に基づいて粒子半径分布に変換することができる。その結果を図 4(c)に示した。粒径としてサブマイクロ

薬剤効果Oryzalin

微小管重合阻害Taxol

微小管安定化Latrunculin B

アクチン重合阻害

Jasplakinolide

アクチン安定化

メートルオーダーの粒子の存在が示唆される。このような情報を非染色で計測できるという点も、顕微動的光散乱の新奇 性であると考えている。
3. 薬剤による細胞ゆらぎの変化
前述したコケ細胞中において見られたサ ブ
マイクロメートルオーダーの粒子が何を表しているのかを推定するために、野生型のヒ
メツリガネゴケに対して各種薬剤処理を行い、原糸体細胞の先端部に対して顕微動的光散乱計測を行うことによって得られた時間

図 5. 各種薬剤処理を行った後に得られた
時間相関関数の代表例

相関関数を図 5 に、用いた薬剤とその効果を表 1 に示した。ここで、原糸体細胞の先端部を選んだ理由は、成長中の原糸体細胞では頂４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況

端成長のために先端部に微小管やアクチン

2024 年度以降は、ゆらぎが何によって起こが集中し、これらのタンパク質がゆらぎに影響すると推測したためである。
得られた実験結果として、微小管の安定化を進める薬剤である Taxol を加えたときに、最も顕著に時間相関関数の緩和速度の減少が見られた。緩和速度の減少は粒径の増加と対応し、微小管安定化によって微小管が分解せずに肥大化するという描像と合致する結果が得られた。しかし、アクチン重合阻害剤である Latrunculin B を添加した場合にも緩和速度の減少が見られ、これはアクチンの重合阻害に伴うアクチンの細分化の描像とは相反する結果となっている。これらの結果より、ヒ
メツリガネゴケの動的光散乱において見られたゆらぎは微小管由来である可能性が高いと推測される。

っているかをさらに検証する段階に移行する。これには、特定の生体機能を阻害するために、遺伝子組み換え技術を用いて作成した
ヒメツリガネゴケを用いる手法が適切であると考えている。この研究展開については、
共同研究先の宇都宮大学のグループとの議論を基に進めていこうと考えている。また関連した研究課題として、補償光学を用いた不透明試料の動的光散乱手法の開発も進めている（科研費・学術変革領域研究（A）（公募
研 究 ））。 こ の 手 法 を 応 用 す る こ と に よ っ て 、
ヒメツリ ガ ネゴケに 限 らず様々な種類の生細胞のゆらぎ計測も可能になると期待される。
上述の研究を進めながら、従来にない知見を得たタイミングで、研究成果の学会発表および国際学術誌への投稿を行い、開発した手法を広く世界に向けて発信していく。

― 98 ―

TOPへ戻る低温硝化処理における温室効果ガスの抑制手法の開発
応用化学科

李沁潼

菌群の N2O 放出特性を把握する。具体的には

１．序論（はじめに，まえがき，目的）
従来の硝化作用に基づいた生物学的水処理
技術は、硝化の副産物として強力な温室効果

以下のスケジュールで実験を実施する予定である。
・2023 年 7 月～8 月、既存の実験条件で連ガスである N2O の放出に寄与していることが課題として挙げられている。通常 2 ステップ続運転する（原水中の NH4+-N:40mg/L）。
・2023 年 9 月～10 月、NH4+-N（アンモニア⇒亜硝酸⇒硝酸）の硝化反応は、
近年の研究により 1 ステップでコマモックス

原水を供試する。
・2023 年 11 月～12 月、NH4+-N菌と呼ばれる完全硝化細菌により進行可能なことが報告された。コマモックス菌は従来の・2024 年 1 月～2 月、NH4+-N

10mg/L の原

水を供試する。
上記期間中において、以下の項目を定期的発に応用性が高いと考えられる。本研究室では、5℃において下水処理場の返送汚泥を包括

20mg/L の原水を供試する。

硝化菌（AOB）より N2O の放出が低減される傾向にあり、温暖化低寄与率の水処理技術の開30mg/L のに解析する予定である。

固定させた低温耐性硝化細菌群を 8 年間渡っ・水質項目：原水及び処理水を週 2 回採取て集積培養しており、担体中にコマモックス

し、水中の NH4+-N（インドフェノール青法）、菌が優占していることが確認されている。該

NO3--N、NO2--N（イオンクロマトグラフィー

当低温耐性硝化細菌群の平均硝化速度は法）を分析する。サンプリング日にリアクタ

0.25 kg/m3/d を達しており、長期的安定性を

ー内の水温、DO を測定する。

有しているが、硝化の副産物である N2O の変・微生物解析：生物担体を週 1 回採取し、換率についてはまだ明らかにしていない。本DNA 抽出を行い、リアルタイム PCR（AOB、コ

研究は、前述の低温耐性硝化菌群を対象に、マモックス菌）と次世代シーケンス解析（16S

担体中の優占菌の遷移による N2O の放出特性

rRNA-V4 領域、amoA アンプリコン）に用いる。

を解明することを目的とした。

・N2O 分析：リアクター上部をパラフィル
ムで密封し、週 1 回ヘッドスペースから気体

２．研究計画

サンプルを採取し、真空バイアル瓶に注入す

本研究は、AOB/コマモックス菌の消長を影る。採取した気体サンプルは、GC-ECD で N2O

響する要因の一つであるアンモニア濃度を 4

濃度を測定し、最後に水質結果（硝化率等）

段階設定し、それぞれ 8 週間連続運転実験（装を合わせて各期間の N2O 変換率を算出する。

置は図 1 に示す）を行い、期間中の水質変化

以上の実験を行い、2024 年 3 月には、研究を観測すると共に、担体中の菌叢変化及び成果をまとめ、論文投稿、学会発表、及び報N2O 放出量を評価することで、低温耐性硝化

告書作成等を実施する予定である。

― 99 ―

TOPへ戻る申請者は昨年度耐酸性硝化菌群を対象に、

NH₄ + -N 濃度 40 mg/L 間は HOA が 97.2％、AHS

溶存酸素濃度が硝化菌叢及び N2O の放出特性が 95.0％、30 mg/L 間では HOA が 96.0％、AHSに及ぼす影響に関する研究を株式会社クボタが 96.7％、20 mg/L 間では HOA が 95.2％、AHSと共同研究を行った。その研究成果の特許出が 94.8％、10 mg/L 間では HOA が 93.6％、AHS

願の準備に至っており、今年度に成果を公表

が 93.8％であった(図 3)。この結果を見ると、する予定である。本申請の遂行に必要な水質

原水 NH₄ + -N 濃度が低下すると硝化率も応じ分析手法、微生物解析手法及び N2O の分析手て低下していることが分かる。この結果から、法についてはすでに立ち上がっており、本申請課題の円滑な研究遂行は可能である。

３．計画の進行状況
今年度では概ね計画通り実施することができた。以下は研究成果について述べる。
3.1 水質の経日変化

原水 NH₄ + -N 濃度と硝化率に相関関係がある

本試験における HOA・AHS 両系の水質の経時可能性が考えられ、T 検定を 40～10 mg/L の変化のグラフを図 2 に示す。HOA・AHS 共に原HOA・AHS 間で実施したが、どの期間でも相関

水アンモニア態窒素濃度 40～10 mg/L 全期間は確認できなかった。HOA・AHS 間で硝化率にを通じて、処理水から NO₂ - -N がほとんど検出違いが生じた可能性の 1 つとして担体内の優されず、原水中の NH₄ + -N と処理水中の NO₃ - -N

先菌種や菌量などが原水 NH₄ + -N 濃度に応じがほぼ同程度検出されたことから、どちらのて変化しており、硝化率の増減に寄与してい系も安定した硝酸型硝化であることが確認さることが考えられることから、微生物の分類れた。そのため、低温・低濃度条件化(NH₄ + -Nを科/族/種まで検出が可能である菌叢解析や、40～10 mg/L)において原水濃度変化を加えた

機能性微生物の定量が可能である qPCR を行際も安定した硝酸型硝化を維持できることがい、菌叢を細部まで明確にすることが今後の示 唆 さ れ た 。 ま た 、 原 水 NH₄ + -N と 処 理 水

展望として挙げられる。

NH₄ + -N から各系のアンモニア除去率を表す硝

3.2

化率(％)の計算 (式：｛(原水 NH₄ + -N 濃度‐処

本試験期間におけるリアクター上部の N₂O

理水 NH₄ + -N 濃度)/ 原水 NH₄ + -N 濃度｝･100)

濃度の経日変化をまとめたものを図 4 に示す。

を行なった。各期間の平均硝化率は原水

この結果から HOA・AHS 共に原水 NH₄ + -N 濃度― 100 ―

N₂O 放出係数の経日変化

TOPへ戻る30 mg/L 間での N₂O 放出量が高く、40～20 mg/L

comammox 菌 が 濃 度 変 化 に 影 響 を 受 け 存 在 量での運転期間までは HOA の方が N₂O 濃度が高が減少してしまうことに加え、低温条件下でいが、10 mg/L での運転期間では AHS の方がは硝化菌の活性が低下し、増殖速度が減少し高い結果となった。また、装置間で見ると HOAていることを考慮すると濃度変化を加えた後は原水 NH₄＋-N 濃度 30 mg/L 間から濃度減少の comammox 菌が後に増殖が少なく、30～10に応じて N₂O 濃度が減少している傾向が確認

mg/L 間では N₂O 放出に寄与する AOB が優占し、できるが、AHS には同様の傾向が見られない

N₂O 放出係数が 40 mg/L 間と比較すると高くことが分かり、AHS に関しては 40 mg/L 間でなったことが考えられる。

の N₂O 放出量が一番低いことが確認された。

図 4 の N₂O 濃度と N₂O 放出係数式(Li etal.,2021)から N₂O 放出係数を換算した結果を図 5 に示す。N₂O 放出濃度の結果とは一転して HOA・AHS 共に原水 NH₄ + -N 濃度の低下に応じて放出係数が高くなる傾向が確認された。
また、20 ㎎/L での運転期間まで HOA の方が
AHS より放出係数が高いものの、10 mg/L での運転では AHS の方が HOA よりやや上回った結果となった。硝化率の結果と N₂O 放出係数の3.3 低温硝化処理の長期安定性+

結果から、HOA・AHS 共に 40 mg/L NH₄ -N 濃
度での運転が最も環境負荷の少なく、水質の

原水 NH₄ ＋ -N 濃度 40 mg/L で連続運転した時までの(本試験前の維持運転＋本試験

良い処理反応であることが把握できた。このでの原水 NH₄ ＋ -N 濃度 40 mg/L で運転した

結果の理由は原水 NH₄ ＋ -N 濃度 40 mg/L の際

際のデータを含む)、HOA が 3480 日間、AHSには維持運転期間を含めると約 3 ヶ月間の運が 1809 日間(両系 2023 年 10 月 2 日まで)の水

転期間があり低濃度・低アンモニア環境中に質の経時変化をまとめたグラフを図 13 に示

おいては AOB よりも comammox 菌が優占する傾す。HOA は全体を通じて硝酸型硝化であるの

向 を 見 せ る (Kits et al., 2017)(Shi etに対して、AHS は 0～800 日までは原水アンモ

al.,2018) こ と か ら 低 N₂O 放 出 に 寄 与 す る

ニアのほとんどが亜硝酸に変換される亜硝酸

comammox 菌が優占しており、N₂O 放出係数が型硝化であったが 800 日～1809 日間は硝酸型低くなったことが考えられる。しかし、硝化となっていることが確認できる。また、― 101 ―

TOPへ戻る全 期 間 を 通 じ て の 平 均 硝 化 率 は HOA が本水環境学会、2024 年 3 月

96.18％、AHS が 91.32％であった。この結果

・ 北 澤 虎 鉄 , 矢 野 翔 也 , Nguyen Thi, Khanhは各担体の固定化方法の違いによって生じた

Huyen, 大内孝雄, 内海真生, 李沁潼、霞ケ浦

ものであると考える。安定した硝酸型硝化が湖底境界層におけるメタン酸化活性の季節変確認された HOA では包括固定担体を用いてお化、第 58 回日本水環境学会、2024 年 3 月り、生物濃度を高め、活性を保持したまま固・ 矢 野 翔 也 , 北 澤 虎 鉄 , Nguyen Thi, Khanh

定化できる特徴があるため、馴養開始時から

Huyen, 大内孝雄, 内海真生, 李沁潼、富栄養

安定して硝酸型硝化が行われ、付着担体を用化湖沼底泥における生物的メタン消失課程のいている AHS よりも硝化率が高い結果が得ら

解明、第 58 回日本水環境学会、2024 年 3 月

れたと考える。一方で、付着担体を用いてい・Nguyen Thi Khanh Huyen, Amano Yukina,

る AHS は、１から増殖速度の遅い硝化菌を増Shoya Yano, Kotetsu Kitazawa, Takao Ouchi,

殖させることから安定するのに時間がかかる

Qintong Li, Motoo Utsumi、Seasonal Change

特徴があるため、一時的な亜硝酸型硝化を経ofて硝酸型硝化に安定したと考察する。

Kasumigaura、第 58 回日本水環境学会、2024

Aerobic

MethaneOxidation

in

Lake

年3月
４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況 2023 年度の業績（論文）前項で挙げられた菌叢変化によって処理性

・ Xiaoyan Wang, Jin Gao, Yu Gao, Linlin

能が異なることを確認するためには機能性微Zhang, Congchao Xu, Qintong Li, Lin Li,

生物の定量(qPCR)や菌叢解析を行なうことがJianliang Xue 、 Analysis of surfactant

必要であり、現在解析実験を実施している。

production by Bacillus cereus GX7 andまた、本研究では 40 mg/L 間にて最も優れた

optimization of fermentation conditions、処理性能をみせたが、より高濃度な条件化でColloids and Surfaces B: Biointerfaces 233の反応や comammox 菌が濃度変化に弱い可能113629-113629 2024 年 1 月

性などを考慮して改めて実験を行なう必要が・ Jiayu Dong, Katsunari Hiroki, Mizuki

あると考える。コマモックス菌/AOB の消長を

Tobito, Keisuke Yoshida, Ai Tanabe, Taiki

制御する要因についてこれから継続的に解明

Shindo, Megu Gunji, Qintong Li, Teruaki

していきたいと考えており、今後はより学際

Hasegawa 、 Bacterial

的な視野で環境微生物が駆動する各プロセス

hydrogels carrying Lewis X trisaccharidesの解明研究を行い、人間社会へ応用可能な新

as

for

monitoring

規微生物の探索に努めていきたいと考えていcarbohydrate–carbohydrateinteractions

る。研究室立ち上げ後の長期ビジョンとしてwith the naked eye、Journal of Carbohydrate

は、「水の浄化」という研究キーワードを中心

Chemistry 1-19 2023 年 8 月 6 日に、環境フィールド調査と水処理技術開発の投稿済の論文（Reviewer コメントに基づいて両方を展開し、水資源の持続可能な保全と健Revision 中（5/28 まで））

全な水環境マネジメントの構築を目指すこと

・Qintong Li, …, Tatsuo Sumino、Relativeである。

abundance of comammox Nitrospira and AOB

2023 年度の業績（学会発表）

were reversed under acid conditions in a・大塚柾人, 髙橋美思, 角野立夫, 李沁潼,

biofilm

篠嵜耕太郎, 若原慎一、Comammox 含有耐酸性

Microbiology and Biotechnology

硝化菌群による N 2 O 放出特性評価、第 58 回日（その他、投稿準備中、1 件）― 102 ―asystemcellulose-based

reactor 、 投 稿 先 ： Applied

TOPへ戻る計算可能性と計算複雑性に基づく創発現象の研究
先進国際課程Aames Jericho Jimmy

Research colleagues
None

１．Paper introduction
A distinction that is often draw in philosoph-manipulation, detached from the actual scienceof emergent systems and phenomena.

ical discussions of emergence is that between

This paper aims to rectify this situation andepistemological emergence and ontologicalraise the level of rigor of philosophical discus-

emergence. An epistemologically emergent

sions of emergence, by employing the concep-

phenomenon is one that is in principle “reduci-

tual tools of the theory of computation: namely,ble” in some sense to its component elements,

computability, decidability, and computational

but is irreducible in practice due to its complex-

complexity. There are several known instances

ity and limitations in the observer’s computa-

in which the macroscopic behavior of a systemtional power and resources. It is, in a word, ais undecidable, in the computational sense,

kind of emergence that is only in the eyes of thefrom a microscopic description of its underly-

beholder. An ontologically emergent phenome-

ing elements. For example, Toby S. Cubit andnon, on the other hand, is one that is irreducible

his colleagues have demonstrated the undecida-to its component elements even in principle.

bility of whether an energy gap exists in 2-di-

Much of the philosophical discussion about

mensional lattice models of quantum many-

emergence revolves around the question: Are

body systems (Cubit et al., “Undecidability ofthere instances of ontological emergence in thethe Spectral Gap,” Nature 528, 2015). This canworld, or are all instances of emergence episte-

be interpreted as an instance of emergence inmological?

which the macroscopic behavior of a system is

An issue that is often overlooked in these dis-

irreducible in principle to a microscopic de-cussions is the question of what it means for an

scription of its elements. Hence this is an in-emergent phenomenon to be reducible or irre-

stance of ontological emergence, where “reduc-ducible “in principle.” There is a tendency toibility in principle” is understood in a computa-

use this phrase in a rather impressionistic man-tional sense.

ner, without any sustained examination into theMore generally, even if a problem is solvableconditions under which an emergent phenome-in principle, there are various classes of com-non can be said to be reducible or irreducible

putational complexity, such as P, PSPACE, and“in principle.” The unfortunate result of such a

NP, corresponding to the different grades of dif-tendency is to lapse into speculative concept-

ficulty of the computation required to solve the― 103 ―

TOPへ戻るproblem. Thus, even among emergent phenom-

physics, and philosophy.

ena that are “reducible in principle,” there may

Building on the ideas presented in these stud-be qualitative differences in the difficulty of re-ies, as well as my own previous research on pat-duction. In this paper we propose a hierarchy ofternhood and emergent behavior, I propose avarying “grades” of emergence, corresponding

framework for classifying and studying various

to the hierarchy of computational complexity

examples of emergence that arise in the naturalclasses, and investigate specific instances ofworld. This framework distinguishes different

emergence in the natural world according to thisgrades of emergence depending on the difficulty

proposed framework.

of the computation required to reproduce (ormake decisions about) certain macroscopic be-

２．Research program
Our first step is to examine the recent studies

haviors of the emergent system, based on a microscopic description of its elements.

of emergence in the philosophy of science liter-

Finally, we apply this framework to several

ature that deal with specific instances of emer-

specific instances of emergence. The energy

gence within physics. Especially pertinent forgap (spectral gap) in 2-dimensional lattice mod-our purposes is Robert Batterman’s A Middle

els of quantum many-body systems, for exam-

Way: A Non-Fundamental Approach to Many-ple, is an example of the “strongest” type ofBody Physics (2021), which explores the philo-

emergence because it corresponds to an unde-sophical implications of mesoscale physics,

cidable problem. A weaker type of emergence istaking the methods of fluid mechanics as a

one that corresponds to an NP complete problem.

model. Another important study is Robert

It has been shown, for example, that solving the

Bishop, Mark Pexton, and Michael Silberstein’s

3-dimensional Ising model, used to describe

Emergence in Context: A Treatise in Twenty-

ferromagnetism in statistical mechanics, is anFirst Century Natural Philosophy (2022),

NP complete problem (Sorin Istrail, “Statisticalwhich examines the conditions that make the

Mechanics, Three-Dimensionality and NP-com-

existence, stability, and persistence of emergent

pleteness,” STOC '00: Proceedings of the

behavior possible, and on this basis presents theThirty-second Annual ACM Symposium on The-

notion of contextual emergence, a kind of emer-

ory of Computing, 2000). This suggests that thegence that is neither epistemological nor onto-

kind of phase transitions described by suchlogical.

models is an instance of this second grade of

Although not dealing specifically with the
topic of emergence, Scott Aaronson’s essays

emergence, which we may call NP complete
emergence.

“NP-complete Problems and Physical Reality”(ACM SIGACT News, Vol. 36, No. 1, 2005) and３．State of progress“Why Philosophers Should Care About Compu-

The survey of previous research on emer-

tational Complexity” (included in the collection

gence and the broad outlines of the framework

Computability: Turing, Gödel, Church, and Be-

mentioned above are mostly complete. What re-yond, 2013) are also pertinent to the present

mains to be done is to apply the framework to

study, as they explore a wealth of connections

further examples of emergence arising in phys-

between the theory of computation, theoretical― 104 ―

TOPへ戻るics (and perhaps other fields as well). Specifi-

A second direction in which the present re-cally, it remains to be seen whether there aresearch may find potential application is the

any instances of emergence corresponding to

problem of time, most notably its irreversibility.

the complexity classes PSPACE, EXPTIME,

Given that the physical laws at the micro level

NEXPTIME, and EXSPACE, for example. An-

are reversable (symmetric with respect to time),

other issue that remains to be addressed isit remains an open problem how to explain thewhether putative cases of emergence corre-irreversibility of phenomena we observe atsponding to problems in the complexity class P

macro scales. The standard view among physi-

can be regarded as cases of emergence at all.

cists and philosophers is that this macro-level

Since the class P consists of those computa-

irreversibility is a statistical property arisingtional problems that are efficiently solvable orfrom the Second Law of Thermodynamics (thattractable, it would seem to go against our usual

is, the direction in which entropy increases inconception of emergence to say that a physicalan isolated system is defined as the future direc-

problem in the class P somehow corresponds totion). However, as argued by the philosopher

an emergent phenomenon.

Tim Maudlin, this view is untenable. There arevarious other approaches to the irreversibility

４．Future program, paper submission andproblem, such as that of Ilya Prigogine, David

results briefing

Albert, and Nicolas Gisin. What I hope to do in

While the main ideas of the paper are in place,the future is to examine these various ap-

the details mentioned above (in sec. 3) need toproaches from the standpoint of the computa-

be filled in before the paper can be completed

tional framework of emergence proposed in theand submitted. This I hope to do within the ac-present study.

ademic year 2024. In the future, there are two
research directions that I plan to pursue after thecurrent research is completed.
The first has to do with the problem of downward causation, a putative type of causal relation, often attributed to strong types of emergence, where an entity or event at a higher levelof a system somehow influences what goes on
at a lower level of the same system. There arevarious conceptual difficulties involved in thenotion of downward causation, as pointed out
notably by the philosopher Jaegwon Kim. What
I would like to explore is whether some of theseconceptual issues surrounding downward causation could be resolved by adopting the computational approach to emergence outlined in
the present study.

― 105 ―

TOPへ戻る複合的環境情報による移動体の自律制御
機械制御システム学科桑原央明

ットには精確な位置決め能力が求められるが，１．序論（はじめに，まえがき，目的）製 造 現 場 で の 搬 送 工 程 を 自 動 化 す る AGV

地面の滑りは大きな外乱となり得る．特に，（Automated Guided Vehicle，無人搬送車）

路面との接触面積が大きい移動機構では，滑などの移動体が人と同じ空間で動作するニーりを考慮した制御が不可欠である．これまでズが高まっており，人協調作業や障害物回避の研究で，滑りを含む運動メカニズムのシミなど移動ロボットが自律的に実施するタスクュレーションや，滑りを検出し制御する多様も多様化している．これまで，AGV に対し，な方法が提案されている．本研究では，特に位置決めや障害物回避など各タスクの実現に

クローラ機構を基に，一般的な移動機構に適必要なセンサ・制御手法を搭載することで，用可能なモデルフリーの駆動力抽出と制御方

AMR（Autonomous Mobile Robot，自動搬送ロ法を開発する．さらに，外乱としての滑りをボット）として高度化が進められている．しアクチュエータの外乱として捉え，機械学習

かし，今後，製造現場で稼働する移動体が増を活用して車両速度を推定し，推定された駆加することを考えると，従来の開発方式では動力を制御することで滑りを抑制できること

導入コストが肥大化していくと考えられる．

を確認する．

そこで，本研究では，移動体の最小限の内（２）俯瞰システムによる広範囲環境情報

部情報と移動体の外部から俯瞰するシステムの取得と動作計画方法の開発：本研究では，で得られる外部情報を融合することで移動体

工場内の監視カメラを用いて作業空間全体をの環境（路面，人，設置物など移動体の周辺俯瞰するシステム（俯瞰システム）を構築し，に存在するもの全て）の情報を把握し，自律

移動ロボットの制御指令を生成する．俯瞰シ制御に応用する手法の開発に取り組む．

ステムは，撮影した画像を解析し，人と移動ロボットを認識して衝突の可能性を予測する．
衝突が予測された場合，Bluetooth 通信を介

２．研究計画本研究は，移動ロボットの内部情報を用いして移動ロボットに情報を送信し，ロボット

た路面状態の推定方法と，外部情報による移は衝突回避のための動作に移行できることを動ロボットの広範囲な周辺環境の状態推定方

確認する．

法を個別に開発し，統合するという流れで研３．計画の進行状況究を進めている．
（１）駆動軸の推定外乱による局所路面環境（１）駆動軸の推定外乱による局所路面環

情報の取得と制御応用方法の開発：移動ロボ

境情報の取得と制御応用方法の開発：図１に― 106 ―

TOPへ戻る確認している．
次に，推定した滑りを含む速度から，移動ロボットの駆動力を推定する観測器（駆動力
オブザーバ）を設計した．図３に駆動力オブザーバを示す．さらに，図４に示すように，駆動力オブザーバにより推定した駆動力を経
図１．速度推定ニューラルネットワーク

400
Data

R=0.96819

Fit
Y=T

200

Predicted velocity [mm/s]

図３．駆動力オブザーバ
0

-200

-400
-400

-200

0

200

400

Target velocity [mm/s]（a）使用する場合（b）使用しない場合

図２．推定外乱の使用による速度推定性能
示す，駆動軸の推定外乱を入力に含む速度推
定ニューラルネットワークを構築した．速度推定ニューラルネットワークは，移動ロボッ

図４．駆動力制御を含む制御系

トの内部情報を入力に，滑りを含む躯体速度
推定する回帰型のニューラルネットワークで路追従のための制御系の内側に構成することある．ここで，速度推定ニューラルネットワ

で，駆動力を制御し，滑りを抑制できる．

ークは，移動ロボットの制御器のサンプリン

図５に，駆動力制御による滑り抑制効果をグタイムと同期して動作するようにネットワ

示す．駆動力制御の導入により，滑り率が０

ークの学習および調整をしている．

に抑制されていることが確認された．駆動力

推定外乱を速度推定ニューラルネットワー

動力制御は，路面環境との接触状態を適切にクの入力に使用する効果を確認するため，図

制御していることに相違なく，滑りを抑制す

２に示すように，推定外乱の使用有無によるるだけでなく，適切に滑らせることで運動性

速度推定性能を評価した．図２（b）では，ニ能を改善させることも可能であると考えていューラルネットワークの階層や次数を揃え，る．

入力に推定外乱の代わりにランダム変数を与えた．図２より，推定外乱を使用することにより，路面環境の情報を正確に把握でき，精度高く滑りを含む速度を推定できていることを示した．さらに，路面環境の材質を変化させた評価において，推定外乱を使用すること（a）駆動力制御なし

で，速度推定にロバスト性を付与する効果を― 107 ―（b）駆動力制御あり

図５．駆動力制御による滑り抑制効果

TOPへ戻る（２）俯瞰システムによる広範囲環境情報の取得と動作計画方法の開発：図６に俯瞰シ
ステムの概要を示す．工場などの閉空間では，
人と移動ロボットが同じ作業空間を移動する．
多くの場合，安全柵や仕切り板を設けて各々の移動エリアを区別する．一方，俯瞰システ
ムにより，人と移動ロボットを認識し，移動ロボットの経路を変更することで，移動ロボ

図７．俯瞰システムによる移動ロボットのット単体を高度化せずに安全性を確保できる．

回避指令生成フロー

図７に，俯瞰システムの移動ロボットの制
御フローを示す．移動ロボットの目標位置ま表１．回避動作を含む場合の目標到達位置精での経路は事前に設定されているものとする．

度への影響俯瞰システムにより，人作業空間を撮像する．
撮像画像に対して，背景差分により動体検出
し，人と移動ロボットの位置関係を認識する．
検出した人と移動ロボットの位置関係をもとに，衝突の可能性を予測判定する．衝突の予測判定値が閾値を超える場合，Bluetooth 通
信により移動ロボットに衝突回避指令と経路
再設定指令を送信する．この処理は，割込処

理論値か らの誤差 について は，回避 の 有理により実行され，現在の動作を中断して衝無にかかわらず誤差を含めて 100mm 以

突回避行動に移行する．

内である ことがわ かった． 一方で， 平 均

表１に，回避動作をする場合と，回避動作

値や標準 偏差は回 避動作を した場合 に 増をしない場合の到達位置と理論値の差を比較

大してい る．これ は，移動 距離増加 に よし，回避動作が目標位置到達に与える影響をる移動制 御の誤差 が積み重 なった結 果 と確認した．

考えられ る．した がって， 今後は滑 り な
どばらつ き要因を 考慮した 目標位置 の 設定が重要 である． また，よ り動作の 少 ない移動経 路の設定 が求めら れること が 示
唆された．

次に， 俯瞰シス テムが接 近判定す るときおよび移動ロボットが回避動作を開始するときの人と移動ロボットの位置を測定した．図８に，測定結果を示す．俯瞰シ
ステムが人と移動ロボットの接近を判定する距離は，平均から±100mm 以内に収まっており，一定の値を保っている．また，
図６．俯瞰システムの構成

目標の2000 mm 以内を満たし，俯瞰システ
ムの接近判定は機能したと考えられる．しかし，回避動作をした場合，判定時の距離― 108 ―

TOPへ戻るに関わらず，最大50 0mm から最小35 mm とを拡張するための課題として，局所的な路面

一定でなく，安全とは言えない距離にまで

環境情報と広域的な移動ロボットの周辺環境

接近してしまう場合（11，33，4 回目）もの情報を統合した移動ロボットのモーションみられた．また，各回の結果を見ると，判コントロールおよび経路計画方法を検討する．

定時から回避時までの距離が開いている

さらに，申請者の保有する複数の移動ロボッ

ことがわかる．これらの結果から，原因はトの運動を独立に制御できるモード分解法と移動制御システムが回避指定を受信して組み合わせる方法を考えている．具体的には，

から実際に動作をするまでに処理に時間

複数の移動ロボットの運動を把持・操作モーがかかったこと，俯瞰システムによる接近ドに分解し，分解したモード毎に，路面環境判定，指令送信，指令受信，回避実行と判情報と周辺環境情報を適用することで，物体定から実行までの処理が人の接近に間にの把持力制御と軌道追従制御を同時に実現す合わなかったことが考えられる．今後，シることを目指す．

ステム運用のためには移動ロボットのアルゴリズムを見直し，回避指令の受信から成果：実行までの処理時間を短縮すること，接近（１）国際学会発表

判定から回避実行までのラグを考慮し，人MasakiEndo

andHiroakiKuwahara,と適切な距離で回避動作がとれるシステ“Cooperative spatial control of human and

ムが求められる．

mobile robot using overhead system,” Proc.
of the 10th IEEJ International Workshop on
Sensing, Actuation, Motion Control, andOptimization (SAMCON2024), Kyoto, Japan,
2024.
（２）国際論文誌
Hiroaki Kuwahara and Toshiyuki Murakami,“Experimental study of tracked vehicle
velocity using estimated disturbance andmachine図８． 人と移動ロボットの距離測定結果

learning

forenvironments

different

training,”

IEEJ

application

to

from

in

Journalof

thoseIndustry

４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況 Applications, vol. 13, no. 2, pp. 146-154,
本研究では，移動ロボットの内部情報によ2024.

る局所的な路面環境情報の抽出，応用制御方
法と，俯瞰システムにより人と移動ロボットを検出し，移動ロボットと人の衝突を回避し，目標位置までの経路を再設定するシステムを提案した．開発した提案システムの性能を実験により検証し，安価なシステムで移動ロボットが目標位置まで衝突なく到達できることを確認した．今後，提案システムの適用範囲― 109 ―

TOPへ戻る食品中微量成分の安定同位体比を用いた研究
生命科学科

川島

洋人

60～ 70%の 場 合 ，「 大 吟 醸 酒 」「 吟 醸 酒 」「 本

１．序論（はじめに，まえがき，目的）
日本酒は，主に水，米，麹のみで作られた醸造」に分類される。醸造アルコールを入れ

日本の伝統的な飲み物である。主に水，エタることで，より軽い味わいになり，香りが増

ノール，炭水化物，有機酸，アミノ酸で構成す。上記のいずれにも該当しない酒は「普通されている。お米のでんぷんは麹菌（糖化）酒」に分類される。普通酒は，醸造アルコー

によって生成される酵素によって糖に分解さ

ル，砂糖，有機酸を加えることが可能である。

れる。その後，糖は酵母によってアルコール

これは，生産される日本酒の中で最も多く，に変換される（発酵）。このように，糖化と発最も安い。いずれの場合も，日本酒のカテゴ

酵（並行二重発酵）の同時プロセスによってリーは法的にラベルに表示する必要がある。

製造される。醸造過程は，初めに米の外層を日本で生産された日本酒の生産量は，2013

磨いて水に浸し，次にご飯を蒸す。その後，年から 2017 年にかけて 19%減少した。一方，ご飯に麹菌をまぶして繁殖させる。次に，水，

純米酒の生産量は 30%増加した。これは，純

麹，ご飯，酵母をタンクに入れて発酵させる

米酒に対する消費者の需要の高まりを反映し（酒母）。この工程にてアルコールを生産するていると考えられる。また，日本酒の輸出量

清酒酵母で育てられ，2 週間から 1 ヶ月以上

は 2008 年から 2018 年にかけて 2.1 倍に増加かかる。次に，ご飯，麹菌，水，麹を巨大なし，2018 年には 25,747 kL であった。輸出さタンクに入れて発酵させる（もろみ）。この工れる日本酒の大部分が純米酒であり，これは程にて，並行二重発酵が実行される。その後，

純米酒と吟醸酒（普通酒）の税率の違いを反20 日間発酵させた後，圧搾して酒を分離する。

映している可能性がある。輸出する際に，純最後に，ろ過を調整し，水を加え，低温殺菌

米酒の方が税率が低いため，輸出する際は純した後，保管される。

米酒が好まれている。そこで，人気のある純日本酒は国税庁によって特別に分類されている。簡略化すると，日本酒を最初の 2 つに米酒と他の種類の日本酒との価格差による詐欺が起きている。

分類した。水，米，麹のみで作られた「純米現在までに日本酒の産地識別法として安定酒」と，純米酒に醸造アルコールも添加可能同位体が注目されており，日本全国の河川

な「吟醸酒」である。次に，純米は精米率に

水・浅部地下水の水の水素・酸素安定同位体

基づいてさらに分類される。純米酒の場合，比を用いた産地識別がいくつかの研究で報告

精米率が 50%未満，50～60%，60～70%の場されている。日本酒中の水の酸素安定同位体

合，それぞれ「純米大吟醸酒」「純米吟醸酒」

を分析し，その醸造地近郊の水の酸素安定同「純米酒」と分類される。精米率が低いほど，位体比は，高い相関関係があることが確認さ

酒の風味が豊かになり，値段も高くなる。吟れた。また，北海道，東北，北陸地域の日本醸酒も精米率に基づいて 3 つのカテゴリーに酒は，南の地域に比べて酸素安定同位体比は分類される。精米率が 50%未満，50～60%，

軽いと報告もある。また，全国各地の 100 個― 110 ―

TOPへ戻る以上の日本酒中の水の水素安定同位体を分析

しかし，脱窒菌法を本研究で適応する上で，し，その醸造地近郊の水の酸素安定同位体比

日本酒に高濃度で含まれているエタノールはとの相関関係は，高い相関関係が確認された。

分析装置に非常に大きなダメージが及ぼす。

これより，日本酒中の水の水素・酸素安定同

そこで，初めにエタノールや糖類等の夾雑物

位体比は，産地識別の一つのツールになるこを除去するための固相抽出法を確立した。最とが示されている。水の水素・酸素安定同位

終的には，14 酒蔵，87 種類の日本酒に含まれ体比を用いた識別方法は，安定同位体の緯度る硝酸イオンの窒素，酸素安定同位体比の分効果（高緯度ほど同位体比が軽い）が用いら析を行い，仕込み水と日本酒の相関関係や各れているが，日本国内における緯度が近い都

酒蔵，産地における特徴を調査した。

道府県やさらに中国で作られた日本酒と識別することが難しいのが現状であり， 未だ明確

２．研究計画以下に使用した標準試薬，日本酒サンプル，

な産地識別方法が確立されていない。
そこで，本研究では新たに日本酒中の硝酸

酸素・窒素安定同位体比分析方法について記に着目した。硝酸は，日本酒の造りの一つで載した。

ある生酛造りにおいて，重要な役割を果たし● 標準試薬ている。生酛造りとは，日本酒の元となる酒

疑似日本酒のサンプル（以下で詳細に説明）

母を作る工程で，自然な微生物を利用し雑菌は，L（+）-酒石酸（> 99.5%），リンゴ酸（>の増殖を抑える方法である。一般的な方法で99.0% ）， 乳 酸 （ 85.0-92.0% ）， コ ハ ク 酸 （ >は，人工的に醸造用乳酸用いるが，生酛造り

99.5%），L-アラニン（> 99.0%），L-グルタミ

では，硝酸還元菌により，仕込み水に含まれン酸（> 99.0%），エタノール（> 99.5%）硝酸

る硝酸塩から亜硝酸が生成して雑菌の増殖をカリウムは，富士フィルム和光純薬工業（大抑える方法である。これより，日本酒の硝酸

阪 ， 日 本 ） か ら 購 入 し た 。 D（ +） -グ ル コ ー

は，主に醸造中に使用される仕込み水に由来

ス（> 98.0%）は関東化学（東京，日本）からしていると考えられている。そこで，硝酸の購 入 し た 。 SPE の工 程 では， 塩 酸 （ HCl， 35〜同位体比が醸造中に変化しなければ，仕込み37% ） を 富 士 フ ィ ル ム 和 光 純 薬 工 業 か ら 購 入 し水とその仕込み水にて作られた日本酒が類似た。

な値になることが予測され，また酒蔵ごと（仕● 日本酒サンプル込み水ごと）に異なるとすると，酒蔵の特徴

14 酒蔵における 87 つの日本酒（サンプル

を把握し識別（産地識別）できる可能性があ

数は各酒蔵 2～11 つ，秋田県：8 酒蔵，新潟ると考えられる。

県，京都府：2 酒蔵，石川県，福井県：1 酒蔵

近年，プリンストン大学の D.Sigman 教授づつ）を購入した。本研究では，日本酒を水，らは脱窒菌を使った窒素・酸素安定同位体比

米，麹のみで作る「純米酒」，純米酒に醸造アの超高感度・高精度な測定方法を開発した。

ルコールも添加可能な「吟醸酒」，さらに砂糖

この方法は，脱窒菌株を用いて，硝酸イオン

や有機酸も添加可能な「普通酒」の 3 つに分を亜酸化窒素に還元することで，硝酸の窒類した。日本酒の醸造中に使用される水を仕素・酸素安定同位体比を分析する方法である。

込み水という。本研究では，14 酒蔵の仕込み

この方法は，今まで主に環境中の硝酸やアン水を，購入もしくは直接提供して頂いた。前

モニア中の窒素・酸素安定同位体比の分析に処理に使用した SPE カートリッジは，アニオ

使用されてきた。現在までに，食品への適用

ン交換樹脂 AG1-X8（Bio-Rad 社, 東京，日本）

は私たちの知る限り，本研究が初めてである。

を使用した。エンプティーポリエチレンカー― 111 ―

TOPへ戻るトリッジ（ 1mL）に， AG1-X8 樹脂を充填し● 固相抽出法SPE 手順を最適化するために，日本酒を摸た。
● 酸素・窒素安定同位体比分析方法

擬した溶液を作成し最適化試験を行った。模日本酒中の硝酸は，脱窒菌法を用いて硝酸

擬日本酒サンプルは，エタノール/水（16：84，

中の窒素・酸素安定同位体比を測定した。そv/v）に 1 つの糖，4 つの有機酸，7 つのアミの 後 ， サ ン プ ル は 脱 窒 菌 （ Pseudomonas

ノ酸，硝酸ナトリウムの標準試薬を混合した。

aureofaciens）に添加し，NO 2 - を N 2 O に還元しSPE は次のような手順で行った。初めにエンた。サンプルは 30～50nmolN となるように添

プティリザーバー（1mL，GL サイエンス社製）

加した。GasBench II（Thermo Fisher Scientificに，イオン交換樹脂（AG1-x8，GL サイエン社製）と IRMS（Deltaplus XP; Thermo Fisher

ス社製）0.25mL を充填した。イオン交換樹脂

Scientific 社製）を組み合わせ，PAL オートサ

は，初めて超純水と 1：1 で溶かした。初めに，

15

3-

ンプラーを使用して，日本酒中の δ N-NO ，コンディショニングとして超純水を 50mL 通δ 18 O-NO 3- 値 を 分 析 し た 。 IRMS 機 器 は ，液し，イオン交換樹脂を活性化させた。そのISODAT3.0（Thermo Fisher Scientific 社製）を後，日本酒サンプルを 15～25mL を通液した。

使用して制御した。δ 15 N-NO 3 - ，δ 18 O-NO 3 - 値は，サンプルの通液流量は 1mL/min 以下とした。

硝 酸 カ リ ウ ム の 国 際 同 位 体 標 準 （ USGS32，

その後，超純水を 25mL で洗浄し，最終的に

δ 15 N= 180‰，USGS34，δ 15 N= −1.8‰）および

1M

15

塩酸（HCL）で抽出した。最適化された

硝酸ナトリウム（USGS35，δ N= 2.7‰）を使

固相抽出を用いて，疑似日本酒を分析した。

用し 2 点検量線法によって計算された。また，

本研究では，最適化した固相抽出法において，国際原子力庁（オーストリア）から入手した

日本酒を摸擬した疑似日本酒を用いて検討しNaNO 3（USGS35，δ 15 N = 2.7‰，δ 18 O= 57.5‰）

た。疑似日本酒は以下の標準試薬を混合し作で確認した。

成した：エタノール/水（16：84，v / v），グ

● イオン濃度分析

ル コ ー ス ： 20000ppm， リ ン ゴ 酸 ： 300ppm，

イオンクロマトグラフィーを用いて日本酒

乳酸：800 ppm，コハク酸：300 ppm，アラニ

中の NO 3 - イオン濃度を測定した。日本酒サン

ン：250 ppm，グルタミン：150 ppm，硝酸カ

プルは孔径 0.45μm のメンブレンフィルター

リウ ム ：1～10ppm と した 。 標 準 試薬 と し た（Mini Sart RC15; ザルトリウス・ジャパン社

硝酸カリウム（和光純薬社製）は，δ 18 O-NO 3 -製，日本）でろ過した。日本酒サンプルは，は 23.7‰，δ 15 N-NO 3 - は−1.9‰とした。疑似日

陽イオン測定では 100 倍希釈，陰イオン測定

本酒における固相抽出法の検討では，それぞでは 10 倍希釈で自動希釈した。抽出したサン

れ硝酸の絶対量が 0.4，0.8，2.0，4.0，8.1µmol

プ ル を イ オ ン ク ロ マ ト グ ラ フ ィ ー （ IC2010;になるように通液量を 5～50mL とした。それ

東ソー株式会社，東京，日本）を用いて NO 3-

ぞれ絶対量において，n=2～6 とした。

イオン濃度を測定した。陰イオン分析用のカラムは，TSK ゲルガードカラム Super IC- AHS，３．計画の進行状況

TSK ゲル Super IC Anion HS である。陰イオン

以下に使用した疑似日本酒を用いた固相抽

混合標準溶液（和光純薬社製）と陽イオン混出法の最適化についてと，日本酒中の硝酸濃合標準溶液（和光純薬社製）の標準液の希釈

度，δ 18 O，δ 15 N 値について記載した。

を分析することにより，検量線を作成した。

● 疑似日本酒を用いた固相抽出法の最適化

各検量線は，決定係数は＞0.999 であり，NO 3 -NO 3 - の吸着量が 0.4～8.1µmol にて，疑似日の検出下限値は 10ppb であった。

本酒における δ 18 O-NO 3 - 値は，23.4 ± 0.3‰

― 112 ―

TOPへ戻る（0.4µmol），24.1 ± 0.2‰（0.8µmol），24.3 ±5.6 ± 1.0‰ で あ っ た 。 都 道 府 県 に お け る

0.1‰（2.0µmol），24.3 ± 0.04‰（4.0µmol），

δ 18 O-NO 3 - に お け る 大 き な 特 徴 は 見 ら れ な か

24.3 ± 0.1‰（8.1µmol）であり，確度と精度とった。次に，δ 15 N-NO 3 - は，秋田県は 6.1 ± 1.6‰，

もにそれぞれ≤0.6‰と≤0.3‰であった。また，

新潟県は 4.3 ± 4.1‰，石川県は 7.5 ± 0.4‰，

δ 15 N-NO 3 - では，–1.5 ± 0.1‰（0.4µmol），–1.5 ±福井県は 3.2 ± 0.1‰，京都府は 11.6 ± 1.0‰で0.1‰（0.8µmol），–1.5 ± 0.1‰（2.0µmol），–1.7あった。硝酸の δ 15 N-NO 3 - は，化学肥料，人畜± 0.1‰（4.0µmol），–1.6 ± 0.1‰（8.1µmol）で由来のし尿等の発生源により異なる同位体比あり，確度，精度ともにそれぞれ≤0.4‰との違いを持つため，都道府県別における違い≤0.1‰であった。したがって，吸着量が 0.4は見られないと考えられる。また，δ 18 O-NO 3 - ，～8.1µmol にて，δ 18 O-NO 3 - ，δ 15 N-NO 3 - は，優δ 15 N-NO 3 - には，生酛系酒母と速醸系酒母によれた確度と精度が達成された。

る違いや，精米歩合による見られなかった。

●

日本酒中の硝酸濃度，δ 18 O，δ 15 N 値

仕込み水と日本酒の相関図を図 1 に示した。

14 酒蔵，87 つの日本酒における硝酸濃度は，

δ 18 O-NO 3 - 値 に お け る 仕 込 み 水 と 日 本 酒 の 相

0.6～10.9ppm（平均値：4.4 ± 2.7 ppm）であっ

関は，やや相関関係があった（R =0.68，図 1

た。現在までに，日本酒中の硝酸濃度を分析（A））。δ 15 N-NO 3- 値における仕込み水と日本した研究報告は私たちの知る限りなかった。

酒の相関は，強い相関関係があった（図 1（ B））。

次 に ， 87 つ の 日 本 酒 に お け る δ 18 O-NO 3 - と日本酒の醸造過程において，δ 15 N-NO 3- は仕込δ 15 N-NO 3 - は，それぞれ 1.6～18.5‰（平均値：

み水から大きな同位体分別は生じていないと4.9 ± 2.6‰），0.4～13.2‰（平均値：7.1 ± 2.9‰）

推測された。

であった。全て分析を 3 回測定し，3 回測定

10.0

δ 18 O-NO 3 - 値 は ， 2.3 ～ 9.1‰ （ 平 均 値 ： 4.6 ±1.9‰）であり酒蔵間における δ 18 O-NO 3 - 値の標準偏差は小さかった。さらに，同酒蔵にお
18

5.0

0.0

-5.0

-

ける δ O-NO 3 の標準偏差は 0.1～4.6‰であった。酒蔵 No. 10 では，特に標準偏差が 4.6‰

Water
δ15N-NO3-(‰)

各酒蔵ことに分類すると，14 酒蔵におけるWater
δ18O-NO3-(‰)

における標準偏差は 0.5‰以内であった。

15.0

y = 0.5312x -0.0403
R = 0.68

(A)

-5.0

0.0

10.0

5.0
Sake
18
3δ O-NO (‰)

y = 0.8293x + 1.322
R = 0.90

(B)

10.0

5.0

0.0
0.0

5.0

Sake

10.0

15.0

δ15N-NO3-(‰)

図 1 仕込み水と日本酒の相関関係（δ 18 O，δ 15 N）と大きく，各商品により大きなばらつきが見られた。これより，δ 18 O-NO 3 - 値は，酒蔵によ

４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況

りばらつきに差があることが分かった。次に，今後は日本酒以外の飲料，食べ物に含まれ14 酒蔵における δ 15 N-NO 3 - は，1.3～12.3‰（平

る NO 3 - の δ 18 O，δ 15 N の高精度分析法を確立さ

均 値 ： 6.5 ± 2.9‰ ） で あ り 酒 蔵 間 に お け る

せたい。

δ 18 O-NO 3 - 値 の 標 準 偏 差 は 大 き か っ た 。 ま た ，-

15

また本研究の結果は，国際学術雑誌である

同酒蔵における δ N-NO 3 の標準偏差は 0.1～

LWT （ Momoka

1.4‰であった。これは，δ 18 O-NO 3 - 値よりも小Water-soluble ions and nitrogen and oxygen

15

-

18

-

Suto,

HirotoKawashima,

さく，同酒蔵であれば δ N-NO 3 値は近い値をstable isotope ratios in nitrate in sake in Akita,

もつことが分かった。

Japan）に報告した。

都 道 府 県 に お け る δ O-NO 3 は ， 秋 田 県 は4.3 ± 1.5‰，新潟県は 6.7 ± 3.5‰，石川県は3.9 ± 0.3‰，福井県は 2.3 ± 0.8‰，京都府は― 113 ―

TOPへ戻る極小表現に関連する解析
数理科学科

田森

宥好

共同研究者
立命館大学理工学部数理科学科

平良

晃一

１． 序論

している。偏微分方程式の解に対するこのよ

𝑥𝑥𝑥𝑥を n 次元空間𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑛𝑛𝑛𝑛 の元、𝑡𝑡𝑡𝑡を時刻、Δを𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑛𝑛𝑛𝑛 でうな評価式はストリッカーズ評価と呼ばれ、のラプラシアンとして、自由粒子のシュレデ

ここ 30 年で広く研究されてきた。
||𝑥𝑥𝑥𝑥||を x の位置ベクトルの大きさとして、

ィンガー方程式𝑖𝑖𝑖𝑖 𝑖𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 𝑡𝑡𝑡𝑡) +調和振動子のシュレディンガー方程式

Δu(x, t) = 0,2𝑖𝑖𝑖𝑖 𝑖𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 𝑡𝑡𝑡𝑡) + �𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 0) = 𝑢𝑢𝑢𝑢0 (𝑥𝑥𝑥𝑥)

Δの 解 𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 𝑡𝑡𝑡𝑡) = 𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑖𝑖𝑖𝑖𝑡𝑡𝑡𝑡 2 𝑢𝑢𝑢𝑢0 (𝑥𝑥𝑥𝑥)を 考 え る （ ラ プ ラ シ ア

や少し状況を変えたシュレディンガー方程式
𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 𝑡𝑡𝑡𝑡) + �|𝑥𝑥𝑥𝑥|�Δ𝑢𝑢𝑢𝑢 (𝑥𝑥𝑥𝑥, 𝑡𝑡𝑡𝑡) = 0,𝑖𝑖𝑖𝑖 𝑖𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 𝑡𝑡𝑡𝑡) + ��|𝑥𝑥𝑥𝑥|�Δ − �|𝑥𝑥𝑥𝑥|��𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 𝑡𝑡𝑡𝑡) = 0

ンを 2 で割っているのは記号上の便宜）。
2 以上の実数（∞も許す）𝑝𝑝𝑝𝑝, 𝑞𝑞𝑞𝑞が2

Δ − �|x|�� 𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 𝑡𝑡𝑡𝑡) = 0
2

な ど を 考 え て も 、（ 必 要 な ら 有 限 時 間 で 考 え

2 𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑛𝑛𝑛𝑛
+ =𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑞𝑞𝑞𝑞 2

ることにすることで）ストリッカーズ評価が件の関数𝑢𝑢𝑢𝑢0 に依存しないある定数 C が存在し

本研究の目的は、上記 4 つを特別な例として含む、より一般的なシュレディンガー方程が成り立つことが知られている。ただし両辺式に対するストリッカーズ評価を与えることのノルムはである。正確には、a を正の数、Δ 𝑘𝑘𝑘𝑘 をダンク

成り立つことがベンサ イドにより 知られていを 満 た し 、 (𝑝𝑝𝑝𝑝, 𝑞𝑞𝑞𝑞, 𝑛𝑛𝑛𝑛) ≠ �2, ∞, 2�な ら ば 、 初 期 条||𝑢𝑢𝑢𝑢||𝐿𝐿𝐿𝐿𝑝𝑝𝑝𝑝 �𝑅𝑅𝑅𝑅;𝐿𝐿𝐿𝐿𝑞𝑞𝑞𝑞 (𝑅𝑅𝑅𝑅𝑛𝑛𝑛𝑛 )� ≤ 𝐶𝐶𝐶𝐶||𝑢𝑢𝑢𝑢0 ||𝐿𝐿𝐿𝐿2 (𝑅𝑅𝑅𝑅𝑛𝑛𝑛𝑛 )

𝑝𝑝𝑝𝑝
𝑞𝑞𝑞𝑞

1
𝑝𝑝𝑝𝑝

ルラプラシアン（ラプラシアンの一般化。K

はある𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑛𝑛𝑛𝑛 内のルート系Φ上の鏡映不変な非負||𝑢𝑢𝑢𝑢||𝐿𝐿𝐿𝐿𝑝𝑝𝑝𝑝 �𝑹𝑹𝑹𝑹;𝐿𝐿𝐿𝐿𝑞𝑞𝑞𝑞 (𝑹𝑹𝑹𝑹𝒏𝒏𝒏𝒏 )� = �� �� |𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 𝑡𝑡𝑡𝑡)|𝑞𝑞𝑞𝑞 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑥𝑥𝑥𝑥� 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡� ,𝑅𝑅𝑅𝑅

𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑛𝑛𝑛𝑛

�|𝑢𝑢𝑢𝑢0 |�𝐿𝐿𝐿𝐿2 (𝑅𝑅𝑅𝑅𝑛𝑛𝑛𝑛 ) = �� |𝑢𝑢𝑢𝑢0 (𝑥𝑥𝑥𝑥)|2 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑥𝑥𝑥𝑥�

で定義される。

𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑛𝑛𝑛𝑛

る[Ben15]。

の関数で、パラメータ k が 0 の場合にΔと一12致する）として、非斉次のシュレディンガー方程式

上記の評価式は、大雑把に「初期条件として与えられ る関数 𝑢𝑢𝑢𝑢0 をある意味で少 し変化さや

𝑖𝑖𝑖𝑖 𝑖𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 𝑡𝑡𝑡𝑡) +せた時に、対応するシュレディンガー方程式の 解 𝑢𝑢𝑢𝑢は （ 異 常 な 振 る 舞 い を せ ず に ） あ る 意

味で少ししか変化しない」ということを意味

𝑖𝑖𝑖𝑖 𝑖𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 𝑡𝑡𝑡𝑡) +2−𝑎𝑎𝑎𝑎�|𝑥𝑥𝑥𝑥|�
2−𝑎𝑎𝑎𝑎�|𝑥𝑥𝑥𝑥|�𝑎𝑎𝑎𝑎

Δ 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 𝑡𝑡𝑡𝑡) = f(t, x)𝑎𝑎𝑎𝑎

Δ 𝑘𝑘𝑘𝑘 − �|𝑥𝑥𝑥𝑥|�𝑎𝑎𝑎𝑎

𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 𝑡𝑡𝑡𝑡) = f(t, x)の解 u を、f と𝑢𝑢𝑢𝑢0 の何らかのノルムの定数倍― 114 ―

TOPへ戻る

の積の無限和が積分に現れてしまう。

で上から評価することが目的である。

キール-タオによるストリッカーズ評価の一
般論[KT98]から、本研究のストリッカーズ

２． 研究計画
先程の 4 つのシュレディンガー方程式に関してストリッカーズ評価が得られていた理由と し て 、 シ ュ レ デ ィ ン ガ ー 方 程 式 の 解 𝑢𝑢𝑢𝑢が 簡単な特殊関数を含んだ積分を用いて具体的に

評 価 は 、 L の 絶 対 値 を 𝜙𝜙𝜙𝜙に 依 存 し な い 形 で 適
切に上から評価することに帰着される。
３． 計画の進行状況
L の絶対値に関する次の 2 種類の上からの書けることが挙げられる。さらにこのことは評価を得た：

掛け算作用素と微分作用素のペア
2(1)b と𝜈𝜈𝜈𝜈によって決まるある正定数 C が存在

�|𝑥𝑥𝑥𝑥|� Δ
,
2
2

と

�|𝑥𝑥𝑥𝑥|�, �|𝑥𝑥𝑥𝑥|�Δ

して、任意の複素数 w と実数𝜙𝜙𝜙𝜙に対して|𝐿𝐿𝐿𝐿| ≤ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 |Re(𝑤𝑤𝑤𝑤)| (1 + |Im(𝑤𝑤𝑤𝑤)|)(2−𝑏𝑏𝑏𝑏)ν

がある意味で「大きい対称性を持つこと」（専門用語を用いると前者は「メタプレクテが成り立つ。

ィック群の極小表現にあらわれる作用素であ(2)b<2 とする。b と𝜈𝜈𝜈𝜈によって決まるある正

る こ と 」、 後 者 は 「 不 定 値 直 交 群 の 極 小 表 現

定数 C が存在して、任意の複素数 w と𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝜙𝜙𝜙𝜙がにあらわれる作用素であること」と言い換え

0 以上となるような任意の実数𝜙𝜙𝜙𝜙に対して|𝐿𝐿𝐿𝐿| ≤ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 |Re(𝑤𝑤𝑤𝑤)| (1 + |Im(𝑤𝑤𝑤𝑤)|)(1−𝑏𝑏𝑏𝑏)𝜈𝜈𝜈𝜈

られる）が関係している。
本研究の目的のシュレディンガー方程式にが成り立つ。

現れる掛け算作用素と微分作用素のペア

この命題に関しては、2 通りの証明を与え

2−𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎

�|𝑥𝑥𝑥𝑥|� �|𝑥𝑥𝑥𝑥|� Δ 𝑘𝑘𝑘𝑘
,
𝑎𝑎𝑎𝑎
𝑎𝑎𝑎𝑎

た。1 つ目の手法は L にポアソン和公式を用いて積分の無限和の形へと書き直し、位相 停

は、ベンサイド-小林-エルステッドによって留法を用いてそれぞれの積分を和 のパラメー構成された、上記の二つのペアをパラメータターに関して一様に評価するというもので、ーa と k を用いた「ある程度の対称性を保つ」

2 つ目の手法はベッセル関数の積分表示を用

特 別 な 変 形 で あ る [BKO12] 。 特 に 今 回 の シ ュ

いて L の積分表示を求め、上手く積分経路を

レディンガー方程式の解も積分を用いて具体

変形し、そこでの被積分関数の評価を求める

的に書ける一方で、変形前ほどは対称性が大という複素解析的なものである。

きくないために

上記の L に関する評価から、次のようなス

Γ(𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 + 1) �

𝑏𝑏𝑏𝑏≥0

𝐿𝐿𝐿𝐿 =

トリッカーズ評価を得た：

𝑚𝑚𝑚𝑚 + ν 𝑤𝑤𝑤𝑤 𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏
ν (𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐
� (𝑤𝑤𝑤𝑤)𝐶𝐶𝐶𝐶𝑏𝑏𝑏𝑏
� � 𝐼𝐼𝐼𝐼𝑏𝑏𝑏𝑏(𝑏𝑏𝑏𝑏+ν)ϕ)2ν

次のうちのいずれかを仮定する。
(1)（ただし b は a によって決まる正の実数、𝜈𝜈𝜈𝜈

(2)は a と k によって決まる非負の実数、w は偏(3)角 が −πラ ジ ア ン か ら 𝜋𝜋𝜋𝜋ラ ジ ア ン の 間 に あ る 複

また、

� は
素 数 、 𝜙𝜙𝜙𝜙は 実 数 、 Γ は ガ ン マ 関 数 、 𝐼𝐼𝐼𝐼𝑏𝑏𝑏𝑏(𝑏𝑏𝑏𝑏+𝜈𝜈𝜈𝜈)𝜈𝜈𝜈𝜈
正規化された I ベッセル関数、𝐶𝐶𝐶𝐶𝑏𝑏𝑏𝑏
はゲーゲン

バウアー多項式）という複雑な形の特殊関数

n=1 かつ𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑎 2 − 4𝑘𝑘𝑘𝑘

𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑛 2かつ(0 < 𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑎 1または a=2)
𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑛 2かつ1 < 𝑎𝑎𝑎𝑎 < 2かつ k=0
𝜎𝜎𝜎𝜎𝑘𝑘𝑘𝑘,𝑎𝑎𝑎𝑎 =𝑛𝑛𝑛𝑛 + 𝑎𝑎𝑎𝑎 − 2 + ∑𝛽𝛽𝛽𝛽∈Φ 𝑘𝑘𝑘𝑘(𝛽𝛽𝛽𝛽)
𝑎𝑎𝑎𝑎

として 2 以上の実数（∞も許す）𝑝𝑝𝑝𝑝, 𝑞𝑞𝑞𝑞が― 115 ―

TOPへ戻る2 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑘𝑘𝑘𝑘,𝑎𝑎𝑎𝑎 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑘𝑘𝑘𝑘,𝑎𝑎𝑎𝑎
+
=
𝑝𝑝𝑝𝑝
𝑞𝑞𝑞𝑞
2

𝑝𝑝𝑝𝑝
𝑞𝑞𝑞𝑞

�∫[−𝑇𝑇𝑇𝑇,𝑇𝑇𝑇𝑇] �∫𝑅𝑅𝑅𝑅𝑛𝑛𝑛𝑛|𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 𝑡𝑡𝑡𝑡)|𝑞𝑞𝑞𝑞 |𝑥𝑥𝑥𝑥|𝑎𝑎𝑎𝑎−2 ∏𝛽𝛽𝛽𝛽∈Φ |(𝛽𝛽𝛽𝛽, 𝑥𝑥𝑥𝑥)|𝑘𝑘𝑘𝑘(𝛽𝛽𝛽𝛽) 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑥𝑥𝑥𝑥� 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡� ,を満たし�𝑝𝑝𝑝𝑝, 𝑞𝑞𝑞𝑞, 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑘𝑘𝑘𝑘,𝑎𝑎𝑎𝑎 � ≠ �2, ∞, 1�とする。さらに
𝑝𝑝𝑝𝑝∗ =とし、(3)の時はで定義される。

𝑝𝑝𝑝𝑝
𝑞𝑞𝑞𝑞, 𝑞𝑞𝑞𝑞 ∗ =𝑝𝑝𝑝𝑝 − 1
𝑞𝑞𝑞𝑞 − 1

４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状
況・今後の計画2σ𝑘𝑘𝑘𝑘,𝑎𝑎𝑎𝑎
�
σ𝑘𝑘𝑘𝑘,𝑎𝑎𝑎𝑎 − 1

価については現在論文を執筆中である。このこの時ある正定数 C が存在して論文を完成させて論文誌に投稿することが直(𝑝𝑝𝑝𝑝, 𝑞𝑞𝑞𝑞) ≠ �2,も仮定する。

𝑖𝑖𝑖𝑖 𝑖𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 𝑡𝑡𝑡𝑡) +の解 u は2−𝑎𝑎𝑎𝑎�|𝑥𝑥𝑥𝑥|�𝑎𝑎𝑎𝑎

Δ 𝑘𝑘𝑘𝑘1𝑝𝑝𝑝𝑝

複素解析的手法を用いたストリッカーズ評

近の計画である。
𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 𝑡𝑡𝑡𝑡) = f(t, x),

中長期的には、ベンサイド-小林-エルステ

𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 0) = 𝑢𝑢𝑢𝑢0 (𝑥𝑥𝑥𝑥)

ッ ド [BKO12] に よ る 微 分 作 用 素 の 変 形 で ス ト
リッカーズ評価以外の解析的な性質も保たれるかを考えてみたい。

�|𝑢𝑢𝑢𝑢|�𝐿𝐿𝐿𝐿𝑝𝑝𝑝𝑝 (𝑅𝑅𝑅𝑅;𝐿𝐿𝐿𝐿𝑞𝑞𝑞𝑞 ) ≤ 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶�|𝑢𝑢𝑢𝑢0 |�𝐿𝐿𝐿𝐿2 + �|𝑓𝑓𝑓𝑓|�𝐿𝐿𝐿𝐿𝑝𝑝𝑝𝑝∗ �𝑅𝑅𝑅𝑅;𝐿𝐿𝐿𝐿𝑞𝑞𝑞𝑞∗ � �を満たす。ただし両辺のノルムは・学会発表状況
1. 田森宥好, Strichartz estimates f||𝑢𝑢𝑢𝑢||𝐿𝐿𝐿𝐿𝑝𝑝𝑝𝑝 (𝑅𝑅𝑅𝑅;𝐿𝐿𝐿𝐿𝑞𝑞𝑞𝑞 )or the (k,a)-generalized Laguer
1
𝑝𝑝𝑝𝑝

𝑝𝑝𝑝𝑝
𝑞𝑞𝑞𝑞

= ⎛� �� |𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 𝑡𝑡𝑡𝑡)|𝑞𝑞𝑞𝑞 |𝑥𝑥𝑥𝑥|𝑎𝑎𝑎𝑎−2 � |(𝛽𝛽𝛽𝛽, 𝑥𝑥𝑥𝑥)|𝑘𝑘𝑘𝑘(𝛽𝛽𝛽𝛽) 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑥𝑥𝑥𝑥� 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡⎞ ,⎝𝑅𝑅𝑅𝑅

𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑛𝑛𝑛𝑛

𝛽𝛽𝛽𝛽∈Φ

�|𝑢𝑢𝑢𝑢0 |�𝐿𝐿𝐿𝐿2 = �� |𝑢𝑢𝑢𝑢0 (𝑥𝑥𝑥𝑥)|2 |𝑥𝑥𝑥𝑥|𝑎𝑎𝑎𝑎−2 � |(𝛽𝛽𝛽𝛽, 𝑥𝑥𝑥𝑥)|𝑘𝑘𝑘𝑘(𝛽𝛽𝛽𝛽) 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑥𝑥𝑥𝑥�
𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑛𝑛𝑛𝑛

12⎠𝛽𝛽𝛽𝛽∈Φ

で定義される。

re operators, 2023年度表現論シンポジウム, 沖縄県市町村自治会館, 2
023年11月.
2. Hiroyoshi Tamori, Strichartz es
timates for the -generalized La
guerre operator, 7-th TunisianJapanese Conference Geometric a

さらに任意の正の実数 T に対してある正定

nd Harmonic Analysis on Homogen

数 C’が存在してeous Spaces and Applications In𝑖𝑖𝑖𝑖 𝑖𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 𝑡𝑡𝑡𝑡) +2−𝑎𝑎𝑎𝑎�|𝑥𝑥𝑥𝑥|�

の解 u はΔ 𝑘𝑘𝑘𝑘 − �|𝑥𝑥𝑥𝑥|�
𝑎𝑎𝑎𝑎

𝑎𝑎𝑎𝑎

𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 0) = 𝑢𝑢𝑢𝑢0 (𝑥𝑥𝑥𝑥)

Honor of Professor Toshiyuki K
𝑢𝑢𝑢𝑢(𝑥𝑥𝑥𝑥, 𝑡𝑡𝑡𝑡) = f(t, x),�|𝑢𝑢𝑢𝑢|�𝐿𝐿𝐿𝐿𝑝𝑝𝑝𝑝 ([−𝑇𝑇𝑇𝑇,𝑇𝑇𝑇𝑇];𝐿𝐿𝐿𝐿𝑞𝑞𝑞𝑞 ) ≤ 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝐶�|𝑢𝑢𝑢𝑢0 |�𝐿𝐿𝐿𝐿2 + �|𝑓𝑓𝑓𝑓|�𝐿𝐿𝐿𝐿𝑝𝑝𝑝𝑝∗ �[−𝑇𝑇𝑇𝑇,𝑇𝑇𝑇𝑇];𝐿𝐿𝐿𝐿𝑞𝑞𝑞𝑞∗ � �obayashi, Monastir, Tunisia, 20
23年11月.
3. 平良晃一, Strichartz estimates for (k,a)-generalized Laguerre oを満たす。ただしperators, 日本数学会秋季総合分科||𝑢𝑢𝑢𝑢||𝐿𝐿𝐿𝐿𝑝𝑝𝑝𝑝 ([−𝑇𝑇𝑇𝑇,𝑇𝑇𝑇𝑇];𝐿𝐿𝐿𝐿𝑞𝑞𝑞𝑞 ) =会, 東北大学, 2023年9月.

― 116 ―

TOPへ戻るarXiv:2308.16815, 2023, submitted.
4. 田森宥好, (k,a)-一般化Laguerre半群の積分表示, Lie Groups and Rep
resentation Theory Seminar, 東京
大学(オンライン), 2023年5月.
5. 田森宥好, Strichartz estimates for the (k,a)-generalized Laguer
re operators, The 6 t h Langlands
and Harmonic Analysis, 金沢大学,
2023年3月.
・論文投稿状況
位相停留法を用いたストリッカーズ評価については共著論文[TT23]にまとめ、プレプ
リントサーバーarXiv で公開した（https://arxiv.org/abs/2308.16815）。加えて、論文誌に投稿中である。
５．参考文献[Ben15]S.

estimates

Ben
for

Said,

Strichartz

Schrodinger-Laguerre

operators, Semigroup Forum 90 (2015),
no.1, 251–269.
[BKO12] S. Ben Said, T. Kobayashi, andB.

Ørsted,Dunkl

Laguerre

operators,

semigroup

Compos.

Math.

and
148

(2012), no. 4, 1265–1336.
[KT98] M. Keel and T. Tao, Endpoint
Strichartz estimates, Am. J. Math. 120(1998), no.5, 955–980.
[TT23]

K.

Strichartz
generalized

Taira

and

estimatesforLaguerre

H.

Tamori,the(k,a)-

operators,― 117 ―

TOPへ戻る熟練販売員の接遇の理解と遠隔接客への応用
デザイン工学科益子

宗

１．序論（はじめに，まえがき，目的）
少子高齢化に伴う労働人口の減少が社会的に問題となり，誰もが活躍できる社会の実現が求められている．特に，女性が多いアパレ
ル業界では高度な接客スキルや専門知識を持
つ販売員が結婚や出産を理由に仕事を去る機会が多い．そのためメタバースを利用し，自宅などの遠隔地から実店舗にいる来店者と非対面での遠隔接客が試みられている （ 図 1）．

実店舗を Spatial 上で再現した様子
図 1 メタバース店舗での遠隔接客

しかし，円滑な遠隔接客を実現するために必要な要件は未だ探究点が多く，既存システ
ムの流用だけでは扱える情報に限りがあるな
ど，実店舗での対面接客に比べ十分なコミュ
ニケーションを実現することが難しい．
本研究では，実店舗での熟練販売員の接遇を参考にすることで円滑な接客に必要な人間
特性や環境要素の手がかりを探ることで，従来の遠隔接客に不足していた要素を動的に補完する情報取得・提示手法，ならびに遠隔接客の基盤技術の実現にむけた探索的な研究を行うことを目的とする．

方法と提示手法を提案し，円滑な消費者コミュニケーションを実現する新しい遠隔接客基
盤を検討する．
項目３）提案内容の検証
項目２で提案した手法の効果を評価するため，被験者に接客のロールプレイをして体験してもらい評価を行う．特に提案手法が実際に顧客満足度を向上させ，遠隔接客の効率と効果を高めるかどうかを検討する．
３．計画の進行状況
項目１）熟練販売員の接遇の理解

２．研究計画

研 究 協 力 者 が 運 営 す る 実 店 舗 （ Zootie

項目１）熟練販売員の接遇の理解
良い接客とは何かという人間の感性については未だ明確な指標がなく，実店舗での熟練
販売員の接遇を参考にすることで顧客満足度の高い接客に必要な要素を明らかにする．

StylingLAB 東京北参道店 1 ）に勤務する販売員 へ の ヒ ア リ ン グ を 行 い ,実 店 舗 で の 接 客 に
必 要 な 要 素 を 調 査 し た .イ ン タ ビ ュ ー を 通 じて，接客を行う際には顧客とのコミュニケー
ションを取るため，顧客の観察は重要である

項目２）情報取得・UI デザインの提案
従来の遠隔接客システムで不足していた人という意見が多くみられた．

間特性や環境要素を補完するための情報取得
1

https://stylinglab.jp/― 118 ―

TOPへ戻る図2

提示者と推定者の位置関係

ボード A（1.5x1.5）

図4

図3

アンケート用画像撮影の様子

ボード B（2x2）

ボード C（4x4）実験に用いたボードサイズ

観察は顧客が入店した瞬間から行っており，得られる顧客情報の理解度と②それを補う手

顧客の身に着けているものから顧客の好みだ法の検討を行った.

けではなく，入店時のちょっとした声掛けに① アバター外見が視線方向知覚に及ぼす影

対する顧客の反応から販売員に対する心理的響の調査

距離感をある程度把握していることがわかっ

メタバースにおける顧客アバターの容姿やた.さらに,顧客の入店後に店内を歩く様子や動きがどのくらい販売員の観察に影響をもた

商 品 の 触 り 方 で ,目 的 を も っ た 計 画 購 買 で あ

らすのか，アバターの視線方向の推定に関しるのかそうでない非計画購買なのか，立ち止て以下の工程で調査を行った．

まった位置などでどのジャンルの商品を探し

1)メタバースのプラットフォームの一つであているのかなどを推測している．また,そのよる spatial 2 を用いて「棚にある商品を見る提うな状況推測のもと顧客に声をかけ予想と違示者（顧客）を離れた位置から観察する推定った場合でも，その先の話題作りのキッカケ者（販売員）」という状況（図 3）を想定し，として観察によって得られた知見を活かしてそこでの推定者視点を画像として記録する．

いることが明らかになった.

2) 記 録 し た 画 像 を も と に 視 線 方 向 に つ い て

また，現在のメタバースの店舗に関しては

問 う ア ン ケ ー ト に 回 答 し て も ら い ,視 線 方 向

実店舗のように顧客が商品を手に取るなどのの推定の正誤判定や傾向などを考察する．

動 作 が 見 え な い こ と に 不 便 を 感 じ て お り ,コ

実験では, 1 から 16 までの数字が 4×4 にミュニケーションが取りづらいという意見が並べられているボードを作成した．サイズが多く見られた．

異 な る ボ ー ド A （ 1.5×1.5 マ ス ）， ボ ー ドB(2.0×2.0 マス), また，商品棚の大きさと項目２）情報取得・UI デザインの提案
メタバース空間における①視覚的情報から

2

https://www.spatial.io/― 119 ―

TOPへ戻るは関係なくボードを大きくした場合に推定が

表1立ち位置とボードごとの平均点より容易になるか明確にするため，大きさが4.0×4.0 マスであるボード C の 3 種類を用い,

立ち位置

提示者と推定者の位置関係を 4 通りの位置

ボード

A-C

A-D

B-E

B-F

（図 2 C,D,E,F），ボード A，B は 2 種類のア

A

0.75

1.08

1.08

1.08

バターを用い，計 20 通りの画像を記録した．

B

0.67

1.17

1.00

1.42

実験の記録をもとに，画像内のアバターが

C

0.50

1.17

1.83

1.83

16 個 の 数 字 の う ち ど れ を 見 て い る か 選 択 するアンケートを 6 名の大学生に回答してもらった．評価は 16 個の数字のうち回答と提示者の見た数字が一致した場合は 2 点，回答が提示者の見た数字の周り 1 マスの数字だった場
合は 1 点とする加点式で行った．実験の結果として回答者の総得点の平均は 40 点中 22.2
点，標準偏差は 1.94 だった(表 1)．商品を手にとるなどの動作がわかる実店舗と比較する

店員視点と，これらの結果からメタバース空間での顧

図 5.1

パターン（ア）

客の視線の推定がアバターの外見から得ることは難しく，遠隔接客における観察には不便であることが明らかになった.
② 顧客の視線位置の表示の有無による興味対象の把握に関する実験
顧客の興味の手がかりとして顧客の視線位
置情報を直接的に表示することで顧客の様子の理解度に違いが現れるかの調査を行った.

追加された顧客操作視点

実験では,顧客役の被験者が spatial 上で服図 5.2

パターン（イ）屋の店内にある商品を見て回り，その様子を販売員役の被験者が観察した上で，顧客役が選んだ商品を推定する課題を与えた．顧客役には「友達の家に行く時」「旅行に行く時」「海に行く時」「大学に行く時」「部屋着」からランダムに選ばれたシナリオに合わせて商品として店内に配置された 10 種類の異なる絵柄
がプリントされた服から 2 点を選ぶよう指示追加された顧客操作視点と視線位置（青丸）

した．

図 5.3

パターン（ウ）

観察する販売員役に対し（ア）店員視点のみ,（イ）顧客操作視点,（ウ）顧客操作視点と顧客視線位置の 3 パターンで情報を与えたが店内を回って選んだ 2 点の服に対し，販売（図 5）．顧客の視線位置の可視化には，Tobii

員役が推定した 2 点の服の正答率で評価を行Eye Tracker 5 を使用した．実験では顧客役った．

― 120 ―

TOPへ戻る実 験 の 結 果 ,パ タ ー ン ご と の 平 均 正 答 数 は2 点中（ア）が 0.86 点，（イ）が 0.75 点，（ウ）が 0.63 点となり,顧客の視線位置を直接的に扱ったパターン（ウ）の正答率が一番低かった．視線を直接的に表示するだけでは,店内の商品配置や被験者の視線移動のくせ等から視線の動きに差が生まれ，顧客の興味対象を誤推定してしまった可能性が考えられる．
項目３）提案内容の検証
項 目 ２ で 得 ら れ た 知 見 を 元 に ,視 線 情 報 を
サマリ情報を加えた動画の様子

直接的に提示するのではなく, アイトラッキ

図6

ングの情報をもとに服ごとの注目サマリ情報

パターン（エ）「注目合計時間」「 注目した回数」を表示し（図6），顧客の動きに合わせて都度表示する手法
を用いて,実験により効果を検証した.
実験では 3 つのテーマで行ったパターン（ウ）を 3 つの購入シナリオの動画として記録し,サマリ情報を付加したパターン（エ）を作成した．顧客が店内を回って選んだ 3 点の服に対し，販売員役が推定した 3 点の服の正図7

答率で評価を行った．3 点満点で計算した被サマリ情報の有無による点数

験者の結果を図 7 に示す．各シナリオにおい

要素も顧客の興味や目的を知るための手がかてパターン（ウ）よりもパターン（エ）の正りともなり得ると考えている．そのため今後答率が高く，サマリ情報の提示の効果があっは，販売員との会話音声や滞在時間時間などたといえる．また，販売員役の被験者から「推の複合的な顧客情報の活用や提示手法の検討

定する服の候補を最終的に絞るためにサマリを行いたい．また，今回は一店舗でのインタ情報を利用した」といった意見も得られた．

ビ ュ ー を 実 施 し た が ,店 舗 に よ っ て 接 客 マ ニ

実際に同じ動画に対し，サマリ情報の有無のュアルが完備されているなど接客スタイルが違いによる推定した服の種類分布を見ると，

店 舗 や 販 売 員 に よ っ て 異 な る た め ,今 後 は 他

パターン（ウ）よりもパターン（エ）の動画の店舗や販売員へのインタビューを実施し,を視聴した際の推定した服のばらつきが少な

状況に応じた接客コミュニケーションについいことがわかり，サマリ情報が推定に影響をての検討や実店舗にカメラやマイクを設置し,与える傾向が見られた．

実際の接客の様子を観察することも必要である.

４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況

今後は，社会実装を見据え，実用面だけで本年度は豊かな接客体験を実現するためにはなく運用面からも十分な考察を行い，プラ

必要な要素は何かという人間を中心とした探イバシーを考慮した情報の取得方法や，新し索的な調査を実施した．特にメタバース店舗

い情報提示手法を活用した人間に優しい接客

における顧客の視線情報に注目し販売員に与インタフェースの実現など，本研究の成果をえる影響の調査を進めたが，視線情報以外の発展的に扱った研究を実施する予定である．

― 121 ―

TOPへ戻る快適な長時間座位作業を実現するための時系列下肢むくみ予測モデルの構築
デザイン工学科

平尾

共同研究者
慶應義塾大学理工学部機械工学科

章成

加藤

健郎

り身体が椅子やシートに接触し，力学的安定

１．はじめにオフィス作 業や自動車 運転におい て，長時状態に至るにあたり，表面軟部組織が変形し間の座位姿勢は，肉体疲労をもたらし，腰痛て圧迫されることにより生じる負荷であり，や下肢痛の原因となり，作業の効率の低下や軟部組織内血流やリンパ流が阻害されること

身体的不快感の要員となる．特に，コロナ禍

を示し，主に身体の自重が掛かる座面側で循におけるリモートワークの増加などによる長環阻害が生じる．この状態は，大腿部や足部

時間座位姿勢の身体影響は，社会問題にもなの血流計測により観察することが出来るが，っている．

筆者は時間蓄積の結果として生じる下肢のむ長時間座位 作業中にお いて，座位 姿勢をモ

く み を 電 気 イ ン ピ ー ダ ン ス 法 （ Bio

ニタリングし，着座者に時系列の身体負担のImpedance: BI）により計測する手法を開発し，状態を伝えることにより，姿勢の変更などの評価に用いてきた 3) ．

行動変容を起こすことで，身体影響の少ない

筆者らは，先行して一昨年度より, 座面先

快適な座位作業が実現出来ることが期待でき

端部が上下する自動車シートを用いて，大腿る．そのため，本研究では，座位姿勢のモニタ部の圧迫状態を変化させ，下肢のむくみの時

リングシステムの開発を行うことを最終目的

系列変化を計測して，時系列のむくみの予測とする．

手法を開発してきた 4)5) ．

座位姿勢の 身体負担に は，筋骨格 負荷と接本研究では ，上記自動 車シートに おける時

触負荷があり，筆者は，以前より，そのうちの系列下肢むくみ予測モデルにおける実験参加

筋骨格負荷を推定する技術を開発し，座位姿者のダイバシティを向上し，よりロバストな勢の解析や疲労低減自動車シート開発に応用

予測式の構築を行った．また，自動車シート

し，解析を行い，モニタリングシステムの要で得た知見および手法をオフィスチェアの長素技術に関する研究を実施してきた

1)2）

時間座位に適用し，オフィスチェア用の予測．

本研究では ，この座位 姿勢モニタ リングシ

モデルを構築した．本稿では，本学にて実施

ステムの実現に必要なもう一つの要素である

したオフィスチェア適用に関して報告する．

接触負荷に関する技術を開発することを目的

２．研究の考え方
着座時には ，心臓と足 先の高低差 により，とした．
座位姿勢に おける接触 負荷とは， 着座によ

重力の影響で体内の水分が下方へ移動し，足― 122 ―

TOPへ戻る４．むくみと体圧の計測

パ液の還流により，全身へ拡散し，むくみを実験参加者は，21〜23 歳の男性 7 名，女性解消するが，着座による大腿部の圧迫により7 名計 14 名の大学生（身長：167.0±9.4cm，生じる循環阻害により，足のむくみは経時的

体重：58.5±8.4kg）である．

増加していく．この時系列変化を複数の圧迫

実験参加者 に，オフィ スチェアに てデスク状態による時系列むくみ計測値を元に予測すワークを行わせ，5 分おきに 60 分間のむくみるモデルを構築する．

の計測を行った．総実験時間は，BI 初期値統

前述のよう に，自動車 運転姿勢に おける下一のための安静着座 30 分と計測 60 分を合わ

肢むくみ予測モデルの構築は進んでいるが，，せた 90 分間とし，圧迫状態を変えるために座自動車用シートにおける運転姿勢とオフィス

面高を変えて，3 回計測を行った．実験参加者

チェアにおける作業姿勢では，着座姿勢の違には，実験前に長時間座位を禁止し，参加者

いにより，心臓と足先の高低差が大きく異なごとに統一した実験開始時間において実験をるため，むくみの発生に違いがあり，運転姿行った．60 分間の計測中は姿勢変更を禁止し，

勢における予測式をオフィスチェア使用時の裸足で足の裏が床についた状態を維持させ，

疲労予測に利用することはできない．

飲食と排泄を禁止した．

そこで，本研究では，オフィスチェア使用

座面高によ る圧迫の状 態を変更は ，参加者

時の体圧分布と下腿インピーダンスを計測することにより，足のむくみの時系列予測式をの大腿骨が水平になる座面高さを𝐶𝐶𝐶𝐶𝑀𝑀𝑀𝑀 として式構築した．

参加者の床から膝上までの高さを𝑥𝑥𝑥𝑥とした．

(2)から𝐶𝐶𝐶𝐶𝐿𝐿𝐿𝐿 ，𝐶𝐶𝐶𝐶𝐻𝐻𝐻𝐻 を算出し,設定した．このとき，
𝐶𝐶𝐶𝐶𝐿𝐿𝐿𝐿 = 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑀𝑀𝑀𝑀 − 0.1𝑥𝑥𝑥𝑥

３．計測方法𝐶𝐶𝐶𝐶𝐻𝐻𝐻𝐻 = 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑀𝑀𝑀𝑀 + 0.1𝑥𝑥𝑥𝑥

人がオフィ スチェアに 座っている とき，心(2)

臓と足の高低差による重力の影響や椅子の座実験手順は，以下の通りである．

面から大腿部を圧迫される影響で血液の循環(1)大腿骨が水平になる基準座面高さ𝐶𝐶𝐶𝐶𝑀𝑀𝑀𝑀 ，床かる水分が血管やリンパ管に染み出し，皮下組

ら膝上の高さ𝑥𝑥𝑥𝑥の計測を行った．

(2) 計測した𝐶𝐶𝐶𝐶𝑀𝑀𝑀𝑀 から𝐶𝐶𝐶𝐶𝐿𝐿𝐿𝐿 ，𝐶𝐶𝐶𝐶𝐻𝐻𝐻𝐻 を算出し，𝐶𝐶𝐶𝐶𝐿𝐿𝐿𝐿 の座

織に過剰に溜まることによって足のむくみが

面高で 30 分間の座位を行った．

発生する．

(3)30 分経過後，5 分間歩行運動させ，初期イ

本研究では，足のむくみの計測方法に BI 法

BI 値が不安定になる．これにより，細胞外液であンピーダンス値の回復を行った．

を採用し，身体組成分析装置（SK メディカル(4)5 分経過後，身体組成分析装置を接続して電子製 MLT-600N）により下腿に多周波電流を実験姿勢をとらせ，60 分間のむくみの計測実流すことで生体組織のインピーダンスを計測験を行った．

BI 値のむくみが生じる．人体は，この水分をリンし，水分量の増減を計測した．むくみの増加を表すためにインピーダンスの逆数をとった
値を BI 値とする．BI 値を求める式を式(1)に示す．計測開始時のデータを R 0 とし，時刻 tに計測したデータを R t とした．
(1⁄𝑅𝑅𝑅𝑅 )�𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵値 � = (1⁄ 𝑡𝑡𝑡𝑡 ) ==𝑅𝑅𝑅𝑅0
𝑅𝑅𝑅𝑅𝑡𝑡𝑡𝑡

𝑅𝑅𝑅𝑅0

𝑅𝑅𝑅𝑅0
𝑅𝑅𝑅𝑅𝑡𝑡𝑡𝑡(1)

図1― 123 ―

使用したオフィスチェアと実験の様子

TOPへ戻る５．実験結果及び考察

足のむくみの予測式を構築した．計測値と予仮説では， 圧迫が大き くなるほど むくみの増加が大きくなると考えた．実験結果から，
仮説通り圧迫が大きくなるほど，むくみの増加が大きくなったのは 9 名，仮説と異なった測値の関係性は図 3 の通り，変数と構築された予測式は以下の通りである．
𝑦𝑦𝑦𝑦 = 6.456 × 10−4 𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑡 2.342 × 10−3 b−9.000 × 10−4 𝑓𝑓𝑓𝑓 + 4.788 × 10−4 𝑝𝑝𝑝𝑝

−9.000 × 10−4 𝑓𝑓𝑓𝑓 + 4.788 × 10−4 𝑝𝑝𝑝𝑝のが 5 名であった．むくみの増加には，個人(3)差を確認することができ，増加の様子により

t 分後の BI 値 y を目的変数とし，経過時間 t，

A〜D の 4 パターンに分別することができた．

参加者の BMI 値 b，参加者の体脂肪率 f，座面圧迫の大きさは，座面体圧の前側分総和を指

前側体圧総和を体重で割り正規化した値 P，標とし，小さいほうから𝑃𝑃𝑃𝑃𝐿𝐿𝐿𝐿 ，𝑃𝑃𝑃𝑃𝑀𝑀𝑀𝑀 ，𝑃𝑃𝑃𝑃𝐻𝐻𝐻𝐻 の 3 段階

座面高を床から膝上までの高さで割り正規化とした．なお，𝑃𝑃𝑃𝑃𝐿𝐿𝐿𝐿 ，𝑃𝑃𝑃𝑃𝑀𝑀𝑀𝑀 ，𝑃𝑃𝑃𝑃𝐻𝐻𝐻𝐻 は，𝐶𝐶𝐶𝐶𝐿𝐿𝐿𝐿 ，𝐶𝐶𝐶𝐶𝑀𝑀𝑀𝑀 ，𝐶𝐶𝐶𝐶𝐻𝐻𝐻𝐻 の座面高を変えた場合における体圧計測値から

数は 0.475 であった．

求めた実際の圧迫の段階であり，必ずしも高７．まとめした値 S を説明変数とした．調整済み決定係

さと一致するわけではない．A は仮説通りの本研究では，座面高を変えて足のむくみを計グラフとし，B は𝑃𝑃𝑃𝑃𝐻𝐻𝐻𝐻 のむくみが𝑃𝑃𝑃𝑃𝑀𝑀𝑀𝑀 のむくみよ

測し，体格条件や実験環境条件を変数とした

みより大きいグラフ，D は𝑃𝑃𝑃𝑃𝐿𝐿𝐿𝐿 のむくみが最も大を構築した．また，課題として，初期インピー

B,C,D の参加者について，仮説通りでないむ

挙げられた．

り小さいグラフ，C は𝑃𝑃𝑃𝑃𝐿𝐿𝐿𝐿 のむくみが𝑃𝑃𝑃𝑃𝑀𝑀𝑀𝑀 のむく

オフィスチェア着座時の足のむくみの予測式

きく，𝑃𝑃𝑃𝑃𝑀𝑀𝑀𝑀 のむくみが最も小さいグラフとした．

ダンスの統一不足によるデータのばらつきがくみの増加がみられた計測時においては，初本研究で構 築した予測 式は，研究 の最終目

期インピーダンス値にばらつきがあったこと的であるオフィスチェア着座中の身体負担をから，実験前の食事時間や睡眠時間など生理用いたモニタリングシステムの要素として組的な実験前条件の統一不足が個人差の原因とみ込む予定である．
また，一般 に椅子開発 時には，本 研究でもなったと考えられる．
６．足のむくみの予測式の構築

用いた体圧分布が評価ツールとして用いられ

ステップワイズ法による重回帰分析を行い，ているが，計測した体圧分布を構築した予測式に適用することで，長時間着座時の疲労の要素として下肢むくみ予測し，オフィスチェア設計に活用することで，より快適な椅子設

図2

実験参加者のむくみとパターン分け（●：𝑃𝑃𝑃𝑃𝐿𝐿𝐿𝐿

図3▲：𝑃𝑃𝑃𝑃𝑀𝑀𝑀𝑀 ■：𝑃𝑃𝑃𝑃𝐻𝐻𝐻𝐻 ）― 124 ―

計測値と予測値の関係性

TOPへ戻る計が可能となる．

Hirao,

A.,

８．今後の計画

behavior

modification

infrareddepth

今後は，予 備実験で計 測したデー タや追加

Developmentofsittingsystemcamera,using

anInternational

実験により，構築した予測式の精度検証を行

Comfort Congress 2023, 2023.9.7, Amberg,

う予定である．また，取得したデータを詳細

Germany,

解析することで，むくみ発生の個人差要因をInternational Comfort Congress, pp. 50-

考察する．

54, 2023.

さらに，共同研究先と技術開発している「オ2)Proceedings

Hirao,

A.,of

Uchida,

the

H.,

4th

Kato,

T.,

フィス作業中の座位姿勢のモニタリングシス

Analysis of musculoskeletal loads during

テム」に本研究で得られた予測式を組み込み，

prolonged sitting in the desk work, The

着座者に対して作業姿勢に関するフィードバ

8th International Digital Human Modelingックを行うことで，行動変容を促し，長時間

Symposium, 2023.9.4, Antwerp, Netherlands,

快適で疲れない作業姿勢を実現出来るか，検In: Scataglini, S. et al. (eds), Advances

証を行う予定である．

in Digital Human Modeling. Proceedings of９．学会,論文等投稿・発表状況

the

学会発表

Modeling(1) 和田直也, 平尾章成, オフィスチェアに

Networks and Systems, Vol.744, pp. 258–

おける足のむくみの時系列変化のモデル化,

265, 2023.

日本人間工学会関東支部第 53 回大会第 29 回

3) Hirao, A., Kato, K., Kitazaki, S.,

卒業研究発表会, 2023.12.2, 東京, 日本人

Yamazaki,

間 工 学 会 関 東 支 部 第 53 回 大 会 講 演 論 文 集 ,fatigue during long-term driving with a

pp.104-105, 2023．

new(2) 和田直也, 平尾章成, オフィスチェアにJournal

おける足のむくみの時系列変化のモデル化,

Systems, V116-6, pp.69-76, 2008.

日本人間学会第 65 回大会にて発表予定(20244) 梶谷風翔, 加藤健郎, 平尾章成, 運転姿

年 6 月 22-23 日，千歳にて開催)

勢における大腿部圧力と下腿浮腫の関係性の(3) Kajitani, F., Kato, K., Hirao, A.,

分析, 日本設計工学会2023年度春季大会研究

Construction of Prediction Equations for発 表 講 演 会 講 演 論 文 集 （Web）, pp. 97-98,

Lower Leg Swelling in the Driving Posture,

2023.

22nd

5) Kajitani, F., Kato, T., Hirao, A.,

Triennial

International

Congress

Ergonomics

of

the

Association

8th

International
Symposium,N.,drivingofAnalysis

DigitalLectureEvaluations
SAE

Passenger

Cars:

of

the

Notes

of

posture,HumaninphysicalTransactions
Mechanicalrelationshipbetween(IEA2024) にて発表予定（2024年8月25〜29日,

thigh pressure and lower leg swelling in

Jeju, Koreaにて開催）

the

論文投稿

Comfort Congress 2023, 2023.9.7, Amberg,(1)発表リスト(2)をベースに，人間工学(日本Germany,

人間工学会誌)に論文投稿を検討中．

International Comfort Congress, pp. 186-(2) 発 表 リ ス ト (3) を ベ ー ス に ， Applied

190, 2023.

driving

posture,ProceedingsInternational
of

the

4th

Sciences に論文投稿予定．
参考文献
1) Uchida, H., Kato, T., Nishimura, H.,― 125 ―

TOPへ戻るオンライン・メタバース弔い調査研究開発
デザイン工学科

瓜 生 大 輔しての創意工夫が求められる研究課題となっ１．序論
本研究では、葬儀、追悼・慰霊、死者供養、ている。本研究は、ここにデザイン工学の視

家内・先祖祭祀など、弔いの文脈における調点を加えることで、基礎研究としての成果の査・デザイン・技術開発に取り組んだ。研究

みならず実社会への具体的な貢献を想定した代表者は、これまでにも死者を懐古・追悼す

実践的・応用的な成果創出を見据えている。

るためのデジタルメディア研究開発や、遠隔葬儀中継、インターネット上での弔いに関す

２．当初研究計画

る研究を行ってきており、本研究もその延長

6 月-9 月• HCI デ ザ イ ン 研 究 の 最 高 峰 国 際 会 議上に位置する。
コロナ禍を契機に、葬儀、法要、家庭内でである ACM CHI、DIS などの掲載論文や、の死者供養などの弔いのコンテキストにおい『Death Studies』『Mortality』などの人てもオンライン、バーチャルコミュニケーシ

文科学系ジャーナルなどの関連研究サー

ョン関連技術への期待が高まった。そして、ベイを進め、近年の研究動向を把握する。

直近の動向としては、生成系 AI 技術を用いて• 2000 年代前半から行政主導でオンラ

死者を「再現」しグリーフケアに応用する研インメモリアル導入・整備を進めている

究が国際会議で発表されるなど、AI 故人、バ

台湾の実地調査・ヒアリングを行う。

ーチャル故人といった概念が一般にも知られるようになってきている。

10-12 月本研究では、特にオンライン・メタバース• 関連研究サーベイを進める。

空間、バーチャル空間における弔いに特化し• 台湾の調査・ヒアリングを行う。航て国内外の最新技術・事例調査に取り組んだ。

空券価格などの動向を考慮しつつ、オン

本研究の特色は、HCI（ヒューマン・コンピ
ューター・インタラクション）研究における最新技術・事例に関する知見と、人文学的葬

ライン・インタビューを併用する。
• オンラインメモリアルのデザイン要
求仕様策定に着手する。

送供養研究の知見を横断する点にある。具体的には、宗教学、社会学、民俗学、文化人類学研究で取り上げられる、社会的なニーズに応える具体的なデザイン提案に結実させるこ

1-3 月• 関連研究サーベイを進める。サーベ
イをもとにした論文執筆に着手する。
• 台湾の調査・ヒアリングを継続する。

とを目的とする。
今日、デジタル技術の葬送供養への応用に

航空券価格などの動向を考慮しつつ、オ関する研究は、欧州、オーストラリアなどをンライン・インタビューを併用する。台中心に盛んとなっており、分野横断型研究と湾企業関係者へのアプローチも進める。

― 126 ―

TOPへ戻る• オンラインメモリアルのデザイン要た母親から「亡くなった娘に毎日日記のメッ

求仕様案をもとに、商業的実施を見据え、セージを書き、追悼の気持ちを伝えた」とい

日本国内企業関係者と議論を進める。

うものがあった。
「このような声からも、本サ• 成果報告書を執筆する。

ービスは、故人専用の追悼サイトを作成するためのプラットフォームを提供するものであり、文章記述や写真を通じて、故人の手記や３．計画の進行状況
台湾・台北市のオンラインメモリアルに関する実地調査をはじめとし、オンライン、バ

故人の人生哲学を浮かび上がらせるものである」と蔡氏は話した。

ーチャル環境における弔いのデザインに関わまた、「現在も、ネット参拝のために埋葬地

る最新動向の調査を進めることができた。その実写写真を取り込む機能がある。今後、れとともに、バーチャル故人に関わる関連研

Google ストリートビューを活用し、参拝者が究サーベイも進め、今後の日本マーケット向自由に埋葬地を歩き、あたかも本当に墓参りけのオンラインメモリアルの方向性を議論すしているようにシミュレーションし、参拝時る論文執筆を行うことができた。以下、成果の儀式感を高めていく」という話があった。

の概要を述べる。

2024 年 3 月時点で、同機能はすでに実装されている。

3.1 台北市のオンラインメモリアル「生命追3.2 樹木葬墓地「落羽之丘」（台湾台北市）調思網」調査「生命追思網」は、2003 年に台北市葬儀管査理局によって立ち上げられたオンラインメモ臺北市殯葬管理處へのインタビューの後、リアルサイトである。当初の目的は、「公営墓

2023 年 8 月に台北市営の樹木葬墓地「落羽之地に眠る故人の遺族が、オンラインプラット丘」（図 1）への訪問調査を行った。落羽之丘

フォームを通じて故人を偲ぶことができるよは台北市街から車で 15 分ほどの場所に位置

うにすること」であった。本サービスは、現する「多層型」の樹木葬墓地である 1 。図 1 左代のテクノロジーを利用して、人々が清明節のように、2023 年 8 月時点で 21 の埋葬区画などの特定の時期を待たずに、いつでも故人が設けられている。どの区画に埋葬したいかを追憶できるようにすることを目的としていは選択できるが、埋葬地点はその時点での埋る。

葬箇所（図 2 左）となり、任意に指定はでき

時が経つにつれ、本サービスは多様なニーない。多層型であるため埋葬地点は特定しなズに対応できるように改善された。2012 年にいことが原理原則ではあるが、多くの遺族がは SNS 的な機能が追加され、ウェブサイトの埋葬時にその場所を写真で記録するため、図操作や更新が簡単になった。個人の追悼ペー

2 右のように献花に訪れることができる。献ジで写真やテキストを共有できることに加え、花以外の供物を置くことは認められておらず、管理者専用エリアが設けられ、プライバシー

供えられた花は毎日 14 時に職員により撤去の保護にも配慮がなされた。2020 年には、新されるルールで運用されている。

型コロナウイルスの流行にともない再び改良された。異なるデバイスから本サービスにアクセスできるようになった他、単一のアカウ
ントで複数の故人を追悼できるようになった。
利用者からの声としては、ご息女を亡くし

1

一定期間経過すると、既に他の故人が埋葬されている地点の上からさらに埋葬するシステムであることから多層型と表記した。

― 127 ―

TOPへ戻るも結びつけば、飛躍的な発展を見せることも考えられる。行政自らが、遺骨を維持しない
自然葬を推進し、その代わりにオンラインメ
モリアルの普及を図っている事例として、今後の葬送墓制のあり方を考えるうえでも参考
図 1 落羽之丘（左：区画図、右：第 1 区画となる。

の「問梅園」）
3.4 バーチャル故人に関わる関連研究2007 年、Facebook は故人のアカウントについ て の 制 度 を 作 っ た 。 こ れ は Memorialized
Accounts（追悼アカウント）と呼ばれ、利用者の死後、友達や家族が「集う場所」として
図 2 左：赤いマルが現在の埋葬場所の目印、残せるシステムだ。さらに 2015 年には、万が一の事態に備え、自分の死後、アカウントの

右：遺族による埋葬地点への献花管理を委託できる Legacy Contact（追悼アカ
3.3 自然葬とオンラインメモリアルの普及推

ウント管理人）を指定できるようになった。
米国の大手葬祭関係企業ディグニティー・

進に関する考察
生命追思網が設立された 2000 年代前半は、メモリアル（Dignity Memorial）は、墓地の台湾政府があらゆる行政サービスのデジタル契約者向けに専用のオンラインメモリアルサ化を進めていた時期であり、当初はほとんどービスを提供している。また近年、米国内で認知されていなかったという。しかし、ここの存在感を増しているのが「終活」に特化し10 年の間に、台北市は落羽之丘などの樹木葬たオンラインサービス「cake」である。人生

墓地や海洋散骨といった自然葬の普及・促進を終えるにあたってのプランニングや死後の2を開始した 。
（参る場所がなくなるあるいは

身辺整理に関する情報整理の手助けをコンセ制限される）自然葬の普及と（コロナ禍によプトとする。

る外出制限により）物理的な墓参りを控える

SNS 上での追悼が徐々に認知されるように動きが重なり、結果として、オンラインメモなってきた今日、新技術として脚光を浴びてリアルの必要性が高まった。そのような経緯いるのが、AI（Artificial Intelligence、人からも、市としては、今後もオンラインメモ工知能）と VR（Virtual Reality、バーチャ

リアル（上での墓参り機能）の拡充を推進しル・リアリティ）である。2020 年に韓国のテたい思惑がある。

レビ局 MBC が放送したテレビ番組では、幼い

新型コロナウイルス感染症が流行した娘を亡くした母親を主人公とし、AI と VR 技

2020 年は、それまで 2〜3 万人/年だったサー術を駆使して故人（娘）を蘇らせ、番組内でビス利用者数が一時的に 15 万人に増大し、同「対面」する様子が放送された。韓国国内でサービスの改良・機能拡充の追い風となった。

大きな反響を呼んだほか、英語の字幕付の動

これまでは非常に限られた予算の中、細々と画が YouTube 上で公開され、その是非をめぐ運営されてきた印象だったが、今後、社会的り世界的な議論を呼んだ。
コロナ禍を契機に VR 世界、メタバース世界な要請が強まり、発展著しい台湾の IT 産業とへの注目が集まった。それをお別れ会実施サ
2

これらの公共の自然葬サービスはすべて無料で提供されている。

ービスに応用したのが、散骨事業で有名なハ― 128 ―

TOPへ戻るウスボートクラブ運営の「Story」が提供する

４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況「VR お別れ会」である。ホテルの宴会場など

関連研究サーベイをもとに、台湾以外の事例の対面会場に加え、VR 空間上にもお別れ会会

調査・実地調査も行う。複数の民間企業がサー場がつくられる。対面参加者、VR（オンライ

ビスを提供している米国などが視野に入る。

ン）参加者がともに列席できる「ハイブリッ

実施協力企業と共にオンラインメモリアル

ドイベント」が実施できる。イベント中、VRのプロトタイプを制作し、ユーザー・エクス

参加者は故人や会場へのメッセージや、故人ペリエンス調査を実施する。状況に応じて共にまつわる写真などをリアルタイムに投稿す

同研究契約を締結し、産学共同で実運用を基ることができ、内容を参加者全員に共有でき盤とした研究成果創出を目指す。

る。準備の時間が十分に確保できない葬儀（通夜、告別式）の場では、現在のところ、ここ本研究に関連する論文投稿・発表状況

まで手の込んだサービスを実施するには課題

瓜生 大輔, 「AI 時代の故人情報デザイン」,が多い。だが、今後の技術開発次第では遠隔・特集：高齢多死社会と終活, 『都市問題』, 第

対面の「ハイブリッド葬」が当たり前になる

114 巻 第 8 号, pp.35-39, 2023 年 8 月 1 日, 後

かもしれない。

藤・安田東京都市研究所 (2023).

そして、2022 年以降、世界中から脚光を浴びることとなった生成 AI 技術も、弔い、家内

Jieun Kim, Daisuke Uriu, Giulia

祭祀に影響を与えはじめている。2023 年 4 月、Barbareschi, Youichi Kamiyama, and Kouta

故人の AI チャットボット（スマートフォンア

Minamizawa. “Maintaining Continuing

プリ上で故人とチャットできる AI エージェ

Bonds in Bereavement: A Participatory

ント）を用いた遺族のグリーフケアに関する

Design Process of Be.side.” In

論文が発表された。英国の研究者アンナ・シP roceedings of the CHI Conference on Human

グコウ（Anna Xygkou）らにより執筆された論

Factors in Computing Systems (CHI ’24 Full

文

3

では、親族、配偶者、婚約者、友人など

Paper).

を亡くした 10 名がチャットボットとして蘇った故人と「共生」した際のエピソードが生々

瓜生 大輔, 「地方都市の納骨堂に見られる新しく報告された。これまでに発表された多く

たなデジタル情報技術導入手法」 ,『 論文集 :の先行研究が「『AI 故人』への依存症」は遺

冠婚編・葬祭編』, 冠婚葬祭総合研究所, pp.

族が社会復帰する妨げになるためグリーフケ

72–80 (2023).

アには不向きであると主張していたのに対し、本研究は具体的な事例から「AI で再現された

以下投稿中論文故人」が、死別による深い悲しみに暮れる人

瓜生大輔「21 世紀の両墓制：納骨堂へのデジが社会復帰に向かう移行期間を支える可能性

タル技術導入にともなう埋葬形態と祭祀対象を示唆した。

の変化」『冠婚葬祭総合文化研究所論文集』
瓜生大輔「家内・家外における死者祭祀の連

3Anna Xygkou, Panote Siriaraya, Alexandra Covaci,
Holly Gwen Prigerson, Robert Neimeyer, Chee Siang Ang,and Wan-Jou She. 2023. “ The “ conversation” About
Loss: Understanding How Chatbot Technology Was Used in
Supporting People in Grief.” Proceedings of the 2023

携・統合―祭祀手法の多様化とデジタル技術
導入動向―」『国立歴史民俗博物館研究報告』

CHI Conference on Human Factors in Computing Systems(CHI ’23) , Article 646.

― 129 ―

TOPへ戻る完全閉鎖型モバイル細胞培養デバイスによるウイルス活性検査法
機械工学科

二井

共同研究者
東海大学医学部基盤診療学系

信行

浅井

さとみ

果が判明するまでの期間が長いことから，一１．序論
2019 年から発生した新型コロナウイルス感

般的な医療機関では感染症の検査に採用され染症(COVID-19)は現在 まで世界中 に社会的なていない．そこで我々は，簡便で取り扱いや影響を与えている．感染症の脅威は COVID-19

すいモバイル細胞培養デバイスを開発し， 生

のみならず，近い将来新たなウイルス感染症

きた細胞にウイルスを含んだ検体を導入するが発生し，大流行することが予想される．特ことでウイルスの増殖能を評価することを目に 季 節 性 の 新 型 イ ン フ ル エ ン ザ は 過 去 に 10指す．

年から 40 年の周期で流行し、世界中で健康被害と社会的影響を与えている．特に，COVID-

２．研究計画19 において実際に生じたように，大量に発生

2.1 細胞培養デバイスの設計試作
図 1 に示す細胞培養デバイスを製作した．

した患者が隔離され続けることで病床ひっ迫
し，医療活動全体が危機に陥る懸念がある．

デバイスは，MAS コートスライドグラス（松浪インフルエンザ感染が疑われる患者は， 医硝子工業） と PMMA 製リザーバ（金森産業）

療機関などで PCR 検査や抗原検査を受けるこを接着した構造である．

とが主流である．本検査方法は検査精度が高PMMA 製リザーバは射出成型で製作し，内部く，迅速に結果を取得できることから世界中の液体漏れや外部からの衝撃に耐えうる設計

で採用されている．その一方，従来の検査方にした．培地 pH 維持のためにガス透過性なシ法ではウイルスの有無を直接的に評価するた

リコーンゴム（扶桑ゴム産業）を 1 辺 20 mm

め，活性（感染能）を失ったウイルスも検出すの正方形状に切り出し，リザーバにシリコーる．そのため，症状改善後の感染力のない状

ン接着剤(KE-42，信越化学工業)で接着した．

態でも検査で陽性となる可能性がある．感染

また，右側のフェノール性樹脂キャップに切リスクのない患者が不必要に隔離され続ける

削加工を行い，スリットセプタム付メスルアと患者の隔離期間が延長され，病床ひっ迫のーポートであるプラネクタⓇ（JMS）を溶剤接原因となる．

着（アクリサンデー接着剤）した．MAS コート

従来，ウイルスの活性評価には細胞培養による検査が必要とされてきたが，PCR 検査

スライドグ ラスと PMMA リザーバ はシリコー
ン接着剤で接着した．

などと比較して費用が高く，操作が煩雑で結― 130 ―

細胞培養前に左側の導入口から予め重炭酸

TOPへ戻る

緩衝液を 2.5 mL 導入した．また，検査現場か(a)

らラボ間において安定した輸送をすること，
安全な液体の取り回しを目的として，内部のウイルス等を封じ込めた状態を保ちつつ検体の導入及び培地の抽出を行うために，プラネ
クタⓇなどのスリットセプタムポートをフタに結合し，そのポートからシリンジを用いて培地や細胞，インフルエンザウイルス培養液(b)を導入できるようにした．
2.2 細胞培養及びウイルス導入
細胞培養デバイスでインフルエンザウイ
ルスの増殖能を評価するためには，ウイルスの分離と増殖をすることが必須である．そのため，バイオセーフティーレベル 2（BSL-2）以上の感染対策が実施できる共同研究先の東海大学医学部基盤診療学系臨床検査学の実験室で評価した．イヌ腎臓尿細管上皮細胞由来
MDCK 細胞をウイルス培養用培地と懸濁して導入した．デバイスは 37 ℃を維持したホットプレート（上越電子工業）上で静置した．細胞図 1 モバイル胞培養デバイス．(a)外観写真．２
このねじ口 のうち左 側 から重 炭 酸 緩 衝 液 、右 側から細 胞 懸 濁 培 地 ， ウイルス培 養 液 を導 入 した． 右 側 の導 入 口 のキャップにはプラネクタ Ⓡ が装着されている．
(b)デバイスの概 略 図 ． スライドガラスの上 面 に細胞とウイルスを共培養した．

培養 1 d 後に，ウイルス培養用培地で 200 倍
希釈したインフルエンザウイルス保存液（A/cal/04/2009，8.5×10^4 PFU/mL）100 µL

2.4 デバイス中ウイルスの増殖能評価を導入した．ウイルス接種から 2 d・3 d・4 d
後に培地上清サンプルをシリンジで採取し，回収したサンプルは使用するまで冷凍保存した．

ウイルス導入 1 d 後と 4d 後に，倒立位相差顕微鏡（OLYMPUS，CKX53）で細胞の位相差像を取得した．位相差像から，細胞の接着性・ウ
イルス感染による細胞変性効果を観察した．
回収した培地上清サンプルはリアルタイム

2.3 検証事項

PCR（LightCycler 480，ロシュ）で検体中のインフルエンザウイルスがデバイス内で細胞に感染し，細胞内で増殖することを確認するために，不活化したウイルス保存液と比較して評価した．不活化は 70 %エタノール希釈と 70 ℃・5 min の熱処理の 2 種類で実施した．ウイルスの遺伝子を壊すことなく増殖能が消失することを RT-PCR 法で確認した．また，培地上清サンプルのウイルス検出量と接種経過時間の関係を考察し，増殖能の評価に必要

ウイルス量を定量的に評価した．リアルタイ
ム PCR ではサンプルに酵素等を懸濁して，温度の上げ下げを繰り返すことで，ウイルスの中 に あ る 遺 伝 子 を 増 加 さ せ て ， Cq 値
（Threshold Cycle）を測定する．Cq 値は遺伝子が検出されるまでの温度の上下サイクル数
で，Cq 値が低いほどサンプルに含まれる遺伝
子数が多く，ウイルスが多く含まれることを示す．

な培養期間を評価する．

― 131 ―

TOPへ戻る(a)(b)

図 2 モバイル細胞培養デバイス内で培養した MDCK 細胞の位相差顕微鏡像 (a)播種 1 d 後(b)4 d 後，(a)では接着細胞が多く確認できたが，(b)では死細胞が増加して生存率が減少した．

抗原検査キット（IMMUNO AG，FUJIFILM）はに Device A・Device D・Device E では接種 3

接種 3 d 後と 7 d 後のサンプルに使用して，

d 以降，多くの遺伝子が継続的に確認された．

ウイルス検出の定性評価をした．ウイルス接

それ以外のデバイスは，接種 2 d でウイルス

種時のウイルス保存液では，抗原検査キット

遺伝子数の検出がピークを迎え，その後ほとの検査結果が陰性になることを確認した．

んど検出されなかった．
接種したウイルスはデバイス内の細胞に感染し感染能のあるウイルスが増殖したこと

３．計画の進行状況
3.1 モバイル細胞培養で，接種 2 d 後以降にウイルスが検出されたデバイス に 播種した MDCK 細胞の 位相差像と考えられる．接種 2 d 以降はウイルス量がを図 2 に示す．ウイルス接種前の(a)播種 1 d

大きく増加しなかったことは，図 2 に示す顕後では細胞がスライドグラスに接着していて，微鏡で取得した位相差像からわかるように，

細胞培養に適した環境であると考えられる．

接種 4 d 後には細胞の状態が悪くなることがウイルス接種後の(b)播種 4 d 後では，細胞が原因と考えられる．

接着面から剥がれて状態が悪いことが確認さ

続いて，ウイルス接種前にエタノール希釈・れた．ウイルスに感染したことに加え，培地

熱処理をした各サンプルが RT-PCR 法により，を交換していないことから長期間の培養をすターゲット遺伝子を検出することを確認した．

ると，細胞の状態が悪くなると考えられる．

不活化した各サンプルと PBS 希釈したサンプ
ルを同濃度のウイルス量で細胞播種したデバイスに接種した．図 4 に示すように，不活化

3.2 培地上清サンプルのウイルス量評価
サンプルを PCR 分析し，取得された Cq 値しなかったデバイスではウイルスの遺伝子がと接種時間の関係を図 3 に示す．通常のウイ

微量だが検出された．接種 2 d から 4 d まで

ルスを接種したデバイスにおいて，培地上清

緩やかに検出されるウイルス量が増えた．不サンプルからインフルエンザウイルスの遺伝活化したウイルス液を接種したデバイスでは子が検出され，抗原検査で陽性になった．特遺伝子が検出されなかった．

― 132 ―

TOPへ戻る本実験の不活化処理プロトコルでは，ウイルスの遺伝子をすべて破壊することなく RTPCR 法でターゲット遺伝子を検出することができると考えられる．また細胞の状態が悪い条件下だったが，増殖能のあるウイルス液をデバイスに接種し細胞に感染させることにより，ウイルスがデバイス内で増殖したといえる．それに対し，不活化したサンプルでは接種したウイルス液の活性がないと考えられる
ので，増殖することなく培地で希釈された培
地上清サンプルではウイルスを検出することはできなかったと考えられる．
本結果より，設計したデバイスでは培地上
清サンプルを接種 3，4 d 後に取得しリアルタ
イム PCR で分析することで感染能があることを評価できる．抗原検査の結果からも，ウイ

図 3 培地上清の RT-PCR 分析と接種経過時
間 の関 係 ． 培 地 上 清 サンプルはデバイスからシリンジで回収後に 1 度冷凍保存され，解凍後リアルタイム PCR 装置により定量的にインフルエ
ンザウイルス量 (Cq 値 で示 され、比 較 を容 易 にするために反転)を評価した．

ルスがデバイス内で細胞に感染し，ウイルスが増殖したといえる．
４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況
インフルエンザウイルスの増殖能評価のためにモバイル細胞培養デバイスを制作し，細胞培養及びウイルス感染，増殖能評価をした．
本研究は接種時に陰性だった検体の増殖能を評価し，感染性の有無を評価可能で，開発したデバイス内で簡便に培養検査が可能なことを示した．
今後は複数のデバイスで同時に培養を実施
し，感染能の評価性能を検証したい．さらにデバイスの改良をすることでウイルス収量を増加させて，インフルエンザウイルスの増殖
能評価の正確性を高める手法を確立する必要がある
本研究の成果は，第 98 回日本感染症学会学

図 4 培地上清の RT-PCR RT-PCR 法による評価で得られた不活化の有無による Cq 値の変化と接種時間の関係．
不活 化処 理 をし ない 培 地上 清サ ン プル では 遺伝子 が検 出 され たが ， 不活 化し た 培地 上清 サ
ンプルでは遺伝子が検出されなかった．

術講演会／第 72 回日本化学療法学会総会にて発表予定である．

― 133 ―

TOPへ戻るスマートグローブによる農畜産物の弾性率分布計測に基づ
く内部欠陥・熟成度評価
機械機能工学科

１．緒

細矢

直基

果物に無傷で接触し加振することができる論

農業従事者は果物の熟度を大きさ，色，形，

デバイスとして，誘電エラストマーアクチュ

香りなどの様々な指標により評価し，収穫しエータ(Dielectric Elastomer Actuator: DEA)がている．熟度は酸度や糖度，硬さなどと相関あり，これは軽量かつ柔軟で，応答速度が速があることが知られており，それらも販売すいなどの特徴を持つソフトアクチュエータでる基準を決定するための指標として用いられある[8, 9]．DEA は様々な用途に使用されていて い る [1]． こ れ ら の 指 標 を 評 価 す る 方 法 は ，る ． 例 え ば ， ス ピ ー カ ー [10]， ソ フ ト グ リ ッ

光学的手法や生化学的手法，機械的手法に分パー[11]，振動制御[12]，フレキシブルモータ

類できる．しかし，糖度や酸度が変化しない

ーなどが検討されている．また，近年の研究

果物などにはこれらの光学的，生化学的手法

では DEA を用いた振動実験による果物の熟による熟度の評価を行うことができないため度評価が検討されている．DEA は曲面の果物[2]，果物の硬さを用いて熟度を評価する機械に直接，接触し加振力を作用させることがで的手法が研究されている[3, 4]．

きる．Hiruta らは DEA を用いて果物の振動実硬さを計測する方法としてはペネトロメー

験を行い，DEA は果物の加振に有効であるこターを用いるような破壊試験や音響振動法なと を 明 ら か に し た [13]． し か し ， こ の 方 法 でどのような非破壊試験が挙げられる[5,6]．ペは接着剤やテープなどで DEA を直接果物にネトロメーターによる標準的な硬度評価は，貼り付ける必要があるため，DEA を剥がす際，果物に器具を直接貫入し計測する破壊試験で果物を損傷させたり，商品価値を失わせたりあるため，検査した果物の商品価値がなくなすることがある．

るため，全数検査はできない．音響振動法に

本研究では，果物への接着を不要としたウ

よる計測は硬い加振器を果物に取り付け，そェアラブル DEA を検討し，これを直接接触の振動特性を計測する．この方法では果皮にさせることで果物を加振する．そして，その硬いケーシングのロードセルや加振棒を取りときの振動応答を計測することで，果物の熟付けるため，無傷で加振させることは難しい．

度を評価する．

他の手法としては，レーザー加振法が挙げら

２．ウェアラブル DEA

れ る ． レ ー ザ ー 誘 起 プ ラ ズ マ (Laser Induced

図 1 に DEA の駆動原理を示す．DEA は，

Plasma: LIP)に よ り 生 成 さ れ た 衝 撃 波 を 用 い

柔軟な誘電膜を柔軟電極で挟み込むキャパシることで，りんごやマンゴーの硬さを評価し

タ構造となっている．DEA の柔軟電極に電圧た[7]．しかし，高出力パルスレーザーは可搬を印加することで電極間に静電気力が働き，性が悪く，果樹園における熟度評価は難しい．

― 134 ―

TOPへ戻る厚み方向に収縮し，面内方向に伸長する．こ応答を，計測点 1 に取り付けた加速度センサの時発生する応力は 式 (1)の よ う に 表 さ れ る ．

で計測した．正弦波掃引信号によりを入力すV 
p = ε rε 0  
d

2

(1)

ることでウェアラブル DEA を駆動し，りんごを加振した．本実験では，貯蔵期間の増加

ここで，p は発生応力[Pa]，ε r は誘電膜の比誘による固有振動数の変化を把握するため，計電率 [-]， ε 0 は真空の誘電率[F/m]， V は印加

測回数は，計測初日を 0 日とし，10 日，30

電圧[V]，d は電極間の距離[m] をそれぞれ表し日の 3 とした．

ている．

Elastomer

Electrodes(a) Voltage OFF
Contraction

V

Stretch(b) Voltage ON
図1

DEA の駆動原理

図 2 に，実験システムの概略図を示す．評
価対象の果物のとして，りんごを用いた．シ
リコーンゴムを用いてウェアラブル DEA を

図2製作し，指を模擬して製作したシリコーンゴ

ウェアラブル DEA による振動試験，下：イ

ムに装着した．指でウェアラブル DEA を果ンパルスハンマーによる振動試験）

振動試験による果物の硬さ評価（上：物に押しつけている状況を再現するために，
ゴムバンドを用いた．押しつける力のばらつ
3

きを無くするために，ロードセルを用いた．

ら固有振動数を求めることで評価した．また，

52

りんごの硬さは，りんごを加振させた際の応答を計測し，応答のフーリエスペクトルか46

Measurement
point1

比較のため，同様の加振点に対して，機械構

Excitation
points

造物の振動試験に用いているインパルスハンマーによる加振も行った（図 2 下）．
図 3 に，りんごの赤道上に設定した加振点

図3

Equator of
apple

30°
12
11

10

9

8 DEA
(Excitation
point)

りんごの加振点と計測点と計測点を示す．図 3 に示すように，りんごの赤道上に等間隔（30 度毎）に 12 点設定し３．ウェアラブル DEA によるりんごの硬さ

た．加振点 2 から 12 までを順次加振した際の評価― 135 ―

TOPへ戻る図 4 に，ウェアラブル DEA によりりんご

ウェアラブル DEA 加振により得られた 800の点 7 を加振し，点 1 に取り付けた加速度セ

Hz 付 近 の 固 有 振 動 モ ー ド 形 を そ れ ぞ れ 示 しンサで計測した振動応答を示す．図 4 においている．図 5 を見ると，共に楕円形状に変形ては，同様の加振点をインパルスハンマーでしていることから，0S2 固有振動モード形で加振した際の応答も比較のため重ねて示してあることがわかる．これにより，インパルス

いる．図 4 を見ると，ウェアラブル DEA お

ハンマーよりも加振力の小さいウェアラブル

よびインパルスハンマーにより得られたりん

DEA を用いても，0S2 固有振動モードを励起

ごのフーリエスペクトルにおいては，いくつできることがわかる．

かのピークが見られ，これらは共によく一致していることがわかる．これらのピークは，りんごの固有振動数であると推察される．また，図 4 を見ると，フーリエスペクトルの振幅の大きさは，インパルスハンマー加振に比べ，1/1000 程度小さくなっていることがわか

インパルスハンマーる．これは，ウェアラブル DEA による加振図 5

力が非常に小さく，りんごに大きな損傷を与DEA

りんごの赤道における 0S2 固有振動える恐れが少ないことを意味する．一般的に，

モード形（左：インパルスハンマーによる加

果物の熟度と硬さは相関があり，その硬さは振，右：ウェアラブル DEA による加振）．

果物の赤道における 0S2 固有モード振動数との相関がある．次に，実験モード解析を行う

図 6 に，ウェアラブル DEA で加振した際ことで，ウェアラブル DEA およびインパルに計測された，りんごの貯蔵中におけるフースハンマーで加振した際のりんごの固有振動

リエスペクトルを示す．図 6 においては，計

モードを調べる．

測初日（Day 0）を黒実線，10 日貯蔵後（Day10）を赤実線，30 日貯蔵後（Day 30）を青実

101

線でそれぞれ示している．貯蔵期間が長くな

10

0S2 mode0

るにつれて，0S2 固有モード振動数が低下しDEAていることがわかる．これにより，ウェアラ

2]

Hammer10実現できることがわかった．

2]

Amplitude [m/s

ブル DEA は，貯蔵時のりんごの硬さ評価を
-2

10

-4

0

500

1000

1500

Amplitude [mm/sFrequency [Hz]

図 4

20

2000

りんごのフーリエスペクトル（黒破線：インパルスハンマー加振，赤実線：ウェ

10

0S2 modes

0
0

500

1000

1500

2000

Frequency [Hz]アラブル DEA 加振）
図 5 に，実験モード解析により得られた，

図6

ウェアラブル DEA を用いた振動試験

りんごの赤道における固有振動モードを示す．

で得られた，りんごの貯蔵中のフーリエスペ

図 5 の左は，インパルスハンマー加振，右はクトル（黒実線：計測初日（Day 0），赤実線：― 136 ―

TOPへ戻る10 日貯蔵後（Day 10），青実線：30 日貯蔵後

[7] N. Arai, M. Miyake, K. Yamamoto, I.
Kajiwara, N. Hosoya, Soft mango firmness（Day 30））．

assessment

based

on

Rayleighwaves

generated by a laser-induced plasma shock

４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況
2024 年 9 月 3 日から 7 日（仮）で開催されwave technique, Foods 10(2), 2021, 323

る日本機械学会機械力学計測制御部門講演会[8] R. Pelrine, R. Kornbluh, Q. Pei, J. Joseph,2024

High-speed electrically actuated elastomers（D&D2024）にて，本内容を発表する予定でwith strain greater than 100%, Science 287,

ある．

2000, 836–839.

Dynamics

andDesignConference[9] J. Shintake, V. Cacucciolo, H. Shea, D.
文[1] L.S.

Magwaza,

Floreano, Soft biomimetic fish robot made

献

U.L.

Opara,

ofAnalytical[10] N.

Tesfay,I.

Bertling,

J.P.

avocado: metabolism in seed and mesocarp
tissue, South African Journal of Botany 79,

using laser Doppler vibrometry, Biosystem
Engineering 194, 2020, 251–260.

stagesoftomatofruit

multifunctional

Experimental validation of vibration control
in membrane structures using dielectric
elastomer
environment,

response,

Scientia Horticulturae 262, 2020, 109073.
[6] E. Macrelli, A. Romania, R.P. Paganelli, E.
M.

Tartagni,

inInternationalavacuumJournalof[13] T. Hiruta, K. Sasaki, N. Hosoya, S. Maeda, I.

Nondestructive firmness prediction of apple

Sangiorgi,

actuators

Mechanical Sciences 191, 2021, 106049.

[5] Z. Fathizadeh, M. Aboonajmi, S.R.H. Beygi,
vibration

actuators,[12] T. Hiruta, N. Hosoya, S. Maeda, I. Kajiwara,using

2008, 113–121.

polymer

Advanced Materials 28(2), 2016, 231–238.

G.A.

Computers and electronics in agriculture 60,

acoustic

Maeda,

with intrinsic electroadhesion based on

acoustic impact and colorimeter sensor data,

fruit using

S.

Floreano, H. Shea, Versatile soft grippers

González-Aguilar, Bayesian classification of
ripeningBaba,[11] J. Shintake, S. Rosset, B. Schubert, D.

discrimination of avocado fruit ripenessAranda,S.

2015, EL424–EL428.

[3] S. Landahl, L.A. Terry, Non-destructive

J.I.

Hosoya,of the Acoustical Society of America 138(4),2012, 159–165.

Baltazar,Softa dielectric elastomer actuator, The Journal

Bower,

D-mannoheptulose and perseitol in ‘Hass’[4] A.

actuators,

Hemispherical breathing mode speaker using

Scientia Horticulturae 184, 2015, 179–192.
[2] S.Z.

elastomer

Robotics 5(4), 2018, 466–474.

methods for determination of sugars andsweetness of horticultural products-A review,

dielectricKajiwara,

Firmness

evaluationofpostharvest pear fruit during storage basedon a vibration experiment technique using adielectric elastomer actuator, Postharvest
Biology and Technology 182, 2021, 111697.

Piezoelectrictransducers for real-time evaluation of fruit
firmness.Part I: Theory and development of
acoustic techniques, Sensors and Actuators
A: Physical 201, 2013, 487–496.

― 137 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１

生体吸収性マグネシウム合金のその場観察によるマイクロ
スケール腐食現象の解明  機械機能工学科  吉原 正一郎  
共同研究者
芝浦工業大学理工学研究科機械工学専攻  花山 環
１．はじめに

虚血性心疾患に対するステント治療には，ステンレス鋼など高耐食性を有する金属材料が使用されているが，体内に半永久的に残存するためステント内再狭窄を引き起こす危険性がある．したがって，機械的強度および体Fig.1 Pure magnesium test material size. 

内で毒性反応なく吸収される分解性を持った

ステント材料が求められている．そこで近年，Table1

生体への安全性や分解性が高いマグネシウム

conditions. が生体吸収性ステント材料として注目されてStress ratio-1いる．しかし，マグネシウムは著しく速い腐Environment
Frequency[Hz]Atmosphere
20

Number of times
Tensile stress[MPa]2.0×10 6
10, 20, 30

Compressive stress[MPa]10, 20, 30

食速度からステントに必要な機械的強度を保持できず劣化することが課題となっている．
ステントはバルーンへの圧着時や血管内での拡張時に塑性変形を受ける．加えて，移植後には血管の拡張および収縮によって，部分的

Tension-compression

cyclicstress
Table2 Test conditions for corrosion immersion test. 
Solution

0.9(mass%) NaCl

ひずみや応力に伴いマグネシウムの結晶組織

Corrosive time[h]Corrosive environment

24
Immersion

は常に変化することが考えられる．



な圧縮や引張応力を繰返し受ける．これらの血管内のステントは循環体液や血液成分な

test

晶粒径や結晶方位が腐食速度に及ぼす影響をどにより大気中と比較して複雑な腐食環境下調査した．

に晒される．そのため，結晶組織がマグネシ

２．腐食浸漬試験

ウムの腐食速度に及ぼす影響を解明する必要

２．１供試材

がある．そこで，本研究ではマグネシウムの)LJ に疲労試験で用いた供試材の寸法を結晶組織に着目した．生体吸収性ステントの示す．材料には純度 純マグネシウム熱母材となる純マグネシウムを取り上げ，押出間押出丸棒材を使用した．直径 PP の純マグ

加工や熱処理，繰返し応力に伴い変化する結

ネシウム丸棒材に対して旋盤加工機を用いて― 138 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１
所望の寸法に加工した．その後，耐水研磨紙
粒度： の順番で供試材
中央部を湿式研磨した．熱処理温度には .
および . を設定した．熱処理の手順は，電気炉内の供試材を所定の温度まで急速に上昇させ， 時間保持した後炉冷した．熱処理後に，アセトンで  秒の超音波洗浄を施した供試材を疲労試験片とした．
２．２引張圧縮繰返し応力による疲労試験
7DEOH に疲労試験条件を示す．疲労試験のFig.2 Mass loss of pure magnesium with cyclic stress.

種類は引張および圧縮の繰返し応力とした．
繰返し応力値を選定するために，マグネシウて疲労試験後の純マグネシウムの結晶組織をムの圧縮降伏応力値の約 である 03D で観察した．(%6' 観察用の試料は室温でバフ研

疲労予備試験を実施した．その結果，熱処理

磨を施した後， 秒間化学研磨 エタノール

温度 . および . の試験片で破断もしくP/リン酸 P/グリセリン P/ によは試験片にき裂が生じた．そのため，繰返し

り仕上げた．研磨は試験片の曲面に対して施応力値は 03D を設定した．疲労試

し，最初に腐食液に触れる表面に対応する方験は応力値  条件を応力比 および  万サ

向の方位情報を得た．


イクルで行った．

３．実験結果および考察

２．３腐食浸漬試験
7DEOH に腐食浸漬試験条件を示す．疲労後

３．１質量損失量

の試験片中央部を  等分に切断し作製した金)LJ に繰返し応力を付与した純マグネシ

属 片 の 切 断 面 を 耐 水 研 磨 紙  で 湿 式 研

ウ ム の 質 量 損 失 量 を 示 す ． 熱 処 理 温 度 .

磨した．その後，アセトンで  秒の超音波では繰返し応力値 03D で抑制されたが，洗浄を施し，各金属片の質量を計測した．腐03D では増加した．熱処理温度 . では繰

食溶液には血液と同等の塩分濃度を有する

返し応力値 03D において最も抑制されたが，の塩化ナトリウム水溶液を使用した．試03D では増加した．熱処理温度で比較

験片は  時間ごとに腐食溶液から取り出し，すると，いずれの応力においても . の質量質量を計測した．前述の手順で計  時間浸漬

損失量が大きく抑制された．

させた金属片の質量を再度計測し，浸漬前後

３．２疲労試験後の純マグネシウムの結晶粒の質量から質量損失量を算出し，腐食速度を

径
)LJ に熱処理温度 . の繰返し応力値

定量的に評価した．式  に質量損失量の算出

03D D ， 03D E お よ び 熱 処 理 温 度 .

方法を示す．
𝑀𝑀𝑎𝑎𝑠𝑠𝑠𝑠 𝐿𝐿𝑜𝑜𝑠𝑠𝑠𝑠 ൌの繰返し応力値 03D F ，03D G における𝑊𝑊Ͳ − 𝑊𝑊   Ȁ;   ͳ 𝑆𝑆

純マグネシウムの ,QYHUVH3ROH)LJXUH ,3)

ここで， :  は腐食前の試験片の質量， : は腐マップ を示す．,3) マップの上部は腐食液に食後の試験片の質量， 6 は腐食前の試験片の晒される表面の結晶粒，下部が表面から深さ

表面積である．

約 600μm の結晶粒の様子である．. およ

２．４結晶組織の観察び . の結晶粒径は粗大粒と微細粒が混在(%6' 付属の )(6(0 日本電子 ) を用いしていた．熱処理温度で比較すると，繰返し― 139 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１
応力値 03D において . の方が . よりも粗大な結晶粒径が見られた．これらの結果には，熱処理による材料の状態変化が影響した．. はマグネシウムの再結晶温度領域内であるため，結晶粒は小径だった一方で，.
は粒成長する高温領域だったことから結晶粒が粗大化したことが考えられる．)LJ より
マグネシウムの腐食速度には結晶粒径が影響している．具体的には，結晶粒界が腐食速度を抑制する働きをしたと考えられる  ．純マ
グネシウムの腐食反応は次式で表される．
＋ʹ ʹ ＝ሺ ሻʹ ＋ ʹ
＝ ʹ൅＋ʹ−−ʹ ʹ ＋ʹ ＝ ʹ൅ ＋ʹ

−

ʹ

＋ʹ

−

＝ሺ ሻʹ

ʹ
͵
Ͷ

ͷ 

式  は腐食反応全体，式  および式  はア



ノード反応，カソード反応，式  は化学反応による腐食生成物の生成を示している．上記

Fig.3 IPF map of pure magnesium with cyclic stress.
At 513K with cyclic stress of 10MPa(a), 30MPa(b).At
673K with cyclic stress of 20MPa(c), 30MPa(d). の式よりマグネシウムの腐食生成物は主に



Mg(OH)₂であることが分かる．Mg(OH)₂膜は，結晶粒界など表面の結晶格子欠陥で最初に生成される．そのため，結晶粒界が多いほどMg(OH)₂膜の密度が高くなり，不働態層が生成



さ れ や す い ． し た が っ て ， 熱 処 理 温 度 .

Fig.4 Schematic of corrosion of polycrystalline metals. 

では表面に位置する結晶粒界が多く，熱処理

温度 . よりも緻密で安定した腐食生成物

び . において繰返し応力値 03D の質量損が生成されたため，耐食性が向上したと考え失量が最も増加した．各結晶面は異なる腐食られる．

電位を有しており，最も腐食電位が高い結晶

３．３疲労試験後の純マグネシウムの結晶方面は基底面であるため，角柱面や錐面は基底位面より卑の値を示す  ．腐食電位は耐食性の)LJ より，熱処理温度 . の繰返し応力指標となるため，基底面が他の結晶面よりも値 03D および . の 03D の最初に腐食液

耐食性に優れている．)LJ に多結晶金属のに触れる表層は角柱面，錐面が混在していた．

腐食の概略図を示す．多結晶金属では異なる

一 方 で ， 繰 返 し 応 力 値 03D の 試 験 片 は腐食電位を持つ結晶面が同時に配向している．

 の基底面が多く一部角柱面や錐面が観そのため，隣接する結晶面間に生じる腐食電察された．マグネシウムは +&3 構造であり変位差が腐食速度に大きな影響を及ぼす．結晶形時のすべり系が底面すべりに限定される．

粒間の腐食電位差が大きいほど，卑の電位を

繰返し応力値 03D では 03D より底面すべ持つ結晶粒の腐食が進行すると考えられる．

りが活動したため，基底面が多い結晶粒が見

基底面が多い結晶粒では，腐食電位の高い基られたと考えられる．)LJ より，. およ

底面と角柱面や錐面の間に大きな腐食電位差― 140 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１
が生じるため，角柱面や錐面の結晶粒が優先とができた．今後の進め方として，)LJ に的に腐食する局部腐食が発生する．一方で，示すように ,3) マップをもとに、どの結晶方

角柱面や錐面が混在した結晶粒間では腐食電位が腐食しやすいか，確認し腐食の進展メカ

位差がほとんど生じないため局部腐食が抑制

ニズムを解明することを目的として研究を進される．したがって，. および . の試

めたい．

験片は，基底面の配向が多い繰返し応力値

これまでの研究成果として， 年  月

03D よりも角柱面や錐面が多い 03D もしにイタリアでの国際会議，,((( ナノテクノロ

くは 03D の耐食性が向上したことが示唆さ

ジー材料・デバイス会議 ,(((1DQRWHFKQRORJ\れた．

0DWHULDOV DQG 'HYLFHV &RQIHUHQFH 10'& において，「&RUURVLRQEHKDYLRURISXUH

４．まとめPDJQHVLXP RQ GLIIHUHQW FU\VWDOORJUDSKLF

本研究では，引張圧縮繰返し応力を付与し

VWUXFWXUH」を公表した．今後、ジャーナル、た純マグネシウムの腐食浸漬試験を行い，以0HWDOV に  件の論文，「,QIOXHQFHRIVWUHVV

下の結果を得た．

DQG DQQHDOLQJ FRQGLWLRQV RQ FRUURVLRQ  熱処理温度 . では熱処理の再結晶

EHKDYLRU RI SXUH PDJQHVLXP 」 お よ び

により小径の結晶粒，. では高温領域によ「,QIOXHQFHRIERWKVKHDUVWUHVVLQIORZ

り粗大粒が見られた．. では結晶粒界が腐

DQG WHQVLOH VWUHVV E\ H[SDQGLQJ RQ

食伝播の障壁となったため，耐食性は向上し

FRUURVLRQ VWDWH RI PDJQHVLXP DOOR\ PHVK

たことが考えられる．

WXEHV」を投稿する．

  繰返し応力値 03D では  の基

底面が多く，隣接する結晶面との間に大きな

腐食電位差が生じたため局部腐食が進行した．

起点

,PPHGLDWHO\

一方で，角柱面や錐面が多い 03D や 03DDIWHUVWDUWRI

では結晶粒間に腐食電位差がほとんど生じな

FRUURVLRQ

いため耐食性が向上したことが示唆された．




５．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状



況


$IWHUV

)LJ に，なめらかな表面性状を有した純

マグネシウム板材に ％1D&O 溶液を垂らした
その場観察の結果を示す．1D&O 溶液を垂らした瞬間，および V 経過した状況の写真であり，気泡は、式  に示すように水素である．

Fig.5 Surface observation of magnesium alloy material
dropping NaCl solution. 


参考文献

また，黒い部分は腐食された材料表面である．
1D&O 溶液を垂らした瞬間に、気泡の発生位置
から腐食の起点を確認することができた．ま  30.DOD\HK00DOHNDQ$%DKPDQL
0 /RWISRXU 60)DWHPL DQG 6%=RQRR]
  た，黒い部分からも気泡が発生し，腐食の位置，さらに，糸状腐食の進展状況を確認する
ことができる．このように，その場観察によって，腐食の起点や進展の仕方を確認するこ -3HQJ==KDQJ&/RQJD+&KHQD

<:XD -+XDQJD :=KRXF DQG <:X  


― 141 ―

TOPへ戻るヘテロエピタキシャル成長技術を用いた
非熱平衡状態物質の創製と新規機能の付与
工学部機械機能工学科

吉田慎哉

例 え ば 、 正 方 晶 組 成 の c 軸 配 向 Pb(Zr 、

１．序論（はじめに、まえがき、目的）
本研究では、Pb(Zr,Ti)O 3 (PZT)、MgO、ZnO

Ti)O 3 (PZT)単 結 晶 薄 膜 は 、 高 性 能 な 圧 電 微 小などの既知の材料を、テンプレートとなる下

超音波トランスデューサを実現できる可能性

地層上にヘテロエピタキシャル成長させるこを有する [1-3] 。通常、PZT 薄膜は、結晶性を上とで、熱平衡状態とは異なる（つまり状態図

げるために、高温環境下にて堆積させる。こ上には存在しない）結晶構造を取らせること

こで、PZT よりも熱膨張係数の小さな基板にで、新しい機能を発現させられることを実証

堆積すると、冷却過程で引張応力が発生し、することを目指す。例えば、結晶配向性を自結果として a 軸配向してしまう。申請者らは、在に制御したり、高靭性を発現させるなどが成膜後に急冷することで c 軸配向性を凍結で考えられる。

きることを発見した。これにより、高性能圧

この宇宙に存在するいかなる固体物質も、

電単結晶薄膜を容易に得られるようになった。

熱平衡状態においては固有の結晶構造を有す

しかし、この膜にも欠点があることが近年わる。例えば単体炭素が常温常圧下で六方晶構かってきた。その一つが、単結晶であるがゆ造を取り、高温高圧下で立方晶（ダイヤモン

えに、機械的に脆いことである。

ド構造）を取るように。しかし、もし熱平衡

そこで単結晶・多結晶コンポジット薄膜が状態と異なる結晶構造を自在に創り出せれば、提案されている [4] （図１）。これは、単結晶

従来の熱平衡状態の物質には無かった物性を領域を網目状に多結晶体で区画化したもので実現できるはずである。これを本研究にて実ある。単結晶部に発生した亀裂の伝播は、多証し、材料（構成元素と組成）としては既知結晶体によって抑制されることで、膜全体とでありながら全く異なる物性を有する材料開しての脆性の改善が期待される。しかし、先発の道を切り開くとともに、デバイスの性能

行研究の作製工程は比較的複雑であり、歩留限界の打破を目指す。

まりが悪いなどの課題がある。そこで本研究
では、エピタキシャルバッファ層のウェット

２．研究計画

エッチングを用いた、より簡便な単結晶・多ここでは、非熱平衡状態物質として、急冷
PZT 単結晶薄膜を採用し、それに靭性を付与

結晶 コ ン ポ ジッ ト PZT 薄 膜の 作 製方 法 を 開発する。

する技術の開発を行った。近年、微小電気機
械 シ ス テ ム (MEMS)の 新 し い ト ラ ン ス デ ュ ー

３．計画の進行状況

サ薄膜として、圧電単結晶が注目されている。

3.1― 142 ―

バッ フ ァ層 SrRuO 3 (SRO)の エッチ ン グ

TOPへ戻るによる PZT の結晶形態の可制御性
通常、適切な条件下でエピタキシャルバッ
ファ層の上に PZT を堆積させると、PZT がエ
ピタキシャル成長し、単結晶 PZT が形成される。逆に言えば、エピタキシャル成長条件を満たさないようにすれば、PZT は多結晶化する。本研究では、バッファ層の最上層である
SRO をエッチングして荒すことで、その上に堆積する PZT の多結晶化を狙う。まず、この基礎検討を以下のように実施した。
初めに、PZT のエピタキシャル成長を促す
バ ッ フ ァ 層 を 堆 積 し た 基 板 （ KRYSTAL ®

図 1

Wafer，I-PEX Piezo Solutions 株式会社）を用

念図

単結晶・多結晶コンポジット膜の概意した。次に、0.004M の NaIO₄溶液を用いてSRO をエッチングした。エッチング時間を制御することで、SRO の表面粗さを制御した。
そして、エッチング処理後の試料に対して、
PZT のスパッタ成膜を行った。スパッタ装置
は ANELVA 社製の装置を使用し、ターゲットの PZT 系単結晶薄膜には、Mn と Nb をドープした Pb(Mn 1/3 , Nb 2/3 )O 3 -Pb(Zr, Ti)O 3 (PZT)を採 用 し た 。 ス パ ッ タ 成 膜 は 通 常(未 処 理)の バ
ッフ ァ 層 の 上で は PZT が エピ タ キシ ャ ル 成
長する条件で行った（表１）。試料の結晶性は
X 線回折(XRD)によって評価した。
各試料の XRD の結果を(図 2)に示す。まず
0 秒のエッチング処理、つまり未処理の試料

図2

エッチング時間を変化させた SRO 上に成膜した PZT 薄膜の XRD パターンに お い て 、 2θ=21.6° 付 近 に 着 目 す る と 、

表1

PZT(001)配向に相当する強いピークがみられ

PZT のスパッタ成膜条件

る。また、それ以外の PZT 由来のピークが見られないことから、この PZT 薄膜は単結晶が形成されたと思われる。30 秒処理のサンプルに関しても未処理と同じような結果となった。
一方、60 秒処理の試料においては、PZT(001)の 他 に PZT(110)や (111)配 向 に 相 当 す る ピ ークが見られた。つまり、多結晶化となった。
また、180 秒処理の試料では、ペロブスカイ
ト相のピークがほとんどみられず、パイロク
ロア相 PZT(222)、(400)のピークが発生した。
したがって、過剰な SRO エッチングを行うと、パイロクロア相が発生することが示唆された― 143 ―

TOPへ戻る図 4

単結晶・多結晶コンポジット

膜の作製法

図3

エッチング時間と SRO の平均粗さと

の関係

3.2

PZT 多結晶化メカニズムの考察

次に、エッチング後の SRO の状態を指標化
し、成膜後の PZT の結晶性との関連性を評価

図 5 レジスト剥離後の基板表面の光する こ と で PZT 多 結晶 化 の メ カニ ズ ム を 考

学顕微鏡写真察する。エピタキシャル成長に関わる要因は様々であるが、本研究では、エピタキシャル
バッファ層 SRO の表面の粗さに着目する。
エッチング後の SRO の表面粗さは、原子間力顕微鏡によって評価した。図 3 にエッチン
グ時間と SRO の平均粗さの関係を示す。また、それぞれの SRO 成膜された PZT が、ペロブ
スカイト単結晶だと判断されたものには赤色、ペロブスカイト多結晶のものには青色、パイ
ロクロア相と判断されたものには黄色のプロットをした。図より、以下のことが読み取れ

図 6 試作した PZT 単結晶・多結晶薄る。まず、エッチング時間が増加していくほ膜の走査型電子顕微鏡像

ど SRO 表面の平均粗さが増加していく。そして、SRO 表面の平均粗さが 3.0 を超えると、露出することに起因する。

その 上 に 成 膜さ れ る PZT が ペ ロ ブス カ イ ト

以上より、適切な SRO エッチングにより、多結晶化する。そして、エッチング時間が 120

その 上 に 成 膜さ れ る PZT の エ ピ タキ シ ャ ル

秒を超えると、表面粗さは小さくなり、その成長を抑制し、多結晶化を促進することがで上に 成 膜 さ れる PZT はパ イ ロ ク ロア 相 を ときることが実証された。そして、PZT の結晶

る。エッチング時間を過剰になると SRO 表面

構造は、下地の SRO の表面粗さと関係があるの粗さが減少するのは、SRO 下層の Pt 層が― 144 ―

TOPへ戻るおり、我々の研究グループでも研究を開始しことが示唆された。

ている [5] 。ここで開発した多結晶と単結晶膜
3.3

単結晶・多結晶コンポジット膜の作製を作り分ける技術は、様々な単結晶薄膜の成次に、領域選択的に SRO をエッチングする膜において有用であると考えられる。上記のことで、PZT 単結晶・多結晶コンポジット膜

巨大圧電体においても、単結晶・多結晶膜のの形成を試みた（図 4）。まずフォトリソグラ作製を試みる予定である。以下に示すように、

フィ法によりレジストのパターニングを行う。

国内学会では一件発表を行った。今後、国際レジストには TSMR-V90(東京応化工業)を使

会議での発表、および学術論文での発表を行用した。また、表面の濡れ性を改善するためっていく。

に OAP(東京応化工業)を使用した。次に、エッチング溶液に試料を浸し、エッチング領域

発表実績と非エッチング領域を作り分けた。その後レ[1] 2024 年第 71 回応用物理学会春季学術講演

ジストを MS-2001(富士フイルム)により剥離会, “バッファ層の領域選択的ウェットエッチ

した。図 5 にレジスト剥離後の基板表面の光ングを利用した単結晶・多結晶コンポジット

学顕微鏡画像を示す。最後に PZT のスパッタ

PZT 薄膜のスパッタ成膜” [23a-12H-4]
片貝 有作、勅使河原 明彦、吉田 慎哉

成膜を行った。
PZT 成膜後の走査型電子顕微鏡(SEM)像を
図 6 に示す。SRO バッファ層をエッチングし

参考文献

た領域の薄膜表面には、結晶粒と思われる凹[1]

凸が確認された。一方で、非エッチング領域

Esashi, and S. Tanaka, IEEE Trans. Ultrason.

にはそれらは観察されず、平坦な面が観察さ

Ferroelectr. Freq. Control, vol. 61, no. 9, pp.

れた。これらのことからエッチング領域と非1552–1558, Sep. 2014

エッチング領域で異なった膜を作り分けられ[2]

ることを実証した。

S. Tanaka, Sensors Actuators, A Phys., vol. 239,

本研究では、ウェットエッチングによりバ

S. Yoshida, H. Hanzawa, K. Wasa, M.

S. Yoshida, H. Hanzawa, K. Wasa, andpp. 201–208, 2016.

ッファ層を選択的に改質し、その箇所にて[3]

Z. Zhou, S. Yoshida, and S. Tanaka,

PZT の多結晶化を促進させるという簡便な単Sensors Actuators A Phys., vol. 266, pp.

結晶・多結晶コンポジット膜の作製法を提案

352–360, Oct. 2017した。その結果、SRO のエッチング条件を最[4]適化することで、狙い通り、コンポジット膜

Tanaka, Proc. 2022 IEEE 35th Internationalを作製することに成功した。

Conference

Y. Katsumata, S. Yoshida, and S.
on

Micro

ElectroMechanical

Systems Conference (MEMS), Jan. 2022, no.
４. 今後の計画及び学会、論文等投稿・発表

January, pp. 543–546

状況

[5]

今後は、この PZT コンポジット膜の機械的靭性の評価を行う。また、この方法の再現

F. Kai, Y. Shinya, Q. Xuanmeng, and T.

Shuji, Proc. IEEE MEMS2024, vol. 23, no.
January, pp. 765–768, 2024.

性についても評価を行い、必要な場合はその改善を行っていく。
また近年、リラクサ系強誘電体単結晶薄膜が、巨大圧電性を発現することが注目されて― 145 ―

TOPへ戻る水蒸気を用いたアルミニウム合金の表面改質技術の開発と触媒担体としての応用
材料工学科

芹澤

愛

共同研究者
なし

て 5 日間攪拌しながら接触させて、イオン結１．序論（はじめに，まえがき，目的）
触媒は比表面積を大きくすると反応速度が合を形成することで担持するため、担持皮膜増加するため、主に粉体域で用いられる。しの作製に時間がかかってしまうという点があ

かし、有害物質の酸化分解特性を持つ光触媒

り、実用に向けて、生産に時間がかかってしを粉体として汚水処理に用いた場合、処理後まう点や複合体の触媒特性が実用可能な性能に水中から粉体を分離することが非常に困難でない点があった。そこで、本研究ではアルである。そこで、粉体の光触媒を用いた汚水

カリ水熱合 成法を用い て、AlO(OH)皮膜の作処理を実用化するためには、粉体の光触媒を製と光触媒の担持を同時に行うことで、短時担持可能な基板が必要になる。

間で高性能な光触媒担持皮膜を作製すること

触媒は比表面積を大きくすると反応速度がを目的とした。

高まるため、主に粉体で用いられる。しかし、有害物質を分解する光触媒粉末を汚水処理に

２．研究計画以下の 3 点を行う。

用いた後、水中から粉末を完全に分離することが非常に困難である。そこで、粉末の光触①アルミニウム合金表面の改質技術の確立

媒を用いた汚水処理を実用化するために、光基材としてはアルミニウム合金を選択する。

触媒粉末を担持可能な基板が必要になる。本

アルミニウム合金上に水蒸気を用いて作製し研究では、光触媒と結合する可能性がある

た AlO(OH)結晶層を作製する技術を確立する。

−

OH 基を持つ AlO(OH)皮膜を Al 合金上に形成

処理前後のアルミニウム合金の機械的性質な可能な水熱合成法に着目した。本手法は処理

らびに耐食性の評価を行い、最適な処理条件

温度や時間による皮膜の表面形態ならびに比を決定する。さらに、表面粗さならびに表面

表面積の制御が可能である。これまでに KOH

形状の計測を行い、プロセス条件との関係を+溶液に Ti を反応させることで TiO 2 に K が含明らかにする。

有された KTiO x も、溶液濃度によって表面形②表面改質を施したアルミニウム合金上へ態ならびに 比表面積を 制御でき、 AlO(OH)皮の触媒の担持膜への担持が可能であるとわかっている。一

水蒸気を用いて表面改質を施したアルミニ

方、従来の 手法では、 AlO(OH)皮 膜を作製しウム合金上へ触媒を担持させ、担持量の評価た基材と光触媒をデジタルシェイカーによっを行う。また、表面形状と担持量の関係を明― 146 ―

TOPへ戻るらかにする。

グに変化したのではないかと考えられる。格③アルミニウム合金の多機能化および触媒子間に K + があると電気陰性度の高い O 2- を容担持を実現するワンポッド担持法の確立

易に分極させることがわかっており、分極し水蒸気を用いたアルミニウム合金の改質を行う反応容器内に触媒を添加し、ワンポッド

た O 2- と AlO(OH)中の H + が水素結合することで結合していると考えられる。

担持を試みる。処理温度、圧力、水蒸気源となる純水の添加量を調製し、最適な処理条件を決定する。担持量が少ない場合は、適宜界面活性剤等を選定し、担持量の向上を検討する。
３．計画の進行状況
基板として 20 mm×20 mm に切り出した板
厚 1.5 mm の Al-Mg-Si(A6061)合金、光触媒とFig. 1

して純 Ti 粉末を用いた。Ti（粉体）は 1 g に前のラマンスペクトル (a) pH=7, (b) pH=8, (c)対し 10 M KOH 溶液を 10 mL の割合で加え 24

pH=9, (d) pH=10, (e) pH=11, (f) pH=12 およびh 攪拌した。Al 合金は試料表面をエメリー紙(g) WCP

アルカリ水熱合成後の粉体および合成

で#2000 まで湿式研磨した後、攪拌後の Ti と
超純水および KOH（pH = 8、9、10、11、12）溶液とともにオートクレーブに封入し、電気炉内にて 200℃で 24 h 保持することでアルカ
リ水熱合成を行った。作製した複合体は超音波洗浄機にて 2 回、各 10 min 洗浄し、複合体と担持しなかった粉体を除去した。作製した粉体および複合体はレーザーラマン分光光度計を用いて結合状態を評価した。
各 pH で作製したアルカリ水熱合成前後のFig. 2

アルカリ水熱合成後の複合体のラマン

粉体の結合状態を Fig. 1 に、合成後の複合体

ス ペ ク トル (a) pH=7, (b) pH=8, (c) pH=9, (d)の結合状態を Fig. 2 に示す。アルカリ水熱合

pH=10, (e) pH=11 および (f) pH=12+

成法で作製した試料は K イオンの結合が確認できず、Ti－Ti や Ti－O といった光触媒に水熱合成法およびアルカリ水熱合成法によおいて最も使用されるアナターゼ型でよくみり作製した複合体の外観写真を Fig. 3 に示す。

られる結合の割合が増加した。また、pH = 12

pH=9 において色が特に黒に近くなり、pH が材のみ Al－O のピークも見られた。これは pH

高いものの方が全体的に黒くに近くなったが、が増加したことで合成中の基板からの Al 溶

pH=11 以上では、ムラが発生した。特に pH=12

解が促進され、基板表面の粉体のみだけでな

以上では黒い塊のようなものが中央部分に付く、担持されなかった粉体にも AlO(OH)皮膜

着していた。

が形成したためと考えられる。水熱合成後に水熱合成法およびアルカリ水熱合成法によK + を含む結合が含まれなかったのは、熱処理って作製した複合体の比表面積を Fig. 4 に示によって置換ドーピングから格子間ドーピン

す。pH=7 の比表面積が一番大きく、pH を変― 147 ―

TOPへ戻る化させたことによる変化は特にみられなかっメチレンブルーの外観を Fig. 7 に示す。pH=7た。面粗さのばらつきは処理溶液の pH の影で作製した複合体に光を 60 min 照射し、5 サイ

響による AlO(OH)皮膜の粒子の粗大化の影響クル行った後のメチレンブルーの外観に変化

よりも、断面観察結果から TiO 2 粒子によってが認められ なかったこ とから、pH=7 で作製 し皮膜の厚さに 2～5 mm ほど違いがあることた試料において試験回数の増加による触媒性がわかっているため、担持皮膜の粒子の有無

能の低下は見られなかった。同様に、pH=8～12が大きいと考えられる。

で作製した試料全てにおいても 5 サイクル行った後のメチレンブルーの外観に変化が認められなかったことから、本研究で作製した複合体
は、触媒性能ならびに耐久性とも優れていることを明らかにした。

Fig. 3

水熱合成法およびアルカリ水熱合成法

により作製した複合体の外観写真

Fig. 5

各 pH で作製した複合体に光を 60 min

照射した後のメチレンブルーの外観(a) 紫外光および (b) 可視光

Fig. 4

水熱合成法およびアルカリ水熱合成法

によって作製した複合体の比表面積(a) pH=7、(b) pH=8、(c) pH=9、(d) pH=10、(e)pH=11 および(f) pH=12

各 pH で作製した複合体に紫外光および可視光を 60 min 照射した後のメチレンブルー

Fig. 6

水熱合成法およびアルカリ水熱合成法

により作製した複合体の外観写真の外観を Fig. 5 に、各 pH で作製した複合体に
紫外光および可視光を 60 min 照射した後のメチレンブルーの吸光度を Fig. 6 にそれぞれ示す。紫外光および可視光のいずれにおいても、pH=12 で作製した複合体が最も高い触媒性能を示した。紫外光においては pH=8 を除
いて 90 %近い分解率を示し、可視光においてFig. 7はすべての試料で 90 %近い分解率を示した。

射し、5 サイクル行った後のメチレンブルーの

pH=7 に光を 60 min 照射し、5 サイクル行
った 後 のメ チレ ン ブル ーの 外 観お よび pH=7

pH=7 で作製した複合体に光を 60 min 照

外観(a) 紫外光および (b) 可視光に光を 60 min 照射し、5 サイクル行った後の― 148 ―

TOPへ戻る水熱合成法および pH を 8 から 12 まで変化させたアルカリ水熱合成法によって Al 基材

４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況
今後の研究計画

上に TiO 2 を担持させた結果、以下の知見を得

本研究は，分離・再利用が可能で汚水処理た。

に応用が期待される光触媒である KTiO x s 粉(1) 水蒸気プロセス材と比べ、外観は黒くな末および KTiO x s / AlO(OH)複合体を 1 ポッド

り、pH=9 において最も黒くなり、pH=11

かつ短時間で作製するための技術開発を図る

以上ではムラが発生した。色による表面ものである。本研究の副次的な知見として，観察結果の違いは特にみられず、比表面

AlO(OH)の(101)面では水酸化物イオンがアル

積も色による相関性は見られなかった。

ミニウムに直接配位し，結晶化した際にアル(2) 表 面 観 察 結 果 よ り 、 AlO(OH)皮 膜 の 上 に

ミ ノ ー ル 基 と し て (101)面 表 面 に 露 出 す る こ

粒子が見られ、その中に Ti 粒子が内包さとを見出している。本研究で AlO(OH)の作製

れていることがわかった。

に用いた水蒸気プロセスは，処理温度や処理(3) 化学結合評価の結果より、熱を加えるこ

時間だけでなく，超純水に化学物質を加えるとによって K の結合が消え、アナターゼ

ことでも結晶成長を制御できることがわかっ

型でよくみられる Ti－Ti の結合が見られている。したがって，今後は，(101)面を大きた。

く生成させることができれば，KTiO x s 光触媒(4) これまで 6 日必要だった AlO(OH)皮膜の作製と AlO(OH)上への KTiOx の担持を 1が担持する量が増え，KTiO x s / AlO(OH)複合体の性能が向上すると考えられる。

日で行うことができ、本研究で作製した触媒の工業的な有用性を示すことができ

本研究に関連した論文等投稿状況

た。

[1]

K. Kurihara, I. Lobzenko, T. Tsuru, A.
Serizawa:

Effectsof

Local

Bonding

触媒性能評価より、複合体では pH=12 におbetween Solute Atoms and Vacancy on

いて紫外光および可視光が一番高くなった。

Formation of Nanoclusters in Al-Mg-Si

粉体では紫外光において pH=11 において一番

Alloys, Materials Transactions, 64 (2023)

高い触媒性能を示し、可視光では pH=10 にお

1930-1936.

いて一番高い触媒性能を示した。紫外光にお

[2]

A.

Serizawa:

Steam-derived

いてすべての試料で 95 %近い分解率を示し、multi-functionalization of aluminum alloys,

可視光においてはすべての試料で 95 %以上

JSAP Review, (2023) 230417.

の分解率を示した。

[3]

芹 澤 愛 *： 水 蒸 気 の み で 実 現 す る ア ル ミ
ニ ウ ム 合 金 の 多 機 能 化 ， 応 用 物 理 ， 92
(2023) 230-233.

― 149 ―

TOPへ戻る高分子材料に対する集束電子線を用いた微細加工技術の開発
材料工学科

下条雅幸

料におけるクレーズ生成などの微細加工の可

１．はじめに能性を探ることを目的とした。
一部の高分子材料では引張変形を与えることで、微細な孔をあけ、フィルターに利用し２．研究計画ている 1) 。しかしこの方法では孔の数や大きさを、特に少ない孔数で制御することは困難

PE（ポリエチレン）、PI（ポリイミド）、PETである。当研究室での予備実験により、PE(ポ（ポリエチレンテレフタレート）、PEN（ポリリ エ チ レ ン )に 低 加 速 電 圧 で 集 束 電 子 線 を 照

エチレンナフタレート）フィルムに対し、走射し、その後わずかに引張変形を与えること

査 型 電 子 顕 微 鏡 (SEM)に 組 み 込 ん だ 自 作 引 張で、その部分にクレーズと呼ばれる微細な構試験機に取り付け、i)電子線を照射し、その造ができることが分かっている。クレーズは、

後 ii)引張ひずみを与える。これにより、所微細な孔（ボイド）とフィブリルと呼ばれる望の位置、数、形状でクレーズを生成できる配向した繊維からなるものである。これを利か調べる。

用することで、位置や数を制御して孔を開けi) の 電 子 線 照 射 に は 走 査 型 電 子 顕 微 鏡ることが可能となり、流量の小さいフィルタ（SEM）を用いるため、5kV～30kV 程度の加速

ーや光学部品作製への応用が考えられる。

電圧であり、ビーム径は数 nm に集束されてい高分子材料に電子線を照射すると、電子線る。このときの電子線の加速電圧（電子のエのエネルギーによりラジカルが生成し、周囲

ネルギー）やドーズ量（単位面積あたりの照の分子と架橋し硬化する反応と、分子鎖が切射電子数）の最適値を、高分子の種類ごとに断されることによる軟化（崩壊）が同時にお調べる。この際、自作のプログラムにより、

こる 2) 。硬化と軟化のうちどちらが主に起き照射する点数、位置、形状、ドーズ量を制御るかは、高分子の種類によってことなる。一することができる。

般に有機物へ電子線を照射して改質する研究ii)では、SEM に入る自作の引張装置を用いは、加速電圧 300kV 以上、場合によっては 1MVて、試料に引張ひずみを与える。この装置で以上で、広範囲に照射する条件で行われていは、ねじを用いてモーターの回転を一軸引張る 3) 。しかし、本研究のように低加速電圧で、変形に変換している。このモーターの回転を、微小な範囲に照射する研究はほとんど行われ

SEM の外側から制御できるようになっている。
電子線を試料に照射した際の、試料内でのていない。
そこで本研究では、PE において、低加速電
圧の集束電子線照射によりクレーズができる

散乱範囲を、モンテカルロ・シミュレーショ
ン(MC)によって求める。

メカニズムの解明、および PE 以外の高分子材― 150 ―

一部の試料については、電子線照射によるTOPへ戻る高分子の結合状態の変化を見るため、ラマン
PE においては、加速電圧 5kV では、MC によ

分光装置による計測を行う。

り求めた電子線の基板内での散乱範囲が小さ
３．計画の進行状況

く、照射位置におけるクレーズの発生は見ら3.1 PE（ポリエチレン）

れなかった。加速電圧 15kV では、照射点から引張方向に平行な位置で、照射点の両側にクFig. 1 に加速電圧 10kV で電子線を照射しレーズが生成した。加速電圧 10kV では照射点た後、20%の塑性ひずみを与えた PE 試料表面にクレーズが生成した。したがって、10kV での SEM 像を示す。

の照射が、最もクレーズの位置制御か容易であることが明らかとなった。
加速電圧 10kV で、3×3 の 9 点に電子線照射を行い、引張ひずみを変化させたときの試料表面の SEM 像を Fig. 3 に示す。

Fig.1 加速電圧 10kV の電子線照射後、20%の引張ひずみを与えた PE フィルム表面の SEM
像
電子線を照射した位置にフィブリルとボイドが観察されるため、本手法でクレーズが作製できたことが分かる。同様な操作を、加速
電圧を変えて行った。その結果をまとめて模式的に表したものが Fig.2 である。

Fig.3 加速電圧 10kV で電子線照射後、(A)20%、 (B)30%、 (C)40%の 引 張 ひ ず み を 与 え た
PE フィルム表面の SEM 像
電子線の照射パターンと同様の 3×3 の 9
カ所でクレーズが発生し、ひずみの増加ととFig. 2 加速電圧による変化の模式図

もにクレーズが大きくなっていた。このこと― 151 ―

TOPへ戻るから、クレーズの位置の制御に加えて、大きさの制御も可能であることが明らかとなった。
3.2 PI（ポリイミド）
Fig. 4 に電子線照射後、30%の引張ひずみを与えた PI 試料表面の SEM 像を示す。

Fig.5 電子線照射後、15%引張ひずみを与えた PET フィルム表面の SEM 像
3.4 PEN（ポリエチレンナフタレート）
Fig. 6 に電子線照射後の PEN 試料表面のラマン・スペクトルを示す。
Fig.4 電子線照射後、30%引張ひずみを与えた PI フィルム表面の SEM 像
PI においては、電子線照射位置に Fig. 4に示すような変化が観察された。しかし、その内部にフィブリルが観察されなかったため、クレーズではなくクラックが生成したと考えられる。クレーズよりは大きな孔になってし
まうかもしれないが、場合によっては利用できる可能性もあると考える。
3.3 PET（ポリエチレンテレフタレート）

Fig.6 電子線照射前後の PEN フィルムのラ
マンスペクトラム

Fig. 5 に電子線照射後、15%の引張ひずみを与えた PET 試料表面の SEM 像を示す。

電子線を照射していない試料に比べて、照PET においては、フィブリルが観察される

射した試料では 1720 cm -1 のピーク強度が大ことから、所望の位置へのクレーズ生成が可きくなった。このピークは C=O 伸縮振動由来

能であることが示された。

のピークであり、電子線照射により結合が変化したと考えられる。

― 152 ―

TOPへ戻る４．今後の 計画及び学 会,論文等投稿・発表(2) S. Toocharoen and M. Shimojo; Precisioncontrol of the shape and size of crazing in

状況

polyethylene using a focused electron
以上のように、PE, PI, PET, PEN の各試料において、電子線照射による内部構造の変化

beam and tensile strain; 表 面 技 術 , 75,(2024), in press.

や、その後の引張変形によるクラックやクレーズの生成が確認できた。このことは、従来参考文献のような広範囲の電子線照射による表面改質

1) R．W．Gore，U.S. Patent 3，953，556 (1967)とはことなり、非常に微細な領域において内

2) 曲慧: 土木学会論文集 E1 (舗装工学)，77

部構造や変形挙動を制御できる可能性を示し(2021)，I_45-I_52
3) 横 地 英 一 郎 : 放 射 線 化 学 , 90 (2010),ている。
この中で特に条件が明確になってきている

29-32

PE に関して、今後は点照射ではなく、線や面状の照射によって、クレーズの形状を制御することを計画している。また、PE では電子線照射によって架橋が起こり、材料が硬化する反応が主であると考えられるため、これを利用した材料の部分的な強化とその応用を考えている。他の高分子材料では、まだ最適な電子線照射条件が確定していないため、これらの条件の詳細を調べていく計画である。
学会発表(1) S. Toocharoen, D. Yokota and M. Shimojo;
Precise Control of Crazing in Polyethylene
Film

via

FocusedElectron

Beam

Irradiation；表面技術協会第 148 回講演大会 (2023)(2) S. Toocharoen, D. Yokota and M. Shimojo;
Controlled craze formation in polyethylene
via focused electron beam irradiation; 日
本顕微鏡学会第 79 回 学 術 講 演 会(2023)
論文発表(1) S. Toocharoen, D. Yokota, M. Suzuki and
M. Shimojo; Location-controlled crazingin polyethylene using focused electron
beams and tensile strain; J. Polym. Eng.,44, 1, (2024), 73-79― 153 ―

TOPへ戻る分子インプリント高分子を用いたリアルタイム
治療薬モニタリング用センサの開発
工学部応用化学科

吉見

靖男

共同研究者
埼玉医科大学総合医療センター・感染症科・教授
大野 秀明
埼玉医科大学総合医療センター・薬剤部・次長
齋藤 健一
川崎医科大学医学部生理学 2 教室・准教授
氷見直之

して血中濃度の連続データを得れば、干渉解

１．序論（はじめに，まえがき，目的）
分 子 イ ン プ リ ン ト 高 分 子 （MIP） は 、

析が可能になる。そこで本研究では、MIP-CP

鋳型重合によって目的物質に対する特異結合

電極に適度な柔軟性と機械的強度を与えるこ能を付与された合成高分子である。固定したとによって体内留置が可能なセンサを開発し、電極におけるレドックス電流は、目的物質のラットを用いた動物実験やヒト血漿を用いた濃度に依存することを代表者は見出した。こ

臨床医実験によって、実用性を検証する。

とに MIP をグラファイト粒子表面に固定し、シリコンオイルなどの油と混練して作製され２．研究計画

た MIP-CP 電極を利用して、選択性や再現性【2023 年度】MIP-CP を用いて直径 0.2 mm 程に優れたセンサを発明した。この特性を最も度のワイヤ型センサ電極を前述の手順で作製大きく活用できる場が、治療薬モニタリング

する（TDM）である。血中薬剤濃度を監視して、(1) スクリーンプリント用のインクを直径 0.2薬の安全性を保ちながら最大限の効果をもた

mm 程度のピアノ線に塗し、続けて抗菌薬バらす投与スケジュールを設計する TDM によンコマイシン（VCM）に特異反応する MIP-CPって、安全治療有効濃度範囲の狭いハイリスをインク塗布域の上に塗布する。当該電極のク薬を安全に使えるようになった。しかし現先端 2 ミリ程度、末端 5 mm 程度を残して絶状の TDM は、①保険償還と分析コストのバ縁樹脂で被覆する。 被覆部にカーボンインク、ランスから分析回数が限られ、②分析を院内

銀／塩化銀インクを塗布して、それぞれ対極、検査室または外部分析機関に頼るため、血液参照極としたセンサを作製する。

採取してから濃度分析結果を得るまでに、短(2) MIP-CP 固定銀電極、対極、参照極を電気

くても 2-3 時間、長くて 2-3 日間を要する。併

化学測定器（ポテンショスタット）に接続し、用薬の投与や、食事が治療薬の代謝速度に対バンコマイシン 0-40 µg/mL（至適血中濃度 20-する干渉は TDM に期待されていた能力であ

40 ㎍/mL）を含む緩衝液またはウシ血清にセるが、血中濃度の連続データが得られないたンサを浸し、微分パルスボルタンメトリーをめ、その期待に応えられていないのが現状で行う。電流とバンコマイシン濃度の相関を得ある。薬剤を検出できるセンサを皮下に留置る。血中タンパク質などが測定値に当たる影― 154 ―

TOPへ戻る響を解析し、その影響の小さい MIP-CP の合2-2. MIP-CD センサの作製

成条件を特定する。
(3) 検 出 さ れ た 電 流 の バ ン コ マ イ シ ン に 対 す

50 mm のスズメッキ銅線の先端 20 mm に、る感度、選択性（分子構造が類似したテイコ

カーボンインクを塗布し、その上に未硬化

プラニンに対する感度と比較）、応答速度を評MIP-CD を塗った。そして、絶縁用にシリコン価する。

樹脂を塗布して MIP-CD 電極の有効面積を制【2024 年度】前年で開発されたワイヤ型で生限した後、乾燥機で絶縁材と MIP-CD を共に

体試料中の薬剤濃度を測定できることを実証

加熱硬化して、Fig. １に示すワイヤ型電極を
作製した。

する。
(4)川崎医科大学において分担者の氷見が、ラットの皮下に当該センサを留置した上で、バンコマイシンを投与し、電流値をモニタリン
グする。24 時間おきに血中濃度をイムノアッ
セイ測定し、電流値から計算されるバンコマ
イシン濃度および血中濃度の実測値と比較し、Fig. 1: Scheme of the MIP-CD deposited wire
electrode

相関を確認する。

2-3. 測定方法（5） 埼玉医科大学総合医療センターで患者

MIP(または NIP)-CD センサを VCM または構から採取された血液試料中の薬剤濃度を当該造が類似するテイコプラニン（TEIC)含有リンセンサで測定し、従来の方法（イムノアッセ

酸緩衝液中で微分パルスボルタメトリを行い、イ、クロマトグラフ法など）によるデータとその電流と濃度の関係をプロットした。

照合し、ヒトを対象とした薬剤監視が可能であることを確認する。
３．計画の進行状況
体内留置センサには、より高い機械的強度が求められるため、MIP を熱硬化性シリコン
樹脂プレポリマーと混練し、熱硬化させる、
MIP-carbon dough（ MIP-CD）電極を作製した。
これを針金に塗布して柔軟なワイヤ型センサ

３. 結果および考察
MIP-CD 電極と NIP-CD 電極の VCM に対する感度の比較を Fig. 2 に示す。MIP-CD における電流は VCM 濃度増加と共に直線的に上昇したが、NIP-CD のそれは感度が無かった。
この結果より、MIP-CD 電極の電流は、VCM
をインプリントされた結合サイトと VCM の特異的結合を反映することが示された。また
Fig. 3 に示すように、MIP-CD 電極は TEIC
に対して感度がなく、高い選択性が示された。

を開発し、性能を評価した。
2-1. MIP グラフト重合 /MIP-CD の作製
鋳型の VCM の存在下で、重合開始剤を固定したグラファイト粒子の表面に、メタクリル
酸、エチレングリコールジメタクリレート、
ア リ ル ア ミ ン カ ル ボ キ シ プ ロ ピ オ ニ ッ ク -3フェロセンをグラフト共重合させた。その後、
塩化ナトリウム水溶液、蒸留水で洗浄、乾燥後、熱硬化シリコン樹脂と重量比 7：3 で混錬して未硬化 MIP-CD を作製した。合成時に鋳Fig. 2：Comparison between VCM sensitivities of
MIP-CP (○) and NIP-CP （△）electrodes

型を加えずに同手順で作成した non-imprinted
polymer (NIP)-CD も比較のために作製した。

― 155 ―

針金上に MIP-CD を固定した電極は、強度TOPへ戻ると柔軟性がありながら VCM に特異的な応答性があり、皮下留置型のセンサとして期待できる。
Fig. 3: Comparison of sensitivity of MIP-CD to
VCM (○)and TEIC(△)

４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況
センサの感度と機械的強度が充分に保てる
ように、MIP-CP のバインダーとなる熱硬化性
シリコン樹脂とシリコーンオイルの混合比を検討する。またドリフトを押さえるために、
MIP-CP と ワ イ ヤ の 接 着 を 促 す プ ラ イ マ ー の選定も行う。充分な安定性と感度が確認されたら、センサをラットに皮下留置し、血中濃度の連続モニタリングを検討する。
学会発表
岡村陽香、銅坂圭悟、吉見靖男：分子インプ
リント高分子を利用したワイヤ型抗菌薬センサの開発, 第 61 回日本人工臓器学会大会, 東
京, 2023 年 11 月
2024 年 10 月に Banff（カナダ）で開かれる、
Annual Meeting of International Association of
Therapeutic

Drug

MonitoringandClinical

Toxicology にもエントリーした。

― 156 ―

TOPへ戻る元素置換に基づくペロブスカイト水素化物の機能性創出と新規な学術分野の開拓
応用化学科

大口

裕之

１．序論（はじめに，まえがき，目的）御する新規な分野の開拓につながる学術基盤

ペロブスカイト水素化物は、元素置換の実を構築する。

績が豊富なペロブスカイト化合物の一種である。そのため、元素置換による機能性創出・a) MLiH3 エピタキシャル薄膜合成制御が期待される物質である。しかも、その本研究では、水素化物薄膜合成に高い効力

機能性は、水素由来の特殊なものになり得る。

を発揮する活性水素 (反応性の高い原子状のそこで本研究では、元素置換によってペロブ

水素ラジカル) ガス雰囲気下における赤外レ

スカイト水素化物の機能性を引き出すために、ーザー蒸着法(図 1)を用いる。そして、BaLiH 3

世界で申請者しか合成できないペロブスカイ
ト水素化物のエピタキシャル薄膜を軸とする研究を展開する。つまり、構造が安定化する
エピタキシャル薄膜を用いることで、元素置換を行ってもペロブスカイト構造が維持できる状態を実現し、それによって、様々な元素
を高濃度まで置換可能とするのである。そして、エピタキシャル薄膜を用いない研究では達成不可能な機能性を創出したり、得られた

図 1 赤外レーザー蒸着法。
お よ び SrLiH 3 エ ピ タ キ シ ャ ル 薄 膜 の 新 規 合成を行う。これらの研究では、これまでの試

機能性を極限まで高めたりするのである。以験的な BaLiH 3 膜合成経験に照らして、薄膜成上によって、ペロブスカイト水素化物をベー

長時の基板温度は 100 ℃から 300 ℃程度、まスとする前例のないイオニクス・エレクトロ

た活性水素ガス圧は 1 × 10 -4 Torr から 1 ×ニクス分野を開拓する。

10 -2 Torr 程度とする。基板には MLiH 3 との格子整合性が高い MgAl 2 O 4 (100)単結晶や MgO(100)単結晶などを使用する。出発原料である

２．研究計画本研究では、はじめに、ペロブスカイト水
素化物 MLiH 3 のエピタキシャル膜(M：Sr, Ba)を合成する。そして次に、得られた膜に高濃度元素置換を施して、水素化物の示す代表的
機能性の一つであるヒドリド伝導を高速化する。この研究によって、元素置換を利用してターゲットには MH 2 (M : Sr, Ba)と LiH の粉体
を 1:1 の モ ル 比 で 混 合 し て 圧 粉 し た(MH 2 -LiH)ペレットを使用する。膜の評価は、相の同定はラマン分光法、結晶構造は X 線回折法 (XRD)、組 成 は 高 周波 誘 導 結 合プ ラ ズ マ(ICP)分光法などによりそれぞれ実施する。

水素化物が示し得る多様な機能性を創出・制― 157 ―

TOPへ戻るb) 元素置換を利用した高速ヒドリド伝導開発
初めてヒドリド伝導が報告された BaH 2 の
室温伝導率は 1 × 10 -7 S cm -1 程度であったが、その後に研究されたペロブスカイト水素化物
MLiH 3 では、アルカリ金属 A を最大 10 %まで置換(M 1-x A x LiH 3 )して、1 × 10 -5 S cm -1 程度の値を達成している[ACS Appl. Energy Mater.
5, 2968 (2022)]。伝導率が増大したのは、2 価
M を 1 価 M’で置換したために、電荷バラン
スを補償するようにヒドリド欠損が導入されて、ホッピング可能なヒドリドの数が増えたためである。本研究では、エピタキシャル薄膜による構造安定化を利用して、10 %より高

Fig.2 100 ~ 170 ℃で成 膜した BaLiH 3 膜の 2

θ / θ XRD 回折パタ ー ン。異な る 温度に対 するパターンが見やすいように縦軸にはオフセットを入 れ ている。

濃度にアルカリ金属 A(Li, Na, K など)を置換れる。成膜温度が 150 ℃では(h00)面からの回し、伝導率の最高値を更新する。伝導率はイ

折ピーク以外は非常に小さくなっており、ほンピーダンス測定により決定する。

ぼ(100)配向した膜が得られた。ところが、さら に 温 度 が 高 く な り 170 ℃に な る と 、 (h00)
面以外の回折ピークが再び目立つようになっ

３．計画の進行状況
初めに、ラジカル水素反応性赤外レーザーており、配向性の低下が示唆された。おそら

蒸着法による BaLiH 3 薄膜成長に適した合成

く、この温度では膜からの水素脱離が起こり、温度を探索した。ラジカル水素発生装置内の組成にずれ生じたために、結晶が歪むなどしH 2 ガス圧は 1.0 × 10 -2 Torr、W フィラメント

て配向性が低下したと考えられる。以上の結温度 T f は 800 ℃に設定した。Fig.2 は基板温果から、BaLiH 3 成膜には 150 ℃が適切である

度 100 − 170 ℃において MgAl 2 O 4 (100)上に成と判断した。

長した BaLiH 3 薄膜の 2θ /θ XRD 回折パターン

次に、BaLiH 3 成膜におけるラジカル水素のを示す。すべての温度で BaLiH 3 由来の回折ピ効果を検証した。結果だけを述べると、ラジークがみられた。特にはっきり見られたのは

カル水素発生温度を 2000 ℃に設定して大量

BaLiH 3 の 100 (2θ = 22.0788°) 、 200 (2θ =のラジカル水素を膜に供給すれば、金属の混

45.0352°)、300 (2θ = 70.1225°)回折ピークであ

入しないほぼ単相の BaLiH 3 膜が得られるこったため、比較的(100)配向性の高い膜がえらとがわかった。

れたことが分かった。これらの回折ピークは

ほぼ単相の BaLiH 3 膜が得られる条件(基板成膜温度が高温になるにしたがってシャープ

温度 150 ℃、P H2 = 1.0 ×10 -2 Torr, T f = 2000 ℃)になっており、結晶性が向上したことも分かで MgAl2O4(100)基 板 上 に 成 膜 を 行 っ た と こった。100 ℃と 130 ℃で合成した膜では、h00

ろ、単一配向性かつ高結晶性の BaLiH 3 エピタ(h = 1, 2, 3) 回 折 ピ ー ク 以 外 に 、 110 (2θ =キシャル薄膜を成長させることに成功した。

31.4236°) 、 111 (2θ = 38.7391°) 、 210 (2θ =Fig. 3(a)は XRD 2θ /θ 回折パターンである。

50.7030°) 、 211 (2θ = 55.9437°) 、 220 (2θ =Fig.2 に 見 ら れ た よ う な 余 分 な 配 向 の 存 在 を

65.5851°)回折ピークも見られた。これらの温示す回折ピークはなく、基板と Cu 保護層を度では、おそらく、結晶成長速度が十分早く除くと BaLiH 3 の h00 回折ピークしか観察さなかったために配向が不完全になったと思われないことから、基板面に対して(100)面が単― 158 ―

TOPへ戻るFig.3 最適 条件で合 成 した BaLiH 3 薄膜の(a) 2 θ / θ XRD 回折パタ ー ンと(b)XRD ロッキングカーブ。(a)の挿入図で は LiH 回折ピー ク付近を 拡 大した。(c) BaLiH 3 薄膜 と MgAl 2 O 4 基 板の 111
回折ピー ク のφスキ ャ ンパター ン 。(d) (a)と(b)の結果か ら予想さ れ る結晶成 長 の様子。

一配向したほぼ単相の BaLiH 3 であることがしてフィッティングを行うと、粒界でのヒド分かった。ただし、200 回折ピークの側に LiH

リド伝導を示唆する 3.2 × 10 -8 F のキャパシタの存在を示唆するショルダーピークがあるこ

ンス値が得られた。300 ℃での測定により得とから、ごく少量ながら LiH が混在している

られたナイキストプロットの低周波領域にはことが示唆された。BaLiH3 (100)面の rocking

電極界面でのヒドリド拡散を示唆する直線がcurve の FWHM は 1.61°であり、水素値となっ現れた（Fig. 4(b)）。SrLiH 3 結晶本来のヒドリていた（Fig.3(b)）。還元性の強い ラジカル水

ド伝導率は、70 ℃から 300 ℃までの温度範囲

素によって酸化物基板表面が荒らされた可能で得られたナイキストプロットに対してフィ性などを現在調査中である。XRD φ スキャン

ッティングをおこない決定した(Fig. 4(c))。こには膜と基板で同じ回転角に 111 回折ピーク

うして得られたヒドリド伝導率は従来の粉末が現れており、面内のエピタキシャル関係は研究と比べると 5 分の 1 程度の低い値となっ[001] BaLiH3 // [001] sub とわかった（Fig.3(c)(d)）。

ていた。今回観察されたイオン伝導率が低く

これらの MLiH 3 エピタキシャル薄膜を用いなったのは、結晶の乱れによりイオン伝導がると MLiH 3 結晶の本質的なヒドリドイオン伝高速化しやすい粒界の影響が粉末の伝導率に導を評価可能であることが電気化学インピーは強く表れていたためだと考えられる。

ダンス法により測定から明らかになった。Fig.

最後に、SrLiH 3 エピタキシャル薄膜への Na

4(a)は MgAl 2 O 4 基板上に成長した SrLiH 3 エピ置換によるヒドリド伝導率増大を目指した。

タキシャル薄膜を 200 ℃に加熱して行った測そしてこの実験では、飽和蒸気圧が高く膜か定により得られたナイキストプロットである。

ら蒸発しやすい Na による置換を実現するた

低周波側にやや膨らみがみられる以外にはきめ に 、 基 板 温 度 を こ れ ま で の 250 ℃ か ら

れいな半円形をしており、ほぼ結晶粒内のヒ

200 ℃へと低下させた。その結果、基板温度

ドリド伝導を表すデータとなっていた。デー

250 ℃では EDS 測定で 0.2 at%しか検出されタ解析から算出されたキャパシタンスの値はなかった Na が基板温度 200 ℃では 14 at%に-10

F となっており、たしかに結晶粒内まで増えていた。残念ながら、Na を 14 at%のヒドリド伝導を観察していることが裏付け

含 む SrLiH 3 膜 の ヒ ド リ ド 伝 導 率 測 定 に は 失られた。ナイキストプロットの低周波側に対敗してしまい再実験中である。ただし、同様

1.1 × 10― 159 ―

TOPへ戻る(Fig.4 MgAl 2 O 4 基板上に 堆 積させ た SrLiH 3 薄膜の ヒ ドリド伝 導 性。(a) 200 ℃におけるナ
イキスト プ ロット。青の 半円が粒 内 成分を示 し ており、キャ パシタン ス の値は 1.1 × 10 -10
F であっ た。ピンクの 半 円が粒界 成 分を示し て おり、キ ャパ シタンス の 値は 3.2 × 10 -8 Fであった。(b) 300 ℃に おけるナ イ キストプ ロ ット。SrLiH 3 のヒドリ ド 伝導率。赤 丸で示されるの が MgAl 2 O 4 基板上 に合成し た SrLiH 3 薄膜。青丸で示 さ れるの が LaAlO 3 基板上 に 合成した SrLiH 3 薄膜。黒 の 破線で示 さ れるの が SrLiH 3 粉末。

の手法によって合成した、Na を 10 at%以上含論文

むと考えられる BaLiH 3 膜では Na 置換前に比エピタキシャル薄膜を利用することでこれまべて伝導率が 1000 倍程度にも増大していた。

で 不 明 で あ っ た MLiH 3 本 来 の ヒ ド リ ド 伝 導

したがって、SrLiH 3 膜においても伝導率の大率を明らかにできた。また MLiH 3 への Na 大

幅な上昇が見込まれる。

量置換に成功し、それによってヒドリド伝導率を約 1000 倍に上昇させられた。この研究の４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況 成果は ACS Applied Energy Materials 7, 2810
(2024). (IF = 7.0)に掲載されている。

今後の計画
これまでの実験で得られた知見を活かして、

エピタキシャル薄膜を利用することで前例

置換元素を 20 at%以上含む SrLiH 3 エピタキシのない LiH への Mg 置換に成功し、それによャル膜を合成し、それによってヒドリド伝導って Li イオン伝導率を約 20 倍に上昇させら率が従来比で 1000 倍以上になることを実証れ た 。 こ の 研 究 の 成 果 は Inorganic Materials

する計画である。さらに、構造が不安定であ(IF = 4.6)に投稿中である。

るためにこれまでは理論上の存在にとどまっていた高ヒドリド伝導相である CaLiH 3 をエ

賞与

ピタキシャル薄膜特有の構造安定化効果を利本研究の成果により、日 本 金 属 学 会 2023 年

用して実現し、10 -3 S cm -1 以上のいわゆる超イオン伝導を達成することも狙っている。また、これらの研究の実施効率を向上させるた
めに、置換量を正確に調整できる、置換元素

秋季講演大会にて優秀ポスター賞を 1 件、
日 本 金 属 学 会 2024 年 春 季 講 演 大 会 に て 優
秀ポスター賞を 2 件受賞した。

と被置換物を別々に蒸着できる新装置（デュアルレーザー赤外レーザー蒸着装置）の開発にも取り組む。

― 160 ―

TOPへ戻る鳴き声コンテンツのリアリティ再生システムの開発
情報通信工学科

武藤憲司

上に寄与すると考えられる。

１．序論（はじめに，まえがき，目的）
セミの鳴き声は夏の風物詩である。東京で２．研究計画はミンミンゼミやアブラゼミなどの種のセミ

本研究の最終到達点は，さまざまな生物のの鳴き声を聴くことができる。セミの鳴き声

正確な鳴き声のデータベース構築であるが完はやかましく，種類ごとに特徴的な鳴き声で成までには長い年月を必要とする。本研究であり，夏休みの自由研究などのテーマに取りは，まず，ミンミンゼミを対象として，次の上げられる。web 図鑑などで鳴き声を聞くこ

４つの研究を遂行する。正確な音量の計測，とができるが，その音量は定量的でなくユー鳴き声の特徴分析，鳴き声データの公開，鳴ザー設定次第になっている。また，セミの鳴き声のリアリティ再生である。

き声は大きな騒音レベルであり，交通騒音測

本年度は，自由音場で鳴き声の計測環境を定の妨げとなる[1]。交通騒音測定の騒音原因構築する。豊洲に生息するミンミンゼミを対であるセミの鳴き声の音響的特徴を明らかに

象に多数の採取を行い，個体音を得ることをする必要がある。

目標とする。また，たくさんのセミが鳴いてセミの鳴き声に関する先行研究は，屋外やいる環境において，セミの分布の調査を行う

室内といった環境でセミの鳴き声を測定して装置として，音源探査タブレットを開発する。

いる。このような環境では道路交通騒音や他

2024 年度以降に，ハイレゾ再生環境を構築

種の生物の鳴き声といった暗騒音の影響を受するとともに，5～40 kHz の高周波数成分をけるという問題がある。例えば，松尾らはニ発生する生物の鳴き音の収録を行う環境整備

イニイゼミ属の鳴き声の周波数特性を測定しを行う。その後に収集した鳴き声を分析結果たが，測定地点で暗騒音の影響やセミまでのとともに公開できるようにデータサーバを構

距離を考慮していなかった[2]。

築し，鳴き声コンテンツの作成を行う。

本研究の目的は，教材にとって重要な鳴き３．計画の進行状況

声，特に正確な鳴き声の音量の収集と分析，本年度は，雑音のない正確な 1 匹当たりのリアリティ提示である。研究方法は，防音箱

セミの鳴き声の音響的特徴を明らかにするこを用いた鳴き声の高精度計測である。収集しとを目的とした。この実現のためにセミの鳴た鳴き声について分析を行い，取得したデー

き声を自由音場で測定し，セミから測定点まタは公開する。さらに，リアリティ再生に必での距離を考慮した，ミンミンゼミの鳴き声

要な野外の鳴き声の分布計測を行い，仮想環の音圧レベルと周波数特性を分析した。

境における鳴き声コンテンツの生成を行う。

先行研究で，セミの鳴き声は暗騒音を含んこれにより，生物学の発展のみならず，初等

だ録音データを用いて測定されてきた。その教育教材としての活用や環境音計測技術の向ため，暗騒音や反射音の影響のない自由音場― 161 ―

TOPへ戻るで鳴き声を測定する必要がある。自由音場は，防音箱の自由音場とみなせる範囲を得るた

暗騒音の音圧レベルが十分に低く，音の距離

めに，音圧レベルとスピーカからマイクロホ

減衰特性が逆二乗則を満足する範囲であるンまでの距離を計測した。防音箱の中心に置[3]。自由音場範囲は，測定装置である防音箱

かれた小型スピーカから 1/3 オクターブバン

内でスピーカからマイクロホンまでの距離とドノイズを発生させて，マイクロホンより音

受音レベルによって算出した。防音箱内にお圧レベルを測定した。防音箱の音響特性を図

ける自由音場範囲を評価したのち，セミを入2 に示す。これより，自由音場は防音箱の中れる虫かごと測定マイクロホンの配置場所を

心から 50～240 mm 以内の範囲とみなせた。

決定した。

セ ミ と マ イ ク ロ ホ ン の 距 離 は 138～ 338 mm

セミの鳴き声の測定では，自由音場で 1 匹であるため，セミとマイクロホンは直径 480が鳴いているときの鳴き声を録音した。そのmm の球状の自由音場内にあると判断した。

際，セミの鳴いている位置を正確に知るためにカメラを用いてセミの鳴いている様子を録画した。セミの鳴き声の測定環境を図 1 に示す。そして，セミからマイクロホンまでの測
定距離 を測定し，距離減衰式[4]を用いて，基準距 離 でセミが 鳴い ている とき の音圧レベルに補正する。
ミンミンゼミの鳴き声の音響的特徴分析として，音圧レベルと周波数特性を分析指標とした。そして，多くのミンミンゼミの鳴き声
データを用いて，音響的特徴の分布と基本的
統計量を算出した。分析データは，ミンミン
ゼミが配偶行動のために発する主鳴音のうち，測定で最大音圧レベルが最も大きい部分を含
む高潮音[5]の 1 区間である。

図 2
図 1

防音箱の音圧距離特性

測定対象と測定装置の配置
自由音場とみなせる範囲で測定したミンミ
ンゼミの高潮音と暗騒音の周波数特性を図 3

3.1 自由音場測定装置評価
セミの鳴き声を正確に測定するために，防に示す。測定したミンミンゼミの高潮音の周音箱で自由音場の成り立つとみなせる範囲に波数特性は，1～20 kHz の範囲で暗騒音の周

セミとマイクロホンを設置する必要があった

波数特性より 10 dB 以上大きかった。

[6,7]。

― 162 ―

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図 4

図 3

鳴き声の測定装置

自由音場で測定したミンミンゼミの鳴mm）

き声と暗騒音の周波数特性（
3.2 ミンミンゼミの鳴き声の測定結果

前節で自由音場とみなせる範囲にて，ミンミンゼミの鳴き声を測定した[7]。測定装置を
図 4 に示す．そして，基準距離 =1 m におけるミンミンゼミ 1 匹当たりの高潮音の A 特性

図 5

ミンミンゼミの高潮音の基準距離 =1m の最大音圧レベルのヒストグラム

音圧レベルの最大値，これを含む 1 区間の等価騒音レベル，周波数特性とそれらの分布を分析した．
1 匹当たりのミンミンゼミの高潮音の最大
音圧レベルの 77 匹分の分布を図 5 に示す．最大音圧レベルの分布は正規分布を示し（Shapiro-Wilk 検定[9]，,），推測された正規分布の頂点は 101.2 dB ref. 1m (であ っ た。 最 大音 圧レ ベ ルの 平 均

図 6

値は 103.0 dB ref. 1 m であった。

ミンミンゼミの高潮音で「ミ」と鳴く部分のピーク周波数のヒストグラム

次に，離散フーリエ変換を用いて 正確なセミの鳴き声のピーク周波数を分析した。鳴イクロホンアレイで得た音波を遅延時間推定

き声「ミ」の 73 匹分の分布を図 6 に示す。

法で音源方向推定を行った。ステレオマイク

鳴き声「ミ」のピーク周波数の分布は正規

ロホンアレイを２組直交配置して音源方向を分布を示した（）。一方で，

推定する。そして，推定した音源方向は図 7

4.6 kHz もしくは 4.8 kHz にピーク周波数をのようにタブレットＰＣのカメラ画像に線描持つ個体が多く見られた。ピーク周波数の写の重ね合わせで表示する手法を用いた。方

平均値は 4727 Hz (SD = 213)であった。この向推定および画像取得は MATLAB を用いて処ような音響的特徴を計測してまとめた。

理を行った。マイクロホンアレイは SPL LTD.の ECM WM-61A を用いて構築した。USB オーデ

3.3 セミの鳴き声の可視化装置の開発

ィオは WKWZY DX-M02 TRS TO USB C マイク変鳴いているセミの場所を探査するために，タ

換 ア ダ プ タ と Plugable USB Audio Adapter

ブレットＰＣを用いて音源探査装置を開発すを用いた。処理速度は MATLAB の X 軸と Y 軸のる。音源方向を可視化するためにステレオマ

録音時間差は 0.32 秒あり，1 回の音源方向可― 163 ―

TOPへ戻る

視化処理にかかる時間は 9.9 秒であった。本

きる実験装置の構築と，鳴き声の音響的特徴

年度はＰＣとオーディオデバイスの動作を安の分析を実施する予定である。
発表状況は，学術雑誌掲載 2 編，国際会議

定させることに注力した。推定精度の検討や発表 2 件，国内学会発表 7 件である。今後は，処理速度の改善が今後の課題である。

セミの鳴き声の音響的特徴を詳細に分析し，国際会議や学術雑誌に査読付き論文を投稿する予定である。
参考文献[1] 犬伏宏行，近藤博之，中村敬，中島信博：
自動車交通騒音に係る環境基準達成状況
について，徳島県保健環境センター年報,
No. 26, pp. 27–33, 2008.
図 7[2] 松 尾 行 雄 ， 立 田 晴 記 ， 佐 々 木 健 志 ： 野 外

二次元配置したマイクロホンアレイ

モニタリングによるニイニイゼミ属の鳴による音源方向可視化実験の例

音の音響的特徴，電子情報通信学会信学
技報, EA2021-20, pp. 1–4, 2021.

3.4 セ ミ の 鳴 き 声 の 可 聴 域 外 の 周 波 数 特 性[3] 日本規格協会：JIS Z 8732:2021（音響―音測定に向けた取り組み
セミの鳴き声の可聴域外の周波数特性測定

圧法による騒音源の音響パワーレベル及に向け，防音箱における可聴域外の周波数のび音響エネルギーレベルの測定―無響室

自由音場測定を行った。防音箱内の吸音材の及び半無響室における精密測定方法）,

形状や配置を検討した結果，くさび型吸音材

2021.

を反射の大きな壁面に局所的に設置すること[4] 大 賀 寿 郎 ： オ ー デ ィ オ ト ラ ン ス デ ュ ー サによって 50 kHz までの音の測定が可能であ

工学（コロナ社，東京, 2013）, p. 206.
[5] 林正美，税所康正：日本産セミ科図鑑（誠ることを確認した。

文堂新光社，東京, 2015）, p. 168.
４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況 [6] 吉 川 昭 吉 郎 ， 渡 辺 真 吾 ， 梶 浦 英 男 ， 村 上
本研究の目的は，雑音のない正確な 1 匹当

正之：簡易無響室の吸音壁構造に関するたりのセミの鳴き声の音響的特徴を明らかに検討，日本音響学会誌, Vol. 24, No. 6, pp.

することであり，本年度は，セミの鳴き声測

343–354, 1968.

定装置の自由音場環境の構築と音響的特徴の[7] 御 園 玲 央 ， 武 藤 憲 司 ： ミ ン ミ ン ゼ ミ の 鳴分析であった。ここでは，測定時にセミが入き声の高潮音の音圧レベル測定，日本音る防音箱における測定装置構築および自由音

響学会誌, Vol. 80, No. 2, pp. 61–64, 2024.

場範囲の評価を行った。そして，雑音や反射[8] 御園玲央，武藤憲司：2023 年に採集した音の影響がない空間でミンミンゼミの鳴き声

ミンミンゼミの高潮音のピーク周波数のを測定し，1 匹当たりの正確な音響的特徴を統計分析，日本音響学会第 151 回研究発明らかにした。しかし，ミンミンゼミは可聴

表会講演論文集, 2 pages, 2024. (in press)

域外の周波数も含んで鳴いていると考えられ[9] S. S. Sharipo and M. B. Wilk, “An analysis ofるため，可聴域外を含んだ正確な鳴き声の周

variance

波数特性を明らかにする必要がある。今後は，samples),” Journal of the Biometrika, 52,

セミの鳴き声を可聴域外の周波数まで測定で591–611 (1965).

― 164 ―

testfornormality(complete

TOPへ戻るデジタル技術による事件事故防止に向けた
リスクマネジメント教材の開発
情報通信工学科

大橋



１．序論

裕太郎

Q10

Q8、9 の理由、またはあなた自身の学習・進路・生活に関する悩み（自由スマートフォンをはじめとしたデジタル技

記述）

術の普及によって若年層が事件や事故に巻き込まれるケースが後を絶たない。2023 年度は、選択式の回答については、合計を算出し、高校生の情報行動に焦点を当て、スマートフ

場合によっては属性別に比較を行った。自由ォンを中心とした情報端末を使った学習行動

記述形式の質問に対する回答は、事例-コードについて調査をおこなった。

マトリックスという質的データ分析手法を用いてコーディングをおこなった。

２．研究計画２．１

２．２

調査・分析手法

結果

インターネット調査会社の協力のもと、全542 名から回答を得た。回答者の学校の種

国の高校生を対象に、以下の 10 問からなるア類（Q1）は、公立（349，64％）、私立（186，

ンケートを実施した。

34％）、不明（7，1％）であった。回答者が考

Q1 学校の種類（公立・私立）と学年えている進路（Q3）は以下の通りである（表

Q2 パンデミックによる休校期間中の学1 ）。 こ れ は 2019 年 時 点 の 全 国 平 均 （ 大 学

習指導の種類

53.7％、短期大学 4.4％、専門学校 23.8％）



Q3 現在考えている進路（複数選択可）に非常に近く、全国的な傾向を探る上で適切

Q4 塾や通信教育、学習アプリなどの利なサンプルと考えられる。

用状況（複数回答可）






Q5 学習に利用しているデバイス（複数

表 1 現在考えている進路（Q1）

選択可）

進路

回答数 (%)

Q6

大学

316 (58.3%)

択質問、自由記述）短期大学

36 (6.6%)Q7 パンデミックの状況下での生活や学

専門学校

127 (23.4%)

習の変化（複数選択可、自由記述）

就職

117 (21.6%)

Q8 学習について信頼できる人（またはその他

1 (0.2%)

もの・こと）

未定

36 (6.6%)

Q5 を勉強に使うメリット（複数選

Q9 将来のキャリアについて信頼できる人（またはもの・こと）

パンデミックによる休校期間中に学校が行― 165 ―

TOPへ戻るった学習指導の種類（Q2）については、全体

し、例えば「家にいることが楽しいと思うよ

では「教科書・参考書等を用いた学習指導

うになった」と「家にいることがつらいと思（59％）」が最も多かった。

うようになった」はほぼ同率（15％）、「ゲー学 校 外 で の 学 習 に お け る ICT の 利 用 状 況

ムをする以外の時間が増えた、または回数が（Q5）では、スマートフォンが 7 割、スマー増えた」と「ゲームをする以外の時間が減っ

トフォン、タブレット、パソコンのいずれか

た、または回数が減った」もほぼ同率（約が 8 割を占めた（表 2）。なお、日本の高校で10％）であった。このように、必ずしも悪影は原則としてスマートフォンの持ち込みを規

響ばかりが示されたわけではなかった。

制・禁止している場合が多いため、この設問

一方、「 有料の学習アプリを利用するように

では自宅学習や学習塾での学習を想定していなった」（1.8％）、「無料の学習アプリを利用る。大学進学予定者では、何らかの端末の利するようになった」（1.3％）、「通信教育や塾用率が高く、9 割近くが何らかの端末を利用を利用するようになった」（0.7％）といったしていることが分かった。大学進学予定者以学習の変化は、他の生活の変化に比べて少な

外でも約 7 割が何らかの端末を利用しており、いことが分かった。したがって、スマートフ

ICT を活用した学習が一般化していることがォンなどを利用した学習は、パンデミック以うかがえる。

前からある程度普及しており、パンデミック
によって学習方法が変化したということはな

表2

さそうであることが分かった。また、「変化は学習における ICT 機器の利用状況

ICT 機 器 の 種 類

回 答 数 (N=542)

ない」と回答した回答者も 18％いた。

スマートフォン

387 (71.4%)

学習に関して信頼している人（またはもコンピュータ114 (21.0%)の・こと）（Q8）では、学校の先生が 43.9％

タ ブ レ ッ ト PC

112 (20.7%)と 最 も 多 く 、 友 人 （ 12.5 ％ ）、 両 親 や 家 族

使わない111 (20.5%)（10.9％）と続いた。また、直接知っている人以外からの情報（テストや模試の結果

ICT を活用した学習で重視すること（Q6）（10％）、学習アプリ（4％）、ネット情報（4％）、と し て 、「 自 分 の ペ ー ス で 学 習 で き る こ と 」

つまり人ではなく情報を最も信頼すると回答（ 43.4 ％ ）「 効 率 的 に 学 習 で き る こ と 」

した人も 2 割いた。

（ 30.4 ％ ）「 答 え が す ぐ に 見 ら れ る こ と 」

興味深い点の 1 つは、塾に通っているかど（28.1％）「 学習計画とスケジュールを管理でうかで比較すると、塾に通っている回答者は、きること」（26.9％）といった項目が上位に挙学校の先生よりも塾の先生を信頼している点

げられ、効率性や学習効果を重視する傾向がである（学校の先生を信頼すると回答したの見られる。

は 26％、塾の先生を信頼すると回答したのはパンデミック後の生活や勉強の変化（Q7）47％）。これは、Q9 将来のキャリアについてについては、「 友人と過ごす時間や頻度が減っ

信頼している人（またはもの・こと）でも同た」（50.2％）、「スマートフォンと過ごす時間

じ結果となった。

や頻度が増えた」（48.3％）、「朝起きる時間が最後の質問（Q10）では、信頼している人（ま遅くなった」（38.4％）、「ゲームをする時間やたはもの・こと）についての質問（Q8,9）や、頻度が増えた」（33.8％）、「夜寝る時間が遅く

勉強や進路、生活に関する自分の悩みについなった」（32.5％）などが上位項目として挙げて、その理由を尋ねた。
「特にない」と回答しられ、筆者の予想通りの結果となった。しかた人や、意味不明な記述を除いた 268 の回答― 166 ―

TOPへ戻るを上記の分析方法を用いて分析した結果、5学校や他人を信用せず、基本的に人間以外かつのカテゴリーが生成された。

らの情報しか信用しないタイプである。この

タイプは、学校不信タイプ（後述）と似てい

学校重視タイプ（N=101）。

このタイプの回答者は、基本的に学校や教師

るが、自分の学習や進路を考える上で信頼でを信頼している。Q8 学習について信頼できるきる人がいない、もしくは少ないという点で人（またはもの・こと）、Q9 将来のキャリア異なる。

について信頼している人（またはもの・こと）、「（ネットの情報は）実際にその大学に通ってともに「学校の先生」と答えた回答者が該当いる人の情報が得られるし、わかりやすいのする。

で良い。他大学と比べても遜色ないし、間違「先生に一番勉強を見られている気がするった方法で勉強することも避けられる。」(公から。」(公立高校 2 年、大学進学希望）

立高校 3 年、進学希望。Q8、Q9 ともに「ネッ

しかし、中には「他に頼れる人がいないから」トの情報」を選択）と消極的な回答もあった。また、学校や先生は信頼しているが、オンライン教育の連携がこのタイプの回答者は、パンデミック後、あ取れていないことに不満を持つ回答者もいた。

るいはそれ以前から、学校や教師に対して強したがって、このカテゴリーに属する回答者

い不信感を抱いており、基本的に教師や学校

全員が、等しく学校や教師を信頼しているわの方針に賛同していない。4 つ目の情報重視

けではないようである。

タイプと似ているが、オンライン、オフライ「学校の先生以外に頼れる人がいないかンに関わらず、信頼できる人がいるという点ら。」（私立高校 3 年、専門学校進学希望）

で基本的に異なる。

「初対面の人のほうが、物事を軽く考えられ人間関係重視タイプ（N=71）

学校不信タイプ（N=25）

このタイプの回答者が最も信頼しているのる気がするから。」（私立高校 3 年、専門学校

は、家族、友人、時には長年通っている塾の進学希望。Q8、Q9 ともに「ネット上の友人」

教師である。必ずしも学校や先生を信頼してを選択）いないわけではない。
「（ 友 達 は ） 同 じ ク ラ ス な の で 頼 み や す い 。

２．３

考察

（家族は）私のことを一番よく知っていて、ICT 環境の整備が遅れている学校とは対照

良いアドバイスをしてくれる。」(公立高校 3

的に、個人レベルでの ICT（主にスマートフ年。就職希望。Q8 は「友達」、Q9 は「親・家ォン）の学習利用が当たり前になっており、族・親戚」を選択）

学校と生徒のギャップが浮き彫りになった。



また、COVID-19 による休校をきっかけに生徒

合理性重視タイプ（N=45）

このタイプは、目的（主に進学か就職）によのデジタル学習方法が変化したわけではなく、って、学習面で信頼する人（または相談する

パンデミック以前から生徒の間でスマートフ人）、進路面で相談する人（または相談する人）

ォンやタブレット端末の利用がある程度浸透が変わる。

していたことがわかった。また、「ICT を活用「どんな勉強をするかによって、信頼できるした学習で大切なこと（Q6）」という質問に対人が変わるから。」(公立高校 1 年、大学・短する回答では、効率性や学習効果を重視する

大・就職を検討中。Q8 は「学校の先生」、Q9

回答が多く、現在の学校では提供できないよは「塾の先生」を選択。)

うな個別最適の学習を確立しようとしている



表れと見ることができる。ICT を活用した授情報重視タイプ（N=26）― 167 ―

TOPへ戻る

業に関しては、学校は教育サービス事業者、育や生徒の学習に大きな影響を与えたことを

さらには個人レベルの ICT 活用に遅れをとっ受け、(1)パンデミック後、高校生の学習実践、ていると言わざるを得ない。

特に ICT、塾、通信教育、学習アプリの利用

生徒の勉強や進路を考える上で最も信頼さがどのように変化したのか、(2)学習や進路をれるのは学校の先生だが、塾に通っている人

考える上で誰を（何を）信頼しているのかを

は学校の先生よりも塾の先生を信頼している明らかにするため、全国規模のインターネッ

割合が高かった。この結果は予想外だった。

トアンケート調査を実施した。

人間よりも情報を信頼すると答えた人は(1)については、学校における教育の情報化

20％だったが、これは「直接知っている人（学はの進展は調査時点で限定的であること、生

校の先生、家族、友人など）を信頼する」と徒の個人レベルでの学習における ICT（主に答えた人の割合よりは少なかった。この数字

スマートフォン）の活用は、パンデミック以が多いか少ないかは議論の余地がある。

前からある程度普及していたこと、パンデミ

この調査はパンデミック後に実施されたたックが直接的に学習方法のデジタル化につなめ、信頼関係がどのように変化したかを比較がったわけではないことを明らかにした。

することはできない。したがって、今後どう(2)については、学校の先生は生徒からあるなるかを予見するのは容易ではないが、パン程度信頼されているものの、塾の先生ほど信

デミックの影響もあり、学校や教師が教育主頼されていないことが分かった。また、テス体として絶対的な信頼を得られていないこと

トや模試の結果、学習アプリやネット情報なが、この調査からうかがえる。

どの情報を最も信頼すると回答した回答者が学校が今後も重要な学習の場であることは2 割おり、学校や教師が絶対的な信頼を得て間違いないが、その重要性は以前と同じではいるわけではないことが分かった。生徒は「学ないかもしれない。生徒の態度に「情報重視」

校重視」「人間関係重視」「合理性重視」「情報「学校不信」といったカテゴリーが出現して重視」「学校不信」の各タイプに分類され、学いることは、教師や学校が考えている以上に校側がおそらくこれまで想定してこなかった

生徒たちはドライ／シビアな考えを持ってい生徒像が明らかになった。これらの結果は、て、学校を学びの場のひとつとしてしか見て学校と生徒の意識のギャップがさらなる問題

いない可能性を示唆している。教えることがを引き起こす可能性を示唆している。

教師だけの領域でないのであれば、教師の役
割は今後どうなるのだろうか？この問いは、

４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況

決して教師を批判するものではない。私たち

本研究結果を、2024 年 3 月にフィンランド

は休校措置期間を経て、学校や教師の存在意

にて開催された国際会議 21st International

義の重要性を実感している。テクノロジーやConferenceon

商業的な教育サービスでは容易に実現できな

Education

Smart

い、子どもを守り、育み、見守るという本質

Sustainable Future にて発表した。発表原稿的な要素は残らなければならない。学校と教は師は、その役割を再考する岐路に立たされて

Networks and Systems series のチャプター

いるのではないだろうか。

として発刊される予定である。

３

Smart

Technologies

Technologies

Springer 社 か ら

for

&
a

Lecture Notes in

まとめ
筆者は、新型コロナウイルス感染拡大が教― 168 ―

TOPへ戻るサテライトオフィスの多様な社会的効果の計測手法－男女共同参画の促進に向けて
土木工学科

岩倉

成志

活動時間の改善や夫婦間におけるお互いの個

１．序論
SDGs の目標 5 に「ジェンダー平等を実現

別活動の尊重の意義を明らかにする.

しよう」と いう項目が あり, 日本 政府も男女共同参画計画など様々な政策を掲げている.

２．研究計画しかし, 2023 年のジェンダーギャップ指数ラ

課題１）サテライトオフィスがもたらす社会

ンキングでは 146 ヵ国中 125 位と低い順位的効果の体系的整理（令和 5 年度前期）：テレであり, 日 本では女性 の社会進出 があまり進ワークの社会的効果に関する既存研究の整理んでいない.

をおこなう．

実 際 , 厚 生 労 働 省 発 表 の デ ー タ よ り , 2020

課題２）複数オフィス利用を念頭においた家

年の日本女性が無償で行う家事や育児に使う

庭内相互作用活動時間配分モデルの開発（令労働時間は男性の 6 倍以上である一方で, 有

和５年度後期－令和６年度後期）：世帯構成員

償労働時間は半分以下である(表-1 参照). 加の一日の行動パターンを，東京圏パーソント

えて, 未婚 女性と配偶 者がいる女 性の労働力リップ調査（2018 年）と三井不動産のサテラ率を比較す ると, 配偶 者がいる女 性の方が労

イトオフィス利用実績，さらに本申請で科研働力率が低 いため, 女 性は全体的 に有償労働採択に向けたプロトタイプ調査を独自に実施

時間に割く時間が少ない. つまり, 無償・有してサテライトオフィス利用者の活動ダイア

償労働時間 や労働力率 は, 性別な どの個人属

リー調査データから収集する．それらを複合性だけでなく配偶者の有無といった世帯属性させてプロトタイプのアクティビティモデルにも強く影 響を受けて おり, 世帯 員間の相互を開発し，在宅勤務やサテライトオフィスが作用も加味して活動時間配分割合の実態把握

利用可能な場合の活動パターンの変化を推計を行うことが重要である.

するとともに，家族の生活効用がどの程度上

本研究 の目 的は, 子育て世帯 の夫 婦間の相昇するかを計算することを目指す．
以下の課題３）～課題５）は科研基盤 B 採

互作用を考慮した活動時間配分モデルの構築を通して 1 日の活動時間配分割合の実態把握択後に研究をおこなう．

を行うこと である. 女 性が長期的 かつ継続的

課題３）サテライトオフィスの利用が子育てに活躍でき る社会の設 計に繋げる ために, モ

中の親に与える心理的効果と子どもへの影響

デルを用いてシェアオフィス活用による世帯（令和６年度前期－令和７年度）― 169 ―

TOPへ戻るまた, 効用関数は その 時間配 分に なった要因が説明変数となる. なお, パラメータ推定
は Nested Logit モデルの段階推定で下位と上位, 夫と妻について計 4 回 MNL の推定を行い,その構造は図-1 である. 各活動時間配分割合と各効用関数を以下に示す.
レベル 1 （下位）図-1 NL モデル

レベル 2 （上位）図-2 活動種類
課題４）サテライトオフィスが育児期女性のライフコースに与える影響（令和６年度前期－令和７年度前期）
課題５）サテライトオフィスの社会的効果のケーススタディ（令和７年度）.

３．計画の進行状況:三 大 都 市 圏 か 否 か:子 6 歳 未 満

今年度は課題２）として以下を行った．Gliebe: 子 10 歳 未 満:子いるか否か& Koppelman を参考に, 集計ロジットモデル:通 常 の 日を 用 い て 各 世 帯 員(夫 と 妻 )の 相 互 作 用 を 考 慮
した活動時 間配分モデ ルの構築を 行う. 上 位
では配偶者または配偶者と子の組合せ同伴活:休 日:フルタイム勤務

否か:健 康 か:パートタイム勤務:通勤距離(片道), :夫と妻の個人 活 動 の ス ケ ー ル パ ラ メ ー タ

動を行った 場合の共同 活動を示す. モデルの,選択肢とな る活動種類 について, 共同活動 1

なお, 通勤距離について, 本分析で使用しは無償労働, 共同活動 2 は無償労働以外の有ている社会生活基本調査は通勤時間は分かる

償労働, 通勤, 自己ケア, 自由時間の総活動

が, 居住地と勤務先の情報, 利用交通手段の時間を表す.

下位では共同活動の同伴行動

情報が無い ため, 通勤 時間と距離 の関係につ以外と単独行動を行った場合の各個別活動をいて 2018 年 PT 調査の計画基本ゾーンのデー

示 す . な お , 各 活 動 種 類 の 詳 細 を 図 -2 に 示

タを用いて 算出し, 通 勤距離を通 勤時間の説

す.

明変数とし て用いた. 通勤時間の 効用関数に― 170 ―

,

,

,

,

:定数項

TOPへ戻るついて, d_s は 2km 以下(徒歩), d_m は 2.1km

表-1 下位のパラメータ推定結果

以上(鉄道)とし, d_s は 2.0km 以下の場合に 1,

レベル1

夫

妻

2.1km 以上の場合に 0, d_m は 2.0km 以下の場

三大都市圏か否か[有償]-0.018 (-0.102)-0.160 (-0.616)

合に 0, 2.1km 以上の場合に 1 と設定した. ス

子6歳未満

[無償]

0.010

0.158

子10歳未満[無償]-0.156 (-0.316)-0.016 (-0.055)

子の人数

[無償]

0.237

(1.134)0.249(2.066)

通常の日

[有償]

2.361

(10.576)2.868(7.146)[無償,自由]0.625(3.470)0.094(0.573)

イッチング回帰モデルで推定したパラメータである距離 d_s は t 値 1%有意基準を満たし,

休日(0.023)(0.663)

距離 d_m は 5%有意水準を満たしていない.

健康か否か

[自己]

-0.129 (-0.421)-0.159 (-0.552)

フルタイム

[有償]

4.206

(2.609)5.697(4.198)通勤時間と距離の関係を高い精度で推定でき

パートタイム

[有償]

3.148

(1.326)

4.919(3.610)

距離ds

[通勤]

1.927

(3.446)2.240(3.449)

距離dm

[通勤]

0.019

(1.710)0.026(0.831)

パラメータ推定結果は表-1, 表-2 の通りで

定数項

[通勤]

0.629

(0.333)

2.169(1.206)ある.下位の尤度比は, 夫の推定結果では

定数項

[通勤]

4.561

(2.722)6.504(4.129)

定数項2

[無償]

3.734

(2.270)7.236(5.100)0.330, 妻の推定結果では 0.322 とある程度の

定数項3

[自由]

6.576

(3.981)

8.666(6.033)

定数項4

[自己]

4.794

(2.939)7.087ていないことは今後の課題である.

精度が得られた. しかし, t 値について 5%有
意水準を満 たすパラメ ータは少な い. その 一

0.330

尤度比

888

サンプル数

方で, 5%有意水準を満たす場合は 1％有意水(5.008)0.322

表-2 上位のパラメータ推定結果

準 を 満 た す 場 合 が 多 く , 通 常 の 日 (夫 , 妻 )か

レベル2

休日(夫)か, 勤務形態がフルタイム(夫, 妻)か子いるか否か

[共同1]

0.201

(1.130)0.239(1.827)

通常の日

[共同1]

-1.138(-2.622)0.004(0.017)休日

パ ー ト タ イ ム (妻)か の 要 素 に 活 動 時 間 配 分 割

夫

妻

[共同2]

0.413

(2.020)-0.036(-0.156)

合が大きく 依存すると いえる. 説 明変数であ

定数項1

[共同1]

2.700

(2.401)

3.964(3.829)

定数項2

[共同2]

3.684

(3.147)4.660(4.451)

る休日は, 妻のみが有 意にならな かったこと

スケールパラメータ [夫]0.153(3.870)0.186(5.407)

スケールパラメータ [妻]0.063(2.410)0.072

から, 休日 とそれ以外 の日で無償 労働時間や

尤度比

0.478

(2.830)0.433

自由時間の時間配分にあまり変化がないといサンプル数

える. また, 子に関する要素については妻にについて, スケールパラメータ μ_夫が 0.153,

関して子の人数のみが 5%有意水準を満たし

スケールパラメータ μ_妻が 0.063 となり, μ_ており, パ ラメータを みると子の 年齢よりも夫の方が大きい値であることから夫は夫自身

子の人数の方が影響を与えている. なお, 有の個別活動をより大切にしているといえる.

償労働時間の説明変数について世帯収入も考一方で, 妻の推定結果について, スケールパ

えたが夫と妻共に全く有意な結果ではなかっ

ラメータ μ_夫が 0.186, スケールパラメータ

た.

μ_妻が 0.072 である. スケールパラメータ μ_888

上位は, 尤 度比は夫の 推定結果で は 0.478,

夫の方が大 きい値であ ることから, 妻は妻自妻の推定結果では 0.433 と精度が高く, t 値が身の個別活動よりも夫の個別活動をより大切

5%有意水準を満たす場合は 1％有意水準を満にし, 夫の 個別活動に 協力的であ ることが明たす場合が 多い. 本分 析のスケー ルパラメー

らかになった.

タ μ_夫, μ_妻は相手の個別活動に対する協力

推計結 果よ り, 通勤時 間が減 少す ることで度合いを表 しており, 妻のパラメ ータ推定に

特に有償労働や自己ケアの活動時間配分量がおけるスケールパラメータ μ_夫, μ_妻は共に増加することが明らかとなった. そこで, 新

1%有 意 水 準 を 満 た し て い る . 夫 の 推 定 結 果

たな要素と して社会的 側面から, 送迎保育機― 171 ―

TOPへ戻る表-3 通勤距離ごとの夫と妻の 1 日の活動時間配分量
通勤距離
夫：30.0km, 妻：30.0km
夫
共同活動1
共同活動2
有償労働
通勤
無償労働
自己ケア
自由時間

11.0
75.1
565.1
137.7
43.3
510.2
97.7

妻
36.5
57.4
425.2
137.0
198.8
471.2
113.9

通勤距離
夫：30.0km, 妻：5.0km
夫
11.4 (+0.4)
78.0 (+2.9)
563.7 (-1.4)
137.4 (-0.3)
43.2 (-0.1)
508.9 (-1.3)
97.4 (-0.3)

通勤距離
夫：5.0km, 妻：30.0km

妻
38.1 (+1.6)
59.9 (+2.5)
445.3 (+20.1)
75.7 (-61.3)
208.2 (+9.4)
493.5 (+22.3)
119.2 (+5.3)

夫
11.8 (+0.8)
80.4 (+5.3)
585.2 (+20.1)
88.2 (-49.5)
44.8 (+1.5)
528.3 (+18.1)
101.2 (+1.5)

妻39.7 (+3.2)
62.3 (+4.9)
422.7 (-2.5)
136.2 (-0.8)
197.6 (-1.2)
468.3 (-2.9)
113.2 (-0.6)

能付きシェアオフィスを導入した新たな都市
サービスの 提供の検討 を行うこと で, 有償 労働時間配分 量が増加し, 女性が長期的かつ継女性(n=171)47.4%

男性(n=229)

続的に活躍できる社会の設計を支えることが

42.4%

0.0%

できると考える. なお, 送迎保育ステーショ

41.5%

利用したい

20.0%

11.1%

39.3%
40.0%

18.3%

60.0%

勤務先が認めてくれた場合,
利用したい

80.0%

100.0%

利用しなくてよいンとは駅前などの利便性の高い場所に設置さ
図-3 送迎保育機能付きシェアオフィス

れてバスで子供を保育園などに送迎してくれるサービスのことである.
実際に,独自の Web 調査として，シェアオ
フィスを利用している子育て世帯を対象に2023 年に楽天インサイトにて実施した. 1 日の活動時間配分量に加えて無償労働時間の配
偶者との分担率や満足度, 1 日の移動, シェア
オフィス利用に関する質問など社会生活基本
調査で補え ない質問項 目を追加し た. サン プ
ル数は 400 である.
もし送迎保育ステーションとシェアオフィ
スが連携した送迎保育機能付きシェアオフィ
スが出来たら利用したいと回答した人は男性
が 81.7%, 女性が 88.9%となり多くの人が望んでいるといえる(図-3 参照).
加えて, シェアオ フィ スを利 用し たことによる日常生活の変化として多く挙げられたのが, 移動時間の短縮や朝夕の時間の創出, 仕事の効率向 上である. シミュレー ションのテ
レワークの 効果で示し た通り, 妻 は通勤距離付きシェア オフィスを 利用した場 合, 通勤 距
離が短くなることによる通勤時間短縮効果が得られ, 妻 の有償労働 時間配分量 の増加に繋がり, 女性 の長期的か つ継続的に 活躍できる社会の設計に繋がると期待する.
４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況
2024 年度科学研究費基盤研究(B)（一般）
として「女性のキャリア継続に資する都市空間の検討に向けた家族相互作用モデリング」
が採択された．研究課題３）～５）の研究を
今後３年間で進めるとともに，課題２）のモデルの改良を進める．
今年度の学会投稿は，以下の２つである．
・第 69 回土木計画学研究発表会・春大会（自由投稿型）2024 年 5 月 25 日(土)–26 日(日)・第 79 回年次学術講演会：2024 年）9 月 2 日(月)～6 日(金)が短くなると有償労働時間が増加することが明らかとなった. つまり, 妻が送迎保育機能― 172 ―

TOPへ戻るセメント改良土の動的引張挙動の解明
工学部

土木工学課程並河

努

１．序論
深層混合処理工法などによるセメント地
盤改良工法は、構造物基礎、掘削工事、液状化対策など土木建築プロジェクトにおいて国内外で幅広く適用されてきている。開発当初
は全面改良のようなブロック状の改良形式が用いられていたが、近年は設計の合理化に伴い杭状や壁状（図 1）の改良形式の適用が増

図 2 地震時水平外力を受けるセメント改良

加してきている。ブロック状の改良の場合、壁外力に対して改良体内に大きな引張応力が作用することはなく、設計での内的安定評価に
Sea

おいて改良体の圧縮挙動とせん断挙動を検討すれば問題ない。一方、図 2 に示すように壁状形式の改良体に地震時水平慣性力等が作用

Reclaimed
soils

すると曲げ変形が生じるため、曲げに伴うセSuperstructure

メント改良体の引張挙動の評価が本工法の設計において重要となってきている。

Improvedsoil gridSea bed soils
Cast-in-place RC piles

Quay wall

図 3 格子状セメント地盤改良例 1)
メリケンパークオリエンタルホテルの合理化策としてはセメント改良体格子の間隔を広げることが考えられるが、その場合格
子状内の未改良地盤の液状化防止の検討とともにセメント改良体の内的安定の評価が重要
図 1 壁状改良の例となる。研究代表者は、三次元動的 FEM 解析を実施し、格子状セメント改良地盤の地震壁状形式の改良工法の代表として格子状

時挙動をより詳細に調べた 1) 。最大加速度時

セメント改良地盤による液状化防止工法があにおけるセメント改良体内引張応力分布の解る。本工法の適用事例を図 3 に示す。本工法

析結果を図 4 に示す。この解析ではセメント― 173 ―

TOPへ戻る

改良体を弾性体でモデル化しているが、図 4

り合理的な設計を実現するには、動的引張試

は改良体のコーナー部に大きな引張応力が作験を実施し、セメント改良土の動的引張挙動

用することを示しており、地震時において改を明らかにすることが必要である。

良体内に引張破壊が生じる可能性を示唆してセメント改良地盤の力学挙動に関しては、いる。一方、兵庫県南部地震や東日本大震災

圧縮及びせん断挙動の解明が主に行われてき後の調査において、格子状セメント改良地盤

た。地震時におけるセメント改良地盤の挙動に亀裂等の損傷が生じたという報告事例はな

予測を目的とし、セメント改良土の繰返し三い。

軸圧縮試験等が実施されてきており、繰返し
せん断応力に対する応力―ひずみ関係は明らかにされてきている。一方、セメント改良土
0 or moreの引張挙動に関しては、単調載荷による引張載荷試験は実施されているが、繰返し引張試-500 or less(kPa)

験を実施した研究はない。
本研究の目的は、セメント改良土の動的引張挙動特性を明らかにすることである。セメ
ント改良土供試体を用いた繰返し直接引張試
験と急速直接引張試験を実施し、地震時において生じる繰返し引張載荷条件下におけるセメント改良土の応力―ひずみ関係と載荷速度

図 4 地震時に格子状セメント改良体内に生が引張強度に与える影響を明らかにする。

じる引張応力（FEM 解析結果） 1)
２．研究計画本研究での実施事項は以下の 2 項目である。

FEM 解析結果と震 災 後調査で 差 異が生じた要因は主に２つ考えられる。ひとつめの要・セメント改良土の繰返し直接引張試験

因は、解析における改良体の力学モデルの精・セメント改良土の急速直接引張試験

度にあると考えられる。現在、セメント改良

以下に各試験での実施内容と明らかにしよう

土の繰返し引張挙動は明らかになっておらず、とする点について述べる。

その挙動を適切に表現できるモデルも存在し

1) セメント改良土の繰返し直接引張試験ていない。図 4 の解析では改良体を弾性体でセメント改良土の繰返し直接引張試験をモデル化しているが、この解析においてセメ

実施し、繰返し引張載荷条件下におけるセメ

ント改良体の繰返し引張挙動を適切にシミュ

ント改良土の応力－ひずみ関係を明らかにす

レーションできていない可能性がある。ふたる。引張強度の 50%~100%の引張応力を荷重

つめの要因は、材料の引張強度には載荷速度制御 1Hz で繰返し載荷し、各応力レベル（ひ依存性があることである。セメント改良土のずみレベル）における応力－ひずみ関係を明

引張強度に載荷速度依存性が存在するならば、らかにする。試験結果より、引張応力下にお載荷速度が遅い引張試験で得られた引張強度

けるセメント改良土の引張弾性係数と履歴減に対し、地震時慣性力に対応した載荷速度に衰のひずみ依存性を明らかにする。また、繰

対する引張強度は大きくなる可能性がある。

返し引張載荷にともなう累積ひずみの増加現

これらのことより、格子状セメント改良地盤

象（力学的ラチェット現象）とその減衰現象の地震時挙動を精度よく評価し、本工法のよの有無を明らかにする（図 5）。

― 174 ―

TOPへ戻るAxial stress (kN/m2 )

800
600
400
200
0

図 5

0.0

0.1
0.2
Axial strain (%)

0.3

繰返し載荷応力による力学的ラチェッ

ト現象
2) セメント改良土の急速直接引張試験
セメント改良土の急速直接引張試験を実施

図 6 直接引張試験時の供試体し、載荷速度が引張強度に与える影響を調べる。試験では、周波数を変えた余弦波引張荷重を供試体に荷重制御で載荷する。余弦波の周波数は 0.001～1Hz まで変化させる。試験結果より、載荷ひずみ速度と引張強度の関係を明らかにする。
３．計画の進行状況

1)

セメント改良土の繰返し直接引張試験
セメント質量比 6%と 7%の 2 種類のセメン

ト改良砂供試体を用いて、繰返し直接引張試
験を実施した。引張試験時の供試体例を図 6

図 7 繰返し直接引張試験の載荷例に示す。供試体側面に局所変位計を取付け、供試体の変形を直接計測した。引張荷重履歴の例を図 7 に示す。試験では想定破壊荷重の50% ～ 100% の 引 張 荷 重 を 段 階 的 に 供 試 体 に載荷した。１載荷段階における繰返し回数は10 回である。
図７に示す載荷履歴より得られた試験結果（引張応力－引張ひずみ関係）を図 8 に示す。
各載荷段階において、引張応力－引張ひずみ関係はほぼ直線となっており、載荷応力の増加に伴う非線形は見られない。また、圧縮繰返し試験で見られた力学的ラチェット現象も

図 8 繰返し直接引張試験の応力-ひずみ例

見られず、載荷応力に関係なく繰返し引張挙動は線形弾性挙動であることが明らかとなっ

2) セメント改良土の急速直接引張試験
セメント質量比 5%、6%、7%の 3 種類のセた。

― 175 ―

TOPへ戻るメント改良砂供試体を用いて、急速直接引張

図中 D は地盤工学会基準における岩及びセメ試験を実施した。引張荷重は余弦波で与え、ント改良土の直接引張試験の載荷速度の範囲

周波数を 0.001～1Hz まで変化させることにを示している。試験結果は地盤工学会基準よより、引張載荷速度が引張強度に与える影響

り広範囲のひずみ速度で DIF の変化が小さく、を調べた。また、低速条件の試験として変位基準より広範囲な載荷速度が直接引張試験の速度制御試験を変位速度 0.005 mm/min で実条件として可能であることを示唆している。

施した。
急速直接引張試験より得られた載荷速度と引張強度の関係を図 9 に示す。図中の試験条
DIF

件は C5A：セメント 5%気中、C6A：セメン
ト 6%気中、C7A：セメント 7%気中、C6W：
セメント 6%水中を示している。セメント量の増加に伴い引張強度は増加するが、同一セメント量の条件では載荷速度に伴う引張強度の増加はほとんど見られない。また、荷重制御試験と変位制御試験から得られる引張強度

図 10

C5A C6A C7A C6W
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
D
0.4
0.2
0.0
1.E-08
1.E-06
1.E-04
Strain rate (1/s)

C
1.E-02

DIF（Dynamic increase factor）にも差が見られない。
４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況
C5A

Tensile strength ft (kPa)

700

C6A

C7A

C6W

本研究におけるセメント改良土の急速引張
試 験 の 成 果 は 「 Tensile

600

strengthof500

cement-treated sand at different loading rates」と400

題して、Geotechcnical Testing Journal（ ASTM）

300に投稿し、現在査読中である。

200
100

0
1.E-08

図9

今後は、セメントの代わりに高炉スラグ微Displacement-controlled test

1.E-06
1.E-04
Strain rate (1/s)

粉末を用いた地盤改良工法開発の一環として、
1.E-02高炉スラグ微粉末改良土の引張試験を実施す
る予定である。

載荷速度と引張強度の関係
参考文献

引 張 試 験 結 果 を DIF （ Dynamic increase
factor）で整理したものを図 10 に示す。DIF
-6 -1

1)

Namikawa T. and Koseki J.: Finite element

analysis of lattice-shaped ground improvement

は各載荷速度での引張強度と 10 s のひずみ

by cement-mixing for liquefaction mitigation.

速度の引張強度との比である。今回のひずみ

Soils and Foundations, Vol.47, No.3, 559-576,

-7

-3 -1

速度 10 ～10 sの範囲では引張強度の顕著2007.

な増加は見られないことがわかる。図中 C は
格子状セメント改良地盤の地震時解析で得られた改良体内のひずみ速度であるが、本ひず
み速度は 10 -3 s -1 程度で、地震時における改良
体内に発生するひずみ速度程度では、引張強度の増加は大きく見込めないことがわかる。

― 176 ―

TOPへ戻るStudy of ultra-performant thermoelectric thin films
based on spinel ferrite crystal structure
先進国際課程Paolo MELE

Research colleagues
University of Genoa: Alberto Giribaldi

where L is the Lorentz number and the

１．Paper introduction
Thermoelectric (TE) materials [1] canphononic thermal conductivity is κ ph = 1/3

intoCvΛ (Eq. 3) with C = heat capacity, v =electricity without moving parts, being

speed of phonons, Λ = phonons mean freecandidates

path. T is the absolute temperature.

directly

converttowaste

addressheatcurrent

energyissues [2]. However, several problems are

Since η increases with ZT [5], the goal

limiting their diffusion: the inclusion ofis to improve ZT by enhancing the numerator

toxicof Eq. 1, σS 2 (power factor, PF) or

and/orexpensive

elements,

low

conversion efficiency η (η < 10%) and low

depressing

thermal stability. Therefore, the mostκ ph = κ (thermal conductivity). ZT ≥ 1 isperformant TE materials, like Bi 2 Te 3 , areconsidered

confined to niche applications (e.g. power

applicable TEs.

the
the

κ el

denominator,
threshold

to

+

have

supply to space probes). Oxide materials

The conventional TE have ZT~2 (η ~ 20%)

are good candidates to overcome theseat low operational temperatures (T ~600 K)

issuesandbeing

stable,environmentallyoxideshave

ZT~0.65

at

1000

K.

benign, abundant, and cost-effective. The

Therefore, it is mandatory to improve thebest TE oxides so far are the n-type

ZT of oxides and make it approach the same

Al-doped ZnO [3] and p-type Ca 3 Co 4 O 9 [4],level as conventional TEs.

however,theirsignificantly

efficiency
lower

the

(η ∼ 1%)isRecently, oxides belonging to the spinel

one

of

ferrite family MFe 2 O 4 (M = Mn, Rh, Cr, Mo)

conventional TE.

have been theoretically investigated and

The performance of a TE material isidentified

aspotentiallyquantified by the a-dimensional figure ofhigh-performance TEs, since their S is

merit ZT =(σS 2 )×T/(κ el +κ ph ) (Eq.1) wherepredicted to be ±600~700 µV/K at room T

σ is the electrical conductivity, S is the[6], while for a typical TE this value isSeebeck coefficient (S =∆V/∆T, being V thein the order of ±50~100 µV/K. It is worth

electricalelectronic

noting that the n- or p- behaviour of thethermal conductivity is κ el = LTσ (Eq. 2),oxides can be simply trimmed by varying thevoltage);the― 177 ―

TOPへ戻るthep-type doped spinel, obtained throughenhancement of ZT of oxides can be pursued

post-annealing and doping. Fabrication andwith a double strategy: 1) improving σS 2characterization of thin film modules

because of the large intrinsic S of theusing n/p couples.

carrier

concentration.

Therefore,

spinels [6], and 2) depressing κ as aneffect of the low dimensionality of thin

The present yearly research was focusedon point 1) due to time constraints.

films [7]. However, there is currently no
exhaustive experimentation on this kind of
３．State of progressstructure for TE application.

MnFe 2 O 4 is available as commercial powder,

The goal of this project is to find morehigh-performancebywhile MoFe 2 O 4 (which is expected to be theapplication of computer simulations, thenmost performant spinel) has been found assynthetize the best ones as thin films byextremely difficult to obtain via solid

pulsedandstate reaction from the oxides, and alsocharacterize them. In this way, oxide

via coprecipitation of Mo and Fe salts, In

spinels can be established as a new familyorder to overcome this difficulty, it hasof efficient TE materials.

been tried to synthesize the solid solutionlaser

spinelTEdepositionoxides(PLD)(Mo x Mn 1-x )Fe 2 O 4. The samples with x = 0.1, x
２．Research program
The

original= 0.3 and x = 0.6, have all been preparedresearch

programofsubmitted Kakenhi wasvia coprecipitation method, mixing the
stoichiometric amounts of Fe 2 ( S O 4 ) 3 , MnSO 4

1) Fabrication and evaluation of MFe 2 O 4∙ 5H 2 O and MoO 3 in distilled water and using

thin film (M = Mn, Mo, as other metals are

NH 3rare or toxic) - First, fabrication of

precipitantMFe 2 O 4 compound powder by solid phase

Buchner funnel at low pressure, washed two

method or chemical coprecipitation method.

times with deionized water and dried atSecond, fabrication of dense targets of

100°C overnight in a stove. The brownMFe 2 O 4 compound by spark plasma sintering

aggregated powders were crushed in a mortar(SPS). Third, laser ablation of the dense

and calcined at 900°C for 12h under air

target to fabricate spinel thin films on

atmosphere, in alumina crucible, with afused silica using pulsed laser deposition

furnace. XRD patterns and SEM-EDS analysis(PLD).

of(not shown here) have shown that the

post-annealing at different conditions to

obtained phase is not the spinel but atune the oxygen content of the thin film andmixture of two or more phases, in which

control the n-/p-behavior, and evaluation

Fe 1.8 Mn 0.2 O 3 ,of structure, morphology, transport, anddominant.

Eventually,

application

thermoelectric properties.

as

precipitating
has

been

(hematiteagent.

filtered

The

with

structure)ais

MnFe 2 O 4 has been prepared as thin film via2) Addition of nano defects to lower k andimprove ZT

pulsed laser deposition using a commercial
bulk powder of spinel ferrite, densified

3) Selection of the optimal n-type andvia spark plasma sintering at 900°C under― 178 ―

TOPへ戻る

45MPa, as target for the technique. The[111].

source for this thin film deposition method

The as deposited films have a quite

is Nd:YAG laser, that worked with energy

homogeneous surface as inferred from thedensity of 4.2J/cm
pulses

of

2

10Hz.

and a frequency of

SEM

The

annealeddepositionwasimagesatlowmagnification.

The

however,aresamples,

performed on silica substrates kept atcharacterized by a rougher surface texture

differentandtemperatures,

from

room

an

extended

net

of

deep

crackstemperature to 700°C, at a 35mm distancespreading through the whole area of thefrom the target. The process was carriedthin film. The morphology encounteredoutAdepends on the atmosphere used in thesubsequent annealing was performed on theannealing process, with rounder aggregatessamples at a temperature of 700°C underin the samples treated in presence of O 2

different atmospheres (O 2 , Ar + H 2 1%, and(either as pure gas or as air), polygonal

air.

if treated with Ar, and flakier with hollow

for

30min

under

high

vacuum.

The ferrite thin films as deposited showthespinelphaseorientation

with

a

along

crystallographic

preferential
the

[311]

direction,ifannealedinthereducing

atmosphere Ar + 1% H 2 . In all these cases
thedimensionofthegrainsisasignificantly smaller, reaching at mostsecondary orientation along [111] andhalf of the value of the as-deposited

crystallinity

samples.

improves

with

the

deposition.

The

only

Room temperature S and sheet resistance

exceptions are the film deposited at RT,

R S of the as-deposited samples brought awhose orientation seems to be along [220] ,peculiarand the film deposited at 700 °C that isproperties with respect to the temperaturealmost completely [311] oriented.

of deposition, as shown in the graph oftemperature

that

and

pointsof

The effect of the atmosphere for theannealing

at

700°C

on

the

dependence

of

the

transport

Figure 1.

crystalstructure can be summarized as follows.
a) oxidizing atmosphere (O 2 ) induces astructural change from the spinel type(space group Fd–3m) to a hematite type(space group R-3c);b) reducing atmosphere (Ar + 1% H 2 )inducesachangeofthepreferential

orientation from [311] to [111];c) inert atmosphere (Ar) has different
effects based on temperature. At 300°C thespinel structure with [311] orientation is

Figure 1 - S (dotted line – left axis) and R S

retained, while from 500°C there is a(straight line – right axis) results at roomchange of the orientation from [311] totemperature of the as deposited samples.

― 179 ―

TOPへ戻るIt is worth pointing out that theseof annealing at temperatures lower thansamples show negative S, and hence a n-type

700

semiconductor behaviour. S and R S both findMeasurements of electrical conductivity

a minimum for the sample deposited at 400

and Seebeck coefficient up to 600 K will be°C, before rapidly rising in module for the

performed.

samples deposited at higher temperatures,complete the scientific discussion andreaching

1.88MΩ/□prepare a research paper to be submitted torespectively. This could be explained byan international peer-reviewed journal.

the occurrence of two different effects.

Next research will be focused on the–665μV/K

and

°C

will

These

investigated.

datahigh-energy ball milling and preparation

lead to a lower conductivity and higher Sof the corresponding dense target by SPS

and RS. Secondly, the samples fabricatedand thin films by PLD, and on the addition

between 500 °C and 700 °C are stronglyof nanostructured defects to MnFe 2 O 4 andoriented along the [311] crystallographic

MoFe 2 O 4

direction, and this could introduce athermoelectric performance, Eventually,

beneficial effect on the conductivity. The

the spinel thin films of both compounds

sample deposited at 400°C seems to be awill be fabricated on single crystals of

trade-off, since its structure has a highMgAl 2 O 4 (spinel structure) to study theenough crystallinity but not a strong

effect of an higher grade of crystallinity

orientation,on the thermoelectric performance.

aminimumofto

MoFe 2 O 4

to300 °C are mostly amorphous, and this can

films

of

allow

synthesisthinpowders

willFirst, the samples deposited between RT andgivingofbeenhancevia

theresistivity and Seebeck coefficient.
The annealing at 700°C did not bring the
expected results, increasing dramatically

References

the sheet resistance of all the samples,[1] Th. Seebeck, Ann. Phys. 82 (1821)

independently of the atmosphere adopted,

133; [2] Report of L. Livermore N. Lab./ US

and consequently the Seebeck coefficient

Department of Energy 2021; [5] G.J. Snyder

wasannealing

and E.S. Toberer, Nature Mater. 7, 105temperature, as well as the reducing or(2008); [6] M. H. N. Assadi, J. J. Gutierrez

oxidizing character of the atmosphere,

Moreno and M. Fronzi, ACS Apl. Energ. Mater.

seem to heavily influence the properties of

3 (2020) 5666

notmeasured.

The

these thin films. This effect must be
considered

along

with

the

deposition

temperature, the other important parameterof this synthetical protocol, in the future
work on these intriguing compounds.
４ ． Future program, paper submission andresults briefing
Regarding MnFe 2 O 4 thin films, the effect― 180 ―

TOPへ戻るDevelopment of a system to evaluate the effect of
microplastics on
the mobility of zooplanktons
先進国際課程 Rajagopalan Umamaheswari
In collaboration with
Yoshikazu Koike, Jun Yamada
Abstract
In the study, we propose the use of laser speckle method in investigating the effects of SMPs on the mobility of
microorganisms, brine shrimps (BS). In the experiment, a 635 nm laser was used to generate speckles frompolystyrene SMPs or BS in salt water, and then speckles movies were recorded with a CMOS camera. BS were
hatched from eggs under different conditions of control (no SMP), SMP and SMP with feed. As SMPs, 2µm and20µm SMPs were used. Analysis of speckles from BS revealed that having SMPs influenced the mobility of BS.
While 2µm SMPs increased the mobility of BS in comparison to the control and 20µm SMPs and feed-only
conditions. The increased mobility under 2µm was against the expectation of the negative effects of SMPs. We havealso investigated the short and long-term effects of SMPs on BS.
1. Introduction
Plastic debris has been detected in oceans worldwide, including at the sea surface, along coastlines and even in the
Arctic sea ice. It has been estimated that improperly discarded plastic debris accounts for approximately 95% of all
marine litter, with 4.8 to 12.7 million tonnes of plastic debris entering the ocean yearly [1]. Plastic debris flowing
into the sea is broken down into smaller particles by mechanical friction due to waves, ultraviolet radiation, or
ageing. Small plastics with a particle diameter of 5 mm or less are called microplastics (MP), and microplastics witha particle diameter of 350 µm or less are called supermicroplastics (SMP). Microplastics are difficult to collectbecause of their small size and can contribute to marine pollution because of their difficulty to break down, theytend to stay in the sea [2]. Furthermore, microplastics that have been taken in by marine organisms are difficult to
expel from the body, resulting in accumulation in the body. This not only threatens the lives of marine organisms
but is also said to have indirect health effects on humans from the food chain, such as eating fish that contain plastic
in their bodies [2].
SMPs, being lighter than MPs that are mainly found in surface seawater, could reach deeper sea regions,thus posing more of a serious threat to zooplankton, which are the main initial players in the marine food web andthus play an important role in the transport of pollutants [3]. Wang et al [4] have studied the effects of SMPs onbrine shrimps. To investigate the effects of SMPs on the microorganisms, experimental brine shrimp were placed in
artificial seawater containing various concentrations of 10 µm diameter microplastics and fed with microplastics
for 24 hours (short term) and 14 days (long term). Survival and ingestion were observed throughout the experimental
period, and the size and digestive tract were observed under a microscope after the experiment. The results showedthat ingestion of microplastics caused damage to the digestive tract of brine shrimp, which in turn had a negative
effect on the survival and the growth rate. However, by this conventional method, it may be difficult to follow the
behaviour of the organisms, thus making it impossible to monitor their activities and movements in real-time.
Here, we propose the use of laser biospeckle method in monitoring the growth of the BS in artificial
seawater under the exposure of two different SMPs, 2 mm and 20 mm polystyrene spherical particles. Short-term
over a period of three days and long-term over a period of 14 days were conducted. In the experiment, a 635 nm
laser was used to generate speckles from polystyrene SMPs or (salinity of 35.5 ppt, pH 8.3 ± 0.1 and specific gravity― 181 ―

TOPへ戻るat 25 °C of 1.0215).
2. Materials and methods
A. Preparation of sample
We used a zooplankton called the brine shrimp as they are widely used in laboratories for acute and chronic toxicity
studies because of their small size, short lifespan and easy availability of eggs [3,4]. Tetra brine shrimp eggs (driedeggs) sold by Spectrum Brands Japan K.K. were used. The eggs were stored in a refrigerator at -5 °C until use toprevent a decline in hatchability over time. Dried brine shrimp cysts of 1 g were placed in 1 L of artificial seawaterin an incubator maintained at 28 ± 1 °C with constant aeration to improve hatchability and illumination by the timethey hatched. After hatching, the incubator was adjusted to a 12-h light/12-h dark cycle at a temperature of 26 ±1 °C. Eggs hatched in about 24 hours at a water temperature of 28 °C. Care was taken to ensure the water temperature
was maintained above 20 °C, as the eggs may not hatch if the water temperature drops below 20 °C. We used a
2.8ml cuvette (w x d x h = 12.5 mm x 12.5 mm x 45 mm).
To prepare samples for study, the cuvette was first filled with a small amount of seawater, and then 10
brine shrimp were captured using the pipette visually and added to it. To capture the BS, we utilised the behaviourof BS congregating in bright areas (phototaxis) and thus, by shining light on the surface of the water, brine shrimp
were sucked into the pipette, as shown in Figure 1. Finally, the cuvette was filled with the required polystyrene
microplastics, food, and artificial seawater. A micropipette of capacity 20 to 200 µl (Pipet Gene, Tokyo Glass
Instruments Co., Ltd.) was used to add the polystyrene microplastic particles.

Figure 1 Collecting BS with a pipette (left) and a BS Napuli (right)

Six sample types were used in the experiments, as shown in the Table, with three per experimental
condition and thus a total of 18 samples. The six types included control which contained brine shrimp only, and therest included samples containing brine shrimp and microplastics of two different sizes, 2 µm and 20 µm. Samples
containing diatoms (feed) were also prepared to investigate the relationship with the presence or absence of food.
Artificial diatoms were used as food for brine shrimp in this experiment. Commercially available artificial diatom
powder was dissolved in a small amount of artificial seawater and added using a pipette in an amount sufficient forthe brine shrimp to be fed each time. The food was placed in the cuvette once a day, approximately two hours before
the measurement, considering the feeding time of the brine shrimp.
Samples of the two different particle sizes of microplastics used in this experiment were prepared so thatthe weight of the SMPs in each solution was the same. The microplastic solutions were shaken and mixed before
use until there was no precipitation so that the overall concentration was uniform based on the following relation:

V2 =W2 × C1 × V1
W1 × C2

where Vi: volume of microplastic solution [ml] (V1: volume of 2 µm MP, V2: volume of 20 µm MP), Ci:concentration of microplastic solution [%] (C1: concentration of 2 µm MP, C2: concentration of 20 µm MP), W1:― 182 ―

TOPへ戻るdensity of 2 µm MP in g/cm3, W2: density of 20 µm MP in g/cm3). After sample preparation, the container was
turned upside down, and the contents were mixed before and after each daily observation to prevent sedimentationof plastic and food. The samples were placed in an incubator except during experiments, and the temperature wasmaintained at 26 ± 1 °C with a cycle of 12 h light period and 12 h dark period, referring to the paper by Wang et al[3].
Sample details with volume fractions)
Brine shrimp (Control)
Brine shrimp + feed
Brine shrimp + 2 µm microplastic (66.22 µl)
Brine shrimp + 20 µm microplastic (96.125 µl)
Brine shrimp + 2 µm microplastic (66.22 µl) + feed
Brine shrimp + 20 µm microplastic (66.22 µl) + feed

B. Experimental system
A schematic of the experimental setup used is shown in Figure 2. A laser (Neoarc Corporation, LDP6705-HA) of
wavelength 635 nm was used as the source and a cuvette (Azwan Corporation, BRA759116, 12.5 x 12.5 x 45 mm)
containing the sample was irradiated with the laser light. The light scattered from the sample interferes to produce
speckles on the CMOS camera (Thorlab Japan, DCC1545M-GL, 1024 × 1280 pixel). The speckles were acquired
onto a PC and speckles were recorded. In the experiment, in order to reduce the light intensity incident on the CMOS
camera, an ND filter (Sigma Koki Co., Ltd., MAN-25-5, 5%) was placed between the sample and the CMOS camera.
The integration time of the CMOS camera was also adjusted to optimise the light intensity incident of the CMOS
camera so as to have better speckle contrast. The recording was done at 15 fps for a period of 20 sec. To observe
the speckle images with better contrast, the speckle patterns were acquired by the CMOS camera after the sample
was allowed to rest for one minute. During the measurement, images were acquired at a frame rate of 15 fps for 3
minutes.
After three days of data acquisition, microscopic observations were conducted using a 600x desk-type
USB microscope (Miyoshi Corporation, UK-05). The BS sample was frozen beforehand to stop the movement of
the BS during the observation.

Figure 2 Experimental schematic of the simple system (left) and a photo of the system.

Here, the speckles depend on the nature of the object and when the object is static, then the intensity ofthe speckles remains the same. However, when the object is a biological object such as brine shrimp (BS)considered in this study that moves, then the intensity of the speckle is no longer constant. Such speckles are calledbiospeckles as the speckles formed reflect the activity of the biological object under consideration. Having a mixture― 183 ―

TOPへ戻るof SMPs and BS would lead to speckles that reflect both the static and the dynamic properties and thesecharacteristics can be advantageously used to discriminate the SMPs from BS.
C. Data analysis
In this study, the analysis method used in previous studies to distinguish brine shrimp from microplastics using thelaser speckle method was improved so that the movement of the organisms can be captured more accurately [Daiki
ENMM] and the number of their passages can be counted automatically, and changes in the movement of brine
shrimp were evaluated.
In the analysis, the evaluation parameter Dk was calculated from approximately 2700 images taken at 15
fps for 3 minutes, as shown in equations (1) and (2), where Akm,n (1 ≤ m ≤ 1280, 1 ≤ n ≤ 1024) is the intensity value
at position m,n for the k-th frame (1 ≤ k ≤ 2700). The difference between the intensity values at the same pixel
position in the first and kth frames was calculated and denoted Dkm,n. The sum of the differences within a frame isdenoted by Dk.
k
D=
m,n

Ak m ,n − A1m ,nD k = D k m,nDk was calculated as the difference between the intensity values of the frames. So when Dk is 0 then there would
be no change in the speckle pattern between the frames. On the other hand, when the difference Dk is larger, thenthe change between the consecutive frames is large and thus the mobility of the BS. Our earlier study was based on
this principle in discriminating the BS from SMO by estimating the maximum of the consecutive difference images
from the recorded video.

Here A, B denote for kth and k+1th frames respectively with Am,n, Bm,n representing the individual
intensity values at the position represented by pixel indices, m, n on each of the frames. When the difference D islarge, then it indicates that there is a large change between the neighbouring frames and vice versa. In other words
when D could be a parameter to assess the mobility of the BSs. Difference analysis was done using the analysis
software MATLAB.
3. Results and Discussion

Figure 3 Microscopic observations of BS under the exposure of 2µm and 20 µm on the third day.

Figure 3 shows the results of the microscopic observations made on the third day under the exposure of 2µm and20 µm SMPs. Compared to 20 µm SMPs, 2 µm SMPs have largely accumulated in the abdomen of the BS. Figure
4 shows the speckles obtained under different conditions for SMP alone and BS under SMP exposure for threedifferent SMPs of 2 µm, 20µm and 200µm. Although the single-frame speckles themselves look alike, no large
difference could be seen; there were clear differences in the dynamics of the speckles with change in the size of
SMPs and also the presence of the SMPs.

― 184 ―

TOPへ戻るFigure 3 Speckles under different conditions for different SMPs (left) and for SMPs plus BS (right).

Figures 4 show the results of D obtained with BS under exposure to 2 µm and 20 µm SMPs, respectively.
In both cases, the top represents the first-day results while the bottom represents the third-day ones. In all the cases,
the number of peaks detected D, as calculated from the video analysis, was given as a function of the frame numberor, in other words, the time. Here, the value Dk increases corresponds to the frame when the brine shrimp passes
over the laser beam, so the number of times the brine shrimp passes can be determined by counting the number oftimes Dk increases in the graph and is done using the PEAK function of MATLAB and was detected by setting athreshold.

Figure 4 Parameter D as a function of frame number or time reflecting the mobility
strength of BS under different SMP sizes for first (top in either) and third (bottom ineither) days with 2µm (left) 20 µm (right).

Figure 5 shows the average D that indicates the amount of activity of BS under six different conditions
obtained for day 1 and day 3. As can be seen from the figure, as expected under all conditions. brine shrimp is more

― 185 ―

TOPへ戻るactive on day 3 than on day 1 in all conditions. This may be due to the fact that brine shrimp have various life stages
and are characterized by a growth speed of 14 days from birth to adulthood, which may have resulted in the
difference in activity between Day 1 and Day 3. Comparing the conditions control and feed, as expected providing
food to the BS, the BSs become active. Next, comparing feed and SMP only, the feed shows larger activity. In
contrast, under the condition of feed with 2 µm SMP, an unexpected result is observed. It can be seen that the activity
under feed with 2 µm SMP is larger than that of just feed. The same result could be seen for the case of 20 µm also.
The activity parameter D was found to be larger for feed with 20 µm SMP than just feed without SMP. The Feedonly sample had a 57 % larger peak count than the Feed+20 µm SMP sample when the peak counts on Day 3 werecompared. However, the peak count was 10 % lower than in the Feed+2 µm SMP sample. It should be noted thatthe presence of SMPs, although positive in the short term, in the long run has negative effects, as reported by others.

Figure 5 Amount of activity of BS as a function of different conditions of control,
feed, 2µm SMP, 2µm SMP+feed, 20µm SMP, 20µm SMP+feed for day 1 (red)and day 3(green). Here control indicates artificial sea water only conditon.

Figures 6 and 7 show, respectively, the survival rate and body length of BS as a function of day under
different conditions, namely, feed, feed + 2 µm SMP, and feed + 20 µm SMP. As expected, under the feed, the BS
survived the longest, and they survived the least under 2 µm SMP, with 50% survival reaching within 10 days forthe former and 5 days for the latter. These results show that the activity of the BS varies with the size of the ingested
MP. It is considered that microplastics with smaller particle sizes may have more influence on the BS because they
are easier to ingest. Our earlier results conducted with 10times SMP levels also showed that the activity of samples
with 2 µm SMPs exceeded that of samples with 20 µm SMPs or BS alone. Results were found to be reproducedwith with one-tenth the amount of SMPs. These results suggest that microplastics can affect brine shrimp underconcentration of SMPs close to the actual concentration of microplastics in seawater which remains largely undersurveyed.
Figure 7 shows that the samples with microplastics have smaller body sizes than the feed-only samples.
In particular, the Feed+2 µm SMP samples on days 10 and 14 showed more than 0.2 mm difference in length thanthe Feed+20 µm SMP and feed-only samples. Our results with BS on survivability and body lengths suggest that
SMPs with much smaller particle sizes compared to body size have a stronger effect.

― 186 ―

TOPへ戻るFigure 6 Survival rate of BS as a function

Figure 7 Length of BS as a function ofof day under different conditions.

day under different conditions.

4. Summary
We proposed using laser speckles to investigate the effect of 2 µm and 20 µm on the mobility of brine shrimps.
Based on the existing research [4], brine shrimp fed with microplastics have a negative effect with the accumulationof SMP in their abdomen and thus decreased survival time. However, our results indicate that under short term,brine shrimp that have ingested smaller microplastics of 2µm SMPs were found to be more active. The concentration
used in the current study was almost close to that found in the sea and furthered our initial study with an investigation
done under 10 times of the current study also showed that the results were very similar to the current one.
Therefore, from our results, it is clear that microplastics with smaller particle sizes can affect the activity of brine
shrimp in the short term. Our results further agree with the existing studies of long-term effects on survival rate andalso body length. Microplastics with small particle sizes were found to have a particularly strong effect on brine
shrimp because they are easily ingested. Our results indicate that microplastics with small particle sizes have astrong effect on brine shrimp in both the short and long term. Future work is needed to investigate the loading rateof brine shrimp that ingest microplastics, the effects on their offspring, and the effects of ingesting microplastics
through the food chain.
5．Future program, paper submission and results briefing
Part of this work was presented at the SEATUC 2024 workshop. Plan to submit the manuscript within a month or
so to Science of Total Environment.
Acknowledgements
I would like to thank graduated students Ms. Shiori Sato, Mr. Kota Kaneko and Mr. Daiki Endo.
References[1] Varó, et al, Time-dependent effects of polystyrene nanoparticles in brine shrimp Artemia
franciscana at physiological, biochemical and molecular levels, Science of the Total Environment,
VoL.675, pp.570-580, (2019).
[2] Cauwenberghe, et al, Microplastics in bivalves cultured for human consumption, Environment
Pollution, Vol.193, pp.65-70, (2014).
[3] Proshad, et al, Toxic effects of plastic on human health and environment: A consequences of healthrisk assessment in Bangladesh, International Journal of Health, (2018).

― 187 ―

TOPへ戻る[4] Wang, et al, Effects of ingested polystyrene microplastics on brine shrimp, Artemia
parthenogenetica, Environmental Pollution, Vol. 244, pp.715-722, (2019).

― 188 ―

TOPへ戻るgPBL の体系化とエンジニアリング教育における国際協働学修成果の可視化
工学部先進国際課程

吉久保

肇子

テゴリーに分類できた。

１．序論（はじめに，まえがき，目的）
海外の協定校等との国際協働によって実施

 多 様 な ス キ ル の 評 価 :学 生 の 知 識 と 技 能される「グローバル PBL（以下、本学の通称の両方を効果的に評価する必要がある。

「gPBL」と称する）」の研究においては、事例 工学系 gPBL はプログラム毎に分野が異な報告やプログラム評価報告が一般的である。

り、多様な評価方法が存在する。その中本研究では、gPBL の PDCA を目的とした学修

から汎用性の高い評価方法を選定するの効果の評価方法を検証する。通常の工学系は困難である。

gPBL で は あ ま り 取 り 入 れ ら れ て い な い 人 文

 公正性と一貫性: すべての学生に対して教育の部分にフォーカスすることで、汎用性

公平な評価を保証するためには、明確なが高く効果的な学修評価方法の開発を目指す。

評価基準が必要である。
 フィードバックの質と速度：学習者が受

２．研究計画けた評価を次の学習に生かすたためには、

以下の項目を研究目標として設定した。

質の高いフィードバックをタイムリーに

1) gPBL をモニタリングし、課題の抽出を行う。

提供することが必要である。
2)2) 観 察 さ れ た 課 題 を 元 に 、 汎 用 性 の 高 い 評
価方法に関する文献レビューを行う。

上記の課題を踏まえ、本研究では通常の工学系 gPBL ではあまり取り入れられていない

3) 評価方法を選定する。

人文教育の部分にフォーカスすることで、汎

4) 評価のパイロット実施を基に、PDCA サイ
クルを適用する。

用性が高く効果的な学修評価方法の開発を目指す。gPBL 担当教員にヒアリングした結果、

5) 1)から 4)の作業を通じて体系化された評
価方法の分析結果をまとめ、学内外での情報共有を目的として、国際学会やJournal に論文を投稿する。

最近は学生が国際会議への投稿機会が増えており、工学系スキルに加えてアカデミックな
英語ライティングスキルの習得が新たな課題であることも明らかになった。本研究では「学生の書く英文評価」というアプローチを採用

３．計画の進行状況
1)

解決策

することで、工学系 gPBL の学修内容に依存し課題の抽出

gPBL のモニタリングの結果、工学系 gPBL 学
修アセスメントにおける主な課題は以下のカ

ない、評価方法を検証する。文献レビューの結果、CEFR-based Vocabulary Level Analyzer― 189 ―

TOPへ戻る(ver.2.0)を用いて、学生の書く英文語彙の評

difficulties 単語の難易度の平均), および価と分析を行うことにした。

BperA (the ratio of B-level content words

CEFR-based Vocabulary Level Analyzer（以下、CVLA と呼ぶ）は、英文の語彙使用レベル
をThe

CommonEuropean

Framework

to A-level content words B レベルの内容語と A レベルの内容語の比率)が含まれる。

ofReference for Languages（以下、CEFR と呼ぶ）の基準に沿って分析・評価するツールである。CEFR は言語学習、教授、評価に広く使用される枠組みで、A1（初級）から C2（上級）までのレベルに言語能力を分類する。CVLA は
英文テキストを分析し、それが CEFR のどのレベルに相当するかを判断する。
図 1 に示されるように、英文テキストをホワイトスペースにコピー＆ペーストすることで、CEFR レベル判定が可能である。正確な結果を保証するためには、一度に分析される入力テキストは 400 語以上、2000 語以下である
ことが重要である。図 2 は CVLA (ver.2.0)による分析結果の一例である。

図 2 CVLA (ver.2.0)による分析結果の一例

図 1 CVLA (ver.2)のインターフェース
また、CVLA は図 3 に示されるように、テキス

図 3 CEFR マッピングの結果とテキストの特徴

トの特徴を示す 4 つの指標も示す：ARIを示す 4 つの指標

(Automated Readability Index 自動可読性指数), VperSent (verbs per sentence 文あた

3)りの動詞数), AvrDiff (the average of word

― 190 ―CVLA による学生の英文語彙分析
本研究では、研究代表者が担当する工学部

TOPへ戻る先進国際課程（IGP）の「日本史」授業を履修

Nabilah Ibrahim, Hiroyuki Ishizaki,

する学生をパイロット調査の対象とした。IGP

Masahiko Tachibana:は工学部内に設置された英語学位プログラム“Interdisciplinary Online Robotics

で、所属学生のほとんどが外国籍である。まWorkshop:

た、この「日本史」授業には本学に所属する

Innovations”,

他の留学生も多数履修している。

Special Issue 71-1, pp.27-34, January

Issues

and

of

JSEE,

Journal2023.

一般的に、日本の大学に所属する外国人留学生の英語力は日本人学生のそれよりも高い

Pedagogical2)

Hatsuko Yoshikubo, Soichiro Aihara,と認識されており、日本の大学に所属する外Masahiro Inoue, Atsuko Yamazaki, Ned

国人留学生の書く英語語彙分析が研究テーマ

Loader, Hiroyuki Ishizaki, Masahikoになることはまだそれほど多くはない。本研Tachibana:

究 で は 、 CVLA を 用 い て 、 コ ー ス を 受 講 す る

Study

22 人の外国籍学生それぞれについて 2 種類のStudents' Perspectives”, Journal of

CEFR スコアを分析した。１つ目は、コースのJSEE, Special Issue 71-1, pp.18-26,

1〜 3 週 目 の 書 か れ た ア ウ ト プ ッ ト に 基 づ いJanuary 2023.

ており、2 つ目は終了間際の 11〜13 週目のア3)“Assessment

AbroadProgramsofOnlinefromtheHatsuko Yoshikubo, Sumito Nagasawa,

ウトプットに基づく。CEFR スコアは 0.5 から

Leo Kimura, Yujiro Iwata: “Measuring

6.0 の数値として表す。コース初めの 3 週間

Student Engagement in Group Work Usingのデータで行った定量分析の結果、学生の書

Slack-Based

Evaluation:

く英文語彙のレベルの平均値は 4.955（CEFR

IssuesGlobal

B2.2-C1）であり、終了間際の 3 週間の平均はLearnings”, Journal of JSEE, 72-3,

5.432（CEFR C1-C2）であった。平均スコアのMay 2024.

増加は、統計的に有意であることが示された。

4)

in

Solving

Project-Based

Hatsuko Yoshikubo, Gabriele Trovato:“The Value of Humanities Components

４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況

in Engineering Curricula: Evaluating a

本プロジェクトの活動内容は、最終的にジJapanese History course in the context

ャーナル論文 4 件、報告書 3 件（本報告書をof SIT's Innovative Global Program”,

含む）、国際学会論文発表等 9 件、合計 16 件の研究成果に繋がった。これらの中で一件は、2023 年 6 月に開催された ASEE 2023 にて Best

Journal of JSEE, 72-3, May 2024.
2.

Technical reports

1)

吉久保肇子、中村仁、藤田吾郎、三好匠、

Diversity Paper Award を受賞した。継続研

長澤純人、橘雅彦、石崎浩之、猪田政彦、究の成果については、2024 年 6 月に開催され

古屋雄高、古屋雄高、仙波亮典、影山礼

る ASEE 2024 および 2024 年 9 月に開催される

子、宮坂勇也他：「gPBL のアセスメント

WERA-BERA 2024 で発表が決定し、本報告書のとイノベーション創出」、2022 年度特別

第 1 部で挙げた 1)から 5)までの全ての研究計
画を遂行することが出来ている。今後は、研教育・研究報告集 41-44、2023 年 5 月
2)

究対象を日本人学生に拡大して研究を行う。
【学会,論文等投稿・発表状況:2023-2024】

吉久保肇子、中村仁、藤田吾郎、三好匠、
長澤純人、渡邉宣夫、Shahrol Mohamaddan、
石崎浩之、猪田政彦、古屋雄高、影山礼

1.

Journal papers

1)

Hatsuko Yoshikubo, Sumito Nagasawa,子、宮坂勇也：「gPBL の体系化と持続的― 191 ―

イノベーションの創出」、2023 年度特別

TOPへ戻る教育・研究報告集（特別教育助成）、2024
3.

6) Yujiro Iwata, Leo Kimura, Hatsuko

年5月

Yoshikubo, Sumito Nagasawa:

International conference papers and“Enhancing Student Participation inothersOnline Global Project-Based Learnings(gPBLs) Through a Slack Based

1) Hatsuko Yoshikubo, Sumito Nagasawa,
Hiroyuki Ishizaki: “Creating

Evaluation: A Student Perspective”,

Innovation for Interdisciplinary

2024 ASEE Conference Paper, Portland,

Robotics Workshops: Solving Systematic

US, June 2024.
7) Hatsuko Yoshikubo, Gabriele Trovato,

Issues in the Online Project-Based
Learnings in Engineering Education”,

Ahmet Cetinkaya: “Can Writing

2023 ASEE Conference Paper, Baltimore,

Assignments Help Foster Engineers Who

US, June 2023.

Will Thrive in a Globalised World? Comparing Students' Written English

2) Hatsuko Yoshikubo, Gabriele Trovato,
Hiroyuki Ishizaki: “Fostering Global

Levels and Overall Performance inEngineers through the Study of the

Humanities Modules in Engineering

Humanities: Assessment of the Course

Curricula -”, 2024 ASEE Conference'Science and Religion in Japan' from a

Paper, Portland, US, June 2024.

Racial Equity Perspective”, 2023 ASEE

8) Sumito Nagasawa, Hatsuko Yoshikubo:

Conference Paper, Baltimore, US, June

“Cost-Effective Research Platform for2023 (MULTI Eng. Division BestChild-Robot Interaction Studies Using

Diversity Paper Award).

a Smartphone-Based Humanoid Robot with
Double Gesture Arms”, 2024 ASEE

3) Hiroyuki Ishizaki, Sumito Nagasawa,
Hatsuko Yoshikubo, Hitoshi Nakamura:

Conference Paper, Portland, US, June

“Affordable robotics toolkits for2024.
9) Hatsuko Yoshikubo, Dita Puspita Sari,

equitable and interdisciplinary
education, transformable to searching

Gabriele Trovato, Eiji Kamioka,

nodes for disaster onsite

Darminto Darminto: “Global Competence

investigations”, 2023 ASEE Conference

Scores among Indonesian Undergraduate

Paper, Baltimore, US, June 2023.

Physicists: A Preliminary Study4) 吉久保肇子：「グローバル PBL のグループ

Towards the Implementation of a New

ワークにおける個別活動とその評価」、

COIL”, WERA 2024, Manchester, UK,「大学の国際化促進フォーラム」事業：

September 2024.

グローバル PBL プログラム研究会演習機【参考文献】

会② PBL の実施効果の情報提供・評価 、

1) 内田諭・根岸雅史(2021)「英語読解教材の CEFR レベルの推定 : CVLA の妥当性評

2023 年 7 月

価」Journal of Corpus-based Lexicology

5) Hatsuko Yoshikubo: “Comparing theStudies, 3, pp.1-14.

Written English Level and Overall

2) Uchida, S. (n.d.), CVLA: CEFR-based

Performance of Global Engineering
Students: An Analysis using CVLA”,

Vocabulary Level Analyzer (ver. 2.1).

WERA 2023, Singapore, November 2023.

https://cvla.langedu.jp/― 192 ―

TOPへ戻るResearch progress report(Form.1)

Light Field Compression: Neural Radiance Field
Approach
先進国際課程 Phan Xuan Tan
Research colleagues○○affiliated institution

１．Paper introduction
Light

Field

technology

(LF)

LF
imagingthat

capturesthree-dimensional

(3D)

and

is

Name

contains

both

angularandspatialainformation of the scene, it provides

displaysmore immersive experience to the users,byfacilitating various applications such asrecording the intensity and direction of

refocusing, VR/AR, especially glass-freelight rays in a scene. It creates a "light

3D broadcasting. However, due to highfield" that contains the full spectral

dimensionality

and angular information of the scene,storing and processing large-scale lightallowing for the recreation of the exact

fields extremely challenging. As a result,

way light behaves in the scene. LF content

there is a growing demand in developing

can be captured by different acquisition

efficient light field compression schemes.

techniques.

Fig.

1(a)

imagesshowsamulti-

andcomplexstructure,

There exists prominent schemes of LF

camera array set up where a number ofcompression:

views with parallax on both directions

geometry-based approaches. The methods of

(full

both

parallax)iscaptured

using

an

conventional-based

categories

commonly

attemptandtoarray of cameras. By exposing all cameras

exploit spatial redundancy within eachat the same time, a multi-perspective-

view as well as the redundancy between

view LF image can be captured. Figure 1(b)views. In fact, the efficiency of LF

shows an example of captured LF image

compression schemes heavily depends on

where (u,v) coordinate is camera plane

the representation of LF to be encoded.

illustrating different views created by

Conventional

cameras in different positions; and (x,y)

video compression techniques, e.g., HEVC,

coordinate is as spatial image plane. The

JPEG to encode all LF views. This causes

number of views represent the LF angularpotential

resolution,

compression ratio due to huge data to bewhereastheresolutionofmethods

leverage

problems:

standard

inefficienteach view is considered as LF spatial

sent;

resolution. LF can also be captured by

performance

lenslet camera which contains of multiple

prediction at the decoder. Meanwhile, in

micro lens as shown in Fig. 1(c). Sincegeometry-assisted methods, a sparse set― 193 ―

low

rate-distortion
due

to

less

(RD)
accurate

TOPへ戻るResearch progress report(Form.1)
of LF views and estimated depth as the

LF views are avoided. In

explicit priors are first encoded and
used

to

synthesize

remaining

views.

dependency

might

be

(predict)

the

this

case,

NeuralRadiance

Fields(NeRF) could be a potential solution.

However,

depth

NeRF

a

since

highly realistic images of 3D scenes. It

problemisatechniqueforsynthesizing

estimating depth is not always easy, forrepresents

example, in the case of non-Lambertianfunction

scene. In addition, directly encoding andscene properties like color and opacity.

transmitting a sparse set of views is

The key idea behind NeRF is to use astillneural network to model this function andinefficiently

in

terms

of

a

scene

as

that

maps

3D

a

continuous

coordinatestocompression ratio. A branch of geometry-learn

based methods, attempt to use different

structure from a set of input images ofrepresentation of LF, for example, inthe scene. During training, NeRF learns

terms of graph. This could improve thetocompression

opacity) at any given 3D point in theratio.

However,

processing

graph is costly due to diagonalization
process

where

combinatorial

thepredict

scene’stheappearance

radianceand(colorandscene.

graph

Laplacian matrix is eigen-decomposed. In
conclusion,

despitetheefforts

ofexisting works, compressing LF is still achallenging task for wide and realistic
adoption. In our research, we aim at
answering a key scientific question: Can
we compress LF efficiently at a certain
level that allows LF images/videos to be
consumedasnormally

as

today

2D/3D

Figure2.

Theinitial

idea

of

LF

compression scheme based on NeRF.

images/videos?
Our initial idea here is that we could
train a NeRF from a sparse set of view.
Then,

the

trained

NeRF,

as

a

sole

representation of LF scene, is encoded
and transmitted to the decoder. Finally,reconstructed LF scene is produced via
reconstructing process with input camera

２．Research program
The objective of this research is todesign an effective LF compression scheme.
We believe that the key point here would
be a creative representation of LF scene
that

can

be

encoded

such

that

depth

dependency as well as directly encoding

positionprovided

by

the

user

(e.g.,

moving the computer mouse). Comparing toexisting methods, we do not need to encode
either all LF views or sparse of LF views.
This

will

significantly

improvecompression ratio. With NeRF, a dense LF― 194 ―

TOPへ戻るResearch progress report(Form.1)
scene can be precisely reconstructed withetc.) from multiple scenes, which can behigh quality, even with non-Lambertian

mappedscenes. Therefore, high RD performance isindependent latent space which is then

expected. However, training NeRF for a

fed into the Scene Renderer to produce

particular

computationallydetailed LF scenes. Both components are

expensive. Practically, it takes days togeneralizable and can be trained at thetrain a NeRF for a scene from a set ofsame time with multiple different scenes.

high-resolution

the

Our novel LF compression scheme is shown

other hand, the original NeRF is not

in Fig. 4 where scene encoder component

generalizable, thus, for a new scene, it

is

must

scratch.

renderer is in LF decoder. To compress ageneralizable

new scene, a fine tuning is only neededvariants of NeRF which is capable offor the Scene Encoder to produce latent

rendering

space.

be

scene

is

input

retrained

Recently,aimages.

from

numberofdifferentOnthescenes,

has

been

into

located

The

a

at

high-dimensional

LF

encoderscientificandscene-

scene

originality

andintroduced. With these models, only acreativity of this project is that agreat computational effort is consideredlatentfor initial training followed by fine-features is encoded and transmitted totuning for a new scene. However, suchthe decoder. The size of latent space isgeneralizable NeRFs are not suitable toconsidered

be integrated into LF compression scheme

compression

for couple reasons. First, the size of

information in the latent space will notgeneralized

be

model

is

commonlylarge,

spaceofdifferent

small

ensuring

ratio.

significantly

scenes’efficient

Meanwhile,affectedbythecodingleading to inefficient compression ratio.

process,

Second, with complex architecture, it isresulting in high-quality reconstructednot

LF images.

suitable

example,forcodingapplying

process.

quantization

For

for

example,quantization,

onto

attention unit of the model might resultin

low-quality

reconstructed

LF.

Therefore, in this project, we plan topropose a dedicated generalized NeRF thenFigure 3. Dedicated generalized NeRF
for LF compression

design a novel LF compression scheme that
can integrate such the NeRF model toensure:(1)

theimprovement

compression

ratio;(2)

reconstructed

LF

scenes.

architectureofdedicatedofhigh-quality
The

proposed

generalized

NeRF is shown Fig. 3. It comprises of two
main components: Scene Encoder and Scene
Renderer.

The

information/features

formerextracts(color,density,― 195 ―

Figure 4. Novel LF Compression scheme

TOPへ戻るResearch progress report(Form.1)
３．State of progress

representation of LF, in a similar manner

To facilitate the proposed idea, intotraditional

Convolutional

NeuralFY2023, we focused on investigating the

Network (CNN) on 2D image. However, GCN

existing compression methods, especiallymainly account for node features, andthe graph-based one. The purpose is todoesn’t directly support edge features.

confirm the importance of neural radianceIn other words, they omit edge features

field idea. Firstly, we aimed at reducing

which

computational cost of graph-based method

contribution

by mitigate the cost caused by Laplaciannon-key views from the notion of a message

matrix decomposition. Since a high number(delivered on that edge), Therefore, weof super-rays may incorporate a Light

proposed to implement a Message Passing

Field, there exists a high number of

Neural Network (MPNN) model (as shown ineigendecomposition. In our research, aFig. 6) to both utilize and optimize edge

super-rays grouping scheme is proposed tofeatures,reducecontribution for a message arriving atthenumber

of

times

for

this

operation. The grouped super-rays should

might

have
to

the

learning

lower

or

higherreconstruction

suitableofweighted

destination node.

share similar coefficients in such theway that the predicted signals are close
to the original. The proposed grouping
scheme is shown in Figure 5.

Figure 6. The proposed MPNN
In addition, we also studied various
deep learning which can be applied tosolve

different

vision.

This

necessary

problems

incomputerallowsustoaccumulateknowledge

for

this

research

project.
４ ． Future program, paper submission and
Figure 5. The proposed grouping scheme.
We also investigated the performance ofGraph Convolutional Network (GCN) in LF
compression. In fact, GCN combines thecharacteristics of graph structure anddeep learning for views reconstruction

results briefing
As the result, in FY2023, we published
one Journal (Sensors – IF =3.9), one
Conference

(IEEE

MIPR

acceptance

for

one

2023)

and

conference

got
(9th

International Conference on Intelligent
Information Technology 2024).

with learnable parameters, particularly
by

doing

message)convolutiononirregular(viapassinggraph-based― 196 ―

TOPへ戻るナノポーラス構造の3 次元細胞培養プラットフォームへの応用
IGP・材料工学

李 素潤

１．序論（はじめに，まえがき，目的）利用した細胞培養の実現で、バイオメディカル研（概要）

究分野に貢献できる研究を目指す。

現 在 、バイオメディカル研 究 分 野 において、細 胞(1)－1 本研究の学術的背景

培 養 技 術 は重 要 な情 報 を得 られる方 法 として、

現在、発生生物学、創薬、再生医学、タンパク質

広く定 着している。現在までは、3 次 元構 造であの生 産 などの分 野 を含 むバイオメディカル研 究る生体システムとは違う、平面上の 2 次元的な組分野において、細胞培養技術は重要な情報を得

織 培 養 用 プラスチック容 器 、あるいは細 胞 外 基られる方 法 として、広 く定 着 している。通 常 の細質（以下、ECM）を利用して、細胞培養を行った。

胞 培 養 プレートやシャーレ等 での培 養 は平 面 的

しかしながら、2 次元環境で培養した細胞を用いな 2 次元(2D)培養だが、生体内の組織は実際にる in vitro での実験結果を、そのまま in vivo の臨は立体的な 3 次元(3D)構造をしている。2D 環境

床試験に反映することは不可能である。これは、で培養した細胞の情報である in vitro での実験

生体はガスと栄養が交換できる 3 次元的なポー結果を、そのまま in vivo の臨床試験に反映するラス構造であり、細胞と ECM の間の複雑なシグ

ことは不 可 能 である。立 体 的 に培 養 することで、ナルのやりとりが起こるが、2 次元細胞培養ではより生体に近い反応をすることが以前から知られ

再 現 できないことが要 因 である。そこで、この問ている。

題を解決するため、より生体に近いプラットフォー
ムを利 用 した細 胞 培 養 の研 究 が要 求 されている。
この訳で、本研究では、3 次元構造であるナノポーラス構 造 のプラットフォームを作 製 し、生 体 を模擬する事で in vitro と in vivo のギャップをなくし、生 物 学 的 に重 要 な情 報 を取 られる事 を目 指

図１．２次元環境での細胞培養の模式図す。様 々な材 料 の中 で、生 体 適 合 性 が優 れ、バイオメディカル研究分野で重要な材料として研究されているチタンを選 択 する。申 請 者 は、新 たな
表 面 処 理 方 法 で あ る Wet Corrosion Process（WCP）を利用して、ナノ構造を用いた酸化チタン
皮 膜 の作 製 に特 化 されている。この技 術 を生 か
して、課題として①生体に近い 3 次元ナノポーラ
ス構 造 を用 いた酸 化 チタンプラットフォームの作

3D 培養は細胞間の刺激伝達が 3D 的であり、細胞 塊 の内 部 と外 部 とで培 地 や薬 剤 の供 給 経 路が異なるなど、生体に近い環境を再現することが出来る。2D 環境では、生体みたいにガスと栄養が交換できる 3 次元的なポーラス構造でもないし、細胞と ECM の間の複雑なシグナルのやりとりが起こる環境ではないので、この要因で in vitro と製 条 件 の調 べ、②作 製 されたプラットフォームを― 197 ―

TOPへ戻るin vivo のギャップが存在する。そこで、より生体に使うプラットフォームの開発とした。具体的に、に近 い立 体 的 なナノポーラス構 造 を用 し、肝 細本 研 究 では、以 下 の２ つの研 究 項 目 として定胞など 2D 培養ではすぐに活性が低下してしまうめた。

幹 細 胞 のような細 胞 でも長 期 間 にわたって活 性

研究項目①：WCP による 3D 細胞培養に最適を維 持 できたり、幹 細 胞 から各 種 細 胞 への分 化

なナノポーラス構造を用いたチタン酸化膜の作において効 率を高くできたりするなどの効果が得

製

られる。

材 料 工 学 の観 点 から考 えるとナノポーラス構
造で構成された 3D 構造が一番生体に近い立体的構造だと考えられる。しかし、今日まで、ナノポーラス構 造 の作 製 には加 工 過 程 が複 雑 ・
熱 処 理 必 要 ・ 長 い処 理 時 間 ・ 低 い再 現 性 ・ 高コストなどの問 題 点 が指 摘 されている。これらの問 題 を 解 決 するために、 新 しいナノ構 造 作
製の技術が求められている。そこで、申請者はWet Corrosion Process（WCP）という新しい技
術を導 入し、様々なナノポーラス構 造を用いた

図２．3次元環境での細胞培養の模式図

酸化チタン皮膜を作製する。WCP はアルカリ溶
液 を利 用 して、金 属 を処 理 し、表 面 にナノポー

この訳で、近 年の再 生 医 療 研 究の活 発 化によっラス構造を作製する表面処 理 技術である。

て、生 体 に近 い環 境 で培 養 することの重 要 性 が

WCP は常 温 での処 理 が可 能 ・ 熱 処 理 が不 必

増し、これに伴って 3 次元培養の研究も活発化し

要 ・ 短 い処 理 時 間 ・ 高 再 現 性 ・ 低 コスモスなどている。また創薬においても、2D 培養による結果のメリットがあり、材 料 工 学 において大 変 注 目と動 物 実 験 による結 果 の違 いが顕 在 化 してきてされている。本 研 究 では、WCP で作 製 されたあり、この分野でも注目を集め始めている。

様々な 3 次元的なプラットフォームの中で、細（1）-２ 研究課題の核心をなす学術的「問い」

胞培養に最適なナノ構造を明らかにする。

立体的な３D ナノポーラス構造を用いたプラットフ

研究項目②：WCP により作製されたナノポーラ

ォームを利 用 した細 胞 培 養 を実 施 するため、申ス構造による 3D 細胞培養の可能性の検証実

請者はこれまで研究してきた WCP の手法でナノ験

ポーラス構 造 を持 つ酸 化 チタンを作 製 し、これのWCP で作 製 されたナノポーラス構 造 を持 つ酸物 質 を細 胞 培 養 のプラットフォームで利 用 できる

化 チタン被 膜 を細 胞 培 養 のプラットフォームとと考えた。そこで今回、【WCP で作製された 3 次

して利用し、現在まで使用した 2D の平面のプ

元ナノポーラス構造を用いた酸化チタンにおいて、ラスチックの代 わりに細 胞 培 養 が可 能 かを確

どんな状 態 のときに３ 次 元 細 胞 培 養 が最 も適 当認、なのか】を研 究課題の核 心をなす学術的「問 い」の可能性を確認し、どの表面構造が細胞培養とした。

に最適なのかを調べ、実際に 3D 細胞培養で（2）－1 本研究の目的および学術的独自性と貴重な情報を撮られるかを確かめる。

創造性（2）－2 本研究の学術的独自性と創造性

上 記で敍 述 た「 問 い」 を達 成するため、研 究 の現在まで研究されてきた平面上の細胞培養は、

最後目 的を、3D ナノポーラス構造 を用いた酸

3D 構 造 を持 つ生 体 と全 く異 なうため、生 体 に化 チタンを利 用 したより生 体 に近 い細 胞 培 養

近い環境を再現することが出来ない。この問題― 198 ―

TOPへ戻るで、 in vitro と in vivo にはギャップが生じる。し新しい方法でナノポーラス構造を持つ酸化チタ

かし、生体に近い 3D ナノポーラス構造を細胞

ン皮 膜 の作 製 の研 究 を実 施 してきた。作 製 さ

培 養 のプ ラット フォーム として用 い る手 法 は、れたナノポーラス構造を持つ酸化チタン皮膜は

上記課題を解決できるまったく新しい培養法で図 ４ のような構 造 を示 しているので、この構 造あるため、独自性は高いと言える。

は３ D 培 養 に使 われるそうな理 想 的 な構 造 でしたので、本研究の着想となった。

図 4．（a）TEM 観察によるナノポーラス構造を持つ酸化チタンのイメージ （ｂ）SEM 断面観察
によるナノポーラス構 造 を持 つ酸 化 チタンのイ
メージ
図 3.WCPによるナノポーラス構造を用いた酸化（ 3） -2 関 連 する国 内 外 の研 究 動 向 と本 研 究

チタンの作製課程

さらに、ナノポーラス構造の作製に WCP というの位置づけ

新 しい方 法 を用 いることで、 材 料 工 学 の側 面

3D 細胞培 養技術は、ハイドロゲルを使用してから見 ても有 意 味 な研 究 となる。つまり、材 料

タンパク質マトリックスを安定的に維持すること

工学的な課 題から生命 工学的な課 題まで、広で、より in vivo の生物学的条件に近いの環境

い分 野 への展 開 が期 待 でき点 で創 造 性 が有を作 ることが出 来 るようになった。しかし、限 界ると言える。

もあって、ハイドロゲルは大 部 分 が均 質 で、そ（3）-1 本研究の着想に至った経緯の た め 実 際 の 細 胞 が 置 か れ て い る よ う な in

バイオメディカル分 野 での大 事 な研 究 方 法 でvivo 条件の勾配を常に模倣するとは限りない。

ある細 胞 培 養 に関した研 究は、一 般 的 に平 面

そのため今 日 では、体 内 の多 種 多 様 な細 胞 タ

培養（2D 培養）で行われてた。しかしながら、こイプの類似体に適した環境を作り出すために、の方 法 では、高い細 胞 活 性が見 られない事 かナノファイバーなどのプラットフォームが注 目 さら、薬物の毒性試験やスクリーニング、動物実れている。ナノファイバーを含めたナノポーラス

験 の代 替 となる安 全 性 評 価 モデルの構 築、再構 造は作 製 課 程が複 雑 ・ 低 再 現 性 という工 学

生 医 療 など、様 々な分 野 で使 われる提 案 とし的 な問 題 があり、一 般 的 に使 われるのには壁て３ D 培 養 が注 目 されている。このために、まがある。しかい、WCP によるナノ構造の作製はず、生 体 により近 い細 胞 培 養 ためのプラットフ課 程 の簡 単 さ・ 高 再 現 性 に優 れているので、ォームが必要であり、材料工学の観点からナノ工学的に利点があると言える。

ポーラス構 造 が一 番 生 体 に似 ている構 造 と考えられる。後 、材 料 の特 性 としては、高 い生 体

２．研究計画

適 合 性 が必 要 なので、【 もしナノポーラス構 造

研究項目①：WCP による 3D 細胞培養に最適を持 つチタン材 料 を利 用 したら、効 果 的 な３ D

なナノポーラス構造を用いたチタン酸化膜の作細胞培養に応用が可能であるプラットフォーム

製になれる】 と着 想 した。申 請 者 は、WCP という様々な濃度の KOH 水溶液５ｍL で鏡面に仕上― 199 ―

TOPへ戻るげたチタンを沈積し、24 時間シェイカーで振動現性を確かめるために、再現実験を行って、再させて WCP によるナノポーラス構造を持つ酸現性に成功した。

化 チタン皮 膜 を作 製 。作 成 された試 料 の物 性
評価は次のようにする。
① 作製したナノ構造の観 察：FE-SEM、AFM、TEM② 作製したナノ構造の化学構造の散策：
Raman spectroscopy, FT-IR、XPS③ ナノ構造に閉じこまれている K の量の定量
分析：XRF
研究項目②：WCP により作製されたナノポーラ
ス構造による 3D 細胞培養の可能性の検証実験作製された 3D ナノポーラス構造に微細物や細胞の培養を通じて、3D 構造の効果を調べる。
① 微生物の培養の準備


図 SEM で観察した 10 mol/L-KOH 溶液で作製されたナノ構造を用いた Ti 試料

使用材料：微生物培養に 3 次元的な構造の効果を調べるために、比較材料として一般的に使用されている平面上の細胞培養
プラスチックを準備する。

培 養 する生 物 としては、生 命 力 が強 い大腸菌（ E.Coli ）を選択する。



作 製 した様 々なナノ構 造 の上 で、多 様 な
大腸菌の濃度を利用して、培養をする。

この段 階で、大腸 菌が形 成されるバイオフィル
ムの結果から、最適大 腸菌の濃度 を決定することが出来ると考えられる。
② 大腸菌の吸着や形成されたバイオフィルムの分析

FE-SEM、化学顕微鏡、AFM なとで、大腸菌の形や構造を観察する。

図 TEM で観察した 10 mol/L-KOH 溶液で作製されたナノ構造を用いた Ti 試料

様々な Elisa Kit を利用して、2D 細胞培養と3D 細胞培養のプロファイルを調べる。

４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況
今後の計画としては、以下のようです。
① ナノ構造作製に成功しましたので、多様な３．計画の進行状況
今年は研究計画項目①になる WCP による 3D

細 胞 培 養 に最 適 なナノポーラス構 造 を用 いた

分析を行って、物性評価を行う。
② ナノ構 造における細 胞 培 養 への影 響を調チタン酸 化 膜 の作 製 に集 中 した。先 行 研 究 で、べるのが目 的 なので、まず、一 般 的 な大純チタンを様な KOH 濃度で処理すれば、様な腸 菌 （ E.Coli ） を 利 用 し て 、 ３ 次 元 細 胞 培

ナノ構 造 が 作 製 できる 事 が分 かっ た。 そ の再養を行う。

― 200 ―

TOPへ戻るStudy on Task-adaptive Emotion Classification
Modeling for Emotion-aware Robot
先進国際課程 Tipporn Laohakangvalvit

１．Paper introduction

development of a robot system capable ofIn the upcoming era of human-robot

estimating emotions and task intensity

society, robots are expected to play andegreeimportant role not only in helping us

providing

perform

interaction to improve productivity indaily-living

tasks

more

efficiently but also in being able tothroughbiologicaltimelysignalsandbiofeedback

andthe workspace.

understand and respond to our emotions.
We aim to have a future society with

２．Research program

robots that can support us emotionally,

We started

so-called

emotion-aware

robots,

to

our

first

step

in

the

research program by designing the robot
system and investigating the feasibility

improve overall quality of life.
that

can

of module integration by implementing a

the

VAD

robot prototype. Figure 1 illustrates the

Dominance)

3-

general system architecture. The systemdimensional emotional state model. In ouris to be set in a user workspace such asprevious

research,toan office, or a study space so that a

construct

an

model

robot can monitor and provide support to

based

the

One

psychologicaldescribe

emotional(Valence,model

statesArousal,on

Valenceandsignals[1].

weemotionisattempted

estimationofusers based on their cognitive states.

biological

The modules included in the system andemotional

their roles are described as follows:

2-dimensional
Arousalusing

However,

model

the

states might vary by situation and task.
Therefore,

thisintegrate

Dominance

model,

which

about

the

emotions

research

will

task
at

equipped with physiological sensors.

existing

We plan on using EEG sensors in thisinformation

system. Some potential EEG sensors

relatedforourprovideintensity

certainto

proposesinto• Data acquisition module: A user ismoments.

toincludeThis

supportpeopleintheworkspace

application
Emotiv

with

Insight,

robots

Muse

and

The

data

Neurosky Mindwave Mobile 2.

proposed VAD model aims to be implemented
into an emotion-aware robot that will

our

• Dataandstoragemodule:collected from the sensors will besent to and stored on a server forincrease their productivity.
Therefore, our research goal is the― 201 ―

pre-processing and analysis.

TOPへ戻る• Flow state recognition module: Basedon biological• User feedback module: Depending on

data, we propose toeach user's estimated cognitive state

construct a machine learning model(boredom,

for classifying the user's cognitive

robot

will

states,

three

types

i.e.,

boredom,

flow,

and

flow,

or

provideofoverload),thefeedbackusing

output:facialoverload. Firstly, we will create a

expression through a monitor, vocal

datasetcues

forperforming

model
an

constructionaspeaker,

and

body

movements. The cognitive state andparticipants are exposed to video-

examples of the feedback are shown inbased stimuli for resting, boredom,Tableflow, and overload. The participants

concentration

will

subjective
perform

bepresented

ratinginthrough

which

also

experiment

by

1.

The

robot

gives

warning

a

low-

for

the

with

a

bored/unfocused state and motivates

questionnaire

to

the

self-reports

on

the

user

to

work

harder.

For

the

same

overloaded state, the robot asks the

cognitive states after each of theuser to take a break or take a deep

stimuli.

breath. During the flow state, the• Robot Operating System (ROS) module:

robot would have minimal interaction

The robot will be implemented usingwith a few occasional motivational

TurtleBot3, which is an affordable

cues in order not to disturb the userand extensible robot platform capable

while being focused.

of integrating multiple sensors. It

In addition to the architectural design

has an accessible hardware base withof the robot system mentioned above, we

educational resources, and it allows

also plan to evaluate the robot system indynamic

a real setting. First, we aim to performspaces.

engagementinphysicalanexperimentinasingle-user

Figure 1: Robot system architecture― 202 ―

TOPへ戻るenvironment

toevaluatetherobot'sconstructing the model to classify task

effectiveness in enhancing productivity.

intensity

Next, wetheoverload) based on the collected EEG data.

in

After

will move ourfunctioning

of

the

focus torobot

systemdegrees

obtainingthe(boredom,model,

flow,
we

will

community workspaces with multiple users.

integrate it into the robot and build theThebiofeedback based on the model result.

evaluation

followingtwo

performanceof

Finally, we will continue to work on

intensive tasks will be conducted: (1) noeach of the modules mentioned in Section

robot assistance and (2) with biofeedback

2 and finally combine them to build androbot assistance.

evaluate the complete robot system. This

scenariosofduringthethe

proposed robot system aims to be used as
３．State of progressa

We have started working and confirmed

personalaapplication, such as the configurations

university.

basic

teleoperation

to

help

improveproductivity in a real workspace such as

the feasibility of the TurtleBot3 for ourandassistant

student

co-working

space

at

our

controls,

learning the ROS system and built the
robot prototype, which is equipped with amonitor and speaker as shown in Figure 2.
４ ． Future program, paper submission andresults briefing
We have built the prototype of thebiofeedback emotion-aware robot until now.
In the next step, we will perform anexperimenttocollect

data

forFigure 2: Robot prototype

Table 1: Robot feedbacks through vocal cues, facial expression, and body movements― 203 ―

TOPへ戻る

The

paper

submission

under

this

[1] K.

research is listed as follows:•

References
T.

Laohakangvalvit,

R.

M.

Sugaya:“Constructing

Subsa-Ard,

F.

Fulini,T.

Matsubara,

Laohakangvalvit,

K.

Suzuki,M.

an Emotion Estimation Model Based on

N.

Sugaya:“A

Proposalof

EEG/HRV

EmotionIndexes

FeatureFeatureSelection

Extraction

Using Facial Expression Recognition

Algorithms”,Sensors,21(9),2021.

withGraph-based

and

using

Estimation Method in Social Robots
Model[2] M. Csikszentmihalyi: “Beyond boredom

Techniques”,Proc.

of

the

Asia

and anxiety”,Jossey-Bass,2000.

Pacific

Conference

on

Robot

IoT

[3] K. Katahira, Y. Yamazaki, C. Yamaoka,

SystemDevelopment

and

H.

PlatformU.

Pradhan,Sugaya:“Towards
Biofeedback

Fulini,T.

State:

Suzuki,M.

FrontalDevelopinga

Frontocentral

F.

Laohakangvalvit,

K.

Companion

Robot

South

State”,The

18

Technical

University

S.

Nakagawa,

N.

East

Asian

A

Combination
Theta
Alpha

of

Increased

andModerate

Rhythminthe

Mental Arithmetic Task”,Frontiers infor

Psychology,9,2018.

Productivity Enhancement through Flowth

Ozaki,

Nagata:“EEG Correlates of the Flow

(APRIS),pp.1-2, 2023.
•

Suzuki,[4] M. Cherep, M. Kegler, J.P. Thiran, andConsortium(SEATUC),pp.25-28, 2024.

P.

Mainar:“Mental

Flow

Estimation

Through Wearable EEG”, in the 44th

In conclusion, we achieved our first

AnnualInternational

IEEE

EngineeringinConferenceofMedicine&goal of implementing the robot prototype,

Biology Society (EMBC),pp.4672-4678,

which is compatible with the EEG sensor

2022.

that will be the most important tool tocollect

dataforstates.

Futureestimating

work

will

cognitive

continuetoenhance other features of robot systemand perform its evaluation. In addition,
we also plan to include other modalities
forestimating

cognitive

statesandemotions, such as facial recognition fromthecamera,

which

will

prediction

speechincreaseandrecognition,
theflexibility

etc.,

accuracyofofemotionestimation in various situations.

― 204 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１

自己適応型 2SSRUWXQLVWLF5RXWLQJ  電子情報システム学科  山崎 託
１．序論（はじめに，まえがき，目的）

に端末間の処理や生成されたデータの地産地

情報通信技術により多様な都市サービスを消を実現する技術として，端末同士で直接通提供し，人々の生活を豊かにするスマートシ

信し中継することでネット ワークを構築する

ティが広く注目を集めている．スマートシテ

無線マルチホップネットワークが適用できる

ィでは，まちの見守りや監視，様々な事象のと考えられ，図  に示すようなシステムモデ

検知や予測等に基づき連携や自動化を行う高ルが期待できる．

度な都市サービスの実現が期待されている．

上述した環境では，端末移動や電波干渉にこの重要な基盤技術として，実空間を仮想

より，端末同士の接続関係が時々刻々と変化

空間に投影するデジタルツインが研究されてし，環境に適応した柔軟な中継端末選択が必いる．デジタルツインでは，実空間をセンシ要となる．そこで，特定の経路に依存せずにングして仮想空間を生成し，$, 技術により仮柔軟に中継端末を選択する 25（ 2SSRUWXQLVWLF

想空間上で様々な処理を行い，その結果を実5RXWLQJ）>@が検討されている．しかし，都市

空間にフィードバックする．そのため，仮想空間を生成し維持するためのセンシングトラ
ヒックに加え，様々な機器の自律的な制御や機器間での連携を行うためのトラヒックも発生する．%H\RQG* 時代の到来に向けて，通信インフラの容量拡大も期待できるが，未来のスマートシティではデジタルツインのための膨大な通信需要が発生す ると考えられ，通信容量の確保が急務である．そのため，多くのデータが都市で生成され都市で利用されることから，そのようなデータを地産地消するこ

図  提案するシステムモデル

とが重要となると考えられる．
スマートシティでは，まちに設置された様々な機器，ユーザのデバイス，乗り物，自律ロボットやドローンなど膨大な量の端末が広範囲かつ高密度にネットワークに参加し，様々な処理やデータの生成を行うことが考えらえる．したがって，通信インフラに依らず― 205 ―図  都市環境での課題

TOPへ戻る【別添２】様式１
環境等において広範囲かつ高密度な環境におの負荷が著しいものとなる．更に，仮想空間

ける制御の検討については十分でなく，ネッで推定した通信環境が実空間と乖離している

トワーク構築と維持の制御情報の交換に多く場合，通信の不安定性や通信の効 率低下を招の通信資源を消費する（図  左）．また，多様く．一方で，25 では一度コスト情報が拡散さな環境に適応するためには，25 に環境に適しれ，通信が開始できた場合，各端末の中継にた設定を与える必要があるが，その設定値を応じてコスト情報を更新し，適切な経路に収一意に決定することが難しい． そこで，マル

束させることができる可能性があることが予

チホップネットワークの構築と維持による通備検討で分かっている．したがって，デジタ

信負荷と制御負荷をエッジサーバ等により補ルツインと連携し，ある程度妥当な経路を高助する研究>@も行われているが，こちらにつ速に算出して用いることで，25 によってコスいても大規模環境での検討は不十分であり，ト情報を自己収束させる制御を実現する．

両者ともにサーバ側の負担が著しいものとな

上述した仮定に基づきトポロジー変化へのると考えられる（図  右）．したがって，デジ耐性と宛先発見時のトラヒック負荷の抑制を

タルツインが利用可能なスマートシティにお両立する，デジタルツインによる初期経路注

いては，デジタルツインによるネットワーク

入を用いた 25 を提案する．提案手法では，デ構築と維持に関する補助が期待できる一方，

ジタルツインを通じて初期経路を構築し，パ過剰な利用は，デジタルツイン側の負担が増

ケット伝送とともに 25 の特性により経路を大する懸念がある．

収束させる．なお，各端末は，移動体通信を介２．自己適応型 2SSRUWXQLVWLF5RXWLQJ

して管理サーバへ自身の位置情報を定期的に上述したような環境での無線マルチホップ

送信しており，管理サーバは，受信した各端

ネットワークを用いたシステムの実現に向け，末の位置情報を一定期間記録して初期経路構

無設定で制御パラメータや設定を自己適応 で築に利用するものとする．
経路情報注入による宛先探索 きる25 を提案する．ここで，スマートシティ
トラヒックの地産地消に向け，図  に示した管理サーバは，送信元端末からの要求に応じように，デジタルツインと無線マルチホップて宛先端末までの初期経路を構築する．ここネットワークを連携させ，デジタルツインにで，初期経路構築では，図  と図 ，及び以下よる効率的なネットワーク構築補助と，25 にに示す  種類の構築方式を用いる．構築方式

よる自己収束的な中継経路選択を用いて都市 では仮想的な通信範囲𝐶𝐶maxを用いることで，環境にマルチホップネットワークを自己適応させる．ここでは，各端末が保持するコスト
情報の自己適応制御について検討した．
25 では，従来の経路制御手法と同様，制御メッセージの交換によって通信相手の探索とコスト情報の収集を行なう．しかし，このよ図  構築方式 うな制御は，広範囲かつ高密度に端末が存在する環境では，著しい探索負荷を生じさせる．
そこで，デジタルツインと連携し，仮想空間側で中継経路を構築し，端末に配信することが考えられる．しかし，頻繁な環境変化に加え，広範囲かつ高密度である場合，サーバ側― 206 ―図  構築方式 

TOPへ戻る【別添２】様式１
端末間のリンクをデジタルツイン上で再現すップ数から得られる中継適正に基づき，転送る．図  に示すように，管理サーバはダイク

待機時間を算出し転送待機を行う．なお，転ストラ法を用いて初期経路を構築後，経路上

送待機時間は宛先端末に近い端末ほど，短くの端末に宛先端末への経路情報を注入する．

算出される．待機中に自身と同一かもしくは

このとき，管理サーバは，経路情報を注入しより短いホップ数の端末による転送を検知した端 末の 近 傍端 末 を 𝐶𝐶max に基づ き抽 出 しそ れた場合，自身の転送を中止する．転送を検知

らの端末にも経路情報を注入する．この処理できなかった場合，待機終了後にパケットをを𝑟𝑟max回繰り返すことで，初期経路の冗長性を中継する．中継端末は，自身と同一もしくは変化させ，中継に用いる領域を拡大する．なより短いホップ数の端末から同一パケットをお，初期経路が得られなかった場合，管理サ

再受信した場合，明示的 $&. を送信して近傍

ーバは送信元端末に構築失敗を通知し，送信

端末の中継を停止する．データパケット受信

元端末は要求パケットをフラッディングする

時に，各端末は経路情報の記録と更新を行う

ことで宛先を探索する．構築方式  の精度はことで，25 の特性に基づく経路多様性の確保

予め 設定 す る 𝐶𝐶max に依存 す るが ，実 際 の通 信と経路情報の修正を行う．

範囲は機器や環境により変動するため，設定

３．シミュレーション評価と考察

が困難である．また，経路構築にダイクスト

ネットワークシミ ュレ ータである 4XDO1HW

ラ法を用いるため，端末数が増加 した際の計を用いて，従来手法である 35,25>@，提案手

算コストが懸念となる．そこで，構築方式  で法（構築方式 ，構築方式 ）の比較評価を行

は，端末間の近接性に基づき探索範囲を限定った．各端末の通信方式を ,(((E，通する．図  に示すように，管理サーバは，送信速度を 0ESV，通信範囲を P に設定し，

信元端 末か ら距 離が近 い順に 𝑛𝑛max 台 の端 末をP 四方の領域に送信元と宛先の  台の端抽出し，抽出した端末群の中から最も宛先端

末のみ位置を固定し，一定の台数を ランダム

末に近い端末を経路上の次ホップ端末として，に配置した．固定した  端末間で %\WHV

同様の処理を行う．これを宛先端末に到達すのパケットを交互に送信する処理を  ラウン

るまで繰り返して初期経路を構築し，経路上

ドとし，これを  ラウンド繰り返した．なの端末と上述の処理で次ホップ端末候補とし

お，提案手法における経路構築時間の評価にて抽出した各端末に対し，宛先端末への経路

は，$0'5\]HQ;，*% の 5$0 を搭載

情報を注入する．構築方式  は，仮想的な通したサーバを用いた．なお，構築方式  にお

信範囲に依存しないため，端末数が少ない場

ける𝐶𝐶maxは P とした．

合でも，初期経路が構築される．一方で，実際

表  仮想的な経路構築に要した時間

には存在しない端末間のリンク を初期経路に採用する可能性もある．
このように，構築方式  及び構築方式  は，
上述の手順に初期経路注入を行うことで，宛先探索に要する制御パケットを抑制する．
データ伝送と適応的経路選択 
経 路 情 報 注 入 後 の デ ー タ 伝 送 は 参 考 文 献 >@と同様の手順で行われる．送信元端末はデー
タ伝送を開始し，パケットを受信した端末は，自身の経路情報に含まれる宛先端末までのホ― 207 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１

図  中継に用いられたリンクの利用割合（） 経路構築時間の評価たと考えられる．

～ 台の端末 を配置した際の経路

 これらの結果より，提案する経路構築方式

構築時間を表  に示す．構築方式 （ 𝑟𝑟max = 2）

が，高端末密度な環境下においても，汎用のは構築方式 （𝑟𝑟max ≤ 1）と比較し，端末数のサーバ上で現実的な計算時間でデジタルツイ

増加に伴い経路構築時間が爆発的に増加してンを通じた仮想的な経路を構築でき，25 によいることが分かる．これは，近傍端末を抽出る経路制御により自律的に中継経路が収束でする処理が大量に繰り返されたためであるときること確認できた．

考えられる．一方，構築方式 （𝑛𝑛max = 3,10）

４．学会公表，論文発表状況

では，構築方式 （𝑟𝑟max = 0～2）と比較し，端 本研究課題に関連する成果物として， 件

末数が増加した場合でも，経路構築時間が抑の査読付論文誌， 件の査読付国際会議， 件

制できており，管理サーバの負荷を削減できの国内研究会及び国内大会発表を実施した．

ることが確認できた．これは，経路構築時にまた，本研究成果の査読付速報誌や査読付論

次ホップ 端末 候補を 𝑛𝑛max 台 に限定す るこ とで，文誌への投稿を予定している．

る．また，𝑛𝑛maxの値を増加させると，宛先端末>@ R. Dalal, et al., “Proliferation ofにより近い端末が次 ホップ端末に選択されや

2SSRUWXQLVWLF 5RXWLQJ $ 6\VWHPDWLF

すくなるため，経路構築時間が減少している．

Review,” IEEE Access, vol. 10, pp.

（） 中継経路の収束性の評価–'HF

計算の反復回数を抑えられていると考えられ 台の端末を配置し， ラウンド終参考文献

>@ J. Li, et al., “Dynamic Cloudlet

了までに中継に用いられたリンクの利用割合$VVLVWHG

を図  に示す．結果より，構築方式 （𝑟𝑟max =Mechanism for Mobile Ad Hoc Networks,”が注入された場合でも，両方式ともリンクの2FW(QHUJ\6DYLQJ

5RXWLQJ

1）と構築方式 （𝑛𝑛max = 3）で異なる初期経路,((($FFHVVYROSS–利用割合に一定の収束が確認できた．提案手>@ 7DNX <DPD]DNL HW DO “ 35,25

法では，送信元端末と宛先端末が双方向に通3ULRULWL]HG

信することで，各端末が適応的に中継要否を

Opportunistic Routing,”,(,&(7UDQV

判断しながら経路情報 の記録や更新を行う．

Commun., vol. EB, no. 1, pp. 28–

その結果，中継経路が一定のリンクに収束し-DQ

― 208 ―)RUZDUGLQJ

IRU

TOPへ戻るソーシャルメディアによるサイバー脅威分析と評価システムの開発
環境システム学科

持永

大

本研究の目的は、ソーシャルメディア上の１．序論（はじめに，まえがき，目的）ソーシャルメディアでは、ソフトウェアのアカウントの特定やトレンド・キーワード分

脆弱性、サイバー攻撃の発信元 IP アドレス、析を組み合わせ、未知のサイバー攻撃関連情

マルウェアによる攻撃方法等のサイバー攻撃

報を検知することである。本研究は、ソーシに関する情報が流通している。防御側がこれャルメディア上のサイバー攻撃に関連するアらをシステムの更新やファイアウォールの設

カウントの特定に主眼が置かれていた既存研

定変更等に活用すれば、システム停止や情報究から脱却し、攻撃に関する情報を収集する

漏えいにつながる攻撃を食い止めることがで独自の試みである。また、ソフトウェアの脆

きる。しかし、ソーシャルメディア上の情報

弱性や侵害手法等といった情報が流通する未は突然現れる上に流通量が多く、それらの正知のパターンを発見し、確度や深刻度を判定

確性も判定が難しい。その結果、防御側がこするシステムは新規性がある。
本研究の創造性は、アカウントの振る舞い

れらの情報を短時間に活用できないことが問をもとに精度の高いサイバー攻撃情報を検知

題となっている。
そこで本研究では、ソーシャルメディア上しようとする点である。有効な情報を発信・のサイバー攻撃に関する情報を、情報の発生

参照するソーシャルメディア上のアカウントパターンとアカウントの振る舞いから分析すは事案毎に異なる。そのため、本研究は、動るシステムを開発する。既存研究では、ソー的に有効な情報を発信するアカウント集団のシャルメディア上の一般的なトレンドを分析

特定・更新を行うことで、新たな脅威情報のし新たな情報を収集する手法が提案されてい流通に早期に対応できる。

る。また、サイバー攻撃に関連する攻撃者や本研究の学術的な「問い」は、「ソーシャル

防御者のアカウントを分析し、機械学習を用

メディア上のサイバー攻撃情報は、アカウン

いて高い精度で攻撃者や防御側といった性質

トの動向を基に検出できるのか」にある。こを特定できることが分かっている。本研究は、れまでの研究において、ソーシャルメディア

これらを組み合わせた手法を開発することで、上でサイバー攻撃に関連する情報に対して複新たな攻撃の兆候や脆弱性などの情報を検出数のアカウントが呼応することを観測していし、従来よりも短時間で防御側が攻撃の兆候る。しかし、ソーシャルメディアを利用したを捉えることを目指す。

情報分析の難しさや、サイバー攻撃に関する― 209 ―

TOPへ戻る情報が大量かつ事案毎に異なることから、国報も収集しておく必要がある。


内外で体系的な研究は行われていない。

人手による情報収集には限界がある

そこで、ソーシャルメディア上のサイバーソーシャルメディア上には攻撃側やセキュ

攻撃情報と攻撃や防御に関わるアカウントのリティ研究者が発信する情報があるが、その集団の呼応を観測・分析することで、短時間活用は困難である。その原因は、情報を発信

かつ正確にサイバー攻撃を検知出来ると考えするアカウントが事案毎に異なることや、情た。

報の量が多いことに加えて、それらが深刻な

サイバー攻撃の兆候などの情報はソー

被害につながるかの評価が難しいことにある。

シャルメディア上で交換されている

これまで、その確度や深刻度の判断はセキュ

サイバー攻撃やソフトウェアの脆弱性といリティの知見を有する者が行っており、情報った情報は、ソーシャルメディア等で公開情の収集・分析・評価に時間がかかっていた。

報として流通している。これらの情報は、脅

そのため、攻撃側が脆弱性を認知し悪用する

威情報と呼ばれ、サイバー攻撃を実施する側、までの時間よりも短い時間で情報を収集・分

守る側、分析する側にとって、脆弱性情報の析・評価する技術が求められている。

収集やサイバー攻撃の兆候等を観測するため

例えば、2021 年 12 月に公開された Java ベの手がかりとなる。例えば、新たな脆弱性のースのログ出力ライブラリ Log4j2 の脆弱性

重 要 度 を 示 す 情 報 は 、 CVSS （ Common

への対応は、人手による情報収集の限界を示

Vulnerability Scoring System)による脆弱性す事案である。この脆弱性を用いた攻撃は容の深刻度のスコアとして付与される。

易に再現することが可能であり、ソーシャル

しかし、サイバー攻撃は複数の手法を組合

メディア上で攻撃の観測情報が流通していた

せて実施されるため、CVSS スコアだけではサため、注目された。この状況をふまえ、ソフ

イバー攻撃の実現可能性や被害を推定するこトウェア開発者たちのコミュニティであるとは難しい。ソーシャルメディアには、マルThe Apache Software Foundation も同脆弱性

ウェアが利用する脆弱性の組合せや、侵害手の深刻度を最高（Critical）と評価した。

法、その条件が流通するため、これらを分析

本件は、人手による情報収集・脆弱性対応

することはサイバー攻撃の兆候を把握するのの限界を示している。脆弱性を修正したプロに有効である。

グラムの配信後も、サイバーセキュリティの

防御側はサイバー攻撃に関する情報を専門家が修正プログラムの不完全性に関する幅広く集める必要がある

情報や、対策方法に関する情報をソーシャル

サイバーセキュリティにおいて、攻撃側とメディア上で提供した。しかし、これらは大防御側の持つ情報には非対称性がある。その量かつ広範囲な情報であり、第三者の人手にため、防御側は、情報収集を通じてあらゆるよる情報収集・分析が追いつかない状況であ可能性を想定し、サイバー攻撃に備えなけれった。同ライブラリは様々なシステムで利用ばならない。例えば、自身のコンピュータのされていたため、職人的な作業による情報収防護だけでなく、ネットワーク上で利用する集・分析・評価に限界があり、情報が出そろサービスからの侵入を視野に入れて、ネット

うまでに数ヶ月を要した。

ワーク防護策や追加の認証システム導入をし２．研究計画たり、ソフトウェアの更新内容を確認したり次の点を令和 5 年における研究計画のマイする必要がある。すなわち、防御側は、自身

ルストーンとして取り組む。既存研究のサーの管理外のシステムに対するサイバー攻撃情

ベイ及び新たな脅威情報を発信するアカウン― 210 ―

TOPへ戻るトから構成される集団のうち、有効な情報を

機械学習を用いて特定する方法を提案発信したアカウントが言及・参照する割合にした。（Jones, K., et al. Behind the

着目することで、サイバー攻撃に関する情報

Mask:を検知するシステムを検討する。

Anonymous’A

Computational

Study

of

Presence on Twitter,2020）

これまで有効な情報を発信するアカウント・の特定が可能あることが分かっている。そこ

飯尾は、Twitter のトレンドを共起ネ

で、共起ネットワークとコサイン類似度を用ットワークとコサイン類似度から分析

いて、これらのアカウントが新規のサイバー

す る シ ス テ ム を 提 案 し た 。（ Iio, J.,

攻撃情報に表れるキーワードを参照・言及す

TWtrends:

るタイミングや振舞いを明らかにする。

Extraction

The
from

Topic-Graph
Twitter

Trends,2019）
サーベイの結果、本研究と既存研究の違い

３．計画の進行状況
既存研究のサーベイについて、次の通り実は、サイバー攻撃の兆候となる情報をアカウ
ントの振る舞いから検知する事にある。既存施した。
国内外の研究動向について、ソーシャルメ

研究は、脅威情報に関連するアカウントの集

ディア上のコミュニティやアカウントの分類

団を見つけるための研究であり、サイバー攻は機械学習の応用で可能なことがわかってい撃に関する情報のパターン分析には不十分でる。また、Twitter のトレンドは共起ネット

あることがわかった（）。

ワークとコサイン類似度から分析可能である

そこで、収集した脅威情報を他の対策と組ことがわかっている。関連研究は次の通りで

み合わせてセキュリティを強化することで、ある。

リスクの低減が可能であることがわかった。

・・

Mahani らは、機械学習を用いて、ソー

例えば、収集した情報をファイアウォールや

シャルメディア上で有効な情報を発信

不正侵入防御システムと連携することで、収するアカウントを特定する方法を提案

集した情報を対抗策として適用することが出した（Mahaini, M., et al, Detecting

来る。また、収集した情報をマルウェア情報

cyber

Twitter

共有プラットフォーム（Malware Informationaccounts and different sub-groups: a

Sharing Platform: MISP）と組み合わせるこ

multi-classifier approach, 2021）とで、異なる組織間での脅威情報の共有が可Jones らは、サイバー攻撃を展開する能となる。

security

related

アノニマスに関連するアカウントを、

図 1

既存研究と本研究の違い― 211 ―

TOPへ戻るまた、X（Twitter）による情報収集機構になって、組織のセキュリティ対応チームがサついても検討した。しかしながら、X 社が 2023

イバーセキュリティ事案対処の一部の自動化

年以降に API を用いて投稿を取得する料金ををしようとするプロジェクトを推進している。

大幅に引き上げたため、本格的な分析に至る

このプロジェクトは IntelMQ と呼ばれており、ことはできなかった。

IHAP （ Incident

Handling

Automation

本研究による情報収集の自動化は、脅威のProject）として欧州各国の CSIRT が、事案対発生から対抗策の実施までの時間を短縮する。

処における情報基盤整備を目指して活動してセキュリティベンダ等の大きな組織間での脅いる。本研究の成果は、事案対処の一部自動威に関する情報交換は、MISP 等により標準化化に貢献するものであり、サイバーセキュリが進んだことにより、従来よりも短い時間でティ強化に向けた国際連携のきっかけを作り情報を共有することが出来る。しかし、脅威出すことが出来る。

の発生から脅威の検知までの時間の長さは依然として課題である。脅威情報の収集・検知
はリソースの不足等の要因により時間の短縮が難しい。また、専門知識を有した人材であっても、新たな脅威情報を見逃す可能性がある。そのため、今後本研究はこの課題の解決にむけて、自動的に脅威情報を検出する機構を開発する。
４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況
今後の計画として、波及効果をねらった研究の推進を行う。本研究の波及効果はソーシャルメディアを利用したサイバーセキュリテ
ィ研究が誰でも出来るようになることである。
これまで困難であったソーシャルメディア上の情報から脅威情報を検出するための理論構
築とシステム開発を行い、その成果を共有することで、様々な組織や個人が自身の目的に合わせてソーシャルメディアを利用したサイバーセキュリティ研究ができるようになる。
学術的な波及効果は、現在注目を浴びつつあるソーシャルメディアを利用したサイバー
セキュリティ研究において新たな脅威検出機
構を提案することにある。これをさらに発展させることで、サイバーセキュリティ脅威イ
ンテリジェンス（CTI）の一部を自動化し、より高度な分析につなげることが可能である。
また、本研究の成果を活用した国際連携も可能である。例えば、欧州の CSIRT が中心と

― 212 ―

TOPへ戻る

神経幹細胞の活性化作用を有する
抗新型コロナウイルス薬の開発研究
生命科学科

須原

共同研究者
鹿児島大学 医学部 医学科

義智

岡本

実佳

がある。一方で、ビタミン K 3 が SARS-CoV-2 の１．序論（はじめに，まえがき，目的）
COVID-19 の治療薬は、自宅療養患者が増増殖に必須の酵素を阻害することが報告された

加 している現 在 、自 宅 で服 用 でき、かつ治 療 効ため、上記の化合物ライブラリーから抗 SARS-

果の高い経口薬が求められている。最近になっ

CoV-2 活性を示す化合物を調べた。その結果、て SARS-CoV-2 に特化した経口薬が開発され

1- 3 が SARS-CoV-2 を感染させた細胞の細胞てきてはいるが、いずれも治療効 果は限定的 で死 を濃 度 依 存 的 に抑 制 し、現 在 臨 床 で使 用 さある。また、COVID-19 が引き起こす後遺症は、れている「レムデシビル」の約 1/10 の抗 SARS-

味 覚 障 害 や筋 力 低 下 、頭 痛 など多 岐 に及 んで

CoV-2 活性を示すことを明らかにした (論文投おり、現時 点では確立 された治療 法がないため、 稿中)。このように、化合物 1- 3 は分化誘導作症 状 に応 じた対 症 療 法 が基 本 となっている。こ

用と抗ウイルス活性の両方の機能を有するバイのような背景の中、本研究グループは前述のよファンクショナル (bifunctional) な化合物である

うに、天然のビタミン K が神経幹細胞をニューロ

ことを見出した。また、これらの誘導体が両方のンに分 化 させる作 用 を持 つことを見 出 した。さら活 性 を有 する鍵 は、側 鎖 と側 鎖 末 端 部 分 の構に、側 鎖 末 端 部 分 を様 々な置 換 基 で修 飾 した造と脂 溶 性 度であることがわかった。そこで、以誘導体を合成して化合物ライブラリーを構築し、上 の予 備 的 な研 究 成 果 を踏 まえ、神 経 幹 細 胞

その中から神経幹 細胞 を活性化してニューロンの活 性 化 作 用 を併 せ持 つ、より有 効 性 や安 全への分 化 を誘 導 する作 用 が天 然 より強 い化 合性に優れた新 規抗 SARS-CoV-2 薬の候 補化

物 1 - 5 を見 出 した （ 図 １ ） [J Med Chem,

合物を創製することを目的とした。

2015]。 これらニ ューロンへの分 化 誘 導 作 用 を

２．研究計画

示 す化 合 物 は、COVID-19 の重 篤 な後 遺 症 で

研 究 計 画 の流 れは次 の通 りである。１ ） 新 た

ある脳 梗 塞 血 栓 症 の症 状 を改 善 できる可 能 性

な化 合 物 ライブラリーを構 築 し、in vitro アッセ

図 1 ビタミン K 誘導体の構造式― 213 ―

TOPへ戻る図２

コンビナトリアル合成による多種多様な誘導体の合成

イで抗 SARS-CoV-2 活性を調べる。高活性を

TMPRSS2 細胞に SARS-CoV-2 を感染させると示した化合物について、神経幹細胞に対する分同時に化合 物を添加する。さらに３ 日間培 養後 、化誘導活性をスクリーニングにより評価する。２） 細胞の生存率を色素法で測定し、死滅していた両方に活性を示した化合物の標的タンパク質を場合は SARS-CoV-2 に対する効果なし、生存明らかにし、in silico 解析により、強く作用するしていた場 合 は効 果 ありと判 断 する。効 果 が強新規化合物の探索を行う。３）in vivo 試験を行かった化 合 物 については、さらに強 い作 用 を目い、 効 果 や 安 全 性 を 検 討 する。具 体 的 には以指 して、化 学 構 造 の最 適 化 を行 う予 定 である

下の研究計画に従って研究を進める。

（図３）。

【2023 年度の計画】:：１）-A コンビナトリアル合１ ） -C 神 経 幹 細 胞 のニューロンへの分 化 誘 導成 による化 合 物 ライブラリーの構 築 先 行 研 究

活性を有する新規ビタミン K 誘導体の選別 1)-

で高活性を示したビタミン K 誘導体の化学構造

B で選別した化合物について、本研究グループ

式を基にして、主にその側鎖部分を様々な官能が開発した高効率な ハイスループット・スクリー

基 に変 えた周 辺 化 合 物 を合 成 する。合 成 方 法

ニング 法により神経分化誘導活性 を持つ化合は多種多様の化合物を網羅的に合成する「コン物を選 別 する。このとき細 胞 は取 扱 いが簡 単 でビナトリアルケミストリー」 の手 法 を応 用 して、ビ

再 現 性 の高 い、市 販 の株 化 されているヒトの脳

タミン K の構造を基本に、環部分と側鎖部分、神経幹細胞を用いる。具体的な評価方法として、

末 端 部 分 に分 けて行 う（ 図 ２ ） 。また、側 鎖 と側化合物添加により神経幹細胞から分化したニュ

鎖末端部の脂溶性（log P 値）も考慮に入れる。

ーロンの表 面 に特 異 的 に発 現 するタンパク質１）-B（ Microtubule-Associated

抗 SARS-CoV-2 効果を有する新規ビタ

ミン K 誘導体の同定と化学構造の最適化 上Protein2 ） のmRNA 発現量を PCR によって定量し発現量の記 1)-A で構築した化合物ライブラリーについて、 高かった化合物を抽出する。
本研究グループが樹立した in vitro アッセイによ【2024 年度の計画】：２）-A 高活性を示した化り 抗 SARS-CoV-2 活 性 を 判 定 し 、 活 性 化 合合物を用いた作用機序の解析 上記１）-C によ

物 を選 別 する。具 体 的 には、まず SARS-CoV-る 検 討 で 得 ら れ た 化 合 物 に つ い て 、 SARS-

2 に 対 し 高 い 感 受 性 を 有 す る VeroE6/

CoV-2 に対する作 用 機 序の解 析 を行う。timeof-addition 試 験 を行 い、当 該 薬 剤 のウイルス
増 殖 サイクルにおける作 用 段 階 を類 推 する。さらにウイルス由 来 の各 種 タンパク(酵 素 )を用 い
た阻 害 試 験 により、標 的 分 子 を絞 り込 む。薬 剤の標 的 が宿 主 細 胞 因 子 と考 えられる場 合 には、DNA マイクロアレイ法 やプロテインアレイ法 、リ
アルタイム RT-PCR 法 により、標 的 分 子 の同

図３ 化合物の抗 SARS-CoV-2 効果の判定および最適化の手法定、検証を行う。 一方、神経幹細胞をニューロ― 214 ―

TOPへ戻るンへ分化させる作用機 序は、これまでの我々のまないときは、どちらかの作 用 に特 化 した化 合

研 究 により代 謝 型 グルタミン酸 受 容 体 を介 して物の開発にシフトする。もしくは化 合物の作用 メいることが予想されているため、この研究で得ら

カニズムを再 検 証 し、化 合 物 デザインを再 考 す

れた化合物で確かめる。

る。
３．計画の進行状況

２）-B In silico 解析による標的分子にさらに強く作用するリガンドの設計 上記 2)-A で明らかにビタミン K が SARS-CoV-2 の治療薬になり得された情 報 を基 にして、標 的 分 子 に強 く作 用 する可 能 性 に着 目 して、当 研 究 室 では鹿 児 島 大

るリガンドを計 算 化 学 の手 法 を用 いて設 計 する。 学ヒトレトロウイルス学共同センターと共同研 究
すなわち、PDB (Protein Data Bank) に収載さ を 行 ってい る 。 VeroE6/TEMPRESS2 細 胞 （ 2 ×
4
れている場合は、その X 線結晶構造を基にして、 10 cells/well）を播種し、37 ℃で 24 時間培養
リガンド結合部位に結合する化合物の至適コン 後 、SARS-CoV-2 に感 染 させて当 研 究 室 で合フォメーションやファーマコフォア、結 合 ポケット成した約 60 種類のビタミン K 誘導体で処理しの疎水性、結合エネルギーなどを検討し、いくつた。さらに 37 °C で 3 日間培養した後、生細胞かの候補化合物を設計する。

の生存率を確かめるため MTT assay を行い、そ【2025 年度の計画】： ３） In vivo 試験の検討の EC 50 （半数効果濃度）及び CC 50 （半数傷害濃In vitro 試験により有望な候補化合物が見つ度）を求めた。その結果、ビタミン K 誘導体の中かった場合は、COVID-19 の動物 モデルとしてでも、MK-2 の側鎖末端に環構造を有する置換

ハムスターまたは hACE2 トランスジェニックマウ

基 を導 入 した誘 導 体 でのみ感 染 細 胞 の生 存 率スを用いた動物試験により、効果や安全性を検の上 昇 が見 られた。また環 構 造 の中 でもプリン討する。

骨格を有する構造を導入した誘導体の多くで強＜研究が当初計画どおりに進まないときの対応

い毒性が見られたが、プリン骨格の 6 位に Cl を

＞2024 年度までに研究が当初計画どおりに進導入した誘導体 2a は毒性が見られず、最も強2EC 50 =70.8 µM
CC 50 > 100 µM

2a
EC 50 =70.8 µM
CC 50 > 100 µM(EC 50 =4.2 µM)

図４ 抗 SARS-CoV-2 活性を示すビタミン K 誘導体― 215 ―

TOPへ戻るい活性を示した。しかしながら、MK-2 誘導体 2a3CL プ ロ テ ア ー ゼ 阻 害 作 用 を 有 す るの抗 SARS-CoV-2 活性は既存の治療薬である

menadione 誘 導 体 の 探 索 」 , 第 67 回 日 本

レムデシビルの約 1/15 であるため、さらなる活薬学会関東支部大会, 2023.9.16

性の増強が必要であった。

4. 小 原 沢 諒 人 、早 川 真 由 、本 間 大 暉 、金 子 達 哉 、
廣田佳 久、須原義 智. 抗ウイルス作用の増強

４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表を目指した VK 誘導体の合成」, 次世代のビタ

状況

ミン学に繋げるイノベーションミーティング,

先行研究では、核酸塩基を導入した MK-2 誘2023.11.11-19

導体 2a に最も高い抗 SARS-CoV-2 活性が見られた。RDV を始めとした RdRp 阻害剤のほとんど 論文等投稿
は核 酸の構 造を模倣 しており、MK-2 誘導 体 2a 1. Koharazawa R, Hayakawa M, Takeda K,は側鎖末端にアデノシンを持つ RDV と構造が一Miyazaki K, Tode C, Hirota Y, Suhara Y*.

部 類 似 している。そこで、さらに高 活 性 を示 す誘

Exploring

2-methyl-substituted

導体の創製を目指して、次のような MK-2 の側鎖

derivatives

with

末端に様々な核酸 塩基 を導入した化合 物をデザ

against the 3CL protease of SARS-CoV-2.

イン・合成することにした。

Bioorg Med Chem Lett. 2024, 100, 129642.

１） アデニン以外の核酸塩基であるウラシル、チ

2. Homma

T,

potentOkamotovitamininhibitory

M,

K3

activity

KoharazawaR,ミン、シトシン、グアニンを導入した誘導体

Hayakawa M, Fushimi T, Tode C, Hirota Y,２） ウラシルとチミンの基本骨格であるピリミジン

Osakabe N, Baba M, Suhara Y*. Exploring

骨格の 5 位にハロゲンである-F, -Cl, -I およNovel Vitamin K Derivatives with Anti-SARS-

び-CN を導入した誘導体

CoV‑2 Activity. ACS Omega. 2023, 8, 4224842263 (IF:4.1)

３） リード化合物である 2a を基に、プリン骨格の6 位に-Cl、2 位に-F または-NH 2 を導入した

3. 須原義智*, 岡本実佳, 新型コロナウイルス

誘導体

感染症とその後遺症に対する治療効果を併

４） 誘導体 2 の末端の 1,4-ナフトキノン環の 5 位

せ持 つ薬 剤 の創 製 . 月 間 バイオインダストリ

ー , 11, 8-15, 2023.

と 8 位に-OH を導入した誘導体
今 後、これらの化合 物 を合成 し、抗ウイルス活性や細胞毒性を検討していく予定である。
学会発表
1. 小原 沢 諒 人, 岡 本 実 佳, 本 間 大 暉, 早 川真由, 廣田 佳久, 馬場 昌範, 須原 義智.
抗 SARS-CoV-2 活性を有するビタミン K 誘導
体 の 創 製 , 日 本 ビ タ ミ ン 学 会 第 75 回 大 会 ,2023.6.18
2. 小 原 沢 諒 人 、 早 川 真 由 、 廣 田 佳 久 、須 原 義
智. 3CL プロテアーゼ阻害活性を有するビタミ
ン K 誘導体の探索, 第 65 回天然有機化合物討論会, 2023.9.15
3. 小原沢諒人、早川真由、廣田佳久、須原義智.

― 216 ―

TOPへ戻る動的状況時のアキレス腱力学特性の非侵襲簡易計測システ
ムの開発
生命科学科

山本 紳一郎

共同研究者
生命科学科 赤木亮太

１．序論（はじめに，まえがき，目的）

脊髄損傷者(以下，脊損者)の歩行機能回復
訓 練 に は股 関 節 可 動域 増 大 と アキ レ ス 腱 から の 求 心 性 入 力 (図 １ )や 足 底 負 荷 等 の 求 心
性 入 力 が重 要 な 要 素で あ る と 提唱 さ れ て いる(Dietz ら, J. Appl Physiol 2004)．股関節可動 域 は 容易 に 計 測 可能 で あ る が， 歩 行 訓 練
時のアキレス腱求心性入力(=力学特性)は容易に計測できない．また，中高年者に多発す

図１ アキレス腱の脊髄神経機構

る ア キ レス 腱 断 裂 は， 日 本 で は年 間 発 生 率として 10 万人に約 30 名である．突発的に生じ る た め に予 防 手 段 が確 立 さ れ てお ら ず，も し 走 行や 跳 躍 等 の動 的 条 件 下で も ア キ レ
ス 腱 力 学特 性 が 容 易に 計 測 で きれ ば ， な ん
ら か の 予防 手 段 も 確立 で き る ので は な い かと考えられる．アキレス腱力学特性は，床反力 計 と 三次 元 動 作 解析 を 用 い て足 関 節 ト ル
ク を 算 出し ， 超 音 波画 像 か ら モー メ ン ト アー ム を 算出 す れ ば 間接 的 に 推 定で き る ． し

図２
力発揮時のアキレス腱の形状変化
Obst et al(J Appl Physiol 2014)

か し な がら ， 計 測 には 制 約 が 多く 高 額 な 計
測 機 器 も必 要 と な るだ け で な く， 多 人 数 のに多くの課題があるために約 30 年もの間，計測には無理がある．1990 年代には Komi ら取り 組 む 研 究者 が い な かっ た と 考 えら れ る．

が ア キ レス 腱 張 力 簡易 計 測 デ バイ ス を 開 発

これらのことから，困難な技術的問題はあし た が ，あ く ま で 研究 用 の 開 発で あ り 汎 用

るが，歩行や走行，跳躍等の動的条件下のア性がなく，未だに実用化できていない．図２

キ レ ス 腱力 学 特 性 を非 侵 襲 か つ簡 易 的 に 計の よ う にア キ レ ス 腱は 力 発 揮 によ り 複 雑 に

測 で き るシ ス テ ム が開 発 で き れば ， 様 々 な形 状 変 化し ， 内 部 組織 で あ る アキ レ ス 腱 力

運 動 機 能障 害 者 の 歩行 訓 練 時 の免 荷 量 や 強

学 的 特 性を 皮 膚 上 から 推 定 す るに は 技 術 的

度 の 処 方や ア キ レ ス腱 断 裂 を 予見 ・ 予 防 す― 217 ―

TOPへ戻るアキレス腱力学特性計測デバイスの詳細
設計と強度評価を実施し，試作機を３D プ
リンタによって製作する（図３:デバイス設
計案と LT 算出方法）．また，シミュレーシ
ョ ン に よる 構 造 解 析で は ， ア キレ ス 腱 は 運
動 時 に はほ ぼ 常 に 力発 揮 さ れ ，図 ２ の よ うに 複 雑 な形 状 変 化 を呈 し て い る． そ の た め
図３ アキレス腱力学的特性計測
デ バ イ ス 設 計 案 と LT 算 出 方 法

力 学 特 性を 詳 細 に 推定 す る に は困 難 を 極 め

る た め の有 益 な 計 測が 可 能 と なる ． ま さ に
誰 も 達 成で き て い ない 挑 戦 的 研究 で あ る といえる．
本 研 究で は ， ア キレ ス 腱 張 力計 測 だ け でな く ， 腱形 状 変 位 も自 作 デ バ イス に よ っ てる．本研究では，簡易的にアキレス腱を皮膚
表 面 か ら挟 み ， 微 小な 腱 幅 変 化や 反 力 を 計測するデバイスを製作し（図３），それらのパ ラ メ ータ か ら 力 学的 特 性 を 推定 す る こ とを 試 みる ． さ ら に有 限 要 素 法を 用 い た 動 的

計測し，横弾性係数(Lateral Stiffness: LT)とシ ミ ュ レー シ ョ ン によ る 構 造 解析 も 進 め ，して算出する．そこから縦弾性係数（ヤング

ど の 箇 所に ど の 程 度の 応 力 変 化が 生 じ る の率）やポアソン比，張力等の力学特性を動的かを検討する．

条 件 下 でも 簡 易 的 に推 定 で き るデ バ イ ス を歩 行 訓練 シ ス テ ムに ア キ レ ス腱 力 学 特 性開発する（図３:デバイス設計案と LT 算出

計 測 デ バイ ス を 組 み込 み ， 健 常若 年 者 で 安

方 法 ）． 各 パ ラ メ ー タ の 推 定 値 は 機 械 学 習

全 性 を 充分 に 確 認 した 後 ， ア キレ ス 腱 断 裂（U-NET 等）を用いて精度向上を図る．さの 恐 れ があ り 力 学 特性 が 異 な る中 高 年 者 にら に 生 体内 部 組 織 の硬 度 を 計 測で き る 最 新対する臨床評価実験を実施する．

の超音波画像診断装置（エラストグラフィ）を 用 い て， ア キ レ ス腱 力 学 特 性の 較 正 を 行

３．計画の進行状況と今後の計画

う．また，申請者らがこれまで義足ソケット

本研究課題は，科研費（挑戦的研究（萌芽））の シ ミ ュレ ー シ ョ ン解 析 を 研 究し て き た ノに応募した内容であり，2 年間の研究期間でウハウを生かして，有限要素法(FEM)を用い申請している．本プロジェクト研究課題では，

た ア キ レス 腱 お よ び計 測 デ バ イス の 構 造 解研究としての見通しを得るために，初年度に

析（LS-Dyna 使用）も行い，最適なデバイス

計画されていた内容をあらかじめ進めた．そ設 計 お よび 計 測 方 法， 推 定 方 法の 検 証 を 行

こで，まずはアキレス腱力学特性計測デバイ

う． した がっ て ， 本 研究 課 題 で は， 座 位，スの詳細設計と強度評価を実施し，試作機を

静 止 立 位等 の 静 的 条件 下 だ け でな く 歩 行 や製作した．製作した試作機を図４に示した．

走 行 ， 跳躍 等 の 動 的条 件 下 で もア キ レ ス 腱

試作機の評価実験を実施した．対象者はア

力 学 的 特性 を 計 測 ・推 定 で き る評 価 法 の 考案と，その計測システムの開発，さらに別途
開 発 中 の免 荷 式 ト レッ ド ミ ル 歩行 訓 練 シ ス
テム（図４）や動的立位バランス訓練システ
ム に 組 み込 む こ と を最 終 目 標 とす る ． ア キ
レ ス 腱 断裂 へ の 予 見・ 予 防 対 策の 一 助 に もなり，さらなる波及効果といえる．
２．研究計画図４― 218 ―

試作したアキレス腱機械的特性計測デバイス

TOPへ戻るし期において，全パラメータでピーク値に到達した．立脚期中期の範囲(薄橙色)において，ATF は増加した．それに伴い，非侵襲型計測デバイスで計測した反力は増加，押し込み量は減少した．反力と押し込み量の変化の影響を受けたことから Lateral stiffness は増加した．これらは，ATF と Lateral stiffness の関係性において材料力学的性質の考えである
幾何剛性を示唆する結果となった．
図 ６ に は 全 対 象 者 のATF-Lateral

stiffness の単回帰 分 析の結果 を 示した．対象者ごとの線形回帰式を求め，算出した決定係 数 は r2=0.899 ± 0.114(Range ： 0.603 ～
図５各計測パラメータの典型波形

0.987)と高い決定係数を示した．しかし，対象者間において回帰式のばらつきがみられた．
ATF-Lateral stiffness には時計回りのヒス
テリシスループが存在し，アキレス腱が粘弾性という先行研究を支持する結果となった．
今後の展望として，科研費・挑戦的研究（萌芽）採択に向けたアプローチを検討する必要がある．試作した計測デバイスでは，個人間のバラツキが非常に大きいため，汎用性のあるデバイスとしては使用できないことが判明

図 ６ 計 測 デ バ イ ス か ら 得 ら れ た Lateral Stiffness と ATFとの関係した．したがって，どのように汎用性のある

キレス腱に疾患歴のない健常成人男性 11 名
(年齢： 22 1[year]，身長 169.5±6.8[cm]，
体重 67.5±10.0[kg])であった．開発した計測デバイスをアキレス腱遊離腱部に装着し，歩行，歩行路上に設置された路上に設置された 3 枚のフォースプレートフォースプレート
を各々1 歩ずつ踏むように指示した．被検者の歩行動作を計測するために，左右の第三中足骨，外顆，踵骨隆起，膝関節るために，左右の第三中足骨，外顆，踵骨隆起，膝関節中心に中心に計計 8 個の個の反射マーカーを配置し，
3次 元 動 作 解 析 シ ス テ ム （ MAC3D,

計測デバイスとして成立させるか何らかのブ
レイクスルーが今後の大きな課題である．ブ
レイクスルーできる見込みのある提案をできれば挑戦的研究として魅力ある申請ができるのではないかと思われる．また，これまでは脊損者等の障害者の歩行訓練システムの開発の一環として提案してきたが，さらに多くのニーズが見込まれる中高年者のアキレス腱断裂の予防対策という切り口で提案していくこ
とも今後の一つの取り組みであると思われる．
したがって，今後は中高年者のアキレス腱断裂対策を踏まえて，アキレス腱断裂を起こしやすい年齢層と若年層との比較検討を実施しMotionAnalysis 社）によって計測した．
本計測では，立脚期のアキレス腱の張力ていきたい．

（ATF），横弾性係数（Lateral stiffness），
反力，押し込み量を計測した（図５）．蹴り出― 219 ―

TOPへ戻る４． 学会,論文等投稿・発表状況
1) 宮田朋実，山本紳一郎：非侵襲型アキレス腱張力計測デバイスの開発：第31回ライフサポート学会フロンティア講演会：
東京大学

本郷キャンパス：2022.3.7-82) 吉崎文崇，赤木亮太，山本紳一郎：非侵襲型計測デバイスを用いた歩行中におけるアキレス腱力学的特性の推定：第30回
ライフサポート学会フロンティア講演会：東京都市大学 世田谷キャンパス：2021.3.9
3) Fumitaka Yoshizaki, Shin-ichiroh Yamamoto:Development of Achilles tendon force
measurement device -Lateral mechanicalproperties of the Achilles tendon-, 42th
Annual International Conference of the IEEE
Engineering in Medicine and Biology
Society, Montreal,Canada, 2020.7.21
4) Fumitaka Yoshizaki, Yoshiyuki Shibata，
Shin-ichiroh Yamamoto,: Study onMorphological Change of Achilles Tendon
for Development of Achilles Tendon Force
Measuring Device ,The 14th South East
Asian Technical University Consortium(SEATUC) Symposium, Thailand, 2020.2.27
5) 吉崎文崇，赤木亮太，山本紳一郎：非侵襲型計測デバイスを用いた歩行中におけるアキレス腱力学的特性の推定：第 30 回
ライフサポート学会フロンティア講演会：東京都市大学 世田谷キャンパス：2020.3.96) 吉崎文崇，山本紳一郎：非侵襲計測デバ
イスを用いた歩行中のアキレス腱張力の推定：日本生体医工学会関東支部若手研究者発表会 2020：芝浦工業大学 大宮キ
ャンパス：2020.12.12― 220 ―

TOPへ戻る生細胞イメージング画像の AI 分類による
マクロファージ表現型識別法の開発
生命科学科

中村

奈緒子

共同研究者
東京医科歯科大学生体材料工学研究所

木村剛

る情報は、細胞個々の遺伝子発現量やサイト

１．序論
本研究課題の目的は、マクロファージの表

カイン産生量ではなく、細胞集団の遺伝子発現型（M0/M1/M2）の識別のための生細胞イ

現量やサイトカイン産生量の総和あるいは平メージング画像の AI 分類である。AI 技術と均であるため、全体的な傾向を解析している

して深層学習による画像分類を導入することことになる。申請者らもマクロファージの表

で、新たな細胞分極評価法を確立する。具体現型を評価するなかで、「 マクロファージは集的には、マクロファージの表現型と細胞画像団として同時に同一の表現型となるとは限らを学習させ、表現型が未知のマクロファージ

ないのではないか？」との疑問が出てきた。

の画像を評価させることで分極を明らかにす免疫染色では個々の細胞を観察できるものの、る。タイムラプス撮影により、同一細胞の画

経時的に同一細胞を評価できない。しかしな像を経時的に取得する。また、生細胞イメー

がら、マクロファージの表現型は外的環境にジング画像として、細胞トラッキング可能な応じて可逆的に変化するため、「 経時的な遺伝

生細胞染色にて染色した細胞の蛍光顕微鏡画

子発現量やサイトカイン産生量の定量では同像を用いる。

じ結果を示しても、個々のマクロファージは人工臓器や再生医療用足場材料などの生体変化しているのではないか？」と考えた。こ内に移植されるバイオマテリアルは、マクロ

れに対し、「 非侵襲的な生細胞イメージングにファージなどの作用により、生体の炎症反応て得られる画像からマクロファージの表現型の一種である異物反応を引き起こすことが知を識別できれば、同一細胞を経時的に評価でられている。そのため、バイオマテリアル研

きるのではないか？」と考えた。マクロファ

究ではマクロファージをバイオマテリアル上ージは表現型によって、その形状が異なるこで培養し、未分極マクロファージ（M0）が、とが報告されているものの、形状から表現型

炎症促進作用を示す M1、炎症抑制作用を示を識別するまでには至っていない。深層学習

す M2 型のどちらの表現型に誘導されるかを

による画像分類の導入により、マクロファー評価する。遺伝子発現解析や免疫染色は細胞ジの形状情報を表現型の識別に応用する点がを殺して実施するものであり、経時的評価に

本研究課題の特徴である。また、本手法は、は、時間ごとに別のサンプルを準備する必要

細胞を生存させたまま経時的に観察することがある。遺伝子発現解析や ELISA で得られを可能とする。また、この技術はバイオマテ― 221 ―

TOPへ戻るリアルに接着して機能発現を行う上皮細胞やにおける細胞小器官の特徴を明らかにできる

間葉系幹細胞の分化評価にも活用できる。さと考えた。また、バイオマテリアル上に播種らに、経時的な評価が必要な薬物スクリーニした細胞を観察するためにはバイオマテリア

ングなど、様々な細胞応答性の評価にも応用

ルが光を透過する必要がある。そこで本研究可能である。学術的に広く貢献できる点が本

課題では、申請者らがこれまでに研究対象と研究課題の創造性である。

してきた生体由来材料を用い、材料特性の一AI を 用 い た 細 胞 画 像 の 識 別 に 関 し て は 、つである表面形状をシリコーン樹脂と透明度

iPS 細胞に関連する報告が多い。その一つとの高いアクリルアミドに転写することで、表して、iPS 細胞の血管内皮細胞への分化を、面形状に注目したバイオマテリアルとマクロ細胞が生きた状態で撮影可能な位相差顕微鏡

ファージの応答性を評価する。

画像を用いて識別する手法が報告されている本手法は、細胞を生存させたまま経時的に（ D. Kusumoto, et al. Stem Cell Rep.,

観察することを可能とする。そのため、バイ

2018）。 申 請 者 ら は す で に 非 侵 襲 で 観 察 可 能

オマテリアルのサンプル数の削減や、経時的な位相差顕微鏡画像を用いたマクロファージに変化するバイオマテリアルに対するマクロの細胞画像分類に取り組み、約 80%の判定精

ファージの評価にも有用である。また、この度が得られた。位相差顕微鏡画像では細胞に技術はバイオマテリアルに接着して機能発現処理をすることなく画像取得ができるものの、を行う上皮細胞や間葉系幹細胞の分化評価に

バイオマテリアルに接着した細胞の評価にはも活用できる。さらに、経時的な評価が必要

バイオマテリアルの映り込みが判定精度に影な薬物スクリーニングなど、様々な細胞応答

響してしまう。そこで、細胞のみの画像を取性の評価にも応用可能であり、学術的に広く得できる蛍光顕微鏡画像を用いることとした。

貢献できる。

蛍光顕微鏡画像を用いたマクロファージの細２．研究計画

胞画像の分類では、細胞核と細胞骨格のアク本研究課題は 3 年間の計画とし、検討項目

チンを染色して表現型を識別した報告がある①、②、③の 3 つの要素技術に関する検討を（ Hassan M. Rostam, et al. Sci. Rep.,

実施する。

2017）。 こ の 染 色 は 細 胞 膜 透 過 処 理 の 必 要 が① マクロファージの各表現型の蛍光顕微鏡

あり、細胞は死ぬため、生きた細胞の経時的画像取得（データセット作成）

な変化は捉えられない。そこで種々の簡易なマクロファージ細胞に分極誘導因子を添加

生細胞イメージング（非侵襲）で取得した蛍

し、M1/M2 マクロファージへの分極を評価す

光顕微鏡画像を用いることで、外的環境に応る。一般的に利用されている細胞質、小胞体、じて可逆的に変化するマクロファージのバイ

細胞骨格、核等の生細胞トラッキング染色試

オマテリアル上での表現型の識別を実現でき薬を単独あるいは複数の組み合わせで染色するとの着想に至った。生細胞染色法には、細る。タイムラプス蛍光顕微鏡撮影した後、各胞質全体を染色するものから、細胞の一部で表現型マーカーの免疫染色により、正解デー

ある細胞骨格、小胞体、細胞核などの小器官

タとなる個々の細胞の分極を評価する。

のみを染色するものまで様々である。現時点

MATLAB で 画像 抽 出 し 、免 疫 染 色 によ り 確

では何が各表現型を特徴付けるのかは明らか

認した表現型の情報を紐付ける。

ではない。そこで、各生細胞染色法による識② 蛍光顕微鏡画像の分類のための AI 構築

別精度を比較することで、表現型の識別に有学習を行い、評価用データのマクロファー

用な生細胞染色法の特定とともに、各表現型

ジの表現型を評価する。深層学習には、― 222 ―

TOPへ戻る

MATLAB および Python を用いる。判定精度が不十分な場合には、取得した画像データに画像処理を加えることや、細胞周期を考慮するなどして、判定精度の向上を図る。生細胞
染色試薬の違いによる判定精度を比較し、マクロファージの画像分類に適した生細胞染色
試薬とその組み合わせを明らかにする。
③-1 種 々 の 表 面 形 状 を 有 す る バ イ オ マ テ リ
アルの作製とマクロファージの応答性評価
生体組織に近い三次元構造を有する脱細胞化組織を用いる。マクロファージを播種し、細胞接着後に最も高い判定精度が得られた生細胞染色手法で染色し、72 時間タイムラプス

Fig. 1 各モデルの精度指標撮影する。②の AI で評価する。
③-2 構築した AI のバイオマテリアル上のマ

機械学習

クロファージへの応用可能性評価

シングルセル画像から画像サイズごとにラ72 時 間 後 に 各 表 現 型 マ ー カ ー で 免 疫 染 色

ンダムに 100、500、1000、2000、3000 枚のして表現型を評価する。免疫染色結果と③-1

画像抽出を行い、その 8 割を学習データ、1の AI で得られた 72 時間後の識別結果を比較

割を評価データ、1 割をテストデータとした。

し、開発したシステムのバイオマテリアル上

条件ごとに 10 個の独立したデータセットをの細胞への応用可能性を評価する。

用意し 、CNN モデル に学習 させ て評価 を行った。タイムラプス画像から分裂期の細胞の面積と円形度を ImageJ で測定した。蛍光染

３．計画の進行状況
2023 年 度 は 実 験 計 画 の ① お よ び ② の 一 部

色 画 像 か ら M1 と M2 の 面 積 と 円 形 度 をPython で測定した。

を実施した。

Fig. 1 に各条件で学習させて得られた精度、

マクロファージ分極誘導
マウスマクロファージ J774A.1 を 3.6 cm 2

適合率、特異度、を示した。精度はおよそ 0.7

に対して 2.5×10 4 cells を播種し、24 時間イから 0.8 であり、枚数の増加が精度に僅かなンキュベートして接着させた。その後 M1 分

影響を与えている傾向はあったが効果的なも極誘導因子である IFN-γ と LPS、M2 分極誘のではなかった。シングルセル画像の大きさ

導因子である IL-4 を添加し、分極誘導を行っは精度に寄与しなかった。これらの結果は枚た。

数を増やすことで一部条件下では若干の精度

蛍光染色細胞撮影と画像処理の向上が見られるがシングルセル画像の大きCalcein-AM 染色した各表現型細胞を蛍光さが精度に対して寄与する割合は低いことが顕微鏡にて 40 倍レンズで撮影した。その後、わかった。また、現状のデータセットではこ取 得 画 像 の 細 胞 の み を Python の Cellpose

れ以上の精度向上は難しいことが示唆された。

1.0 モジュールでセグメント化し、重心を中適合率と特異度を比べた際、わずかではある

心として、150、300、600 pixels 四方に切りが適合率が特異度より高かったため M2 識別出した。背景は黒とし、シングルセル画像をがより難しいことが示唆された。しかし特異作成した。

度が適合率と比べて大きな乖離を見せていな― 223 ―

TOPへ戻る

分裂を検知するシステムを構築する予定である。
学会,論文等投稿・発表状況
Fig. 2 誤 識 別 さ れ た シ ン グ ル セ ル 画 像 ， (a)＜学会発表＞

M1 を誤って M2 と識別した画像，(b) M2 を

1. 帆足和希, 中村奈緒子. 生細胞蛍光染色を誤って M1 と識別した画像用いたマクロファージ表現型の識別手法の開発に関する研究 , ライフサポート学

いことから M2 を M1 と間違えて識別するの会第 33 回フロンティア講演会, 埼玉, 3 月と同様に M1 を M2 として間違えて識別して6-7 日, 2024（口頭）いるため M1、M2 間で共通した形状特徴を持

2. 帆 足 和 希 , 木 村 剛 , 中 村 奈 緒 子 . マ ク ロ フ
ァージの蛍光画像を用いた M1/M2 識別手っている細胞がいることが示唆された。
誤識別したシングルセル画像の一部を Fig.

法の開発 , 第 23 回日本再生医療学会総会,

2 に示した。Fig. 2 より、M１を M２と間違

新潟, 3 月 21-22 日, 2024（ポスター・ショ

えた画像の細胞は丸い形状をしており、 M2

ートプレゼン）

を M1 として誤識別した画像についても同様の傾向があることがわかった。通常であれば参考文献

細胞は細胞分裂の前後にも丸い形状となるこ

1. Hassanとから、M2 の学習データの中に M2 の仮足が伸びた形状から M1 の丸い形状に似た細胞

M.

et

al.,

(2017)

Scientific

Reports, (7)1, art. no. 3521.
2. Stringer,

分裂前後の細胞が含まれており、誤識別が起C.

etal., (2021).

Naturemethods, 18(1), 100-106

きたと仮説を立てた。円形度と面積の計測の結果、円形度が高く小面積のエリアに M1、M2、細胞分裂前後の細胞が重なって分布していた。これは細胞分裂前後の M1、M2 が共通した形状特徴を持っていることを示しており、分裂期の細胞が精度に影響を与えているという仮説を支持する結果であった。表現型識別において細胞分裂の検知を行うことの必要性が示された。
４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況
まとめと今後の計画
マクロファージの生細胞蛍光染色画像を用いた深層学習による画像分類は、M1 と M2の形状の特徴を捉え、表現型を高精度に識別可能であることが示唆された。また、精度改善には細胞分裂の検知を行う必要性があることも示された。 今後は、細胞分裂時の細胞を
タイムラプス撮影により特定した上で、細胞― 224 ―

TOPへ戻るResearch progress report (Form.1)

Upper Limb Muscle Activation Estimation System using
Assistive Device for Activities of Daily Living
生命科学科

Shahrol Bin Mohamaddan

Research colleagues
International Islamic University of Malaysia Hazlina Md Yusuf
Shibaura Institute of Technology Motoki TakagiIn

１．Paper introduction

ourprevious

research,

thirteentasks as shown in Table 1 were identified
The upper limb is an important part ofas the important ADLs related to the upper

the human body. However, due to healthlimb movement. This research is aimed atcondition or/and accident, most people

developing a system that can estimate thecannot perform the activities of daily

upper limb muscle activation while using

living (ADLs) using their upper limb.

the assistive device and performing theAssistive

ADLs task. This research is important todeviceisanexampleoftechnology that can be applied to support

supportthe ADLs.

upper

the
limb

development
assistiveofeffective

devicesinthefuture. In this paper, the conducted andTable 1. Thirteen important ADLs taskNo.

on-going research will be reported.

ADLs Task
２．Research program1.

Calling with phone

2.

Brushing hair

3.

Wipe a face with towel

Two research activities were conducted

4.

Turning a page a reading

for this project. Both activities were

5.

Hanging out a towel

conducted to support the development of6.

Holding

upper

limb

opening the lid

estimation

system.

The

first

project

7.

Post paper to whiteboard

focused

the

upper

limb

posture8.

Eating with chopsticks

recognition using Yolo8 AI system. The

9.

Eating with a spoon

second project focused on the simulation

10.

Eating with hoke

11.

Drinking with a cup

12.

Pouring a cup from a pitcher

13.

Writing with a pen

aplastic

bottle

and

the

on

muscleactivationof the upper limb movement using humanmusculoskeletal software, OpenSim.
The objective of the first project wastoevaluate

human

posturewhile

performing the activities of daily living― 225 ―

TOPへ戻るResearch progress report (Form.1)(ADLs). Based on thirteen important tasks
of

ADLs

that

were

identified

previous

research,four

selectedfor

posture

the

in

tasks

the
were

analysisincluding calling with phone, wiping facewith towel, opening lid, and eating withchopstick.
The objective of the second project wastosimulate

performing

humanmovement

ADLs

and

the

while

Figure 2. Example of incorrect posturetherecognition while drinking using the mug

analyzemuscle involvement. The simulation is an
important process to predict the movement
andtosupporttheassistive

devices

The same problem also occurred with theposture of wiping face with towel. As
shown in Figure 3, the system correctly

development.

recognized
３．State of progresstheposturebut

mistakenly

recognized the posture of wiping the facewith towel while drinking using a mug in

Figures

1

to

4

show

the

postureFigure 4. In general, the posture ofevaluation process conducted using thedrinking using a mug was a challenging

Yolo8 AI system. Although only four tasks

task to be recognized.

were selected for the posture evaluation,
there were still problems that occurred.
For

example,managedtoin

Figurerecognize

1

the

the

systempostureofcalling the phone. However, the system
mistakenly

recognizedthepostureofdrinking using the mug with the postureof calling the phone as shown in Figure
Figure2.

3.

Exampleofcorrect

posturerecognition while wiping face with towel

Figure 1. Example of correct upper limb
posturerecognition

mobile phone

while

using

the

Figure 4. Example of incorrect posturerecognition while drinking using a mug― 226 ―

TOPへ戻るResearch progress report (Form.1)
Figure 5 shows an overview of humanmusculoskeletal software,

OpenSim. The

initialsoftwarestudy

conducted

using

the

previously

focusing

on

was
the

upper limb. However, in this project, thefocus was to have a full body (upper andFigure 6. The points required for scaling

lower limb) simulation.
Beforeperforming

the

full

body

process

simulation, the scaling process is neededtomodifytheanthropometry

data

or

In

general,scaling is required tophysical dimensions of the generic model

solve the inverse kinematics and inverse

so that it can matches the anthropometry

dynamics problems (Figure 7) because thedata of a particular subject (for example

human

the height and weight of the subject).

sensitive to the accuracy of the scaling

modelling

using

OpenSimisstep. The scaling step adjusts both themass properties and dimensions of the
body segments.

Figure5.

Thescaling

process

using

OpenSim software

Figure 7. Overview of inverse kinematics
and inverse dynamics

To perform the scaling process, theExampleofsimulation

was

also

data from motion capture as shown in

conducted using the OpenSim software as

Figure 6 is required. In the example,

shown in Figure 8. In the simulation, thenearly 39 points were used for the scaling

upper limb flexion and extension movement

process. The points taken from the motion

were presented. Two muscles, biceps andcapture need to be adjusted to avoid any

triceps

unnecessary errors. In this project, thesimulation movement.

scaling

process

was

based

on

were

selected

duringthethemeasurement-based scaling concept wherebothexperimentmarkers

andvirtualmarkers was implemented.

― 227 ―

TOPへ戻るResearch progress report (Form.1)

Figure8.

Theflexionandextension

movement within the OpenSim
４．Future program, paper submission andresults briefingFor

futureprograms,

bothmethods

applied for this research project will befurther enhanced and improved. For AI
based

posturerecognition,

methods

willbeimplemented,

results

will

becompared.

different
and
A

the

betterrecognition system is curial for thisresearch.

For

human

musculoskeletal

simulation, different movements will be
developed based on the newly scaled model.
Experiment is expected to be conducted toevaluate the simulation.
Based on the results from these two
projects, new research proposals will be
developed and applications for the grant
will be conducted. However, more results
are necessary before any conference orjournal paper submission.

― 228 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１

過去・現在・未来を繋げる数値再現性の新展開
数理科学科

尾崎 克久

共同研究者
理化学研究所今村 俊幸に計算された結果に対して解釈性を与え，再１．序論（はじめに，まえがき，目的）

現可能な数値計算結果を提供する「事後処理近年の数値計算を行う環境には，2～128 コ

的アプローチ」を開拓することを目的とする．

アの CPU，1 万コア以上の GPU，700 万コア以計算機環境の多様化および進化の壁を乗り越上を有する分散メモリ型のスーパーコンピュ

え，常に同じ計算結果を出力できるようにし，ータが存在する．使用する精度は，従来の未来における知の継承・再検証を可能にしたIEEE 754 に定められた浮動小数点規格に加え，い．数値再現性を確保するためには，高精度

bfloat や TensorFloat が登場し，Tensor コア計算の研究を推進する必要がある．例えば，による混合精度演算も行われるようになった．

最も簡単に数値再現性を達成する方法の一つ

このような計算機環境の多様化が数値計算結

は，計算結果を最近点に丸めることである．

果の不一致の問題を深刻化させている．さらこれ には 高精 度計 算 の 発展 が 必 須で ある ． 1に，計算機およびソフトウェア環境には一定

年間のこのプロジェクトでは，通常の浮動小の寿命があり，特にスーパーコンピュータは数点演算を用いて，高精度な計算結果を得る

5～6 年で稼働停止・撤去され次世代の環境にアルゴリズムの開発を行う．

変わるため，過去の研究の再検証や知の継承が困難になっている．これらの問題に対処す

２．研究計画るためには，数値計算における再現性を確保
数値再現性の困難さの主な原因は，計算機する必要がある．
特性の異なるすべての計算機において高効

環境の違いとそれに起因する丸め誤差の挙動

率かつ再現性のある計算アルゴリズムを開発である．したがって，丸め誤差解析に強い研することは非常に困難である．数値線形代数

究代表者（尾崎克久：芝浦工業大学）と計算の分野では，内積や行列積といった演算にお機環境に詳しい研究分担者（今村俊幸：理化

いては比較的効率的に再現性を達成できる研学研究所）の協働により，この問題に取り組究が存在する．しかし，固有値分解，特異値

む体制を整える．

分解，最小二乗問題といった分野では成果が浮動小数点数の複数の和で数を表現し，そ見られず，5 年以上研究が停滞している．多の数の演算を定義した先行研究が以下のよう様な計算機環境で高効率に実行可能な一つのにある．

アルゴリズムを提案するのが難しいためであPair Arithmetic（PW）

る．したがって，本研究では各計算機で独立

Double-Word (DW)

― 229 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１


Triple-Word (TW)function [c1,c2,c3] =Quad-Word (QW)

QTW_sum(a1, a2, a3, b1, b2, b3)

PW (Lange and Rump)と DW (Bailey)は，そ[c1,e1] = TwoSum(a1,b1);

れぞれ 2 つの浮動小数点数の和で数を表し，[c2,e2] = TwoSum(a2,b2);

TW (Fabiano ら)は 3 つ，QW (Bailey)は 4 つ[c2,e3] = TwoSum(c2,e1);の浮動小数点数の和で数を表現する．これら

c3 = a3 + b3 + e2 + e3;のアルゴリズムは，通常の浮動小数点演算をend使用するため，多倍長精度数値計算よりも速いことが知られている．しかし，これらは通function [c1,c2,c3] =常の浮動小数点数の指数部を拡張しないため，

QTW_mul(a1,a2,a3,b1,b2,b3)

非常に大きな値を扱う多倍長精度数値計算と[c1,e1] = TwoProduct(a1,b1);は異なる点に注意する．

[t2,e2] = TwoProduct(a1,b2);

本プロジェクトでは，TW と QW に対して，[t3,e3] = TwoProduct(a2,b1);

正規化作業を省略することで高速化を図りつ[c2,e4] = TwoSum(t2,t3);

つ，精度をできるだけ保つ新しい演算アルゴ[c2,e5] = TwoSum(c2,e1);

リズムの開発を目指す．

c3=

fma(a3,b1,e2)+

fma(a2,b2,e3)+

fma(a1,b3,e4) + e5;
end

３．計画の進行状況
疑似高精度計算に関して，TW と QW に対QTW_div(a1,a2,a3,b1,b2,b3)

応する新たなアプローチとして，


function [c1,c2,c3] =Quasi Triple-Word（QTW）[c1,c2] = PA_div(a1,a2,b1,b2);

Quasi Quad-Word（QQW）

bunbo = b1 + b2;を提案する．本研究では，これらの四則演算[t1,t2,t3] = QTW_mul(c1,c2,0,b1,b2,b3);

および平方根の演算の定義に成功した．以下[t1,t2,t3]に，具体的なアルゴリズムを記述する．アル

QTW_sum(a1,a2,a3,-t1,-t2,-t3);

ゴリズム中で使用される「[x,y] = TwoSum(a,bunshi = t1 + t2 + t3;b)」は、Knuth の 1969 年のアルゴリズムによ=c3 = bunshi / bunbo;

り，加算 a+b の近似値 x とその誤差 y を求め

end

Fused Multiply-Add を用いて、乗算 a*b の近function [c1,c2,c3] = QTW_sqrt(a1,a2,a3)

るものであり，「[x,y] = TwoProduct(a, b)」は似値 x とその誤差 y を求めるアルゴリズムで[c1,c2] = PA_sqrt(a1,a2);ある． 以下に，QTW での四則演算および平[t1,t2,t3] = QTW_mul(c1,c2,0,c1,c2,0);方根の計算アルゴリズムを MATLAB のコード

[t1,t2,t3]

として紹介する．アルゴリズム名の中でQTW_sum(t1,t2,t3,-a1,-a2,-a3);「sum」は加算を，「mul」は乗算を，「div」

bunshi = t1+t2+t3;

は除算を，「sqrt」は平方根の計算を意味してbunbo = 2*(c1 + c2);

いる．減算は，加算の符号を変更するだけで

c3 = - bunshi / bunbo;

対応可能なため，ここでは紹介を省略する．

end― 230 ―=

TOPへ戻るここから QQW における四則演算および平方【別添２】様式１
QQW_mul(c1,c2,c3,0,b1,b2,b3,b4);[t1,t2,t3,t4] =根のアルゴリズムを紹介する．

QQW_sum(a1,a2,a3,a4,-t1,-t2,-t3,-t4);
bunshi = t1 + t2 + t3 + t4;

function [c1, c2, c3, c4] =QQW_sum(a1, a2, a3, a4, b1, b2, b3, b4)

c4 = bunshi / bunbo;[c1,e1] = TwoSum(a1,b1);

end[c2,e2] = TwoSum(a2,b2);[c2,e3] = TwoSum(c2,e1);function [c1,c2,c3,c4] =[c3,e4] = TwoSum(a3,b3);

QQW_sqrt(a1,a2,a3,a4)[c3,e5] = TwoSum(c3,e2);[c1,c2,c3] = QTW_sqrt(a1,a2,a3);[c3,e6] = TwoSum(c3,e3);[t1,t2,t3,t4] =C4 = a4 + b4 + e4 + e5 + e6;

QQW_mul(c1,c2,c3,0,c1,c2,c3,0);[t1,t2,t3,t4] =end

QQW_sum(t1,t2,t3,t4,-a1,-a2,-a3,-a4);function [c1,c2,c3,c4] =bunshi = t1+t2+t3+t4;

QQW_mul(a1,a2,a3,a4,b1,b2,b3,b4)

bunbo = 2*(c1 + c2 + c3);

[c1,e1] = TwoProduct(a1,b1);

c4 = - bunshi / bunbo;[t2,e2] = TwoProduct(a1,b2);

end[t3,e3] = TwoProduct(a2,b1);
以上，総演算量は表１にまとめる．

[c2,e4] = TwoSum(t2,t3);[c2,e5] = TwoSum(c2,e1);

表１：演算数に関する比較[t4,e6] = TwoProduct(a1,b3);[t5,e7] = TwoProduct(a2,b2);

手法

加算

乗算

除算

平方根

[t6,e8] = TwoProduct(a3,b1);

PW

10

7

14

29

[c3,e9] = TwoSum(t4,t5);

DW

8

4

7

5

[c3,e10] = TwoSum(c3,t6);

QTW

21

24

55

43

[c3,e11] = TwoSum(c3,e2);

TW

42

38

103

111

[c3,e12] = TwoSum(c3,e3);

QQW

40

75

175

92

[c3,e13] = TwoSum(c3,e4);

QW

61

94

300

800

[c3,e14] = TwoSum(c3,e5);c4 = a1*b4 + a2*b3 + a3*b2 + a4*b1 ...

表１から，提案手法の QTW は DW よりもコス+ e6 + e7 + e8 + e9 + e10 + e11 + e12

トが高く，TW よりは低いことがわかる．同様+ e13 + e14;に，QQW は TW よりもコストが高く，QW よりはend

低く設計されている．したがって，QTW の計
算結果の精度が DW よりも高く，TW よりも低function [c1,c2,c3,c4] =い場合，また QQW の計算結果の精度が TW より

QQW_div(a1,a2,a3,a4,b1,b2,b3,b4)

も高く，QW よりも低い場合には，計算コスト[c1,c2,c3] = QTW_div(a1,a2,a3,b1,b2,b3);と精度のトレードオフが存在すると言える．

bunbo = b1 + b2 + b3;[t1,t2,t3,t4]

次に，計算結果の精度については表２およ=び表３にまとめる．計算は正方行列の行列積― 231 ―

TOPへ戻るとし，行列は疑似乱数（一様分布）で生成し【別添２】様式１４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況

た．表中の「Double」は倍精度浮動小数点演算を意味し，複数の浮動小数点数の和で数を今後は，本研究プロジェクトで得られた成表現する際には倍精度浮動小数点数を用いた．

果を数値線形代数の他の問題へも展開していく．現在，コレスキー分解と LU 分解への応用

表２：行列積に対する最大相対誤差（１）が完了している．次に，未着手の QR 分解への

N=100

N=500

適用を検討する．また，現在のコードは並列

Double1.1270e+213.3983e+22

化されていないため，ブロック計算を導入しPW

2.3213e+05

3.6220e+07

数値線形代数の問題に対する並列計算の実現

DW

4.3727e+04

1.8393e+06

を目指す．

QTW

6.1282e-11

2.8540e-08

TW

5.2710e-12

4.2060e-11

QQW

2.2962e-26

2.5880e-23

QW1.3653e-28

5.2317e-28

手法

最後に学会発表を数回行った業績を以下にまとめる．
国際会議講演１

表３：行列積に対する最大相対誤差（２）手法．

Katsuhisa

Ozaki:

Alternative

Algorithms to Triple-Word and Quad-Word
Arithmetic, 2024 Conference on Advanced

N=1000N=3000

Double1.8406e+22

1.6144e+23

PW

4.3656e+07

7.5622e+08

DW

3.3983e+06

2.8719e+07

QTW

1.2893e-08

1.1199e-06

TW

1.0311e-10

1.5648e-09

QQW

8.5843e-24

8.1201e-22

QW

1.4071e-27

1.0967e-26

表２と表３により，提案した QTW の精度は
DW 以上でかつ TW 以下となっている．計算時間についてはページ数の制限のため詳細は紹介しないが，QTW は DW よりも低速で TW よりも高速であり，QQW は TW よりも低速で QW よりも 高 速で あ るこ と が わか っ た ． 特 に， QQWの計算時間は TW と比較して遜色ないことが特筆すべき点であった．さらに，表２と表３の結果から，QQW は TW よりも高精度な結果を出力しており，提案手法の有用性が確認されTopics and Auto Tuning in High-Performance
Scientific

Computing,March

22--23(Saturday), Hsinchu City, Taiwan, 2024
国内会議講演
１．尾崎克久, 今村俊 幸 ： Pair

Arithmetic の拡張とその使い方について，第247 回 ARC・第 192 回 HPC 合同研究発表会，沖
縄産業支援センター（2023/12/6）.
２．尾崎 克久, 今村 俊幸：正規化されていない疑似高精度計算の設計と精度維持のための 手 法に つ いて ， 日 本応 用 数理 学 会 第 20回研究部会連合発表会，長岡技術科学大学（2024/3/6).
３．矢崎 雪莉, 尾崎 克久：正規化されていない疑似高精度計算の行列計算への応用について，日本応用数理学会第 20 回研究部会連合発表会，長岡技術科学大学（2024/3/6).

た．

― 232 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１

軍艦島に残る歴史的建造物群の保全に向けた構造性能評価
建築学部 建築学科

１．序論

椛山 健二

棟（1918 年建設）、65 号棟南棟（1958 年建世界遺産で有名になった「軍艦島」は、長崎

設）を選抜した。また、ユニークな建物とし

市端島の通称である。軍艦島の炭鉱施設が「明て、神社である 1 号棟（1936 年建設）、病院

治日本の産業革命遺産

製鉄・製鋼、造船、石の 69 号棟（1958 年建設）も重要視されてい炭産業」の構成資産として 2015 年に世界文る。これら歴史的価値の高い建物を適切に保化遺産に登録された。島内に残存する居住施全するため、劣化状況を考慮して性能を精確設である建物群（全て RC 造）は世界遺産のに評価することが喫緊の課題である。

直接的な対象では無いものの、島の独特な景そこで、島内に残存する建築物群の状態を観を維持する、また、島における歴史や文化把握するため、2015 年に日本建築学会「軍艦の証拠を残すという観点から、保全への取り島コンクリート系建築物の健全度調査小委員組みが求められている。しかしながら、1974

会」を中心に建物全棟の調査が実施された。

年の炭鉱閉鎖以降に施設は放置され、程度の2016 年以降では、日本コンクリート工学会の差はあるが劣化が進行しており、存続が危ぶ「供用不可まで劣化破損が進行したコンクリ

まれる建物もある。図 1 に示す主要な建物のート構造物の補修・補強工法に関する研究委

うち、現存する最古の 30 号棟（1916 年建設）員会」や「危急存亡状態のコンクリート構造

は激しい劣化で既に局所的に崩落が生じてお物対応委員会」のメンバーを主に様々な研究

り、倒壊が危惧される段階に至っている。軍組織が代表的な建築物の調査を行い、2023 年

艦島の管理を担う長崎市は、建物群の構造性に建築研究振興協会の「長崎市・軍艦島に残能を把握するため、2015 年から日本建築学会

存する建築物の劣化状態・構造耐力の評価委と日本コンクリート工学会に調査を委託し、員会」を主体に二度目の全棟調査が実施されその結果に基づいて、景観的・歴史的・技術た。著者はこれら委員会のメンバーとして現的・経済的な観点から優先して維持保全すべ

地調査に参画し、主として、3 号棟、65 号棟

き対象として、3 号棟（1959 年建設）、16 号（北棟、東棟、南棟）、69 号棟を担当した。

3号棟

16号棟（丘の背後）
1号棟

30号棟

65号棟
69号棟

図 1 軍艦島の外観と主要な建物― 233 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１２．軍艦島 69 号棟の概要と調査
本報告では、代表的な建築物の一つであり、劣化が顕著な 69 号棟に着目し、調査方法や構造性能に関する検討状況をまとめる。
対象とする 69 号棟は入院設備の整った「端島病院」であり、図 2 の施設配置に示すよう
写真 1に、島北端の海際に立地している。鉄筋コン
クリート造 4 階建てで 1958 年に建設された。

69 号棟「端島病院」の外観（2023 年 10 月 29 日撮影）

南東側から撮影した 69 号棟の外観を写真 1

69号棟に示し、建物の概要を表 1 にまとめる。2015「端島病院」

年 9 月に最初の構造調査が実施され、文献※に示された手法に従ってすべての構造部材の劣化度が記録された。その後、2021 年 11月、2022 年 11 月、2023 年 10 月に同様の手

写真1法を用いて構造部材の劣化度調査が実施されている。文献 ※ に示 された劣化度の定 義と構造性能低減率を表 2 に示す。
※

岸本一蔵、他：端島の建物の劣化による構図2

造性能低減に関する研究（その 1～9）、日本建築学会学術講演梗概集、構造Ⅳ、pp.515～531、2016 年 8 月
３．構造性能残存率と構造部材の劣化度調査した結果の例として、劣化度Ⅴの柱と劣化度Ⅲの梁の様子（2023 年 10 月 31 日撮影）を図 3 に示す。構造部材の劣化度を集計
し、劣化を考慮した構造性能残存率として、

表1

劣化度

69 号棟「端島病院」の諸元

建設年

1958年（昭和33年）

用 途

入院施設のある総合病院

構 造

RCラーメン構造（一部に耐震壁）

階 数

地上4階（小規模な地下室あり）

階 高

1階＝3.7m

2階＝3.5m

3階＝3.3m

4階＝3.15m

特 徴

鉛直荷重支持性能残存率 R L と耐震性能残存表2

端島（軍艦島）における 69 号棟の位置

上階でセットバック
杭（ペデスタル杭）基礎

部材の劣化度と構造性能低減率
劣化状況

構造性能 低減率
長期性能 耐震性能0

劣化のない状態。

1.00

1.00

Ⅰ

ひび割れ幅 1mm 程度以下で付着劣化なし。

0.95

0.95

Ⅱ

鉄筋が腐食でコンクリートと肌分かれし，若干の付着劣化あり。

0.90

0.80

かぶりコンクリートが剥 落 し，鉄 筋 のかぶり側 はほぼ肌 分 かれしているが，コ
ア側はまだ付着があり，鉄筋は全面に浮き錆び程度。
かぶりコンクリートが剥落し，鉄筋とコンクリートが肌分 かれして付着はほとん
どないが，鉄筋の断面積は 70%程度以上，あるいは，酸化鉄が表面のみと判断できる。
コア部 のコンクリートも欠 落 し，鉄 筋 とコンクリートは完 全 に肌 分 かれして付着はない。鉄筋の断面積 は 70%未満と判断できる，あるいは，鉄筋が層状に割裂している。

0.90

0.33

0.80

0.10

0.30

0.00

Ⅲ
Ⅳ

Ⅴ

― 234 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１
率 R E を文献の計算式で求めた。R L と各方

南西面を含む外構面における劣化度Ⅴの本

向の R E について、階ごとの分布を調査年で数の割合を年ごと（2015 年→2021 年→2022

比較して図 4 に示す。いずれも年々数値が低年→2023 年）に比較すると、柱（全 27 本）

下しており、1 階で最も低い値を示した。 R L

で 37%→52%→56%→56%、梁（方向問わず

は全階で 60%以上を保持しているが、R E は両

全 25 本）で 32%→40%→40%→52%となる。

方向とも 1 階で 20%を下回り、構造性能の低1 階では梁より柱の数値がやや高く、2023 年

下が顕著である。また、R L は下階ほど値が小には双方とも半数以上が劣化度Ⅴに達していさくなるのに対し、R E では両方向ともに 2 階る。一方、内側の構面では、劣化の進行が顕著

より 3 階の値が低くなる特徴がある。柱ではなエリアと軽いエリアが見て取れる。外から下の階ほど劣化が進行しており、一方、梁で入る海風の当たり具合や雑壁等の付属物の影※※

は 2 階より 3 階で両方向とも劣化が顕著に進行していることが原因と言える。なお、3 階の梁で劣化が進行した原因については、今後に検討を進める必要がある。
構造性能残存率が最も低い 1 階について、柱と梁の劣化度分布を年ごとに比較して図 5に示す。梁とは、1 階から見上げた 2 階床レ
劣化度Ⅲの
2階床位置の梁

ベルの梁を指す。なお、耐震壁の劣化度も調査しており、柱・梁に比べて劣化の度合いが低いことを確認している。図から判るように、

2023年10月31日に撮影

2015 年 時 点 か ら 外 構 面 の 柱 と 梁 に 劣 化 度 Ⅴが多数見られ、年の経過に連れて内側の構面でも劣化度Ⅴの本数が増えている。ただし、

劣化度Ⅴ
の1階柱

海岸線から最も遠い南西面では、他の外構面に比べ劣化の進行が緩やかであることが判る。
一方、その他の外構面では、劣化度Ⅴの柱・梁図3が徐々に増えている。

階
4

階
4

RL

3

構造部材の劣化状況（例示）

階
4

RE

3

2015
2021
2022
2023

2

3
X

2

1
20

40 60
R L (%)
図4

80

100

Y

2
X（桁行）方向

1
0

RE

0

20

40 60
R E (%)

80

Y（梁間）方向

1
100

0

20

40 60
R E (%)

80

100

劣化による鉛直荷重支持性能残存率 R L と耐震性能残存率 R E の推移― 235 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１
響が、その差違が生じた原因として考えられる。更なる検討課題の一つである。
※※

椛山健二：経年で劣化した RC 建築物の構造安全性評価技術、コンクリート工学、第 56 巻、第 9 号、p.772-777、2018
2015

1階
Y
（梁間）

0 X
（桁行）

４．今後の研究計画と成果の公開状況
過酷な環境である軍艦島に残存する建築

N

年9月

5m

物群は、徐々に劣化が進行している。今後も定期的に現地調査を行い、劣化の進行状況を把握して構造性能の現況を評価して、適切な維持保全策を提示する必要がある。
引き続き、島の管理者である長崎市と連携しつつ、3 号棟、65 号棟、69 号棟を中心に

2021

1階

2022

1階

2023

1階 1 階から見上げた

文化財的価値を維持する施策を進める。
本研究に関わり、調査を開始した 2015 年
以降で、査読論文 6 編、口頭発表論文 25 編を発表し、研究成果として公開した。近年に発表した査読論文を３編、投稿中の論文
1 編を以下に列記する。
［本研究に関連する近年の査読論文］
1) 椛山健二：歴史的建造物の維持保全に向けた取り組み（鉄筋コンクリート構造の技術的変遷 第 28 回），ビルディングレタ
ー，通巻 670 号，pp. 1-11，2021.9.
2) 相樂旺玖, 椛山健二：端島 65 号棟の劣化状況と構造性能の評価，コンクリート
工学年次論文集，Vol.44，No.2，pp.133138，2022.7.
3) 岩﨑雄樹, 椛山健二：端島 3 号棟の劣化
進展と構造性能の推移，コンクリート工
学年次論文集，Vol.44，No.2，pp.145-150，＜劣化度（柱・梁）＞0Ⅳ2022.7.
4) 渡邊玄翔, 椛山健二：端島 3 号棟の劣化
図5

進展と耐震補強の提案，コンクリート工

2 階床レベル

学年次論文集，Vol.46，2024.6.（査読中）― 236 ―

Ⅰ
Ⅴ

Ⅱ
不明

Ⅲ

69 号棟 1 階における柱・梁の劣化度分布（2015～2023 年の比較）

TOPへ戻る電炉スラグからの金属鉄回収プロセスの開発
工学部 材料工学科

遠藤 理恵

共同研究者
フライベルク工科大学 鉄鋼研究所

Olena Volkova

１．序論（はじめに，まえがき，目的）②還元によりスラグの粘度や熱伝導率等の脱炭素に向けて注目されている電炉製鉄で熱物性も変化する。③水素は反応性が高いたは，鉄スクラップや還元鉄を原料として鋼をめ、スラグへの供給時に周りの耐火物とも反製造する。複数の電極を挿入してアーク放電

応する可能性がある。上の検討課題のうち、によって原料を溶解し、酸素や窒素などの不本研究では②の熱物性に対して検討を行う。

純物を取り除く。このとき、取り除かれた不純物はスラグと呼ばれる溶融酸化物に吸収２．研究計画さ れ る 。 ス ラ グ は 、 例 え ば CaO-SiO 2 -Al 2 O 3 -【 試 料 】 電 炉 ス ラ グ を 模 擬 し た CaO-SiO 2 -MgO から成る溶融シリケートである。このよAl 2 O 3 -MgO-FeO 系スラグを試薬より作製して

うに製鋼工程で排出される電炉スラグは、従用いる。

来は、セメント・コンクリート・地盤改良材【スラグの還元実験】(フライベルク工科大)として利用されてきた。しかしながら，精錬

図 1 のようにスラグ試料を MgO るつぼ中に後の電炉スラグには鉄分が 30%程度含まれて入れ，高周波炉中で加熱・融解させる。水素いる。今後，鉄分の割合が多い良質な鉄鉱石

をスラグ中に導入して，還元させる。還元時が減少していくことに鑑みると，使用済みののパラメータとして、水素ガスの導入方法を

電炉スラグは有効な鉄源となり得る。

検討する。すなわち、水素導入チューブの材

共同研究者の Volkova らのグループでは、
電炉スラグの資源としての有用性に着目し質、太さ，深さ，回転である。また、還元温度の影響も検討する。

て、その回収に関する研究を行ってきた。例

還元生成物の形および生成場所確認した

えば、電炉スラグからのバナジウム回収など後，還元生成物およびスラグの成分を X 線回の研究がある[1]。製鋼スラグ中に鉄は酸化物

折(XRD)を用いて分析する。また、組織と組成(FeO x などと表される)として存在するため，をエネルギー分散型 X 線分析装置を搭載した鉄を回収するには還元を行う必要がある。還走 査型 電 子 顕 微鏡 (SEM-EDS)を 用 いて 分 析 す

元剤としては、CO ガス、H 2 ガス、低酸素分る。

圧への制御などが挙げられる。本研究では、【スラグの熱物性測定】

脱炭素に向けた還元剤として着目されてい還元後のスラグの組成に基づいて，FeO 濃度

る水素を利用することを検討する。水素の利の異なる試料を準備する。

用では、次のような検討課題がある。①還元<粘度および密度> (フライベルク工科大)

反応が吸熱反応であるため、温度が下がる。

― 237 ―

TOPへ戻る回転式粘度計を用いて，溶融状態から冷却過(b) Probe

程でスラグの粘度を測定する。また、スラグ

Galvanostat
V
Digitalmultimeterの密度はモリブデンボブを用いて、アルキメ
デス法により測定する。

MgO H2
るつぼ

Alumina tube
& Pt wire(0.5 mmφ)
Pt wire(0.15 mmφ)Heater

Pt-13%Rh
wire(0.15 mmφ)

スラグ

Heaterスラグ

図 1 還元実験の概略図<熱伝導率>(芝浦工業大学)

図 2 非定常熱線法の概略図

熱伝導率の測定には非定常熱線法を用いる。
図 2 にその概略を示す。測定時には，試料上今回の試料には FeO が含まれるため，高温部のプローブを溶融試料に浸漬する。ヒータ

では電気伝導性を示すことが予想される。非に定電流を供給してジュール発熱させ、一定定常熱線法では，ヒータに金属細線を用いての熱流束で試料に熱を供給する。この時のヒ

ジュール加熱するため，試料への漏れ電流がータの温度上昇を計測することで、以下の式

測定上問題となる。そこで，試料の電気伝導

よ り 試 料 の 熱 伝 導 率 (𝜅𝜅𝜅𝜅 )を 求 め る こ と が で き性の熱伝導率測定への影響を予めシミュレる。

ーション(有限要素法，COMSOL Multiphysics)
によって検討する。この計算には AC/DC モ𝜅𝜅𝜅𝜅 = �𝑄𝑄𝑄𝑄
𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑
�/�
�
4𝜋𝜋𝜋𝜋
𝑑𝑑𝑑𝑑ln𝑡𝑡𝑡𝑡(1)ジュールを用いる。そのほか、高温における熱伝導率測定では、ヒータからのふく射や試料中の対流も測定される熱伝導率に影響を

ここで、Q はヒータの単位長さ当たりの発熱与える。これらの影響も有限要素法によって量、T は温度、t は時間を表している。実際に明らかにし、測定条件を検討することとした。

は温度上昇はヒータの抵抗変化として、4 端

図 3 に有限要素法に用いたモデルを示す。

子法により計測する。したがって、熱伝導率

ヒータは半径 0.075 mm,長さを 40 mm とし、は下の式より計算できる。

回転軸対象系において棒状のヒータが円筒容器内の試料に浸漬しているように設定した。

𝜅𝜅𝜅𝜅 = �

𝐼𝐼𝐼𝐼 3 𝛼𝛼𝛼𝛼 𝑇𝑇𝑇𝑇 𝑅𝑅𝑅𝑅273 XT
𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑
�/�
�
4𝜋𝜋𝜋𝜋
𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡(2)

まず、試料を水、容器をパイレックスガラス
として計算を行った。実際にはヒータはジュール加熱されるが、計算ではヒータから一定

ここで、X T は T K における単位長さあたりの速度で熱が発生するように設定した。また、のヒータ抵抗、R 273 は 273 K における端子間

実際にガラスビーカーに水を入れ、非定常熱の抵抗、α T はヒータの抵抗の温度係数、V は線法により熱伝導率を算出した。

電圧および I は電流を表す。

― 238 ―

TOPへ戻る

14

回転軸対称

ΔT/K

試料
ヒータ
r = 0.075mm
h= 40mm

12

測定値

10

シミュレーション

8
6
4
2
0

容器

0.01

図 4

図 3 有限要素法に用いたモデル

0.1

1
t/s

10

100

非定常熱線法による水の熱伝導率測定のシミュレーション結果と測定結果の比較

３．計画の進行状況

た。シミュレーション結果は実測値よりも温【スラグの還元実験】

度上昇が小さいが、形状は一致していること

水素還元により、溶融スラグ中の鉄を還元がわかる。図 4 の測定値とシミュレーション

して金属鉄として取り出せることを確認しの相違は次のことが要因になっていると考えた。鉄は粒状に形成された。水素を導入するている。まず、測定側の要因として、供給電流

チューブの材質としてモリブデンやアルミ

およびヒータ抵抗の測定の不確かさがあげら

ナを用いたが、いずれの場合もスラグと反応れる。また、シミュレーション側の要因としした。大気雰囲気では、モリブデンやアルミて、ヒータ/試料の界面熱抵抗を考慮していな

ナ製のチューブを用いた場合にはスラグといなど、適切なパラメータを選択できていなチューブが反応することは観察されていな

いことが挙げられる。

かった。したがって、水素還元実験における

さらに、水および溶融スラグの有限要素法

チューブの劣化は、水素の影響を受けてスラによるシミュレーションを行い、実際の測定

グの反応性が変化したためと考えられる。

条件の検討を行った。水のシミュレーション
では、ヒータの半径、ヒータの熱物性および【スラグの熱物性測定】

測定時の自然対流の熱伝導率測定に対する影

溶融 CaO–SiO 2 –Al 2 O 3 –MgO–TiO 2 –FeO x –V 2 O 3

響を検討した。ヒータ半径が大きい方が測定の表面張力、密度、粘度を温度の関数として時に対流の影響を受けにくいが、算出される測定した。それぞれの熱物性値に対する TiO 2

熱伝導率は設定値よりも大きくなることが分および V 2 O 3 濃度の影響を明らかにした。

かった。次に、溶融スラグの熱伝導率を非定

図 4 に非定常熱線法による水の熱伝導率測常熱線用により測定する場合のシミュレーシ

定のシミュレーション結果と測定結果を比較ョンを行い、対流およびふく射の影響を検討して示す。シミュレーションではヒータの半した。ヒータと試料の熱容量の差が大きくな

径、ヒータの熱伝導率、ヒータの熱容量およると、測定される熱伝導率の誤差が大きくな

びヒータの加熱によって発生する自然対流をることが分かった。試料の熱容量がヒータよ考慮した。熱伝導率は、実測では 0.605 W∙m
1

K

-1

-

であり、文献値よりも小さな値が得られりも小さい場合には熱伝導率は設定値よりも小さく算出され、試料の熱容量がヒータより― 239 ―

TOPへ戻るも大きい場合には熱伝導率は設定値よりも大【論文】"Thermophysical properties of CaO–SiO 2 –きく算出される。また、試料の粘度が小さいほど熱伝導率は大きく算出されることが分か

Al 2 O 3 –MgO–TiO 2 –FeO x –V 2 O 3った。ふく射の影響では、試料の熱伝導率がCaO/SiO 2 =1.13 with different TiO 2 and V 2 O 3

小さいほど熱伝導率の測定誤差が大きくなる

additions"

ことが分かった。この要因は、試料の熱伝導

中)

slag

with

Steel Research International (投 稿

率が小さいほどヒータの温度上昇が大きく、ふく射により試料に伝わる熱が大きくなるた
めと考えている。

参考文献[1]Tetiana

Shyrokykh,

Olena

Volkova,

試料に与える熱量を変化させてふく射の影響

Seetharaman

Sridhar:

Steel

Researchの有無を検討する必要があることが分かった。

International,

以上より、高温における熱伝導率測定では、

漏れ電流の影響に関しては、竹内らが漏れhttps://doi.org/10.1002/srin.202300477

電流がある場合には、測定値は真の値よりも[2] 竹 内 正 顕 , 鈴 木 学 , 永 田 和 宏 : 日 本 機 械

小さくなることを明らかにしている[2]。ヒー

学会論文集 B, 49 (1983), 1468-1476.

タを太く短くすることで漏れ電流の影響を小さくすることができる。一方で、ヒータ端部の影響が表れる可能性があることも指摘している。
４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況【今後の計画】
水素還元実験では、水素導入の方法や温度を再検討して、鉄回収の効率化を目指す。
熱伝導率測定では漏れ電流の影響を有限要素法により検討する。ヒータの太さおよび長さについて最適な条件を求める。この結果に基づいて、溶融スラグの熱伝導率を測定する。
【学会発表状況】
・Olena Volkova:「スラグの粘度、密度、表面張力測定」, 日本鉄鋼協会
部会

評価・分析・解析

高温における最適な材料プロセス制御を目指した材料特性評価フォーラム, 2023 年
12 月 12 日
・向後義樹, 大関倖輔, 西剛史, 助永壮平, 遠藤理恵:「非定常熱線法による酸化物融体の熱伝導率の測定条件～有限要素法を用いた検討～ 」 日 本 鉄 鋼 協 会 第 187 回 春 季 講 演 大 会
2024 年 3 月 13 日

― 240 ―

TOPへ戻る既存杭処理のためのグランドデザインの創造
土木工学科

稲積

真哉

共同研究者
Kasetsart University Faculty of Engineering
Kasetsart University Faculty of Engineering
Kasetsart University Faculty of Engineering

Nontananandh Supakij
Chaiprakaikeow Susit
Jotisankasa Apiniti不良を誘発する。

１．序論
近年では高度経済成長期に建設された大量

既存杭引抜き工における引抜孔の埋戻し処の社会基盤構造物の高齢化、人口減少に伴う理について、一般的には既存杭を引き抜きつ

宅盤住宅・住居マンションを含む社会基盤構

つ、上部（地表面）から引抜孔内へセメントミ

造物利用の減少、さらに東日本大震災を契機

ルクや流動化処理土で代表される充填材の流とした防災基準に不適合な構造物の取壊しがし込み注入を行う。しかしながら、既存杭を増加している。同時に、近年における景気も引き抜く工程において、引抜孔にはケーシン

相まって上記した構造物の建替え需要も高まグ削孔時の削孔泥水や乱された現地土砂が層っている。

を成して堆積している。そのため、図-2 に示

構造物を取り壊す際、構造物を支持していされるように既存杭を引き抜く工程の最後にた杭基礎（既存杭）は産業廃棄物に指定され行う引抜孔上部から充填材の流し込み注入でることを示している。よって、原則として既存杭は地中から撤去しなければならない。なお、既存杭の撤去は地中において破砕・現地土と混合する工法も存在するものの、上記したとおり既存杭は産業廃棄物に指定されることから、地中内で破砕・残置することは適当でない。そのため、既存杭の撤去は、主として既存杭の引抜き撤去を指すことになる。
既存杭を引き抜いた状態では地盤内に孔が形成し、地盤が不良化する原因になり得るため、既存杭引抜き工は既存杭抜跡地盤（引抜孔）の埋戻し処理までを包含しなければならない。例えば、図-1 のように引抜孔に対して充填材等で埋戻し処理を行わない場合は、引抜孔周辺の地盤沈下、新設杭打設時における新設杭のズレや傾斜発生をもたらす等の地盤― 241 ―

図-1

引抜孔に起因する地盤の不良化例

TOPへ戻るることは現場において実証されているものの、その攪拌混合処理過程（処理メカニズム）の検証・解明には至っていない。
２．研究計画
引抜孔の埋戻し処理に付随する引抜孔の攪
拌混合処理については、これまで技術開発の対象でなかった。しかしながら、数少ない引抜孔の攪拌混合処理技術としてエアリフト工法を挙げることができる。
図-2

エアリフト工法は、図-3 で示されるような引抜孔内での充填材の充填状況

層構造を成す埋戻し状態を呈する引抜孔内へロッドを引抜孔下端付近まで挿入し、ロッド先端から空気を吐出することで堆積土砂や削孔泥水を浮上させつつ、引抜孔内で循環させる工法である。ただし、引抜孔内最下部で沈降堆積している堆積土砂はエアリフトによって循環させることが実務上困難であるため、
予めサクションポンプ等で当該堆積土砂は吸引除去する措置が取られている。図-3(a)は、エアリフト工法による引抜孔内での充填材を含む土砂の循環移動のイメージを示している。

図-3

本研究では引抜孔の埋戻し処理としてエアエ ア リ フト 工 法 お よ び 改 良 型 エ ア リ フト工法による引抜孔内の土砂循環イメージ

リフト工法ならびに改良型エアリフト工法の攪拌混合処理過程（処理メカニズム）を明確

は、引抜孔の全深度にわたって均一な埋戻しにすることを目的として、個別要素法による処理を達成することが困難であり、結果的に粒 状 体 解 析 （ Granule

引抜孔内では各層に分割・構成される。よっDistinct Element Method；以降“DEM によるて、引抜孔へ充填材の単純注入では引抜孔内解析”と略称）を用いて両工法による引抜孔の全深度にわたって均一な埋戻しは達成できの攪拌混合処理過程を再現するものである。

ず、引抜孔内で充填材が深度方向へ均一に埋

さらに、攪拌翼の回転速度、攪拌時間ならびめ戻されるように工夫する必要がある。

に空気（エア）の吐出圧（エアブロー圧）等、上記した既存杭引抜き工における引抜孔の埋戻し処理の課題を克服するため、一連の研Analysisusing

改良型エアリフト工法の設計・施工における仕様を検討する。

究では引抜孔の埋戻し処理工法としてエアブローを伴うエアリフト工法に着目し、エアブ

３．計画の進行状況

ロー箇所に攪拌翼を設け、攪拌翼の回転とと(1)改良型エアリフト工法による引抜孔のもにエアブローを行う改良型エアリフト工法

攪拌混合処理性能の開発に着手している。なお、改良型エアリ

エアリフト工法ならびに改良型エアリフト

フト工法が引抜孔の埋戻し処理に効果的であ工法による引抜孔内の攪拌混合処理の原理は、― 242 ―

TOPへ戻る

工法による引抜孔内の攪拌混合処理を再現した図-4 では、引抜孔内の土砂は十分に混合することなく、引抜孔内の土砂は不均一な状態を維持している（空気の吐出圧力：0.25MPa、
攪拌混合時間：60minutes）。よって、引抜孔内全体が効率的に撹拌混合することが困難であったため、エアリフト工法による均一な撹拌
混合処理は困難であると考えられる。この要因のひとつには、エアリフト工法を適用した
図-4

DEM に よ る 解 析 に 基 づ く エ ア リ フ ト 工法を用いた引抜孔内の土砂攪拌・混合状況

際、引抜孔内の土砂の移動方向が挙げられる。
すなわち、引抜孔内の土砂は、引抜孔内を下部から上部へ伝う空気流によって揚圧力が作用するものの、その揚圧ベクトルの方向が単に上向きであるため、揚圧力が作用した土砂が循環することができなかったことが考えられる。
一方、改良型エアリフト工法ではロッドに三段組の撹拌翼を取り付け、空気を吐出する
ときは回転しながら吐出するものである。図
-5 では DEM による解析結果として、改良型エ

図-5 DEM に よ る 解 析 に 基 づ く 改 良 型 エ ア リフト
工 法 を 用 い た 引 抜 孔 内 の 土 砂 攪 拌 ・ 混 合 状況

アリフト工法を適用した場合の引抜孔内の土
砂の撹拌混合処理を表している（攪拌翼の回
転速度：12rpm、空気の吐出圧力：0.25MPa、攪拌混合時間：60minutes）。図-6 は図-5 を基に引抜孔内の土砂移動の外観を示しており、空気の揚圧力によって削孔泥水層が持ち上がり、
一方、揚圧力の作用が相対的に小さい充填材
層は削孔泥水層とは逆方向（下部方向）へ移
動し、徐々に 2 つの層が螺旋状に入り交じる。
よって、引抜孔内の下部層であった削孔泥水

図-6

改 良 型 エ ア リ フ ト 工 法 に よ る 引 抜 孔 内の土
砂循環移動の外観

は上方へ、上部層であった充填材は下方へ移動するため、結果的に引抜孔内の 3 層は、程既存杭引抜跡地盤内（引抜孔内）の土砂（充填

よく均一層に撹拌混合される。

材ならびに削孔泥水）が吐出された空気によって揚圧力を受け、引抜孔内を循環すること(2)改良型エアリフト工法による攪拌混合に伴う各粒子群の移動特性に依る。

改良型エアリフト工法における各層を構成

エアリフト工法は、撹拌翼が未装着且つ無回転のロッドから空気を吐出するのみによって、引抜孔内の土砂を攪拌混合する。しかしながら、DEM による解析を用いてエアリフトする土粒子群の移動特性として、図-7 および
図-8 は引抜孔内下部および上部における土粒子群の速度ベクトルを示している（攪拌翼の― 243 ―

TOPへ戻る

に追究した事例は皆無であり、すなわち、本研究により改良型エアリフト工法による引抜
孔内の攪拌混合処理のメカニズムが明らかになった。これにより、引抜孔内の攪拌混合処
理における改良型エアリフト工法の最適設計が可能になると考えられる。

図-7

４．今後の計画及び学会、論文等投稿・発表状況

引 抜 孔 下 部 に お け る 土 粒 子 の 群 速 度 ベクト
ル （30 分 後 ）（ 改 良 型 エ ア リ フ ト 工 法 ）(1)今後の計画
本研究では改良型エアリフト工法における空気の吐出圧力や攪拌翼の回転速度等の初期条件が土粒子群の移動特性に与える影響を相対的・定性的に考察したものの、定量的な考察・説明には至らなかった。今後、DEM による解析を用いて引抜孔の埋戻し処理工法をより詳細に評価し、さらに設計に援用するためには、

図-8上記した初期条件に対する土粒子群の移動特

引 抜 孔 上 部 に お け る 土 粒 子 の 群 速 度 ベクト
ル （30 分 後 ）（ 改 良 型 エ ア リ フ ト 工 法 ）性を定量的に評価する必要がある。

回転速度：12rpm、空気の吐出圧力：0.25MPa）。

(2)学会、論文等投稿・発表状況

これらより、引抜孔内下部では撹拌翼から吐[1] Inazumi, S. and Kuwahara, S.: Numerical simulationof backfilling behavior of boreholes, Results in
Engineering, Vol. 21, 101907, 2024.
[2] Shakya, S. and Inazumi, S.: Applicability ofnumerical simulation by particle method tounconfined compression tests on geomaterials, Civil
Engineering Journal, Vol. 10, No. 1, pp. 1-19, 2024.
[3] Shigematsu, Y., Inazumi, S., Hashimoto, R. andYamauchi, H.: Experimental study on properties ofliquefied stabilized soil produced with different
types of solidifiers and thickeners, Case Studies inConstruction Materials, Vol. 19, e02407, 2023.
[4] Inazumi, S., Hashimoto, R., Aizawa, E., Kuwahara,
S. and Shishido, K.: Applicability of waste silicabased additive with surfactant-type liquid thickener
as borehole filler, Journal of Material Cycles andWaste Management, Vol. 25, Issue 6, pp. 37763790, 2023.
[5] Kowsura, S., Chaiprakaikeow, S., Jotisankasa, A.,
Malaikrisanachalee, S., Nontananandh, S., Nusit, K.,
Sawangsuriya, A. and Inazumi, S.: Properties andperformances of soil cement modified withconcentrated para-rubber, International Journal of
GEOMATE: Geotechnique, Construction Materials
and Environment, Vol. 24, No. 102, pp. 42-49, 2023.
[6] Shigematsu, Y., Inazumi, S., Chaiprakaikeow, S. andNontananandh, S.: Properties of high-flowability
liquefied stabilized soil made of recycledconstruction sludge, Recycling, Vol. 8, Issue 5, 67,2023.

出された空気の揚圧力によって削孔泥水層の速度ベクトルが斜め上方を向いており、且つ相対的に速度も大きく、削孔泥水層は螺旋状に持ち上げられている。一方、引抜孔内上部
では充填材の速度ベクトルは斜め下方を向いており、同時に速度は比較的小さい。すなわ
ち、引抜孔内下部にて吐出された空気は撹拌
翼の回転に伴い、螺旋状に削孔泥水を上方へ持ち上げ、上部付近では充填材と持ち上げられた削孔泥水ならびに削孔泥水＋充填材層の比重と揚圧力とのバランスにより斜め下方へ移動し、引抜孔内全体として循環することになる。
これまで、改良型エアリフト工法を適用した引抜孔内の攪拌混合処理について、施工後のボーリングコアの室内強度試験より、その攪拌混合処理性能は現場レベルにて実証されている。しかしながら、改良型エアリフト工法による攪拌混合処理のメカニズムを定量的― 244 ―

TOPへ戻るNanocomposite

polymer/skutterudite

thin

films

for

enhanced thermoelectric conversion
先進国際課程Paolo MELE

Research colleagues
SIT-SRL and JSPS international fellow:
Giovanna Latronico
Dillard University:
Abdalla Darwish

path. T is the absolute temperature. Since

１．Paper introduction
Thermoelectric (TE) materials [1] canη increases with ZT [3], the goal is to

into

improve ZT by enhancing the numerator of Eq.

electricity without moving parts, being

1, σS 2 (power factor, PF) or depressing thecandidates

denominator,

directly

converttowaste

addressheatcurrent

energyκ el+

κ ph = κ (thermal

issues [2]. However, several problems are

conductivity). ZT ≥ 1 is considered thelimiting their diffusion: the inclusion ofthreshold to have applicable TEs.

low

A wealth of families of thermoelectric

conversion efficiency η (η < 10%) and low

materials have been studied over the years,

thermal stability. Therefore, the mostandperformant TE materials, like Bi 2 Te 3 , arerequirements

confined to niche applications (e.g. power

environmental neutrality, sustainability,

supplyand low cost, such as oxides, silicides,

toxic

and/ortoexpensive

space

elements,

probes).

Stable,

some

of

them
of

satisfychemical

the

basic

stability,

andselenides, Heuslers, and skutterudites. In

good

PI lab, Co-free, Sm filled skutterudites ofcandidates to overcome these issues being.

the system Sm y (Fe x Ni 1-x ) 4 Sb 12 , have been

The performance of a TE material isextensively studied, both in bulk and thinquantified by the a-dimensional figure offilm form [4-8].The great advantage of

merit ZT =(σS 2 )×T/(κ el +κ ph ) (Eq.1) wherethese compounds is that it is possible toσ is the electrical conductivity, S is the

prepare both n-type and p-type elements

Seebeck coefficient (S =∆V/∆T, being V thejust tuning the electronic properties byelectricalelectronic

playing with y, the RE filling ratio, andthermal conductivity is κ el = LTσ (Eq. 2),x, the substitution at the M site [8].

where L is theLorentz number and theHaving n- and p-legs the same crystalline

phononic thermal conductivity is κ ph = 1/3

structure the thermal expansion mismatchCvΛ (Eq. 3) with C = heat capacity, v =between the two legs will be negligible,

speed of phonons, Λ = phonons mean freewith minimal thermal stress and prolonged

environmentallybenign,cost-effective

materials

voltage);abundant,

the

are

― 245 ―

TOPへ戻るlifetime of the device. Structural andcarbon nanocluster and chains introduction

thermoelectric

properties(Dillard U).

belonging

the

to

of

bulks

Co-freesystemSm y (Fe x Ni 1-x ) 4 Sb 12 , were already extensively
investigated [4-8]. Moreover, we already

２．Research program2

succeeded in preparing a 1 cm module on

The research plan was made up of two pars.

silica based on skutterudite thin films

1) At first, try to reproduce at Dillard

with output power P max ≈ 5 nW at 200-300 °C

University[9]. The goal of this research is to enhance

skutterudite films obtained at SIT.

theresultsonpure2) fabricate skutterudite thin films

the performance of the skutterudite thinfilms via incorporation of carbon-based

added

with

carbonnanocompositesbynanodefects of different morphology.

MAPLE-PLD, simultaneously ablating with 2

The strategy of researchers to improve ZT

laser beams the dense SPS skutterudite

has traditionally been focused on twotarget (prepared at SIT) and the polymer

possible strategies: (i) Depression of κfrozenvia enhancing the phonon scattering – thisskutterudite/polymer

approachvaried,

is

based

on

introductionofsolution.
toThe

relativeamounts

establish

the

will

be

percolation

various shaped nanodefects. [10, 11] orthreshold of carbon in the thermoelectric(ii) energy filtering and improvement of S

matrix.

[12].
More

recently,

a

new

way

has

been

３．State of progress
The research at Dillard University wasconsidered by Prof. A. Darwish in his(Paolomainly conducted by Dr. Latronico over oneMele): (iii) enhance σ via introduction ofmonth of stage, and PI (Paolo Mele) joined

highly conductive carbon nanoclusters andthe experimental activity for the first two

chains in Al-doped ZnO matrix, without

weeks.

earliercollaboration

with

PI

enhancing κ [13]. This approach has been

At Dillard University it was possible topossible via simultaneous deposition ofwork on the new PLD/MAPLE system whichpolymer and oxide in the unique matrix

allows to mix constituents of entirely

assisted pulsed laser evaporation (MAPLE)

different chemical nature and to control

apparatus, which is only available attheir proportion in a composite film,

Dillard University.

insteadofinamulti-layer

commonIn this research, these approaches are

structure. It is worth noting that theapplied to the skutterudite thin films.

vacuum chamber used is custom designed with

The novelty of this project is to combine

an unique shape and structure, and it is not

the approaches (i): depression of κ inavailable

thermoelectric skutterudite thin films via

product. The system was not yet calibrated

controlledofin February 2024, at the time of themonodimensional (1D) nanodefects (PI) andscientific visit of SIT members to Dillard(iii): enhancement of σ via engineered

University, and therefore the calibration

introduction― 246 ―

commerciallyasastandard

TOPへ戻るwas set on the path of the 532 nm laser towas necessary at the first stage.
The first ten days of the stay werededicated to the alignment of 5 out of 6

soften and reduce the ablation on theskutterudite target.

laser beams which must reach the targets
inside the vacuum chamber, one of which isvisible in Fig. 1.

Figure 1 – Visible laser beam (λ = 532 nm)

Figure 2–lens before the chamber window

reaching the PLD/MAPLE system.

The Q-Switch knob was set at the value of
After

that,

the

first

deposition

experiments were carried out. The targets

7.5, and the deposition was carried on for
40 minutes.

ofThe skutterudite target, which has aTechnology in advance were Fe50 (n-type, x

diameter of 1.5 cm, was moved with a= 0.5, y = 0.17) and Fe70 (p-type, x = 0.7,

rasteringydedicated software with an angle of 5° at

prepared

=

at

0.41)

Shibaura

belonging

Institute

tothesystemoscillation

throughthea speed of 2°/sec, while the substrates

Sm y (Fe x Ni 1-x ) 4 Sb 12 .
The deposition of the skutterudite waswere set at the minimum substrate-target

performed with a 10 Hz Laser with λ = 532

distance

nm, while for the PMMA, on the MAPLE holder

skutterudite target was also slightly(cooled with liquid nitrogen), a 10 Hz

tilted by means of a copper tape to somewhat

Laser with λ = 1064 nm was used.

move the plume towards the center of theAfter a first try on the n-type target

androtated

at

5

RPM.

The

substrate holder.

Fe50, a deep hole was found on the pellet,

The beam on the PMMA target was moved

making clear that the laser beam was too

every 8/10 minutes to avoid the complete

strong and focused. Few preliminary tests

ablation of one point of the material.

were therefore performed on a spare ZnO

Anyway, even with this approach, the target

target.

was ablated too strongly and the PMMA was

The chosen focusing lengths (f) for theburned during the ablation.

lenses close to the chamber window (Fig.2)

Substrates were set on the side of thewere f = 30’ on the skutterudite laser beam

holder, where the deposition was stronger

and f = 20’ on the PMMA laser beam. An irisand more uniform (Fig 3).

― 247 ―

TOPへ戻るThe final samples fabricated on silica

temperature evaluation of the Seebeckcoefficient.

glass at Dillard University are:

The conditions of the deposition for both

Fe50 Film; Fe50 Film + PMMA; Fe70 Film; Fe70

theFilm + PMMA

targets

mustbeoptimized

after

performing the first few analyses on thesamples. The thickness of the skutterudite
will be measured soon by means of the FIB
technique and, depending on the result, thedeposition time or power of the laser will
be adjusted. Probably, the PMMA ablation
performed was too strong, but due to thetime constraints, it was not possible toadjust it further.
The work will be continued by the members
Figure 3 substrates after the deposition with

of

prof.

Darwish’s

lab

and

possibly

concluded in AY2024 at Dillard University

PMMA.

in
The Fe50 and Fe70 appeared as transparent,
which probably means that their thicknesspresenceofPI,

duringasecondinternship stage under the same funding
scheme.

is less than 100 nm, while the films added

After the completion of the experimentswith PMMA were black and opaque, whichand characterization, a joint publicationmeans that the polymer was completely burnin peer-reviewed journal is planned.

out by the laser beam. It is possible to say
that

the

optimalconditions

for

Referencesthedeposition of the skutterudite (both pure[1] Th. Seebeck, Ann. Phys. 82 (1821) 133; [2]and added with PMMA) were not reached.

L. Livermore N. Lab./ DoE 2022; [3] G.J. Snyder

The initial difficulties in the set up

and E.S. Toberer, Nature Mater. 7, 105 (2008); [4]and calibration of the laser beams reduced

G. Latronico, P. Mele, et al., Nanotech., 34

theexperiments.

(2023) 115705; [5] G. Latronico, P. Mele et al,

Therefore, the films were sent from Dillard

Materials, 14 (2021) 5773 [6] C. Artini, G.

Universityof

Latronico, P. Mele, et al., Mat. Res. Bull., 139

further(2021) 111261; [7] C. Artini, G. Latronico, et al.

time

for

Technology

the

to

core

ShibauratoInstitute

performcharacterizations in PI`s lab.

J. of Mat. Eng. and Perform., 27 (2018) 6259; [8]C. Artini, et al., Inorg. Chem. 55 (2016) 2574;

４ ． Future program, paper submission and [9] G, Latronico, P. Mele et al., in preparation.
results briefing[10] L.D. Hicks, M. S. Dresselhaus, PRB 47 (1993)

In Japan, some tries on the annealing

12727; [11] R.Venkatasubramanian et al., Nature

conditions will be performed, together

413 (2001) 517; [12] R. Prashad et al., Mat. Sust

with the thickness evaluation via FIB, some

Energ. 9 (2020) 3; [13] A.M. Darwish, P. Mele, et

acquisitions

al Composites B 167 (2019) 406

with

XRD,

and

the

room

― 248 ―

TOPへ戻るノルディックハムストリングの効果検証
生命科学科

赤木

亮太

共同研究者
静岡産業大学江間諒一2015）．また，アスリートがエクササイズをト

１．序論（はじめに，まえがき，目的）
大腿後面に位置する大腿二頭筋・半腱様レーニングメニューとして取り入れるために筋・半膜様筋の総称をハムストリングという．

は，怪我予防という視点だけではなく，トレハ ム ス ト リ ン グ の 肉 離 れ （ Hamstring Strain

ーニングよってパフォーマンスが向上するか

Injured： HSI） は ， あ ら ゆ る ス ポ ー ツ 活 動 のどうかが重要である．しかし，定期的に NHE中で生じ（Crema et al. 2018），特に急なスプを実施するトレーニングにより，瞬発力やジリントや急停止，ジャンプで発生率が高い外ャンプ力など，スポーツ選手にとって重要な傷である．肉離れは受傷率が高く，例えば，

身体パフォーマンスが向上するのかはわかっ2019 年 に 行 わ れ た ラ グ ビ ー ワ ー ル ド カ ッ プていない．そこで本研究は，6 週間に亘る，中に起きた怪我の中で，肉離れの割合が 9.8%

NHE を実施するトレーニングにより，HIS のと高い割合を占めていた（Fuller et al. 2020）．

リスクファクターを改善しつつ，瞬発力やジHSI は一般的に発症から完治までに 3 週間かャンプ力が向上するかどうか，そのメカニズ

ら 5 週間かかるとされており，再発率も高い

ムを含めて明らかにすることを目的とした．

（Wangensteen et al. 2016）．それ故，HSI の受

ハムストリングスの発揮筋⼒によって、上体をゆっくり倒していくエクササイズ

傷予防は，アスリートのパフォーマンス向上
において重要である．
HSI のリスクファクターとしては，伸張性

ハムストリングス

膝関節屈曲トルクや大腿二頭筋長頭の筋束長が挙げられる（Wangensteen et al. 2016）．近年，
伸張性膝関節屈曲トルクの向上および大腿二⾜⾸の部分で筋⼒を計測

頭筋長頭の筋束長を改善させる運動として，
図 1 ノルディックハムストリングモデル

ノルディックハムストリングエクササイズ（ NHE ） が 注 目 さ れ て い る （ Presland et al.
2018）（図 1）．NHE は大きな器具や高価な機

２．研究計画械を必要としないため，スポーツ現場のトレ本研究では，スポーツ現場への将来的な適ーニングセッションに加えやすい．しかしな用を見据え，週 2 日トレーニングを実施する

がら，このエクササイズは筋肉痛を誘発する

群と，週 1 日トレーニングを実施する群を設（Behan et al. 2022）ことから，アスリートか定した．トレーニングを実施しないコントロら 敬 遠 さ れ る 傾 向 が 見 ら れ る （ Bahr et al.

ール群と合わせた 3 群を対象に，介入前後の― 249 ―

TOPへ戻る測定データを比較することを想定して，二元曲トルク，➁等張性膝関節屈曲パワー，➂

配置分散分析における交互作用に関するサンNHE 中の膝関節屈曲トルク，➃筋束長についプ ル サ イ ズ を ， 検 出 力 分 析 ソ フ トて報告する．

G*Power3.1.9.7 を用いて計算した．その結果，➀及び➁に関しては，筋力評価システム（図トータルのサンプルサイズは 42 と算出され2）を，➂に関しては，図 1 に記載の NHE 用

た．NHE は左右両方の足首を固定して行われ装置を使用した．そして，➃に関しては超音るエクササイズであることに鑑み，本研究で波診断装置（図 3）を使用した．

は，左右両脚を研究対象とすることで，各群，男子大学生及び大学院生若年男性 21 名（42脚）を無作為に割り当てることとした（“週 2日トレーニング群”身長：169.8 ± 6.8 cm，体重：63.4 ± 5.7 kg；“週 1 日トレーニング群”
身長：168.0 ± 6.9 cm，体重：60.8 ± 9.5 kg；“コントロール群”身長：172.1 ± 3.7 cm，体重：66.5 ± 8.7 kg）．本研究では，過去 6 ヶ月間，
下肢のトレーニングを実施していないものを対象とした．対象者全員に，測定前に本研究に関して十分な説明をした後，各対象者から実験参加への同意を書面で得た．本実験は芝浦工業大学生命工学研究倫理審査委員会より承認を受けた上で実施された．
週 2 日/週 1 日トレーニング群は，6 週間に

図 2 筋⼒評価システム

亘 り ， NHE（ 図 1） を 定 期 的 に 実 施 し た ． 1
日のトレーニング時間は 30 分とした．トレー
ニング日は，必ず 1 日（24 時間）以上空けるようにした．1 日のトレーニング量は，先行研究（Behan et al. 2022, Bourne et al. 2017,
Presland et al. 2018）を踏まえ，24 回とした．
すなわち，トレーニング期間合計の反復回数
は，週 1 日トレーニング群は 144 回，週 2 日
トレーニング群は 288 回となった．動作ペースとしては，6 s かけて立膝の状態からゆっく
り体を倒し，10 s 休憩し，このサイクルを 4回繰り返した．そして，1 分の休憩を挟んで，合計 6 セット繰り返すことで，1 日のトレー
ニングを遂行させた．
本研究では，様々な測定データを取得しているが，ここでは，現時点で分析を終えている変数について報告する．具体的には，6 週

図 3 超⾳波診断装置

間の介入前後で測定した，➀伸張性膝関節屈― 250 ―

TOPへ戻る± 37 W であった．コントロール群では，介入３．計画の進行状況
現時点では，各データの正規性の確認ができていないため，二元配置分散分析等の統計

前は 329 ± 41 W，介入後は 328 ± 36 W であった．

分析も実施していない．上述の 4 つの変数に関し，介入前後の各群の平均及び標準偏差に➂NHE 中膝関節屈曲トルク（図 4（c））
週 2 日トレーニング群では，介入前は 226 ±

ついて，以下報告する．

63 N，介入後は 313 ± 46 N，週 1 日トレーニ
ング群は，介入前は 227 ± 47 N，介入後は 270➀伸張性膝関節屈曲トルク（図 4（a））
週 2 日トレーニング群では，介入前は 103 ±± 35 N であった．コントロール群では，介入

18 Nm，介入後は 122 ± 22 Nm，週 1 日トレー

前は 256 ± 45 N，介入後は 266 ± 35 N であっニング群は，介入前は 100 ± 16 Nm，介入後た．

は 106 ± 18 Nm であった．コントロール群では，介入前は 135 ± 31 Nm，介入後は 132 ± 22

➃大腿二頭筋長頭筋束長（図 4（d））
週 2 日トレーニング群では，介入前は 79.4

Nm であった．

± 8.8 mm，介入後は 92.2 ± 8.6 mm，週 1 日ト
レーニング群は，介入前は 77.9 ± 8.4 mm，介➁等張性膝関節屈曲パワー（図 4（b））
55 W，介入後は 326 ± 52 W，週 1 日トレーニ

ル群では，介入前は 79.9 ± 12.3 mm，介入後ング群は，介入前は 288 ± 26 W，介入後は 313

は 81.4 ± 14.3 mm であった．

(a)

100

0

400

週2⽇

週1⽇

トレーニング群

トレーニング群

コントロール群

⼤腿⼆頭筋⻑頭筋束⻑ (mm)

NHE中膝関節屈曲筋⼒ (N)

200

(c)

200

0

等張性膝関節屈曲パワー (W)

入後は 91.1 ± 10.7 mm であった．コントロー

伸張性膝関節屈曲トルク (Nm)

週 2 日トレーニング群では，介入前は 299 ±

週2⽇

週1⽇

トレーニング群

トレーニング群

400

(b)

200

0

120

コントロール群

週2⽇

週1⽇

トレーニング群

トレーニング群

コントロール群

(d)

60

0

週2⽇

週1⽇

トレーニング群

トレーニング群

コントロール群

図 4 各群の介⼊前後の伸張性膝関節屈曲トルク（a），等張性膝関節屈曲パワー（b），
NHE 中の膝関節屈曲トルク（c），および筋束⻑（d）（⿊⾊：介⼊前，灰⾊：介⼊後）歩⾏― 251 ―

TOPへ戻る４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状

teams: the Nordic Hamstring survey. Br J

況Sports Med. 2015, 49(22):1466-1471.
まずは，ジャンプ能力等，現時点で分析を・Behan FP, Vermeulen R, Whiteley R, Timmins

終えていない変数について，分析を進めて行RG, Ruddy JD, Opar DA. The Dose-Response

く．そうすることで，本研究の目的でもある，

of the Nordic Hamstring Exercise on Biceps「瞬発力やジャンプ力が向上するかどうか」

Femoris Architecture and Eccentric Knee

について，きちんと精査する．

Flexor Strength: A Randomized Interventional

その後，各変数を対象に統計分析を実施す

Trial. Int J Sports Physiol Perform. 2022,

る予定ではあるものの，図 4 の通り，現状の17(4):646-654.

結果としては，無作為に分けているにもかか・Bourne MN, Duhig SJ, Timmins RG, Williams

わらず，コントロール群の関節トルク・パワ

MD, Opar DA, Al Najjar A, Kerr GK, Shieldーが他 2 群に比べて高い値となっている．こAJ. Impact of the Nordic hamstring and hip

ちらに関しては，体形で補正をするなど，もextension exercises on hamstring architecture

う少し工夫することを検討する．また，トレandーニング効果の個人差について検討するため

prevention.

に，図 5 のような形で，各回のトレーニング

51(5):469-477.

量をより正確に把握し，各変数の変化との関morphology:
Br

implications
J

Sportsforinjury

Med.

2017,

・Crema MD, Godoy IRB, Abdalla RJ, de Aquino

係性についても模索する．

JS, Ingham SJM, Skaf AY. Hamstring Injuries
in Professional Soccer Players: Extent of

筋⼒(N)MRI-Detected Edema and the Time to Return500

to Play. Sports Health. 2018, 10(1):75-79.
400

トレーニング量・Fuller CW, Taylor A, Douglas M, Raftery M.

300

Rugby World Cup 2019 injury surveillance200

study.

Afr

J

Sports

Med.

2020,

32(1):v32i1a8062.

100
0

S

・ Presland JD, Timmins RG, Bourne MN,
0

2

4

6

時間(秒)

8

10

Williams MD, Opar DA. The effect of Nordic

12

hamstring exercise training volume on biceps
femoris long head architectural adaptation.

図 5 ト レーニング量評価イメージ

Scand

最終的に得られた結果に関しては，国内学

J

Med

Sci

Sports.

2018,28(7):1775-1783.

会大会あるいは国際会議での発表を予定して

・ Wangensteen A, Tol JL, Witvrouw E, Van

いる．並行して，国際学術誌への投稿に向け，Linschoten R, Almusa E, Hamilton B, Bahr R.

論文執筆を進める．

Hamstring Reinjuries Occur at the Same
Location and Early After Return to Sport: A【参考文献】
・ BahrR,

Thorborg

K,

EkstrandJ.

Evidence-based hamstring injury prevention is

Descriptive

Study

of

Reinjuries.

Am

SportsJ

MRI-Confirmed
Med.

2016,

44(8):2112-2121.

not adopted by the majority of Champions
League or Norwegian Premier League football― 252 ―

TOPへ戻るフェロトーシス関連ビタミン K の脳疾患応用
生命科学科

廣田

佳久

共同研究者
神戸薬科大学 薬学部 薬学科
都出 千里
神戸薬科大学 薬学部 薬学科
鎌尾 まや
神戸薬科大学 薬学部 薬学科
岡野 登志夫
芝浦工業大学 システム理工学部 生命科学科
須原義智

スを抑制することを報告した［Nature, 2022］。

１．序論（はじめに，まえがき，目的）
ビタミン K は栄養素として広く認知され、フェロトーシスは、2012 年に提唱された細胞

緑黄色野菜に含まれるビタミン K 1 （PK）や死の一つである。脂質の過酸化と鉄の存在が発酵食品に含まれるビタミン K 2（MK-n：n=1

重要な役割を果たし、脂質ラジカルに起因す～14）に分類される。ビタミン K は血液凝固

る細胞膜成分のリン脂質の過酸化によって引や骨形成作用に重要な役割を担うことが報告

き起こされる。近年、アルツハイマー病の発されており、血液凝固薬や骨粗鬆症治療薬と症や重症化に寄与することが報告されている

して利用されている［Lancet, 1995］。

［Nat. Metab., 2023］。

我々は、これまでにビタミン K の標的組織

我々はビタミン K の脳への移行性が高いこである肝臓や骨と比較して、ヒトやマウスのとから、食事から摂取した栄養素ビタミン K

脳内ビタミン K 量が非常に多く存在することが脳内へ移行し、フェロトーシスを抑制するを見出している［JBC, 2013］。また、PK からことでアルツハイマー病の進行抑制に繋がる

MK-4 へ の 変 換 を 担 う ビ タ ミ ン K 変 換 酵 素と想起した。また、強力にフェロトーシス抑（UBIAD1）［Nature,2010］を脳神経特異的に制効果を有するビタミン K 誘導体を創出でき欠損させたマウスによって世界で初めて脳内れば、新しいアプローチのアルツハイマー病

ビタミン K が存在しないマウスの作出に成功

治療に応用できる可能性が示唆されたため本し、脳の形態異常や認知機能低下などのアル研究を発案した（図 1）。

ツハイマー病様の表現型を示すことを見出した。さらに、東京都健康長寿医療センター村山先生との共同研究により、アルツハイマー病患者の脳内ビタミン K 濃度が著しく低下することや、ビタミン K 製剤を服用したヒト脳内のビタミン K 濃度が 100 倍以上上昇する興
味深い結果を得ることができた［論文準備中］。
ドイツ・ヘルムホルツセンターの三島らは、還元型ビタミン K が抗酸化能を有しており、脂質ラジカルを捕捉することでフェロトーシ

― 253 ―

図 1 脳変性疾患に対するビタミン K の予想される役割および本研究の目的

TOPへ戻る２．研究計画②フェロトーシス抑制効果を有するビタミン K
同族体の評価①細胞死フェロトーシスの評価系の構築
本実験ではフェロトーシスの評価系として

本実験で用いたビタミン K 同族体は、3 位

肝臓由来細胞 HepG2 細胞のゲノム編集によの側鎖構造の違いによって 3 種類の同族体にり GP ｘ 4 遺伝子を欠損した細胞を樹立する。

分類されます。Phylloquinone（PK）は phythyl

具体的には、ヒト GPｘ4 ゲノムのエキソン 2

側 鎖 を 有 し ま す 。 Menaquinone-n（ MK-n） はに存在する、セレノシステイン残基を
CRISPR-Cas9 システムを用いて、エキソン欠
損をはかることで、GP ｘ 4 遺伝子を欠損した細胞（HepG2 GPx4 KO 細胞）を樹立した

isoprenyl 側鎖を有し、その isoprene 基の数（n）に応じてさらに n=1~14 の同族体に分類されます。また、側鎖を持たない Menadione（MD）
が存在します。本実験では、PK、MD、MK-2、（図 2）。

MK-3、MK-4、MK-7 を用いて活性評価を行いました。フェロトーシス誘導細胞は、3 日間
Tocopherol 不含培地にて培養後に播種し、これらのビタミン K 同族体を 0.1~10 µM 添加しました。さらに 3 日間培養後、フェロトーシ
ス阻害率を評価しました。

図 2 GPx4 KO 細胞の作製②フェロトーシス抑制効果を有するビタミン K
同族体の評価本実験では①で作出した、HepG2 GPx4 KO細胞を用いて、ビタミン K 同族体の側鎖構造の違いによる同族体間の構造活性相関を評価
す る 。 HepG2 GPx4 KO 細 胞 は 、 10 µM

図 4 Tocopherol によるフェロトーシス抑制作用

Tocopherol 含有培地にて培養する。6 cm dish

その結果、側鎖をもたない MD は高濃度でに細胞を継代し、Tocopherol 不含培地で 3 回は細胞毒性を示し、生存率は低下しました。

洗 浄 後 、 96 well plate に 播 種 し 、 3 日 間

ビタミン K の中で最も生理活性の強い MK-4

Tocopherol 不含培地で培養を行う。その後、
ビタミン K 同族体を添加し、さらに 3 日間培養を行い、生細胞数を WST-8 アッセイにより評価し、フェロトーシス抑制効果を検証した。

は PK と比較して強いフェロトーシス阻害活性をしましました。次に、側鎖長によるフェロトーシス阻害活性の違いを検討しました。
MK-2、MK-3、MK-4 は 0.1 µM レベルの低濃３．計画の進行状況

度からフェロトーシスを抑制できることを見①細胞死フェロトーシスの評価系の構築出しました。また、側鎖長の長い MK-7 はフ

CRISPR-Cas9 システムを用いて、エキソンェロトーシスを阻害できないことが分かりま

欠損をはかることで、GP ｘ 4 遺伝子を欠損しした。そこで、フェロトーシス阻害活性の違た HepG2 GPx4 KO 細胞の樹立に成功した

いがビタミン K の取り込み量の違いによるも（ 図 3 ）。

のか検討しました。フェロトーシス抑制作用が強いビタミン K が細胞内に多く取り込まれているわけではないことが分かりました。

図 3 GPx4 KO 細胞のタンパク質発現量― 254 ―

TOPへ戻る3.

Homma T, Okamoto M, Koharazawa R,
Hayakawa M, Fushimi T, Tode C, Hirota Y,
Osakabe N, Baba M, Suhara Y.
Exploring Novel Vitamin K Derivatives
with Anti-SARS-CoV2 Activity
ACS Omega, 8, 42248−42263 (2023)

図 5 MK-4 によるフェロトーシス抑制作用

4.

Hirota Y
Elucidation of physiological functions ofvitamin K in the brain and development of

４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況
本研究成果がもたらす意義は、学術面では

new derivatives for neuroregeneration.

脳内におけるビタミン K の重要性を明らかに

Yakugaku Zasshi, 143, 199-203 (2023)

することで、新たなビタミン K 研究のパラダイムを提示することに繋がる。本研究から明らかになるフェロトーシス抑制におけるビタ

5.

Koharazawa R, Hayakawa M, Takeda K,
Miyazaki K, Tode C, Hirota Y, Suhara Y.

ミン K 分子機構を基にビタミン K 誘導体を合Exploring 2-methyl-substituted vitamin K3

成し、独自の迅速なスクリーニング手法を用いればアルツハイマー病患者の新たな脳機能

derivatives with potent inhibitory activity

回復治療法の提案に繋がることが期待される。

against the 3CL protease of SARS-CoV-2
Bioorg. Med. Chem. Lett., 100, 129642(2024)［論文等投稿］（計 11 件）
1.

Furukawa N, Chen X, Asano S, Matsumoto
M, Wu Y, Murata K, Takeuchi A, Tode C,

6.

Kofuji S, Wolfe K, Sumita K, Kageyama S,

Homma T, Koharazawa R, Usami K, Tie JK,

Yoshino H, Hirota Y, Ogawa-Iio A, Kanoh

Hirota Y, Suhara Y.

H, Sasaki M, Kofuji M, Davis MI, Pragani

Synthesis of new vitamin K derivatives withR,

a ketone group at the C-1′ position of the

Nigorikawa K, Sasaki T, Takeuchi K, Senda

side

T, Kim SM, Edinger AL, Simeonov A,

chain

and

their

conversion

to

Shen

M,

MB,

NakatsuF,

menaquinone-4.

Sasaki AT

J. Mol. Struct., 1276, 134614 (2023)

A high dose KRP203 induces cytoplasmic
vacuoles

2.

Boxer

associatedwithalteredIkeda Y, Davis MI, Sumita K, Zheng Y,

phosphoinositide segregation and endosome

Kofuji S, Sasaki M, Hirota Y, Pragani R,

expansion

Shen M, Boxer MB, Takeuchi K, Senda T,

Biochem. Biophys. Res. Commun., 680 in

Simeonov A, Sasaki AT.

press (2024)

Multimodal

Actionof

KRP203on

Phosphoinositide Kinases in vitro and in

7.

Arai T, Oshima M, Uemura M, Matsunaga

cells.

T, Ashizawa T, Suhara Y, Yoneyama H,

Biochem. Biophys. Res. Commun., 679,

Usami Y, Harusawa S, Komeda S, Hirota Y.

116-121 (2023)

Azolato-bridged

dinuclear

platinum(II)complexes

exhibitandrogen― 255 ―

TOPへ戻るreceptor–mediatedanti–prostatecanceractivity
in press (2024)
8.

小林正 知、佐野翔 、新井佑、 村田昂平、
田上晋太朗、渡邉莉菜、須原義智、廣田佳久*
ビタミン K 変換酵素 UBIAD1 はコレステ
ロール代謝酵素 HMG CoA 還元酵素の小胞体関連分解を制御する

ビタミン誌 , 97, 84-87 (2023)
9.

佐野翔 、新井佑、 清野航、渡 邉莉菜、本間大暉、鎌尾まや、須原義智、廣田佳久*
ビタミン K 変換酵素 UBIAD1 の変異により 引 き 起 こ さ れ る Schnyder corneal
dystrophy の発症機構

ビタミン誌 , 97, 275-279 (2023)10.

本間大暉、早川真由、廣田佳久、須原義智
脂溶性ビタミンと SARS-CoV-2 に関する
最近の知見

ビタミン誌 , 97, 280-284 (2023)11.

田上晋太朗、浅野公志、中川胡桃、富岡涼、村田昂平、大島将、鎌尾まや、西川
美宇、 生城真一、廣田佳久*
メ ナ ジ オ ン は 第 Ⅱ相 薬 物 代 謝 酵 素 群 に より解毒代謝されるビタミン誌 , 97, 518-522 (2023)［学会発表］（計 42 件：筆頭・責任）
国際学会における発表が 6 件、国内学会における発表が 36 件
発表学生の受賞回数が 9 件― 256 ―

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芝浦工業大学

２０２３年度特別教育・研究報告集

発行年月日

２０２４年５月３１日

発〒135-8548 東京都江東区豊洲 3-7-5

行

所

TEL 03(5859)7180
発 行 部 署製作

所

FAX 03(5859)7181

芝浦工業大学
研究推進部

研究企画課

株式会社

エスアイテック
ISSN 2185-7326

無断複写・転載を禁ず― 257 ―

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