ＩＳＳＮ ２１８５-７３２６

2 0 2 2 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学人材育成」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２０２２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浦工業大学                 学 長  山  田   純 
２０２３年５月

２０２２年度 芝浦工業大学 特別教育研究 及び 特別研究目  次

１． 特 別 教 育 研 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
2
工

学

部

電

子

工

学

科

 村 上 嘉 代 子

4
地域高齢者を元気にするための $5 スポーツの実践+$'2 を用いた取り組み・
・
・
・

工

学

部

情

報

工

学

科

 石

﨑



聡

之

6
豊洲スマートシティ構想との産学官民連携・
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工

学

部

先 進 国 際 課 程

 坂

井



直

道

9
豊洲、大宮地区の車載センサを応用した交通安全対策活動・・
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システム理工学部

機械制御システム学科

 伊

東



敏

夫

観光を起点とした関係人口創出のためのシステムデザイン：住民・観光客・ビジネスの三方よしを目指して・
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11
システム理工学部

機械制御システム学科

 長 谷 川 

浩 志

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 6'*V 達成に向けての地域課題解決策の実践・
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・
13
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：課題解決のための最適手法の探
索と適用・
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15
システム理工学部

環境システム学科

 市

川



学

都心の災害を考えるワークショップ実施と展覧会の開催・
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・・
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・・・
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・
17
デザイン工学部

デ ザ イ ン 工 学 科

 橋

田



規

子

ロボット技術による見守り・健康支援等スマートタウン構築（地域連携の強化）・・
19
デザイン工学部

デ ザ イ ン 工 学 科

 佐

々

木



毅

内部河川・運河の活用とコミュニティ強化・・
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・
21
34
建

築

学

部

建

築

学

科

 志

村



秀

明

東京臨海地域における安心安全健康のまちづくり・
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23
建

築

学

部

建

築

学

科

 佐

藤



宏

亮

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 &$'&$0 と 1& 加工を組み合わせた教育プログラムの実践 ・
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・
25
工

学

部

機 械 機 能 工 学 科

 青 木 孝 史 朗$, 実装の実習及び $, を導入した研究課題の設定と継続・
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29
工

学

部

電

子

工

学

科

 プレーマチャンドラ チンタカ

,R7 と $, が溶け込んだ次世代教育環境の研究・
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・
33
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、
学ぶ楽しさを掘り起こす〜・・
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・
37
工

学

部

先 進 国 際 課 程

 山

本



文

子

J3%/ のアセスメントとイノベーション創出・
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・
41
工

学

部

先 進 国 際 課 程 吉 久 保 

肇 子

,PSURYHPHQWRI5HVHDUFKEDVHG/HDUQLQJ6W\OHE\,QWHJUDWLQJ,R7DQG(PRWLRQ
6HQVLQJ7HFKQRORJ\・
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45
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

3%/ における学生の協同学修プロセスの可視化・促進のための (G7HFK システム
の開発・
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49
システム理工学部

電子情報システム学科

 間

野



一

則

53
学修者の学びを担保する学修成果の把握・可視化・検討体制の構築・・・・・・・・・・・・
・

教育イノベーション推進センター



 榊

原



暢

久

グローバル
'HVLJQDQG,PSOHPHQWDWLRQRI'RXEOH'HJUHH-RLQW'HJUHH(GXFDWLRQ0RGHOIRU
'RFWRUDOVWXGHQWVDW6,7・
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57
工

学

部

先 進 国 際 課 程 ミリアラ ムラリダ

3OXV';
61
月島三丁目デジタルツイン・プロジェクト・
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建

築

学

部

建

築

学

科

 岡

崎



瑠

美

２． 特 別 研 究（１）プロジェクト研究助成
着任時研究助成66
巨大圧電性能を有する強誘電体薄膜のスパッタ成膜法の開発・
・
・
・
・
・・
・・・
・・
・・
・
・
・

工

学

部

機 械 機 能 工 学 科

 吉

田



慎

哉

70
英語学習を促す心理的要因の因果モデル構築・
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工

学

部

機 械 機 能 工 学 科

 新

谷



真

由

74
鋼の冷却促進に対する酸化スケールと表面粗さ利用の検討・
・
・
・
・
・・
・
・・
・
・・
・・・
・
・
・

工

学

部

材

料

工

学

科

 遠

藤



理

恵

78
本質的に無損耗なイオン推進機の開発・
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・

工

学

部

電

気

工

学

科

 川

嶋



嶺

82
3URGXFWLRQRI(QJLQHHUHG0LFURSODVWLFVE\3URWRQ%HDP:ULWLQJ 3%: ・・・・・・・
・

工

学

部

電

気

工

学

科

 プッタラクサ ニティポン

86
術後の心疾患検知のための蛍光免疫センサ・
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工

学

部

電

子

工

学

科

 當

麻



浩

司

90
,56DVVLVWHG2)'0V\VWHPにおけるセミブラインド伝搬路推定・・・・・・・・・・・・・・
・

工

学

部

情 報 通 信 工 学 科

 菅



宣

理

複雑ネットワーク上の量子空間探索における普遍性の探究･･･････････････････
94
工

学

部

情

報

工

学

科

 渡

部



昌

平

'HYHORSPHQW RI D /HDUQLQJ%DVHG DQG 'DWD'ULYHQ &RQWURO 0HFKDQLVP IRU6\VWHPV8QGHU8QFHUWDLQ2SHUDWLQJ&RQGLWLRQｓ・
・
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・
98
工

学

部

先 進 国 際 課 程 テチンカヤ アハメット'HYHORSPHQWRIWRROVIRULQGHSWKVWXG\RQWKH8QFDQQ\9DOOH\・・・・・・・・・・・・
・・
102
工

学

部

先 進 国 際 課 程 ガブリエレ トロヴァト

6RFLHW\ のための個人・世帯データの生成・
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・
106
システム理工学部

電子情報システム学科

 原

田



拓

弥

110
サイバーセキュリティと国際関係・
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・
・

システム理工学部

環境システム学科

 持

永



大

114
ラティス構造の強度特性と数値解析の研究・
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デザイン工学部

デ ザ イ ン 工 学 科

 早

房



敬

祐

118
高機能心腔内超音波イメージング法の開発・
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理工学研究 科

電気電子情報工学専攻

 椎

名



毅

科研費連動型
固液境界面近傍におけるコロイド流れの分散粒子の複雑流動に関する壁面漸近122
挙動の解明・
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工

学

部

機

械

工

学

科

 白

井



克

明

6\QWKHVLVRIQRYHOKLJKHQWURS\R[LGHVDQGVHDUFKIRUWKHLUIXQFWLRQDOLWLHV126
DVR[\JHQVWRUDJHPDWHULDOVIRUR[\JHQJHQHUDWLRQ・
・
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・・・
・・

工

学

部

機 械 機 能 工 学 科

 アリチャ クリムコヴィッチ

130
イオン液体を用いた劣化溶媒に含まれる核種の分離回収・・
・
・
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・
・
・
・・
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・・
・
・
・・・
・
・・

工

学

部

材

料

工

学

科

 新

井



剛

134
高性能 /L 空気電池の開発・
・
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・

工

学

部

材

料

工

学

科

 石

﨑



貴

裕

水蒸気を用いた回収容易な遷移元素酸化物光触媒担体の創製および可視光応答
化の実現・
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・・
138
工

学

部

材

料

工

学

科

 芹

澤



愛

低濃度二酸化炭素固定化のための高効率膜反応器の開発・
・
・
・
・
・
・
・
・・
・
・・
・
・
・・・
・
・・
142
工

学

部

応

用

化

学

科

 野

村



幹

弘

元素置換濃度制御に基づく水素化物ペロブスカイトの機能性創出と新規学術分
146
野の開拓・
・
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・
・・
・
・
・
・

工

学

部

応

用

化

学

科

 大

口



裕

之

/HYHUDJLQJ KXPDQ IDFWRUV DQG YLGHR FRQWHQW IRU KLJK 4R( SHUIRUPDQFH
150
UHLQIRUFHPHQWOHDUQLQJEDVHGDGDSWLYHELWUDWHVHOHFWLRQ・
・
・
・
・
・・
・・
・
・・
・・
・・
・・

工

学

部

情 報 通 信 工 学 科

 ファン スアン タン

154
教員養成での利用に向けたデジタル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

需要消失する地域公共交通のサービス改善のための外部補助制度と需要創出策
・・・158
需要消失する地域公共交通のサービス改善のための外部補助制度と需要創出策・
工

学

部

土

木

工

学

科

 岩

倉



成

志

162
バルク超伝導体の強磁場を利用したプロファイル 105 の開発・・
・
・
・
・・
・・
・
・・
・・
・
・・

工

学

部

先 進 国 際 課 程

 坂

井



直

道

高齢者の転倒予防スキル習得法の提案：歩行中の瞬時の姿勢制御能力向上を目指
166
して・
・
・
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・
・
・
・
・
・

システム理工学部

生

命

科

学

科

 赤

木



亮

太

170
動的状況下におけるアキレス腱力学特性の非侵襲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

174
細胞の画像分類手法を用いたバイオマテリアルの炎症性予測・
・
・
・
・
・・
・
・・
・・
・・
・
・・

システム理工学部

生

命

科

学

科

 中 村 奈 緒 子

繰り返し荷重を受けたマグネシウム合金管の腐食挙動・
・
・
・
・
・
・
・
・・
・
・
・・
・
・
・・
・・・
・・
178
デザイン工学部

デ ザ イ ン 工 学 科

 吉 原 正 一 郎

超砥粒ホイール砥粒層の弾性係数に基づく研削加工技術向上に向けたデータベ
182
ースの構築・
・
・
・
・
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・・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・

デザイン工学部

デ ザ イ ン 工 学 科

 澤



武

一

新旧市街地から成る都心まちづくりの手法に関する研究・
・
・
・
・
・
・
・
・・
・
・・
・
・
・・・
・
・・
186
建

築

学

部

建

築

学

科

 志

村



秀

明

種々構造形式における鉄筋コンクリート造パイルキャップの力学モデルと耐震
190
性能評価・
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「拡張された心」概念の導入によるメコン流域の物質世界の解明・・・・・・・・・・・・
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建

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郎

人口減少地域における建築遺産のデジタルアーカイブ化及びその活用に関する
198
研究・
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学

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大学間連携$SSOLFDWLRQ RI /DVHU %LRVSHFNOHV DQG %LRVSHFNOH 2SWLFDO &RKHUHQFH
7RPRJUDSK\ 2&7 LQFRQMXQFWLRQZLWKGHHSOHDUQLQJDOJRULWKPVIRUWKHVSHHG\202
PRQLWRULQJHQYLURQPHQWDOHIIHFWVRQOLYLQJWKLQJV・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
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学

部

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工

学

科

 ウママヘスワリ ラジャゴパラン

多元ヘテロ元素ドープカーボン系触媒材料の合成・
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切折紙をレザバーとする形態計算手法の開発・
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無機系廃棄物を再利用した地盤改良材の開発・
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脳神経細胞を再生して脳機能を回復させる新規神経分化誘導剤の創製・・・・・・・
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224
システム理工学部

生

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科

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科

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歯周病予測のための機械学習による力学的性質データ解析の検討・・・・・・・・・・・
・・
228
システム理工学部

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科

学

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ビタミン . による中枢神経再生機構の解明・
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システム理工学部➢生

命所属学科等名は、 年度中のものです。

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特 別 教 育 研 究        
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     （１）教育改革研究活動助成 ― 1 ―TOPへ戻るᵮᵰᵭᵨᵣᵡᵲ ᵐᵐᵎᵕ2022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
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、海外の大学とともに観光促進のためのサービスシステムを開発した。教育プログラムにおいては大学院授業における産学連携PBLにて、農業と観光㻞㻜㻝㻡年度ＣＯＣ全体イベントの形態（たたき台）
サービスを関連付けた唐辛子温泉の提案、さいたま市の魅力を開拓するためのシェアサイクルサービスの普及のに向けたシステム提案、白馬岩岳マウンテンリゾートでの効率化を目指したマーケティング戦略の提案、さらには高齢者の移動手段の一つとして電動カートを用いた高齢者の観光を促進させる電動カート普及のビジネス提案を行った。研究においては、 昨年度開発した日本料理写真の構図の比較分析のためのアンケートウェブサイトを利用し、日本人とタイ人にアン
ケート調査を行いその結果をまとめた。各プロジェクトや研究テーマは観光システム開発やサービスモデルの提案を促進させる取り組みにつながった。また、SDGsは自治体での観光振興にも広がっており、これらのプロジェクトを通して学生のSDGsと観光の理解を深めることにもつながった。さらに今年度は海外からの学生もPBLに参加できたため、留学生の視点を取り入れた提案も可能となり、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28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 8 名 、 集 中 講 義 の Cross-culturalEngineering Projectにおいて5名（日本人学生2名、海外からの短期留学
生3名）、計 41名が本プロジェクトに参加した。前期と後期と年間を通したプ
ロジェクトは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、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。
【研究】
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6名が地域社会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。
中でも2名はより有効なPR方法の検討について昨年度観光PRに携わる団体から協力をいただき、ウェブサイトやSNSにおける写真の掲載に関するヒ
アリングにより日本料理の印象評価のためのアンケートウェブサイトを構築し、日本人77名とタイ人59名の計136名からのアンケート結果を基に分析を行い、日本人とタイ人による好印象の角度の違いや構図の違いによる日本料理に対する印象の違いを明らかにした。これらの研究を含めた学部と修士研究成果は9件の発表を行った（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、国際会議
KES2022）。
【社会貢献】
PBLプログラムの提案については、合同会社十色、株式会社温泉道場、さいたま市産業創造財団、さいたま市自転車まちづくり推進課、株式会社岩岳リゾート、株式会社Q’sfix、株式会社NOAA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。また、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 ―合同会社十色が栽培するとうがらしを使った
とうがらしアート

日本料理5品を異なる角度や構図により撮影したものを使用した印象比較アンケートウェブ
サイト（日本語、タイ語）

タイのチェンマイにあるRajamangala Universityof Technology Lannaにおいて日本料理写真の印象評価を実施

TOPへ戻る主なトピックス■とうがらし風呂の提案■ シェアサイクル普及のためのシステム

若者の農業離れが進み、農業に携わる企業にとっては深刻な問題である。とうがらしファームを営む合同会社十色の取り組みや認知度を上げてより若者に農業に興味を持ってもらいたいということろをスタート地点に、十色とうがらしファームの「出荷しない唐辛子は廃棄している」という背景もあり、唐辛子を使った温泉を提案することとなった。後期は生の唐辛子を温泉で活用するにはどうすべきかという点から様々な実験を行い、とうがらしアートを温泉に浮かべるという提案に至った。また、株式会社温泉道場が運営する温浴施設の「おふろcafĠ utatane」(埼玉県さいたま市)、合同会社十色の「とうがらしファーム」(埼玉県さいたま市）と連携し、唐辛子を使ったトークショーイベントに参加した。

さいたま市はオープンストリート社と連携し、HELLO CYCLINGを用いたシェアサイクルを普及させてきたが、ポート数増加
ではない方法で普及させるには新たなサービスの提案が必要になってきている。そこで、他社にはない、スポットやイベン
トを表示させすシステムの導入を提案した。スポット表示シス
テムを導入することにより、もともと行きたかった場所に行った後に表示されたスポットに寄り道させることによる利用時間の増加，イベント表示により後日その場所に行く際にシェアサ
イクルを利用してもらうことによる利用回数の増加，イベント情報の表示によって地域イベント参加者が増加することによる地域活性化，広告料や利用時間・回数の増加に伴うシェ
アサイクルの収益の増加などが見込める。

とうがらしを糸と接着剤により連結して作成したとうがらしアートを浮かべた温泉とカラフル
なとうがらし既存のアプリ内にスポットやイベントの情報を表示させる機能を追加することを提案■ スノーリゾートでのマーケティング戦略■ 電動カートの普及方法

白馬岩岳は国内外問わず人気のスノーリゾートではあるが、スノーシーズンやグリーンシーズンを問わず入込数を増加させるための提案を行った。提案内容としては、レンタルカメラを利用して思い出を撮影しそれをLINEアカウントを通じて共有できるようにするものである。利用者がカメラをレンタルして取った写真をオンラインツアー上に新たにピンを追加して全体に共有できるような形を作り、共有できるようにする仕組みを提案した。さらに利用者が写真を各種SNSに投稿することで、白馬に訪れたい人向けにリゾートの全体像を理解できる
ようなサービスを提供することを提案した。

介護レベルが上がってしまう要因として運転免許の返納が関係していると考えられるため、このような要因を削減していくためにも高齢者向けの移動手段が必要である。電動カート
MobileXは軽量で安全な設計であるため、高齢者への移動手段として更なる普及を目指すため、電動カートを利用した観光ルートや電動カートを持ち運びしないサービスの提案を行った。また、高齢者の周りにいる家族などへの電動カートの認知度を向上させる必要があるため、宣伝方法に関する提案も行っている。

公式LINEの作成と現地でのサポートとなるよ
うな機能を提案

提案システムの概要― 3 ―TOPへ戻る2022年度
連携エリア［さいたま市］

ᵮᵰᵭᵨᵣᵡᵲ ᵐᵐᵎᵑ

「地域高齢者を元気にするための ᵟᵰᴾスポーツの実践〜ᵦᵟᵢᵭを用いた取り組み〜」プロジェクト
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．さらに，2020年度からは2015年度ＣＯＣ全体イベントの形態（たたき台）
COVID-19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内容であることが望ましい．本研究では，近年ARスポーツの代表格として知られる
HADOを行い，会話をしながら楽しめる運動を実践し，その効果について通常の運動群・対照群と比較検討を行った．

■教育改革研究活動助成（地域志向）活動の成果【教育】
これまで本PJ代表者が実施してきた運動教室では，参加者からの“学生との交流”を要望する声が非常に多い．そのため、PJ実施のために数名の学生サポートを導入した（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・説明などの準備に加え，オンライン運動教室のサポート，体力測定の実施，データのフィードバックなどに関わってもらった．さらに，体力測定時にはさらに2名の学生を追加し，万全の体制で高齢者のサポートを行った．学生自身の責任が明確になったことで，自発的にPJに参加することができ，学生の成長に繋げることができたと考えられる．
【研究】さいたま市内に在住の地域高齢者（59名，66-84歳）を対象として研究を行った．本PJではHADO群（H群），通常運動群（Ex群）、対照群（CON群）を募
集し， H群・Ex群は週2回の運動教室を全16回行った．両群とも最初の15分
はストレッチングを行い，その後， Ex群は筋力，持久力，柔軟性，バランス能
力などを向上するための複合的な運動プログラムを実施し，H群は3VS3のHADOを3〜5試合程度実施した．運動介入期間の前後に体力測定等を行い，定期的な運動実施の効果について検討した．CON群は通常の生活を行った．
その結果， H群・Ex群はともトレーニング期間後に有意な体力の向上が認められ，特に，H群では筋力の増加がEx群より大きかった．

【キャプション】HADOのイメージ【キャプション】担当学生が研究の概要を説明している様子【社会貢献】
さいたま市の高齢化率は23.16％（令和4年），65歳以上の高齢者 30万人を超えている．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を実践し，「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．
【キャプション】運動教室のトレーニング風景― 4 ―TOPへ戻る主なトピックス■HADO中の心拍数と消費カロリー（通常運動との比較）
A

C

B

D

HADOプレイ（3VS3）中の心拍数・カロリー消費の一例を示した（上図，A〜C参照）．消費カロリーについてはスト
レッチング+HADO（4〜5試合）で約300Kcal程度であった（分速約100mの歩行程度）．一方，心拍数については，
特にゲーム中に約140〜180拍/分に達する結果が示された．したがって，参加者の平均年齢が74歳であったた
め，最高心拍数の100％もしくはそれ以上であったことが明らかになった．

■ HADOが高齢者の体力に及ぼす効果
本PJの結果からHADOが通常の運動と同等以上の運動効果がえられることが明らかになった．通常運動で行っていたようなスクワットの動作が，HADOをプレイしている中で相手の攻撃（エナジーボール）を“しゃがむ”，“よける”ことによって自然と行っていたと考えられる．したがって，本PJの目的である「会話をしながら楽しめる運動」がHADOによって達成できていることが明らかになった．一方，試合数やメンバーの組み合わせなどまだまだ明らかにすべきことも多々あり，今後も引き続きデータを取っていく必要がある．このような中で「スポーツのまち さいたまに」eスポーツの文化を定着させたい．

【キャプション】HADOプレイ中の様子（3VS3）【キャプション】運動教室最後の集合写真― 5 ―TOPへ戻る2022年度
連携エリア［江東区など］

ᵮᵰᵭᵨᵣᵡᵲ ᵐᵐᵏᵏ

「豊洲スマートシティ構想との産学官民連携」プロジェクト
代表者

坂井 直道 （工学部 先進国際課程 教授）

構成員

古瀬 利博（複合領域産学官民連携推進本部 副本部長、特任教授）／武田 貞生（複合領域産学官民連携推進本部 客員教授／志村 秀明（建築学部 建築学科 教授）／新熊 亮一（工学部 情報工学科 教授）／大山 雄己（工学部 土木工学科 准教授）／伊東 敏夫 （システム理工学部 機械制御システム工学科 教授）／花房 昭彦（システム理工学部 生命科学科 教授）／市川 学（システム理工学部 環境システム学科 准教授）／佐々木 毅（デザイン工学部 デザイン工学科准教授）／佐藤 宏亮（建築学部 建築学科 教授）／青島 啓太（ＳＩＴ総研 客員准教授）／白石 美知子（研究推進室 次長）／杉野 博之（産学官連携コーディネーター）／髙島 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、2019年に全国の牽引役となる先駆的な取り組みを行うプロジェクトとして国土交通省スマートシティモデル事業先行モデルに採択、2020年度には「スマート東京」の実現に向けて先行的なモデルを構築する事業にも選定された。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2015年度ＣＯＣ全体イベントの形態（たたき台）
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）、技術提供企業と連携して豊洲の課題解決に取り組んでいる。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
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 「地元商店街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 「モビリティのためのデジタルツイン基盤」..
新熊 亮一
PJ-3 「人中心に考えるスマートな都市空間設計」
大山 雄己
PJ-4 「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」
伊東 敏夫
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 「豊洲におけるシステム理工学的課題解決」
市川 学
PJ-7 「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-8 「ビッグデータを活用した避難者・帰宅困難者推計と災害時連携体制の構築」
佐藤 宏亮

PJ-8:街歩きイベントで使用されたデジタル街歩きマップ【社会貢献】
PJ-1では２年ぶりに「豊洲運河クルーズ」を開催、コロナ対策でオンラインによる事前予約制とした。PJ-4では高齢者や身体障がい者に向けた一般的な交通環境からショッピングモールへの自動移送サービスと非接触で指示が可能なHMIを目途付けた。PJ-5では車いすへのバリアフリー施策はユーザビリティ評価方法がないた
め打開策を検討した。PJ-6ではスマートシティの対象となる都市を理解すべく、取得可能な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した。PJ-7ではベイエリアロボティ
クスフォーラム2023を開催、ロボット連携技術やその重要性を広く社会に伝えた。
【教育】
PJ-2では点群データ処理や自律移動車両・ロボットのソフトウェアについて、学生へのチュートリアルを通じ、技術力を底上げする教育を実施した。PJ-4ではシステム構築において対象デバイスの知識のみならず社会背景ニーズの理解、実証実験により各種スキルが向上した。PJ-5ではデジタル技術活用により、建築・福祉を学ぶ学生が通常用いる教材では欠落しかねない「生の情報」を補完する機会を提供した。PJ-8ではデジタル技術を活用した街歩きのコンテンツ作成を通じ、まちづくりおける今後のデジタル技術活用の可能性を考えた。
【研究】
PJ-1ではインターネットでの広報とチケット予約状況を比較、効果的な広報手段を明らかにした。PJ-2では「モビリティのためのデジタルツイン基盤」の成果をIEEE国際会議で発表した。PJ-3では公開空地のデザイン評
価に向け、豊洲校舎の広場を対象にストリートファニチャーによる滞留行動変化の分析実験を実施した。PJ-4
では従来のシニアカーだけの自動運転からインフラセンサー連携により死角を無くし、HMIも新たに顔向き検出による情報提供を開発した。PJ-6では地理情報システムを活用した都市の見える化に関する研究、人の行動を検知するための機械学習を活用した研究を行った。PJ-7ではIRIDシンポジウムやSI2022、SII2023にて遠隔操作プラットフォームの研究発表を行った。PJ-8では「バーチャル豊洲」を作成、VR空間での参加型街歩きの方法や有効性について研究を実施した。
― 6 ―PJ-6: 【都市の見える化システ
ム】地理情報システムを活用した都市の見える化

PJ-5：催事・イベントに車いすで参加すると物事がどう見えるのかを可視化する

TOPへ戻る主なトピックス
PJ-1 「地元商店街と連動する賑わい創出のPJ-2 「モビリティのためのデジタルツイン基盤」

志村 秀明

新熊 亮一

「豊洲運河クルーズ」チケットのオンライン事前予約システムを構築しただけではなく、広報と予約状況との関係を明らかにすることができた。インターネットのWebサイトとTwitterでの広報だけで、クルーズの第一便40席は完売した。その後の便の完売は、豊洲地区の朝刊折込のチラシ配付後であったが、インターネットでの広報が効果的だったと言える。
また、クルーズ乗船者へのアンケート調査結果からオンライ
ンでの事前予約システムは高い評価を得たことも確認できた。
今後は、オンラインでのチケット販売システムを構築したいと考えている。

多数同時の（=多重）自律マイクロモビリティを実現するハイパーデジタルツイン基盤の研究開発を行った。独自開発した
1) 数十台のLiDAR (Light Detection and Ranging) をリアル
タイム集約可能な三次元センサネットワーク技術および
2) 自律マイクロモビリティ向けエッジ技術を融合し、エッジ
ネットワーク上でデジタルツイン基盤を確立する。車載セン
サ・ネットワーク統合による三次元情報の二重化に加え、高次メタ特徴の抽出により死角などに起因するリスクの予測を行い、多数同時自律移動の安全性を飛躍的に向上する。
豊洲での展開も視野に入れながら、ベイエリアに位置する
羽田イノベーションシティにおいて3次元情報を構築する社
会実験を行った。 その成果についてIEEEの国際会議で発表を行った。

プラットフォーム整備に関する研究」

左表：「豊洲運河クルーズ」のインターネット等による広報と事前予約チ
ケットの販売状況。
右グラフ：チケットの事前予約制の販売方法に対する評価。

【モビリティのためのデジタルツイン基盤】

PJ-3 「人中心に考えるスマートな都市空間
設計」
大山 雄己

PJ-4 「ラストワンマイルにおけるシニアカーの再開発などで生まれる公開空地のスマート・デザインに向けて，広場における滞留行動に関する実験を行った。
豊洲キャンパスを対象に、4箇所の座り空間 (下図) のそばに新たなベンチを素材・個数を変化させて1週間ごとに配置、その期間の来訪者滞留行動をカメラで録画した。録画デー
タを深層学習手法等を用いて移動軌跡データ (下図) や
滞在時間データに変換し、ベンチによる影響を確認した。
特に、既存の座り空間が木に隠れて見えにくい教室棟側や動線から遠く高さの足りない大階段下では、ベンチ配置により滞在時間が大幅に増加した。今後は時空間移動軌跡
データに基づいて歩行者行動のモデリングを行い、ストリート
ファニチャー配置に関するシミュレーション評価を実施する
予定である。

豊洲ショッピングモールの雛形として、JRさいたま新都心駅
からコクーンシティ内で一般市民に試乗いただく実証実験を
さいたま市と片倉工業の協力で実施した。従来問題になった
曲がり角等の死角で歩行者が見えない件は、インフラ側にもLiDARを設置して解決した。また、非接触HMIとして、利用者の顔向きを検知し、向いている側店舗の情報をディスプレイ
に表示するサービスを試行し好評を得た。アンケート結果では、シニアカーに＋10万円の売価で需要することがわかった。
豊洲地区での実証は豊洲キャンパスにて同内容を実施。
次年度もコクーンシティ側は継続実施を希望している。

自動運転に関する研究」

伊東 敏夫【インフラシステム連携】死角問題を解消【対象とした座り空間4箇所と，観測により得られた移動軌跡図】― 7 ―TOPへ戻る主なトピックス
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」

PJ-6「豊洲におけるシステム理工学的課題解決」
市川 学

花房昭彦, 山口純, 青島啓太

施設・公共通路等のバリアフリー施策の効果検証において、
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
障がい当事者や建築関係者が直接現場へ行かずとも評価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
検証を行える手法を確立するため、車いすユーザーによると、2. 都市の住民の行動内容の把握 を進めた。1. では、取移動の様子を360度カメラで撮影し、VR動画を作成・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YouTubeでの共有を行った。本年度は①東京地下鉄：豊洲
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。
駅～新交通 ゆりかもめ：市場前駅間の経路、②豊洲場外
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
マルシェ（ミチノテラス豊洲）、③市場駅前周辺エリアの三かることができる。2. では、都市で生活する住民の行動内容を所で検証・撮影を行った。②と③においては清水建設が開検知すべく、研究室内で撮影した学生の行動について、行動発したバリアフリーナビゲーションシステム「インクルーシブ・ナ 内容を分析するプログラムの試行を行った。
ビ」を利用し有効性を検証した。プロジェクト終了時にはミチノ
テラス豊洲「ミチラボ」の大型ディスプレイを用いて撮影した
360度VR映像を確認しながら関係者への報告会を実施した。

【360度VR映像を2次元化したもの（写真はミチノテラス豊洲で開催された豊洲場外マルシェを車いすで移動する様子）】【都市の見える化システム】
豊洲駅付近を可視化した結果

研究協力：㈱ヤマグチ 山口 純 （元ＳＩＴ総研 客員研究員）【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

PJ-7「ロボットネットワークを活用した異業種、異機種

PJ-8 「ビッグデータを活用した避難者・帰宅困間連携プラットフォームによる地域活性」 佐々木 毅

難者推計と災害時連携体制の構築」

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検証のため他環境（東京大学）へも同様のシステム導入する取り組みを行った。Japan Robot
Week 2022では東京ビッグサイトから豊洲キャンパスのロボットを遠隔操作するデモンストレーションを実施した。
また、昨年に続きベイエリアロボティクスフォーラム2023を
オンライン開催し、サイバーフィジカルシステムとロボット技術をテーマとして6件の講演を行った。

江東デルタ地帯では、地震時に建物倒壊や火災の発生が予想される木造密集市街地や、水害時に浸水が予想されるエリアが広がっており、災害時における避難ルートの確保
や帰宅困難者対策が重要となっている。このような災害時のシミュレーションを３次元で行うことで、よりリアリティのあるシミュレーションや意識啓発が可能となる。本研究ではその前段として、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。研究を発展させることで、水害時など様々な場面を想定した避難経路の検討などに活用していくことが期待できる。

佐藤 宏亮【バーチャル空間として作成された豊洲】【RSNPを用いた移動ロボットの遠隔操作インタフェース】― 8 ―TOPへ戻る2022年度
連携エリア［さいたま市、江東区］

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「豊洲、大宮地区の車載センサを応用した
交通安全対策活動」プロジェクト
代表者

伊東敏夫【教授】（システム理工学部 機械制御システム学科）

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）／飯塚浩二郎（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）／廣瀬敏也（工学部 機械機能工学科）■プロジェクトの概要
近年，運転支援システム用にレーダーやLiDARを搭載した乗用車が公道を走るようになり，自動運転が普及し始めている．
2015年度ＣＯＣ全体イベントの形態（たたき台）
しかし，インフラを利用した交通安全技術は開発途中で実装はされていない．そこでインフラに車載用カメラとLiDARを設置
し交通安全システムを検討する．検討したシステムは，事故が多い高齢者事故を防ぐため，免許不要で運転できるモビリ
ティ（シニアカー）を自動運転化して交差点事故を防ぐことを目指したものである．モビリティには自動運転用センサは搭載せず，インフラからカメラとLiDARでモビリティ周辺を監視した情報を通信で提供する．

■教育改革研究活動助成（地域志向）活動の成果【教育】
近年，高齢化社会の到来によりドライバの高齢化などが進み，安全運転に対する意識の高まりから，多くの運転支援システムが生み出され注目を集めている．そのような先進運転支援システムの中でレーダシステムは多く利用され，急速に普及している．学生がこれらレ－ダシステムの動作原理から応用にいたるまで、知識と理解を深めることができた．また，対象デバイスの知識だ
けでなく，それを必要とする社会背景や提案システムに必要な状況を調査して社会ニーズを解析できるようになった．そして，これらの調査研究をチームメ
ンバーと協力企業との調整も行い活動することによって，コミュニケーション能力やチームマネジメント能力も向上した【研究】
自動車それぞれに安全対策するのではなく，車載カメラとLiDARを交通インフ
ラに設置し，社会全体が活用できるような高齢者保護システムの開発という視点で研究活動を推進した．従来の開発事例として，インフラと自動車の協調によりドライバへ車両周辺の危険要因を知らせ，交通事故の削減をはかる
Driving Safety Support Systems (DSSS)がある．DSSSはインフラ設置の監視カメラにより通行車両を検知し，ドライバの認知・判断の遅れや誤りによる車々の交通事故を未然に防止することを目的とするシステムであるが普及には至っていない．そこで，本プロジェクトではインフラ側センサでシニアカーを自動運転化させ事故を防ぐシステムをを提案した．

【道路形状別事故発生状況】
圧倒的に交差点が多く安全対策が必要【インテリジェント交差点】
共同研究先のコンチネンタル殿が目指す姿【社会貢献】
大宮地区において，狭路で交通量が多い地域で起こる歩行者事故の特徴を分析し，インフラからシニアカーを自動運転・自動制御することで事故を軽減するインフラ連携自動運転システムを提案した．これらは，より地域の交通安全に貢献するものである．大宮地区では事故特性の分析のため，交通事
故発生状況マップからの事故発生場所の実地の調査を行った．調査で分かった，大宮地区での交差点では見づらい交差点が多く存在しており，他車両の認識に遅れ事故につながるといったことが考えられる．
【シニアカーMobile-X】
共同研究先のNOAA殿の製品でこれを自動運転化― 9 ―TOPへ戻る主なトピックス■既存交差点安全システム調査結果■ 実験システム製作

事故のない交通社会，ビジョン・ゼロの実現に向けてコンチ
ネンタル社が提案する協調システムは，2019年からカリフォ
ルニア州ウォルナットクリークの中心部において，センサ技術を活用したインテリジェント交差点の運用を開始している．交差点に接近中のドライバに対し視界に入らない横断中の歩行者について警告を行うものである．トヨタ自動車では路車間通信システムの道路と車の通信により，対向車や歩行者
情報，信号情報などを取得し、ドライバに注意を促すDSSSの運用を開始した．

シニアカーMobile-Xのハンドルを操作はサーボモータによって行う．サーボモータの取り付け及び，ハンドルの操舵機構の実現のための設計し栄精機殿に製作いただいた．ハンド
ル制御は追加回路を接続して自動制御に対応させた．アクセル制御は，インフラからの指令を受信した際に，減速するために制御回路の電圧値を調節した．電圧調整にはデジタ
ルポテンショメータとリレーモジュールを用いた．ポテンショ
メータで電圧を調節しモータへ流れる電流を調整した．これにより，Mobile-Xのメイン制御コンピュータが制御回路内の電圧値に応じたモータへの電圧値を出力するようになり，外部指令による制御が可能となった．

【トヨタの歩行者横断見落とし防止支援】【シニアカーの改造】
モータ取り付け及びハンドル操作機構■提案システム今後高齢者が自動車から小型モビリティ（シニアカー）に乗り換えた際，シニアカーでの事故が懸念されるため，インフラに設置したカメラとLiDARを用いて自動運転化したモビリティ（シニアカー）を提案する．このシステムはシニアカーが交差点に進入したとき，死角から人や自動車が出てくるのをインフラセンサで物体検知し，通信によってシニアカーを自動停止させる．センサはインフラ側で全て設置するため，小型モ
ビリティにはセンサを取り付ける必要がく導入コストを抑えることができる．交差点事故を防ぐという狙いに適用するかは実証実験を行う．
また，本インフラシステムの設置場所として交差点の対角線上に設置する．

■ 実証実験
実証実験は，実際に事故事例が多い出会い頭を想定して
大宮キャンパス5号館の室内で行った．Mobile-Xが交差点に向かって走行中，歩行者が右方向から交差点に進入するが死角になりMobile-Xからは見えない状況を設定した．
Mobile-Xが歩行者に接触する前に，インフラセンサがその状況を認識し，自動停止させることを確認する．実験結果として，Mobile-Xが交差点に進入時，歩行者がインフラセンサの物体検知エリアにいるため，自動ブレーキがかかり所期の目的を果たした．今回製作した提案システムは，シニアカーと歩行者の出会い頭事故を防ぐシステムになり得ると考えられる．しかし，実証実験を行って多くの課題がわかったため，今後も開発を継続して行きたい．

システム $システム %

設置場所

【実証実験の様子】
図中左上のインフラセンサが歩行者を検知しシニアカーを自動停止【交差点におけるインフラ設置位置】― 10 ―

TOPへ戻る2022年度
連携エリア［埼玉県川口市，栃木県那須町など］

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「観光を起点とした関係人口創出のためのシステムデザイン：住民・観光客・ビジネスの三方よしを目指して」
プロジェクト
代表者

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）
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）／後藤裕介 （システム理工学部 電子情報システム学科）／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）／村上嘉代子 （大学院 システム理工学専攻）■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）
観光活性化に関する連携協定を確実のものにするために、①課題解決型教育を活用した課題抽出とその解決、②研究・

社会実装のための産学官連携、③知的創造の担い手となる人材育成のためのSTEAM教育を試行。①、②については，観光を起点とした関係人口創出のためのシステムデザイン(DX)、観光資源活用、
地域住民・観光客・運営業者の三方よしのため便益配分シミュレータの開発．
③については，那須町と学研スタデイエの協働による学生主導のSTEAM教育のための教育プログラムを作成した．これらの成果物を適宜、地域へ還元した。

■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、Cross-Innovation Project(CIP)、Cross-culturalEngineering Project(CEP)、学部のシステム工学演習Cでプロジェクトを実施。
観光活性化に関する連携協定項目を確実に進めて行くために、那須地区の基幹産業である観光サービス業（那須どうぶつ王国、塩原温泉観光協会、北温泉旅館）、さらに関係人口創出のためのトライとして、那須町ふるさと定住課の二拠点居住と学研スタデイエのＳＴＥＡＭ教育の掛け合わせ、観光ＤＸを実施。特別演習、ＣＩＰ、ＣＥＰ＠ＳＩＴをシームレスに組み合わせることで、企画から実証実験・プロトタイピング、海外学生との混成プロジェクトによるイノベーショ
ン創出、更なる実証実験・プロトタイピングを繰り返していく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をデザインすることができた。
【研究】住民・観光客・ビジネスの三方よしを目指した協調的最適化のシステムデザインを実施した。これは、三方よしの便益配分シミュレータで、利用者側の2つのサブシステム(顧客ニーズと定量的データ)とステークホルダー側のサブシステムのバランスを協調的に、全体最適化するものである。また、那須町のデマンドバ
スと路線バスの運営関係者と、シミュレータで得られた観光ルートを提示して妥当性確認のための意見交換を実施した。
【社会貢献】
那須地域の魅力を届ける観光
支援サービスのデザイン（DX），
那須地域の二次交通改善を目指す新たなモビリティサービスのシス
テム提案を那須町ワーケーション（テレワーク）セミナー（2022.12.02）
で講演。第5回プレゼンフェスティバ
ルin那須（2023.2.4）では、観光起点のDX、タビマエプロジェクト、EmoTABIを発表した。このように、様々なタイミング
で地域に成果物を還元していく。

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住民・観光客・ビジネスの三方よしを目指した協調的最適化のシステムデザイン― 11 ―

TOPへ戻る主なトピックス■ 観光起点のDX、タビマエプロジェクト■ 関係人口創出のためのSTEAM教育「行きたい観光地は？」と言われると悩んでしまう。一方で、Instagramに投稿された写真をみると惹かれるものがある。
そうだ、出かけてみよう、感性に響くところへ。これがタビマエ。
那須地区は、外から見ると様々な魅力があるエリア。沢山の感性に響くところを探そう、提案しよう．これこそが観光起点のDX。そうすれば、新たな魅力とともに若者も集まり、コミュ
ニティができあがり、関係人口が増えるのではないのか。感性に響くところを探すためのAI。那須町の魅力を新たに届け、
那須町の観光促進、コミュニティの創生、関係人口構築を実現するための方策、タビマエプロジェクト、EmoTABI。

背景と課題について• 中山間地域であり温泉街を持つ那須町• 人口減少と市街の衰退が顕著• 足を運んでくれる関係人口の目的の不足
本プロジェクトの目的• 那須町の魅力のアピール• 足を運ぶ目的を増やすことプログラム概要イメージ

タビマ エ の気 持 ち（精神価値）から観光地を創出。
色彩、物体に関係する修飾語による
気づきと提案■ サブカルチャーによる温泉地域の愛着形成• 愛着： 前向きな期待を抱く経験を繰り返したいと思うときに生じる感情• 塩原温泉街の集客向上のため、愛着の湧くイベントを提案• 「提灯型ホログラム投影機でのまち歩きイベント」• 歩行時： 提灯の様に使用• 目的地到着時： ホログラム投影• これは、愛着発生における「機能的要素」、「関係構築要
素」、「面影・記念要素」に関連。旅行の記念として機能面で新たな体験が可能になる。
• 消費者タイプは、強い消費志向• 地域創生プロジェクト 「温泉むすめ」を活用（サブカル
チャーは消費志向が高い消費者が多い）• プロトタイプを作成し，体験会を現地で開催• 参加者のリピート率は100%となり、今回のイベントを行うことで愛着形成できるのではないか

ホログラム付き提灯

まち歩きの経路

体験プログラムと探究プログラム• 体験できることに加えて、課題探究に絡めたテーマ教育の提示• STEAM教育などとも連動可能
体験プログラムについて• 地域・施設を選定し、体験できることをテーマ別に抽出。
教育的な獲得項目と紐づける• クイズ形式でグループワークで実行し、協働的活動とゲーム性を絡めた体験と探究の確保• アプリケーションの連動によるLMS的な連動と、コンテンツのプラットフォーム化

探求・体験プログラムについて

探究プログラムの概要• 小学生〜高校生が同時に参加するプログラム• 各学校世代ごとに達成目標と教材をそれぞれ提示• それぞれの教材が教え合いによって成立する• 那須町に対しての現状を勉強するための課題解決型授業を提案するためのプラットフォームになるスポットでのホログラム投影― 12 ―

探求・体験プログラムの教材について

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2022年度
連携エリア［墨田区,上尾市,岡山県,宮城県,福島県,福井県,さいたま市など］「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ᵱᵢᵥᶑ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

中口毅博 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 山嵜一也 Yasmin Bhattacharya（システム理工学部 環境システム学科）／
君島真仁（システム理工学部 機械制御システム学科）■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4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)学生主体のSDGs協働プロジェクトによる地域課題の解決策の実践（代表：中口毅博）
４)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。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国連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、これを「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。また、「1年：体験→2年：主体的参加→3年：提案・実践→4年：総合研究・実証→大学院」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段階的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。今年度は「高温化する夏季においても安全に、安心して歩けるまちの実現」と題して取り組んだテーマが、「第11回学生政策提案フォーラムinさいたま」にて優秀賞を受賞した。また、「スマートエネルギー・地域熱供給は街のカーボンニュートラルに貢献できるか？」とのテーマで学外機関との連携ワークショップを開催した。実務者及び芝浦工大卒業生をファシリテーターとしてお迎えし、実践的な内容についての議論と学び合いを行った。「環境システム応用演習A/B（3年）」においては、
社会のニーズに実際に応え具体の課題解決に繋がる学生主体の充実した成果をあげることができた。検討対象地域のSDGs達成にどの程度貢献したかを、
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ている。
― 13 ―

第11回学生政策提案フォーラムinさいたまで優秀賞を受賞 【発表題目】高温化する夏季においても安全に、安心して歩けるまちの実現

第一線で活躍の実務者と本学卒業生をファシリテータとしてお迎えし学外機関との連携ワーク
ショップを開催 【テーマ】スマートエネルギー・地域熱供給は街のカーボンニュートラルに貢献できるか？

各地域の関係者の方々を交え、学科全教員が参加しての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）

TOPへ戻る主なトピックス■SDGsスタディツアーとボランティア活動■環境システム応用演習A/B

1年生対象の「環境フィールド体験」、2年生対象「環境フィールド実習」の両授業において、宮城県気仙沼市・南三陸町や福島県田村市といった東日本大震災の被災地を訪問し、SDGs達成や震災復興の活動現場を見学したり、ボラ
ンティア活動を行った。また、静岡県三島市においては、グランドワーク三島の水辺再生現場を見学するとともに、河畔林維持管理のための竹林伐採活動を行った。また川越市のイベントでSDGsすごろくやPCゲームのコーナーを設置した。

「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4地区、さいたま市以外の県内2地区、東京都
内1地区、栃木県内1地区、計9地区を対象として9チームを編成して実施した。本演習では各地域において現地調査や関係者ヒアリングを実施のうえ、建築・都市・環境の視点
から地域課題を解決する提案作成を行った。
中間及び最終発表には各地区の関係者に出席いただき（オンライン）意見交換するなど、地域志向活動型アクティ
ブ・ラーニングを実践するものとなっている。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を把握した。

建築設計（意匠、構造）、プランニン 全チームが建築設計、都市デザイ
グ、環境システムの各専門に分かれ ンに関する模型を作成し発表会でて分野融合型協働グループワークを 展示した。手を動かしアイディアを具行った。発表会では地域関係者も参 現化するとともに、空間イメージを相手に伝えるために模型は有効な手
加し提案と議論を行った。
段であることを再確認した。

■「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「すみだテクノプラザ」を拠点として、地域福祉や産業活性コロナ化の影響で約3化と連携した防災まちづくり（地震火災、水害対策）などに
年 間休止してい た 実
関する研究と実践を、地域住民、事業者、福祉系・建築系
証実験を本格的に専門家、墨田区防災まちづくり課、防災課、 UR都市機構
2022年6月から再開などと連携して実施した。科目「環境システム応用演習
し、原市カフェや麻雀
A/B」では、対象地域のひとつとして現地調査や検討を行
カフェなど、「サテライトい、「地蔵坂通り」とその周辺施設を核とした地域の再生策
ラボ上尾」を拠点としを検討した。研究面では、墨田区北部地域を対象とした大た地域課題解決の取規模市街地火災に対する街路樹の延焼抑止効果の検証組みを実施し、5つの卒業研究をまとめた。 学生と高齢者の交流に関する研究の一環で、 や、地域再生に向けた計画設計を学士論文としてまとめた。
実践面では、学生プロジェクトと連携した地域活動を地域の前年度に試行した小 学生コーラスサークルの演奏会に多くの高関係主体と協働して実施した。
図書館を改善運営し 齢者が参加し交流が図れ。
た とこ ろ、こ れ まで 参加していない住民参加や交流が確認され、さらに地元主体の運営になる成果が得られた。また男性高齢者の参加を促す麻雀
カフェも好評で、地域コミュニティ活性化が「地蔵坂通り」における歩行環境改 学生プロジェクトとの連携による、社確認でき地域に貢献
善や、沿道の小学校、高校等と連 会福祉系団体や企業、住民等と、団地内に小図書館を設置し、古本のリサイした研究となった。
クルと居住者の交流の場としての実証実験
は、地元の本格運営となった

携した広場空間の創出、防災力強 地域の防災を学びながら防災拠点化等による地域の拠点形成の検討 を目指す「防災遠足」を実施― 14 ―

TOPへ戻るPROJECT 2208

2022年度
連携エリア［埼玉県西部医療圏、東京都中央区銀座、
栃木県那須町、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：課題解決のための最適手法の探索と適用」
プロジェクト代表者

市川学【准教授】（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（工学部/電子工学科）■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、さらにはセンサ類に代表されるハード
2015年度ＣＯＣ全体イベントの形態（たたウェアや建築計画・都市計画などの中から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、解決き台）することを目指した。事業の対象は、都道府県、市区町村、地域、地区、建物、企業など制限はせず、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域を所管する市区町村や保健所、必要に応じて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。対象地域の医療や都市計画（建て替え含む）、新規行政サービスやビジネスの創出などに関する課題解決を、学生はデータサイエンスやシミュレーシ
ョンの技術を用いたエビデンスベースで試み、実現可能性の高い提案を行った。

■教育改革研究活動助成（地域志向）活動の成果【教育】
活動対象となる地域、企業が抱える課題解決には、複数領域の知識や技術を連携させる必要がある。参画する学生は、システム理工学部及びシステム理工学専攻で学修するシステム思考に加え、データサイエ
ンスやシミュレーションの技術を用いることで、エビデンスベースの提案が可能となった。また、必要に応じて自らデータを収集（アンケートやセンサ類）を行った。対象となる課題について、知識の獲得・データの収集・データの分析・シミュレーションによる予期予測・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。

【事業の概要図】対象に合わせた手法
をとり、問題解決をする【研究】
活動対象が抱える課題は、介護予防や建築設計、ビジネスプランニン
グ、交通事故解明、都市計画とさまざまであった。課題解決に当たっては、統計分析や地理情報分析、アンケート分析、人口流入シミュレーションとさまざまな手法を用いた。課題解決のために最新技術を含めた最適手法を選択して適用するプロセスは、他の課題にも応用可能である。違った課題を保有する他地域への新たな展開が期待され、課
題解決を多く行うことで本学のブランディング効果へと繋げた。なお、
課題解決型の活動を領域横断的に行い、その成果を公表していくこと
で、本学の領域横断に関する研究力のプレゼンスを示した。

【ディスカッションの様子】ブレイン
ストーミングによるアイデア出し【社会貢献】
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活用して解決しようとする取り組みは、エビデンスを基とした成果を地域へ還元できることから社会貢献へと繋がる。
事業の対象は地域、地区、建物、企業など制限はせず、対象が抱える課題を活動対象とする。地域を支える信用金庫や地域を所管する市区
町村や保健所、必要に応じて都道府県と連携することで、10もの事業を産官学金で実現した。学生がもつ柔軟なアイデアをエビデンスベー
スで提案することで、斬新なアイデアや実現性の高い解決策を提示することができた。各ステークホルダーおよび新しい地域での来年度の事業を計画している。

【銀座さとう様への提案様子】会社に訪問し、学生がプレゼンをした― 15 ―

TOPへ戻る主なトピックス■東あられ【事業戦略×POSデータ分析】■銀座さとう＆電気湯【建計×ビジネス×データサイエンス】

東京都墨田区両国にある、老舗米菓子店においてPOS
データを用いてポスティング戦略の効率化を提案した。
セグメントや地理情報から購買行動を分析し、広告効
果を可視化した。

東京都中央区のビルおよび東京都墨田区にある銭湯において、システム工学手法を活かした、対象地に求められた建て替えを提案した。オーナーや顧客といった「内部要因」周辺地域や銭湯市場といった「外部要因」から対象分析から評価軸を設定し、提案を客観的に評価した。

■藤一【店舗売上向上×実証実験】
東京都豊島区巣鴨にある、老舗米菓子店において売上向上につながる提案を試験的に実施し検証した。シス
テム思考・デザイン思考を用いて出したいくつかの提案に、実証実験を踏まえた効果を示すことで、実現可能性の高い提案を行った。

■クラフトビール【赤字飲食店×ビジネスデザイン】
クラフトビールを提供する店舗において売上向上を目的に提案を検討した。ターゲット層が正しいか、地域特性をモバイル空間統計などを用いた調査や、実際に飲食をすることで，競合との違いや発見したことを共有・議論した。それにより、真の顧客ニーズを明らかにし，店内の雰囲気やメニュー，商品提供スタイルの改善案を示した。

■栃木県那須町黒田原地区＆高久地区【都市計画×シミュレーション】【都市計画×ビジネスモデル】
栃木県那須町黒田原地区では、建築・都市計画・交通の側面から提案を行なった。現状分析とアンケート等のニーズ分析から、各領域でストーリー性のある都市計画を提案した。また、計画全体において収支計算をすることで、現実可能性の高い提示をした。
新たに住宅開発が計画される高久地区については、既存市街地との差別化を図った都市計画の提案を行なった。都市OSにより、公共空間・住宅配置の最適化か
ら、需要とともに変化する都市を提案した。

■病院【コンサルティング×アンケート分析】
病院において、周辺地域における病院へのニーズの分析・調査をした。周辺地域でのアンケート調査
や、口コミや統計分析を用いて、該当病院の置かれている現状を分析し、経営改善のための方針を示【共起ネットワーク図】
唆した。
口コミの分析をした結果■警視庁【二輪事故×事故統計データ分析】【高久地区構想】都市OSによる最適化された都市計画■今後の展開オープンデータ及び、交通関係のデータから東京都内の二輪交通事故の発生要因の分析をした。警視庁が公開するオープンデータの整理・可視化
及び、事故発生地点の現地調査から仮説を導出し、地理情【要因別の類型表】
報分析、統計分析、因果推論
データを用いた事故類型モデル
といった手法で検証した。
の結果■新井湯【介護予防×顧客データ分析】
東京都品川区にある、高齢者の健康増進のためのフィットネスジムにおいて、介護予防へのトレーニング方法などの業務の効率化に試みた。顧客の筋肉量やトレーニング内容など集計データの分析を行った。

• All Japanが研究対象（行政視点）
都道府県、都市圏、市区町村が抱える問題点を解決（中小企業支援、業績改善、新規開発など）
地域の医療・産業・観光などを課題を解決（生涯学習）
小中高大生・社会人・住民への教育、経験学習の提供• 2024年度の展開予定
埼玉県：埼玉版FEMAの実現、保健医療福祉における災害時対応／沖縄県石垣市：石垣をもっと元気にする
プロジェクト（上位版） ／沖縄県南城市：防災対応、
久高島観光事業／栃木県那須町：那須町〇〇地区マス
タープラン（継続） ／福島県大熊町：社会システム科
学実証実験／耕作放棄地の利活用：農業×教育
×Society5.0 ／など― 16 ―

TOPへ戻る2022年度
連携エリア［港区］

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「都心の災害を考えるワークショップ実施と展覧会の開催」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

蘆澤雄亮（デザイン工学部 デザイン工学科）／繁里光宏（デザイン工学部 デザイン工学科）
デザイン工学科3年生 プロジェクト演習Q4履修者15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）
地球規模で地震や異常気象などによる災害が多発している。人々の関心は以前よりも高くなってはいるが、危機感をもって対策をしている人は少ない。本プロジェクトは、大きな災害を体験していない学生が、災害についてのワークショップを行い、災害の実態調査などから、対策グッズを提案することである。3年生後期のプロジェクト演習授業（履修者15人）で実施し、学生たちの課題解決能力とデザインスキルを鍛えることを目標にした。授業では、プロのデザイナーを講師として招き、アイ
デアのブラッシュアップを行った。展覧会は港区総合庁舎みなとパーク芝浦にて「防災とボランティア週間」 （1月16日～20日）と同時に展覧会を行った。展覧会を行うことで地域の人々に防災について考えてもらう機会を作ることも目的である。また、後日でも興味ある方に見ていただくようHPに掲載を行った（http://donou-project.com/） 。

■教育改革研究活動助成（地域志向）活動の成果【教育】【研究】
プロジェクトを通して、デザイン思考の5段階を実践し、デザイン実践能力を高める。
(1) 共感：ユーザーの行動を理解し、寄り添い、何が問題なのかを見つける。
➞ 都心部の災害を知るために書籍やインターネット調査、現地調査などを行った。
防災意識を高める、災害現場対応、災害現場からの避難、避難所生活という４つのグループでそれぞれ調査とディスカッションを行った。
(2) 定義 ：ユーザーのニーズや問題点、自らが考えることをはっきりさせる。
➞実際に体験したことの無い災害の体験を、リアルに想像するために「ストーリー描写法」を用いてより具体的にアイデアが出せるようにした。

【中間発表会】各学生がアイデアを報告しプロのデザイナーにアドバイスをもらう(3) 概念化：仮説を立て、新しい解決方法となるアイデアを生み出す➞中間発表で各学生がアイデアを報告し、プロのデザイナーからアドバイスをしていただいた。そのアイデアは製品化が可能なものか、普段はどのように置かれているか、生活の中でどのように存在すべきかを明確にすることができた。
(4) 試作：問題に取組み具現化、プレゼンボードを作成する➞アイデアをより分かりやすく伝えるための形態、素材、プレゼンテーションなど。
【最終発表会】展覧会会場で、デザイナーと作品についてディスカッションをおこなった【社会貢献】
2023年1月16日～20日港区総合庁舎みなとパーク
芝浦にて「防災とボランティア週間」と同時に展覧会を行った。展覧会を行うことで地域の人々に防災について考えてもらう機会を作ることも目的であり、今回も、多くの人が会場に訪れていた。ブルーシートや土のうを製作する会社から問い合わせがあり、現地で説明を行った。
展覧会と作品展示の様子は、後日に興味ある方に見ていただけるようHPに掲載を作成している（http://donou-project.com/） 。
【展覧会】みなとパーク芝浦の「防災とボランティア週間」と同時に展覧会をおこなった― 17 ―

TOPへ戻る主なトピックス■ 日常の防災意識■ 災害現場問題：
防災備蓄を備えている人が少ない。
備えていても倉庫や棚の奥に保管されているため、いざという時にすぐに取り出せない。備蓄していることさえ忘れている。

問題：
自宅で地震が起きた際に、割れたガラスや食器によって非難ができなかったり、慌てて靴下で歩いてケガをすることも。

対策：
Care Stockを壁に飾ることで日常的に目にするため、防災意識を高めることができる。パット手に取れるため避難時に持ち運びやすい。 Care Stockは防災意識のある人が無い人に贈り、思いやりの輪が広がる。

対策：
くるくるスツールをはがしてカーペット状にし、割れ硝子の上に敷くことで安全に現場から離れることができる。災害用ス
リッパに採用されているポリエステル多層構造をカーペットに内蔵することでJIS規格耐踏み抜き性強度を確保。

【狩野日菜子：Care Stock】【宮崎結衣：くるくるまるた】■災害現場からの避難対応■ 避難所生活問題：
身長の低い子どもは災害弱者とされている。避難時に身長が低いと目立たず、迷子になる可能性が多い。また、突然の災害により、ショックを受けて心を閉ざしてしまう恐れがある。

問題：
避難所での貴重品の盗難問題。家族でエリアが分かれてはいるが完全にガードができないことが多い。特に就寝時は盗難被害を防ぐのが難しい。

対策：
避難時に身に付ける防災頭巾にウサギの耳を付けることで大人が子供を見失わないようにする。通常の防災頭巾よりも下の部分をマントのように長くし、体を包むようにすることで子供は安心感をもつことができる。

対策：枕を金庫代わりにしたら、安心して眠りにつけるのでは。
また、睡眠時以外はバッグとしての機能があり、日中も使うことができる。

【山西健介：Safety Pirrow】【鈴木佳乃：アニマル防災頭巾】― 18 ―

TOPへ戻る2022年度
連携エリア［江東区深川、上尾など］

ᵮᵰᵭᵨᵣᵡᵲ ２２１０「ロボット技術による見守り・健康支援等スマートタウ
ン構築（地域連携の強化）」プロジェクト
代表者

佐々木毅【准教授】（デザイン工学部 デザイン工学科）

構成員

内村裕（工学部 機械工学科）／菅谷みどり（工学部 情報工学科）／伊東敏夫（システム理工学部機械制御シ
ステム学科）／安藤吉伸（工学部 電気工学科）／森野博章（工学部情報通信工学科）／吉見卓（工学部 電気工学科）／志村秀明（建築学部 建築学科）／新熊亮一（工学部 情報工学科）／中村真吾（工学部機械機能工学科）■プロジェクトの概要
江東区、中央区などでは少子高齢化が進む一方で、人のつながりを大切にする地域でもある。このような地域では、災害対2015年度ＣＯＣ全体イベントの形態（たたき台）
策やお年寄りの安否確認など健康管理、防犯は深刻な課題であり、本学が研究を地域と一体となって進めてきた共存型ロ
ボット、遠隔ロボット技術や移動ロボットの技術を活かして、地域で活動し災害対策やお年寄りの安否・健康管理、見守りなどを実施できるシステムの構築を図り、地域のQOLの向上を図る。特にコロナ下、コロナ後の地域活性化についてロボット技術の応用を検討する。

■教育改革研究活動助成（地域志向）活動の成果【教育】
上尾看護専門学校にてロボット技術についての講話とデモンストレーションを行った。また、それを受けて看護学校の学生が看護現場でのロボット技術の利用について提案発表を行った。このカンファレンスには本学の学生も参加し、発表に対する質問や意見を述べた。LIDAR(Light Detection and Ranging)を複数用いた三次元センシングによる見守りシステムについては、研究室の学
生はもちろん、学科の1〜3年生や、高校生インターンに対して、原理やソフト
ウェアプログラムについてレクチャを行い、実機を用いた演習を行った。さらに、自動運転シニアカーの実証実験を通して、学生はシステム構築において対象デバイスの知識だけでなく、それを必要とする社会背景ニーズまで理解することができた。
【研究】見守りシステムとして複数LIDARによる三次元センシングを行い、リアルタイム
性を維持しながら空間情報を検出する技術の研究を行っている。また、人間の生活環境で活動可能なロボットを実現するため、ロボットが既存のインフラを利用するための技術の研究を行っている。具体的には、歩行者用信号機の検出やエレベーター搭乗のための計測、移動ロボットの並走制御技術を研究している。さらに、人と関わるロボットの研究として、屋外自律移動移動車椅子の開発や生理指標を用いた感情推定技術により、リアルタイムにモビリティの乗り心地の評価やロボットのインタラクションを評価できる方法を研究している。
さらに、高齢者や身体障碍者に向けた一般的な交通環境からショッピング
モールへの自動移送サービスと、非接触で指示が可能なHMI実現の目途を付けた。
【社会貢献】
社会に広く技術を伝える様々な実験やデモンストレーションを実施した。京都のスマートシティ推進協議会の活動の一環として、京都リサーチパーク(京都市下京区)にて、LIDARネットワークを用いた自律移動ロボットによる搬送実験を行い、新聞に記事が掲載された。Japan Robot Weekでは会場である東京
ビッグサイトから本学豊洲キャンパスのロボットを遠隔操作するデモを実施した。
また、「豊洲スマートシティ構想との産学官民連携」プロジェクトとも連携し、ベイエリアロボティクスフォーラム2023を開催した。
― 19 ―

上尾看護専門学校

さいたま新都心駅構内からコクーンシティ内
一般市民への自動運転試乗会風景

JRW2022でのロボット遠隔制御デモ展示

TOPへ戻る主なトピックス■ ロボットが生活環境下で人と共に活動するための研究開発【RGB-Dカメラを使った人のサイズ計測】
人とロボットがエレベーターに同乗することを想定し、RGB-D
カメラを用いてエレベーターに乗る人物のボリュームを計測し、エレベーター内の空間の占有率を予測する研究を行った。これにより、ロボットのエレベーターの搭乗の可・不可を判定する。占有率の計測のためには、背負っているザックや、運搬している荷物と共にボリュームを計測する必要がある。

果について、IEEEの国際会議 NOMS, ICDCS, CCNCで論文発表を行った。この成果を応用し、京都のスマートシティ推進協議会の活動の一環として、京都リサーチパーク(京都市下京区)にて、自律移動ロボットによるテイクアウトフード搬送の社会実験を行い、新聞にその記事が掲載された。

自律移動ロボットによる搬送■ 実証実験・デモの実施
深度情報による人と台車を含めたサイズの計測【屋外自律移動車椅子の研究開発】
長距離の歩行が困難な高齢者、障害者のための屋外自律
移動車椅子を開発している。目標値を設定すると自動で経路を生成し，障害物を回避しながら自律走行する。信号認識も行い、信号のある交差点を渡ることも可能である。

自動運転シニアカー実証実験として、さいたま新都心駅構内からコクーンシティ内まで一般市民への自動運転試乗会を行った。シニアカーの自動運転化により、免許返納者へのモビリティ利用の機会を創出できることを確認できた。また、Japan Robot Week 2022ではロボットサービスイニシアチブと連携し、本学学生が中心となりロボットサービスの共通通
信プロトコルであるRSNP（Robot Service Network Protocol）
を用いて会場から豊洲キャンパスのロボットを遠隔制御する
デモンストレーションを実施した。3月に大宮キャンパスにて行われる電子情報通信学会総合大会においても「特別企
画：デモ展示 芝浦工業大学先端技術展示会」として構成員が本成果の一部を展示予定である。 さらに、「豊洲スマー
トシティ構想との産学官民連携」プロジェクトとも連携し、ベイエリアロボティクスフォーラム2023を開催した。

■ 上尾看護専門学校との授業連携
上尾看護専門学校の授業の一環として、ロボット技術の現状と活用可能な領域についての講話とデモンストレーションを実施した。さらに、後日看護学校の学生が看護現場でのロボット技術の利用について提案発表を行った。講演を受け、ロボットそのものにとらわれないロボットに関連した技術全般を活用した、現場の課題を反映した様々な応用提案が行われた。このカンファレンスには本学の学生（ゼミ配属の3年生、および研究室の4年生）も参加し質疑が行われた。

開発中の自律移動車椅子■ LIDARを複数用いた三次元センシングによる見守りシステム
LIDAR(Light Detection and Ranging)を複数用いた三次元
センシングによる見守りシステムについて研究開発を行った。
複数のLIDARには空間的時間的ズレがあるため、それらが取得したデータをリアルタイムに集約するのは困難であるが、その問題を解決し、空間情報を検出することに成功した。成― 20 ―

看護学校学生によるロボット技術の看護現場での活用提案

TOPへ戻るᵮᵰᵭᵨᵣᵡᵲ ᵐᵐᵎᵒ

2022年度
連携エリア［東京都江東区・中央区・港区、福島県南会津町など］「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

郷田修身、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）■プロジェクトの概要
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、学生が市民やNPO、民間事業者、
2015年度ＣＯＣ全体イベントの形態（たたき台）
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。
建築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と本学の社会的評価向上も狙っている。

■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・リサーチの手法に基づき、中央区月島では「月島長屋学校」を拠点として、佃島の旧魚問屋住宅である飯田家住宅の保存と活用に関する研究、指定管理者による子ども向けまちづくり模型講座に関する研究、PLATEAUを用いた江戸城紅葉山へのビスタと都市軸に関する研究、ポータルサイトの開設を通じた東京歴史文化まちづくり連携に関する研究、月島長
屋学校を対象とするフォトグラメトリの３Dモデリングのデジタルアーカイブに関する研究が取り組まれた。
また日本建築学会で、東京湾岸地域に関する研究が４本発表され、SEATUC国際会議で、江東区の公園活用に関する研究が発表された。
【社会貢献】
江東区豊洲では、３年ぶりに「豊洲船カフェ」と「豊洲水彩まつり」が開催され、学生達は運河クルーズの企画と運営、船上からの見どころガイドを行った。船上ガイドでは、学生達は豊洲地区の地歴について学修し、乗船者に対して分
かりやすく、また楽しくガイドを行い好評だった。
中央区月島では、学生が卒業研究を兼ねて、社会教育会館で指定管理者
による子ども向けまちづくり模型講座のスタッフを務めた。
福島県南会津町舘岩地区では、３年ぶりに「たのせふるさとまつり」が開催され、６名の学生が集落再生活動を支援した。

― 21 ―

学生達が交代でガイドを務めた豊洲運河クルーズは、大好評だった。

「建築学演習・都市地域デザイン」では、防災空地で中間発表会を行った。

南会津町舘岩地区で開催された「たのせふ
るさとまつり」では、学生達が特産品販売の手伝いなどで活躍した。

TOPへ戻る主なトピックス
プロジェクトゼミ 研究拠点「佃島学校」の部分的な施工作業
2013年に開設された「月島長屋学校」が、再開発のために取り壊されることになった。新しく開設される「佃島学校」の施工を、①月島長屋学校の建具再利用のための障子張り②月島長屋学校の廃材を利用したテーブルの制作③佃島学校の窓格子制作などに８名の学生が取り組んだ。
これら一連の取り組みは、まちづくり活動拠点の新設に具体的に関わるだけでなく、建築を頭の中や図面、模型だけで考えるのではなく、身体的に学ぶことも目的とした。

障子張り：どうして建具の天地を逆にして障子を張るのか、障子紙は最後に霧吹きで水をかけるとなぜピンと張るのか、などについて、皆で議論してから作業に入った。３年生はコロナ禍でほとんどオンライン学修だった。体を動かしてのチームワークを必要とする作業は多いに刺激となった。

廃材を用いたテーブル天板の制作：
月島長屋学校で棚板として使われていた廃材を用いて、テーブルの天板を制作した。ダボで接合することで、廃材を有効に活用できることを学んだ。またダボの強度など、実際に製作することで体験的に学ぶことができた。木材の表面をニスで塗装することで、見栄えが良くなること、また汚れを防ぐことになることも体験的に学んだ。

窓格子の制作：設計から材料の調達、道具を揃えるところから、８名で協力して作業した。学生達は、道具の使い方やチームワークの大切さを学んだ。

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
20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、地元まちづくり協議会と連携して、安全安心なまちづくりを提案した。この地域には、下町情緒を残す砂町銀座商店街がある一方で、木造密集市街地の緊急整備地区に指定されている。そこで商店街沿道地区
や防災空地を含む地区、砂町文化センター通り沿道地区な
どの５つの地区に分かれて、具体的なまちづくりを提案した。
10／19に開催した中間発表会と11／16に開催した最終発表会は、商店街沿いにある防災空地や文化センターで、市民の目に止まる状況の中で、地元まちづくり協議会の役員、江東区、URに対して行われた。
学生達は実際のまちづくりに貢献すると共に、まちづくりの現場から多くを学ぶことができた。

D班：商店街から砂町文化センターへ抜けられるような防災空地の活用をパースを描いてビジュアルに提示した。

E班 砂町文化センター通り沿道地区：地区の状況を踏まえて設定した
４つの区間毎に、街路の拡幅と景観形成を提案した。

― 22 ―

TOPへ戻る2022年度
連携エリア［江東区、墨田区、川崎市など］

ᵮᵰᵭᵨᵣᵡᵲ ᵐᵐᵎᵓ

「東京臨海地域における安心安全健康のまちづくり」
プロジェクト代表者

佐藤宏亮【教授】（建築学部 建築学科）

構成員

村上公哉（建築学部 建築学科）／秋元孝之（建築学部 建築学科）／清水郁朗（建築学部 建築学科）／桑田仁（建築学部 建築学科）■プロジェクトの概要
江東区、墨田区、川崎市などを含む東京臨海地域は土地利用の転換が進み、インフラの整備や新産業の拠点形成などが2015年度ＣＯＣ全体イベントの形態（たたき台）
進められている。海外からのビジネスマンや観光客の増加も見込まれ、多様性に富む地域となりつつある。しかし、新しい都市づくりが進められる一方で、高密度居住に起因する災害時のLCP（Life continuity planning）の確保、子供の安全な遊び
場環境の創出、高齢者が安心して外出できる環境の充実、多様な主体によるコミュニティ形成など、新都市ならではの課題が山積している。本プロジェクトは、地域の防災力や災害対応能力の育成、安心して暮らすことのできる生活環境のマネ
ジメントの方法などを検討し、地域と大学とが協力しながら安心安全健康のまちづくりを推進していくことを目的としている。

■FDSD（地域志向）活動の成果【教育】
本プロジェクトには都市計画や建築計画を専攻している学部学生、大学院学生が参加している。東京臨海地域は災害対応や安心して住まい続けることのできる環境づくりなど、最先端の都市計画や建築計画が進められている地域であり、生きた学びの環境を提供してくれる。
本年度は、墨田区の木造密集市街地を対象とした防災まちづくりの提案、川崎市臨海部の新産業拠点形成にともなう土地利用更新の提案など、現代都市が抱える重要な課題をテーマに研究、教育に取り組んだ。著しく変化する
都市の変化や戦略的な都市計画など最先端のまちづくりに触れながら、都市
防災や多文化共生への取り組みなど多様な側面から都市を眺める視座を養うことができた。

豊洲地区の景観分析【研究】
バーチャル空間を活用した街歩きをまちづくりの場面に活用していくために、「バーチャル豊洲」を作成し、VR空間での参加型街歩きの方法や有効性について研究を実施した。本年度は卒業研究の一環として実施され、被験者実験をもとにバーチャルまち歩きの可能性や課題について分析した。現実空間とは異なり、高さを自由に移動することができる点や、離れた場所からもオンラインで参加することが可能であることなどが特徴である。水害時などの設定のもとにまち歩きを実施することも可能であり、将来的には様々なまちづくりの場面への応用が期待される。
【社会貢献】
豊洲スマートシティ協議会が主催した「豊洲場外マルシェ」の企画の一つとして実施された「豊洲イベントマップ」のコンテンツ制作に協力した。このデジタル
マップは豊洲スマートシティ協議会が制作しているものであり、スマートフォンなどのデバイスを活用することで、自分の位置を確認しながら豊洲地区の地域
資源や景観資源などを解説を読みながら体験していくことができることが特徴である。「豊洲場外マルシェ」の実施期間に実際にweb上で公開され、イベントに訪れた方々に体験していただいた。このようなデジタルマップをさらに発展させて、豊洲エリアのまちづくりの場面や住民参加の場面などに活用していくた
めに活動を継続していく予定である。

江東区職員の案内による現地視察

バーチャル空間を活用したまち歩き― 23 ―

TOPへ戻る主なトピックス■デジタルまち歩きマップ制作への協力■ バーチャル空間まち歩きの実証実験

豊洲地区は東京臨海部に位置し、大規模な公園や親水空間を有し、特に広い空や水辺の景観など魅力的な公共空間を有している。このような魅力を実際に歩いて体験してもらうことを目標に、豊洲スマートシティ協議会ではデジタルまち
歩きマップを制作した。本プロジェクトではこのデジタルまち歩
きマップの制作に協力した。天空率や可視領域などの都市分析技術を活用しながら、データにもとづく公共空間の魅力
をデジタルコンテンツとして制作した。

江東デルタ地帯では、地震時に建物倒壊や火災の発生が予想される木造密集市街地や、水害時に浸水が予想されるエリアが広がっており、災害時における避難ルートの確保
や帰宅困難者対策が重要になっている。このような災害時のシミュレーションを３次元で行うことにより、よりリアリティのあるシミュレーションや意識啓発が可能になる。本研究ではその前段として、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。研究を発展させることで、水害時など様々な場面を想定した避難経路の検討などに活用していくことが期待できる。

制作に協力したデジタルまち歩きマップ

バーチャル空間として作成された豊洲■ 木造密集市街地の集合住宅の提案■ 土地利用転換にともなう都市更新提案

学部３年生の授業として、江東デルタ地区に位置する墨田区の木造密集市街地を対象に、災害に強いまちづくりや建築計画の提案を行った。木造密集市街地は地震時には家屋の倒壊や火災の発生により被害が拡大する可能性があり、地震に強い建物への更新が求められる一方で、昔ながらの街並みやコミュニティが残るため、開発と保全のバランスのとれたまちづくりが必要になっている。この授業では、フィールド
ワークを通して密集市街地の都市分析を行うとともに、防災
まちづくりの体制づくりや空間づくりについても検討を行いながら、災害に強い集合住宅の設計提案を行なった。

川崎市臨海部は、大規模工場の跡地を活用した新産業拠点の形成が進んでおり、大規模な再開発の計画も進められている。将来的には、外国人観光客や居住者が増加していくことも予想され、コミュニティの形成や住環境の形成に向けた取り組みが必要になっている。本研究では、新しい土地利用として新産業拠点の形成に着目し、海外における先端産
業拠点としの都市デザイン事例の分析、産業転換に伴う都市更新の方法の検討などを行った。また、外国人居住者の増加、新しいライフスタイルの形成などを念頭におき、多様な人々が共生する都市デザインの提案をとりまとめた。

木造密集市街地に建つ集合住宅の提案

川崎臨海部における都市更新の提案― 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（&$'&$0 と 1& 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  
１．はじめに考案することを目的としている。

3D プ リ ンタ な ど一 部 の 製 造 用工 作 機械 で２．２０２２年度の実施内容

は各装置に最適化された付属のソフトウエア

２－１ 実践方針と対象となる学生達の状況

を使うケースもあるが、一般的に今日的なも実践の対象科目は、創成ゼミナール１（3のづくりは設計時に Computer Aided Drawing;

年生対象，3Q 開講（1 コマ×6 週）必修科目）

CAD を 、 製 造 時 に コ ン ピ ュ ー タ 制 御 さ れ たとした。この科目は、8 人程度の専任教員がNumerical Control; NC 機械により実施するの同時に担当しており、学生は事前に決められが一般的である。故に CAD データを NC 機械

た教員の元で、教員毎に異なった内容を受講用の製造データに変換する仕組みを理解するすることになっている。
当初予定していた、CAD→ Computer Aided

ことは、工作機械によるものづくりを理解す

Manufacturing; CAM→ NC 工作機械という一るのと同義と言える。
機械機能工学科では  年次に汎用工作機

連の工程が昨年度に続き諸事情により実施で械を、 年次に 1& 工作機械を用いたものづく

きなくなった。そこで昨年度の実施形態を踏り教育を実践していたが、ものづくりセンタ

襲した。具体的には、履修者を 5 つのグルーーの運営方針変更や授業数削減化のため、こプに分け、以下に示す様に実施した。

れらの実習実施を取り止めた。しかし、もの

100×100mm の 平 面 を 持 つ ア ル ミ ニ ウ ム ブ

を設計し具現化するには加工の知識・経験は

ロックを共通課題の供試材とし、外周 4 辺を必要であり、技術者教育として欠かす事はで外周から 10mm，深さ 3mm で削り、残った

きないと著者は考えている。

80×80mm の表面に深さ 3mm，溝幅 6mm から

そこで金属加工経験の乏しい機械系学生のなる任意形状をマシニングセンタ；MC で製

みならず、設計したものを造りたいと望む全作 す る 。 そ の 後 、 3mm 厚 の 黄 銅 板 材 か ら 、ての学生を対象に、比較的安全に運用できる

MC で作製した形状に嵌る部品をワイヤー放コンピュータ支援を用いた金属加工法を教授

電加工機；W-EDM で切り出し、2 つの部品をし、どの程度の習熟が可能かと云う情報を把組み合わせた。

握しておくことは、ものづくり教育の具体的

この実施内容の特徴は、①2 種類の NC 工な教授法や課題の設定などを考えるうえで重作機械を利用して G コード（NC 用の加工プ

要な知見となる。本研究の目的は上述した内ログラム）を見比べることができる，②

容の情報を収集し、現状に即した教授方法を

W-EDM に CAM が内蔵されているので別途― 25 ―

TOPへ戻る

CAM ソ フト ウ エア の 説明 を丁 寧 にす る必 要

２－３ 教育効果などの測定方法

がない，③色の異なるアルミニウムと黄銅と成績評価はグループ評価と個人評価に分け云う２つの金属から自身の設計した部品同士た。グループ評価は 2 つの部品の嵌合状態やを嵌め合わせると云うパズルに似たイメージ

最終レポートの考察内容，個人評価はレポー

を学生達に容易に理解させられる、の３つでトの内容とした。

ある。アルミニウムブロック外周を削る際、4授業における教育効果は上記の評価とは別

つの角は 2 つが直角、残りが面取り・円弧とに、第 1 回目の最初と第 6 回の最後に同一設設定し、G コードも提供することで具体的な問のテスト（100 点満点）を記名式で実施し、切削工程を理解してもらうヒントにした。

受講前後での得点状況で測定した。各問には、受講したの 16 名であった。これら学生達の用語の理解，G コードへの理解，システムと加工関係の履修履歴としては、1，2 年生で設しての理解，NC 機械の具体的な機能、と云

計や加工に関する講義およびドラフターを用った項目を確認する意味を持たせた。なお、

いた製図（CAD は教えていない）であり、前このテストの結果は成績評価には組み込んで述の様に加工の実習など実際にものを製作す

おらず、これは学生達にも周知している。設る授業はなく、ほとんどの学生が趣味やサー問は以下の通りである。

クル活動での DIY 経験程度である。

(問 1)[配点 20 点]「 CAD」，「CAM」，「CAE」，

２－２ 具体的な実施方法

「NC 工作機械」についてそれぞれ説明して6 回の授業は昨年と同様以下の構成とした。

ください。
（どのようなものであり、役割は・第 1 回（講義）：CAD/CAM システムおよび何であるか等）

NC 工作機械との連携の説明と班分け。

(問 2)[配点 14 点]設問１で示した４つの用・第 2 回（実習）：100×100mm のアルミニウ

語を用いてものづくりの基本的な流れを説

ムブロック表面へ作製する模様のデザインお明してください。
（図やフローチャートを使よび形状に応じた G コードの作成、NCViewer

用してもよい）（G コードによる加工シミュレーションソフ(問 3)[配点 16 点]製造データ（G コード）ト）を用いた加工形状確認，各グループ内でで知っているコードや指令をできるだけ書

実際に加工する形状（1 つ）の選択。

いてください。
（例 G91：インクリメンタル

・第 3 回（実習）：（スタッフによる G コード

指示，M05：主軸停止など）の確認・修正後）アルミニウムブロックへ( 問 4)[ 配 点 15 点 ］ も の づ く り の 現 場 に

MC による深さ 3mm のフライス（溝）加工。

CAD/CAM/NC 工作機械システムを導入する

・第 4 回（実習）：ブロック平面上に作製したことのメリットを挙げてください。

形状の寸法測定と当初図面との差異確認およ( 問 5)[ 配 点 15 点 ]NC 加 工 を 想 定 し 、び W-EDM 用の図面作成。

CAD/CAM でモデリングを行う際、どのよう・第 5 回（実習）：W-EDM の実演と作製物同なことに気を付けなければならないか挙げ士の嵌め合い確認。

てください。

・第 6 回（学生による成果発表）：自身のグル(問 6)[配点 20 点]NC 工作機械である「ワイープの作製物に対する図面・実寸法・Ｇコー

ヤー放電加工機」と「マシニングセンタ」

ドの対応関係に関する考察のプレゼンテーシ

は、それぞれどのようなものを製作する際

ョンおよび教員による講評。

に用いるべきか説明してください。 どんな

プレゼンテーション終了から 1 週間後に、自身が最初に作成した G コードの解説，グル

材料をどのような形状に加工するのか等 
２－４ 授業評価アンケート

ープで採用した図面と実際の製作物に対するテストの他、第 6 回授業後に授業評価アン

詳細な考察を行ったレポートを提出させた。

ケートを実施した。質問項目は以下の通りで― 26 ―

TOPへ戻るある。

用を推奨した。
MC 加工に関しては形状から考案した G コ①講義についてお聞きします。講義に参加して全体的に満足していますか。

ードをスタッフ側で若干修正する程度で大き②講義に使用したテキストは理解しやすかっ

な問題は生じなかった。
MC 加工終了後、W-EDM 特有の工具オフセ

たですか。
③講義に使用したテキストは必要十分な内容

ットや公差の考え方、即ちダイモード（空いでしたか。

た穴に寸法を合わせる）
・パンチモード（抜い④講義で学んだことはものづくりの理解に役た 部 品 に 寸 法 を 合 わ せ る ） を 説 明 し た 。 MC

立ちますか。

で削った形状と W-EDM で切り出した板がぴ⑤本ゼミは楽しかったですか。

ったりと嵌る事を学生達に求めたが、それ故⑥講師についてお聞きします。講師の説明はに EDM 用の修正図面において公差を大きく理解しやすかったですか。

取り、形状の座標位置が分かりにくくなるグ⑦講師は適切な時間管理の下、効果的に講義ループが続出した。結果的に W-EDM に形状を運営していましたか。

を入力する際かなりの時間を要することとな⑧講師は受講者の求めに適切な対応をしていった。幸い大学祭の期間が利用できたので、ましたか。

作業時間には猶予はあった。

⑨グループワークについてお聞きします。班

結局、4 グループで MC・W-EDM 双方で作の分け方に問題はありませんでしたか。

成した部品が嵌った。最終的な学生達の製作⑩班に課せられた内容の量は適当でしたか。

物の写真を図 1 に示す。嵌った場合でも部品⑪班活動は概ね全員が協力して活動できたと間に目視で認識できるほど隙間の生じたのが言えますか。

2 グループ（図  の右上と右下）あった。

⑫加工学や創成設計など、今までの授業内容

を本ゼミで生かすことができましたか。



⑬（問 12 で回答したものに対して）そう思っ

た理由を教えてください。

①～⑫番までは、そう思う・ややそう思う・



あまりそう思わない・そう思わない、の 4 択

とし、良い評価から 4・3・2・1 点として数値化した。⑬番のみ自由記述とした。

図  学生達が設計・製作した製品の外観

３．実施結果
３－１ 授業実施の状況

３－２ テスト結果による教育効果の測定

5 グループの製作した物は、3 グループはピ２－３で示したテストでは 2 人が回答不十

クトグラムなど比較的単純形状を、2 グルー

分であり 14 人のデータを採用した。平均点はプは比較的複雑な模様を選択した。2 グルー

以下の様になった。
（）内に示した値は昨年度

プが対象を浮かせて周りを削り落とす形状をのものである。なおテストの評価基準は昨年選択した。

度と同一である。

授業内で CAD の操作方法などを教授する

授 業 開 始 時 ： (1)3.9, (2)1.5, (3)0.0, (4)3.0,

ことはなかったが、CAD が利用できるなら図(5)0.0, (6)0.0,合計 8.4 点（26.4 点）。正答率は面作成が容易であり、また DXF フォーマット

(1)19%, (2)11%, (3)0%, (4)20%, (5)0%, (6)0%。

で形状をファイルへ書き出せるのであれば授業終了時：(1)18.9, (2)11.3, (3)15.7, (4)12.7,

W-EDM への入力が可能であることから、利(5)6.4, (6)11.1,合計 76.1 点（53.6 点）。正答率― 27 ―

TOPへ戻るは (1)94%, (2)81%, (3)98%, (4)85%, (5)43%,

開講科目で加工らしいことを殆ど行ってこな(6)55%となった。

かった事を鑑みれば当然の結果と言えよう。

授業前後における正答 率の差は、(1)+75%,⑬で回答されたコメントの一部を示す。コ(2)+70%, (3)+98%, (4)+65%, (5)+43%, (6)+55%

メントからは今回の授業計画の意図はほぼ達となった。全ての設問で上昇し、総合点は値

成できたことが窺える。

として約 9 倍（昨年は約 2 倍）となった。

・CAD・CAM・CAE 等、聞いたことのある単問 1～4 において得点率の伸びは高く、教育

語を正しく理解することができた。また切効果はあったと認められる。問 5,6 は昨年度

削加工を実際に目で見ることができた。

も得点率の伸びがやや低かった。この要因と・加工学で学んだ切削や削り代等の知識が理して は、 CAD/CAM-NC と云 う シス テ ム全 体解を助けたと思ったため。

を利用するには教授内容も不足しており知識・加工学で学んでいたエンドミルなどの工具が不十分であること、実際に NC 工作機械のの加工の様子を実際に見ることによってイ

操作を学生自ら行っていないため理解が深ま

メージがつき理解が深まった。

らなかった事などが考えられる。

・エンドミルやワイヤー放電加工といった加

本年度の結果は昨年度より伸びが大きかっ

工法は加工学で既に学んでいたが、G コー

た。今年度の受講者はコロナ禍により出校がドなど実際の切削関する知識は初めて知る

抑制され様々な体験が不足気味であった故にことができたため。

伸び代が大きかった事も要因の一つであった

・実際に加工される様子や加工物の仕上がりと思われる。

を見て、文面で習った事を体験そして知る

これらの結果から、CAD がある程度使えることができた。

状況を前提として CAM と連携させ、自身で・図面や計算上の数字だけで考えると実際は作成した G コードを使って NC を稼働させる

金属の変形が工具のたわみで誤差が生まれと、より理解度が上がると推測される。当初

ることを理解した。

予定していた、CAD/CAM＋NC 工作機械の一・加工学で習ったことを、実際に 1& 工作機械連の流れを教授した場合と比較すると興味深などを使う事により実践できたため良かっい結果が得られるであると考えられる。

たです。

３－３ アンケート結果による学生の主観的・加工についての基礎知識とグループワーク

感想の経験を生かすことができた。

アンケート結果を集計・換算すると、以下の 通 り と な っ た 。 ① 3.9, ②3.1, ③3.4, ④ 3.9,

４．おわりに（今年度の総括と来年度の展望）

⑤ 3.9, ⑥ 3.8, ⑦ 3.6, ⑧ 3.8, ⑨ 3.9, ⑩ 3.6, ⑪

昨年度に続き、金属加工経験の乏しい学生

3.8, ⑫3.2。

へ簡単な CAD/CAM の解説・G コードによる②,③,⑫以外は 3.5 以上を示した。テキスト

NC 加工などを教授し、どの程度の教育効果の内容も教授内容も昨年度と変更していないが得られるのか調査した。実際にものに触れが、②で-0.4、③で-0.3 となった。⑫は昨年度

る経験は教育効果に有効であることを改めてと異なり自己評価についてコメントする人は確認した。

いなったが、授業内容が難しい・他の科目と来 年 度 こ そ は 、 当 初 予 定 し て い た CAD/の連携が感じにくかった、として低めの点を

CAM＋NC 工作機械の一連の流れを教授した

付けたようである。その他の項目においてはい、と考えている。今年度得られた結果と比3.5 以上を示し 、学生 たちにとって は満足度

較し、どの様な内容であれば学生のレベルにの高い内容で あったこ とが窺える。3.9 とな応じて効率よくものづくり教育が可能なのか、った④や⑤に関しては、これまでの本学科の更に検討を続けたいと考えている。

― 28 ―

TOPへ戻る$, 実装の実習及び $, を導入した研究課題の設定と継続  工学部電子工学科  プレーマチャンドラチンタカ  
１．序論（はじめに，まえがき，目的）

上述の主な研究テーマの背景と進捗を以下、

理 工 学 系 の 技 術 開 発 に お い て $, 導 入 が

上記の番号順に述べる。

徐々に拡大されてきている。そして、卒業生① 近 年 自 然 災 害 に お け る 被 害 状 況 の 調 査にとって $, の実装の経験が大変重要だと考や捜索・救助活動に無人航空機（8$9）が導入えており、今回、まず研究室に在籍する電子され学術的にも大きな注目を集めている。自工学ゼミナールを受ける全ての学生に $, 実

然 災 害 発 生 時 倒 壊 し た 家 屋 や 瓦 礫 の 中 か ら

装の基礎体験させ、さらに、$, の導入が必要

被 災 者 を 捜 索 す る た め に は 早 期 発 見 と 的 確な研究課題を各学生に考えさせ、それを卒業な対応が必要である。そして8$9 に搭載し研究及び大学院の研究として取り組んでもらたカメラを用いた捜索・救助活動は救助隊がい、その研究成果を国際会議又は国際学術雑到達しにくい場所でも容易に被災者を捜索で誌で公開することを目的とする。そして、きるため非常に有用である。しかしそれでも

年度では、研究室の学生全員に $, を経験させ、瓦礫の下にいる被災者やカメラの死角にいる

さらに $, と関わった多くの研究テーマを設

被災者を捜索することは不可能である。

定し、学生に研究を進めてもらった。主な研

そ の 対 策 と し て8$9 に 搭 載 さ れ た 音 声 処

究テーマについて詳細を以下述べる。

理システムを用いた探索方法が提案されている。このシステムは8$9 に搭載されたマイク

２．研究計画

とスピーカーを利用する。具体的にはスピー 年度は、研究室の学生に $, の基礎をカーから被災地に向けて音声メッセージを発指導を行い、主に以下の研究テーマを設定し、信しマイクから被災地の状況を取得する。

研究を進めてもらった。

す な わ ち そ の 音 声 メ ッ セ ー ジ を 聞 い た 被 災

 ① $, に よ る 擬 似 プ ロ ペ ラ 音 声 画 像 と 機 体

者 の 応 答 を マ イ ク で 取 得 し 被 災 者 の 存 在 をに搭載したマイクで取得した音声画像を用い確認する方法である。しかしこの方法では

た 8$9 による被害者探索手法の提案

取得した音声に環境音や 8$9 のプロペラ音な②次元削減後の凹凸地面情報を用いたクラスタリングによる地面の同一性判定及び凹凸

ど が 混 在 し 被 災 者 の 音 声 を 抽 出 す る の が 難しいという課題が出てくる。

度合い推定による 8$9 の緊急着陸

以 上 の こ と か ら 本 論 文 で は 8$9 搭 載 の③白色矩形領域群の +RXJK 空間上の角度解
析に基づいた横断歩道の自動検出
３．計画の進行状況

マイクで取得した混合音声をスペクトログラ
ム 画 像 に 変 換 し 可 視 化 す る こ と で 人 の 音 声の有無を判定する方法を提案する。これは 8$9 搭 載 の マ イ ク で 取 得 し た 音 声 を ス ペ― 29 ―

TOPへ戻るク ト ロ グ ラ ム 画 像 に 変 換 し こ の ス ペ ク ト ロった場合、飛行の継続が困難になるため、着グラム画像とプロペラ音の擬似スペクトログ

陸地点を探索し、緊急着陸する必要性がある。

ラム画像との差を求め最終的に 8$9 搭載のこういった問題を解決するために 8$9 が独自マイクで取得した音声に人の音声が含まれてに安全な場所を探索し、設置された着陸地点

いるかを判定するものである。人の音声が混以外の場所に着陸できるシステムの構築も重じ っ て い る こ と を 確 認 す る こ と は そ の ま ま要である。

被害者の存在を示唆することになる。本研究8$9 が緊急自動着陸を達成するためには地では条件付き *$1（ &*$1）を拡張した 3L[3L[

面状況を把握できるセンサが必要不可欠であに基づくプロペラ音擬似スペクトログラム画

る。また、8$9 の緊急着陸の場合、機体への像の生成方法を提案する。

影響が少ない安全な着陸可能領域を地面の凹さらに本論文では生成されたプロペラ音

凸度合い及び溝による分断領域の同一性を推の 擬 似 ス ペ ク ト ロ グ ラ ム 画 像 を ス ペ ク ト ロ

定することが重要である。そこで、8$9 からグラム画像の 5*%の  要素の  次元配列と広範囲の深度情報を正確に把握できる深度カ

して扱うことにした。さらに5*% の  次元配

メ ラ （ 5HDO6HQVH GHSWK FDPHUD 'L ；列の各要素に情報を与えるカラーマップを新5HDO6HQVH）を用いる。

たに提案する。

今回平面への着陸ではなく、8$9 が着陸で本 研 究 で は 提 案 手 法 の 有 効 性 を 検 討 す る

きる凹凸地面ということで、平面検出手法でため複数の実験を行った。その結果提案手ある 5$16$& 法の導入は困難である。そこで、法は の精度を示し、その高い有用性を本研究では、8$9 に深度カメラを搭載し、深確認することができた。

度カメラで取得した深度情報を機械学習及び



統計処理を用いて地面の凹凸度合い及び分断② 近 年 、 無 人 航 空 機 8$9 ： 8QPDQQHG

$LUFUDIW9HKLFOH は、防衛産業や商業産業に領域の同一性を推定する新たな手法を提案する。

おいて重要な役割を果たしており、地図の作

最初に深度カメラより取得される深度情報

成や測量、気象状況の把握や物品運搬などにの平均を計算する。深度情報の平均値に対し利用されている。そういった様々な用途に適

主成分分析 SULQFLSDOFRPSRQHQWDQDO\VLV

応した 8$9 が開発され、その市場は拡大して3&$）を行い、次元を削減する。次に教師なし

いるが、高度なシステムが搭載されている

機械学習手法である '%6&$1 を用いて次元削

8$9 に対して人間の監視は必要不可欠であり、減された  次元情報にクラスタリングを行う

自律的な飛行までは至っていない。現在開発

ことで、着陸可能な凹凸地面のみならず、取されている自律型 8$9 は *36 を用いて飛行軌

得深度画像内に溝が存在した場合でも、着陸道を制御したり、機体の前後左右にセンサを可能領域の推定を可能とした。

取り付けることで、障害物を避けたり物体の③障害者を支援することは世界的に重要な追跡といった柔軟な航行が可能である。しか目標となっている。特に、視覚障害者は、視し、自動着陸の技術に関しては、5*% カメラ

覚情報を得ることが困難であることから、車を用いた画像処理技術によって、既に床に設との衝突や、高所からの落下などの事故に発置された着陸地点を認識し、着陸するといっ展することが想定される。現状は盲導犬によたものが主流である。こういった方法では、る歩行支援を行っているが、将来的には視覚

着陸地点の設置されていない場所での着陸が障害者数の増加に伴い、盲導犬不足になると困難である。例えば、*36 が切断されてしま考えられる。特に  年から  年に増加

― 30 ―

TOPへ戻る
量が大幅に大きくなることから、これからのれながら、研究を進めた。

 年で迅速な対応が必要となるといえる。

提案する手法は横断歩道が白色矩形の連続

上述の盲導犬の普及が難しい理由は  点あで構成されているという特徴に注目し、そのる。まず、歩行環境の差異である。欧米では

輪郭を +RXJK 変換によって強調し、検出を行

歩道の幅が広く、歩車道の境界が明確である。

うという方法である。

それと比較して、日本は歩道の幅が狭く、歩このような特徴を持つことから提案手法は

車道の境界が不鮮明な場合や自動車の交通量

夜間で照明が異なる場合をはじめ、横断歩道が過多であることなど、視覚障害者にとっての一部が隠れている場合にも上述の従来手法

歩行の妨げとなる要因が多いことが挙げられの課題を解決することが可能である。さらに、る。

計算コストを抑えていることから、リアルタ

次に、盲導犬の育成技術の差異である。産イム性も非常に高い。

まれた子犬が盲導犬になるかは、各個体の性

また、比較検証として、近年注目を浴びて格に依存する。つまり、繁殖の質を向上させいる学習済みモデル（9**、9**、5HV1HW、れば、盲導犬育成の効率も高くなる。しかし、,QFHSWLRQ9）を用いた転移学習による横断歩優秀な繁殖犬の確保は大きな課題であり、現道の識別を行った。さらに、歩行者装着型の状の日本では難しい。

従来手法との比較を行った。

横断歩道での視覚障害者の事故は絶えない。

提案した +RXJK 変換による横断歩道検出のこの原因として  点挙げられる。まず、音響$FFXUDF\ は という高い正解率を得た。

式信号機は夜の騒音の配慮によって夜から朝

この結果は転移学習による手法の結果と比較

にかけて音が出ないことである。次に、エス

して から 高い。さらに、転移学習

コートゾーンは劣化によって凹凸が削れるこ

より高速処理が行えることを示した。

とである。このようなことから、現状の外部

のデバイスに依存しない自己完結型の横断歩

４． 今後 の計 画及 び学 会 、 論文 等投 稿・ 発表 状

道案内について検討を行った。

況

横断歩道の検出に関する従来研究を分類す 年度提案してきた上述 $, と関わる研ると車載カメラ型と現場固定型、歩行者装着

究テーマはもちろんの他にも複数のテーマが型の  種類が存在する。その内、車載カメラ

現在も継続いる。

型と現場固定型のタイプは横断歩道上の歩行そして  年度中、研究成果で以下の論文

者を検出することを最終目標としているため、「学術雑誌論文  件、国際会議論文  件」の歩行案内には不向きである。

公開を行った。更に、現在投稿済（現在査読

そこで、歩行者装着型のタイプに注目した。

中）の際学術雑誌論文  件がある。

しかし、歩行者装着型のタイプは、条件が限[1]

T. Witchuda, A. Wiranata, S. Maeda, andられている点が課題である。例を挙げると、

ChinthakaPremachandra,

昼間の実験が多く、撮影された横断歩道は歩Computing

Model

行者等で隠れていないものが多い。また、リ

Locomotion Signal Classification," IEEE

アルタイム性について考慮しているものは少Access, Vol. 11, pp. 19591-19601, Feb.

ない。そこで本研究では、上記の課題を解決

2023

する歩行者装着型の横断歩道検出手法を提案

[2]

I.

Diddeniya,

した。さらに、利用者が簡単に携帯可能な小Gunasinghe,

型軽量ハードウェアを用いた実装を視野に入

and

H.

I.

for

"Reservoir

Human

Hand

Wanniarachchi,

H.

ChinthakaPremachandra,

Kawanaka,"Human-Robot― 31 ―

TOPへ戻る[3]Communication System for an Isolated

Conference

Environment," IEEE Access, Vol. 10, pp.

Intelligent

63258 - 63269, June 2022.

International Symposium on Advanced

H.

MatsumuraandPremachandra,

[4]

[5]

Chinthaka"Deep-learning-based

Data for Preventing Walking Accidents of

the Visually Impaired," IEEE Access ,Vol. 10, pp. 56249 - 56255, May, 2022.



S. Thenuwara, Chinthaka Premachandra,

and H. Kawanaka, "A multi-agent basedenhancement for multimodal biometricsystemArray(Elsevier), Vol. 14 (6):100171, July 2022.



W. Thongking,andcontrol,"

A. Wiranata, S. Maeda,

ChinthakaComputingandSystems

and

23rd

2022.


borderSoft

Intelligent Systems (SCIS&ISIS), Nov.

Stair Detection Using 3D Point Cloudaton

Premachandra,"Implementation of Reservoir Computing

Algorithm in Stretchable Sensor," Proc.
of 33rd 2022 International Symposium on
Micro-NanoMechatronics

and

Human

Science for Wearable Device (MHS2022),
Nov. 2022.
[6]

R. Nakazawa, Chinthaka Premachandra,
“AI Based Biometrics Recognition witha Hyperspectral Image Sensor,” 2022 2ndInternational Conference on Robotics,
Automation and Artificial Intelligence(RAAI), Dec. 2022.

[7]

T. Yoshikawa, Chinthaka Premachandra,“Pedestrian

Crossing

Detectionby

VGG16 for Visually-impaired Walking
Assistance

System,”

2022

2nd

International Conference on Robotics,
Automation and Artificial Intelligence(RAAI), Dec. 2022.
[8]

D. D. Wijesundara, L. Gunawardena,
ChinthakaPremachandra,”

Recognition

fromHigh-altitude

Human
UAV

Camera Images by AI based Body Region
Detection,”2022 Joint 12th International― 32 ―

TOPへ戻る,R7 と $, 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

共同研究者
デザイン工学部デザイン工学科 橋田規子
システム理工学部機械制御システム学科伊東敏夫
システム理工学部生命科学科
中村奈緒子建築学部建築学科

蟹澤宏剛
１．序論（はじめに，まえがき，目的）

の質向上に努める。

教育環境を総括的・継続的に把握し環境に

フィードバックする、これを本学は今後も永２．研究計画続させる必要がある。アンケートには回答コ

各種教育環境の空間を網羅的にカバーでき

ストと主観バイアスの問題があるが、防犯カるよう多数のセンサ  次元の /,'$5/LJKW

メラでのトラッキングは個々の学生の監視や'HWHFWLRQDQG5DQJLQJ を配置し、数百〜千

プライバシーの問題につながる。そこで、人規模で学生の学習や交流の状態のセンサデ,R7 モノのインターネット と $, を教育環ータを取得する。$, による深層学習を行い、境に溶け込ませ、教室周辺、自習スペース、

取得データから時間 時期、時間帯、曜日 ・図書館といった一定範囲の空間ごとの特徴か

空間 密度、移動 特徴をとらえる。また、イら、教育環境の質指標

快適性、生産性、活ノベーションセンター一室に次世代教育環境

気 を推定可能なシステムを実装する。実験にをプロトタイプ実装する。実験により、教育

より、質が向上する空間特徴を抽出し、実際環境における質指標の教育環境にフィードバックするフレームワなど を向上させる教育環境の空間特徴を抽ークも構築する。

出する。具体的には、人の密度と流れ、机、

快適性、生産性、活気

これまで、教育環境 講義、自習、交流 の椅子、観葉植物の配置や利用状況といった特品質は、アンケートによる主観評価や成績に徴が質指標に作用するという仮説を立てる。

よる客観評価の結果で事後に行われてきた。

実験結果を教育環境にフィードバックしこの結果が実際の環境にフィードバックされ3'&$ を繰り返す。

るのは半年・ 年以上遅れになってしまう。



本研究により、,R7 と $, が溶け込んだ次世代

３．計画の進行状況

教育環境が確立されれば、$, が深層学習によ 次元センサによる生産性の推定>@

り教育環境の質の変化を即座に検出したり予/,'$5 は空間の  次元情報を 〜 ミリ秒間測したりできる。本研究により抽出された質

隔のフレームごとに取得できる  次元センサ

向上のための特徴を教員だけでなく職員にもである。図  のように、複数の /,'$5 を教育共有し、本学の教職員一丸となって教育環境

環境に設置し、生産性を推定するシステムを― 33 ―

TOPへ戻る
構築した。図  に、/,'$5 で取得した学習中の人の  次元イメージの例を示す。図  に、/,'$5 により生産性を推定するシステムの構成を示す。図  に  次元イメージの時間変化を示す。右図は左図の  ミリ秒後のフレーム図  次元イメージの時間変化（右図は左図である。フレーム間の差分から変化を抽出し、の  ミリ秒後のフレーム）

変化に基づいて生産性を推定する。



本システムの有効性を示すための実験を実施した。作業を行う 3& のキーボードに対し、
図  のとおり  台の /,'$5 を設置した。 名の実験協力者に対し、実験を行なった。図 に、実験協力者 $ の結果を示す。横軸は /,'$5
フレーム間の差分を示す =1&& =HURPHDQ
1RUPDOL]HG&URVV&RUUHODWLRQ である。値が大きいほど、フレーム間の相関が高い、つま図 教育環境への /,'$5 の設置り、差分が小さい。縦軸はタイピングされた文字の数である。ここでは、文字数を生産性の指標として用いた。高さ方向（] 方向）を用いない [\ 平面の結果が、=1&& と文字数の正の相関関係を最も強く示していた。そこで、
図  に残り  名の実験協力者（実験協力者 %、&、'）の [\ 平面での結果を示す。%、' では$ と同様、正の相関関係を示した。しかし、&

図 /,'$5 で取得した学習中の人の  次元イ

は負の相関関係を示した。タイピングの熟練

メージ

度などの個人差が影響した可能性があり、さらなる検討が必要である。
図 実験での  台の /,'$5 の設置
図 /,'$5 により生産性を推定するシステムの構成図 実験協力者 $ の結果

― 34 ―

TOPへ戻る
得し、深層 $, のモデルの学習を行なった。同じく、図  のとおり /,'$5 を設置し、 人目の実験協力者から  つの状態での  次元データを取得した。表  に推定精度の結果を示す。
/,'$5 の点群データをクラスタリングする 
手法、二次特徴を付与する  手法を比較した。
表  のとおり、手法の組み合わせによっては、
 以上の高い精度が得られた。クラスタリ図 実験協力者 %、&、' の結果ングを行わないと、精度がより高い傾向が見られた。特徴としては )3)+ )DVW3RLQW 次元センサによる学習状態の推定>@)HDWXUH+LVWRJUDPV が有効であった。また、教育環境に設置した /,'$5 により、学習状

右側の /,'$5 のデータを用いると精度が劣化態を推定するシステムを構築した。図  にシする傾向が見られた。これはマウス操作が右

ステム構成を示す。図  の /,'$5 の未加工の側で行われたため、右側の /,'$5 とマウスのデータでは学習状態の特徴を捉えづらい。そ距離が近すぎてデータが取得できず、マウス

こで、図  のように、二次特徴を  次元イメ

操作で誤検知が多数生じたためであった。

ージに付与する。二次特徴は、例えば、点群/,'$5 の設置位置の見直しが必要である。

から面を推定することで得られる法線ベクトルなどである。D タイピング図 /,'$5 により学習状態を推定するシステE マウス操作

ムの構成





F 操作なし

図 二次特徴を付与した  次元イメージ 本システムの有効性を示すため、実験を行なった。実験では、図  のとおり、 台の /,'$5を設置し、 名の実験協力者から図  に示さ

れるタイピング、マウス操作、作業なし、パG パッド操作

ッド操作の  つの状態での  次元データを取

図  つの作業状態



― 35 ―

TOPへ戻る

センサの配置、深層 $, モデルの再設計を行う。

表 実験結果

研 究 項 目  環 境 に 溶 け 込 む デ ザ イ ン D 左側の /,'$5 のみ

 年 度 に 試 作 し た セ ン サ ス タ ン ド を 実 際の教育環境に導入し、アンケートによる主観
評価と人の行動データに基づく客観評価から、デザインの有効性の評価を行い、改良のための試作を繰り返す。実際の教育環境への導入


を行う。

E 右側の /,'$5 のみ

以下に今後のスケジュールを示す。

 実際の教育環境での実験と評価
 方式の改良と再実験による評価
 国際学会での成果発表、連携企業との合同プレスリリース発信により、プレゼンス向上につなげる 実際の教育環境への導入、学生や、教F 両側の /,'$5

職員、連携先の民間企業からフィードバックを得て 3'&$ につなげる>@ .RNL.L]DZD5\RLFKL6KLQNXPDDQG
*DEULHOH7URYDWRCC(VWLPDWLRQRISK\VLFDODFWLYLWLHVRISHRSOHLQ

RIILFHVIURPWLPHVHULHV

４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況

SRLQWFORXGGDWD

 年度は電子情報通信学会での発表  件

,(((&&1&

-DQ

>@、,((( の国際会議での発表  件（査読あ>@ -XPSHL:DWDQDEH5\RLFKL6KLQNXPDり）を行なった。

DQG*DEULHOH7URYDWR

今後の計画は以下のとおりである。

CC&ODVVLILFDWLRQRIKXPDQSRVWXUH

研究項目  次元データからの習得度推

IURP'SRLQWFORXGGDWDLQRIILFH

定 年度開発した習得度を推定する深層

HQYLURQPHQW,(,&(7HFKQLFDO

$, を改良し、 次元データから学習中の状態

5HSRUW6H0,)HE

を自動分類し操作や体の傾きなどを特徴としてとらえる精度を向上する。講義や演習など



実際の教育環境に適用し、習得度の推定精度を評価し改良を繰り返す。実用レベルを目指す。
研究項目 習得度への寄与ファクタの特定操作や体の傾きなど深層 $, がとらえた特徴に対して習得度の寄与度を推定し、寄与度の高い特徴を特定する。データが寄与度の高いファクタを分解能高く捉えられるよう、
― 36 ―

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 ,*3） 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
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
１．はじめに

本活動では（１）実施する学生の企画力、コ 年度から  年度まで、グローバル

ミュニケーション能力の向上、（２）教員のコな視点をもった研究紹介や異分野間交流事業

ミュニケーション能力、指導力の向上、（３）として学内及び学外向けに、「グローバルサイ

参加者が最先端科学技術を知ることによる学

エンス＆エンジニアリングカフェ（以下、*6

習意欲の向上（特に学部１、２年生）（４）普カフェ）や海外の高校生に向けたグローバル

段研究内容に踏み込む機会の少ない職員へのオープンセミナー」をを実施してきた。

理工学系の大学で働いているという意識付け、年度の活動はこれらのノウハウを生かしてさ（５）学内外の教員の異分野交流が始まるきらに発展させるものである。

っかけ、が期待される。

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、
２．研究計画

何を学びたいかを掘り起こすこと」が目的で*6 カフェは、「 科学コミュニケーション学」

ある。そして、ここで得た知見を今後のリカの実習として、大宮および豊洲のオープンキ

レント教育のプログラム提案につなげたい。

ャンパス（または大宮祭、芝浦祭）での実施を

現在、高等教育のあり方が、従来の若年層に予定している。オープンキャンパスでは、一限らず、一度就業した人々が社会と大学で繰部屋を借りてブースを設け、国際理工学専攻、り返し学ぶ（リカレント）形へと変化してい

6,7 総研の外国人教員およびその研究室の学

く中、学内、学外（海外を含む）の学生、教職生の参加も交えて実施したい。これとは別に員、一般市民に本学の研究の幅広さや将来性

あるいは連携して 、必ずしも科学技術を専を知ってもらうことは非常に重要だと考える。

門としない本学内の事務職員（契約やパート、

特に 6'*V に掲げられ た地球規模の問題解決

外部委託の職員も含む）を対象に *6 カフェをに向けて、大学院生や教員 が自分の研究やそ行いたい。

の基礎となる学問分野の魅力を日本語およびこの活動は、 年間の継続を予定しており、英語で参加者の興味やレベルに合わせて発信

本年度は初回で会場は学内中心となるが、 年

し、講師と参加者、参加者同士が双方向コミ

目以降は、地域のコミュニティーセンターやュニケーションをとることを目指す。

駅近くなど、学外の一般市民がより参加しや― 37 ―

TOPへ戻る
すい場所で展開していきたい。

(4) プログラム：

この *6( カフェを通して、学内の学生や教 共通 

員が広い視野と興味が持てる様な環境を整え$ 班：斜め上の街づくり？

る。学部生から大学院生に加え教員から職員

クルマの位置を知るにはどうすればいい？

までを対象とし、その専門にかかわらず最先

え？電車賃が安くなるんですか！？捨てた

端の科学技術や長年継承されてきた技術を専

プラごみはどこへ行くの？

門家（教員や院生）が直接、わかりやすく生き% 班： 年後の技術はどうなるの？

生きと伝えることで、幅広い学習のモチベー

電気の流れをコントロールする物凄く薄いスションを得る機会を提供する。 また、本学のイッチとは家からライブに参加できる？

入学希望者にも研究の魅力を伝える。 今回、ちっちゃいレンズの作り方

レクチャーやセミナーと言った形式ではなく、& 班：作る"送る"受け取る"

サイエンスカフェといった双方向コミュニケ

電気を飛ばして充電"電気はどうやって発電ーションの手法を用いることでより理解度やされるの？パワー＝電気？！どうやって満足度の高い事業を目指す。

*36 は電波を受信しているの？

' 班：世の中センサー？

３．計画の進行状況

ゴミの分別、正しくできていますか？再生

本年度は、「科学コミュニケーション学」

する服の手助け？

では =RRP を用いたオ ンライン と大宮祭での( 班：「口技」とはなに？ 中国語対応可 

対面形式での *6 カフェを実施した。これに加貴方には見えますか？今オンライン授業のえ 、 豊 洲 キ ャ ン パ ス の 6,7 *OREDO &DIIH

反響は"依存症対策システムの発展歴史は？

HPSRZHUHGE\6HJDIUHGR にて大学職員や地域) 班：センシン、アンシン？

住民など科学や技術を専門としない成人を対害者でも災害の時逃げられるの？あなたを象としたサイエンスカフェを実施した。

運ぶ未来のクルマとは？金属よりも軽くて強い材料？


*6 カフェ（）(1)場所：後半  （）=RRP ブレイクルーム機能使用

* 班：6) が現実に"

各自、大学または自宅からアクセス

なぜ画像認識技術を使わないのかどうやっ（）大宮祭

てルーターを選ぶ？学び続ける人工知能～(2)実施者：

人間のような $, に必要なこととは～

山本、大崎、大学院共通科目 科学コミュニ+ 班：未来の生活に役立つ技術とは？

ケーション学履修生  名 中国の留学生 

これからのものづくり技術とは？ロボット名含む が家に来る未来とは？新しい機械の心臓"
, 班：より快適な生活環境とは？

(3)対象者：
 受講生  名、受講生以外  名（履

タクシーに乗ったことはありますか？地域

修生の家族、友人、知人、学内の院生他、おの野良猫がそんなに問題になっているか？

客様アンケート回答  名）

広い部屋ほどなまけやすい？

 受講生  名、受講生以外  名前後- 班：ストレスフリーな生活を実現？

（地域住民、受験志望の高校生とその保護者、冷蔵庫がしゃべる？植物は必要ない？コロ

学内の学生、院生、留学生

ナウイルスの新検査法とは？

― 38 ―

TOPへ戻る. 班：お財布と地球にやさしい電気の「」
アオコからガソリン？水素で電気をつくる

ってどういうこと？勉強がゲームにな



る！？

工夫したところ：班内にファシリテータを置き場を盛り上げ、発表者を盛り立てる役割を果たすようした。また、6FRPE を通じて全学的にも広報した。
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。



反対に、対面では、相手の意図を汲み取ることができ、十分に質問に答えることができた。
住民の方でも科学技術に大変詳しい方が、 鋭
い質問をくださった。
実施の様子：
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、本学学生など多様な人が集うサイエンスカフェとなった。
外部参加者の感想：
⚫

引き込まれる説明だった。既存の概念を超えたアイデアがあると、業界が活発に
図１大宮祭でのサイエンスカフェの実
施風景、多くの住民や留学生が来訪なりそうだと思った。
⚫



体内で溶ける金属。抜糸不要の縫合技術

 色の不思議

の進化を思い浮かべました。これは是非実現して頂きたい研究です。

,]DEHOD5]H]QLFND芝浦工業大学教授
 天然ダイヤはどっち？



山本文子 芝浦工業大学教授サイエンスカフェ＠豊洲キャンパス週末は宇宙旅行へ 根本雅人 

場 所 ： 6,7 *OREDO &DIIH HPSRZHUHG E\

株 ダイモンエンジニアリングリーダ

6HJDIUHGR
実施者：教員４名山本、石井、メレ、イザベ

工夫したところ：一般の人が対象ということでラ、院生学部生アシスタント  名（山本研）、なるべくカジュアルにして、サイエンスカフ

外部講師  名

ェへの敷居を下げてもらいたいということか

対象者：事務系職員（ 名）、地域住民（ 名）

ら、学内の教室ではなく新棟一階のカフェを

貸切って会場として利用した。また、トーク

内容：参加者は  人ずつに分かれて以下のは班ごとでが、全体のプログラムを知っても４トピックのうちの２トピックに参加した。

らうために始めと最後に全員対象のセッショ おいしいコーヒーの科学

ンを設けた。図２参照

3DROR0HOH 芝浦工業大学教授― 39 ―

TOPへ戻る
図２ 大学職員、地域住民を対象とした
サイエンスカフェの広報ポスター

図３一般向けサイエンスカフェの様子


実施の様子：図３参照

学び直しに障害があるとすれば と尋ねたとこ

今回、実際のカフェで行ったということもろ「自由になる時間がない」
（）
「費用の面

あって、終始和やかな雰囲気で進められたこ

で心配」（）との回答があった。実際、どのとが今までのサイエンスカフェと違ってよか

ような形学び直したいかについては、多くのったと感じた。

人（以上）は、単発の講座を希望した一方、

修士課程への入学や科目聴講生を希望する人

参加者の感想： もいて、リカレント教育へのニーズの高事後アンケートでは ％が非常に満足、さを実感した。の人はこのようなサイエンが満足と答え、また、がまた同様のプロ

スカフェがきっかけになると回答した。

グラムに参加したいと回答した。例を示す。

「工科系大学に勤務しているのでサイエンス

４．まとめと今後の計画に触れる機会が今後もあるといいなと思いま 年度は、コロナ禍も落ち着きを見せ、した。」

オンラインに加え、対面でのサイエンスカフ

ェを複数回実施てきたことは、実施者（学生

リカレントニーズ調査：

や講師）としても、また、参加者（学生、職員、回答した  名のうち の人がリカレント教

地域住民）に取っても大きな収穫となった。

育を聞いたことがあり、 そのうち、受けてみ本事業の経験を生かし、リカレント教育を目たいと思っている人は に達した。その理指して、一般市民に向けたサイエンスカフェ

由（複数可）は教養を身に付けたい（）、仕を継続していきたい

事に役立てたい  などであった。一方で、
― 40 ―

TOPへ戻るJ3%/ のアセスメントとイノベーション創出  先進国際課程  吉久保 肇子  
共同研究者
環境システム学科  中村 仁
電気工学科  藤田 吾郎
電子情報システム学科  三好 匠
機械機能工学科  長澤 純人
先進国際課程  橘 雅彦
マレーシアオフィス  石崎 浩之
国際部  猪田 政彦
国際部  古屋 雄高
国際部  仙波 亮典
国際部  影山 礼子
国際部  宮坂 勇也

１．序論

J3%/ 担 当 教 員 お よ び 実 務 部 分 を 担 当 す る 国

本学では国際社会の多様性を理解し異なる

際部職員にヒアリング調査を行うことで、文化的背景をもつ人々と協調して仕事ができ

J3%/ の体系化と実施ノウハウの構築、プログ

る 能 力 と し て 、「 コ ミ ュ ニ ケ ー シ ョ ン 能 力 」、

ラムの課題の抽出、改善案、および質保証等、「問題発見解決能力」、「 メタナショナル能力」、

3'&$ に繋げる。

「技術経営能力」の育成を目的に、数多くの

国内外のジャーナルや学会で成果を発表。

J3%/ を開発・実施している。本プロジェクト



学内共有

で課題とする専門分野を問わない J3%/ 用の研究成果を 6*8 推進本部会議や国際交流セン

評価ツールの開発と分析、及び J3%/ を実施すター会議等、学内各種会議で共有する。

るためのノウハウの発信は、国内外の大学間

との共同教育連携事業や本学の教育モデルの国際部 6*8 推進課主催の「グローバル 3%/ プ

共有化へのステップとなる。

ログラム研究会」等で、事例紹介を行うこと

学外共有

で、効果的に J3%/ を運営するためのノウハウ
２．研究計画を共有する。

以下の  項目を研究目標として設定した。


定量的分析

３．計画の進行状況

J3%/ 担当教員に協力を仰ぎ、プログラム参加

 年度は、徐々にではあるがコロナとの者を対象に異文化コンピテンシー調査票

共存が進み、本研究もその流れの中で、オン

0*8'66 を用いた J3%/ の効果測定調査を実施

ラインと対面プログラムの両方で、観察およする（定量的分析）。調査票への回答について

び 効 果 測 定 を 行 う こ と で 、 下 記 成 果 と J3%/

は、国際部と連携して、各プログラム参加学の潜在的な課題を抽出することができた。

生にメールで依頼する。



定性的分析

+RZWRGHVLJQVXFFHVVIXOJ3%/V
共同研究者が担当する J3%/ の観察、及び― 41 ―

TOPへ戻るJ3%/ 担 当 教 員 と 実 務 担 当 の 国 際 部 職 員 を 対異文化コンピテンシー調査票、②,5 コンソー

象に、ヒアリングを実施し、下記リストを作

シアム版 &()5&DQ'ROLVW、及び③本学で作成した。

成した 6WXGHQWVDWLVIDFWLRQTXHVWLRQQDLUHの  点で構成される独自のアセスメントツー

7DEOH+RZWRGHVLJQVXFFHVVIXOJ3%/V
L)LQGLQJDSDUWQHUXQLYHUVLW\,I\RXU
XQLYHUVLW\KDVDQDOXPQXVZKRLVZRUNLQJ
DWDQRYHUVHDVXQLYHUVLW\WKLVFDQRIWHQ
EHWKHHDVLHVWZD\WRVWDUWWKHSURFHVVRISDUWQHULQJZLWKWKHPWRUXQDJ3%/

ルを用いている。吉久保が  年度に参加した対面・オンライン J3%/ 内で、プログラムに
参 加 し た 海 外 協 定 校 の 学 生 よ り VWXGHQWVDWLVIDFWLRQTXHVWLRQQDLUH の英語設問文が解りづらいとの指摘があったため、補足説明を追加した更新版を作成した（下記参照）。

LL0DNLQJDJUHHPHQWVDQGSDUWQHUVKLSVLI
7DEOH

WKHUHLVQR DOUHDG\H[LVWLQJ0HPRUDQGXP
028  EHWZHHQ \RXU

6,7’V6WXGHQW6DWLVIDFWLRQ4XHVWLRQQDLUH

LQVWLWXWLRQDQGWKHSDUWQHUXQLYHUVLW\

L$UH\RXVDWLVILHGZLWKWKHVWXG\DEURDG

LLL'HVLJQLQJWKHFRQWHQWDQGSUHSDULQJSURJUDPLQWHUPVRIWKHVXSSRUW\RXKDYH

IRUWKHODXQFKRIWKHJ3%/ZLWKWKHSDUWQHU

UHFHLYHG IURP XQLYHUVLW\ IDFXOW\ DQGXQLYHUVLW\VWDII"

LY5HFUXLWPHQW RI SDUWLFLSDQWV IRU WKHLL$UH\RXVDWLVILHGZLWKWKHVWXG\DEURDGSURJUDPSURJUDPLQWHUPVRIWKHRSSRUWXQLWLHVIRU

Y,PSOHPHQWDWLRQRIWKHJ3%/

FROODERUDWLRQGHOLYHUHGE\WKHFRXUVH

YL&RQGXFWLQJ D IROORZXS VXUYH\ ZLWKIRUPDWDQGWKHRWKHUVWXGHQWV SDUWLFLSDQWVIDFXOW\PHPEHUVDQGVWDIIZLOOLQJQHVVWRFROODERUDWH"

YLL3URJUDP(YDOXDWLRQ

LLL$UH\RXVDWLVILHGZLWKWKHVWXG\YLLL3XEOLFLVLQJ WKH SURJUDP DQG LWVDEURDGSURJUDPLQWHUPVRIWKHIDFLOLWLHVUHVXOWVIRUH[DPSOHE\VXEPLWWLQJSDSHUVRIIHUHGIRURQOLQHOHDUQLQJ"

DQGJLYLQJSUHVHQWDWLRQVDWLQWHUQDWLRQDO

LY$UH\RXVDWLVILHGZLWKWKHVWXG\DEURDG

FRQIHUHQFHVSURJUDPLQWHUPVRIWKHFRXUVHOHQJWKDQG

L[6KDULQJ\RXUJ3%/NQRZKRZZLWKLQ\RXUKRZZHOOWKHOHQJWKRIWKHFRXUVHPDWFKHG

XQLYHUVLW\ LQ RUGHU WR DOORZ IRU WKHWKHDPRXQWRIFRQWHQWFRYHUHG"

H[SDQVLRQRIIXWXUHSURJUDPVY$UH\RXVDWLVILHGZLWKWKHVWXG\DEURDG

[2QJRLQJ LPSOHPHQWDWLRQ RI WKH J3%/

SURJUDPDVDZKROH"

VXFKDVPDNLQJSURSRVDOVIRUFKDQJHVWRYL3OHDVHGHVFULEHLQ\RXURZQZRUGV\RXU

VXEVHTXHQW SURJUDPV VFKHGXOLQJ DQGRSLQLRQVDQGLPSUHVVLRQVUHJDUGLQJWKH

KDYLQJ FRQWLQXHGFRPPXQLFDWLRQZLWKWKH

VWXG\DEURDGSURJUDP\RXKDYHWDNHQSDUWSDUWQHUXQLYHUVLW\

LQ,QSDUWLFXODUSOHDVHIHHOIUHHWR

RI 8QGHUVWDQGLQJ

PHQWLRQDQ\WKRXJKWVRUIHHOLQJV\RXKDG


6WXGHQW6DWLVIDFWLRQ4XHVWLRQQDLUH

DERXWWKHSURJUDPZKLFKDUHQRWFRYHUHGLQ 本学では、 年度より本学で実施する全

WKHTXHVWLRQVDERYH

ての海外プログラムの効果測定ツールとして、①コロンビア大学 3URI0LYLOOHが開発した



6\VWHPDWLF,VVXHVZLWK2QOLQHJ3%/V
本研究プロジェクトに先立ち、 年度に― 42 ―

TOPへ戻る
本学で実施したオンライン短期語学研修及び、

この結果を踏まえて、機械機能工学科の長オンライン J3%/ の効果測定を行った結果、オ澤純人教授が担当する「学部・学科横断型オンライン短期語学研修についてはグローバ

ンラインロボティクスワークショップ」内で、

ル・コンピテンシー（0*8'6）のスコアが、事

長澤教授の協力のもと、①ワークショップの前と事後で大きく伸びたのに対し、グローバ

観察、②課題抽出、③改善案の検証、④改善

ル 3%/ は統計的に有意な効果を認めらない結

案追加後のプログラム効果測定を行った。

果が得られた 科研 . 。&(5)&DQ'R

J3%/ には、工学知識、英語コミュニケーシ

/LVW や 6WXGHQW6DWLVIDFWLRQTXHVWLRQQDLUH

ョン、異文化への適応と幅広い学習目標が含においても、オンライン J3%/ よりもオンライまれるため、学生は複数の課題を抱えてプロ

ン短期語学研修の方が良い結果が出ており、グラムに参加することになる。特に、ロボテオンライン J3%/ の文脈における潜在的な課ィクスワークショップのような、学部・学部

題を示唆している（)LJXUH）。

横断型のプログラムを実施する場合、参加者
一人ひとりの学修目標を確実に達成するためにより綿密なシステム計画が必要ある。観察の結果、J3%/ における体系的問題は以下の 
種類に分類することが出来ることが分かった。
L参加者の教科知識の不足に起因するもの。
LL参 加 者 の 英 語 力 の 不 足 や 異 文 化 環 境 で の学習への適応の難しさなど、「文化的」な要因によるもの。
LLLオンライン J3%/ におけるグループプロ
ジェクトの性質に起因するもの。
４．今後の計画及び学会論文投稿・発表状況
【今後の研究計画】
本研究によって明らかとなった課題は、オンライン J3%/ に共通する潜在的な課題であることを示唆している。上記課題 L と LL については、既に改善案の具体化とプログラム効
果測定を行い、国際学会やジャーナルで発表を行っている。
 年 度 芝 浦 工 業 大 学 教 育 改 革 研 究 活 動
助成に、研究課題「J3%/ の体系化と持続的イ
ノベーションの創出」が採択されており、LLL「グループプロジェクトの性質に起因する課)LJXUH&RPPRQ‘Obstacles’ in ‘Online
5RERWLFV:RUNVKRSDQG‘InnovatLRQV’DSSOLHGWRWKHZRUNVKRS©&UHDWHGE\6XPLWR1DJDVDZD

題」の解決を中心に、効果的なオンライン
J3%/ を設計するためのヒントを抽出したい。
【学会論文等投稿・発表状況】
 -RXUQDOV
L-RXUQDORI-DSDQHVH6RFLHW\IRU

― 43 ―

TOPへ戻る(QJLQHHULQJ(GXFDWLRQ6SHFLDO,VVXH

Y7KH$PHULFDQ6RFLHW\IRU

 年  月 (QJLQHHULQJ(GXFDWLRQ $6(( $QQXDO

7LWOH,QWHUGLVFLSOLQDU\2QOLQH5RERWLFV&RQIHUHQFH ([SRVLWLRQ  年  月 :RUNVKRS3HGDJRJLFDO,VVXHVDQG

7LWOH$IIRUGDEOHURERWLFVWRRONLWVIRU

,QQRYDWLRQVHTXLWDEOHDQGLQWHUGLVFLSOLQDU\HGXFDWLRQ$XWKRUV+DWVXNR<RVKLNXER6XPLWRWUDQVIRUPDEOHWRVHDUFKLQJQRGHVIRU

1DJDVDZD1DELODK,EUDKLP+LUR\XNLGLVDVWHURQVLWHLQYHVWLJDWLRQV,VKL]DNL0DVDKLNR7DFKLEDQD$XWKRUV+LUR\XNL,VKL]DNL6XPLWR
1DJDVDZD+DWVXNR<RVKLNXER+LWRVKL

LL-RXUQDORI-DSDQHVH6RFLHW\IRU

1DNDPXUD(QJLQHHULQJ(GXFDWLRQ6SHFLDO,VVXH
 年  月 

 &RQIHUHQFH3URFHHGLQJV

7LWOH$VVHVVPHQWRI2QOLQH6WXG\$EURDG

YL7KH$VLD3DFLILF$VVRFLDWLRQIRU

3URJUDPVIURPWKH6WXGHQWV 3HUVSHFWLYHV

,QWHUQDWLRQDO(GXFDWLRQ $3$,( $XWKRUV+DWVXNR<RVKLNXER$LKDUD

&RQIHUHQFHDQG([KLELWLRQ  年 

6RLFKLUR0DVDKLUR,QRXH$WVXNR<DPD]DNL

月 

1HG/RDGHU+LUR\XNL,VKL]DNL0DVDKLNR

7LWOH&UHDWLQJ,QQRYDWLRQ'HVLJQLQJ7DFKLEDQD

)RUPDWVIRU6XVWDLQDEOH*OREDO
3URMHFW%DVHG/HDUQLQJ3URJUDPV &RQIHUHQFH3DSHUV$XWKRUV+DWVXNR<RVKLNXER

LLL7KH$PHULFDQ6RFLHW\IRU
(QJLQHHULQJ(GXFDWLRQ $6(( $QQXDOYLL$<$QQXDO-RLQW&RQIHUHQFHRIWKH

&RQIHUHQFH ([SRVLWLRQ  年  月 .DQVDLDQG&HQWUDO-DSDQ&KDSWHUV-DSDQ7LWOH&UHDWLQJ,QQRYDWLRQIRU

$VVRFLDWLRQIRU*OREDO&RPSHWHQFH

,QWHUGLVFLSOLQDU\5RERWLFV:RUNVKRSV(GXFDWLRQ  年  月 

6ROYLQJ6\VWHPDWLF,VVXHVLQWKH2QOLQH

7LWOH,VVXHVZLWK2QOLQH3URMHFW%DVHG

3URMHFW%DVHG/HDUQLQJVLQ(QJLQHHULQJ/HDUQLQJ3URJUDPV$6WXGHQW3HUVSHFWLYH

(GXFDWLRQ$XWKRUV+DWVXNR<RVKLNXER6RLFKLUR$XWKRUV+DWVXNR<RVKLNXER6XPLWR$LKDUD0DVDKLUR,QRXH7DFKLEDQD0DVDKLNR

1DJDVDZD+LUR\XNL,VKL]DNL$WVXNR<DPD]DNL1HG/RDGHU+LUR\XNL,VKL]DNL

LY7KH$PHULFDQ6RFLHW\IRU
(QJLQHHULQJ(GXFDWLRQ $6(( $QQXDOYLLL:RUOG(GXFDWLRQ5HVHDUFK$VVRFLDWLRQ&RQIHUHQFH ([SRVLWLRQ  年  月 :(5$ )RFDO0HHWLQJ  年  月 

7LWOH)RVWHULQJ*OREDO(QJLQHHUVWKURXJK

7LWOH9LUWXDO$VLD([SORUDWLRQ2QOLQH

WKH6WXG\RIWKH+XPDQLWLHV$VVHVVPHQWRILQWHUGLVFLSOLQDU\SURJUDPIRUHTXLWDEOH

WKH&RXUVH 6FLHQFHDQG5HOLJLRQLQ-DSDQ 

HGXFDWLRQDORSSRUWXQLWLHVWKURXJKRXW$VLD

IURPD5DFLDO(TXLW\3HUVSHFWLYH$XWKRUV+LUR\XNL,VKL]DNL+DWVXNR$XWKRUV+DWVXNR<RVKLNXER*DEULHOH<RVKLNXER7DNXPL0L\RVKL0DULD

7URYDWR+LUR\XNL,VKL]DNL$QLW\DVDUL3HQJ<RQJ+RR0RKDPPDG7DUHT― 44 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１

Improvement of Research-based Learning Style byIntegrating IoT and Emotion Sensing Technology
Innovative Global Program

１．Paper introduction

Tipporn LAOHAKANGVALVIT

will

The field of education is constantly

be

used

to

teaching/learning

improvestyle,

RBL
which

evolving to meet the changing needs ofcontributes to a better education in thestudents and the demands of the workforce.

Innovative Global Program (IGP).

Research-based learning (RBL) has emergedasapopularteaching

approachthat

２．Research programemphasizes the use of research as a means

We targeted students who have no orof learning. RBL encourages students tolittle experience in conducting research.

actively

content,

Thus, we recruited those who belong to IGP,

develop critical thinking skills, andwhich is an undergraduate RBL program of

apply

the Shibaura Institute of Technology.

engage

their

with

courseknowledgetoreal-world

problems.

In

addition,teachers

students

in

the

can

actively

researchanddiscuss

evaluation results from students. The

communicate,

class

collaborate,

anddomain-specific knowledge.

We

held

RBL

workshops

activities

and

to

perform

collect

RBL

workshop is divided into the following

Despite the potential benefits of RBL,
the learning environment has been forced tosteps:(1) Facultygives

lectures

on

basic

change due to the COVID-19 pandemic. Thereknowledge in IoT and emotion sensing

arebetweentechnology to get students ready with

face-to-face and online RBL styles thatthe same background knowledge (Figuremust be clarified to provide an effective

1).

learning experience to students. This

(2) Students

certainresearchdifferences

integrates

IoT

and

emotionindividualandgroup projects aiming at building bothsensing technology as the RBL workshop
content, which requires the students toimplement

technical and soft skills.
(3) Students present and discuss theiractively participate in activities rather

projects.

Then,

than passively attend the lectures alone.

overallexperience

Thus, it is necessary to evaluate andquestionnaire (Table 1).

theyevaluate

the

by

the

improve this teaching approach to ensure
its effectiveness. The evaluation results― 45 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１

Q3.9

Q3.10

Q3.11

presentations
easilyandsmoothly.
I
can
make
group
project
demonstrations
easilyandsmoothly.
I can make individual project
demonstrations
easilyandsmoothly.
As a result of taking thiscourse, I am confident that I can
adapt
the
knowledge
andexperience from this course to myfuture applications.

３．Status of progress
We recruited a total of 6 students (5males, 1 female), who are in the first year
Figure 1: Lecture outline
Table 1: List of questionnaire items
No.
Q1

Q2

Q3

Q3.1
Q3.2

Q3.3

Q3.4
Q3.5

Q3.6
Q3.7
Q3.8

Question
Rate overall satisfaction of thiscourse when you joined{online/face-to-face} (5-point
scale: 5=Excellent, 1=Very poor)
Which style do you prefer forthis course? (2 Choices between
online and face-to-face)
Pleasegive
ratings
onthefollowing points when you joinedtheclasses{online/face-to-face}.
Ifyouabsolutely have no experience orno idea, please select “I don't
know.”(5-pointscale:
5=Strongly
agree,
1=Strongly
disagree, 0=Do not know)Iunderstandthelecturesclearly.
I understand the demonstration or
explanation that involves IoTcomponents, brainwave and pulse
sensors, software usage, etc.
I can ask questions or discussthem easily with the lecturer
during class.
I can ask questions or discussthemeasilywithclassmatesduring class.
I can collaborate easily andsmoothly with classmates duringgroup projects.
I can work easily and smoothlywith individual projects.
I can make group presentations
easily and smoothly.
I
can
make
individualof IGP, to participate in the workshops.
During the workshops, the students
designed and developed their projects
based on the basic knowledge obtained fromthe lectures. There was no restriction forthe project theme, however, they wereencouraged to utilize the knowledge as muchas possible.
The
devices

students
forautomatic
sensor,ahavedeveloped

IoT

their

projects

suchdispenser

using

ultrasonic

low-cost

pupil

as

computerinterface, traffic light simulator, door
lock system, and dog snack shooter (Figure
2).

Figure 2: IoT device development projects― 46 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１
In addition, they employed emotion

items. The results indicate that thesensing technology to perform experiments

face-to-face

for their projects such as:

individual• Study of emotion synchronization method

further investigation is necessary.

style

may

have

large

differences,

and

thus,

for robot facial expression• The effect of different genres of musiconphysical

exerciseanddrivingsimulation

Based on these questionnaire results,
we found that the students tend to preferand had a better experience with online• pNN50 estimation from facial videos

learning.

Though

it

is

known

that

using a spatiotemporal representation

face-to-face communication gives betterwith convolutional neural networks

outcomes• The effect of sleeping position on pulse
data

the

learning

style

that

require a lot of interaction like RBL, therecent trend may have changed, and it isnecessary

After completing the projects, thestudents

forevaluatedparticipating
evaluation

in

the
the

resultsaretoconsider

what

kind

of

activities do not require the real presence

experienceonof people. The time that could be reduced

workshops.

The

may

described

asproductivity.

be

able

to

contribute

to

other

follows:• There is no large difference in theoverall satisfaction between online andface-to-face RBL styles for both IoT
device development and emotion sensing
technology

workshops.

face-to-facestyle

However,
shows

the

largerstandard deviations. (Figure 3)• For the preference in learning, thenumber of students who selected online
and face-to-face styles is equal (Figure

Figure 3: Overall satisfaction rating (Q1)4). Though the result is inconclusive,
we need to further consider the tendencyof students who prefer online learning
style due to the effect of long-term
learning from home due to the COVID-19
pandemic.
• For the result of experience ratings forboth workshops, the online style showshigher ratings while the face-to-facestyle shows lower ratings with larger

Figure 4: Preference in learning styles(Q2)standard deviations for all question― 47 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１
４ ． Future program, paper submission andresults briefing
In this research, we aim to improve
the RBL style by considering online andface-to-facecommunication

andcollaboration. We conducted workshops on
project-based IoT device development andemotionsensingtechnology

with

IGP

students and evaluated the experience
with the workshops.
We found that the students prefer
the online RBL style. However, there isa possibility that it could be the biasof the recent trend of studying from
home

due

to

the

COVID-19

situation.

Therefore, we plan to continue observing
Figure 5: Experience rating for IoT device
development workshop (Q3)and evaluating students’ preferences aswell as performance in the long term inorder to provide the best practice for
the RBL.
Throughparticipating

thisresearch,

students

have

thegainedtechnical skills, especially in IoT device
development. They further applied theknowledge to develop IoT-based robots andpublished these works as research papers inanon-sitepostersessionofaninternational conference, Asia PacificConference on Robot IoT System Development
and Platform (APRIS2022), as follows:• U. Pradhan, C. Feng, T. Laohakangvalvit,
P. Sripian, M. Sugaya., Development of
Real-time Controlling of Zumo Robot
Movement using Brainwave Sensor.
• A. Suksai, C. Feng, T. Laohakangvalvit,
Figure 6: Experience rating for emotion

P. Sripian, M. Sugaya., Line-tracing

sensing technology workshop (Q3)

Zumo Robot for Automatic Plant Watering.
• L. Chen, C. Feng, T. Laohakangvalvit, P.
Sripian, M. Sugaya., Path Finding andTraffic Simulation with Zumo Robot.

― 48 ―

TOPへ戻る

ＰＢＬにおける学生の協同学修プロセスの可視化・促進
のための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 

１．はじめに
本研究では， 年度より 3%/ 活動そのものの高度化を目指した (G7HFK 技術の開,, での適用を想定している．目的発を目標として開発を進めている．大学に3%/ 教育では，各人の専門知識をもとに，おける教育改革として，大学が「何を教え社会における問題の発見と課題解決のためたか」ではなく，「学生が何を学んだか」との科学的リテラシー，プロジェクト遂行・いった観点での学修成果が重要視されてき

リーダシップ等の総合的能力の育成が期待ている．学生主体の 3%/ においては，さらされている．しかしその評価においては，に，「学生がどう学んだか」といった点が重従来，事前・事後の振返りと成果物の評価，要である．グループによる学生の協同学修352* テストが主であり，実際のプロジェク

プロセスに関するデータ取得・可視化によト活動中のデータに基づく分析評価の反映

り，各学生のプロジェクトへの貢献度，チは少ない．本研究では，各人及びチームとーム全体としてのプロジェクトの進め方，

してのプロジェクトへの貢献度，プロジェ

成果物（プロダクト）の評価が開発すべき

クト促進度を把握するために，3%/ 遂行中(G7HFK システムへの大きな期待である．本の学生およびそのチームの行動を音声・映研究の概要は以下のとおり．

像等のデータを取得し，学びの促進，プロ対象となる授業

セスの可視化システムを開発し，従来のアセスメントとの関連性，さらには，活動中

大学院システム理工学専攻システム工学の学生へのリアルタイムフィードバックを特別演習 必修演習 & 選択 合同），クロ行う (G7HFK システムの開発をめざす．

スイノベーション・プロジェクト &,3；選択 クロスカルチャー・エンジニアリング

２．研究計画

プ ロ ジ ェ ク ト &(3選 択 大 宮 グ ロ ー バ ル実施計画

3%/ を 含 む ）， や 電 子 情 報 シ ス テ ム 学 科 の 対象授業等での学生のディスカッション,&76\VWHPV'HVLJQ 選択 ，テクニカルセの デ ー タ を も と に ， (G7HFK シ ス テ ム の 設

ミナー 選択 での 3%/ 科目，総合研究 ,・

計・開発・評価を行う．

― 49 ―

TOPへ戻る 3%/ における各学生の行動データの取り，成果物評価，352* スコアとの関係予測，

得（音声・映像，タッチ入力等．）

学修を支援する (G7HFK システムを提案す 行動データに対して，属性を付与した非る．それにより，3%/ 活動のリアルタイム

構造化データベースの構築

でのフィードバック，3%/ 活動と成果物と

 ・話者ダイアライゼーション（いつ，だの関係を定量的な関係づけを可能とする．

れが，どのように活動 発声 しているか）

 ・クラウド上でのデータベース化，行動

３．計画の進行状況

記述（アノーテーション）

  年度は，以下のシステム提案・研究 3%/ 時 の リ ア ル タ イ ム 活 動 予 測 モ デ ルを実施した．

と，(G7HFK システムによる学生へのフィー 発言内容と進行状況の可視化によるチドバックによる学びの促進．

ーム型学習支援>@ 

 3%/ 時の活動から，事前・事後，成果物，

 この研究では，議論内容の分析をリアルタ

352* スコアを予測する（可能性）

イムで行い，学生側と教師側の両面からサポートできるディスカッションの可視化シス

学科・学部・専攻等の )'・6' 活動とのテムを構築し，以下の支援を目指している．

関連，教育改革への貢献

〇学生側：

 (G7HFK 関連技術は，$,,R7データ

 ・各人の発言力の向上．

サイエンスに関連しており，システム理工

 ・ディスカッション情報の把握．

学専攻，電子情報システム学科の専門技術

 ・時間内での議論の収束．

でもある．一方 3%/ では，個々の専門技術〇教師側：

の知識をもった学生らが 3%/ を実施するこ

・学生の議論状況の把握．

とにより，問題を発見し，課題解決を図る

 ・学生個人，及びグループの評価．

科学リテラシーの向上が期待される．

 システム概要

)'・6' 活動として，3%/ の指導法やアセスメントについては，今後もその有効性の検証，新たな 3%/ 活動手法，3%/ における学生へのリアルタイムのフィードバックな
ど，高度化に貢献が期待されている．今後，リアセックの 352* スコアとの関連性を明らかにできないか，注目している．

図１システム概要図教育において期待される効果
「学生が何を学んだか」，「学生がどう学 図  に提案システムを示す．ディスカッシ

んだか」には，学んだ知識と，それを活用ョン音声  を *RRJOH音声認識 $3,するための科学的リテラシー＆コンピテン

によりリアルタイムで議論音声のテキスト

シー（課題を設定し，解決していく能力）

化 を 行 い   取 得 テ キ ス ト を .+

の２つがある．前者は，試験や成果物でそ&RGHU  と機械学習  により分析する．

の教育効果を評価できるが，後者は，評価その結果を即時にブラウザに表示し  ，ユが難しい．この研究では，3%/ 中の学生のーザが議論状況を確認できるようにしてい行動データから，3%/ の事前・事後の振返る．機械学習では，新たに，個人の発言分析― 50 ―

TOPへ戻る
と議論状況推定技術を検討した．

イズ分類器を実装し，分ごとに推定を行っ 個人の発言分析に基づくファシリテー

た．

ション力の評価 議論状況推定の評価実験を行った．学習デ 学生の発言意欲の向上や個人評価に役だー タ は  ～  分 の 議 論 デ ー タ  個 か ら 分 類

たせるために，本システムを用いて，発言器を学習した．実験用データは，同等の時間

内容の単語からファシリテーション力の推

長 で～人 の 個 の 異 な る議 論 デ ー タ を 用

定を試みた．事前にファシリテーション力

いた．表に示すように，音声認識による誤に該当する単語やフレーズを特性語として認 識を 含 む デ ー タ 分 単 位 と ，手 動 に よ る

グループ登録し，発言データの中から登録

文 字 起 こ し に よ る デ ー タ 分 と 分 単 位 に単語と一致する単語を抽出し，その発言回ついて，議論状態推定を実施した．実験デー

数を各個人のファシリテーション力と定義

タ によ る 変 動 は ある が ， 分 程 度の デ ー タ かした．

ら 全 体 的 に 議 論状 況 推 定 の 正 解 率 以 上 と 簡単な実験として，話者ダイアライゼー

なることが分かった．今後データや進行状況

ションの精度がまだ低いため，手動で話者のカテゴリーを 増 や し て 実 験 を 重 ね て い く ．のアノテーションを付与し，～人の 

分単位のデータを処理した．実験結果の例

表  議論状況推定の正解率

を図 に示す．実験データに対する事前の実験データ

主観評価を実施し，VSHDNHUが一番優れた

1
2
3
4
5
平均

との結果が出ており，提案システムで算出されたファシリテーション力の結果と一致していることがわかった．

音声認識
5min
80%
71.40%
83.30%
50.00%
85.70%
74%

手動で文字起こし3min/
71.40%
83.30%
80%
66.70%
75%

5min
100%
100%
75%
100%
100%
95%




 ディスカッションにおける音声応答の意
図抽出 ディスカッションにおいて「うん」「ああ」といった応答には発話者の肯定や疑問といった意図が含まれており，それらを認識できれば，ディスカッションのより詳細の把握

図ファシリテーション⼒についてが可能となる．意図情報は，発話者音声の異 議論状況の推定

なる韻律的特徴量で把握できると考える．こ 3%/の 議 論 の プ ロ セ ス は ア イ デ ア 出し か ら

こ では ，「 う ん 」 や 「 う ー ん」 な ど の 「 う んテーマ決定，要求条件やシステム設計など複系」の音声応答に注目した．収集データから数ある．そこで，議論の進行状況が現在どの音響分析による複数の韻律的特徴の組み合段階であるかといった議論状況推定ができ

わせによる機械学習技術を用いて，「肯定」

るとよい．そこで，3%/の一般的な議論の進「疑問」，「保留」の意図抽出を試みた．

め方に基づき，①役割分担，②現状確認，③

機 械 学 習 に は 基 本 的 な 分 類 問 題 を 解 く

アイデア出し，④まとめの種類に進行状況

6XSSRUW9HFWRU0DFKLQH 690 を用いた．特を分類することとした．推定にはナイーブベ

徴 量 と し て ， 音 の 高 さ 最 高 最 低 平 均 ― 51 ―

TOPへ戻る
ピ ッ チ 範 囲 >+]@ 音 の 強 さ 最 高  最 低 

 3%/のプロセスとして，①事前問題の提示

平均パワー範囲 >G%@発話速度>PRUDV@

② グ ル ー プ 内 討 論 ③ 自 己 学 習 ④ グ ル ー プ

発話時間>V@の  項目を用いた．２対毎の特内 共 有⑤ 発 表 振り 返 り ⑥ 評 価 の工 程 に 分

徴量の調査の結果，各意図の分類に有効であ類できるが，その④グループ内共有までを実る韻律的特徴を表  に示す．

験対象とした．実験後のアンケートでは，操表 有効であると考えられる韻律的特徴

作性において，「ボタンをワンタップするこ

意図

韻律的特徴

とで反応や状況報告が行えるため便利」とい肯定

最高周波数、パワー範囲、発話速度、発話時間

う意見が多く挙げられた.


保留周波数範囲、発話速度、発話時間

疑問

最高周波数、周波数範囲、発話速度４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表
状況
将来的に課程制移行となり，特に情報・メ 肯定―保留については，さらに複数の識別

ディア系では，プロトタイプ・デザインを対特 徴量 を 用 い た 分類 器 と して ， 最 高 周 波数 

象にしたサイバーフィジカル (G7HFK を利用

周 波 数 範 囲  パ ワ ー 範 囲  発 話 速 度  発 話

した 3%/ 教育が重要と考える． 年度は，

時間の  つの特徴量を結合した多次元特徴量

3%/ 授業において，95 等を利用したプロトタ

による識別を行い，識別率であった．

イプ・デザインを対象として，そのチーム活動プロセスを支援するサイバーフィジカル スマートホンアプリケーションによる(G7HFK システムの開発を目指す．

活動可視化支援>@

 3%/等 の ア ク テ ィ ブ ラ ー ニ ン グ の 支援 ツ ー

学会，論文等投稿・発表状況
>@<LQ0X.D]XQRUL0DQR'HYHORSPHQWRI'LVFXVVLRQDQG
3URJUHVV
6WDWH
9LVXDOL]DWLRQ6\VWHPWR6XSSRUW3URMHFWEDVHG /HDUQLQJ 7KH WK 6($78& 6\PS,6  >@5\XJD+LJDVKL\DPD.D]XQRUL0DQR$
6PDUWSKRQH $SSOLFDWLRQ WR 9LVXDOL]H$FWLYLW\ 6WDWXV WR 6XSSRUW $FWLYH/HDUQLQJ 7KH WK 6($78& 6\PS 
,6  >@間野一則，牟瀛 ムエイ 東山龍雅，”
発言内容と進行状況の可視化による 3%/ 学習
支 援 ” 日 本 工 学 教 育 協 会 ・ 年 次 大 会 講 演（ 年度発表予定）．

ルにスマートホンを用いて活動状況の可視化 を 試 み た ． 図 に お い て ，  'LVFXVVLRQ や
4XHVWLRQ の ボ タ ン を ボ タ ン 画 面 に 配 置 し て
アプリ利用者の状況や反応をワンタップ情報共有可能にした．チャット画面では，通常のチャット機能に加えて，「誰が何のボタンを押したのか」 と い っ た 情 報 も 表 示 さ れ る ．ScreenTransiti on
謝 辞 ： 本 研 究 に 関 連 し て 間 野 研 究 室 の 修
士研究・総合研究の一部として実験協力をいただいた，牟瀛 ムエイ ，東山龍雅，河野優太各氏に感謝する．
以上       %XWWRQ6FUHHQ      &KDW6FUHHQ
図活動状況可視化スマホアプリ
― 52 ―

TOPへ戻る

学修者の学びを担保する
学修成果の把握・可視化・検討体制の構築  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  角田 和巳
   教育イノベーション推進センター  相原 総一郎    システム理工学部生命科学科  奥田 宏志             建築学部  恒安 眞佐           大宮学事部  鈴木 洋             豊洲学事部  久保 ひとみ      豊洲学事部・大学企画課  小倉 佑介        大宮学事部・学生課  荻田 忠伸
就職・キャリア支援部キャリアサポート課  星野 励         豊洲学事部・学生課  茂木 亜貴子         学事本部・課程制設置準備室  宇佐美優里・古川祐輔
         教育イノベーション推進センター事務課  星 由華・山本 郷子・逸見信子

１．はじめに

度ごとに、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（１） 学修・教育到達目標（mDP）ごとのプログラムや理工学教育共同利用拠点プログ

学修成果の可視化

ラムは、教員個人の教育活動における能力開（２） 可視化された情報を分析

発や、研究・管理能力開発支援という意図を（３） 優先的な検討課題の決定

もったミクロレベルの FD プログラムが主で（４） 課題の共有と改善あった（図 1 参照）。一方、中教審・教学マ
ネジメント指針にある教学マネジメントを支を継続的に実施することが必要である。このえる基盤としての「三つの方針を通じた学修活動の目的は、（１）～（４）を継続的に実施・目標の具体化」「授業科目・教育課程の編成・修正できるようなラインの明確化と支援体制実施」「学修成果・教育成果の把握・可視化」を構築することにある。また、それらの実現が継続的に実施・修正されていくためには、のために、カリキュラムマネジメントに関わ

適切なカリキュラムマネジメント体制の構築

る教職員に必要な資質向上の機会を主導するが急務である。

教職員を充実させることにある。

第 4 期認証評価を見据えた、学修者の学びを保証するカリキュラムマネジメント実現の

２．準備段階及び研究計画

ためには、各学科等において、学生の入学年準備段階：本学ではこれまで、DP を詳細化

― 53 ―

TOPへ戻るした mDP を学科ごとに設定、WEB シラバス⚫

各学科の mDP と開講全科目の対応表をの充実、学生ごとの e ポートフォリオが稼働

もとに、すべての mDP について、対応している。カリキュラムの整合性整備に関し、する科目単位を 1 単位以上取得して卒業

昨年度までは以下の点を実施してきた。

する設定になっていることの確認⚫

各学科の mDP と開講全科目の対応表で、(ア)mDP と開講全科目の対応表を整備

すべての mDP について、目標到達の根(イ)

mDP 達 成 可 視 化 の た め の 主 要 科 目

拠づけ科目（主要科目）の確認
⚫

の設定
(ウ)

全 17 学科への整合性整備支援

各学科のカリキュラムツリー において、主要科目が適切に表示されているかの確認

ここに至る過程で、榊原、角田、奥田、久保、荻田、星野、鈴木、星、他５名が日本高等教を行った。ここまでは昨年度も実施したこと

育開発協会主催のカリキュラムコーディネー

だが、今年度はさらに以下を実施した。

ター養成講座を、榊原、鈴木、星、他６名が愛媛大学主催の SD コーディネーター研修を⚫

と mDP の整合性チェック

既に受講し、この課題を実施する際の素地が出来ている。理工学教育共同利用拠点として⚫

既に６年間の活動実績があり、学生スタッフの１つである SCOT プログラムも既に構築さ主要科目のシラバスに掲げる到達目標
学生ごとの mDP の達成度を e ポートフ
ォリオ上で可視化する作業⚫

mDP の見直し、カリキュラムの整合性れている。

確認、学修成果の可視化等を継続的に

2022 年度：各学科等において、目的に掲げた実施できるようなラインの明確化（１）～（４）の実施ができるようなラインの明確化と支援体制を構築する。また、カリ

これらにより、ここまで実施したことを継続

キュラムマネジメントに関わる能力開発を主的に実施する体制、および教育イノベーショ

導する教職員に必要な SD コーディネーター

ン推進センター・カリキュラムマネジメント

養成講座およびカリキュラムコーディネータ

部門としての支援体制が固まりつつある。

ー養成講座受講者を、本申請の分担者を中心

また、2024 年度以降のカリキュラム大幅改に増やす。これらを実施する過程では、国内

訂にむけて、各学部執行部からの要請に従い外の FDer 集団と情報交換を行い、最新の状支援を行った。具体的には、工学部の課程制

況変化に備えるとともに、適切な助言を得る。

カリキュラム設計に関し、各課程・コースの3 ポリシーと mDP の整合性の最終確認を、


３．計画の進行状況

課程制設置準備室と協働で実施した。また、2022 年度入学生のカリキュラムについて、

システム理工学部の課程制カリキュラム設計

年度当初に各学科の mDP と開講全科目の対に関連し、学生の学修を支援する体制につい応表を整備し、学修成果を可視化するためのて意見交換を行った。

主要科目の設定を行った。この過程で、必要

カリキュラムマネジメントに関わる教職員に応じて学科と懇談を行い、整合性整備の支の能力開発を進めることは、カリキュラムマ

援を行った。具体的には、2022 年度入学生のネジメントを持続的に進めるために必須であ

カリキュラムに関し、る。このため、愛媛大学と本学主催のカリキュラム・コーディネーター養成講座初級編を― 54 ―

TOPへ戻る
3 名の教職員が、日本高等教育開発協会主催のカリキュラム・コーディネーター養成講座

５．学会等発表状況

中級編と学習支援コーディネーターに関する⚫

榊原暢久：教学マネジメントによる内部質講座をそれぞれ 2 名、1 名の学内教職員が、保証、私学工科系大学教務事務研修会、2022（株）ビズアップ総研主催の教学マネジメン

年 8 月.

ト推進者養成講座と IR に関する講座をそれ⚫

榊原暢久：効果的な教育のための授業時

ぞれ 5 名、1 名の学内教職員が受講し、基盤間・学事暦の多様化を実現する方略と課題、のさらなる強化を行った。これらの受講費用

宮城大学 FDSD 研修会、2022 年 8 月.

を本助成により支出した。また、鈴木が SD⚫

榊原暢久：ミドルマネージャー教員としてコーディネーターとして愛媛大学から認定さの実践とミドルマネージャー教員の育成支れた。

援に つい て、 リー ダー シッ プ研 究会 、2023
年 2 月.

⚫

４．今後の計画と課題

榊原暢久・角田和巳・鈴木洋・相原総一郎：

ここまでの取組で、学修成果の可視化に必

芝浦工業大学におけるカリキュラムの整合

要な仕組みの整備を終えつつある。mDP と性整備の進展状況と課題、第 29 回大学教育

全授業科目が科目コードで関連付けられた

研究フォーラム、2023 年 3 月.

ことにより、mDP ごとにその達成度を学生



個人レベル・学科レベルで可視化することが６．参考情報できる。学生個人レベルでいえば、可視化情⚫

愛媛大学教育・学生支援機構教育企画室（教報をもとにディプロマサプリメントを提供

職員能力開発拠点）、芝浦工業大学教育イノすることが可能である。学科レベルでいえば、ベーション推進センター（理工学教育共同

可視化情報をもとにカリキュラム評価・改善

利用拠点）：カリキュラムコーディネーター

につなげることができる。

養成講座初級編、2022．

次年度以降、教育イノベーション推進セン⚫

日本高等教育開発協会：カリキュラムコー

ター・IR 部門および IR 担当者と連携をしな

ディネーター養成研修会中級編、2022．

がら、以下の点を進めていく。

https://www.jaedweb.org/cc3
日本高等教育開発協会：第 1 回学習支援コ⚫
⚫

mDP ご と の キ ー に な る 学 修 成 果 の 特
定と可視化ーディネーター養成研修会、2022.
⚫

中井俊樹：教学マネジメント推進者養成講⚫

可視化された情報の分析・議論

座、2022．

⚫

組織 とし て 、各 学科 ・ 課程 で分 析 ・ 議

https://www.bmc-net.jp/univ_fd_sd/

論した結果を共有する機会の設定⚫

森 雅生 他：大学 IR プロフェッショナル⚫

組織として、定常的な教育改革や教育養成講座、2022．

改善サイクルにつなげる

https://www.bmc-net.jp/univ_ir/― 55 ―

TOPへ戻る【図 】

― 56 ―

TOPへ戻る'HVLJQDQG,PSOHPHQWDWLRQRI'RXEOH'HJUHH-RLQW
'HJUHH(GXFDWLRQ0RGHOIRU'RFWRUDOVWXGHQWVDW6,7
先進国際課程 ミリアラ ムラリダ

 ,QWURGXFWLRQ
8QLYHUVLW\ EUDQGLQJ SOD\V D FUXFLDO UROH
LQ DWWUDFWLQJ VWXGHQWV DQG HQVXULQJ D
VXVWDLQDEOHIXWXUHIRUWKHLQVWLWXWLRQ,Q
UHFHQW \HDUV DFDGHPLF UDQNLQJV KDYHEHFRPH WKH IRFDO SRLQW RI WKH HGXFDWLRQVHFWRU ZLWK YDULRXV IDFWRUV VXFK DV
LQWHUQDWLRQDOHGXFDWLRQDOSURJUDPVUHVHDUFKZRUN
SXEOLFDWLRQVDQG
FROODERUDWLRQVVHUYLQJDVNH\GHWHUPLQDQWV
RI D XQLYHUVLW\ V JOREDO UHFRJQLWLRQ
-RLQW 'HJUHH -'  DQG 'XDO 'HJUHH '' 
SURJUDPVKDYH
JDLQHGVLJQLILFDQWLPSRUWDQFH ZRUOGZLGH DV WKH\ HQFRPSDVV
PDQ\ RI WKHVH IDFWRUV DQG DUH EHLQJLPSOHPHQWHG E\ XQLYHUVLWLHV DFURVV WKHJOREH 3UHYLRXVO\ FUHDWLQJ -' SURJUDPVSRVHG FKDOOHQJHV GXH WR GLIIHUHQFHV LQ
FXUULFXOXP DPRQJ XQLYHUVLWLHV +RZHYHUXQLYHUVLWLHV QRZ XWLOL]H VSHFLDOO\GHVLJQHGFRXUVHVZLWKSUHGHILQHGWLPHOLQHVDQG VWDQGDUGL]DWLRQ RI V\OODEL KDVVLPSOLILHG WKH LPSOHPHQWDWLRQ RI -'
SURJUDPV DPRQJ SDUWQHU XQLYHUVLWLHV6LPLODUO\''SURJUDPVRIIHUVWXGHQWVWKHRSSRUWXQLW\ WR REWDLQ WZR GHJUHHV ZLWKLQWKHVDPHWLPHIUDPHHQDEOLQJWKHPWRQRWRQO\DFTXLUHDGLYHUVHHGXFDWLRQEXWDOVRGHYHORS DQ XQGHUVWDQGLQJ RI FXOWXUDOGLIIHUHQFHV LQ ERWK FRXQWULHV 0RUHRYHUSDUWLFLSDWLQJ LQ '' SURJUDPV HQKDQFHVVWXGHQWV MRESURVSHFWV WZRIROG
&RQVHTXHQWO\LQUHFHQW\HDUV''SURJUDPVKDYHEHFRPHLQFUHDVLQJO\DSSHDOLQJWRERWKORFDODQGLQWHUQDWLRQDOVWXGHQWV6KLEDXUD,QVWLWXWHRI7HFKQRORJ\ 6,7 
LV DW WKH IRUHIURQW RI HPEUDFLQJ WKHPRGHUQ ZDYH RI JOREDOL]DWLRQ E\LPSOHPHQWLQJLQQRYDWLYH-'DQG''SURJUDPV
2YHU WKH SDVW IHZ \HDUV 6,7 KDVGLOLJHQWO\ JDWKHUHG LQVLJKWV RQ KRZOHDGLQJ XQLYHUVLWLHV ZRUOGZLGH DUHVXFFHVVIXOO\ LQWHJUDWLQJ WKHVH SURJUDPVIDFLQJ FKDOOHQJHV KHDGRQ DQG UHDSLQJUHPDUNDEOH RXWFRPHV :LWK D IRFXV RQ
H[FHOOHQFH 6,7 KDV FORVHO\ VWXGLHG
XQLYHUVLWLHV ZLWK H[FHSWLRQDO ZRUOGUDQNLQJVVWUDWHJLFORFDWLRQVDQGGLYHUVHILHOGVRILQWHUHVW7KHXOWLPDWHREMHFWLYH
RI WKLV UHVHDUFK LV WR IRUJH UREXVWSDUWQHUVKLSVZLWKXQLYHUVLWLHVDFURVVWKH
JOREH HVWDEOLVKLQJ WRSWLHU ''-'
SURJUDPVIRUGRFWRUDOVWXGHQWVDQGWDNLQJ
FRQFUHWHVWULGHVWRZDUGVWKLVYLVLRQ6,7
KDV VHW IRUWK NH\ REMHFWLYHV WKDWHQFRPSDVV D PXOWLIDFHWHG DSSURDFK WR
HOHYDWH LWV JOREDO VWDQGLQJ DQG UDQNLQJ
%\ H[SDQGLQJ UHVHDUFK DFWLYLWLHV
IRVWHULQJLQQRYDWLRQDQGHQWUHSUHQHXUVKLSQXUWXULQJ LQWHUQDWLRQDO FROODERUDWLRQV
DQGHQULFKLQJWKHTXDOLW\RIHGXFDWLRQDQG
WHDFKLQJ6,7DLPVWRDWWDLQXQSDUDOOHOHG
JURZWK &ROODERUDWLRQ ZLWK HVWHHPHG
LQWHUQDWLRQDO LQVWLWXWLRQV VHUYHV DV DQ
LQYDOXDEOHJDWHZD\WRIUHVKUHVHDUFKLGHDV
DQG DSSURDFKHV UHVRXUFH VKDULQJ DQGEROVWHULQJ WKH LPSDFW DQG TXDOLW\ RI
UHVHDUFKRXWSXW)XUWKHUPRUHDQLQFUHDVH
LQWKHHQUROOPHQWRI3K'VWXGHQWVIXHOVDFRQWLQXRXV IORZ RI WDOHQWHG UHVHDUFKHUVZKR FRQWULEXWH WR 6,7 V UHVHDUFK DJHQGDIRUWLI\WKHTXDOLW\RIUHVHDUFKHQGHDYRUV
DQG VROLGLI\ 6,7 V UHSXWDWLRQ DV D
UHVHDUFKLQWHQVLYHXQLYHUVLW\
6,7 SODFHV JUHDW HPSKDVLV RQ FXOWLYDWLQJDGLYHUVHDQGLQFOXVLYHFDPSXVHQYLURQPHQW

― 57 ―

TOPへ戻るZKLFK ZHOFRPHV VWXGHQWV IURP DURXQG WKHZRUOG DQG QXUWXUHV FURVVFXOWXUDOLQWHUDFWLRQV%\IRVWHULQJJOREDOOHDGHUV
DQG HQKDQFLQJ VWXGHQWV  LQWHUFXOWXUDOFRPSHWHQFH 6,7 HQYLVLRQV DQ HQYLURQPHQWZKHUHYDULRXVFXOWXUDOH[FKDQJHSURJUDPVHQULFKLQJ VWXG\ WRXUV DQG LPSDFWIXOFRPPXQLW\ HQJDJHPHQW SURMHFWV WKULYH
5HPDUNDEO\ WKHVH LQLWLDWLYHV FDQ EH
LPSOHPHQWHGZLWKPLQLPDOILQDQFLDOEXUGHQHQVXULQJDFRVWHIIHFWLYHDQGVXVWDLQDEOH
DSSURDFKWRORQJWHUPJURZWKDQGVXFFHVV%\ OHYHUDJLQJ LWV H[LVWLQJ UHVRXUFHV DQGIRUJLQJ VWUDWHJLF SDUWQHUVKLSV 6,7 LV
SRLVHGWRFUHDWHDQLQQRYDWLYHDQGG\QDPLF
OHDUQLQJ HQYLURQPHQW WKDW PDJQHWL]HV DQGUHWDLQVWKHEULJKWHVWWDOHQWVJOREDOO\$V
D UHVXOW 6,7 V UHSXWDWLRQ ZLOO VRDU WR
XQSUHFHGHQWHG KHLJKWV VROLGLI\LQJ LWVSRVLWLRQ DV D EHDFRQ RI DFDGHPLF
H[FHOOHQFH5HVHDUFK$FWLYLW\3ODQ,Q WKH SDVW 6,7 KDV VXFFHVVIXOO\LPSOHPHQWHG WKH ''-' SURJUDP ZKLFK KDVOHG WR IUXLWIXO FROODERUDWLRQV DQGSRVLWLYH RXWFRPHV )RU LQVWDQFH 6,7
FROODERUDWHG ZLWK WKH 8QLYHUVLW\ RI &DHQ
)UDQFH DQGIDFLOLWDWHGWKHHQUROOPHQWRI
D GRFWRUDO VWXGHQW IURP WKH 8QLYHUVLW\
3XWUD 0DOD\VLD IRU D \HDU RI MRLQWVXSHUYLVLRQ DW 6,7 )XUWKHUPRUH 6,7 KDVH[SDQGHG LWV FROODERUDWLYH HIIRUWV ZLWKVHYHUDO XQLYHUVLWLHV LQFOXGLQJ ,,70
,QGLD .0877 7KDLODQG 830 0DOD\VLD 
DQG WKH 8QLYHUVLW\ RI &DHQ )UDQFH 
5HFHQWO\ 6,7 KDV LQLWLDWHG GLVFXVVLRQVZLWK 'LUHFWRUV 9LFH &KDQFHOORUV DQG'HDQV IURP SURPLQHQW ,QGLDQ XQLYHUVLWLHVWKURXJKWKH-DSDQ,QGLD8QLYHUVLWLHVIRUXPRUJDQL]HG E\ -67 7KHVH GLVFXVVLRQV KDYH
RSHQHG XS H[FLWLQJ SRVVLELOLWLHV IRU WKHHVWDEOLVKPHQW RI ''-' SURJUDPV DQGUHVHDUFKH[FKDQJHLQLWLDWLYHVZLWK,QGLDQ,QVWLWXWH RI 7HFKQRORJ\ .DQSXU ,,7. ,QGLDQ ,QVWLWXWH RI 7HFKQRORJ\ +\GHUDEDG

,,7+ DQG*XUX*RELQG6LQJK,QGUDSUDVWKD
8QLYHUVLW\ **6,8 'XULQJWKHILVFDO\HDU6,7FDUULHG
RXW YDULRXV UHVHDUFK LQLWLDWLYHV WKDWUHVXOWHGLQVXFFHVVIXOFROODERUDWLRQVZLWKRWKHU XQLYHUVLWLHV $Q RXWVWDQGLQJDFFRPSOLVKPHQW ZDV WKH FRPSOHWLRQ RI 0V<LWHQJ ;LQJ V 3K' DV D GXDO GHJUHH
FDQGLGDWH HDUQLQJ KHU GHJUHHV IURP ERWK
6,7DQGWKH8QLYHUVLW\RI&DHQLQ)UDQFH
7KLVDFKLHYHPHQWIXUWKHUVWUHQJWKHQHGWKH
UHVHDUFKSDUWQHUVKLSEHWZHHQWKH
LQVWLWXWLRQV $GGLWLRQDOO\ 6,7 ZHOFRPHG
DGRFWRUDOFDQGLGDWHIURP830IRUD\HDU
ORQJ UHVHDUFK H[FKDQJH DQG MRLQWVXSHUYLVLRQ HQKDQFLQJ WKH FURVVLQVWLWXWLRQDOFROODERUDWLRQ1RWDEO\6,7
IDFLOLWDWHGVWXGHQWDQGIDFXOW\H[FKDQJHVZLWK ,,70 LQ ,QGLD DQG 830 LQ 0DOD\VLDGXULQJWKHD3%/SURJUDPKHOGLQ'HFHPEHU
 7KHVH H[FKDQJHV SURYLGHG DQ
RSSRUWXQLW\ IRU GLVFXVVLRQV RQ WKH ''-'
SURJUDP DQG IRVWHUHG UHVHDUFK H[FKDQJHDFWLYLWLHV
,,70 D SUHVWLJLRXV LQVWLWXWLRQ LQ ,QGLDUHQRZQHG IRU LWV JOREDO VWDQGLQJ LV
VHHNLQJ D SDUWQHUVKLS ZLWK 6,7 WR
HVWDEOLVKD-'SURJUDP7KLVFROODERUDWLRQZRXOGJUHDWO\HQKDQFH6,7 VUHSXWDWLRQDQG
UHFRJQLWLRQ &XUUHQWO\ 6,7 LV LQ WKHILQDO VWDJHV RI WKH SURFHVV ZKLFKLQYROYHVMRLQWVXSHUYLVLRQRIVWXGHQWV,Q
WKHQHDUIXWXUHWKH\ZLOOGHYHORSD''-'
0HPRUDQGXP RI 8QGHUVWDQGLQJ 0R8  ZLWK,,70 830 LV DOUHDG\ D VWURQJ
FROODERUDWLYH SDUWQHU ZLWK 6,7 DQG WKH\FXUUHQWO\ KDYH D 3K' VWXGHQW ZKR LV
MRLQWO\ VXSHUYLVHG E\ ERWK LQVWLWXWLRQV
,Q WKH XSFRPLQJ \HDU 6,7 ZLOO IRFXV RQ
HVWDEOLVKLQJDQ0R8IRUD3K'OHYHO-'''
SURJUDP
DQG LGHQWLI\LQJ VXLWDEOH
FDQGLGDWHV $GGLWLRQDOO\ 6,7 LV LQ
GLVFXVVLRQV ZLWK RWKHU HVWHHPHG ,QGLDQXQLYHUVLWLHVVXFKDV,,7+,,7.DQG**6,8
IRUSRWHQWLDOUHVHDUFKFROODERUDWLRQV6,7
DLPVWRFUHDWHD''-'SURJUDPDWWKH3K'

― 58 ―

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OHYHO ZLWK WKHVH XQLYHUVLWLHV IRVWHULQJVXVWDLQDEOHFROODERUDWLRQEHWZHHQWKHP3URJUDP'XULQJ P\ YLVLW WR WKH 8QLYHUVLW\ 3XWUD
0DOD\VLD 830 RQ0DUFK,KDGWKH
SULYLOHJH RI DWWHQGLQJ D SUHVLGHQWLDO
PHHWLQJ ZLWK HVWHHPHG UHSUHVHQWDWLYHV
9LFH3UHVLGHQW3URI'U,VPL$ULI,VPDLO
'LUHFWRU3URI'U$EGXO0XD WLC=DPUL%LQ
$KPDG'HSXW\'HDQ3URI6LWL+DVDQD6DSDU
3URI &KHQ 6RR .LHQ $VVLVWDQW 5HJLVWUDU
0V 1XU 1DGMOD $KPDG 5D]HL DQG +06 0V
1DGLD=DZDQL+XVVLQZHUHDOOSUHVHQW7KH
SULPDU\ WRSLF RI GLVFXVVLRQ ZDV WKHSRWHQWLDOHVWDEOLVKPHQWRIDGRXEOHGHJUHHSURJUDP IRU 3K' VWXGHQWV VSHFLILFDOO\EHWZHHQ 6,7 DQG 830 )ROORZLQJ IUXLWIXO
GHOLEHUDWLRQVDPHHWLQJZDVVFKHGXOHGIRU
WKHQH[WGD\ZLWK3UHVLGHQW3URI'U0RKG
5RVODQELQ6XODLPDQGXULQJZKLFKIXUWKHUSURJUHVV RQ WKH LPSOHPHQWDWLRQ RI WKHGRXEOH GHJUHH SURJUDPV EHWZHHQ ERWKXQLYHUVLWLHVZDVDVVXUHG
7KH SURSRVHG SURJUDP LV DQWLFLSDWHG WR
KDYH D VLJQLILFDQW LPSDFW E\ HQKDQFLQJERWKWKHTXDOLW\DQGTXDQWLW\RIUHVHDUFKHQGHDYRUV EHWZHHQ WKH WZR XQLYHUVLWLHV
1RWRQO\ZLOOLWEHQHILWWKHVWXGHQWVE\SURYLGLQJ WKHP ZLWK WKH RSSRUWXQLW\ WR
HDUQ GHJUHHV IURP ERWK LQVWLWXWLRQV EXWLW ZLOO DOVR IRVWHU D VWURQJHUUHODWLRQVKLS EHWZHHQ 6,7 DQG 830 7KLVFROODERUDWLYH SURJUDP ZLOO VHUYH DV D
SODWIRUP IRU WKH XQLYHUVLWLHV WR MRLQIRUFHV DQG DGGUHVV FRPSOH[ UHVHDUFKSUREOHPVWKDWQHFHVVLWDWH
LQWHUGLVFLSOLQDU\ DSSURDFKHV )ROORZLQJ
WKH PHHWLQJ WKHUH ZDV DQ DJUHHPHQW WR
SURFHHG ZLWK WKH GHYHORSPHQW RI D PRGHOIRUD''-'SURJUDPEHWZHHQ6,7DQG830
7KLV DFFRPSOLVKPHQW GHPRQVWUDWHV WKHFRPPLWPHQW RI ERWK XQLYHUVLWLHV WR
SURPRWLQJ DFDGHPLF H[FHOOHQFH DQGFXOWLYDWLQJ FROODERUDWLRQV WKDW H[WHQG
EH\RQGWKHLULQGLYLGXDOFDPSXVHV2Q -DQXDU\   , HPEDUNHG RQ D
FDSWLYDWLQJYLVLWWRWKHSUHVWLJLRXV*XUX*RELQG 6LQJK ,QGUDSUDVWKD 8QLYHUVLW\
7KHUH,KDGWKHSULYLOHJHRIHQJDJLQJLQD WUXO\ IUXLWIXO PHHWLQJ ZLWK HVWHHPHG
XQLYHUVLW\ KHDGV EULOOLDQW SURIHVVRUVGHGLFDWHG UHVHDUFK VWDII DQG DVSLULQJUHVHDUFKVFKRODUVDW**6,8$QH[FHSWLRQDOLQGLYLGXDO3URI'U1HHOHVKZDUIURPWKH
HVWHHPHG'HSDUWPHQWRI3K\VLFVVKDUHGDQXQZDYHULQJ SDVVLRQ IRU SLRQHHULQJ D
JURXQGEUHDNLQJ GRXEOH GHJUHH SURJUDP IRU
3K' VWXGHQWV 7KH HQVXLQJ GLVFXVVLRQV RQ
WKH GHYHORSPHQW RI WKLV H[WUDRUGLQDU\''-'SURJUDPKDYHEHJXQZLWKDSDOSDEOH
VHQVHRIRSWLPLVPIRUDWUXO\UHPDUNDEOH
RXWFRPH
7KHSURIHVVRUVDQG'HDQRI**6,8KDYH
GHPRQVWUDWHGWKHLUNHHQQHVVIRUUHVHDUFKFROODERUDWLRQVDQGIDFLOLWDWLQJVWXGHQWH[FKDQJHV ZLWK 6,7 WKHUHE\ DPSOLI\LQJ
WKHSRWHQWLDORIWKLVSDUWQHUVKLS7KLVUHFLSURFDO SURJUDP ZLOO XQTXHVWLRQDEO\RIIHUVWXGHQWVIURPERWKLQVWLWXWLRQVDQ
RXWVWDQGLQJ RSSRUWXQLW\ WR DFTXLUHJOREDOH[SRVXUHDQGOHDUQIURPHVWHHPHG
H[SHUWVLQWKHLUUHVSHFWLYHGRPDLQV2Q 2FWREHU   DQ H[WUDRUGLQDU\HYHQW XQIROGHG DW 'LOODUG 8QLYHUVLW\ LQ
WKH8QLWHG6WDWHVLJQLWLQJDQDWPRVSKHUH
RI DQWLFLSDWLRQ DQG LQWHOOHFWXDO IHUYRU(VWHHPHGILJXUHVLQFOXGLQJWKHYLVLRQDU\
3UHVLGHQW 3URI 5RFKHOOH / )RUG WKHDFFRPSOLVKHG 6HQLRU 9LFH 3UHVLGHQW 3URI
0DEOHQH .UXHJHU DQG WKH GLVWLQJXLVKHG
3URI 'U 'DUZLVK JUDFHG WKH RFFDVLRQZLWKWKHLUSUHVHQFH7KLVJUDQGJDWKHULQJZDVDPHOWLQJSRWRIJURXQGEUHDNLQJLGHDVDVUHQRZQHGPLQGVFRQYHUJHGWRXQORFNWKH
GRRUVRIUHVHDUFKFROODERUDWLRQDQGHQJDJH
LQ WKRXJKWSURYRNLQJ GLVFXVVLRQV WKDWSURPLVHGWRVKDSHWKHIXWXUH
'XULQJ WKH PHHWLQJ DQ H[WUDRUGLQDU\EUHDNWKURXJK ZDV PDGH LQ H[SDQGLQJ WKH― 59 ―

TOPへ戻るVWXGHQW DQG VWDII H[FKDQJH SURJUDPPDUNLQJDUHPDUNDEOHDFKLHYHPHQWIRUERWKSDUWLHV LQYROYHG $GGLWLRQDOO\ LQGHSWKGLVFXVVLRQV ZHUH KHOG UHJDUGLQJ WKHLPSOHPHQWDWLRQ RI WKH -''' SURJUDPVWXGHQWH[FKDQJHVDQG
UHVHDUFKFROODERUDWLRQVVHWWLQJWKHVWDJHIRULWV
DFWXDOL]DWLRQ,Q)HEUXDU\DPRPHQWRXVRFFDVLRQ
WRRNSODFHDV3UHVLGHQW3URI5RFKHOOH/
)RUG IURP 'LOODUG 8QLYHUVLW\ YLVLWHG 6,7WR DFWLYHO\ SDUWLFLSDWH LQ WKH J3%/
3URJUDP 7KLV YLVLW SURYLGHG D YDOXDEOHRSSRUWXQLW\ IRU IXUWKHU GLDORJXHVVSHFLILFDOO\ IRFXVHG RQ PHWLFXORXVO\SODQQLQJ DQG H[HFXWLQJ WKH -' DQG ''
SURJUDP ZLWK D SDUWLFXODU HPSKDVLV RQ
LGHQWLI\LQJ DQG RYHUFRPLQJ SRWHQWLDOREVWDFOHV 1RWDEO\ IUXLWIXO GLVFXVVLRQVZHUHKHOGZLWKWKH&KDLUPDQRIWKH%RDUG
RI
'LUHFWRUVH[SORULQJIXWXUHFROODERUDWLRQVSDUWLFXODUO\LQWKHUHDOPVRI UHVHDUFK H[FKDQJH DQG '' SURJUDPV7KHVH GLVFXVVLRQV VLJQLI\ D SLYRWDODGYDQFHPHQWLQ
VWUHQJWKHQLQJ
WKHSDUWQHUVKLS EHWZHHQ RXU LQVWLWXWLRQV DQGKROG LPPHQVH SRWHQWLDO IRU IRVWHULQJQXPHURXV FROODERUDWLYH RSSRUWXQLWLHV LQ
WKH WLPHV WR FRPH ,W LV LPSRUWDQW WR
KLJKOLJKW WKDW DOO WKHVH PHHWLQJV DQGGLVFXVVLRQV ZHUH FHQWHUHG DURXQG WKH ''
SURJUDP
DQG
VWXGHQWH[FKDQJHVXQGHUVFRULQJWKHLUVLJQLILFDQFH )XWXUH 3ODQ DFDGHPLF VRFLHWLHVVXEPLVVLRQVSUHVHQWDWLRQVWDWXVRISDSHUV
HWF
-RLQXVLQRXUSURJUDPDVZHHPEDUNRQDQ
H[FLWLQJ TXHVW WR GLVFRYHU XQLYHUVLWLHVWKDW SHUIHFWO\ FRPSOHPHQW 6,7 V UHVHDUFKDUHDV 2XU JRDO LV WR IRVWHU ORQJWHUPSDUWQHUVKLSV ZLWK WKHVH H[FHSWLRQDOLQVWLWXWLRQVRSHQLQJGRRUVWR
H[WUDRUGLQDU\ RSSRUWXQLWLHV VXFK DV

0HPRUDQGXP RI 8QGHUVWDQGLQJ 0R8  IRU-RLQW 'HJUHH -'  RU 'RXEOH 'HJUHH '' 
SURJUDPV:H UHWKULOOHGWRDQQRXQFHWKDW6,7KDV
VXFFHVVIXOO\ VHFXUHG 0R8V ZLWK 830
JUDQWLQJVWXGHQWVWKHFKDQFHWRSXUVXHDGRXEOH GHJUHH IURP WZR SUHVWLJLRXVXQLYHUVLWLHV
7KLV
RQHRIDNLQG
RSSRUWXQLW\ JXDUDQWHHV DQ H[FHSWLRQDOHGXFDWLRQDOMRXUQH\XQOLNHDQ\RWKHU
0RUHRYHU 6,7 LV DFWLYHO\ ZRUNLQJWRZDUGV WKH HVWDEOLVKPHQW RI D 3K'OHYHO
-'''SURJUDPZLWK830:HDQWLFLSDWHWKDWWZRVWXGHQWVIURP830ZLOOMRLQXVLQWKHXSFRPLQJ ILVFDO \HDU SHQGLQJ WKHVXFFHVVIXOFRPSOHWLRQRIWKH0R8IRUWKH
''-'SURJUDPV)XUWKHUPRUH ZH DUH DFWLYHO\ VHHNLQJIUXLWIXO UHVHDUFK FROODERUDWLRQV ZLWKHVWHHPHGXQLYHUVLWLHVOLNH,,7+,,7.DQG
**6,87RJHWKHUZHDLPWRLGHQWLI\VKDUHG
DUHDV RI LQWHUHVW DQG H[SORUH WKHSRVVLELOLWLHVRIMRLQWUHVHDUFKSURMHFWVIDFXOW\H[FKDQJHVDQGVWXGHQWH[FKDQJHV$VZHDSSURDFKWKHHQGRI$XJXVW
ZH HDJHUO\ DQWLFLSDWH GLVFXVVLRQVUHJDUGLQJ WKH SRWHQWLDO LQFOXVLRQ RI QHZ3K'VWXGHQWVLQWKH-'''SURJUDPDWWKH
8QLYHUVLW\RI&DHQ )UDQFH 7KHSURVSHFWRIWKLVSDUWQHUVKLSLVWUXO\SURPLVLQJ
,Q6HSWHPEHUDVSDUWRIWKHJ3%/
SURJUDP ZH ZLOO ZHOFRPH VWXGHQWV DQGGHOHJDWHV IURP ,,7+ 'XULQJ WKHLU YLVLWZH SODQ WR HQJDJH LQ PHDQLQJIXO
FRQYHUVDWLRQVUHJDUGLQJWKHVLJQLQJRIDQ
0R8EHWZHHQ,,7+DQG6,7ZLWKDVSHFLILF
IRFXV RQ UHVHDUFK FROODERUDWLRQV 7KLVZLOOSDYHWKHZD\IRUDQH[FLWLQJ'RXEOH
'HJUHH SURJUDP EHWZHHQ RXU HVWHHPHG
LQVWLWXWLRQV― 60 ―

TOPへ戻る

月島三丁目デジタルツイン・プロジェクト  建築学科  岡崎瑠美  
共同研究者
建築学科  志村秀明志手一哉山代悟秋元孝之

1．序論
本プロジェクトは月島三丁目北地区第一種
市街地再開発事業の対象となったエリアのデ
ジタルツイン化を進めることを目標に進められた。対象エリアは 2022 年 3 月より仮囲い始
まり、4 月より徐々に取壊しが開始された。
建物内部の取り壊し作業が行われている間に
建物外部及び街路の撮影を研究チームが行っ［図 1］ 赤い線で囲まれた部分が月島三丁目

た。
月島は本学の豊洲キャンパスから近く、その利点を生かし対象エリアが取り壊される前

北地区第一種市街地再開発事業の対象エリアの一部, 解体前の航空写真, google mapに都市のデジタルアーカイブを作成すると同

時に教員や学生のデジタル技術習得の機会と4．フォトグラメトリーによる 3D モデルの作

した。

成



撮影の概要

2．研究対象地

本プロジェクトは芝浦工業大学建築学部の対象地は 2026 年の竣工を目指し地下 2 階,
地上 58 階建てのタワーマンションの建設が

教員 5 名、学生 24 名、株式会社ワールドスキャンプロジェクト 6 名で行われた。

計画されている。本学建築学部・志村秀明研

撮影は 2022 年 3 月 14 日～7 月 12 日の期間、究室が長年運営してきた月島長屋学校も再開

18 回に分けて行われた。撮影対象範囲は A～J発の範囲に含まれ閉校が惜しまれた。

の 10 ブロック及び Y1～3, X1-1～X7-1 の 14

月島ではこれまでも大規模な再開発が行われてきており、今後も加速することが見込ま本の街路（路地含む）とした。建物の数は 150
軒である。

る。昔からある月島らしい街区や路地、コミ

データの収集はブロックごと及び街路ごと

ュニティが失われることが各方面から指摘さの 2 通りを検討した結果街路ごとの撮影を行れるが再開発の波は収まる様子がない。近年った。撮影対象エリアは狭い街路空間が魅力

都内では数多くの大規模再開発の計画が進めの一つであるため、3D データを閲覧する際にられており、そのほとんどは記録が行われな

その魅力が十分に伝わるものとするために街

いまま広範囲の街区が取り壊されている。

路ごとの撮影方法を採用した。［図 2］― 61 ―

TOPへ戻る［図 4］DSLR での撮影
［図 2］撮影対象範囲。プロジェクトメンバ

ドローンを使 用 した空 中 からの撮 影 は株 式 会

ーでブロックや街路の情報を共有するために社 ワールドスキャンプロジェクトに所 属 するプロの記号を振った。

カメラマンが行 った。ドローンの撮 影 は関 係 者 へ



の確 認 及 び警 察 署 への届 出 を行 い実 施 した。ド

4-2．使用機材

ローンの離発着は旧コインパーキングの敷地から

3D モデルを作成するために使用した機材はア

行い、一 部 目 視 外 飛 行の撮 影も行われた。1 回

クションカメラ、DSLR、ドローンの 3 種類である。

目の撮影は 1 時間、操縦者 1 名、見張り 2 名の地 上 からの撮 影 は芝 浦 工 業 大 学 の学 生 及 び

体制で行った。2 回目の撮影はより広範囲を対象

教 員 が行 った。地 上 からの高 所 の撮 影 は最 大とし、撮影時間 2 時間、操縦者 1 名、3 名が見張11.5m の高さまで伸びる棒にアクションカメラを取りを行 った。電 線 が多 かったことから高 度 を高 め

り付 け、電 線 やその他 障 害 物 に注 意 を払 いながにとり撮影を行った。合計撮影枚数は 1,117 枚とら行った。

地 上 から撮 影 した枚 数 と の比 較 では少 ないが、

撮 影 と 並 行 して電 線 の 撤 去 や 街 路 に 並 ぶ 植
木 鉢 の撤 去 が行 われたため、可 能 な限 りそれら街区全体を俯瞰するような 3D モデルが十分に作成することができた。

が撤去される前に撮 影を行った。B ブロックの一部は取り壊し前の撮影が間に合わず、ドローンで撮 影 した写 真 のみとなった。取 壊 しのスケジュー
ルが流動的であったため予測不能な事態が何回か発生した。

［図 5］ドローンでの撮影

4-3．撮影枚数［表 1］に 3D モデル作成のために本プロジェク
トで撮 影 した画 像 の枚 数 を示 す。モデルを作 成［図 3］アクションカメラでの撮影。安全のため 2する際にはより少ない枚数の画像を使用 したが、名又は 3 名 1 組で撮影を行った。

撮 影 は街 区 の解 体 と並 行 して行 われたためできるだけ多くのデータを収集するようにした。

― 62 ―

TOPへ戻る
［表 1］ 画像の撮影枚数
使用機材

撮影枚数

アクションカメラ

228,377

DSLR

148,335

ドローン

1,117


4-4． 3D モデル


3D モデルは Agisoft Metashape を利用して作［図 7］3D カメラでの撮影成した。データ量が多いため、今後は 3D モデルの活用 や公 開 方 法について検 討 し、それに合わせた最適なモデルを作成する予定である。



［図 6］地上から撮影した写真で作成した 3D［図 8］3D カメラで撮影した街路

モデルの例





6. 点群データ

5. ウォークスルー画像の作成

レーザースキャナーの撮影は実施しなかったが、一ウォークスルー画像の作成には matterport 社の部の街路で iPhone の LiDAR を使用して点群データ

Pro2 3D カメラを使用した。ウォークスルー画像作を収集した。

成のために 3D カメラで撮影できる回数は 200 回以下であるためその上限を超えないよう予め撮影する場所を地図にプロットして決定した。撮影は 2日間に分けて 4 名で行い、23 人工をかけてデータが完成した。Pro2 3D カメラは赤外線を利用して撮影するため屋外の 3D データの作成には適していないが、街路のウォークスルー画像は完成できた。しかし matterport 社がオンラインで提供する

アドイン機 能 を利 用 した自 動 平 面 図 の作 成 はエラーが出たため作成ができなかった。

［図 9］iPhone の LiDAR で撮影した月島三丁目［図 2］に示す Y1～3, X1, X6 の車道は googleの路地の点群データ

map で street view が公開されているが、その他の

路地は street view が提供されていない。

7. 月島長屋学校
本 プロジェクトで内 観 の写 真 が撮 影 できたのは月
島 長 屋 学 校のみである。志 村 研 究 室の学 生が中 心となり撮影を行い、その後 3D データが作成された。

― 63 ―

TOPへ戻る
白い壁面が多く、写真の合成が上手くいかない箇所 及び大 学 院の授 業で紹 介 された。授 業 後のアンもあったが、内 部 の雰 囲 気 を体 感 できるデータが作 ケートより月島の再開発プロジェクト成された。3D データは sketchfab にアップロードされ、デジタルアーカイブに関する本プロジェク

sketchup のリンクが月 島 長 屋 学 校 のウェブサイトで トで得られたノウハウは参加した研究室の他
公 開 された。撮 影 から公 開までのプロセス及 び公 開 プロジェクトにも適用された。
海外の建築系の大学では 3D デジタルアー

後に関するユーザーアンケートの結果は修士論文 としてまとめられた。

カイブの手法を授業で教えるところも多いが、日本ではまだ限定的である。日本の建築系の大学は一級建築士の資格取得を目指すカリキ
ュラムを組む必要があり、3D 関連の授業を組み込むことが難しい事情がある。今後技術の進歩と共に 3D データを扱うニーズも増加することが見込まれるため、建築教育としてどのように組み込むかが今後の課題として挙げられる。
［図 10］sketchfab にアップロードされた月島 参考文献, URL
長屋学校の 3D モデル（月島長屋学校ウェブサイ ・ 志 村 秀 明 , 月 島 再 発 見 学 , ア ニ カ , 2013
トで公開）

年
・ 月島長屋学校ウェブサイト

8．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況

https://www.tsukishima.arc.shibaura-it.ac.jp/?page_id=1852

現時点における研究の発表状況は以下のとお
りである。



・ 岩 間 康 樹, フォトグラメトリによる３ D モデリン

謝辞グの制 作とデジタルアーカイブに関 する研 究

本研究を進めるにあたり株式会社ワールド―月島長屋学校を対象として―, 2022 年度

スキャンプロジェクトの皆様には多大なご協

芝浦工業大学大学院理工学研究科修士論

力をいただきました。ここに感謝の意を表し

文

ます。

・ 野呂祐輔, 志村秀明, 岡崎瑠美, フォトグ
ラメトリによ る３D モ デリングの制 作とデジタルアーカイブに関する研究, 月島
長屋学校を対象として , 2023 年度日本建築学会大会（近畿）学術講演会, 2023 年 9月
 メディア報道では以下の番組で研究の取り組みが紹介された。
・ 東 京 湾 岸 ア ー ト ラ ン , NHK ふ ら っ と あの街 旅ラン 10 キロ, 初回放送日 2022 年
5 月 6 日（番組中のプロジェクト紹介）
本 プロジェクトの概 要 は本 学 建 築 学 部 の学 部
― 64 ―

TOPへ戻る










特

別

研

究

        





    （１）プロジェクト研究助成 ― 65 ―

TOPへ戻る巨大圧電性能を有する強誘電体薄膜のスパッタ成膜法の開発
機械機能工学科

１．序論（はじめに，まえがき，目的）

吉田 慎哉

圧が必要なデバイスにとっては，その性能で現在，圧電微小電気機械システム(MEMS)ア

は不足である．図 2 は，圧電 MEMS ミラーデバ

クチュエータは，我々の生活の中で様々なとイスであるが，圧電膜の性能不足ゆえに，蛇ころで使われている．例えば，マイクロスピ行させたアクチュエータ部を形成せざるを得ーカ，インクジェットプリンタヘッド，可変

なくなっている．これは様々な弊害を生む．

焦点レンズ，走査型ミラーなどが挙げられる．

そこで，PZT を超える圧電性能を持つ鉛含

圧電 MEMS アクチュエータの一般的な構造

有リラクサ系強誘電体単結晶体が近年注目さは，Si 弾性板上に圧電材料薄膜が形成された

れている．例えば，マグネシウム酸ニオブ酸

積層構造である．この圧電薄膜に駆動電圧をチタン酸鉛(PMN-PT)のバルク単結晶体の圧電印加することで歪みを発生させ，変位を発生

定数 d33 [pC/N]は，PZT を大きく上回る．さらさせる．現在，アクチュエータ用として主にに，Sm を添加した Sm-PMN-PT 単結晶体は，世使われている圧電材料は，チタン酸ジルコル

界 最 高 の 圧 電 定 数 に 達 す る [1] ． こ の酸鉛(PZT)である．しかし PZT 薄膜の圧電定数

Sm-PMN-PT 単結晶体を，スパッタ法などによ|e31,f |は，約 18[C/m 2 ]で頭打ちとなっている.

って Si 基板上にエピタキシャル成長させてより大きな変位が必要，あるいは低い駆動電単結晶薄膜化できれば，圧電 MEMS アクチュエ

図 1． PZT の 圧 電 定 数 |e 31,f |の 推 移 。 17～
20C/m 2 で 10 年以上飽和している。[J. Am.
Ceram. Soc.,91[5] 1385–1396 (2008)]

変位を増加させるために長く蛇行させた PZT アクチュエータ部。デバイス仕様に対し PZT の圧電性能が不十分であることが原因。これによりチップサイズが大きくなり，コストも増大。衝撃にも弱くなる。
図 2．PZT マイクロミラーデバイスの一例― 66 ―

TOPへ戻るRadiant heating

図 3．本研究で準備したスパッタ成膜装置．2cm

図 4．スパッタ成膜装置の概略図

角の基板を搭載可能．
ータの性能限界を打破できる可能性がある．

温度依存性を測定して多角的に評価する．そ

先行研究では，Sm-PMN-PT 単結晶薄膜のスして，世界最高の圧電特性を有し，かつキュ

パ ッ タ 成 膜 が 試 み ら れ た [2] ． し か し ， そ のリー点の高い，鉛含有リラクサ系単結晶薄膜|e 31,f |は約 12[C/m²]であり，期待されたほどを見出す．

圧電性能は高くなかった．組成比や結晶配向性が最適ではなく，材料本来の圧電性能が発３．計画の進行状況

揮されなかった可能性がある．また，PMN-PT①スパッタ装置の立ち上げと PZT のテスト成系薄膜の形成における問題の一つは，PZT と膜比較して，純ペロブスカイト相の膜を得るこ

まず，材料探索用のマグネトロンスパッタとが難しいことである．圧電性に寄与しない装置を立ち上げた（図 3）．この装置は，直径パイロクロア相の発生をいかに抑えるかが，４インチのスパッタターゲットを設置でき，実用化を目指すための課題の一つである．

最大 500W まで高周波電力を印可できる．また，

本研究では PZT を超える高性能な圧電薄膜

基板温度は推定 700℃まで加熱できる仕様とを創出に向けて，まずスパッタ成膜装置を構なっている．図 4 のように，成膜室内にサン築する．次に，成膜実験を通じて，鉛含有リ

プルとターゲットを設置し，成膜室内を真空ラクサ系強誘電体単結晶薄膜の探索を行う．

状態にさせ，Ar と O₂を成膜室内に流入しサン
プルを Pt ヒーターで任意の設定温度で熱す
る．次に，成膜室内にプラズマを発生させて．

２．研究計画
これまでの実績を活かし，探索材料をAr と O₂の原子をターゲットに衝突させる．結

Sm-PMN-PT に定める．まずは，スパッタ装置

果，ターゲットから原子がはじき出され，上の立ち上げを行う。次に，エピタキシャルバに設置したサンプルにターゲットが成膜されッファ層を成膜した Si 基板上に Sm-PMN-PT

る．加熱温度と成膜速度を調整することで，をスパッタ成膜する。試行錯誤することで，基板上にターゲット材料をエピタキシャル成

最も圧電性能を発揮する結晶相や配向性を持長させる．
装置を立ち上げ後，予備実験として，比較つ薄膜を得られる条件を見出す．
薄膜の配向性や結晶性，組成などは，Ｘ線

的エピタキシャル成長をさせやすい PZT のテ

回折(XRD)や透過型電子顕微鏡，蛍光 X 線元素

スト成膜を行った．ターゲットには，粉末タ分析法などの材料科学的手法を利用して詳しーゲットを使用し，正方晶組成となるようにく調査する．膜本来の圧電特性や誘電率，そ調整した．次に，バッファ層が積層された Si

してキュリー点などの特性を評価する．キュ

基板上に PZT をスパッタ成膜した．バッファ

リー点は，誘電率や残留分極値，結晶構造の層 の 構 成 は ， (100)SrRuO3 (SRO)/(100)Pt/― 67 ―

TOPへ戻る図 5. スパッタ成膜による正方晶組成 PZT のエピタキシャル成長(100)ZrO 2 である．成膜温度を 350℃，375℃，
400℃，450℃に設定し実験を行った．成膜圧力，高周波電力，成膜時間はそれぞれ，0.4Pa，

Sm-PMN-PT 薄

100W，2 時間とした．成膜雰囲気は，Ar と O2

膜の流量比を 5sccm:0.1sccm として調整した．
図 5 は，成膜した PZT 薄膜の X 線回折(XRD)
パターンである．成膜温度を 350℃，375℃，
400℃とした時，PZT(100)/(001)配向のピーク

図 6.

スパッタ成膜による Sm-PMN-PT 薄膜の写真が計測された．また，パイロクロア相は観察されなかった．しかし，450℃としたとき，PZT

して 25%過剰に PbO を添加した．これは，高のピーク強度は激減した．高温になりすぎた

温成膜中の薄膜内の Pb の蒸発を補償するた

ために熱分解が発生したと思われる．よって，めである．この実験では，成膜温度，高周波

設定温度 350～400℃にて，PZT をエピタキシ

電 力 ， 成 膜 時 間 を そ れ ぞ れ 375℃ ， 100W， 2

ャル成長させられることが確認された．これ時間とした．Ar と O2 の流量比は 5:0.1 としにより，準備したスパッタ装置は，鉛複合酸

た．成膜圧力を 0.4Pa もしくは 2Pa として成化物のエピタキシャル成長に使用できること膜を行い，成膜圧力の Sm-PMN-PT 薄膜への影を確認した．

響をまずは調査した．なお，圧力をこれ以上低くすると，プラズマが安定しなかった．

②Sm-PMN-PT のスパッタ堆積実験

図 6 は得られた Sm-PMN-PT 薄膜試料の一例(1)成膜圧力の Sm-PMN-PT 薄膜への影響の調である．薄膜は鏡面であった．図 7 に XRD に

査よる分析結果を示す．両圧力条件において，次に，PZT のテスト成膜の際に使用したバ

パイロクロア相が発生した．また，2Pa と比ッファ層堆積基板上への Sm-PMN-PT 薄膜のエ

較して，0.4Pa の方が Sm-PMN-PT ペロブスカ

ピタキシャル成長実験を試みた．粉末ターゲ

イト相(001)/(100)のピークは高かった．

ットの準備は以下の通りである．まず0.67PMN-0.33PT 混合物を用意し，それに対し(2)成膜温度の影響の調査て 2.5%の Sm を添加した．さらに，全体に対― 68 ―

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図 7.

成膜圧力を変えて成膜した Sm-PMN-PT 薄膜の XRD パターン

図8

成膜温度を変えて成膜した Sm-PMN-PT 薄膜の XRD パターン

前述の実験では，0.4Pa，2Pa ともに，パイ
ロクロア相が発生した．通常，この主な原因

４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況

は，薄膜内の鉛含有量の不足である．そこで，2022 年 度 に お い て ， 成 膜 装 置 を 準 備 し ，

成膜温度を下げることでパイロクロア相の抑

Sm-PMN-PT の成膜を行う環境を整えることが制を試みた．成膜圧力は 0.4Pa として，設定できた．今後，純ペロブスカイト相を得るた

成膜温度は 200℃，250℃，375℃とした．他めの条件を探索する．そして，得られた膜のの成膜条件は前述と同様として実験を行った．

圧電特性や誘電率，そしてキュリー点などの図 8 に XRD 分析結果を示す．結果として，特性を評価し，学会などに発表していく予定

200℃，250℃，375℃のいずれの条件においてである．

もパイロクロア相が発生した．200℃という低温の方がパイロクロア相のピークが低くなっ

参考文献

たが，圧電性に寄与するペロブスカイト相[1] F. Li et al., Science (80-. )., vol. 364,(001)/(100)のピークも低下してしまった．こno. 6437, pp. 264–268, Apr. 2019

れは，成膜温度が低くなりすぎたため，結晶[2] 福士性が低下してしまったことが原因の一つと考

巨大な圧電性を有するリラクサ系圧電単結晶

えられる．

薄膜のスパッタ成膜法の研究（令和 4 年 3 月）

― 69 ―

海伊，東北大学工学部

卒業論文，

TOPへ戻る英語学習を促す心理的要因の
因果モデル構築  機械機能工学科  新谷 真由  
共同研究者
文京学院大学経営学部  藤田 邦彦
慶應義塾大学文学部  縣 由衣子

  
１．序論

を対象にリメディアル教育が実施されていはじめにる現状がある．このため，大学入学時に英 年 に 文 部 科 学 省 に よ り 告 示 さ れ た

語習熟度が &()5% レベルに達していない，「『英語が使える日本人』の育成のための行

習熟度の比較的低い大学生の英語技能を向動計画」では，日本人の英語技能として「大上させることは喫緊の課題と言える．

学を卒業したら仕事で英語が使える」こと

他方，英語教育学分野の主要な研究テーが目標として掲げられた．言い換えると，マに，学習者の英語学習行動を先導するの大学に入学した全ての学生は卒業時にはビは 動 機 付 け で あ る と い う 「 動 機 付 け 理 論

ジネスレベル，すなわち &()5 ヨーロッパ

PRWLYDWLRQWKHRU\ 」がある．近年この理言語共通参照枠 でいうところの % 程度

論的枠組みでは，動機付けを喚起するのは72(,& 点以上 の英語技能を備えてい

国際的志向性や自己効力感などといった他ることが英語習熟度の目標値として設定さの心理的諸要因であり，これらの間には相れている．その一方，同じく文部科学省か関性があるとの指摘がされてきた．一方で，ら  年に告示された「英語教育・日本人

英語習熟度の違いがこの関係にもたらす影の対外発信力の改善に向けて（アクション

響については殆ど研究がされてこなかった．

プラン）」では，「初等中等教育を通じて培

申請者と共同研究者の研究グループは，い，受験準備でも伸長を求めた英語力が ， 年の調査において，英語習熟度の高い大学入学後の教育で必ずしも十分に伸ばせ

大学生と低い大学生の心理的諸要因の関連ていない実態」がある現状を指摘しながら性には歴然とした相違があることを明らか

も，大学には「総合的な英語力の育成」をにした．このことは，大学の英語教育現場期待している．このひずみは，児童英語教において，適切な心理的アプローチに基づ

育と大学英語教育を比べることでより顕著

く教育的介入が必要であることを意味する．

になる．小学校教育においては  年度にすなわち，習熟度の低い大学生の英語技能改訂された新学習指導要領の導入に伴い，向上には，単に教材の難易度を調整するだ

より早期の英語教育が開始されるようにな

けでは不十分であり，習熟度に対応する心った一方で，大学英語教育においては，大理的機序を考慮した教育的介入が必要にな

学レベルの英語能力に達していない大学生

る．特に，どのように心理的諸要因に働き― 70 ―

TOPへ戻る

かければ最終的に動機付けを活性化できるした課題設定や授業内活動の指針を打ち立かが，問題となる．今回申請した研究課題

てることができる．英語教員が授業内容をによって，習熟度の高い大学生と低い大学設定するための新たな基準を提供できるこ

生の心理的諸要因の関連性を比較し，そのとは，この研究の大きな利点である． 

相違がより明らかになれば，この問題に答えることができる ．より一般的な学生の英
２．研究計画

語学習に向かう心理状態を明らかにしよう 年 度 の 研 究 計 画 は 以 下 の 表 の と お りとするこの研究は，日本の大学生全体の英である． 年度は各大会の開催および論文

語技能の底上げへの寄与が期待できる．

誌 の 〆 切 に 合 わ せ て 研 究 課 題 を ３ つ 設 定 し

課題①～③ ，応募と成果報告を行った．課

目的

題の詳細はセクション３で述べる．

本研究の目的は，日本の大学生における，
非英語専攻学生の英語習熟度別の心理的諸要因の因果モデルを構築することである．
申請者及び共同研究者の研究グループがこれまで行なった研究では，調査協力者の多くは社会科学系と工学系の大学生であり，また，習熟度も &()5 で $～$ に収まる範囲 72(,& 点～ 点未満 が大半であった．このため，日本の一般的な大学生


の英語習熟度と心理的諸要因の因果関係の全体的な解明には，他分野の専攻学生や，
習 熟 度 上 位 層 で あ る &()5%～ % 72(,&
３．計画の進行状況

 点以上 を広く調査する必要がある．

 年 度 に 行 っ た 研 究 課 題 と そ の 成 果 は今回申請した課題では，調査協力者の幅を以下の通りである．課題番号①～③は，セク広げ，英語習熟度と心理的諸要因の関連性

ション２の表に対応している．

を示す，より汎用的な因果モデルを構築し ，

課題①： 年  月中に，関東の  大学

日本の一般的な大学生の持つ英語学習にに 属 す る 社 会 系 ， 人 文 系 ， 理 系 学 部 の 〜 

向かう心理状態の解明を目指 した．年生，計  人に調査協力を依頼した．調査

本研究の独創的な点は，大学における習協力者を 72(,& の得点の高低別に  群に分け

熟度別の一般英語教育の場に，心理的アプ

72(,& 点～ 点未満の習熟度下位群，ローチに基づく教育的介入を可能にするこ72(,& 点以上の習熟度上位群 ， つのとである．近年，大学の教養英語教育にお

心理測定尺度，すなわち，国際的志向性尺いて，習熟度別クラス編成を採用する機関

度，自己効力感尺度，英語不安尺度，英語が多いが，上位クラスと下位クラスの教育

学習への動機付け尺度を用いた質問紙を用的介入方法としては，扱うテキストの難易い，英語学習に関する心理状態を測定した．

度に傾斜をつける以外の選択がないに等し

本課題では，英語の習熟度が高いほど心理的い．このため，習熟度別の，英語学習に向要因の相互を繋ぐ因果性が強くなると仮説をかう心理的諸要因の因果モデルが解明され立て， 群のデータを W 検定で比較し，また，ると，各習熟度別学習者の心理状態を加味パス解析で各群の心理状態の因果関係を探っ― 71 ―

TOPへ戻る
た．

W 検定とパス解析の結果から導き出せる点は  つである．  英語習熟度上位群は下位群に比べ，心理的諸要因の因果関係が整っており，英語学習へ向かう動機付けへのプロセスが明確である．  上位群は英語学習の不安の低さが他の心理的要因に良い影響を与えており，英語に対する自信の高さ，国際性への関心の高さ，学習の動機付けの高さに繋がっている．これら  点については仮説に合致している．他方，仮説に反し，  国際性から動機付けへの影響は，下位群でより強かった．動機付けに与える影響は，国際性よりも不安のほうがより大きいと言えるものの，原因の解明については今後の課題とした．動機
付けを高めるには，不安と他の心理的要因の因果性を高める教育的介入の模索が必要であることが示唆された．
なお，本課題の成果は日本教育工学会 年秋季全国大会（第  回大会）で発表した．

課題②： 年  月中に，関東の  大学に 属 す る 社 会 系 ， 人 文 系 ， 理 系 学 部 の 〜 
年生，計  人に調査協力を依頼した．調査
協力者を 72(,& の得点の高低別に  群に分け
72(,& 点～ 点未満の習熟度下位群，72(,& 点以上の習熟度上位群 ， 課題①
で用いた４つの心理測定尺度に加え，学習者の動機付けに影響すると考えられる，自身の英語能力観を問う暗黙理論尺度を用い，英語学習へ向かう心理状態を測定した．本課題では，  群のデータを W 検定で比較し，また，
パス解析で各群の心理状態の因果関係を探った．
W 検 定 と パ ス 解 析 の 考 察 か ら 導 き 出 せ る
点は  つである．  課題①の研究成果と同様に，習熟度上位群の方が下位群に比べ，心理的な学習機序が整っていることが分かった．
 上位群のパス図では暗黙理論がどの心理的要因にも有意な影響がない一方，下位群のパス図では英語不安と自己効力感に弱い影響があった．  上位群がより増加理論 自身の能力は努力によって変わると捉える傾向 を持つ一方，下位群はより実体理論 自身の能力は努力によって変わることはないと捉える傾向 を持つことが分かった．今回の調査から次のことが言える．すなわち，高習熟度の学生は，自身の能力観と英語学習に関する心理状態に関連性がない．低習熟度の学生は，英語の習熟度の低さは自身の能力が固定的であるからと考える傾向があり，固定的な能力観は高い不安を呼び起こし，また自信も低下
させることが分かった．英語は学習時間と習熟度が比例する学問であり，また，高習熟度の学生は増加理論的な傾向が強い．したがって，教育的介入としては「努力することに意味がない」のような考え方を払拭し，増加理論的な能力観を持つように導くのが良いであろう．このことは，不安を解消し，また自信も高め，最終的に動機付けの向上をもたらすかもしれない．
な お ， 本 課 題 の 成 果 は ,QWHUQDWLRQDO
&RQYHQWLRQRI3V\FKRORJLFDO6FLHQFH
LQ%HOJLXP ,&36 で発表した．

課題③： 年  月末日に，関東の私立大学に属する社会系学部の１年生，計  人に調査協力を依頼した．調査協力者全員に72(,&%ULGJH を受験してもらった結果，全ての協力者が 72(,& に換算すると  点～

点未満の習熟度下位層に属することが分かった．調査協力者には課題①で用いた４つの心理測定尺度，ならびに課題②で用いた
暗黙理論尺度に加え，学習方略に影響すると考えられるメタ認知尺度を用いた質問紙に回答してもらった．今回メタ認知能力尺度を用いたのは，動機付けをはじめとした心理状
態との因果関係を詳細に明らかにすることで ，学習者の学習意欲の向上と行動の改善により的確な教育介入が可能になるものと考えるからである．各心理測定尺度で得られたデータをパス解析し，心理状態の因果関係を探った．
パス解析の結果から導き出せる点は２つである．  動機付けが学習方略的メタ認知に影響を与えることが分かった．  自己効力感から学習方略的メタ認知への影響は直接的な影響は弱いと言えるが，動機付けを介した間接効果は中程度となりその影響が増大する
ことが指摘できる上記の結果から言えるのは，学習者の自己効力感を改善することは直接的には学習方略的メタ認知能力を向上させ― 72 ―

TOPへ戻る
ないものの動機付けと自己効力感に共にア
後は，調査協力者から自由記述にて英語学習
プローチをすることで動機付けからメタ認知に対する考えを書いてもらい，データをテキ
能力への影響力をより強化させるものとなる
ストマイニングすることで，非英語専攻学生ことである言い換えると，英語に対する自に適切な心理測定尺度を作成し，心理状態の信があればこそ，学習により戦略的に取り組因果関係を適正に測定する手段の構築を目指
むことが可能になるという機序の存在を示唆するものである今回は調査協力者が低習熟したい．
度層に限られたため，高習熟度層のメタ認知
の状態は明らかにすることができなかった．
これまでの論文投稿・発表状況
今後は対象者を広げ，今回の結果と比較する【口頭発表と講演論文】
ことで，英語習熟度が学習方略的メタ認知に 新谷真由藤田邦彦縣由衣子「英語習与える影響の違いを検討したい．
なお，本課題の成果は日本教育工学会 熟度に着目した心理的諸要因の因果関係
年春季全国大会（第  回大会）で発表した．
の解明―自己効力感，不安，国際的志向性，動機付けの連関をパス解析で探る
現在，課題①②③の調査で得たデータを集約―」日本教育工学会  年秋季全国大して分析しなおした研究成果は，日本教育工会（第  回大会）， 年  月  日，講学会の論文誌  年  月  日〆切 に投稿
し，現在査読中である．
演論文集SS 課題① ．
 0D\X-DQVVHQV6KLQWDQL<XLNR$JDWD
４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況.XQLKLNR)XMLWD“-DSDQ V
今後の研究計画
ORZSURILFLHQW(QJOLVKOHDUQHUV 年度に得た研究成果をもとに，科研費
FRQYLQFHGRIKDYLQJIL[HGDELOLWLHVに応募したところ， 年度～ 年度にかVRXUFHRIKLJKDQ[LHW\DQGORZ
け て 基 盤 研 究 & が 受 給 さ れ る こ と に な っ た
FRQILGHQFH”,QWHUQDWLRQDO
課題番号：.，研究課題名「非英語専&RQYHQWLRQRI3V\FKRORJLFDO6FLHQFH
攻学生の英語習熟度に着目した心理的諸要因%UXVVHOV&RQYHQWLRQ&HQWUH
のパス解析による因果モデル構築」，研究代表
年  月  日 課題② ．
者：新谷真由 本課題の申請者 ．
 縣 由 衣 子 藤 田 邦 彦 新 谷 真 由 「 非 英 語 年度の研究過程 課題①②③ で，心専攻学生の英語学習に関する心理的機序
理状態を測定する際の質問紙で用いてきた心とメタ認知能力の因果性を探る」日本教
理測定尺度の適切性についての疑問が生じた．
育工学会  年春季全国大会（第  回
非英語専攻学生を対象とした調査を行なった大会）， 年  月  日講演論文集SS
際に，調査結果を統計分析したところ，信頼 課題③ ．
性係数に十分な高さが見られなかった項目が
多くあったからである．一般的にこれらの心【投稿論文】
理測定尺度は英語を専門とする大学生をサン 新谷真由縣由衣子，藤田邦彦  「マプルに作成されてきたものであった．このた
インドセットに着目した心理的諸要因とめ，教養科目として英語を学ぶ一般的な大学
英語習熟度の因果関係の解明」日本教育
生には，同様の心理測定尺度で心理状態を測工学会論文誌YRO6XSSO  年  月
定する際に，より適切な質問項目の設定の必 日受理，査読中 ．
要性があることが明らかとなった．これが，科研費の申請をするに至った経緯である．今― 73 ―

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鋼の冷却促進に対する酸化スケールと表面粗さ利用の検討
材料工学科 遠藤理恵

１．序論（はじめに，まえがき，目的）

エンチされる．クエンチ温度を変化させるた鉄鋼製造の熱間圧延工程では，加熱炉におめの条件としては，酸化スケールの断熱性にいて約 1200℃に加熱された鋼(スラブ)が高温着目すると，その厚さや表面粗さが挙げられ下で圧延されていく．熱間圧延工程の概略図

る．報告者らは，鋼の冷却に対する酸化スケを図 1 に示す．粗圧延，仕上げ圧延を経て，ール厚さの影響を評価するために，酸化スケ

鋼板は水冷却され，厚板やコイルなどの鋼製ールの熱物性値の評価および加熱鋼板の冷却品となる．

実験を行ってきた 1-4) ．冷却に関する研究にお仕上げ圧延後の鋼板は約 900℃であり，水いては，850℃に加熱・酸化スケールを形成し冷却では，900℃程度の高温の鋼板に冷却水をた鋼板を電気炉より取り出し，所定量の水をかけている．水冷却はじめの高温では，鋼板滴下し，鋼板の温度変化を計測した．この時上には水蒸気膜が形成される．鋼からの熱はの水の質量変化も計測して，冷却時の熱流束

水蒸気膜を介して逃げていく．一方で温度がを計算した．クエンチ点と酸化スケール厚さ低くなると，鋼と水が直接接触し，水の蒸発の関係を調べたところ，クエンチ点温度はス

熱として鋼から熱が奪われ，鋼は冷却される．

ケール厚さに対して増加する傾向がみられた

この高温と低温での冷却を比較すると，高温が，相関関係は不明瞭であった．この理由とでは膜沸騰で鋼の冷却速度は遅く，低温ではして，鋼板に滴下できる水の量が 3 g と限ら

核沸騰となり，鋼は急速に冷却される．膜沸れていたことが挙げられる．すなわち，酸化騰から核沸騰へ遷移する温度をクエンチ点とスケールに着目した鋼の冷却実験を行うため

呼び，クエンチ点において鋼は急速に冷却さには，十分な冷却水の量が必要であることがれるようになる．鋼板の水冷却中にクエンチわかった．このためには，冷却水の量が充分点を通過する場合，鋼の温度制御が難しくななプール沸騰冷却の実験が適している．また，り，鋼製品の均質性にも影響を及ぼす．この

酸化スケールの表面粗さと断熱性に着目したような背景から，冷却工程の初期の高温でク研究は未だ実施されていない．酸化スケール

エンチ点を通過するような鋼の温度制御技術の断熱性をさらに高めるためには，表面を粗が求められている．

くし，水蒸気との混合層とすることが挙げら

鋼板の冷却速度には，鋼板表面に形成する

れる 5) ．

酸化膜 (酸 化ス ケー ル)が影響 を与 える ことが以上より，本研究の目的は，プール沸騰冷

知られている．酸化スケールの熱伝導率は鋼却実験により，加熱した鋼の温度変化と沸騰よりも小さいため，断熱効果により酸化スケ

状態を同時に観測する手法の確立し，酸化ス

ール表面のみ温度低下させることができ，冷ケールと表面粗さを利用した鋼の水冷却時の却水と酸化スケールが直接接触すると鋼はク

熱伝達促進を実証することを目的とする．そ― 74 ―

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の第一歩として、本年度は，室温の鋼球を液電対を挿入し，固定した．鋼表面の酸化スケ

体窒素中に冷却し、その温度と沸騰状態を同ールに替えて，熱伝導率の低い霜層をステン時に観測する実験手法を確立することを目的

レス鋼球および銅球の表面に形成させた 5) ．

とした．霜層は次の手順で作製した．液体窒素表面近傍にステンレス鋼球を保持して，鋼球温度を

-40℃とした．これを室温・空気中に取り出し
6 min 保持した．この操作により，空気中の水蒸気がステンレス鋼球上に凝縮し，霜層を形成する．図 2 に実験の概略図を示す．冷却実験ではステンレス球を液体窒素液槽に入れて冷却した．冷却時の温度履歴は,挿入した K型熱電対の熱起電力をデジタルマルチメータ
を用いて計測した．併せて沸騰の様子をビデ
オカメラ(60fps)で撮影した．比較として，霜
図 1 鉄鋼製造の熱間圧延工程の模式図

層がない場合の冷却実験も同様に行った．



熱 伝 導 率 は ス テ ン レ ス 鋼 の 1/100, 銅 の

表 1 に用いた物質の熱伝導率を示す．霜層の1/2000 であり，同じ厚さの酸化スケールと比２．研究計画
実験方法の確立のために，室温のステンレ

較して断熱性が高いことがわかる．銅球は鋼

ス鋼球を液体窒素中に浸漬する実験を行っよりも熱伝導率が高い．このため，集中熱容た．この組み合わせとすることで，加熱鋼板量モデルを適用でき，測定された球中心の温と水の組み合わせよりも実験装置を簡便に

度は，銅表面の温度に一致すると考えられる．

作製でき，繰り返し実験が容易になる．また，

ステンレス鋼球上の断熱層として酸化スケ

３．計画の進行状況

ー ル では な く ， 霜 層 (氷 と空気の混合層)を 利

図 3 に霜層がついていない銅球を液体窒素に用した．

浸漬したときの温度変化と概観写真を示す．

供試材として直径 20 mm のステンレス鋼球

バックライトとして LED パネル光源を用い，(SUS304)および直径 25 mm の銅球を用いた．

青色のクリアホルダにより減光している．図

球の中心まで直径 1 mm の穴をあけ，K 型熱

3 の温度変化を見ると，銅球を液体窒素に浸漬すると，緩やかに温度が低下するが，浸漬後約 193 s において温度が急激に低下していＫ型熱電対

ることがわかる．図 3 の下の写真は，特徴的PCな時間における球の様子を示している．浸漬
後 151.4 s では，銅球の周りに波状の蒸気膜がカメラ
試料形成している．蒸気膜は上部に移動していった．この状態は膜沸騰であると判断できる．
デジタルマル
チメータ

液体窒素
デュワー瓶



氷水
(コールドジャンクション)

図 ʹ 冷却実験の模式図

浸漬後 193.1-196.7 s の間では，蒸気の形成の

様子が急激に変化した．まず，193.1 s に見られるように，蒸気泡の大きさが大きくなり，― 75 ―

TOPへ戻る
表 用いた金属と断熱層の熱伝導率
物質
銅
ステンレス鋼霜
鉄-1-1

熱伝導率[Wm K ]421-386

備考
White & Minges 6)(100-300 K)
16.2

Shiokawa et al. 7)(373 K)
0.07-0.22

密度によって異なる値(233-263 K)

関ら 8)

56.4 - 28.3

Ho et al. 9)(573 - 1200 K)

FeO スケール

2.2

Li et al. 2)(300 – 1200 K)


激しく大量の泡が形成された．その後，196.7
s に見られるように細かい泡が形成され，一部の泡は球から離れて上昇していった．この状態は核沸騰であると判断できる．同様の泡の形成は 196.7 s 以降も観察された．このように，銅球中心部の温度変化は銅球の蒸気膜・気泡の形成と一致しており，温度から沸騰状態を判断できることがわかった．
同様 の実 験 を霜 層を つ けた 銅球 に つい ても 実
施し たと ころ ，霜 層付 き銅 球を 液体 窒素 に浸 漬
後約 7 s において急激な温度低下が観測できた．
霜層をつけることで，クエンチするまでの時間
が大 幅に 短縮 され ，ま た， クエ ンチ 温度 も上 昇することが確認できた．
ステ ンレ ス 鋼球 の場 合 の温 度変 化 から 判断 したクエンチ開始時間は，霜層なしで浸漬後約 133
s，霜層を付けた場合には約 30 s であった．しかしな がら ，蒸 気膜 およ び気 泡の 形成 と温 度変 化は合 致し てい なか った ．こ れは ，ス テン レス 鋼の熱 伝導 率が 低い ため ，球 表面 の温 度と 球中 心部の 温度 が一 致し ない こと が理 由と して 挙げ ら


れる．


図 液 体 窒 素 中 に 銅 球 霜 層 な し を 浸 漬

４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況

したときの中心部の温度変化および代表【今後の計画】

的な時間における外観の写真

沸騰熱伝達の観点からは，クエンチ点や冷却の熱流束を変化させるために，被冷却材側
― 76 ―

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価・分析・解析部会 高温における最適な材料

ば ， 銅 球 上 に 生 成 し た 霜 層 (氷 と 空 気 の 混 合

プロセス制御を目指した材料特性評価フォー層)については，霜層の割合が増えるほど，表ラム シンポジウム 2023 年 2 月 9 日

面の断熱性が高くなり，クエンチ点が上昇す〇武藤直士, 大久保英 敏, 遠藤理恵: “ステンることが報告されている 1) ．この現象を加熱

レス鋼球の冷却における温度および沸騰状態

鋼板に対して利用することで鋼板を高温からの同時観察～酸化スケールを用いた鋼の加速

素早く冷却できると考えている．

冷却を目指して～ホットストリップ法による2022 年度は，ステンレス球および銅球を用

熱 伝 導 率 /熱 浸 透 率 測 定 の 高 温 化 に 対 す る 検い，断熱層として霜層を形成させ，プール沸討”, 一般社団法人日本鉄鋼協会 第 184 回秋

騰実験を行いその温度変化と概観の変化を観

季 講 演 大 会 学 生 ポ ス タ ー セ ッ シ ョ ン 2022

察した．その結果，表面断熱層が金属球の冷

年 9 月 22 日

却に対して影響することを観察できた．一方で，プール沸騰実験によって，金属球の冷却

参考文献に対する表面断熱層の影響を評価するために

1) R. Endo, T. Yagi, M. Ueda and M. Susa: ISIJ

は，以下のような問題点が挙げられた．

Int., 54(2014), 2084.

・ステンレス鋼表面の温度と中心部の温度は

2) M. Li, R. Endo, M. Akoshima and M. Susa:

必ずしも一致しない．これは，鋼の熱伝導率

ISIJ Int., 57(2017), 2097.

が低いために，集中熱容量モデルが適用でき

3) Y. Yang, H. Watanabe, M. Ueda, M. Hayashi,ないためである．今後は，複数の熱電対を適

M. Susa and R. Endo: ISIJ Int., 58(2018), 2186.

切な位置に挿入して，熱電対の温度から表面

4) 大杉祐人, 上田光敏，遠藤理恵，須佐匡裕:

温度を逆算できるようにする必要がある．

鉄と鋼, 104 (2018) 72.

・霜層の厚さが評価できていないため，測定

5)大久保英敏: 伝熱, 57 (2018), 26.

装置を導入する必要がある．

6) G.K. White, M.L. Minges, Thermophysical

また ，上 に 加え て今 後 の解 析の 課 題と して ， Properties of Some Key Solids: An update. Int J
以下の点が挙げられる．

Thermophys, 18 (1997), 1269.

・表面の熱流束・熱伝達係数の変化を計算す

7) T. Shiokawa, Y. Yazawa, S. Okada: JFEる．

TECHNICAL REPORT, (2008),45.

・高速度カメラを用いて，核沸騰の始まりを

8)関 光 雄 , 大 久 保 英 敏 , 下 村 信 雄 , 山 上 野 雅より詳細に観察する．

之: 日本冷凍空調学会論文集, 126，(2009),25.

今後は上の課題を解決し，当初の目的を達

9) C. Y. Ho, R. W. Powell, P. E. Liley; Journal of
Physical and Chemical Reference Data, 1 (1972),

成していく．

279.
【学会発表状況】〇遠藤理恵: “酸化スケールの熱伝導率と熱抵
抗 の 評 価 ”, (社 )日 本 鉄 鋼 協 会 創 形 創 質 工 学
部会冷却フォーラム 第 2 回講演会「ROT 冷却研究の進展」 2023 年 3 月 15 日
〇武藤直士, 大久保英 敏, 遠藤理恵: “ステンレス鋼球と銅球の液体窒素を用いた冷却時の温 度 と 沸 騰 状 態 の 観 察 ”, 日 本 鉄 鋼 協 会 評

― 77 ―

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本質的に無損耗なイオン推進機の開発
  電気工学科  川嶋 嶺

共同研究者
テキサス $ 0 大学航空宇宙工学専攻  -XQKZL%DN


１．序論

システムでは以下の様な問題点がある。

近年の宇宙開発は活況を呈しており、Space

1) 地 球 上 で の キ セ ノ ン の 年 間 生 産 量 は 限 ら

X 社の Starlink による 3000 基以上のコンステれており、今後宇宙利用における消費量をレーション達成、JAXA のはやぶさ 2 による賄えない。

小惑星サンプルリターンなど宇宙利用の可能

2) 加 速 し た イ オ ン の 一 部 が 推 進 機 の 壁 面 部性が拡大している。これらの衛星では宇宙航材に衝突することでその部材を損耗させ、行や軌道制御のための推進機を搭載するが、このことが推進機寿命を制限する。

特にイオン推進機と呼ばれる電気のエネルギ

これらの問題点を解決するため、現在様々なーを利用するシステムを搭載している。今後

キセノンを代替する推進剤の研究や、壁面損の宇宙開発においては、ミッションの規模を耗を低減する推進機設計法の研究などが行わ

問わず高性能かつ長寿命なイオン推進機 が重れている状況にある。

要な開発課題となっている。

 本研究では、先述のイオン推進機における従来の多くのイオン推進機はキセノンガス

問題点を解決するため、固体推進剤をイオンを利用しており、電離により生じるキセノ ン

生成部に直接供給するイオン推進機の開発を

イオンを加速、排出することにより推進力を行う。この推進機の模式図を図 1 に示す。キ得るシステムであった。しかしながら、このセノンの代替推進剤として固体推進剤を用い
図  ホールスラスタのチャネル断面におけるイオン生成の模式図。（左）従来のガス推進剤供給の場合、（右）固体推進剤を壁面から直接供給する場合。
― 78 ―

TOPへ戻る
る研究は過去に提案されているものの、イオ& ホールスラスタプラズマに接触する 37)(

ン生成部に直接固体を供給する方式は過去にの温度計測実験

例のない新しい試みとなる。また特に損耗が 固体推進剤の直接供給における流量算出モ

著しい放電室壁面部を固体推進剤に置き換え 、デルを確立する上で、モデル妥当性検証のた

推進剤を連続供給することによって、壁面無めの実験を行う必要がある。今年度はプラズ損耗を実現しようとするものである。

マ入熱量解析の妥当性検証のため、 作動中の 今年度は固体推進剤をイオン推進機のプラ

ホールスラスタプラズマに PTFE 片を挿入し、ズマ生成部に直接供給した際の、推進剤消費

PTFE 内部の温度上昇を計測する。PTFE の過量（下記では流量と表現する）の算出法を確

剰な供給と固体の表面付着によって推進機が立することを目標として研究を行った。 プラ

汚染されることを懸念し、数分程度の推進機

ズマ流解析、推進機熱解析、そして推進機作作動における温度上昇計測を実施した。

動実験を組み合わせるアプローチを取ってお

り、今年度はその研究 方式の妥当性を確かめ

３．計画の進行状況

る。イオン推進機としては、日本において研$  次元プラズマ解析による入熱量算出

究が続けられてきたアノードレイヤ型ホール

 1 次元ハイブリッドモデルによって固体推スラスタを検討し、固体推進剤ではパルス型

進剤表面へのエネルギー流束を算出した。ププラズマスラスタと呼ばれる電気推進システ

ラズマ解析モデルは作動ガスキセノンにおい

ム で 利 用 実 績 が 多 数 あ る poly-tetra-fluoro-て開発されてきたが、本解析では代替推進剤

ethylene (PTFE, テフロン)を使用する。

であるアルゴンにおける作動を解析した。ア

ルゴンにおける衝突断面積データなどから化

２．研究計画

学反応モデルを実装し、実験で用いる推進機

固体推進剤 PTFE の流量算出法の確立へ向作動条件においてプラズマ解析を行った。

け、今年度実施した内容は以下の 3 点である。

 アルゴン作動における推進機のプラズマ維$ ホールスラスタの  次元プラズマ解析

持を数値シミュレーションにより確認した。

 ホールスラスタプラズマから固体推進剤表

プラズマからの推進機壁面加熱は主にイオン面へ流入するエネルギー流束を算出するため、衝突によるエネルギー交換 により行われる。

1 次元プラズマ解析を行う。PTFE は昇華性をプラズマと壁面の間にはシースと呼ばれる領持っており、プラズマからの入熱によって固域があり、壁面へ向かって大きな電圧降下が体表面が高温となり、昇華によって推進剤が起こる。この電圧降下で加速されたイオンの供給される。イオンと中性粒子を粒子として、エネルギーが熱として壁面表面へと伝わる。

電子を流体として扱うハイブリッドモデルを

本解析では推進機の放電電圧を 200 V, 250 V,

用いた放電プラズマ解析を行う。

300 V と変化させて壁面熱流束を評価してお% 固体推進剤ホールスラスタの熱解析

り、それぞれ 124 kW/m 2 , 396 kW/m 2 , 394 kW/m 2

 固体推進剤 PTFE の表面温度を予想するたとなった。放電電圧を 200 V から 250 V に上め、固体推進剤を持つホールスラスタの熱伝昇させた際は、推進剤のイオン化が促進され導・放射解析を行う。3 次元熱解析には商用たため、壁面へ衝突するイオン数の上昇に伴

ソフトである Autodesk Inventor Nastran を用

い熱流束も増加した。一方 250 V の時点で推いる。プラズマ入熱量と熱解析を連成させる

進剤はほぼ完全電離となっていたため、放電ことで、PTFE の熱分解に消費されるエネルギ

電圧 250 V と 300 V の間での熱流束はほぼ変ーを算出し、PTFE の流量を算出する。

わらなかった。

― 79 ―

TOPへ戻る% 固 体 推 進 剤 を 含 む 推 進 機 の 熱 解 析 と 固 体
推進剤供給量算出
PTFE の 昇 華 に よ る 推 進 剤 供 給 量 を 見 積 もるため、PTFE 及び推進機内部での熱解析を行った。熱解析には 3 次元の熱伝導解析ソフト
である Autodesk Inventor Nastran を用いた。推進機の壁面はステンレスであるが、これを固体推進剤 PTFE に置き換えた場合の解析を実施した。
放電電力 780 W で推進機を作動させた際の壁 面 熱 流 束 は 42.3 kW/m

2 であり、この際のPTFE 表面温度は 880 K となった。PTFE の昇
図 2 3 次元熱解析で得られたホールスラ
スタ実験機の温度分布。チャネル壁面をなす PTFE の位置において PTFE の昇華温度
600 K となっている。

華温度は 600 K から 650 K 程度であるため、プラズマからの熱流入によって PTFE が昇華

ブレーション冷却する効果があることが分か

温度以上に温められること が確認された。次った。すなわち、ガス推進剤と比較して固体に壁面熱流束を 15 kW/m

2 と設定した場合の推進剤の昇華にエネルギーが必要であること

推進機温度分布を図 1 に示す。このとき PTFE

はデメリットではなく、 むしろ壁面冷却に貢の表面温度は 600 K 程度となったため、PTFE

献する効果があることが分かった。

表面において、熱分解によってエネルギー消& ホールスラスタプラズマに接触する 37)(

費が起きている状況を再現している。すなわ
ち、プラズマからの熱流束 42.3 kW/m

部材の温度計測実験

2 から壁

面温度 600 K を維持するのに必要な熱流束 15

ホールスラスタの 1 次元数値シミュレーシ
ョンで壁面へのエネルギー流束を算出したが、2 を差し引いた 27.3 kW/m 2 が PTFE 熱分

この妥当性を検証する実験を行った。既存の解によって消費される 熱量であると見積もら

ホールスラスタ実験機 RAIJIN66 の側面かられる。PTFE の単位質量あたりでの熱分解に必PTFE 部材を挿入し、PTFE の温度を計測する

要なエネルギーはおよそ 1.5×10 J/kg であることでプラズマからの熱流束を 求める。実験

ため、単位面積あたりの PTFE 昇華量は 1.8×の外観を図 3 に示す。PTFE 片は 50 mm x 100-2 kg/(s m 2 )となった。推進機 RAIJIN66 の外mm x 5 mm であり、50 mm の辺を RAIJIN66 の側壁面が PTFE であったとすると、固体推進チャネル外径である 66 mm の曲率に加工して剤流量は 7.6 mg/s と見積もられる。推進機のある。PTFE 片では熱電対によって温度計測を

キセノン作動における流量が 3.4 mg/s である

行うが、厚み方向の温度勾配は無視する。

kW/m

6

10

ため、固体推進剤の供給量はガス供給量を上PTFE 片 を 挿 入 し た 状 態 で の ホ ー ル ス ラ ス

回っており、図 1 に示した様な少量のガス推

タの作動の様子を図 4 に示す。作動中は PTFE

進剤と多量の固体推進剤を組み合わせたハイ片の温度とともに推進機各部の温度も上昇しブリッド推進剤による 推進機作動が期待できた。今回の実験では、PTFE の急激な昇華によることが分かった。

る推進機汚染を懸念し、PTFE 温度が昇華温度

PTFE の 昇 華 に よ っ て 消 費 す る エ ネ ル ギ ー

である 600 K に至る前に推進機を停止させた。

は 11 W となった。プラズマからの推進機壁面

推進機作動中の PTFE 片はプラズマからのへの熱流が 105 W であったため、固体推進剤

熱によって温度上昇した。実験前後では PTFEの利用によって、壁面熱流束の 1 割程度をアの質量変化は観測されず、推進剤昇華が起き― 80 ―

TOPへ戻る(a) 正面
図 4 アルゴンにおいて作動中のホールス
ラスタに PTFE 片を挿入した様子。

(b) 側面図 3 ホ ー ル ス ラ ス タ 実 験 機 と 挿 入 時 の

図 5 PTFE 片の表面熱流に関する実験とPTFE 片との位置関係。

数値解析の比較。

る前に推進機を停止できていることが確認さ

４．今後の計画れた。温度の上昇率から、PTFE 片にプラズマ固体推進剤を利用し本質的に無損耗となるから入熱する熱流を見積もったところ、39 W

イオン推進機の実現に向けて、今後は以下の程度となった。PTFE 表面へ流入する熱流に関項目に関する研究を実施する予定である。

する実験と数値解析の比較を図 5 に示す。今1) 推進剤供給量と表面熱流束の算出法確立

回の実験では推進機に放電電圧である 200 V

2) 固体推進剤によるイオンビーム電流計測が正しく印加されていなかった可能性があり、

3) 固体推進剤を含む新型推進機の開発

横軸放電電圧の位置が実験と数値解析で食い 論文発表について、今年度の成果及び上記違っている。推進機の 放電回路を改善して再1), 2)の項目の成果を元に論文としたい。2022

実験を行いたい。しかしながら、熱流につい

年度はホールスラスタの研究について、国際て実験と数値解析の間でオーダー程度の一致

会議論文 7 件（代表者主著 5 件、内 2 件招待は期待できる結果となっており、プラズマ流

講演、代表者共著 2 件）の発表を行った。

解析を利用した熱流束算出の妥当性が確認 さ 今 回 の 研 究 は 東 京 大 学 小 紫 研 究 室 の D.

れた。

Satpathy 氏, N. Barth 氏の協力のもと行われた。
ここに謝辞を表する。

― 81 ―

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5HVHDUFKSURJUHVVUHSRUW )RUP 

3URGXFWLRQRI(QJLQHHUHG0LFURSODVWLFVE\3URWRQ%HDP:ULWLQJ 3%:   電気工学科 3XWWDUDNVD1LWLSRQ
5HVHDUFKFROOHDJXHV
電気工学科3URI1,6+,.$:$+LUR\XNL
6,75HVHDUFK/DERUDWRULHV$VVRF3URI6(.,+LURQRUL
１．3DSHULQWURGXFWLRQ)LJXUH  GHPRQVWUDWHV DQ H[DPSOH RI

7KLV UHSRUW SURYLGHV WKH SURJUHVV RI

PLFURSODVWLFVWKDWKDYHEHHQDFRQFHUQLQ

6,73URMHFWIRU5HVHDUFK*UDQW 6WDUWXS

JOREDO

LQ)< 

VKDSHVRIPLFURSODVWLFVFDQEHFODVVLILHGHQYLURQPHQWV 7\SLFDOO\ WKH1RZDGD\V LW KDV EHHQ UHFRJQL]HG WKDWDVPLFUREHDGVUHVLQSHOOHWVIUDJPHQWVRXU ZRUOG KDV IDFHG WKH SUREOHPV RI

IRDPV ILOPV DQG OLQHVILEHUV >@ 'XHPLFURSODVWLFVLQZKLFKWKHSODVWLFVL]HWR WKH GLIIHUHQW PLFURSODVWLF VKDSHVLV OHVV WKDQ  PP >@ $V SXEOLVKHG E\

GHWHFWLQJPLFURSODVWLFVLQYDULRXVVKDSHV

WKH -DSDQ 7LPHV RQ -XO\  

LV VWLOO FKDOOHQJLQJ 7KXV HQJLQHHUHG

PLFURSODVWLFV FDQ EH IRXQG HYHU\ZKHUH

PLFURSODVWLFV DUH QHHGHG DV WKH PRGHOVXFKDVLQRFHDQVDLUDQGKXPDQRUJDQVSODVWLFVWRGHYHORSDVWDQGDUGDQDO\WLFDO>@ $V D UHVXOW LW LV HVVHQWLDO IRUWRRO IRU LGHQWLI\LQJ DQG PRQLWRULQJUHVHDUFKHUV DURXQG WKH ZRUOG WR WDFNOHHQYLURQPHQWDOPLFURSODVWLFV

DQGVROYHWKHFXUUHQWPLFURSODVWLFLVVXHV

7KLVUHVHDUFKSURMHFWDLPVWRXWLOL]HDSURWRQEHDPZULWLQJ 3%: WHFKQLTXHIRU

SURGXFLQJ 68 HQJLQHHUHGPLFURSODVWLFV



DV



HQYLURQPHQWDOUHVHDUFK







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









)LJXUH  $Q LPDJH RI PLFURSODVWLFV ,PDJHFUHGLW2UHJRQ 6WDWH8QLYHUVLW\REWDLQHGIURP:LNLPHGLD&RPPRQVXQGHU

&&%<6$VKRZQ

LQ

)LJIRUIXWXUH)LJXUH  6FKHPDWLF GUDZLQJ RI IDEULFDWLQJHQJLQHHUHGPLFURSODVWLFVLQ68E\ D SURWRQKWWSVFUHDWLYHFRPPRQVRUJOLFHQFHVE\VD

EHDPZULWLQJ 3%: DQG E DIWHUGHYHORSPHQWLQ

GHHGHQ  68GHYHORSHU ― 82 ―

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5HVHDUFKSURJUHVVUHSRUW )RUP 
２．5HVHDUFKSURJUDP

7KLV UHVHDUFK SURMHFW HPSOR\HG WKHHTXLSPHQW LH D VSLQ FRDWHU D KRWSODWH D  0H9 SURWRQ EHDP ZULWHU DQD RSWLFDOPLFURVFRSHDQGDFRQIRFDOODVHU

PLFURVFRSH DV VKRZQ LQ )LJ 7KH

SURFHVVHVIRUPDNLQJWKH68HQJLQHHUHG

PLFURSODVWLFV E\ WKH 3%: PHWKRG DUH DVIROORZV





F 




6WHS,&XWWLQJVLOLFRQ 6L WR
~PP× ~PP

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

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








E 


6WHS,,6SLQQLQJ68



0LFUR&KHP RQWKH~PP× ~PP

VXEVWUDWHXVLQJWKHVSLQFRDWHU
)LJ D







G 

ZLWKWKHILUVWVSLQVWHS VSHHG 

H USPDFFHOHUDWLRQ USPV
DQGVSLQWLPH V DQGIROORZHGE\WKHVHFRQGVSLQVWHS VSHHG USPDFFHOHUDWLRQUSPV
VSLQWLPH V 










 6WHS,,,%DNLQJRQWKHKRWSODWH)LJXUH7KHPDLQHTXLSPHQWXVHGWRSURGXFH )LJ E

DW &֯ IRUPLQXWHV








68 HQJLQHHUHGPLFURSODVWLFV LQWKLVUHVHDUFKSURMHFW D  $ VSLQ FRDWHU E  $ KRW SODWH

DQG F $0H9SURWRQEHDPZULWHUDWDVKDUHGHTXLSPHQW DQG IDFLOLW\ FHQWHU 2PL\D FDPSXVG  $ 1LNRQ /9 RSWLFDO PLFURVFRSH DW 3URI

Nishikawa’s laboratory, and (e) An Olympus













/(;7 2/6 FRQIRFDO ODVHU PLFURVFRSH DW
7HFKQR3OD]D7R\RVXFDPSXV― 83 ―

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5HVHDUFKSURJUHVVUHSRUW )RUP 
6WHS,90LFURSDWWHUQLQJXVLQJWKH

0H9SURWRQEHDPZULWHU )LJ F 






４ ． )XWXUH SURJUDP SDSHU VXEPLVVLRQ DQG

GLDPHWHUV DV VKRZQ LQ )LJ  7KH ZULWLQJILHOGIRUWKH3%:ZDVμP[μP



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
6WHS93RVWH[SRVXUHEDNLQJDW
֯& 





IRUPLQXWHV

6WHS9,'HYHORSLQJLQ68



GHYHORSHUIRU–PLQXWHV













)LJXUH  7KH PLFURSDWWHUQLQJ GHVLJQ RI WKHFLUFOHVZLWKDGLDPHWHURIμPIRUWKH3%:WR

WKH 68 PLFURSODVWLFV E\ WKH 3%: ZDVGHVLJQHG ZLWK WKH FLUFOHV RI  μP LQ

IDEULFDWHWKH68HQJLQHHUHGPLFURSODVWLFV)LJXUH  D  DQG E  LOOXVWUDWH VRPH



68 PLFURSODVWLFV WKDW ZHUH IDEULFDWHG

E\WKH3%:WHFKQLTXHDIWHUGHYHORSLQJLQ

WKH68GHYHORSHU7KHUHVXOWVVKRZWKHVPRRWKVXUIDFHRIWKH68PLFURSODVWLFV

0LFURSDWWHUQLQWKLVUHSRUWIRUSURGXFLQJ







UHVXOWVEULHILQJZKLFK LV RQH RI WKH DGYDQWDJHV RI XVLQJ

6WHS9,,&KDUDFWHUL]LQJWKH68

WKH 3%: IRU IDEULFDWLQJ HQJLQHHUHG

PLFURSODVWLFVXVLQJWKHRSWLFDO
PLFURVFRSH )LJ G

PLFURSODVWLFVDQGWKHODVHU

PLFURVFRSH )LJ H

([SHULPHQWDO UHVXOW DOVR GHPRQVWUDWHV

WKDW WKH 68 PLFURSODVWLFV ZHUH IORDWHG


３．6WDWHRISURJUHVV
7KLVUHVHDUFKSURMHFWKDVVXFFHVVIXOO\IURPWKH6LVXEVWUDWHGXULQJWKHGHYHORSLQJSURFHVV6RPH68PLFURSODVWLFVZHUHVWLOODOLJQHG DV WKH GHVLJQ

VHH )LJ  D

XWLOL]HGWKH3%:WHFKQLTXHWRSURGXFHWKH

+RZHYHUVRPH68PLFURSODVWLFVZHUHPRYHG

68 HQJLQHHUHG PLFURSODVWLFV RQ 6L

DQGDOLJQHGLQWKHQHZDUUDQJHPHQWDVVHHQVXEVWUDWHV 7KH UHVXOWV RI WKLV ZRUNLQ)LJ E 7KLVUHVXOWRIIHUVWKHEHQHILWFRXOG IXUWKHU EH DSSOLHG DV WKH PRGHORIFROOHFWLQJWKH68PLFURSODVWLFVRQWKHQDWXUDOPLFURSODVWLFVWKDWFRXOGEHXVHG

6L VXEVWUDWH DQG FDQ EH GHWDFKHG IURP WKHLQWKHIXWXUHHQYLURQPHQWDOUHVHDUFKVXEVWUDWH ZKHQ UHTXLUHG IRU WKH IXWXUHDSSOLFDWLRQ― 84 ―

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5HVHDUFKSURJUHVVUHSRUW )RUP 
 D 








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

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

 E 





)LJXUH  $ FRQIRFDO ODVHU PLFURVFRSH LPDJH

RIWKH68PLFURSODVWLFVZLWKDVFDQQLQJOLQH









7KLV UHVHDUFK SURMHFW ZLOO IXUWKHUGHYHORS E\ FRDWLQJ PHWDOV RQ WKH 68

HQJLQHHUHG PLFURSODVWLFV &RQVHTXHQWO\

WKHLRQEHDPDQDO\VLVWHFKQLTXHVZLOOEHDSSOLHGWRFKDUDFWHUL]HWKHPHWDOVRQWKH
HQJLQHHUHGPLFURSODVWLFV

7KLV IXWXUH ZRUN LV H[SHFWHG WR EH

)LJXUH  2SWLFDO LPDJHV RI WKH IDEULFDWHG
68PLFURSODVWLFVE\WKH3%:DIWHUGHYHORSLQJ

SUHVHQWHG DW WKH ,%$ 3,;( 

LQ68GHYHORSHUWDNHQE\WKHPLFURVFRSH )LJFRQIHUHQFHLQ2FWREHUDQG SXEOLVKHGG ,QWKHGHYHORSPHQWWKH68PLFURSODVWLFV

LQDFRQIHUHQFHSURFHHGLQJ

ZHUHIORDWHGIURPWKHVXEVWUDWHDQGDOLJQHGZLWK)RU)<DFWLYLW\,SUHVHQWHGWKH

D  VDPH DUUDQJHPHQW DV WKH GHVLJQ LQ )LJ 

UHODWHG3%:WRSLFDVWKHLQYLWHGWDONLQ

DQG E QHZDUUDQJHPHQW

the title of “Microfabricated Dielectric

6WUXFWXUHV E\ 3URWRQ %HDP :ULWLQJ IRU*HQHUDOO\ WKH KHLJKW RI WKH 68

Photonic Nanojets” at the 32 QG  $QQXDOPLFURSODVWLFV LV GHWHUPLQHG E\ WKH0HHWLQJRI056- –'HFHPEHU WKLFNQHVVRI68ILOP)LJXUHGHSLFWV

5HIHUHQFHV

DFRQIRFDOODVHUPLFURVFRSHLPDJHRIWKH>@*.XWUDODP0XQLDVDP\HWDO-RXUQDORI

68PLFURSODVWLFVZLWKWKHVFDQQLQJOLQH

+DU]DUGRXV0DWHULDOV  

WR PHDVXUH WKH KHLJKW RI WKH 68

>@

KWWSVZZZMDSDQWLPHVFRMSQHZVPLFURSODVWLFV7KHUHVXOWLQGLFDWHVWKDWZRUOGVFLHQFHKHDOWKZRUOG

WKH68PLFURSODVWLFKHLJKWZDV~μP

PLFURSODVWLFVRFHDQVDLUKXPDQERG\ZKLFKLVLQDQDJUHHPHQWRIWKHWKLFNQHVVRI68 ~μP DWWKHVSLQVSHHGRI

>@ +1DJDQR HW DO 0DULQH 3ROOXWLRQ%XOOHWLQ  

USP IURP WKH GDWD VKHHW SURYLGHG E\ WKH0LFUR&KHP>@>@ KWWSVND\DNXDPFRPZSFRQWHQWXSORDGV.$068'DWDVKHHWILQDOSGI

― 85 ―

TOPへ戻る術 後 の 心 疾 患 検 知 の た め の 
蛍 光 免 疫 セ ン サ   電子工学科  當麻 浩司  




１．序論

テムの要素技術を開発することであった。

手術は患者にとって侵襲的であるため、様々な合併症によって手術後  日以内に毎
２．研究計画

年約  万人が死亡している :HLVHUHWDO

 年 度 は 将 来 の 周 術 期 心 筋 マ ー カ ー モ,JOHVLDV 。このうち心臓病が術ニタリングシステムの構築を見据え、（,）表

後死亡者数の ％を占めており、「術後心筋面プラズモン増強蛍光（63)）センサシステム

梗塞（30,）」が大きな問題であると報告・指の構築、（,,）蛍光溶液による 63) センサシス

摘 さ れ て い る %RHUVPD HW DO  。 30,

テムの評価を行うこととした。

は、非心臓手術後でも患者の約 〜％で起（,）63) センサシステムの構築

こる急性の心筋梗塞であり、 日以内の死亡

 心筋マーカーを高感度に測定するため、率は約 〜％である 'HYHUHDX[ 。こ

表面プラズモンポラリトン（633V）の増強さのため、早期発見と治療が必要 であるが、術れた電場により高効率な蛍光励起を実現する

後のため心電図の異常や虚血の症状が現れ

63) センサシステムを構築する。励起光源とにくい。その中で心臓トロポニン（F7Q）は、

表面プラズモンを共鳴励起させるためのプリ心筋梗塞に高い特異性を持つため、30, の早ズム、そしてプラズモンにより励起された蛍期発見に有効であることが報告されている。

光出力を検出するための高感度光検出器によまた、ほとんどの 30, は手術後  時間以内

り構成され、サンプルはフローセルから送液に発生し、血中 F7Q レベルは発症後約 〜

し、感応部へと負荷される。また本システム

時 間 で ピ ー ク に 達 す る /DQGHVEHUJ HW DOの制御・データ取得のため、/DE9,(: にてソ 。 現 在 、 FKHPLOXPLQHVFHQW HQ]\PH

フトウェア開発も行う。

LPPXQRDVVD\ などの既存の検査法があ るが、バッチ式であり、一度の測定にしか使用でき（,,）蛍光溶液による 63) センサシステムの評価

ない。F7Q, の半連続的な測定を実現するため, において構築した 63) センサシステムのには、同じセンサを使用した迅速かつ繰り返性能を評価するために、濃度の異なる蛍光分

し可能な免疫測定が有効であると考えられ子溶液をフローセルから送液する。送液後にる。そこで本研究の目的は 30, の早期発見や増加すると予想される蛍光出力の安定値とベ予防に資する、蛍光バイオセンサを利用したースラインの差分をセンサ出力として、種々周術期血中心筋マーカーモニタリングシスの濃度の蛍光分子溶液を測定する。得られた

― 86 ―

TOPへ戻る
蛍光分子の濃度とセンサ出力の関係から、バある +H1H レーザー、直角ガラスプリズム、反ルクの蛍光分子に対するセンサ感度を評価し、射したレーザー光を検出するためのフォトダ

蛍光による心筋マーカー測定の可能性を検証

イオード検出器、蛍光を検出するためのする。

0XOWL3L[HO3KRWRQ&RXQWHU、サンプル溶液

をセンサ表面に送液するためのライトパイプ

３．計画の進行状況

型フローセルにて構築した。

（,）63) センサシステムの構築 図  に 63) 用チップの概要図を示す。本（,,）蛍光溶液による 63) センサシステム

チップはガラス基板上に接着層である 7L 薄の評価

膜を挟むように $X 薄膜が成膜されている。7L, で構築した 63) センサシステムについて、

および $X 薄膜の膜厚はそれぞれ、約 QP と

サンプル溶液の送液と蛍光捕集効率の向上を

QP とした。このセンサチップに波長 QP

図るために作製したライトパイプ型フローセの励起光をガラス側から表面プラズモン共鳴

ルの評価を行った。ライトパイプ型フローセ

条件を満たす角度で入射をすると、$X 表面かルは、アクリル樹脂製のフレネルレンズと同ら液相ならびに $X 側に 633V が染み出すよう

じく円筒形のアクリル樹脂を、光学接着剤にに発生する。実際に蛍光分子の励起に使用す

よって接合して作製した。その際、フレネル

る 633V は液相側のものだけになるが、633V

レンズの争点が円筒部の下面にくる送液部には入射した励起光に比べ数十倍の電場強度を一致することで、蛍光の全反射を抑制し、効示すため、633V の範囲内に到達した蛍光分子

率的に集光を行う。しかしながら空気中で設は数十倍大きい蛍光を放出する。

計されたフレネルレンズの焦点距離はアクリ
ル樹脂中で変化することから、理論的に計算し、実験で確かめた。実験では ～PP と長さの異なる円筒形アクリル樹脂を用意し、それぞれにフレネルレンズを接合した。その後、円筒形下面に /(' を設置し、そこからフレネルレンズによって集光した光について、追加で設置したレンズによってフォトダイオ
ード検出器に集光し、強度測定した。図２にその結果を示す。円筒形アクリル樹脂の長さを長くすると光強度が大きくなり、長さ PPの時に最大値を迎え、その後は減少に転じた。
これは円筒形アクリル樹脂の長さが PP の

時に、/(' からの光がフレネルレンズによっ

図 １  63) を 利 用 し た 心 筋 マ ー カ ー 用てコリメートされ、その後のレンズで最も効センサの概念図

率的にフォトダイオード検出器に集光されたためだと考えられる。以上の結果から以降の63) 用チップの作製では、ガラス基板の洗実験では、長さ PP の円筒形アクリル樹脂

浄の後、スパッタリング法によって 7L と $Xを用いて作製したライトパイプ型フローセルの順で先述の膜厚になるように成膜した。

を使用することとした。

63) センサシステムの構築では励起光源で― 87 ―

TOPへ戻る
定値が観察された。ベースラインと安定値とLight intensity (mV)の差を出力と定義して比較したところ、ライ
320

トパイプ型フローセルを導入することで、蛍光出力が約５倍増加したことが示された。本結果から、ライトパイプ型フローセルの高い

280

有効性が確認された。

240

４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況
【今後の計画】

14

16

18

20

22

当初予定していた（,,,）緩衝液中の心筋マ

24Light pipe length (mm)ーカーによるセンサの評価を行うについて、



図２ アクリル製ライトパイプの長さ 年 度 に 着 手 す る こ と が で き な か っ た たと集光された光強度

め、以下の様に  年度以降に引き続き行っ


ていく。



（,,,）緩衝液中の心筋マーカーによるセン

次に、本フローセルの有効性を評価するた

サの評価

め、ライトパイプの図２は濃度の異なる蛍光周術期モニタリングシステムを実現するた分子溶液をフローセルが有る場合と無い場合

めに、免疫測定の中で抗体・抗原の結合・解でそれぞれ μ0 の蛍光溶液を送液し、その離を高い再現性で繰り返し行えるセンサ表面

蛍光出力を比較した（図３）。

をもった、63) バイオセンサを構築する。検討方法としては、金薄膜で覆われたセンサ表
面を SRO\HWK\OHQHJO\FRO（3(*）チオールと25/$SURWHLQ の自己組織化単分子膜にて修飾
す る 。 3(* は 非 特 異 吸 着 を 阻 害 し 、 25/$
SURWHLQ は繰り返し再生できる表面の構築に
寄 与 す る こ と が 期 待 さ れ る 。 そ し て 、 25/$
SURWHLQ に融合している SURWHLQ* へ捕捉抗体を結合、固定化することでセンサチップを作製する。作製したセンサチップをシステムへ装着し、緩衝液で調製した心筋マーカー溶液を負荷し、捕捉抗体へ結合させた後、蛍光標識された検出抗体を送液し、心筋マーカー

図３ アクリル樹脂製ライトパイプ有へ結合させる。これら抗体は心筋マーカーにり（赤）と、無し 黒 の場合の蛍光溶

特異的に結合するため、心筋マーカーから選液に対する蛍光強度変化

択的に蛍光出力が得られると考えられる。


初めにリン酸緩衝生理食塩水（3%6）でベー

スラインを取得した後、蛍光溶液へと送液す【論文投稿】
7RPD.2LVKL.,LWDQL.$UDNDZD7

る溶液を交換したところ、センサ表面に到達

0LWVXED\DVKL

するとともに蛍光強度の増加と、その後の安SODVPRQHQKDQFHG.

6XUIDFHIOXRUHVFHQFH

― 88 ―

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LPPXQRVHQVRUIRUPRQLWRULQJFDUGLDFKWWSVGRLRUJWURSRQLQ,6HQVRUV$FWXDWRUV%&KHP







,JOHVLDV33  0\RFDUGLDO,QMXU\

$IWHU1RQFDUGLDF6XUJHU\´QPLRFD´

【発表】

UGLFDWUDVODFLUXJı´DQRFDUGLDFD´.RML7RPD.RNL2LVKL.HQWD,LWDQL

DFRQEHKDOIRIWKH9,6,21VWXG\7DNDKLUR–

$UDNDZD.RKML

0LWVXED\DVKL6XUIDFHSODVPRQHQKDQFHGKWWSVGRLRUJMUHFIOXRUHVFHQFH

LPPXQRVHQVRU ZLWK D UHJHQHUDWDEOH




/DQGHVEHUJ*%HDWWLH:60RVVHUL0HWVXUIDFH IRU PRQLWRULQJ FDUGLDF

DO  3HULRSHUDWLYH0\RFDUGLDOPDUNHUV 7KH QG ,QWHUQDWLRQDO,QIDUFWLRQ&LUFXODWLRQ–9DFXXPKWWSVGRLRUJ&,5&8/$7,21$+$&RQJUHVV,9&  ハ イ ブ リ ッ ド 開 催+RNNDLGR-DSDQ 

:HLVHU7*5HJHQERJHQ6(7KRPSVRQ.'HW當 麻 浩 司 表 面 プ ラ ズ モ ン に よ る 生DO  $QHVWLPDWLRQRIWKHJOREDO

体の連続バイオセンシング電子情報

YROXPHRIVXUJHU\DPRGHOOLQJVWUDWHJ\

通信学会年総合大会シンポジウ

EDVHGRQDYDLODEOHGDWD/DQFHW

ム（最先端光計測とバイオ・医療応用）

–

埼玉県

KWWSVGRLRUJ6 .RML

7RPD

6XUIDFHSODVPRQ

SRODULWRQVIRU

ODEHOIUHHELRLPDJLQJ

DQG

FRQWLQXRXVELRVHQVLQJ1DQRDQG3KRWRQLFV





0DXWHUQGRUI

6DO]EXUJ$XVWULD
５．参考文献%RHUVPD(.HUWDL0'6FKRXWHQ2HWDO 3HULRSHUDWLYHFDUGLRYDVFXODUPRUWDOLW\LQQRQFDUGLDFVXUJHU\
9DOLGDWLRQRIWKH/HHFDUGLDFULVNLQGH[$P-0HG–
KWWSVGRLRUJMDPMPHG


'HYHUHDX[3-  &KDUDFWHULVWLFVDQG
6KRUW7HUP3URJQRVLVRI3HULRSHUDWLYH
0\RFDUGLDO,QIDUFWLRQLQ3DWLHQWV
8QGHUJRLQJ1RQFDUGLDF6XUJHU\$QQ
,QWHUQ0HG

― 89 ―

TOPへ戻る

,56DVVLVWHG2)'0V\VWHPにおける
セミブラインド伝搬路推定  情報通信工学科  菅 宣理  
共同研究者
なし
１．序論（はじめに，まえがき，目的）
次世代通信システムでは、ミリ波帯やテラヘルツ帯などの高周波数帯の利用が盛んに検討されている。しかしながら、高周波帯の電波 は 回 折 特 性 が 悪 く 、 1/26 （ 1RQ/LQH RI
6LJKW）での通信が不安定になるという課題があ る 。 こ の 問 題 を 解 決 す る た め に 、 ,56
,QWHOOLJHQWUHIOHFWLQJVXUIDFH あるいは
5,6 UHFRQILJXUDEOHLQWHOOLJHQWVXUIDFHと呼ばれる電磁波反射板の利用が盛んに研究

図,56を用いる無線通信システム

されている（図 ）。,56 は、反射特性を動的に制御できる複数の受動的な反射素子で構成されており、各素子の反射特性を適切に調整することで、1/26 環境下でも受信機までの複数の経路を形成することができる。しかし、,56 を用いた無線通信システムでは、全素子の反射係数を最適化するために、膨大な数の伝搬路を推定する必要がある。通常、伝搬路


ングシンボルを付加し、データ部分に続くことを前提としているため、データ部分の送信
前に伝搬路推定と ,56 制御（反射位相の決定とフィードバック）を完了する必要がある。
そのため、,56 の文献では、限られたトレー
ニング信号を用いて伝搬路を正確に推定するための伝搬路推定問題が議論されてきた。

推定は送受信で既知の信号であるトレーニン
グ信号を通信の冒頭で送信し、その信号の変化を見ることで伝搬路の影響を推定（伝搬路推定）するが可能になる。

トレーニング信号を用いない伝搬路推定技術としてブラインド伝搬路推定という技術が知られている。ブラインド伝搬路推定は、符号 分 割 多 重 ア ク セ ス （ &'0$FRGH GLYLVLRQ

一方、通信効率の観点からは、トレーニン
グ信号は情報を運ばない冗長な信号であるため、この伝搬路推定のオーバーヘッドを制限する必要がある。また、従来の研究では、無線フレームのプリアンブルに既知のトレーニ

PXOWLSOH DFFHVV ）、 直 交 周 波 数 分 割 多 重（ 2)'0 RUWKRJRQDO IUHTXHQF\ GLYLVLRQPXOWLSOH[LQJ ）、 多 入 力 多 出 力 （ 0,02
PXOWLLQSXWPXOWLRXWSXW）システム、シング ル キ ャ リ ア 周 波 数 領 域 等 化 （ 6&)'(― 90 ―

TOPへ戻るVLQJOHFDUULHUIUHTXHQF\GRPDLQ

２．研究計画HTXDOL]DWLRQ）などの幅広い無線通信システ【研究計画の概要】

ムにおいて広く研究されている。ブラインド

本課題では、セミブラインド手法により伝伝搬路推定には様々な方法が提案されている。

搬路空間を抽出し、少量のトレーニング信号

最も代表的なブラインド伝搬路推定技術としにより得られた粗い伝搬路推定値を伝搬路空て、部分空間法に基づく方法が知られている。

間へ射影することで推定誤差を抑圧する。伝

部分空間法に基づくブラインド伝搬路推定で搬路空間を抽出するための具体的なアルゴリ

は、受信信号から伝搬路のインパルス応答

ズムについて主要なブラインド手法である部（&,5FKDQQHOLPSXOVHUHVSRQVH）または伝分空間法をベースに机上検討を行い、シミュ

搬路の周波数応答（&)5FKDQQHOIUHTXHQF\レーション評価により推定誤差が抑圧できる

UHVSRQVH）が含まれる信号空間を受信信号のことを確認する。

統計量から抽出することでトレーニング信号

を用いずに伝搬路推定を実現する。

３．計画の進行状況

本研究では、部分空間法に基づくブライン

比較手法となる =KHQJHWDO,(((:LUHO

ド伝搬路推定技術を ,56 が存在する環境にお&RPPXQOHWWHUV）の結果をシミュレー

ける 2)'0 システムに対して適用し、トレーニ

ションにより再現し、かつブラインド伝搬路

ング信号の送信を大幅に削減する伝搬路推定

推定に関する基礎検討に取り組んだ。シミュを実現することを目指す。,56 を想定した従レーションを行い =KHQJ の手法の再現ができ

来の伝搬路推定方法と同様に、無線フレームることを確認した。また、ブラインド伝搬路の最初に一定数のトレーニングシンボルを送推定に関する基礎検討では、まず、代表的な信し、その後データシンボルを送信すると仮ブラインド推定技術である、部分空間法に基定する。,56 はデータ送信期間中、615 VLJQDO

づく手法、線形プリコーディングに基づく手WRQRLVHUDWLR を最大化するために ,56 上の法、最尤推定に基づく手法等のサーベイ・,56

各要素の反射特性を固定する。しかしながら、を想定した最新のセミブラインド手法につい反射特性を固定することで、部分空間法によてサーベイを行った。,56を想定した無線通る推定解の一意性が保たれないという問題点

信システムの場合、推定対象となる伝搬路はがある。そこで、本検討では、部分空間法に反射素子数倍に増加するため、計算コストのよる一意の推定を求めるのではなく、&,5 が増加に留意する必要がある。そのため、受信属する空間の情報を抽出し、トレーニング信

信号が観測されるたびに、推定値を更新する

号を用いる伝搬路推定で発生する推定誤差をことで低演算量な推定が可能である部分空間

抑圧するために、部分空間法から得られた空法に基づくブラインド伝搬路推定手法をベー

間情報を利用することを考える。具体的にはスとなるアルゴリズムとして採用することと空間情報から射影行列を構成し、トレーニンした。

グ信号により得られた推定解を信号空間に射影することで推定誤差の抑圧を行う。このよ

セミブラインド伝搬路推定による推定誤差
抑圧について

うに、トレーニングに基づく伝搬路推定とブ

当初の予定の通り、パイロット信号による

ラインド伝搬路推定の両方を利用するセミブ

ラフな伝搬路推定値に対して、部分空間法に

ラインド伝搬路推定を提案し、その有効性をよる推定誤差の抑圧手法について検討を行っ確認することを研究目的とする。

た。部分空間法は、送信側から送られた信号

が受信側で観測された際の信号の空間に注目― 91 ―

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し、その空間を構成する固有ベクトルを利用路を推定するために受信信号に対して統計量

して伝搬路推定を実現するものであるが、,56を算出する際に、反射係数を切り替えることを用いる通信システムを想定すると、各反射によりパイロット信号を用いずに各伝搬路を素子を経由する伝搬路が受信側で合成される推定するブラインド（セミブラインドではな

ため、個々の伝搬路の推定が困難にある。そい）推定手法について検討を行った。ブライ

こで、本検討では各伝搬路の合成された空間

ンド推定はトレーニング信号を用いないため、を部分空間法により抽出し、その空間の情報

トレーニング信号を用いる伝搬路推定手法とを用いて信号空間に数学的な射影を行うこと

比較してより効率的なアプローチである。

で推定誤差の抑圧を行うことを検討した。

図  に本検討の推定精度に関するシミュレ

提案したセミブラインド伝搬路推定によるーション結果を示す。図中の青線が部分空間

推定誤差抑圧手法の推定精度に関するシミュ法によるブラインド伝搬路推定（提案手法）、

レーション結果を図  に示す（提案手法：○、

赤線がパイロット信号による伝搬路推定であ=KHQJ の手法：＋）。シミュレーション結果かる。提案手法では低い送信電力の場合、パイら、パイロット信号を用いた伝搬路推定に対ロット信号による推定と推定精度の大きな隔して提案手法はより高精度な推定が実現できたりがあるが送信電力が大きくなるにつれてていることが確認できる。提案手法により信その差が小さくことが確認できる。また、,56

号対雑音電力で約 G% 程度の改善が見込みるを想定した無線通信システムにおいてはパイことが明らかとなった。

ロット信号を用いる推定が多く検討されてお

り、完全なブラインド推定は実現されていなかった。そのため、本検討により世界先駆けてパイロット信号を用いずに ,56 制御を実現できる可能性が示唆された。
図セミブラインド伝搬路推定による推定
誤差の抑圧効果図 部分空間法に基づくブラインド推定

反射係数を切り替えるブラインド推定について

前節で述べた部分空間法を用いるセミブラ

深層学習を使った ,56 制御について

インド推定による推定誤差抑圧手法の検討に

前節までの検討は、,56 が完全にパッシブなおいて、各反射素子を経由する伝搬路が受信状況（伝搬路推定のための高周波回路を持た側で合成されることに起因して各伝搬路の推ない状況）を想定して検討を行った。本検討

定が困難であることが明らかになった。そこ

では、,56 がいくつかの素子に高周波回路をで、本検討では、合成された信号から各伝搬持ち（アクティブ素子と呼ぶ）部分的には伝― 92 ―

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搬路推定を行うことができる状況を想定した

４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況

検討を行った。,56 制御では、素子の反射係

本研究では、少量のトレーニング信号ある

数として取りうる値の組み合わせで構成されいはトレーニング信号を用いずに受信信号のる反射パターンを列挙したコードブック中かみから伝搬路推定を行う技術を検討した。
（セ

ら適切なパターンを選択することで制御を行ミ）ブラインド処理は一般的に、アルゴリズ

う。アクティブ素子の推定値からコードブッ

ム中に固有値分解の処理が含まれるため、大クの各制御パターンでのスペクトル効率

きな演算量（反射素子数×送信アンテナ数×（ESV+]）を予測するようにデータセットを

受信アンテナ数の  乗オーダー）が必要とな作成し学習・予測を行う。既存の深層学習をる。スマートホンや ,R7 デバイスのように十用いる ,56 制御手法は、ある時点での伝搬路

分な計算資源を持たない端末での処理を想定

推定値のみから予測を行っているが、無線端すると、伝搬路推定アルゴリズムの低演算量

末は地理的に連続に移動するため、無線端末化は必須の検討課題である。また、無線伝搬の移動速度によっては、近い過去にアクディ

路は送受信端末の位置関係により変動するたブ素子で観測した伝搬路推定値にも各制御パ

め、端末移動による伝搬路変動に追従可能なターンのスペクトル効率に関する情報が含まアルゴリズムの検討も行う必要がある。また、れていると考えられる。そこで、過去の地点

本助成により行った検討から派生して、伝搬でのアクティブ素子の推定値を含めた時系列

路推定間隔を動的に制御する方式や信号対雑構造の入力値を持つデータセットを作成し、音電力が低く同期が正しく行えないような状時系列を考慮できるモデルである /RQJ況でどのように ,56 を制御するか等の新たな

6KRUW7HUP0HPRU\ /670 で予測を行うこと

学術的課題も明らかとなった。

を提案した。また、動き方が予測精度に影響を与えると考えられるため、実際に想定され発表状況

る移動パターンに合わせたデータセットを作>@<7VXFKL\D16XJD.8UXPD0

成し提案手法の性能を評価した。図  に深層)XMLVDZD

,56

5HIOHFWLRQ3DWWHUQ

学習を用いた ,56 制御手法の評価結果を示す。

Prediction Considering Receiver’s Moving

評価尺度はスペクトル効率（DFKLHYDEOHUDWH

6SHHG

>ESV+]@）である。既存手法（7DKDHWDFFHSWHG 

DO,((($FFHVV）と比較して移動パタ>@<7VXFKL\D16XJD.8UXPDDQG

 -RXUQDO RI 6LJQDO 3URFHVVLQJ

ーンを考慮したデータセットを作成し、学習M.

Fujisawa,“LSTMEDVHG

を行った結果、より適切な ,56 制御が実現で(IILFLHQF\

きることが明らかとなった。

:LUHOHVV7HUPLQDO0RYHPHQWLQ,56$VVLVWHG

3UHGLFWLRQ

Systems,”

in

Proc.

7HFKQRORJ\&RQIHUHQFH

E\
IEEE

6SHFWUDO&DSWXULQJ
Vehicular

97&6SULQJ +HOVLQNL)LQODQG-XQ図 深層学習による ,56 制御の効果― 93 ―

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複雑ネットワーク上の量子空間探索における普遍性の探究
工学部 情報工学科

渡部昌平

チップ上に量子ビットを配置した際の特性や，１．序論（はじめに，まえがき，目的）
量子コンピュータは数十年前から基礎的な狙った量子アルゴリズムのゲートの掛け方と研究が行われているが，現在，基礎研究だけいった特定の構造に対する特性の探究はターでなく集積化など量子エンジニアリングとしゲットから外れる．

ての側面でも精力的に研究がされている．実量子コンピュータは，量子的な性質により，際，米国 Google により量子超越性が示された

スーパーコンピュータなど古典コンピュータ

だけでなく，中国も量子暗号通信技術を持つでは扱えない大規模な計算リソース・計算時

人工衛星によって量子もつれの配信に成功し間を必要とする計算処理に有用である．そのた．また，量子計算機だけでなく，それらを使ため，スーパーコンピュータなどの古典コン

った量子インターネットなど量子情報社会にピュータを用いて，大規模な量子複雑ネット

向けた研究も精力的になされている．量子コ

ワークをシミュレーションすることは，そのンピュータ・量子情報技術は，量子力学特有計算能力の限界により不可能である．そこで，の重ね合わせ・干渉効果・量子もつれを賢く

量子複雑ネットワークに対して，完全な答え，

使う次世代情報技術である．

厳密な波動関数を求めるのではなく，普遍的

一方，ネットワーク科学は 21 世紀の新しいな性質や，系のサイズが大きくなった際にど科学と呼ばれている．その守備範囲は神経ネのようにスケールするかというスケーラビリ

ットワーク・社会ネットワーク・通信ネット

ティの問題が重要になる．

ワーク・電力網など多岐に渡り，学理だけでそのような視点で，本研究では複雑なネッなく経済・健康・セキュリティ・感染症などをトワーク上の量子システムの特徴・普遍性をはじめとして社会的にインパクトを与えてい明らかにしたい．ここで，どのように複雑ネ

る．このネットワーク科学は，現代の高度情ットワークと量子系を融合させるかという問

報 化 社 会 に お い て World-Wide-Web や 移 動 体

題がある．量子計算のアルゴリズムの１つに，通信ネットワークがスケールフリー性・スモ

データベ ー ス探索に 関 連する Grover のアルールワールド性などいくつかの普遍的なクラゴリズムが広く知られており，本研究ではこスを構成していることを明らかにしてきた．

れに着目する．

次世代情報化社会では量子力学的優位性をGrover のアルゴリズムは，データベースの用いた量子コンピュータ・量子通信・量子暗デ ー タ 点 数 𝑁𝑁に 対 し て 計 算 量 が ���𝑁𝑁)で ス ケ

号・量子センサなどが融合し，高度な量子複雑ネットワークを構成することが予想される．
本研究目的は量子系と複雑ネットワークの境ールすることが知られている．これは古典的な 線 形 探 索 の 計 算 量 ��𝑁𝑁) よ り も 優 れ て い る
アルゴリズムである．量子空 間探 索とは ， こ

界領域が生み出す学理を構築し，その普遍性と特異性を予見する基礎を構築することである．反対に，本研究では，量子コンピュータの― 94 ―

TOPへ戻る図 1. フ ラ ク タ ル ネ ッ ト ワ ー ク (Sierpinski
carpet)上の量子空間探索[Phys. Rev. A 101,
022312 (2020)]．

図 2. 周期 Q に対する要素数 N の指数とス
ペ ク ト ル 次 元 の 関 係 [Phys. Rev. A 101,
022312 (2020)]．

の Grover アルゴリズムを多様なネットワー
ク上に拡張したものである．
複雑ネットワーク上の量子空間探索に対しては，Erdos-Renyi ランダムグラフ[Phys. Rev.
Lett, 116, 100501 (2016)], Bollobas スケールフリーネットワーク [Phys. Rev. A, 101,
022310 (2020)] 上 の 量 子 空 間 探 索 の 研 究 が行われ，Sierpinski gasket などのフラクタル格子に関しては筆者たちの先行研究も含めて文献[Phys. Rev. A, 86, 012332 (2012),
Phys. Rev. A, 98 012320 (2018), J. Phys.
Soc. Jpn. 87, 085003 (2018), Phys. Rev. A
101, 022312 (2020)]などがある(図 1,2)．
筆者たちは，この量 子 空間探索の 有効的な計算時間について，フラクタルネットワーク
上に現れるスケーリング仮説を提案していの研究を通じて，各ケースに対するスケーリ
ング則は明らかになったものの，フラクタル
性・スモールワールド性・スケールフリー性・
ランダム性に対して，より統一的な視点での普遍性は明らかになっていない．本研究では，
複雑なネットワーク上に配置されたデータを量子空間探索し，ターゲットを発見する際の普遍性を明らかにする．それにより，ネット
ワークが大規模化した際の指標を提案するのが狙いとなる．
２．研究計画
実在する複雑ネットワークの中には，ラン
ダム性・スケールフリー性・スモールワール
ド性・クラスター性・フラクタル性を持つネる[J. Phys. Soc. Jpn. 87, 085003 (2018),
Phys. Rev. A 101, 022312 (2020)]．この仮説は，格子点数に対して有効的な計算時間がべき関数になり，その指数がフラクタル図形の 特 徴 量 (次 元 な ど )の 組 み 合 わ せ に よ っ て ，
数値誤差の範囲内で高精度に与えられるものである．
このようにさまざまなネットワークに対して，量 子空 間 探索 の 特徴的なスケーリング則が解明されつつある．しかしながら，これら― 95 ―

図 3. 研究対象のモデル

TOPへ戻るットワークが報告されている．
本研究では，(1)ランダム性, (2) スケール
フリー性, (3) スモールワールド性，(4) フラクタル性に着目した複雑ネットワークに対して，量子空間探索を行いその普遍性を見つけ出すことが計画である(図 3)．
ランダム性は Erdos-Renyi モデルで，スケールフリー性は Barabasi-Albert モデルで，ス モ ー ル ワ ー ル ド 性 は Watts-Strogtz モ デルで生成することができる．これらのモデル
で量子空間探索を行い，それぞれの複雑ネッ
トワーク上のノード数に応じて，量子空間探索の計算時間などがどのようにスケールするかを見出す．そのデータを元に普遍性を明らかにする．
複雑なネットワークを生成する際には，ある確率分布を使い基準となるネットワークに
ランダム性を加える．このネットワークのエ
ッジの張り替え確率を徐々に大きくしていくと，生成されるネットワークは秩序だったネットワークから，例えばスケールフリーネッ

図 4. フラクタルβモ デルに対す る結合定数 𝜸𝜸,

周期𝑸𝑸, 最大発見確率𝑷𝑷の格子点数 N 依存性

トワーク，ランダムネットワークへと変化していく．乱数を使ったネットワークの張り替えを行うので，複雑ネットワークが生成されるたびにネットワーク構造は異なるものになる．

フラクタル性とスモールワールド性を併せ持つモデルにフラクタルβモデルがある．このモデルは，張り替え率βを増加させること
で，フラクタルネットワークからスモールワ
ールドネットワーク，ランダムネットワーク

このように個々の形の異なる複雑ネットワーク上での量子空間探索に対して，個々のネットワークの形状にはよらない普遍性があるのではないかという仮説のもと，その普遍性の探索を行う．

を 生 成 可 能 で あ る ． 格 子 点 数 𝑁𝑁に 対 し て 解 析を行ったところ，各ネットワークに対して，張り替え率βに依存するスケーリング則が見出され，統一的な視点を見出すことは困難であった(図 4)．
一方，ネットワーク科学には，ネットワー

３．計画の進行状況

クの性質を決める指標として，パス長，クラ量子空間探索のスケーリングは，通常，量子 探 索 の 最 大 発 見 確 率 𝑃𝑃と そ れ が 現 れ る 周 期
𝑄𝑄について，格子点数𝑁𝑁のべき関数を仮定してスケーリングを調べる．今回は連続時間アルゴリズムを採用したので，データの発見確率に関する結合定数𝛾𝛾も最適化を行い，その際のスタ係数など複数の特徴量が存在する．量子空間探索に対して，さまざまな指標を試行錯
誤しデータ解析したところ，平均パス長比を使うことで，さまざまな複雑ネットワーク上の量子空間探索のデータが，同じ冪指数をもってプロットできることがわかった(図 5)．

スケーリング則も解析した．

― 96 ―

TOPへ戻るフラクタルとスモールワールドのネットワ

題である．
また，本研究の共同研究者(東京理科大学二国徹郎教授と東京理科大学・KDDI 佐藤嶺氏)とは，本研究を通じて，ネットワーク科学や離散数学の視点，量子コンピュータの視点，
アルゴリズム的な視点からさまざまな議論を行ってきた．これらを踏まえ，現在，巡回セー
ルスマン問題の最短経路問題に対して，量子ゲートを 用 いた Grover アルゴリ ズムの効率的計算手法を開発している．特に，分割統治法を用いた効率化を行っている．
量子複雑ネットワークの研究が萌芽的段階にあり，ネットワーク科学が 21 世紀の科学であることも相まって，当該研究は次世代量子複雑ネットワークについて重要な知見になることが期待される．
学会発表等

図 5. フ ラ ク タ ル β モ デ ル に 対 す る 結 合 定 数 γ,

佐藤嶺, 二国徹朗, Giorgio Salani,
野原佳代子, 渡部昌平,

周期 Q, 最大発見確率 P の平均パス長 L 依存性“複 雑 ネッ トワ ー ク上 の量 子 空間 探索 ”ークだけでなく，スケールフリーネットワー

日本物理学会 秋季大会(2023 年),

クに対しても，関数系は異なるが同じように

2023 年 9 月 10 日 (東工大), 10pS5-13

平均パス長で異なる張り替え率のデータを統(口頭).

一的にプロット可能であることがわかった．



Shohei Watabe,“Quantum Spatial Search on Complex
Network”

４.今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況

The Virtual QBIC Workshop 2022

本研究では，複雑ネットワーク上の量子空間探索において，従来の格子点数ではなく，Oct. 12 2022, (ZOOM) (Oral) [招待講複雑ネットワークの特徴量である平均パス長演]を導入することで普遍的振る舞いが現れるこShohei Watabe,とを新たに発見した．当該研究成果は論文投“Quantum Spatial Search on Complex

稿準備中である．

Network”
OIST

なぜパス長が良い指標になるのかは現在のCenterfor

Quantum

ところ明確にはわかっていない．経路積分な

Technologies Mini Symposium

どの枠組みを使って，今回の量子空間探索とNov. 9, 2022 (OIST). [招待講演]

パス長の関係を与えることはできたが，本研



渡部昌平

究のスケーリングの結果を直接的に説明する

複雑ネットワーク上の量子空間探索

までには至っていない．この点が残された課

2023 年 2 月 22 日(online) セミナー
(三重大学) [招待講演]― 97 ―

TOPへ戻る

'HYHORSPHQWRID/HDUQLQJ%DVHGDQG'DWD'ULYHQ
&RQWURO0HFKDQLVPIRU6\VWHPV8QGHU8QFHUWDLQ2SHUDWLQJ&RQGLWLRQV  先進国際課程 &HWLQND\D$KPHW


lack

１．3DSHULQWURGXFWLRQ

ofcontrol-theoretic

learning-based

approaches that can stabilize uncertain equilibria.
As a brief introduction to the research project,

Purpose and unique points: The principal

first we provide the background on learning-based

investigator (Cetinkaya) has recently proposed aapproaches, then we state the motivation, purpose,

new learning-based data-driven control method

and unique points of the project.

that introduces switching and delay components

Background: Designing control strategies forto the system, enabling the replacement of signals

nonlinear systems can be a challenging task,corresponding to "difference from equilibrium"

especially when there are uncertainties present inwith signals corresponding to "difference from athe system's dynamics or environment. In recent

delayedyears,

learning

mathematical guarantees for stabilizing uncertain

techniques have demonstrated remarkable successequilibria or periodic orbits of a nonlinear system.

across various application domains. This successThis proposed research project was proposed withcan be attributed, in part, to novel methods thatthe purpose of developing new data collection

enable the use of graphical processing units

algorithms and data-driven control. The unique(GPUs) for training large-scale neural networks.

idea in this project is that switching and delay

Moreover, the success of deep learning hascomponents

reignited interest in learning-based control. Whilesystem dynamics (see Figure 1). Normally suchthere exist several types of learning-based control

components may degrade the control performance,

methods and problem settings, most research in

but in this setting they help.

deep

neuralnetwork-basedstate."

areThis

methodintentionallyhasrigorous

introducedinthis area can be divided into two categories: (1)neural network-based control approaches and (2)data-driven control approaches that rely onclassical

controltheorysuch

assystemidentification and the concept of persistency of
excitation.
Motivation: However, the existing learningbased

controlmethods

assumethattheequilibrium to be stabilized is known, even if thenonlinear system model is unavailable. There is a

Figure 1. Unique components in the approach― 98 ―

TOPへ戻る
２．5HVHDUFKSURJUDP

of systems, a two-layer data-driven control

scheme needs to be developed (see Figure 2).
In the following, we explain goals and targetsof the research project and discuss the main
phases of the research project.
Goals: The main goal of this project is toprovide mathematical guarantees for stabilizing
uncertain equilibria or periodic orbits of a wide
range of nonlinear systems. In addition to thismain goal, another goal is to apply learning-based
Figure 2. Two-layer data-driven control

approaches to1) security and transportation-related problems
in game-theory and control systems

II) Practical demonstration phase: This phase2) testing of automated driving systems

includes demonstration of the proposed approachin various domains such as game-theoretic

Targets: This project has two key targets:decision making in the context of vehicle platoons

1) to develop advanced scientific theories andand secure networked control systems, self-

publish articles in top journals of control andbalancing robots, and testing of automated driving

learning theory

systems.

2) to create software libraries that can be used inpractical systems such as robotic arms and３．6WDWHRISURJUHVV

vehicle platoons where uncertain equilibria

may exist

The state of progress of the research project is
explained in two parts that correspond to

Phases of the research project: The project hadtheoretical and practical development phases.

two main phases: I) Theoretical development
1)

phase and II) Practical development phase.

Analysisofdata-driven

approaches(theoretical phase): The research project targetedI) Theoretical development phase: The primarystabilizing unstable periodic orbits of nonlinear

investigator started the theoretical phase of thissystems with uncertain information. As a result,project in his recent work that was presented in

we put forward a data-driven feedback designIEEE Conference on Decision and Control

approach for a Pyragas-type delayed feedback(Cetinkaya & Kishida, IEEE CDC 2021). The

controller.

theoretical development phase is to further extend

stabilizing periodic orbits into an equilibrium

this recent work to handle a larger class ofstabilization problem, we were able to obtain asystems. This requires stability analysis andfeedback gain that stabilizes the periodic orbit

analysis of input-output data size requirements. In

using a set of matrix inequalities that solely

addition, the tolerance of the proposed approach

depend on the available input and state data.

against noise needs to be addressed. Furthermore,

These theoretical findings were submitted in

making the approach more suitable to a large class

September 2022 for possible publication to IEEE

By

convertingtheproblemof― 99 ―

TOPへ戻るTransactions

on

Automatic

Control.

The

autonomous driving agent would navigate outside

manuscript received reviews, and it is currentlyof the driving lane, also known as an "out-of-under revision [1].

bound episode." To achieve this, CRAG utilized
combinatorial testing to investigate various road2) Game-theoretic analysis of vehicle-platoons

configurations, defined by lengths and curvatures(theoretical progress): One of the goals of thisin the Frenet frame representation. The primary

project is to apply the data-driven approach toconcept behind this is to train the model togame-theory problems. While this is a practicalgenerate novel and increasingly difficult roadgoal, together with Adrianto Ravi Ibrahim andscenarios using an initial set of random roads.

Masako Kishida from National Institute ofWhile this particular use case falls outside theInformatics, started the theoretical research as acontrol domain, it serves as an instance of a data-basis of this goal. In particular, we investigateddriven approach.

the platoon matching problem in terms ofcomplexity

andefficiency. We

analyzeda4) Data-driven approaches in security-related

noncooperative game among vehicles that decide

problems (practical progress):whether or not to form a platoon on a single road.

investigator co-authored three publications thatTo determine the computational complexity of

involved

calculating Nash equilibria in this game, we

approaches in their simulation.

security

problems

The primaryanddata-based

established an overall upper bound for the lengthof any best response sequence. When the vehicles

First, together with researchers from National

were

Institute of Informatics and Advanced Institute ofinterchangeable,characterized

the

Nash

we

completely

equilibrium.

We

Science and Technology, the primary investigatordiscovered that platooning games can be highly

developed a spatio-temporal logic, which enabled

inefficient in the worst case, with a potential zero

us to define topological properties of networks ofprice of anarchy even when vehicles havecommunicating agents. We showcased the logic's

identical cost functions. Our results are publishedusefulness

in the proceedings of IEEE Conference on

monitored a complex property that ensured

Decision and Control [2].

resilient consensus in a security problem. Our

throughanexample,

where

we

results were published in the proceedings of IEEE
3) Testing automated driving systems (practical

Conference on Decision and Control [4].

phase): The primary investigator noticed thatdata-driven and learning-based approaches canSecondly,also be useful in the testing of automated driving

University of Seville and CentraleSupelec, we

systems. To this end, together with Paolo Arcaini

proposed a stochastic Model Predictive Control

from National Institute of Informatics, we(MPC) scheme to handle packet losses andpresented CRAG, a generator of road scenarios

external disturbances in a networked control

basedsystemoncombinatorial

testing,

which

we

togetherwithsimultaneously.

researchersWe

compared

from

the

submitted to participate in the Cyber-physicalalgorithm performance through simulations withsystems testing competition at SBFT 2023 [3].

other MPC alternatives and a feedback control law.

Our objective was to create roads that an

ur results were published in the proceedings of― 100 ―

TOPへ戻るIFAC Workshop on Control Applications ofand Control, pp. 2870-2877, 2022.

Optimization [5].
[5] T. Arauz, J. M. Maestre, A. Cetinkaya, C.
Finally, with researchers from Tokyo Institute of

Stoica Maniu, "A Tree-Based Multi-Scenario

Technology and the New York University, weApproach to Networked MPC under Packet

developed a two-player game-theoretic problem

Losses and Disturbances", Proc. 18th IFAC

on agent networks, in which an attacker was

Workshopcapable of disabling network edges by emitting

Optimization, pp. 296-301, 2022.

on

Control

Applications

ofjamming signals to divide agents into clusters.
The defender, on the other hand, recovered some[6] Y. Nugraha, A. Cetinkaya, T. Hayakawa, H.

of the edges. We derived several theoretical

Ishii, Q. Zhu, "Rolling horizon games of resilient

findings to describe the properties of the two-

networks with non-uniform horizons", European

player game under specific conditions of the

Journal of Control, vol. 68, article no. 100693,

agents' communication network and the players'

2022.

energy parameters. Our results were published in
the European Journal of Control [6].

４ ． )XWXUH SURJUDP SDSHU VXEPLVVLRQ DQGUHVXOWVEULHILQJ

Publications:The

primary

investigatorisplanning

to[1] A. Cetinkaya, M. Kishida, "Data-Driven

continue this research in two main directions. The

Control of Nonlinear Systems with Uncertain

first direction is to expand the current project toPeriodic Orbits,", submitted to IEEE Transactions

the case where the state information is subject toon Automatic Control, 2023.

measurement noise. When measurements are
noisy

the

learnedcontroller

may

not

be

[2] A. R. Ibrahim, A. Cetinkaya, M. Kishida,guaranteed to stabilize the system. However, it"Complexity and Efficiency of Nash Equilibria in

may be possible to obtain certain probabilistic

Noncooperative Simple Platoon Games", Proc.

guarantees.

IEEE Conference on Decison and Control, pp.
4449-4454, 2022.

Secondly, the current approach of the project
has some restrictions on the systems that can beconsidered: a certain function related to system[3] P. Arcaini and A. Cetinkaya, "CRAG at the

dynamics is required to be locally invertible. To

SBFT

competition-Cyber-physicalbypass this invertibility restriction, there is a needsystems track," in 16th IEEE/ACM International

to develop a two-layer control system with two

Workshop on Search-Based and Fuzz Testing,controllers, one of which will be used to modify

SBFT 2023.

the dynamics of the original system to obtain a

2023

tool

new system that bypasses invertibility restrictions[4] C. Eberhart, J. Haydon, J. Dubut, A. Cetinkaya,

and the second one will be used for stabilizing theS. Pruekprasert, "Logic for Timed Agent Network

new

Topologies", Proc. IEEE Conference on Decison

considered as an application platform.

system. Self-balancing robots will be― 101 ―

TOPへ戻る

5HVHDUFKSURJUHVVUHSRUW )RUP 'HYHORSPHQWRIWRROVIRULQGHSWKVWXG\RQWKH
8QFDQQ\9DOOH\  先進国際課程 7URYDWR*DEULHOH

5HVHDUFKFROOHDJXHV-RUGL9DOOYHUGX8$% %DUFHORQD6SDLQ /LRQHO2EDGLD 8QLYHUVLW\/\RQ)UDQFH 
１．3DSHULQWURGXFWLRQ

H[DFWO\ ZKLFK W\SHV RI GHVLJQ FDXVHVQHJDWLYHIHHOLQJVDQGXVHWKHVHILQGLQJVWRPDNHJXLGHOLQHVIRUURERWKHDGGHVLJQ

2QH RI WKH PDLQ SUREOHPV LQ WKH

7KH YLVLRQ RI WKLV UHVHDUFK LV EURDG

DFFHSWDQFHRIURERWVLVWKHLUDSSHDUDQFHEHFDXVHThe

IDVFLQDWLQJ WRSLF WKDW GLG QRW KDYH D

“Uncannyhypothesis”

Valleywas( 不 気 味 の 谷 

introduced

by

Prof.

WKH

8QFDQQ\

9DOOH\LVD

FRQFUHWHGHYHORSPHQWVLQFHWKHV

0DVDKLWR0RUL+HVWDWHGDVLQ)LJXUH, DOUHDG\ VWDUWHG GHYHORSLQJ D PRGHOWKDWIDPLOLDULW\WRZDUGVURERWVLQFUHDVH

WKDWH[WHQGVWKDWRIWKH8QFDQQ\9DOOH\DV WKH\ DUH PRUH KXPDQOLNH EXW WKDW,W LV QHFHVVDU\ WR GHYHORS WRROV WR

there is a “valley”, in which users have

YDOLGDWHWKLVPRGHO

D QHJDWLYH IHHOLQJ URERWV DUH GHILQHG

“creepy”, “scary”).



,W LV VWLOO QHFHVVDU\ WR LQYHVWLJDWH

WKH YDOOH\ LQ RUGHU WR XQGHUVWDQG

Figure 1: The graph of the Uncanny Valley (不気味 の谷 ) hypothesis, showing from left to rightthe robots Roomba, NAO, Barthoc (in the valley), WKH -4 (in the valley), and a human. ― 102 ―

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5HVHDUFKSURJUHVVUHSRUW )RUP 
２．5HVHDUFKSURJUDP
7KHSODQZDVIRUPXODWHGLQVWHSV)RUPDOLVDWLRQRIWKHPDWKHPDWLFDOPRGHO RI WKH FXUYH UHSUHVHQWLQJ WKHYDOOH\

2QOLQH TXHVWLRQQDLUH WKDW VKRXOG

GHILQHWKHSDUDPHWHUVRIWKHHTXDWLRQRIWKHFXUYH

Creation of a “modular head” +DYLQJDURERWLFKHDGZRXOGEHQHFHVVDU\
DV LW FDQ EH D WRRO WR YDOLGDWH WKHPDWKHPDWLFDOPRGHODQGH[SORUHGLIIHUHQWFRPELQDWLRQVRIGHVLJQ,QDGGLWLRQWRWKHWKUHHDERYHSRLQWVWKH WKHRUHWLFDO GLVFXVVLRQ EDVHG RQ WKHRQJRLQJ UHVHDUFK SHUIRUPHG LQ RWKHUSURMHFWV VXFKDVWKH6&23(SURMHFW “H

7RJHWKHUZLWK3URI9DOOYHUGXDQG3URI

9L7$ LVDOVRFULWLFDOIRUH[SORULQJWKH$EDGLD ZH FDUULHG RXW D VHULHV RI

ILHOGDQGSURGXFHQHZLQVLJKWVPHHWLQJVLQZKLFKZHHODERUDWHGDOLVWRITXHVWLRQV WR EH DVNHG WR 3URI 0RUL 2I

WKLVOLVWZHVKRUWOLVWHGTXHVWLRQV




ͳǤ

３．6WDWHRISURJUHVV,QWKLVDFDGHPLF\HDU  WKHVWXG\RQ WKH WKHRUHWLFDO JURXQGV ZDV VWDUWHG
GDWD IRU WKH PRGHO ZDV DFTXLUHG  
DQG,FRXOGSURFHHGZLWKWKHDFTXLVLWLRQ 

   ǫ
sense of “unknown”ǤʹǤ   


“sacredness” or are the two

RIWKHWRROV  

5HJDUGLQJ WKH WKHRUHWLFDO JURXQG DYHU\XQLTXHFKDQFHKDVKDSSHQHG7KURXJK
3URI 9DOOYHUGX PHQWLRQHG KHUH DV
“UHVHDUFK FROOHDJXH” LW ZDV SRVVLEOH
WRUHDFK3URI0RULKLPVHOIWKHLQYHQWRU
RI WKH FRQFHSW RI WKH 8QFDQQ\ 9DOOH\ ǫ ͵Ǥ 

ǫ
ǫͶǤ 

ǡ 
 ǫͷǤ We attribute “high energy” or

SKRWREHORZIRUPWKH-DSDQ7LPHV “sacredness” to certain objects or― 103 ―

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5HVHDUFKSURJUHVVUHSRUW )RUP  Ǥ  
 
ǫ͸Ǥ Roboticists often use the “Wiz ǦǦOz” technique, which consists in

Ǥ 

roboticists from being “illusionists”  
ǫ͹Ǥ The concept of “magical thinking” is
AI. Do you think that “magic” can be  ǫ:HUHFHQWO\UHFHLYHGWKHDQVZHU,Q D SDUDOOHO DFWLYLW\ GXULQJ D
EXVLQHVV WULS WR 6LHJHQ 8QLYHUVLW\ LQ
*HUPDQ\ , VWRSSHG E\ 5DXWHQVWUDXFK-RHVWMuseum

Köln WKH DQWKURSRORJ\PXVHXPLQ&RORJQH*HUPDQ\:LWKLQ WKH H[KLELWV WKHUH ZDV D
VHFWLRQ DERXW ZRUOG PDVN

VHH LPDJHVEHORZ 


7KH VWXG\ RI WKHVH UHSURGXFWLRQV RI
GLVWRUWLRQRIWKHKXPDQIDFHLVFULWLFDO
IRU WKH UHYLVLRQ RI WKH PDWKHPDWLFDOPRGHODQGIRUWKHPDWHULDOVWREHXVHGLQ
WKHTXHVWLRQQDLUHV SRLQWV 
5HJDUGLQJ SRLQW  , ILUVW FRQWDFWHG
WZR FRPSDQLHV IRU WKH SURGXFWLRQ RI
DQGURLG KHDGV 7KH -DSDQHVH FRPSDQ\.RNRUR DQG D &KLQHVH FRPSDQ\ EDVHG LQ
'DOLDQUHTXHVWHG

8QIRUWXQDWHO\
IRU

WKH

WKH

EXGJHWSURGXFWLRQZDVH[FHHGLQJP\DYDLODELOLWLHV, ERXJKW D ODSWRS FRPSXWHU DQG RWKHU

― 104 ―

TOPへ戻る

5HVHDUFKSURJUHVVUHSRUW )RUP 
WRROV WR VWDUW WKH DFWLYLW\ LQ P\ QHZ5HJDUGLQJ WKH RWKHU SRLQWV LQ WKHODERUDWRU\7KHODELVQRZHTXLSSHGZLWKSURJUDPPHDVVRRQDVVWXGHQWVLQWHUHVWHG

3UXVDZLGH

LQWKLVWRSLFDUHDYDLODEOHWKHZRUNVRQDYDLODELOLW\ RI ILODPHQWV 7KH VNLQWKHTXHVWLRQQDLUHDQGWKHILQDOL]DWLRQRIFRORXU DVLQLPDJHEHORZ ZLOOEHXVHIXOWKHPRGHOZLOOSURFHHG

'

SULQWHUV

DQG

KDV

WRSULQWKXPDQOLNHURERWLFKHDGV:LWKWKHQHZFRPSXWHU,VWDUWHGFRGLQJWKHXSGDWHGPDWKHPDWLFDOPRGHOLQ0$7/$%
４ ． )XWXUH SURJUDP SDSHU VXEPLVVLRQ DQGUHVXOWVEULHILQJ&XUUHQWO\ ZLWK WKH FROOHDJXHV IURPDEURDG ZH DUH GLVFXVVLQJ RQ WKH DQVZHUVZHUHFHLYHGIURP3URI0RUL7KHLGHDLV
WR ZULWH D SDSHU DV D FRPPHQWDU\ RQ WKHWRSRIWKHVHDQVZHUV
7KH VXEPLVVLRQ FRXOG EH VHQW WR ,(((FRQIHUHQFHVVXFKDV+XPDQRLGVRUWRWKH
QH[W 5RERSKLORVRSK\ ,Q DOWHUQDWLYH LI
WKHPDWHULDOLVPRUHWKDQHQRXJKZHPD\RSWGLUHFWO\IRUDMRXUQDOVXEPLVVLRQ― 105 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１

Society 5.0 のための個人・世帯データの生成
電子情報システム学科

１．序論（はじめに，まえがき，目的）

原田 拓弥

⼤阪府⾼槻市牧⽥町
夫婦のみ世帯

第５期科学技術基本計画において，我が国が目指す未来社会として，サイバー空間とフィジカル空間を高度に融合させたサイバーフ

⼤阪府⾼槻市牧⽥町
⼥親と⼦供世帯28歳
男性，夫⾦融業，⼀般労働者
社員数 10⼈以上
所得\306,409

27歳
⼥性，妻⼩売業，短時間労働者
社員数 5〜9⼈
所得\86,831

,

30歳
⼥性，親

医療，⼀般労働者
社員数 10⼈以上
所得\262,342

8歳
男性，⼦

非労働者

,

…

ィジカルシステムにより，経済発展と社会的課題の解決を両立する Society 5.0 が提唱され# of Households
1
2- 5ている．続く第 6 期科学技術・イノベーショ

6 - 10
11 - 25

ン基本計画においても Society 5.0 を実現する

26 -ために，サイバー空間とフィジカル空間の融

Makita-cho

合が挙げられている．
このサイバー空間では仮想空間上に社会を再現することが目的とされている．そのためのデータとして，動的データ，静的データ，地理空間データの整備が進められている．その中でも人に関するデータの整備は難航している．政府や行政が収集している戸籍や納税のデータを用いることができれば，高精度なサイバー空間の構築が可能である．しかし，これらの市民のデータは個人情報保護やプライバシーの観点から利活用が困難である．
このような状況から，著者は政府統計をはじめとする利用可能な統計情報から仮想的な属性を持つ個人で構成される個人・世帯デー
タの生成（以下，合成人口データ）に関する研究を進めてきた．著者が生成した合成人口データの例を図 1 に示す．図 1 の合成人口デー
タでは，年齢，性別，世帯内の役割，就業に関する属性，住所属性を保持している．これらの属性を生成するために著者は実在する個人から調査・集計された実統計表とコンピュータ上に生成した個人から実統計表と同じように集計した合成統計表の統計量の差の最小化

図 1 合成人口データの例（この地図には国土地理院の基盤地図情報を用いた．）を目的とした離散最適化を用いて合成人口データの生成に取り組んでいる．
しかしながら，図 1 の合成人口データがもつ属性の数が少なく，サイバー空間上で展開できるデータ分析，シミュレーションに限りがある．また，合成人口データを組み込んだサイバー空間を用いて政策の検討や評価をするためには合成人口データの精度を高めなければならない．
そこで本研究では，合成人口データの精度向上ために市区町村の統計表を考慮した都道
府県単位の合成に関する研究，合成人口デー
タの精度評価に関する研究に加え，合成人口
データへ日常行動を合成するために従業地属
性の合成の 3 つに取り組む．

― 106 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１２．研究計画る都道府県に属するすべての市区町村の人口

２．１．市区町村の統計表を考慮した都道府を合成対象とする（図 2）．これにより，合成

県単位の合成人口データ内の家族類型別，男女別，1 歳階級

従 来 手 法 [1] で は 都 道 府 県 単 位 を 対 象 と しの人口が実統計表と一致し，合成手法が用いて合成手法が開発されていた．一方で合成人

る統計表である父子年齢差，母子年齢差，夫

口 デ ー タ へ 居 住 地 を 割 り 当 て る 手 法 [2]や 所

婦年齢差の統計表の縮小を可能な限り避ける

得属性を追加する手法[3]では，居住地の粒度ことで，珍しい属性をもつ少数の世帯を含めが市区町村レベルの合成人口データが必要とて合成することが可能な手法を提案する．

なる．このデータを合成するためには，人口分布の推計が必要である．人口分布の推計で２．２．合成人口データの精度評価

は，5 歳階級の人口分布を 1 歳階級へ推計し著者が取り組んできた合成人口データに関て合算した後，都道府県の実統計表と比較すする研究では，統計表と合成された合成人口

ると相違が発生していた．これにより，所得データから生成する統計表との差（以下，統属性の追加時に個票データ内のある年齢の人

計表との誤差）により合成人口データを評価

口が労働者数を下回ることがあり，年齢別労している．これは，統計表の利活用は可能で働者数の統計表を個票データに合わせて変更あるものの，実個票データの利活用は困難でする必要があった．

あるため，統計表との誤差により評価されてそこで，ある都道府県に属するすべての市いた．そのため，現実の集団と合成された合区町村の人口を同時に合成する手法を開発す

成人口データが同じ統計的特徴をもつ集団とる．従来手法[1]では，市区町村単位の合成人

言及することはできるが，現実の個々の世帯口データを生成する際に都道府県単位でしかとどの程度類似しているか評価できない．

得られない統計表を縮小して対応していたた

そこで，合成された集団と合成対象の集団

め，珍しい属性をもつ少数の世帯が合成できの類似度を評価する手法を開発する．従来のないという課題があった．提案手法では，あ評価手法では，実個票データの利活用は困難

Synthetic population

Synthesized statistics

Tottori-shi
15

m

m

...

,

f

,

32

30

m

f

12

9

7 4

f

m

m

f

Age difference between
father and his child

Yonago-shi
80

m

...

15

14

,

m

,

Tottori prefecture

Summarize

64

15

,

Actual statistics

Tottori prefecture

f

40

42
18

9

f
6 4

f

m

m

m

,

Age difference between
mother and her childAge difference between
father and his child
V.O. #2

Age difference between
mother and her child
V.N. #5-2

All cities of the prefecture *All cities of the prefecture *Age difference
between couple

Age difference
between couple
C.P. #17f

Kurayoshi-shi
56

17

17

m

m

,

...

,

f

All towns and villages of the prefecture

29

28
10

7

f
4 1

f

m

m

m

,

Sakaiminato-shi
59

13

13

m

m

,

...

,

f

29

33
13

8

f
4 0

f

m

m

m

,

Tottori-shi...

fIwami-choAge difference
between couple

62

m

...

12

12

,

m

,

m

32

36
15

8

f
6 4

m

m

m

m

,

f

All towns and villages of the prefecture

Age difference
between couplefCalculate difference
between actual statistics
and synthesized statistics

Demographic pyramid bynine family types of household(single years)...

Yonago-shi

Age difference
between couple
C.P. #17

Tottori-shi...
Age difference
between couple
C.P. #17

Yonago-shi...

Kofu-cho

Demographic pyramid bynine family types of household(single years) C.P. #16-1

...

64

m

m

,

,

30

32
12

9

f
7 4

f

m

m

m

f

: exclude cities withpopulation of 200,000 or more
C.P.: Population Census,
Basic Complete Tabulation on
Population and Households 20)
V.O.: Vital Statistics:
Occupational and Industrial Aspects 21)
V.N.: Vital Statistics, Natality 22)

Demographic pyramid bynine family types of household(5-year groups)

Total
demographic pyramid(Single years)

Demographic pyramid bynine family types of household(5-year groups) C.P. #16-2

Total
demographic pyramid(Single years)
C.P. #3-2

...

,

f

...

*

...

15

15

Kofu-cho

Kofu-cho...

...

Demographic pyramid bynine family types of household(5-year groups)

Total
demographic pyramid(Single years)

Demographic pyramid bynine family types of household(5-year groups) C.P. #16-2

Total
demographic pyramid(Single years)
C.P. #3-2

図 2 市区町村の統計表を考慮した都道府県単位の合成― 107 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１であるため，実統計表と，合成人口データか

３．計画の進行状況

ら集計される統計表（この統計表を合成統計

３．１．市区町村の統計表を考慮した都道府表と呼ぶ）の各統計量の差を用いて，合成人

県単位の合成口データを評価していた．提案手法では，ま本研究では，鳥取県を対象に提案手法と従ず，実統計表から仮想都市の人口（仮想都市

来手法[1]の比較実験を行った．比較実験では，における個票データ，以下，仮想個票データ）

従来手法[1]を用い，都道府県単位で合成するを作成し，仮想個票データを用いて統計表を手法（合成された各世帯は市区町村属性をも集計する．この仮想個票データから集計されたない），従来手法[1]を用い，都道府県下のすた統計表（以下，仮想統計表）を用いて人口合べての市区町村を個別に合成し，統合する手成することで，従来の評価手法である統計量法，提案手法を用いて都道府県を一度に合成の差に基づく評価ができるとともに，合成さする手法の 3 つの手法を比較する．これらのれた個票データと仮想個票データを比較する

3 つの手法では，それぞれ用いる統計表やそことができる．

の数が異なる．本論文では，これらの手法を比較するために，それぞれの手法において合２．３．従業地属性の合成

成終了後に，鳥取県を集計対象とする父子年

従来手法[1-3]では常在地の人口（いわゆる齢差，母子年齢差，夫婦年齢差，家族類型別，

夜間人口）を対象に合成している．モビリテ

男女 別 1 歳階級の人口分布を用いて評価を行

ィ，感染症などの政策を検討する際にはサイった．

バー空間上に日常行動と非日常行動からなる

鳥取県を調査対象とする統計表と合成デー

昼間人口を再現する必要がある．日常行動はタから作成する合成統計表の絶対誤差の総和

通勤，通学など日常的に行う行動である．非を表 1 に示す．総探索回数は 44,557,800,000 回

日常行動は旅行などの行動である．本研究でとした．なお，試行回数は 10 回であり，は平は，日常行動の中でも通勤に着目し，従業場均値を示している．表 1 の探索回数 1 人あた所を合成する方法を開発する．

り 100,000 回の誤差を人口で割った 1 人あた

従業に関する属性として，従来手法[3]では，りの誤差は，都道府県単位で合成する手法は従業先企業の産業分類，企業規模，就労形態，

0.000016 ， 市 区 町 村 単 位 で 合 成 す る 手 法 は月給を合成している．一方で，常在地に関す

0.045493，提案手法で合成する手法は 0.000324

る属性として，従来手法[1]では都道府県，もである．これはそれぞれ 60,780 人に 1 人，22

しくは，市区町村，従来手法[2]では居住する人に 1 人，3,084 人に 1 人，年齢に誤りがある

家屋の住所を合成している．この常在地と従ことを意味する．したがって，市区町村単位

業場所をつなぐために，合成手法が主としてのデータが必要な場合は提案手法を用いるこ

用いる国勢調査と異なる年度かつ集計対象でと で 従 来 手 法 [1] よ り 現 実 と 整 合 す る 合 成 人

ある経済センサスを用いる手法を提案する．

口データを得ることができる．

提案手法では，まず，常在地から従業地の市
区町村を割り当てる．次に，従業地の市区町

表 1 統計表との誤差の総和（10 回平均）
Total

村を用いて，従業市区町村内の町丁目を割り当てている．なお，常在地が人口 20 万人以上
か，人口 20 万人未満かによって公開されている統計表が異なるため，常在地の人口規模にPrevious
method [1]

応じて処理を変更する必要がある．

Prefecture
Localgovernment

Proposed method― 108 ―

St. dev.

8.2

2.6

22,673.8

18.4

161.6

10.8

TOPへ戻る【別添２】様式１
1.0

Othersdiff 10diff 9
diff 8diff 7
diff 6
diff 5diff 4diff 3diff 2diff 1
diff 0

0.8

ratio

0.6

0.4

0.2

C., ch., and a parent

C., ch., and parents

Couple and a parent

Couple and parents

Mother and children

Father and children

Couple and children

CoupleSingle0.0

1- 10 0.5 workers

10 0.5- 10

10- 10 1.5 workers

10 1.5- 10 210 2- 10 2.5 workers

10 2.5- 10 310 3- 10 3.5 workers

workers

workers

workers

図 4 従業地の合成結果
４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況

図 3 精度評価結果（10 回平均）本研究では，合成人口データの精度向上た

３．２．合成人口データの精度評価
本研究では，合成人口データと仮想個票デめに市区町村の統計表を考慮した都道府県単ータの一致度を比較するために，まず，仮想位の合成に関する研究，合成人口データの精都市を生成し，仮想統計表を集計する．次に，度評価に関する研究に加え，合成人口データ

各手法により合成された合成人口データと仮へ日常行動を合成するために従業地属性の合

想個票データを比較する．仮想都市の生成で成の 3 つに取り組んだ．それぞれ計測自動制

は，平成 27 年度国勢調査と 2015 年の人口動

御 学 会 論 文 集 [4, 5] ， IEEE Transaction on

態職業・産業別集計における東京都の統計表

Computational Social Systems[6]に採択された．

を用いた．なお，生成する世帯数は𝐻𝐻 = 500,000

今後，これらの手法を用いて日本全国の合成とし，999,032 人の仮想都市から各合成手法で人口データの生成を計画している．

用いる統計表を集計し，人口を合成する．

参考文献[1] T. Murata, T. Harada, and D. Masui: Comparing
Transition Procedures in Modiﬁed Simulated
Annealing-Based
Synthetic
Reconstruction
Method Without Samples, SICE JCMSI,10-6, pp.
513–519, 2017.
[2] T. Harada and T. Murata: Projecting Households ofSynthetic Population on Buildings Using
Fundamental Geospatial Data, SICE JCMSI, 10-6,
pp. 505–512, 2017.
[3] 杉浦，村田，原田：賃金構造基本統計調査に基づく合成世帯集団の労働者への所得の割当て，システム制御情報学会論文誌，32-2, pp. 70–79,
2019．
[4] 原田，村田：市区町村の統計表を考慮した都道
府県単位の人口個票の合成，計測自動制御学会
論文誌， 58-6，pp. 281-289，2022.
[5] 原田，村田，高橋：市区町村の統計表を考慮した都道府県単位の人口個票の合成，計測自動制
御学会論文誌，58-7，pp. 343-353，2022.
[6] T. Murata, D. Iwase, and T. Harada: Workplace
Assignment to Workers in Synthetic Populations inJapan, IEEE Transactions on Computational Social
Systems, 10 pages, 2022.

家族類型別，世帯間の差別の一致割合を図3 に示す．図 3 の Others は比較不可能な世帯の割合である．比較不可能な世帯を集計している理由は，世帯の家族類型，世帯人員数，ひとり親・子供の性別の内訳が異なる世帯やこれらの数が異なる場合があるからである．図3 から，合成人口データと仮想個票データに
お い て 完 全 に 一 致 す る 世 帯 の 割 合 は 78.28%
であった．
３．３．従業地属性の合成
本研究では，大阪府高槻市の合成人口デー
タを用いてに従業地を合成した．その結果を
図 4 に示す．図 4 から京都市と大阪市のベッドタウンである高槻市の特徴を反映した従業地合成ができたことがわかる．

― 109 ―

TOPへ戻る

サイバーセキュリティと国際関係  環境システム学科  持永 大  
１．序論（はじめに，まえがき，目的）

者をつなぐ領域横断的研究を実施し、サイバ

本研究は、異なる専門分野を領域横断的にー空間が国家・市場の権力構造に与える影響

見直すことで、国家・市場の権力構造を分析を明らかにする。

する研究である。具体的には、情報通信技術

２．研究計画

による社会と政治経済環境の変化を考慮する

本研究は、情報通信技術の発展から国家・ことで国家・市場の権力構造を明らかにする。

市場の権力構造の変化を分析するにあたって、そして研究成果としてサイバー空間と市場の

次のような分析アプローチに基づき計画する。

権力構造に関して国家、企業、個人が今後直本研究における分析のアプローチは、情報通面する課題と選択肢を提示する。

信分野の発展を政治経済学の理論から見直す

通信と情報処理技術は、社会経済の構造をことである。これにより基本的価値である安変え、国家・企業・個人の関係は変わった。

全保障・富・自由・公正をめぐる国際的体系

しかし、情報通信技術が与えた権力構造の変の側面を明らかにする。研究対象事例は、情化に関する研究は、政治経済、公共政策、技報通信技術をめぐる国家間の価値の違いに着術に跨がる領域横断的な研究が必要であり、目するため、インターネットの発展、米中関

困難である。そこで本研究は従来の学術的な係、中国のデジタルシルクロード、自由で開枠組みを超えた領域横断的なアプローチからかれたインド太平洋等とする。

サイバー空間が社会に与えた影響を分析する。

研究計画に関して、年度前半では理論的な本研究の特色・独創的な点は、情報通信分研究と既存研究の整理を実施する。その後に、野の発展を政治経済学の理論から見直すこと

研究結果をとりまとめ、海外における研究発である。情報通信技術が社会に与えた影響は、表を実施する。

国際政治経済における権力構造を変えている。

この研究は情報通信と政治経済をあわせてしかし、情報通信と政治経済分野に跨がる研研究することで新たな研究領域を確立し、海究の蓄積は少ない。

外での研究発表を行うことで、世界的な知の時間発展の観点から見ると、情報通信技術発展に貢献する事が可能である。現在の社会は数年単位で世代交代が起こる。一方、政治において、政治的権力や経済的権力の行使・経済分野は、十年程度の事象や環境変化を研維持において情報通信は不可欠である。それ究している。そのため、 世紀以降の政治経と同時に情報通信技術は、政治的・経済的安済理論は情報通信技術の重要性を指摘してい定が無ければ、利用不可能である。そのため、るが、情報通信技術の権力構造への影響に関この新たな領域の活性化を通じて、専門外のする研究は発展途上である。そこで、この両多様な研究者の参入を促し、知の発展に貢献― 110 ―

TOPへ戻るすることが可能である。

を補完し、中国の影響力を高めている。具体例えば、情報通信と政治経済を跨ぐ研究や的な事例には、オンライン決済や電子商取引研究者の少なさは文献数に表れている。国立等のデジタルプラットフォーム、データ保護

情報学研究所の学術情報データベース &L1LL

やサイバー空間における規範等の世界的なルによると、「情報通信」「政治経済」に関するール作りがある。

文献はそれぞれ  件、 件ある。
一方、両分野に跨がる「情報通信」と「政治 国際政治理論と情報革命

経済」の両方を含む文献は  件であり、同分

国際政治経済における理論は情報革命をど

野の研究が発展途上であることを示している。

う理解するか、学術的な議論を振り返る。学

術的な議論において、情報革命と国家間の関３．計画の進行状況

係に関する研究を蓄積してきたのは国際関係

 情報通信分野の発展見直し

論の分野である。国際関係論は、国家間の関本研究は、国際政治におけるパワーの概念

係を理論的に説明することで国際関係システを基に影響力を分析することで、その戦略的ムを理解しようとする分野である。現在の世な目的を明らかにした。この国際政治におけ界における国際関係システムの特徴は、それるパワーの概念は、中国の戦略、研究開発のぞれの国が主権を有し、それを超越するよう促進、企業の海外展開、技術標準の獲得、投な世界政府がいない無政府状態（アナーキー）資の回収といった個別の事例を結び、デジタ

なことである。このアナーキーな状況を理解

ルシルクロードの全体像を浮き上がらせるこすべく、国際関係論では現実主義（リアリズとが可能である。本書では国際政治学で利用

ム）、多元主義（リベラリズム）、または構成

されるパワーの概念として、ナイ（-RVHSK6

主義（コンストラクティヴィズム）等の観点

1\H-U）のソフトパワーやストレンジ（6XVDQ

から国家間の関係を記述する理論が発展した。

6WUDQJH）の構造的パワーの概念を活用する。

主権国家が国益を追求する現実主義の考え

ストレンジは、国際政治経済の動態を、直接方に立てば、情報革命は国家の要素の強化に相手に影響力を行使する関係的パワーと、政役立ち、基本的に世界の政治スタイルは変わ治経済構造を作り決定する構造的パワーの概らないとみる。現実主義の考え方においては、

念を用いて説明することで、国家、企業、専国家が国際関係における主役であり、国家は門家の影響力を分析した。この  つのパワー

利益を追求するために合理的に振る舞い、政の概念はデジタルシルクロードにおける各事治的権力と安全保障が核心的な価値を有する。

例を関係付け、デジタルシルクロードが経済

そのため、現実主義は情報革命を軍事力にお的支援として関係パワーの強化に寄与し、金ける 50$ や経済的利益を追求することに寄与

融や国際的なルール作りとして構造的パワーするものとして取り扱い、サイバー戦というを強化しているという理解を与える。この 

新しい領域が生まれたことも認めるが、従来

つのパワーは、技術を通じてインド・太平洋の安全保障や利益追求の一部であると考える。

の経済・安全保障に影響を与えており、中国

また、国際法や国際制度が国際秩序を形成

が用いているツールが違うこともわかる。関するとする多元主義の考え方に立てば、情報係パワーは一帯一路の道路、鉄道、港湾、通革命は国家が取り組むべき領域を増やしたと信ケーブル等の物理的なインフラに沿って展みる。多元主義は、国際関係における主体が開しており、中国の地政学的な連結性を高め多様であること、国家の対外政策における国ている。一方、構造的パワーは関係的パワー

内政策の重要性、国際法や国際制度における― 111 ―

TOPへ戻る
国際機関の役割を強調する。ナイは、リベラ

目的を理解するのに不十分である。例えば、

リズムによる情報革命の見方について、「 情報

なぜ多くの国がこれらの技術を受け入れるの

革命は民主主義的な諸国の役割を増大させ、か、低コスト機器に付随するリスクは何か、そのことによってカント的な民主平和が究極

または中国の技術を通じた影響力はどのよう的に実現する見込みを増大させる」と指摘しに効果を上げるのかといった問いには十分答ている。

えられない。

国際関係の重要な側面が思想や規範によって影響を受ける構成主義の考え方からすれば、アジアにおけるパワーバランス

情報革命は国家がこれまで作り上げてきた構

そこで本研究は、デジタルシルクロードに造を変えるものである。トフラー夫妻（+HLGL

ついて、国際政治におけるパワーをフレーム

7RIIOHU、$OYLQ7RIIOHU）やドラッカー（3HWHU

ワークとして、経済、安全保障、及び技術と'UXFNHU）は情報革命が産業革命の時代を特徴いう要素、インド・太平洋という地域の地政付けた階層的な官僚機構の終焉をもたらすと学からその目的と影響力を明らかにする。日

指摘した。その理由は、インターネット上の本を含む中国周辺のインド・太平洋地域の諸分権的な組織や共同体が独自の発展をもたら

国は、中国の台頭に伴う経済・安全保障のバ

し、これまでになかった統治のパターンを作

ランスの変化に適応しようとしている。経済り出すためである。このように、いずれの立のバランスについて、白石らの指摘するよう場も情報通信技術が国際政治経済に影響を与に、中国周辺諸国の経済のバランスは、中国・

えていることを示している。そのため、国家

米国・中国以外の国々の  者によるから構成は技術による自国の優位性を確保するためのされる。例えば $6($1 諸国は、この  者を利

取組を続けている。

用し自国の発展を進めてきた。その一方で、



中国周辺諸国の安全保障政策は、米国を中心

 中国のデジタルシルクロード

とした同盟関係に対する認識、中国に対する中国のデジタル・シルクロードは、インド

脅威認識によって異なる。安全保障面で対称

太平洋地域で積極的に拡大している。そこで、的な立ち位置にいるのはベトナムとタイであ中国共産党が推進する技術導入への関与とそる。ベトナムは、米国の軍事力を所与のものの価値という観点からデジタルシルクロードとすることはできず、中国と南シナ海を巡っを分析した。また、サイバー領域における中て領土問題を抱えており、米・豪・日・印・

華人民共和国の戦略的狙い、インド太平洋地

露との経済・安全保障上の協力関係をもとに域におけるデジタルシルクロードの影響、日バランスをとっている。タイは米国と安全保本の反応について研究した。

障上の協力関係にあり中国と国境を接してい中国は、一帯一路を通じて世界中の国々にないことから中国に対する脅威認識は異なる。

影響力を拡大している。一帯一路デジタル経

技術は、この経済・安全保障のバランスを済国際協力イニシアチブ（デジタルシルクロ

変える要素であり、デジタルエコノミー、情ード）は、一帯一路の情報通信分野における報通信技術、新興技術（人工知能、バイオテ構想である。これに対して米国等は、安全保クノロジー等）といった次世代のパワーバラ

障上の懸念、知財の窃取、およびプライバシ

ンスを形作るには欠かせない。なかでも情報ーの面において中国由来の技術は潜在的に高通信技術は、メッセージングアプリやオンラいリスクを抱えていると指摘している。しかインショッピングといった身近な道具から、し、これらの指摘は中国による影響力拡大の重要インフラや国際金融を支えており、先進― 112 ―

TOPへ戻る
国だけでなく途上国の経済発展を支えている。

いるツールが違うこともわかる。関係パワー

国連統計委員会のデータによると、国際貿易

は一帯一路の道路、鉄道、港湾、通信ケーブ

においてオンラインで提供される金融サービ

ル等の物理的なインフラに沿って展開しておス等の輸出額は、 年時点で約  兆 り、中国の地政学的な連結性を高めている。

億ドルである。この金額は、全世界の輸出額

一方、構造パワーは関係パワーを補完し、中の約 ％となっており、 年からの  年

国のソフトパワーとしてその影響力を高めて間に  倍になった。

いる。具体的には、オンライン決済や電子商

また、情報通信技術は安全保障分野におい取引等のデジタルプラットフォーム、データて、決定的な影響を与えるものとなった。米保護やサイバー空間における規範等の世界的軍は  年の湾岸戦争以来、情報通信技術になルール作りが挙げられる。

よる軍事における革命によって圧倒的な勝利

を得ている。情報通信技術は、統合情報シス

４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況

テムという形で軍に実装され、組織横断の相本研究では、中国の動向について研究し、互運用性を高めた。これによって戦場の情報

論文投稿を  件、国際会議での発表を  件、をリアルタイムに共有することが可能となっ国内会議での発表を  件、国内企業団体におた。この米軍の指揮・統制・通信・インテリける講演を  件行った。論文投稿については、ジェンスを統合する統合情報システムは、日

欧州連合の政府間機関であり、ヨーロッパ研

本を含む同盟国が導入するシステムの模範と究、特に (8 研究において、世界最高峰の教なり、システム間の連携による情報共有は米育・研究機関として名高い欧州大学院が発行

国との安全保障協力の礎を成している。

する論文誌に投稿を行い、論文が掲載された

本研究はデジタルシルクロードの形成を振>@。また、マレーシアやインドネシアにおいり返るとともに、国際政治におけるパワーのて、本研究の成果発表として、研究・イノベ

概念を基に影響力を分析することで、その戦ーション学会、第  回光海底ネットワークシ

略的な目的を明らかにする。この国際政治に

ン ポ ジ ウ ム 、 &KXQJ+XD ,QVWLWXWLRQ IRUおけるパワーの概念は、中国の戦略、研究開(FRQRPLF5HVHDUFK、,QVWLWXWHRI6WUDWHJLF

発の促進、企業の海外展開、技術標準の獲得、

DQG,QWHUQDWLRQDO6WXGLHV0DOD\VLD にて発投資の回収といった個別の事例を結び、デジ表を実施した。また、企業講演に関して、内タルシルクロードの全体像を浮き上がらせる閣サイバーセキュリティセンター、公益社団

ことが可能である。スーザン・ストレンジは、

法人日本経済研究センター、福島県中小企業

国際政治経済の動態を、直接相手に影響力を同友会、富士山会合ヤングフォーラムにて研行使する関係パワーと、政治経済構造を作り究内容に関する講演を実施した。

決定する構造パワーの概念を用いて説明することで、国家、企業、専門家の影響力を分析参考文献した。この  つのパワーの概念は各事例を関係付け、デジタルシルクロードが経済的支援>@D.
 Mochinaga, "China’s Digital Silk

として関係パワーの強化に寄与し、金融や国

5RDG DQG LWV LQIOXHQFH LQ WKH

際的なルール作りとして構造パワーを強化し,QGR3DFLILF (XURSHDQ 8QLYHUVLW\ているという理解を与える。この  つのパワ

,QVWLWXWH 6DQ 'RPHQLFR GL )LHVROH

ーは、技術を通じてインド・太平洋の経済・

安全保障に影響を与えており、中国が用いて― 113 ―

TOPへ戻る

ラティス構造の強度特性と数値解析の研究
デザイン工学科  早房 敬祐




１．序論

$Q\FXELF 社製の 0HJD; を使用した．フィラ

' プリンタは従来の製造方法では困難でメント素材について，本研究ではクッション

あった周期セル構造体を造形することが可能性を有する製品をターゲットとしていることであり，6/6 方式や 6/$ 方式の ' プリンタにから軟質材である 738（熱可塑性ポリウレタ

よって，靴のインソールやヘルメットなどがン：6DLQ60$57 社製）を採用した．造形デー

製品化されている。一方，家庭用 ' プリンタ

タの作成に使用するスライサーとしてとして普及が進んでいる)'0 方式は，製造装8OWLPDNHU&XUD を用い，ソフト上で周期セル

置および素材が低コストであり安全性も高い構造体のユニットパターン，ライン太さ，単ものの，周期セル構造体の造形は比較的困難

位ユニット長さの設定を行った．ノズル温度とされている．そこで本研究では軽量かつクやベースプレート温度は使用したフィラメン

ッション性を有する製品をターゲットとして，トの推奨値（それぞれ 210℃，50℃）とした．

)'0 方式の ' プリンタによって周期セル構造

２．２．造形精度の評価

体を造形し，周期セル構造体の構造や密度に造形不能と見なす状況として，途中で形状対する造形精度および圧縮剛性について調査が崩壊するケースと造形は完了したもののそを行った．

の形状の精度が低いケースがある．前者は目視で判定できるが，後者の判定は容易ではな

２．実験方法

い．5DYDUL らは周期セル構造体のライン太さ

２．１．試験片作成

を計測することによって造形物のばらつきを 周期セル構造体は密度や構造を変化させる

評価している．本研究ではユニット長さにつことで剛性の操作が可能である．ここでは周いて，マイクロスコープにより観察された計期セル構造のユニットパターン，ライン太さ，測値と 8OWLPDNHU&XUD での設定値を比較し，単位ユニット長さをパラメータとし，それらその誤差で評価を行った．

に対する試験片の圧縮剛性を求めた．ユニッ

２．３．圧縮試験

トパターンは図  に示す 7\SH$～, の  種類

 高精度で造形が完了した周期セル構造体に（$～( はオープンセル構造，)～, はクローズ

対して圧縮試験を行い，応力ひずみ曲線およドセル構造）とした．図  は本研究で作成しびヤング率を求めた．卓上型引張圧縮試験機

た試験片の一例を示しており， 辺 PP の立

0&7 を用いてストローク制御により試方体に対しライン太さを PP

験片を PP（ひずみに換算すると ）までの  通り，単位ユニット長さ（格子間隔）を圧縮した 図  ．試験速度は PPV，荷重PPの通りに変は1 を上限とした．そして，計測した応化させた．試験片を作成する ' プリンタは

力ひずみ曲線から周期セル構造体の各種パラ

― 114 ―

TOPへ戻る
メータが剛性に与える影響について考察を行図  に示す．この条件ではユニットパターンった．

やユニット長さに関わらず全てが造形不能となった．' プリンタに使用しているノズルの

径は PP であるがライン太さ PP では細

すぎるため，周期セル構造体を造形することType A

Type B

は不可能と判断し以降は評価から除外した．

Type C図  は 7\SH$～,，ライン太さ PP として造形した試験片であり，マイクロスコープで撮

影した写真と 67/ データに基づいて描いた図

を示している．これより，7\SH$()*+Type D

Type E

Type F, は 67/ データと同様の構造を確認できるが，

7\SH%& は構造のすきまに樹脂が浸入して

おり，正確に造形できていない．また，7\SH%

&' の試験片においてライン太さやユニット

Type G

Type H

長さを変えて造形を行ったが，いずれも造形Type I

精度は著しく低下した．これらのユニットパ)LJ1LQHW\SHVRIXQLWSDWWHUQV

ターンは )'0 での製造が困難であると判断し，
以下では評価から除外した．
)LJ8QLWOHQJWKDQGOLQHWKLFNQHVVRI)LJ7HVWSLHFHPDGHZLWKDOLQHWKLFNQHVVSHULRGLFFHOOVWUXFWXUH

RIPP







３．２．画像による造形精度の評価製作した周期セル構造体の試験片に対して密度を測定し， 節の方法で算出したユニ
ット長さの誤差との関係について，オープン
セル構造である 7\SH$( を図  D ，クロー
ズドセル構造である 7\SH)～, を図  E に示す．全般的な傾向として，密度が低い領域や)LJ7HVWHTXLSPHQWDQGFRPSUHVVLRQWHVW

高い領域では誤差が増大しており，密度が ～の間で比較的造形が安定する傾向が見３．試験結果られた．また，7\SH$ と ( は多くの条件で誤３．１．試験片の観察

差 を超過しているのに対し，7\SH)～,

ライン太さ PP で作成した試験片の一例をはほとんどの条件に対して誤差 以下とな― 115 ―

TOPへ戻るっており，広範囲の密度に対して造形が安定していた．中でも 7\SH, は密度 ～の範
囲のほとんどのケースで誤差 以内に収まっており，広範囲の密度に対して造形精度の高い結果となった．

Type A

Type BE &ORVHGFHOOVWUXFWXUH
)LJ8QLWOHQJWKHUURUIRUGHQVLW\

Type CType D

３．３．圧縮試験結果
密度が約 の 7\SH$()*+, 試験
片について圧縮試験を行い，得られた応力ひType E

ずみ曲線を図  に示す．これらの試験片の密Type F

度はおおよそ同じであるが，ユニットパター
ン，ライン太さ，単位ユニット長はそれぞれ異なっている．これより，密度が同じにもかType G

かわらず，応力ひずみ挙動はユニットパター

Type Hンの違いによって大きく異なっていることが分かる．剛性が高いのは )+，剛性が低いのは $( であった．また，$ については応力ひずみ曲線にピークが存在しており，荷重の増Type I加に対する変形挙動が不安定であった．この)LJ8QLWSDWWHUQZLWKDOLQHWKLFNQHVV

ような特性を持つ周期セル構造体のクッショ

RIPP ULJKWSKRWROHIW67/GDWD ンへの適用は不適切である．

)LJ6WUHVVVWUDLQFXUYHDWGHQVLW\
D 2SHQFHOOVWUXFWXUH― 116 ―

TOPへ戻る
４．考察

４．２．圧縮試験

４．１．造形精度の評価

図  より圧縮剛性が高い構造は )+*,（ 比図  において，密度 以下の造形精度が低剛性 ）の順であり，下する理由を以下に示す．本研究で周期セル

いずれもクローズドセル構造であった．これ

構造体を造形する場合，その微細な構造のたらはモノコック構造であり，セル間の壁が外めにサポート材を設置しない設定としている．

力を分散するため高い剛性が得られたと考えそのため，天井部の造形に対応できないことられる．一方，$( は柱と梁からなるラーメ

が精度低下の要因と考えられる．

ン構造であり，圧縮荷重の増加に伴い，柱や次に造形精度について，7\SH$( が低く，梁に曲げや座屈が生じていた（図 ）．図  の*, は高い理由を以下に示す．$( は隣のセ

7\SH$ の応力ひずみ曲線に着目すると，曲線

ルと空間が繋がっているオープンセル構造でのピークから応力が低下するタイミングで座あるため，造形時に飛び石動作が頻発する．

屈が生じていた．よって，本研究の対象とし飛び石動作とは造形時にノズルが別の離れたているクッション製品ではこのような大規模場所に移動する動作であり，フィラメントのな座屈現象は生じないことから，これらの構

糸引きの発生原因となる．特に 738 の場合は造は不適当と判断した．

その現象が顕著に現れ，図  に示すように造形精度が著しく低下する．一方，*, はクローズドセル構造であり，隣のセルの間に壁が存在する．図  D  E はそれぞれ 7\SH$ と* の造形時の各層のノズルの動きを示しており，着色部分が造形された箇所である．図 D に示すようにセル間に壁が存在しない場
合，出力される樹脂は飛び石状になっている)LJ%XFNOLQJFDXVHGE\FRPSUHVVLRQWHVW

が，図  E に示すようにセル間に壁が存在す



る場合は連続して出力されている．すなわち，

５．研究計画と進行状況

クローズドセル構造を採用することで，飛び・樹脂用 ' プリンタ（PP□程度）の購入・石動作が減少するため，造形精度が向上した

立ち上げ ⇒ 完了と考えられる．

・樹脂材試験片試作：3/$（標準材：ポリ乳

酸），738（軟質材：熱可塑性ポリウレタン）

のラティス試験片を造形 ⇒ 完了

・応力ひずみ曲線を取得 ⇒ 完了

・ターゲット製品の決定，製品設計，製品の

造形・評価 ⇒ 完了（ラティス構造のクッ

ションを作成）



６．学会論文等投稿・発表状況
D 



7\SH$ E 7\SH*

会にて発表予定（ 年  月  日）．)LJ&KDQJHVLQPROGLQJEHKDYLRUGXHWRGLIIHUHQFHVLQFHOOVWUXFWXUH

日本材料学会第  期通常総会・学術講演



日本材料学会誌に投稿予定（執筆中）




― 117 ―

TOPへ戻る

高機能心腔内超音波イメージング法の開発  理工学研究科 電気電子情報工学専攻  椎名 毅  
共同研究者
6,7 総合研究所  山川 誠 
6,7 総合研究所  浪田 健 

１．はじめに

範囲をリアルタイムで計測可能とするイメー

不整脈の中でも頻度の多い心房細動は、心筋ジング法を開発を目指して、組織サンプルを内に異常な電気的興奮や回路が生じることが用いた基礎実験による原理検証と、LQ YLWUR

原因であるが、血栓を生じて脳梗塞や認知症、での動物実験より有効性の評価を行う。

心不全のリスクが高くなる。罹患者数は、加齢とともに増加するが、日本では人口の ％

２．研究計画

以上の  万人超と推定されている。心房細２．１心腔内超音波エラストグラフィの原理

動の治療では、カテーテルの先端に電極を付

検証

けて高周波電流を流して心筋の異常部位を焼

灼して不整脈の発生を止める、カテーテルア

心筋の主成分であるタンパク質は、焼灼によブレーション（心筋焼灼術）が、低侵襲で効果る熱変性で硬さが変化することが予想されるが期待できるため、急速に普及している。

が、治療上、必要なレベルのアブレーション

 一方で、心筋焼灼の結果の判定は電気刺激において、どの程度の硬度が変化するかは未で確認する方法が用いられるが、焼灼の程度

知数である。このため、ヒトに近い豚の心筋や範囲を正確に得られないため、焼灼が不適組織に対して、様々なレベルでのアブレーシ

切な場合、再発や周辺組織の障害など生じるョンを行った焼灼心筋モデルを作成し、超音点が課題となっている。近年、超音波カテー

波像およびエラストグラフィを得て、 焼灼程

テルで焼灼部位を画像化する方法が試みられ

度と範囲、分解能について評価し、 焼灼部位ているが硬化部位を正確に把握するのは限界の可視化の原理検証を行う。

がある。



超音波エラストグラフィは組織の硬化を可２ ２豚心筋組織での LQ YLWUR 計測による視化する技術として開発され、乳がん、肝炎

焼灼部可視化の有効性評価

等の治療に用いられている 。アブレーション

により熱変性した組織は硬化することが予想

臨床で心筋アブレーションを行う際の超音波されるため、その評価にエラストグラフィ がエラストグラフィの計測 では、心臓の拍動が利用できる可能性がある。

大きく影響することが予想される。このため、本研究は、超音波カテーテルにエラストグ

豚を用いた LQ YLWUR での動物実験において、

ラフィを適用して、心腔内から焼灼の程度とアブレーションと超音波エラストグラフィの― 118 ―

TOPへ戻る

計測を行い、焼灼程度の評価の可能性を検証



する。

アブレーションの装置は（１）と同様で、超なお、研究の実施に必要な機器の提供およ

音波装置は、今回は原理検証の段階になるたび動物実験設備の利用等については、共同研

め、臨床で乳腺などの体表計測で用いられて究を行っている企業の協力を得た。

いる装置を用いた。



最初に、拍動した状態で心外膜にアブレー
ション電極を当てて焼灼部を形成した 後、そ３．計画の進行状況
３．１心腔内超音波エラストグラフィの原理
検証
心筋のアブレーション装置は、企業より提供を受けた。また、超音波エラストグラフィ の計 測 に は 、 研 究 室 に 現 有 の 装 置 （ +,9,6,21
$VFHQGXV （ 日 立 ）） と リ ニ ア ア レ イ プ ロ ー ブ
(83/ 0+] を用いた。
豚心筋の組織切片に対し、アブレーション装置にて、様々な強度にて焼灼 部のサンプル作成した。焼灼部は、目視では白く変色が認められたが、超音波像では焼灼部の境界は不鮮明で、識別は難しいかった。一方、エラスト
グラフィでは、一部、焼灼の強度が大きいものに対しては、硬化した部位として青くなる
ことが確認できた。しかし、実際の臨床で使うレベルに近い焼灼の強度では、エラストグ
ラフィでも検出が困難であった。
実際、手で触れた場合の硬さは 、非焼灼部
では予想よりも硬く蝕知され、焼灼部との差が小さく感じられたことと対応していた。
これは、心筋組織を一旦冷蔵したことが原因と思われ、実際の生体に近い条件でのアブレーションでの硬さの変化を再現するには、
LQ YLWUR での計測が必要なことが示された。

３ ２豚心筋組織での LQ YLWUR 計測による
焼灼部可視化の有効性評価
豚の心筋を用いた LQYLWUR の実験は、専用の動物実験施設を用いて共同研究の企業の管理のもとで実施された。


の部位に超音波装置で超音波像およびエラス
トグラフィの計測を行った。 図１ D は、焼灼時間を : で  秒と長くして強めにアブレーションした場合の直後の写真で、中央の丸で囲んだ部分が焼灼部で、白く変色しているのが分かる。図１（ｂ）は焼灼部の付近の組織を摘出したもので、焼灼領域のサイズは幅
PP、深さ PP であった。一方で、拍動した状態では組織の３次元的な動きのため、超音波のスライス面のずれが大きくなり、何れの場合でも、エラストグラフィの計測は困難であることが確認された。

図２は、心筋組織を摘出後に、焼灼部の断面を計測した、超音波像とエラストグラフィである。上部の表面近くに焼灼部があり、超音波像では、焼灼部と周囲組織との境界が明確でないが、エラストグラフィでは、硬化部は青く表示され、焼灼部が明確に描出できている。またそのサイズは、幅 PP、深さ  ㎜で、図１の摘出組織の断面での計測値とほぼ一致していることが、確認された。
 
図３は、焼灼時間を : で  秒と、弱めに焼灼した場合の結果である 。写真では同様に焼灼部は、白く表示されているが、焼灼部が図 よりも小さめとなっている。また、 焼灼部のエラストグラフィでは、上端に青く表示されている部分は硬化した部位として明確に表示されている。一方、超音波像では、焼灼部の輝度が周囲と僅かに異なっているが、エラスト
グラフィに比較して識別は難しい。

― 119 ―

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 D 焼灼部の写真      （E）摘出組織（焼灼部断面）
 図１ 豚心筋の LQYLWUR の計測結果（焼灼条件:V 
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E エラストグラフィ   図２ 図１の焼灼部の断面の超音波像とエラストグラフィ
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D 超音波像         

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D 焼灼部の断面の写真  （E） 超音波像

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F エラストグラフィ          

図  豚心筋の LQYLWUR の計測結果（焼灼条件:V― 120 ―

TOPへ戻る
また、心臓摘出後に焼灼部を観察すると、焼
灼部の中心は、白く変色しているが、その周囲は、少し濃い赤に変色した  領域があることが分かった。これは焼灼時の到達温度が影響していると考えられる。また、 手で蝕知した場合では非焼灼部は、焼灼部と比べて、かなり柔らかく感じられた。これは、３．１で非焼灼部でも硬く感じられた ことと、大きく異なっており、LQYLWUR での実験の必要性が確認にされた。

４．今後の計画 今回は、超音波装置は体表計測用のリニアプ
ローブを用いたため、心臓の大きな拍動による組織の動きがある対象には追従できず、エラス
トグラフィの計測は困難であった。今後、カテー
テルプローブなどで、心筋に固定して計測できるような方法の開発が必要と思われる。
 一方で、適切な条件で計測できれば、超音波像
よりも、エラストグラフィでは、アブレーション
による硬化部の描出が明瞭に識別できる可能性が示された。今後は、この点について再度、実験を行い、一定の成果が確認できれば、装置開発を検討する計画である。
 また、焼灼部は白く変色することから、光の吸収特性が変化する可能性があり、光超音波でのアブレーション検出の可能性も示唆されたので、今後、エラストグラフィとともに光超音波を用いた、アブレーションの評価の可能性についても、検討を進める予定である。
                  以上― 121 ―

TOPへ戻る固液境界面近傍におけるコロイド流れの分散粒子の複雑流動に関する壁面漸近挙動の解明
機械工学科

１．はじめに

白井 克明の非等方挙動の検証を研究目的とする．その液体に不溶性の粒子が分散したコロイドはため，再現性の高い試験コロイドの定常流れ

様々な場面で用いられ，その応用範囲は塗料を用いて固体壁からコロイド側に僅かに染みから熱輸送まで広範囲に及ぶ．粒子間の斥力出 す エ バ ネ ッ セ ン ト (EW) 光 に よ る 粒 子 速 度

が引力を上回る限り，粒子は安定して分散しの高分解能・三次元計測システムを構築し，て周囲流体の流れに追従して流れ，粒径 1 µm

計測に適用する．本研究を通じて固体壁近傍

以下の場合，流れとともに個々の粒子はブラで粒子の非等方性挙動が解明されれば，流体ウン運動を伴う．ブラウン運動は粒径の微小工学分野の学問的発展とコロイド応用場面で化と周囲温度の上昇に伴い活発化し，バルクの粒子挙動の制御に繋がると期待される．

では等方的に無秩序な運動を呈する．応用に際してコロイドは固体壁面と接して固液境界

２．研究計画を伴う場面が想定される．例えば熱輸送媒体

本研究は 3 年計画で取り組む．初年度にはとして有望なコロイドのナノ流体は固液間で試験流路の構築と評価，計測システムの確立の伝熱を伴い，コロイダル・リソグラフィーを予定する．以降 2～3 年目には初年度に構築

ではコロイド粒子の固体壁面への沈着を利用した流路とシステムを用いて本格的な計測をする．固液境界近傍ではマクロな視点からは推進し，研究目的のブラウン運動の非等方性粒子は周囲流体とともに流れるが，ミクロなと漸近挙動，粒子径と温度の影響に着目して視点からは個々の粒子はブラウン運動を伴う．

実験による検証を進める．

そのうえ壁面に近づくにつれ，ブラウン運動

初年度は試験流路を構築し計測システムをは非等方性を含む複雑挙動を示すため，固液確立する．試験流路に高アスペクト比の二次境界を伴い現象では粒子挙動が重要となる．

元流路断面を有する矩形流路を採用し，圧力

ブラウン運動の非等方性に関して理論モデル

駆動による層流流れを形成し，計測地点でのが提唱され，実験での検証も実施されたが，流れの完全発達を検証する．分散粒子は試験

分散粒子の粒径と同程度（サブミクロン）の部で完全発達した層流の平均流速分布に追従

空間分解能が必要とされることから，一般にして流れるとともに，個々の粒子はブラウン

その検証は困難を伴う．また，ブラウン運動

運動を呈する．ブラウン運動は一般に不規則は粒径と周囲温度の影響を受けることから，

で等方的な運動だが，固体壁近くで非等方性その影響検証も求められる．そこで，本研究を有する．粒子の計測には，試験流路壁面をでは固液境界近傍のコロイド分散粒子に関しガラスで作成し，ガラス/試験流体の境界面にて，粒径と温度の影響を含めたブラウン運動

臨界角を超える角度でレーザー光を入射し，― 122 ―

TOPへ戻る３．計画の進行状況
本年度は主に EWLDV 計測での信号処理の高度化および EWPTV 計測での粒子通過高さの特定を推進した．また，温度制御した試験
流路の流動状態を実計測で確認した．
EWLDV 計測の信号処理では計測体積内を
図 1 ガラス 壁面 と試 験流 体 の固 液境 界面 でのランダムに通過する非蛍光粒子による散乱光

全反 射で 発生 する エバ ネッ セン ト光 の模 式図からのドップラー周波数の推定を必要とする．

全 反 射 に よ り 生 じ る エ バ ネ ッ セ ン ト (EW) 光

壁面近傍では粒子からの散乱光よりも壁面のを用いる．EW 光は図 1 のように壁面からの散乱の割合が増え，粒子からの散乱信号の距離に応じて指数関数的に減衰し，壁面垂直SNR (=Signal-to-Noise Tatio) が低下し，粒径約方向に高空間分解能を実現できる．研究では

1 µm 未満で粒子速度の算出が難しかった．試

周 波 数 計 測 の EWLDV (=EW Laser-Doppler

験流路での流体流れと壁面近傍のブラウン運

Velocimetry) と ， 画 像 計 測 の EWPTV (=EW

動の非等方性を考慮して，図 2 に典型例を示

Particle Tracking Velocimetry) の 2 種類を構築

す粒子運動の軌跡を模擬し，SNR に基づくノし粒子速度を計測する．現状で両手法とも壁イズを付加した模擬信号を生成した．信号処

面垂直方向の粒子通過位置𝑧𝑧𝑧𝑧の特定が難しい．

理では粒子信号の時間周波数推定でモデル関本研究でそれを実現し，壁面近傍での計測で数の中心位置を周波数軸上で並行移動して重完全発達流との比較から計測性能を検証する．

み付けし最小自乗近似する手法を提案した．

2 年目から本格的な計測を開始し，EWLDV

粒子による散乱信号は，ブラウン運動によると EWPTV の両手法を用いて試験流路の壁面速度変動と直流成分，ノイズを含む．図 3 (a)近傍での粒子速度を計測する．試験コロイドに示す時間信号から，周波数スペクトル上でには蛍光または非蛍光粒子を水に分散させ，(b) モ デ ル 関 数 の 最 小 自 乗 近 似 を 通 じ て (c)

圧力駆動の二次元完全発達の層流試験流路に直 流 成 分 を 除 去 し て (d) ド ッ プ ラ ー 周 波 数

流して計測する．数種類の異なる粒径粒子での推定を可能にする手法を提案した．各 SNR

計測して粒径の影響を調べる．EWLDV ではでの模擬信号の生成と上記の信号処理を繰り

主に流れ方向の流速に特化した計測を実現し，返す数値解析を実施し，統計信号処理理論の

EWPTV で は 流 れ方 向 と ス パ ン方 向 の 計 測 を

CRLB (= Cramér–Rao Lower Bound) 下限界と実現し，両手法の計測結果を比較検証する．

の比較に基づき検証した．その結果，図 4 に

2 年目後半から 3 年目には，試験部を加熱し試験コロイドの温度条件を変化させること
でブラウン運動への影響を検証する．これにより，ブラウン運動の非等方性挙動に関して，粒径と温度による影響を系統的に調べられる．
特に EW 光を用いた計測で壁面からの位置特定を実現することにより，三次元計測を実現でき，これまで提案された非等方性モデルの
壁面漸近挙動を検証できる．そして，3 年目には研究成果をまとめて論文発表する．

― 123 ―図2

EWLDV における模擬信号の生成例(a) 流れ方向（x 軸）とスパン方向（z 軸）
で の 粒 子 運 動 の 軌 跡 ， (b) 粒 子 の 軌 跡 と
SNR に基づき生成した時間信号

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図5

EWPTV による典型的な蛍光粒子画像(a) 粒径 400 nm, (b) 粒径 500 nm の各場合
図 3に付着した静止粒子の輝度値を界面での EW

EWLDV でのドップラー周波数推定の

光強度と仮定して，他の粒子蛍光強度を指数

模式図 (a) 模擬信号(SNR10 dB), (b) モデル

関数で近似し，壁面との相対距離𝑧𝑧𝑧𝑧を算出する

関数近似, (c) 直流成分除去, (d) 周波数推定手法を提案した．だが，壁面からの絶対距離の算出が困難であり，今後解決が必要である.
温度制御試験流路での計測では，圧力駆動による片面加熱され矩形流路で実験を進めた．
流路は主に PDMS (=Poly-Di-Methyl-Siloxane)

図 4で作り，片側を ITO (= Indium Titanium Oxide)

EWLDV での信号処理でのノイズ耐性

導電薄膜付ガラスとした．ITO 膜は電流印加の調査結果，(a) 最大相関の周波数軸 上でのでジュール加熱され，設定温度に制御した．

位置ずれ，(b) 最大相関値の時間軸上の分散示すように最低 SNR が-15 dB までは提案手法
がノイズ耐性を有することが示された．今後は実際の計測による検証が必要であり，今回の解析では直流成分の除去が十分でない場合もあり，信号処理の改良が望まれる．

試験部断面は図 6(a)のように流れの二次元性確保のためアスペクト比 1:10 以上の0.8 mm ×
10 mmと し ， 流 れ の 完 全 発 達 を 考 慮 し 試 験 部

流 路 長 さ は 40 mmと し た ． 作 動 流 体 に は 粒 径

0.5 µm の蛍光粒子を分散させた水を使用し，試験部にチューブ接続してシリンジポンプの

EWPTV 計測では，計測に用いる蛍光粒子径による影響調査と，壁面からの粒子通過高さの推定を推進した．粒径の減少に応じて顕著なブラウン運動が観察される反面，蛍光強度が低下し，観察がより難しくなることが予想された．実験でこれまでの粒径 500 nm に加え圧力駆動による一定流量で流した．座標系は
流れ方向，スパン方向，高さ方向に𝑥𝑥𝑥𝑥，𝑦𝑦𝑦𝑦，𝑧𝑧𝑧𝑧軸を設定した．流路は倒立型蛍光顕微鏡に対し水平に設置し，加熱面を鉛直方向下側に完全発達した二次元層流流れを実現した．図 6(b)に示すように加熱ガラス面側を通じて観察し，400 nm と 300 nm を試した結果，粒径 300 nm程度までは計測可能と分かった．図 5 に粒径400 nm と 500 nm の場合の典型的な計測画像を示す．粒子通過位置の推定に関して，EW 光の強度は図 1 のように全反射界面からの距離に対し指数関数的に減少する特性が知られる．
壁面に付着して動かない粒子が観測され，それらの蛍光強度が高いことが分かった．壁面

図6(a) 片面加熱型試験流路と(b) 倒立型蛍光顕微鏡によるマイクロ PTV 計測の模式図― 124 ―

TOPへ戻る複雑な三次元性を有する対流が観察された．
この対流の原因として，レイリー・ベナール
対流やマランゴニ対流が考えられたが，各種検証に基づき，そうではないことが分かった．
むしろ加熱面で暖められた流体の粘性が低下
し流動しやすくなったことで流れ方向へ加速が生じ，質量保存を満たすべく両スパン方向
図 7マイクロ PTV 計測による平均流速のから流路中央部下面に流体が供給された結果，分布結果. (a) 計測位置（高さ方向）, (b) 計測

𝑥𝑥𝑥𝑥 𝑥 𝑥𝑥𝑥𝑥平面で S 字型の軌跡を描く複雑な三次元

位 置 (ス パ ン 方 向: 𝑦𝑦𝑦𝑦 = 0), (c) 流 れ 方 向 流 速対流が形成されたと推測される．三次元対流

u の分布，(d) スパン方向流速 v の分布挙動に関しては数値解析による検証が必要と考えられる．また，実験中に温度制御による
急激な流速変化が生じて計測が乱れる問題が生じた．今後はこれらの影響を考慮した試験部の構築と計測条件の確保が必要と考える．
４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況
学会発表では，EWPTV に関する成果を 2022

マイクロ PTV 計測による平均流速の分

年 8 月に開催された国際会議 MIPE2022 にて

布 結 果 . (a) 計 測 位 置 （ 高 さ ） , (b) 計 測 位 置

報告した（発表文献 1）．また，片面加熱試験( ス パ ン 方 向 : 𝑦𝑦𝑦𝑦 = +3 [mm]), (c) 流 れ 方 向 流

流路での三次元流動の計測に関して，2023 年

図83 月に福岡で開催された日本機械学会 IIP 2023

速 u の分布，(d) スパン方向流速 v の分布

講演会にて報告した（発表文献 2）．
現在は EWLDV 計測への提案した処理手法の適用を推進し，EWPTV 計測では壁面垂直方
向の粒子通過位置の特定手法の開発を推進している．試験流路の構築に加え，数値解析に基づく流れ特性の検証を推進し，2023 年度の国際会議で発表予定である．
図9マイクロ PTV 計測による平均流速の分

発表文献

布 結 果 . (a) 計 測 位 置 （ 高 さ ） , (b) 計 測 位 置( ス パ ン 方 向 : 𝑦𝑦𝑦𝑦 = −3 [mm]), (c) 流 れ 方 向 流
速 u の分布，(d) スパン方向流速 v の分布

マイクロ PTV 手法により，高さ方向の各平面における面内流速分布(𝑢𝑢𝑢𝑢, 𝑣𝑣𝑣𝑣)を計測した．平均
流速分布の結果を図 7～9 に示す．図 7～9 の違いはスパン方向の計測地点であり，図 7 は流路中央の𝑦𝑦𝑦𝑦 = 0 [mm]，図 8 はスパン正方向

𝑦𝑦𝑦𝑦 = 3 [mm]，図 9 はスパン負方向𝑦𝑦𝑦𝑦 = −3 [mm]の地点である．結果から，加熱条件によって

1. M. Yajima, K. Hirai, H. Kato, K. Shirai (2022)“Visualizationofcomplexmotionsoffluorescence particles with different diameters in
the near-wall region of a solid wall using
evanescent light field”, 2022 JSME-IIP/ASME ISPS Joint Conference on Micromechatronics for
Information
andPrecision
Equipment(MIPE2022), Aug 28‒31st, Nagoya, Japan.
2. 長谷川達也，白井克明(2023)「圧力駆動される片面加熱矩形流路での対流挙動に関する
マイクロ PIV 計測に基づく考察」，日本機
械学会 IIP2023 情報・知能・精密機器(IIP)部
門講演会，2023 年 3 月 6～7 日，九州工業大学・戸畑キャンパス，IIPA-6-4，pp. 7‒12.

― 125 ―

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5HVHDUFKSURJUHVVUHSRUW )RUP 

6\QWKHVLVRIQRYHOKLJKHQWURS\R[LGHVDQGVHDUFKIRU
WKHLUIXQFWLRQDOLWLHVDVR[\JHQVWRUDJHPDWHULDOVIRU
R[\JHQJHQHUDWLRQ  機械機能工学科 $OLFMD .OLPNRZLF]

5HVHDUFKFROOHDJXH
機械機能工学科  7DNDVDNL$NLWR

１．3DSHULQWURGXFWLRQFRQWUROV WKH VRUSWLRQGHVRUSWLRQ )RU

2[\JHQ LV HVVHQWLDO IRU EUHDWKLQJ DQGH[DPSOH ]HROLWHV DUH DGVRUEHQWV DQGFRPEXVWLRQ 2[\JHQ F\OLQGHUV DUH XVHG

SUHVVXUL]HG DLU LV DSSOLHG WR IRUFHXQGHUZDWHUDQGLQRXWHUVSDFHWRVXVWDLQQLWURJHQ DGVRUSWLRQ 1LWURJHQGHSOHWHG

OLIHDQGDVDQR[LGL]HUIRUIXHO2[\JHQ

DLULVDWWKHVDPHWLPHR[\JHQULFKDLULV

LQGXVWULDO/DWHU WKH SUHVVXUH LV ORZHUHG WR

SURFHVVHV VXFK DV VWHHOPDNLQJ ZHOGLQJ

UHJHQHUDWHWKHDGVRUEHUDQGWKHPDWHULDOVWHULOL]LQJ ZDWHU SXULILFDWLRQ HWF

GHVRUEVDGVRUEHGQLWURJHQ+RZHYHUVXFK

2[\JHQLVLQGLVSHQVDEOHEXWWREHXVHG

D PHWKRG RI FRQFHQWUDWLQJ R[\JHQ LV

LW PXVW EH FRQFHQWUDWHG IURP WKH DLU RU

LQHIILFLHQWREWDLQHG YLD ZDWHU VSOLWWLQJ 7KHUH DUHDGVRUEHUVRUDEVRUEHUVDUHQHHGHG2[\JHQFXUUHQWO\ WZR PHDQV RI SURGXFWLRQ 7KHVWRUDJH

ILUVW ODUJHVFDOH PHWKRG LV FU\RJHQLF

UHYHUVLEO\DEVRUEODUJHDPRXQWVRIR[\JHQGLVWLOODWLRQ,QWKLVPHWKRGWKHDLULV

DUHDWWUDFWLQJDWWHQWLRQ$QLQWHUHVWLQJ

FRROHG WR VHSDUDWH DLU FRQVWLWXHQWVQHZJURXSRI260PDWHULDOVLVKLJKHQWURS\EHFDXVH GLIIHUHQW JDVHV KDYH GLIIHUHQW

R[LGHV ,Q  KLJKHQWURS\ PDWHULDOVERLOLQJFRQGHQVDWLRQSRLQWV)RUH[DPSOH

+(0V ZHUHILUVWLQWURGXFHG>@7KH

R[\JHQFRQGHQVDWHVDW183 °C, argon at+(0V H[KLELW XQLTXH SURSHUWLHV GXH WR

186 °C, and nitrogen at 196°C. Since

FRPSOH[ FKHPLFDO FRPSRVLWLRQ DQG \HWWKLV PHWKRG UHTXLUHV FRROLQJ WR ORZVLPSOHFU\VWDOVWUXFWXUH7KHFRQFHSWRI

WHPSHUDWXUHVLWLVFRVWO\)RUHFRQRPLF

WKH+(0LVVKRZQLQ)LJ$/DUJHDPRXQW

DQG SUDFWLFDO UHDVRQV LW LV RQO\

RIWKHHOHPHQWVWKDWFDQEHFRPELQHGRSHQVYDOXDEOHIRUODUJHVFDOHSURGXFWLRQ

WKH SRVVLELOLW\ RI SUHSDULQJ YDVWO\$QDOWHUQDWLYHJURXSRIPHWKRGVUHOD\RQ

GLIIHUHQW PDWHULDOV H[KLELWLQJ YDULRXVVHOHFWLYHDEVRUSWLRQRUDGVRUSWLRQRIJDVSURSHUWLHV $FFRUGLQJ WR &DQWRU WKHUH

LQ WKH PDWHULDO EXON RU RQ WKH VXUIDFH

DUHDOPRVWWULOOLRQORFDOFOXVWHUVLQ

7KH SUHVVXUH RU WHPSHUDWXUH FKDQJH

DFRPSRQHQWPDWHULDO7KHNH\KRZHYHU

DOVR

QHFHVVDU\IRU― 126 ―DQGPDWHULDOVHIIHFWLYH260 

R[\JHQ

WKDW

FDQ

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5HVHDUFKSURJUHVVUHSRUW )RUP 
RI WKH REWDLQHG PDWHULDOV ZDV HYDOXDWHG
XVLQJ6FDQQLQJ(OHFWURQ0LFURVFRSH 6(0 (OHPHQWDO DQDO\VLV(';  ZDV DOVRFRQGXFWHGWRHQVXUHWKHHYHQGLVWULEXWLRQ
RI WKH HOHPHQWV ZLWKLQ WKH VDPSOH DQGH[FOXGH WKH SUHVHQFH RI LPSXULWLHV+RZHYHU

)LJ  )LJXUH RI PHULW YLVXDOL]LQJ WKHGLIIHUHQFH EHWZHHQ ORZ HQWURS\ DQG KLJKHQWURS\ PDWHULDOV &RORUV UHSUHVHQWGLIIHUHQWDWRPV

LV WR GHVLJQ PDWHULDOV DQG GHWHUPLQH
WKHLU SURSHUWLHV EHIRUH VLQWHULQJ )RUWKDWDEHWWHUXQGHUVWDQGLQJRIWKHKLJKWKHPHDVXUHPHQW

GRHV

TXDQWLWDWLYHPDWHULDO V

UHVROXWLRQ
QRW

RI

WKH

DOORZ

IRU

RI

WKH

FDOFXODWLRQFRPSRVLWLRQ

7KH

R[\JHQSURGXFWLRQ DQG VWRUDJH SURSHUWLHV ZHUHHYDOXDWHG XVLQJ D WKHUPRJUDYLPHWULF
GHYLFH

7* 

7KH

HIIHFW

RI

WKH

WHPSHUDWXUH DQG SUHVVXUH RQ WKH R[\JHQ

HQWURS\V\VWHPVLVQHFHVVDU\,Q WKLV ZRUN WKH DXWKRUV IRFXV RQ KLJKHQWURS\ R[LGHV WKDW FDQ H[KLELW R[\JHQQRQVWRLFKLRPHWULF >@ 8QWLO QRZ WKHUH
LV PLQLPDO UHSRUWLQJ LQ WKH OLWHUDWXUHUHJDUGLQJ+LJK(QWURS\2[LGHVIRUR[\JHQ

FRQWHQWLQWKHPDWHULDOVZDVDVXEMHFWRILQYHVWLJDWLRQ 7KH WHVWV ZHUH FRQGXFWHG
LQ YDULRXV WHPSHUDWXUHV DQG R[\JHQSDUWLDOSUHVVXUH

UDQJHVGLIIHUHQWDWPRVSKHUHVRYHUWKHVDPSOH 
7KH;5' 5LJDNXVPDUWODE 6(0 -(2/VWRUDJH7KHILUVWWULDOVDUHLQWURGXFHG

-60)  DQG 7* 7$ ,QVWUXPHQWV 7*$

LQWKLVUHSRUW  GHYLFHV XVHG LQ WKLV ZRUN ZHUHDYDLODEOHLQWHFKQRSOD]DLQ6,7

２．5HVHDUFKSURJUDP
7KH SUHVHQWHG UHVHDUFK IRFXVHG RQ
REWDLQLQJ QHZ VLQJOHSKDVH KLJKHQWURS\
３．6WDWHRISURJUHVV'XH WR WKH VSDFH OLPLWDWLRQ RQO\PDWHULDOV 7ZR VHULHV RI PDWHULDOV ZHUHXQGHULQYHVWLJDWLRQQ 5HQ 2 δ Q  5H UDUH HDUWK HOHPHQWV DQG &H/D3U<$ 2 δ  $ $ONDOLQH HDUWKPHWDO $OO FDWLRQV ZHUH LQ HTXLDWRPLF
SURSRUWLRQV7KHVROJHOPHWKRGZDVXVHG
IRU SUHFXUVRU SUHSDUDWLRQ 7KH REWDLQHG

VHOHFWHG UHVXOWV DUH SUHVHQWHG LQ WKLVUHSRUW 7KH SUHVHQWHG GDWD ZHUH JDWKHUHG
E\WKH3,DQGWZRXQGHUJUDGXDWHVWXGHQWVDVSDUW RI WKHLU JUDGXDWLRQ UHVHDUFK XQGHU
3I’sVXSHUYLVLRQ•,NXWD $VDKL 幾田旭  +LJK HQWURS\ R[LGHVSRZGHU ZDV SUHVVHG LQWR SHOOHWV DQG

&H  /D  3U  <  $  

sintered in airflow at 1100 ℃ for 8 or

2 δ  $  $ONDOLQH HDUWK PHWDOV  DV

 KRXUV 7KH ;UD\ GLIIUDFWLRQ ;5' 

SRWHQWLDOR[\JHQVWRUDJHPDWHULDOV 

WHFKQLTXH ZDV XVHG IRU WKH VWUXFWXUDO

•7DJR +HNLPD 田 子 碧 馬  2[\JHQ 6WRUDJH

LQYHVWLJDWLRQRIWKHSUHSDUHGVDPSOHV $

3URSHUWLHV RI +LJK (QWURS\ 2[LGHV

5LHWYHOGUHILQHPHQWZDVFRQGXFWHGIRUWKH

[5H [ 2 δ [ WR5HGLIIHUHQWUDUH

VLQJOHSKDVH VDPSOHV WR FDOFXODWH WKHHDUWKHOHPHQWV–

XQLWFHOOSDUDPHWHUV7KHPLFURVWUXFWXUH

― 127 ―

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5HVHDUFKSURJUHVVUHSRUW )RUP $IWHU

VLQWHULQJ

DOO

VDPSOHVZHUH

H[DPLQHGXVLQJ;5'DQGWKHUHVXOWVZHUHDQDO\]HG XVLQJ D GDWDEDVH WR LQGH[ WKHSHDNVDQGLGHQWLI\FU\VWDOV\PPHWU\7KH
UHVXOWVDUHJDWKHUHGLQ7DEOH

7DEOH  ;5' DQDO\VLV UHVXOWV RI WKHSUHSDUHGVDPSOHVVLQWHUHGDW ℃ 
6DPSOHVW>K@ 6SDFHJURXS </D&H3U1G6P

)P  P(X*G7E 2 δ ,D   </D&H3U1G6P



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)P  P 

(X*G7E'\+R(U 2 δ ,D 

 &H/D3U<&D 2 δ )P  P

 &H/D3U<0J 2 δ )P  P

 &H/D3U<%D 2 δ )P  P3P  

 &H/D3U<6U 2 δ )P  P3EDP )LJ  ;5' GDWD ZLWK 5LHWYHOGUHILQHPHQW RI VHOHFWHG VDPSOHVVLQWHUHGDW℃ in air

H[WHQGHG SHULRG RI WLPH

7KHGDWDZDVDOVRDQDO\]HGXVLQJ5LHWYHOGUHILQHPHQWWR

FDOFXODWH

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7KH;5'GDWDDQGUHILQHPHQWDUHSORWWHG
LQ)LJ

 KRXUVLQVWHDG RI WKH XVXDO  KRXUV  7KHPLFURVWUXFWXUHRIDOOVWXGLHGVDPSOHVLV VLPLODU DQG WKHUHIRUH RWKHUUHVXOWV FDQ EH FRPSDUHG ([HPSODU\

7DEOH  8QLW FHOO SDUDPHWHUV D  9  IRUPRUSKRORJ\IRUWKHVWXGLHGVDPSOHVLV </D&H3U1G6P(X*G7E 2 δ    VLQWHUHG IRUVKRZQ LQ )LJ  )XUWKHU WKHKXVLQJ )P  P    VLQWHUHGIRUKXVLQJHOHPHQWDO GLVWULEXWLRQ ZDV HYHQ DQG

,D   &H/D3U<0J 2 δ XVLQJ )P P(χ 

QR LPSXULWLHV ZHUH IRXQG DV FDQ EH

JRRGQHVVRIILW 

VHHQ LQ )LJ  7KH DQDO\VLV RI WKH

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9 >Å  @χ 

WKHUPRJUDYLPHWULF GDWD VKRZHG WKDW    

+(2 PDWHULDOV H[KLELW OLWWOH FKDQJH    

LQ WKH R[\JHQ FRQWHQW XQGHU WKH    VWXGLHGFRQGLWLRQV $OO RI WKH VDPSOHV FU\VWDOOL]HG LQ
VLQJOHSKDVHGVWUXFWXUHVHLWKHU )P  P 
RU ,D )LJ6KRZVYLVXDOL]DWLRQRIWKHREWDLQHGPDWHULDOV,QWKHFDVHRI
Q 5HQ 2 δ 
REWDLQHG

EHWWHUDIWHUUHVXOWVVLQWHULQJ

ZHUH

IRU

DE

 )LJ 9LVXDOL]DWLRQV RI WKH D  ,D E  )P  P $WRPVQRWWRVFDOH― 128 ―

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5HVHDUFKSURJUHVVUHSRUW )RUP ．)XWXUH SURJUDP SDSHU VXEPLVVLRQ DQGUHVXOWVEULHILQJ
6RPH RI WKH REWDLQHG UHVXOWV ZHUH
SUHVHQWHG

GXULQJ

WKH

IROORZLQJFRQIHUHQFHV
;;;,QWHUQDWLRQDO0DWHULDOV5HVHDUFK&RQJUHVV LQ &DQFXQ LQ $XJXVW   7KHRUDOSUHVHQWDWLRQZDVHQWLWOHG
5DUHHDUWK PDQJDQHVH R[LGHV XVHG IRU) LJ6(0LPDJHVRIVWXGLHGVDPSOHV

7HPSHUDWXUH

DQGRU

3UHVVXUH6ZLQJ$EVRUSWLRQ IRU R[\JHQ JHQHUDWLRQ E\ $
.OLPNRZLF]HWDO

6ROLG6WDWH,RQLFV66,RQ-XO\
  LQ %RVWRQ SRVWHU SUHVHQWDWLRQHQWLWOHG 1RYHO KLJK HQWURS\ R[LGHV IRU

R[\JHQ VWRUDJH DQG JHQHUDWLRQ $
.OLPNRZLF]HWDO
)LJ  (OHPHQWDO DQDO\VLV </D&H3U1G6P(X*G7E 2 δ 

IRU




,QWHUQDWLRQDO 6\PSRVLXP RQ 7KHUPRIOXLGVRI (QHUJ\ 6\VWHPV DQG 0DWHULDOV ,67(60  – 6HULHV ,,,   1RYHPEHU 
.H\QRWH SUHVHQWDWLRQ HQWLWOHG “Oxygen
VWRUDJHPDWHULDOVOSM” $.OLPNRZLF]
7KH UHVHDUFK RQ +(2 ZLOO EH

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WUDQVLWLRQ PHWDOV WKDW FDQ SRVVLEO\GHOLYHU KLJKHU FDSDFLW\ ,I WKH UHVXOWVDUHSURYHQWREHVDWLVIDFWRU\WKH\ZLOO

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R[\JHQFRQWHQWUHJLVWHUHG
IRU </D&H3U1G6P(X*G7E 2 δ 'XULQJ WKH FRXUVH RI WKLV SURMHFWVHYHUDO QHZ FRPSRXQGV ZHUH REWDLQHG
DQG WHVWHG IRU WKH ILUVW WLPH 7KHRXWFRPHVDUHYHU\LQWHUHVWLQJKRYZHUIRUP WKH YLHZSRLQW RI WKH R[\JHQVWRUDJH WKH REWDLQHG FDSDFLW\ LVQWKLJK HQRXJK WR PDNH LW SRVVLEOH IRUFRPPHUFLDODSSOLFDWLRQ 

EHSXEOLVKHGLQDQLPSDFWIDFWRUMRXUQDOSRVVLEO\LQDQRSHQDFFHVVPRGH
5HIHUHQFHV>@-<HKHWDO$GY(QJ0DWHU
–
>@%&DQWRUHWDO0DWHU6FL(QJ
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

― 129 ―

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イオン液体を用いた劣化溶媒に含まれる核種の分離回収
材料工学科

新井 剛



１．序論

含まれる核種の抽出特性について明らかにし ，

放射性物質を取り扱う施設では、核物質やイオン液体を用いた劣化溶媒からの効率的な放射性核種等を抽出した抽出剤や分析溶媒が核種分離プロセスの構築を 目的にイオン液体

保管されている。特に使用済核燃料再処理での核種回収挙動の基礎検討を行った．

ある PUREX 法では，抽出剤としてリン酸ト
リブチル (TBP) が用いられており，これらの２．研究計画

劣 化 物 で あ る リ ン 酸 ジ ブ チ ル (DBP) や リ ン

本 研 究 で は ， ① イ オ ン 液 体 の 合 成 及 び ②酸モノブチル (MBP) が U 等の放射性核種と模擬劣化溶媒を用いたイオン液体による模擬

錯体を形成するため，従来の逆抽出による回核種の分離回収挙動について検討することと収が困難となることが報告されている ．これした．①の研究項目では，候補となるイオン

らの放射性核種を抽出した劣化溶媒はレガシ

液位を合成し，NMR による構造解析並びにそー廃液として原子力施設等で貯槽されており，れらが所定の金属イオンの抽出特性を示すか

今後も増加が懸念される． しかし，劣化したを確認する．さらに，有機溶媒との相分離性

有機溶媒に含まれる核種は極めて強固な錯体についても検討する．②の研究項目では，模を形成しており，分配の差を利用した通常の擬核種を抽出した模擬劣化溶媒を用いてイオ

逆抽出操作では回収することが困難である ．

ン液体による模擬核種の分離回収について評そこで本提案研究では ，有機溶媒との相分離

価する．

性および金属イオンの抽出特性に優れるイオ
ン液体に着目した．これまでに提案者らは ，３．計画の進行状況

水溶液中における金属イオンのイオン液体に(1) [Hbet][Tf 2 N]の合成
Fig. 1 に[Hbet][Tf 2 N]の合成スキームを示す。

よる抽出挙動について詳密に検討してお り，
白金族元素や Co(II)，Ni(II)等のレアメタルを

Fig. 1 より，Betaine hydrochloride (東京化成工

良好に分離・回収できることを明らかにして業株式会社製)と，Lithium bis(trifluoromethaneいる．また，イオン液体に抽出剤を添加する-sulfonyl)imide (関 東 化 学 工 業 株 式 会 社 製 )をことで，協同抽出効果により特異的な吸着特等モル比となるように秤量し，蒸留水に溶解性を示すことも確認している．さらに，提案させて混合した。この混合物を 298 K で 1 時

者らは，これまでに複数のイオン液体の合成

間攪拌することで[Hbet][Tf 2 N]を得た。さらに，方法についても確立している．本研究では，下相の[Hbet][Tf 2 N]から LiCl 等の不純物を除これらの水溶液中における金属イオンの抽出去するために蒸留水による洗浄及びデカンテ

試験結果を基にイオン液体による劣化溶媒にーションを数回行った後，上部の水相を除去― 130 ―

TOPへ戻るし 残 渣 を 水 飽 和 [Hbet][Tf 2 N]と し て 回 収 し た 。

Fig. 1 [Hbet][Tf 2 N]の合成スキーム

Table 1 DSP-n の組成
TBP[vol.%]

DBP[vol.%]

n-dodecane[vol.%]

DSP-0

30

0

70

DSP-1027

3

70

DSP-3021

970

DSP-100

030

70(4) [Hbet][Tf 2 N]による ZrP-n からの Zr 回収試験

(2) [Hbet][Tf 2 N]の評価得られた[Hbet][Tf 2 N]の評価は，核磁気共鳴

 [Hbet][Tf 2 N]による ZrP-n からの Zr 回収挙装置(JNM-ECS400：日本電子株式会社製)を用動を検討した．[Hbet][Tf 2 N]による ZrP-n からいて既知の 1 H-NMR スペクトルと比較するこの Zr 回収試験条件を Table 2 に示す．

とで評価した。[Hbet][Tf 2N]の測定は，20 dm 3
Table 2 Zr 回収試験試験条件の[Hbet][Tf 2 N]を 540 dm 3 のジメチルスルホ
キシド(DMSO-d6 99.9 atom%D，0.03 %TMS)に

Target elements

Zr(IV)

溶解し，NMR サンプル管に封入した。Fig. 2

Target solvent

ZrP-10, ZrP-30

Volume ratio

1:1に [Hbet][Tf 2 N]の 1 H-NMR ス ペ ク ト ル の 測 定値を示す。

Temperature [K]298Contact time [min]1, 5, 10, 30, 60
Speed：160 r・min -1 ，Width：40 mm

Shaking conditions

 ZrP-n は，Zr(IV)が 20 mM となるようにオ
キシ硝酸ジルコニウム二水和物を 3 M 硝酸に溶解させた溶液と DSP-10 及び DSP-30 をそれ
ぞれ同体積ずつスクリュー管瓶に封入し，298
1Fig. 2 [Hbet][Tf 2 N]の H-NMR スペクトルK に設定した恒温振とう槽で 60 分振とうして調製した．イオン液体には，カルボキシ基

1 H-NMR (400 MHz, DMSO-d ,  / ppm vs.
6

により単体でも金属抽出能を有する

TMS) 3.21(s, 9H, 3CH 3 ), 4.29(s, 2H, CH 2 )[Hbet][Tf 2 N]を選定した．[Hbet][Tf 2 N]と ZrP-n

を同体積ずつスクリュー管瓶に封入し，298 K(3) 模擬劣化溶媒の調製
 TBP 及び DBP をドデカンに溶解し，模擬劣化 PUREX 溶 媒 DSP-n (Degraded Solvent for
PUREX)を調製した．なお，n は TBP-DBP からなる抽出相における DBP の存在比を示す．
DSP-n は体積比によって n の値を決定した．
本試験で使用する溶媒の組成を Table 1 に示す．本研究ではこれらの模擬劣化溶媒にZr(IV)を抽出させ，Zr 抽出済み模擬劣化溶媒とした．Zr 抽出済み模擬劣化溶媒は，DSP-nについてそれぞれ ZrP-n と表す．

に設定した恒温振とう槽で振とうした．また，有機相中の金属濃度は，卓上蛍光 X 線分析装置 (X-ray Fluorescence analysis : XRF) によって測定した．XRF による測定では，事前に誘導結合 プラズ マ発 光分 光分析 装置 (ICP-OES)
を用いて ZrP-n 調製の際の水相の Zr 濃度変化を測定し，有機相の初期濃度を決定すること
で検量線を作成した．また，模擬劣化溶媒とイオン液体との振とう後の各溶液相は

1 H-

NMR 分析を行った．
 Fig. 3 に試験後の ZrP-n 中における Zr 濃度

― 131 ―

TOPへ戻る
の経時変化を示す．また，Fig. 4 に試験後の試分析結果を Fig. 8 に示す．

験溶液の外観写真を示す．Fig. 3 より試験後の[Hbet][Tf2N] + White matter[Hbet][Tf2N]

DMSO-d6

DMSO-d6

金蔵濃度はいずれの溶媒の組成でも振とう時間によらずマイナスの値を示した．また，Fig.
4 より ZrP-10 と振とうした[Hbet][Tf 2 N]相には白 色 物 の 生 成 ， ZrP-30 と 振 と う し た[Hbet][Tf 2 N]相 は 白 濁 す る こ と が 観 察 さ れ た ．
また，何れの溶媒も有機相の体積減少が確認された．XRF 測定では，溶液の組成変化やそFig. 5 ZrP-10 と 接 触 後 の [Hbet][Tf 2 N] の 1 H-れに伴う金属の錯体形状の違いによって検量

NMR スペクトル

線が変化するため，白色物の生成により有機相の組成が変化したことでマイナスの値 を示したと考えられる．本試験結果から[Hbet][Tf 2 N]と接触させることで ZrP-n の Zr
は極めて少なくなることが示唆され，ZrP-n から模擬核 種である Zr が除去さ れたと 考えられる．

Zr concentration / ppm

-82
-84

Fig. 6 ZrP-30 と 接 触 後 の [Hbet][Tf 2 N] の 1 H-

-86
-88

NMR スペクトル

DSP-10
ZrP-10
DSP-30
ZrP-30-90

ZrP-10

-92
-94

0

10

20

30

40

50

ZrP-3060

Contact time / minFig. 3 ZrP-n 中における Zr 濃度の経時変化

Fig. 7 [Hbet][Tf 2 N]と接触後の ZrP-10 および[Hbet][Tf2N]＋
ZrP-10

ZrP-30 の 1 H-NMR スペクトル[Hbet][Tf2N]＋
ZrP-30

DSP-10

DSP-30Fig. 4 試験後の試験溶液の外観写真
 試験後の各相の 1 H-NMR スペクトルを Fig.
5〜Fig. 7 にそれぞれ示す．白色物が生成した
ZrP-10 と振とうした[Hbet][Tf 2 N]相は，白色物を含んで測定した場合 と白色物を含めず測定した場合のそれぞれを示す．また，比較のたFig. 8 DSP-10 および DSP-30 の 1 H-NMR スペ

め Zr(IV)の抽出前の DSP-10，DSP-30 単体のクトル

― 132 ―

TOPへ戻る Fig. 5 より白色物の生成の有無に依らずケ

有機相はドデカンのみが検出され，TBP，DBP

ミカルシフト値に大きな変化は確認されなか及び Zr(IV)は第三相 (重有機相） に存在してった．このことから，有機物の構造自体にはいると考えられる．そのため，本試験では重変化がないと考えられる．また，Fig. 5，Fig. 6

有機相を ZrP-100 として用いた．

よ り [Hbet][Tf 2 N]に は 含 ま れ な い ピ ー ク が 確
認され，TBP 若しくは DBP に帰属するものと推定される．また，白色物を含まない相にもこれらのピークが確認されたことから，一部の TBP 及び DBP が[Hbet][Tf 2 N]相に溶解しているものと考えられる．
 また，Fig. 7，Fig. 8 から ZrP-n と DSP-n の
振とう前後の 1 H-NMR スペクトルを比較する

Fig. 10 軽有機相の 1H-NMR スペクトルと，振とう後は TBP，DBP と考えられるピー
クが消失し，ドデカンと考えられるピークの 振とう後の試料の外観を Fig. 11 に示す．Fig.

みが確認された．これにより劣化溶媒中の抽11 より，重有機相は[Hbet][Tf 2 N]に溶解するこ出剤成分である TBP と DBP は，全量白色物とが観察された．ZrP-10，ZrP-30 を用いた試の 生 成 に 寄 与 し た か 或 い は [Hbet][Tf 2 N]に 溶

験から，DBP は[Hbet][Tf 2 N]に溶解することが解していると考えられる．[Hbet][Tf 2 N]の Zr 濃

示されており，予め軽有機相と重有機相に分度が極めて低い値となった点と抽出剤成分がかれることでドデカンと分離されている ZrP-

有機相から消失した点から，[Hbet][Tf 2 N]と劣

100 はイオン液体に溶解したものと考えられ

化 溶 媒 の 接 触 に よ り [Hbet][Tf 2 N] 相 に 抽 出 剤る．また，静置に伴い僅かに相分離されておごと Zr が回収されたと考えられる．

り，上澄みに新たな有機相の生成が観察された． 1 H-NMR 分析結果から新たに生成された(5) ZrP-100 からの Zr 回収試験

有機相はドデカンであることが確認された．

 長期間の放射線暴露によって 劣化が進行しこれは，重有機相中に含まれていたドデカン

たことを想定し，[Hbet][Tf 2 N]による ZrP-100と考えられる．これらの結果から ZrP-100 にからの Zr 回収試験を行った．最初に DSP-100

対 し て [Hbet][Tf 2 N] が 溶 媒 と し て 機 能 す る こ

を用いて ZrP-100 を調製した際，Fig. 9 に示すとが示された．

ように第三相の生成が観察された．
軽有機相

重有機相

Fig. 11 ZrP-100 接触後の[Hbet][Tf2N]の外観

水相

Fig. 9 抽出後の DSP-100 の外観

４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況
 今後，本研究の成果を纏め，日本 原子力学

 こ こで 振 とう 後 の溶 液の 上相 (軽 有 機相 ）会等での口頭発表並びに論文化を行う予定でを 1 H-NMR 分析を行った．Fig. 10 に軽有機相ある．他の研究機関と共に公募型研究等へのの

1 H-NMR スペクトルを示す．Fig. 10 より軽提案に挑戦していく予定である．

― 133 ―

TOPへ戻る高性能 /L 空気電池の開発
  材料工学科  石﨑 貴裕  
１．序論（はじめに，まえがき，目的）

プローチも重要になるはずである。これは、Li 空気電池(LAB: Li-air battery)は、Li イオ

バインダーや電解液が充放電反応で重要なン電池の 10 倍以上のエネルギー密度を示し、Li 2 O 2 の生 成 と 溶 解 反 応 に 直 接 関与 し 影 響 をガソリンに匹敵するエネルギー密度を有する与えるためである。しかし、バインダーや電1) 。実用化すれば、次世代型の電気自動車(EV)

解液に関する研究開発はほとんど着手されての動力源として活用できるため、低炭素社会

いない。

の構築に向けて必要不可欠な二酸化炭素排出

そこで、我々のグループでは、新しい電解量の抑制技術になる。しかし、LAB を実用化

液 と し て 深 共 晶 溶 媒 (DES: Deep eutectic

させるためには、酸素 の酸化反応(OER)・還

solvent)に着目した。DES は、2 種類の固体

元反応(ORR)が遅い、繰り返し充放電時に発を混ぜ加熱することで得られる液体であり、生するデンドライト成長によるサイクル数のイオン液体と同様の物理化学的特性を有し、低下、長期間使用する際の電解液の揮発性等、その製造コストは安価である。また、室温近様々な課題がある 2)-4) 。これらの中でも酸素

傍で液体であり、イオン伝導性を有し、イオの酸化・還元反応の高効率化(充放電過電圧のン液体より安全性が高く、揮発性が低い。

低 下 )と 長 寿 命 化 (充 放 電 サ イ ク ル 数 の 向 上 )DES は バ イ オ 医 療 や ナ ノ 材 料 分 野 で 利 用 可が大きい課題として考えられており、これら

能な新しい溶媒として、近年注目されている。

の課題解決に向けた研究開発が進められていしかし、DES は 21 世紀初頭に着目され始める。具体的には、ヘテロ元素ドープや貴金属たためその研究歴史が浅く、特性の詳細につを担持したカーボン系材料や遷移金属酸化物

いては不明点が多い。ごく最近、申請者らの等を正極触媒に用いる研究開発がメインテー

研究により、特定の DES を溶媒に用いるこマとして進められており 1)-4) 、電解液には Liとで充電過電圧が大きく低下することがわか

塩 (1M LiTFSI)を 溶 解 さ せ た テ ト ラ エ チ レ ン

り、DES が Li 空気電池に資する酸素の酸化

グリコールジメチルエーテル(TEGDME)を、反応の触媒として機能することを世界で初めバインダーにはポリフッ化ビニリデンて発見した。しかし、その触媒機能の発現原(PVDF) や ポ リ テ ト ラ フ ル オ ロ エ チ レ ン

理は現時点において不明であり、この点の解(PTFE)を用いることが定説となっている。新

明が急務である。

しい正極触媒材料の開発や電解液中への反応

電解液に加えて、正極材の開発も LAB の実触媒となる Redox mediator(RM)の利用によ用化に向けて必要不可欠である。近年、電解り、電池性能は徐々に向上しているが 4) 、Li

液 に イ オ ン 液 体 を 用 い る こ と で 、 高 速 (60s)

空気電池を実用化させるためには、正極触媒で充放電が可能であり、サイクル特性の優れ材料の開発に加えて、正極材を集電体に固定た Al イオン電池が開発された 5)。この電池化するバインダーの開発や電解液側からのアでは、正極材の 3 次元構造のカーボンと電解

― 134 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１
液のイオン液体が電池の高機能化に重要な役

元特性を持つ触媒の開発が必要不可欠である。

割を果たした。この電池のキーポイントは、

ORR に有効な触媒として Fe-N-C 系触媒が非カーボン構造の 3 次元化（反応活性サイトの白金触媒として注目されている 6) 。本研究で増加）と、イオン液体と 3 次元カーボン材料

は低コストかつ高い酸素還元特性を有する触のシナジー効果の発現を実現させたことにあ媒 と し て 金 属 有 機 錯 体 (Metal Organicる。すなわち、Li 2 O 2 の形成に有効な反応活性

Framework:MOF)を前 駆 体 とし た 炭 素 系 材 料

サイトを増加させる 3 次元カーボン材料を創を合成し，その材料の特性を評価した。

製し、その材料特性を最大限に引き出すバイ(2)電解液としての DES の最適化

ンダーおよび電解液の組み合わせを探索すれ

本研究では，イオン液体と物理化学的性質

ば、LAB の性能を大きく向上できる。Li 空気が類似し，かつ無毒性，安価という特性をも電池の性能を向上させるための 3 次元構造のつ深共晶溶媒に着目し，深共晶溶媒を用いたカーボン材料の一つとしてヘテロ元素ドープ

リチウム空気電池の開発の検討を行った。

マクロポーラスカーボンが挙げられる。マク

ロポーラスカーボン(MPC)は、直径が 100～３．計画の進行状況

1000 nm 程度の球径を有するカーボン材料で(1) 新規カーボン系正極触媒の開発

あり、表面積が大きいことや、放電容量の向3D 構造を有する 触媒 を作製す るた め直径

上に関連する Li 2 O 2 の生成量を増加させるこ

300 nm の polystyrene sphere(PSS)をテンプとができる空間体積を有する。また、MPC にレートとして用意した。硝酸亜鉛六水和物とヘテロ元素をドープすることで、ORR の活性

硝酸鉄（Ⅲ）九水和物を Fe 原子濃度が 100%、

サイトを増加させることができる。このため、90%、80%、合計で 27.3 mmol になるように

ヘテロ元素ドープ MPC(HMPC)を用いること秤量し、15 ml のメタノールに溶解させた。

で、ORR の高活性化を実現できると考えられ

4,5-Dicyanoimidazole 82.2 mmol をメタノー

るが、LAB への応用例はほとんどない。MPC

ル 30 ml に溶解させ、上記の溶液を静かに加の課題として、導電性が低いことが挙げられえ混合した。調製した溶液に作製したテンプ

るが、CNT との複合化により改善できる考え

レートを 1 時間含侵させた後、脱ガス処理をられる。さらに、OER 活性を高める酸化物ナ行った。次に、アンモニア水とメタノールをノ粒子や ORR 活性を高めるナノメタル(Pt、

体積比 1：1 で混合させた混合溶媒にテンプ

Co、Ni 等)をこのカーボンに担持させること

レート浸漬させ、5 分間脱ガス処理を行ったで、より優れた正極触媒材料を創出可能と考後、50℃の電気炉で 24 時間放置し、その後、えられるが、そのような報告例は皆無である。

吸引ろ過し得られたテンプレートを室温で数以上のことを踏まえ、本研究では、新規カ

時間乾燥させた。乾燥したテンプレートをテーボン系正極触媒の開発と DES の最適化を

トラヒドロフランに浸漬させた後、吸引ろ過行い、これらのマルチ触媒を利用することで、により回収した試料を 110℃の電気炉で一晩LAB の高性能化をめざす。

乾燥させ、MOF_X を得た。X は溶液中の Fe濃度を示す。MOF_X を管状雰囲気炉に導入

２．研究計画

し、Ar 雰囲気下で 5℃ / min の昇温速度で(1) 新規カーボン系正極触媒の開発

900℃まで上昇させ、2 時間保持することで熱リチウム空気電池では正極電極で起こる酸処理を行った。熱処理後、0.5 M 硫酸水溶液

素還元反応(ORR)によって電気エネルギーを中で 80℃，24 時間加熱攪拌し酸洗浄を行っ得る。放電電圧を高くするために高い酸素還た。酸洗浄後の試料を吸引濾過し、その後、

― 135 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１
純 水 で 洗 浄 し 、110℃ で 乾 燥 さ せ C_MOF_X

分布に大きな違いが見られなかったことから、（マクロポーラスカーボン）を得た。

C_MOF_X に存在する結合種の存在割合の違SEM 像 の 観 察 結 果 か ら 、 い ず れ のいが放電容量に影響を与えていることが推察

C_MOF_X も直径約 300 nm のテンプレート

される。Table 1 の窒素結合状態の割合から，由来のマクロポーラス構造を有していること

ORR 活性を示す Fe-N 結合の割合はがわかった。この結果から、合成したカーボ

C_MOF_100（4.5%）、C_MOF_90（18.0%）、

ンがマクロポーラス構造を有していることが

C_MOF_80（21.0%）であり放電容量との相明らかになった。次に、合成したカーボン中

関関係が確認できる。活性サイトの均一な分の Fe-N-C 結合の存在を調査した。Fig.1 に布がリチウム空気電池の正極材料の性能を向C_MOF_X の XPS 測定による N 1s スペクト

上させることが報告されていることから、Zn

ル、表 1 に波形分離から得られた窒素結合状添加による Fe-N-C 結合種の存在割合が増加

態の結合種の割合を示す。Fig.1 の N 1s スペ

したことで，C_MOF_80 が最も高い放電容量

クトルの波形分離の結果から、全てのを示したことが考えられる。
4.5

Fe-N(約 399.3 eV)， Pyrrolic-N(400.1-400.3

4.0eV) ， Graphinic-N(400.1-400.5eV) ，Oxide-N(403.3-403.7 eV) 由 来 の 結 合 種 が 存在していた。

Voltage (V)C_MOF_X には，Pyridinic-N(398.4-398.6)，(a) C_MOF_100(b) C_MOF_90(c) C_MOF_80

3.5
3.0
2.5
2.0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000



Capacity (mAh/g)

Fig. 2  充 放 電 曲 線 (a) C_MOF_100, (b)C_MOF_90, and (c) C_MOF_80.
Table 1 各サンプルの窒素結合状態の割合
Relative percentage (%)


Fig.1 XPS N 1s スペクトル (a) C_MOF_100,

Binding

Peak position (eV)C_MOF_100 C_MOF_90 C_MOF_80

Pyridinic-N

398.4-398.6

28.5

12.7

8.6

Fe-N

around 399.3

4.5

18.0

21.0

Pyrrolic-N

400.1-400.3

1.5

21.3

17.3

Graphinic-N

401.1-401.5

55.2

38.5

50.3

Oxide-N

403.3-403.7

10.3

9.4

2.8

(b) C_MOF_90, and (c) C_MOF_80.
Fig.2 に C_MOF_100、90、80 のフル充放(2)電解液として使用可能な DES の探索

電試験の結果を示す。C_MOF_100、



C_MOF_90、C_MOF_80 の放電容量はそれぞ

EC600JD(KB)，負極材に Li 箔，セパレータ

れ 1795 mAh/g、2638 mAh/g、3295 mAh/g

ー に ガ ラ ス フ ィ ル タ ー (Whatman GF/A)， 電となっており、Zn の添加量を増加させること

解液に深共晶溶媒を用いた。リチウムビス(トにより放電容量が増加した。C_MOF_100，

リフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)

C_MOF_90，C_MOF_80 の表面積や細孔径のあるいは硝酸リチウム(LiNO 3 )と N-メチルア

正 極 材 に ケ ッ チ ェ ン ブ ラ ッ ク

― 136 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１
セトアミド(NMA)を特定のモル比率で混合し，の最適化を引き続き行っていく予定である。

深共晶溶媒を得た。その深共晶溶媒を電解液

論 文 (1) T. Ishizaki et al., Effect of Surface

としてリチウム空気電池に組み込み，充放電

Modification for Carbon Cathode Materials on試験を行った(電流値 100 mA/g)。

Charge–Discharge

Fig.3 に LiTFSI-NMA を電解液として用い

Performanceof

Li-AirBatteries, Materials, 15, 3270 (2022).

て構築したリチウム空気電池の充放電曲線を(2) T. Ishizaki et al., Recent progress of示す。NMA のモル比率が増加するほど放電おcarbon-based

よび充電の容量が増加し，放電および充電の

Lithium-based Battery, Sustain. Mater. Technol.,

過電圧が減少する傾向が見られた。

32, July, e00384 (2022).

NMA のモル比率が増加するほど，電解液のelectrocatalytic

materialsin(3) T. Ishizaki et al., Cattail leaf-derived

粘性が減少し，Li イオンの拡散性が向上した

nitrogen-dopedcarbonsvia

hydrothermal

ため，Li 2 O 2 の生成・分解が促進され電池性能

ammonia treatment for electrocatalytic oxygenが向上したと考えられる 7) 。また，深共晶溶

reduction in an alkaline electrolyte, Int. J.

媒の導伝率の向上に伴い，放電および充電の

Hydrogen Energy, 47, 24738-24749 (2022).

過電圧が減少したと推察される。

(4) 石﨑貴裕ら，Fe-N-C 結合を有する二元機
能マクロポーラスカーボン触媒材料の作製とリチウム空気電池への応用，74, 118-124, 表面技術 (2023).
参考文献
1) G. Girishkumar, et al., Lithium−Air Battery:
Promise and Challenges, J. Phys. Chem. Lett. 1,
2193 (2010).

Fig. 3 LiTFSI と NMA を(a)1:3, (b)1:4, (c)1:5,(d)1:7, (e)1:9 のモル比率で作製した深共晶溶
媒を電解液として用いたリチウム空気電池の充放電曲線
これらの結果から、LiTFSI と NMA を 1:9のモル比率で混合した深共晶溶媒が，最大の放電容量と最小の充放電過電圧を示したことから，Li 空気電池の電解液として最も適していることを明らかにした。
こ れ ら の 結 果 か ら 、 本 研 究 で 用 い た DES
は Li 空気電池の電解液として使用可能であることがわかった。

2) Daniel Sharon et. al., Catalytic Behavior of
Lithium Nitrate in Li-O2 Cells, ACS Appl. Mater.
Interface, 7, (2015), 16590.
3) Zhuojian Liang et. al., Critical Role of RedoxMediator in Suppressing Charging Instabilitiesof Lithium–Oxygen Batteries, J. Am. Chem. Soc.,
138, 7574 (2016).
4) Sina Rastegar et. al., High-Rate Long
Cycle-Life Li-Air Battery Aided by Bifunctional
InX3 (X = I and Br) Redox Mediators, ACS Appl.
Mater. Interfaces, 13, 4915, (2021).
5)

Lin.

et

aluminium-ion


４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況
今後は、Li 空気電池の性能を向上させるために、マクロポーラスカーボン材料を含むカー ボ ン 系 の 複 合 触 媒 材 料 の 合 成 お よ び DES

al.,

An

ultrafastrechargeable

battery,

Nature,520,

etBoron-Doped

7547(2016).
6)

L.

Yang,

al.

CarbonNanotubes as Metal-Free Electrocatalysts for the
Oxygen Reduction Reaction, Angew. Chem Int.
Ed. 50, 7132 (2011).

― 137 ―

TOPへ戻る

水蒸気を用いた回収容易な遷移元素酸化物光触媒担体
の創製および可視光応答化の実現  材料工学科  芹澤 愛  
共同研究者
なし
１．序論（はじめに，まえがき，目的）

光触媒としてカリウムを添加した酸化チタン，

触媒は比表面積を大きくすると反応速度がKTiO x s 粉末を作製した。

高まるため，主に粉体で用いられる。しかし，担体の作製には，Al 合金上に水蒸気プロセ

有害物質を分解する光触媒粉末を汚水処理にスを施し，多数の OH 基を有する AlO(OH)を用いた後，水中から粉末を完全に分離するこ作製した。この手法は，高温高圧下でアルミとが非常に困難である。そこで，光触媒特性

ニウムと水蒸気を反応させる新規表面処理技を持つ粒子が担体に担持されていれば，汚水術で，低環境負荷，高耐食性が得られるばか処理への利用がさらに加速することが期待さ

りか，表面形状を自在に制御できる点に優位れる。すなわち，粉末の光触媒を用いた汚水性がある。AlO(OH)の表面形状や比表面積は，処理を実用化するために，光触媒粉末を担持処理条件を変えることで制御できる。さらに，可能な基板が必要になる。

AlO(OH)の OH 基は官能基とイオン結合を形

光 触 媒 の 作 製 に 用 い た Wet Corrosion

成できるため，KTiO x s の K + イオンと AlO(OH)

Process（以下，WCP と呼称）は，アルカリ溶の OH 基のイオン結合の形成による光触媒の液を用いて金属を処理し，表面にナノ構造を担持が期待される 2) 。

作製する方法である 1) 。用いるアルカリ溶液

本研究では，光触媒にカリウムを添加したの濃度によって作製されるナノ構造が異なる，

酸化チタン，KTiO x s 粉末を選択し，担体に耐処理方法が非常に簡易で再現性が高い，熱処食性に優れ，表面に多数の OH 基が存在する

理が不要などの特徴がある。本研究では，アAlO(OH)を 選 択 し た 。 AlO(OH)表 面 に 生 成 さルカリ溶液に水酸化カリウム溶液を選択し，れた OH 基は官能基とイオン結合を形成でき

図 1 本研究で用いる触媒および担体作製のためのストラテジー― 138 ―

TOPへ戻るるため，KTiO x s の K イオンと AlO(OH)の OH+

基のイオン結合形成による KTiO x s / AlO(OH)
複合体の形成が期待される。本研究では，汚水処理に応用可能である KTiO x s 粉末およびKTiO x s / AlO(OH)複合体を作製し，最適条件を明らかにすることを目的とした。また，可視光に対する性能の可能性についても検討した。以上のことから，本研究の目的は，分離・再利用が可能で汚水処理に応用が期待される
光 触 媒 で あ る KTiO x s 粉 末 お よ び KTiO x s /AlO(OH)複合体を作製 し，可視光に対する光触媒性能を評価することとした。

図 2 本研究で用いた光触媒／担体複合体の作製方法

３．計画の進行状況
水蒸気プロセスで作製した AlO(OH)表面の

FE-SEM 観察結果と AFM 観察結果，比表面積２．研究計画
本研究に用いる，光触媒ならびに担体の作成指針として，下記の手法を用いることとした。
光触媒である KTiO x s の作製には，純 Ti 粉末（純度 99.7%）を利用した。WCP には，純Ti 粉末 1.0 g に対して 1，5，10，15，20 M の
KOH 溶液 10 ml を混合させ，室温でデジタル
シェイカーを用いて 800 rpm で 24 h 攪拌し反応させた。担体である AlO(OH)の作製には，20 mm × 20 mm × 1.5 mm の Al-Mg-Si 合金を基板として使用した。オートクレーブ内に 10 mlの超純水を加え，180 および 290°C で 24 h 水
蒸気プロセスを施し，複合体の作製には，AlO(OH)皮膜を被覆させた Al 基板上に 2.0 gの KTiO x s を 4 ml の超純水とともに加え，デ測定結果および結晶構造解析結果を，それぞれ図 3，図 4 および図 5 に示す。図 3 より，180°C で作製した試料表面は，薄片状およびブロック状の結晶が混在しているのに対し，290°C で作製した試料表面は，ブロック状の結晶が観察された。また，図 4 より，水蒸気プロセスによって形 成 した皮膜は，AlO(OH)
単相であることを確認した。
未処理の Al 基板の表面積に対し，180°C お
よび 290℃で作製した試料の比表面積はそれ
ぞれ 1.15 倍および 1.31 倍であり，290°C で作製した表面積が最も大きくなった（図 5）。
この結果，高温で処理することで結晶のサイズおよび比表面積がいずれも大きくなることがわかった。

ジタルシェイカーを用いて 100 rpm で 72 h 攪
拌を行った。複合体の作製方法を図 2 に示す。
作製した KTiO x s 粉末および複合体の光触媒特性評価は，以下の手順の通り行った。メ
チレンブルーと混合させ，暗幕を用いて周囲の光が入らないようにした上で，可視光域の波長を持つ LED ライトを用いて最大 120 min
照射した。その後，UV-Vis-NIR を用いてメチ
レンブルーの吸光度を測定し，光触媒特性を評価した。

図 3 担体作製のための基板として用いた未処理の Al 合金表面および水蒸気プロセスでAl 合金基板上に作製した AlO(OH)表面の表面観察結果（上段：FE-SEM 像，下段：AFM 像）

― 139 ―

TOPへ戻る
レ ン ブ ル ー を 分 解 で き ， 10 M で 処 理 し た
KTiO x s および 290°C で作製した AlO(OH)の組
み合わせで作製した複合体より高い性能を示した。


図 4 未処理の Al 合金および水蒸気プロセス
KOH 溶液濃度別の光触媒 KTiO x s ので Al 合金基板上に作製した AlO(OH)のＸ線

図 6

プロファイル

FE-SEM による表面観察結果
（a）未処理 Ti，（b）1 M，（c）5 M，（d）10M，（e）15 M および（f）20 M

図 5 各温度で水蒸気プロセスを施して作製した Al 合金表面の未処理の Al 合金基板に対する比表面WCP により作製した KTiO x s の表面観察結図 7  KOH 溶 液 10 M で 処 理 し た 光 触 媒

果を図 6 に示す。15 M 以下の濃度で処理した

KTiO x s および 180℃材あるいは 290℃材との場合は，試料表面が KOH 溶液によりエッチKTiO x s / AlO(OH)複合体の FE-SEM による表

ングされナノワイヤーが形成されたのに対し，面観察結果（赤い丸内に光触媒の存在が確認

20 M で処理した場合では，試料表面にポーラできる）

ス構造が形成された。KOH 溶液の濃度により，KTiO x s の 表 面 に 形 成 さ れ る ナ ノ ワ イ ヤ ー の以上のことから，汚水処理に応用可能な光直径と長さが変化し，10 M で処理した試料の触媒粉末を水中で容易に分離するために，水ナノワイヤーが最も長く直径が最小であった。

蒸気プロセスで作製した AlO(OH)表面に生成複合体の可視光応答性評価後のメチレンブ

された OH 基と KTiO x s の K + イオンとの化学

ルーの外観写真と吸光度を図 7 に示す。メチ

的吸着により作製した KTiOxs / AlO(OH)複合

レンブルーは透明に近づくほど光触媒として体の可視光応答性を評価した結果，以下の知の性能が高いことを示し，10 M で処理した見を得た。

KTiO x s および 180°C で作製した AlO(OH)の組

１．10 M で処理したナノワイヤーの平均直径

み 合 わ せ で 作 製 し た 複 合 体 は ， 62.6%の メ チが最も小さくなり，それにより比表面積も最― 140 ―

TOPへ戻る
も大きくなった。また，AlO(OH)との結合でたため，実用可能であることを示した。
４．10 M で処理した試料と 180°C あるいは290℃ 材 と の 複 合 は い ず れ も 可 視 光 に 反 応 することが確認でき，その中でも 180°C 材との複合体の方が高い性能を示したことを明らかにした。本試料に LED を 120 min 照射した際のメチレンブルー分解率は 62.6%であった。
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
本研究は，分離・再利用が可能で汚水処理に応用が期待される光触媒である KTiO x s 粉
末および KTiO x s / AlO(OH)複合体を作製するための技術開発を図るものである。本研究の

図 8

KOH 溶 液 10 M で 処 理 し た 光 触 媒

KTiO x s および 180℃材あるいは 290℃材とのKTiO x s / AlO(OH)複合体の UV 照射後のメチレンブルーの外観写真（上段）および吸光度（下段）

副次的な知見として，AlO(OH)の(101)面では水酸化物イオンがアルミニウムに直接配位し，結 晶 化 し た 際 に ア ル ミ ノ ー ル 基 と し て (101)
面表面に露出することを見出している。本研究で AlO(OH)の作製に用いた水蒸気プロセス
は，処理温度や処理時間だけでなく，超純水

必要な Ti−O−K のピークが最も大きくなったことから，光触媒性能および担体と担持する量においても，本条件が光触媒として最良の条件であるとわかった。
２．180°C で作製した水蒸気プロセス材の試に化学物質を加えることでも結晶成長を制御できることがわかっている。したがって，今後は，(101)面を大きく生成させることができ
れ ば ， KTiO x s 光 触 媒 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。

料表面は，薄片状およびブロック状の結晶が混在しているのに対し，290°C で作製した試料表面は，一様なブロック状の結晶が観察された。表面積に関しても，290°C で作製した試料の方が大きく，これにより高温で処理することで結晶のサイズおよび比表面積がいずれも大きくなることがわかった。
３．可視光応答性を評価した結果，いずれ条
件で処理した試料ともメチレンブルーの分解を確認することができ，可視光に反応することがわかり，中でも 10 M で処理した試料が最も高い性能を示した。この試料に対し LED
を 120 min 照射した際のメチレンブルー分解率は 98.6%であり，一般的な可視光応答型光触媒粉末と比較しても同等以上の性能を示し

本研究に関連した論文等投稿状況[1] 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.
[2] S.Y. Lee, D. Numata, A. Serizawa*, K.
Sasaki, K. Fukushima, X. Hu, T. Ishizaki:
Systematic Study of Effective Hydrothermal
Synthesis to Fabricate Nb-Incorporated TiO 2 for
OxygenReduction

Reaction,

Materials,

15(2022) 1633-1644.
[3] N. Itano, S.Y. Lee, A. Serizawa*: Effect ofAmmonia Additionon

the Growthofan

AlO(OH) Film during Steam Coating Process,Coatings, 12 (2022) 262-273.

― 141 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１

低濃度二酸化炭素固定化のための高効率膜反応器の開発
応用化学科

野村

幹弘

反応に水素選択透過膜を適用するなど抽出型

１．序論
2050 年 カ ー ボ ン ニ ュ ー ト ラ ル 社 会 の 実 現の膜反応器の検討が主であった。しかし、分を見据え、小規模燃焼系からの低濃度二酸化配型膜反応器の検討は、これまでほとんど行

炭素の回収に注目した。例えば、現在利用さわれておらず、研究分野としても新規である。

れている貫流小型ボイラの燃焼効率は非常にまた、二酸化炭素分離膜の開発も必要である。

高いので、燃焼効率改善による二酸化炭素の今回提案する膜反応器に有効な分離膜に必要排出量削減は難しい。そこで、本研究では、な機能は、水素のような非常に小さな分子は水素による二酸化炭素の還元反応を利用した

透過せずに二酸化炭素のみが透過することが二酸化炭素固定メタン化用膜反応器に注目し望ましい。そこで、想定反応温度である 300℃た。

～ 400℃程 度 で 二 酸 化 炭 素 を 選 択 的 に 吸 着 す
る無機物を膜素材として探索する。

Fig. 1

分配型二酸化炭素膜反応器のイメージ図。

Fig.1 に膜反応器の模式図を示す。この膜反応
器では、膜を透過した二酸化炭素を、膜の透過側に導入した水素により、メタンとする分配型である。膜の二酸化炭素透過側でメタン

Fig.2

二酸化炭素吸収材の吸収・脱離温度の一覧 1 ～ 6)化を行うことで、透過した二酸化炭素分圧が減少するので、膜の二酸化炭素の透過性の向上も期待できる。得られたメタンは、メタノ

Fig.2 に二酸化炭素吸収材の吸収・脱離温度ールなどを介して様々な化成品として利用での一覧を示す。メタン化反応などが進行する

きる。膜反応器は、反応系より選択的に生成

300～400℃ではマグネシウム系のアルカリセ物を分離する抽出型、膜透過中に反応が進行

ラミックが注目される。これまで、アルカリする接触型とこの分配型に分類できる。これ

セラミックを用いた分離膜開発として、までは、水素生成法の一つである水蒸気改質

Li 4 SiO 4 系 の 膜 開 発 が 報 告― 142 ―

7)

されている。

TOPへ戻るLi 4 SiO 4 膜 は 、 580℃ に て 、 水 素 透 過 率 3.58

【別添２】様式１
3.2 酸化マグネシウムを用いた製膜

×10 -10 mol m -2 s -1 Pa -1 、 二 酸 化 炭 素 透 過 率

ま ず 、 基 材 の 前 処 理 と し て

3.93 ×10 -10 mol m -2 s -1 Pa - と二酸化炭素選択透TMOS(Tetramethyl Orthosilicate)をアルミナ基

過性を示した。

材 (φ12mm、 岩 尾磁 器 製 )に 含 侵 さ せ 、80℃、以上を踏まえ、本研究の目的は、供給型膜

5min

乾 燥 さ せ た 。 そ の 後 、反応器にて、二酸化炭素をメタン化するコン

H 2 O:TMOS:EtOH:MgO:NH 4 OH=2:1:1:0.1121:0.

セプトの実証および高温二酸化炭素吸収膜素

001 のモル比で混合したゾルをディップコー

材の探求とする。

ティング法し、450℃、4h 焼成を行った。その 後 、 硝 酸 塩 (LiNO 3 :NaNO 3 :KNO 3 =0.30:0.18:0.52)を含侵させ、450℃、4h 焼成を

２．研究計画
本年度の目標は、①アルカリセラミック系
粉末材料のスクリーニングおよび②シリカ膜行った。
3.3 膜反応器試験を用い、膜反応によりメタンの生成を確認す

ニッケル粉末（富士フイルム和光純薬製）

ることの 2 点である。二酸化炭素選択吸収用と α-アルミナ粉末（住友化学製）を 50wt%でアルカリセラミックスの調査に注力する。こ混合し、7.0g を基材内部に充填した。触媒のの時、膜反応器の反応温度である 250℃から

還元処理は、500℃、水素 100mL min -1 にて 1

350℃で の 二 酸 化 炭 素 脱 離 挙 動 お よ び 多 孔 質時間行った。膜反応試験は、膜外側に二酸化セラミック基材へのコーティング状況を調査

炭素を 100mL min -1 、内側に水素を 10～100mLし、膜素材の可能性を検討する。並行して、

min -1 で供給して行った。CO 2 、H 2 、CH 4 は四分配型膜反応器にて、二酸化炭素をメタン化

重極型質量分析計で分析した。

するコンセプトの実証を行う。膜反応器に用いるシリカ膜は、対向拡散化学蒸着（CVD）
法にて製膜した。対向拡散 CVD 法とは、チ
ューブ状アルミナ基材の両側からそれぞれシリカ前駆体と反応助剤である酸化剤を供給し、アルミナ基材細孔内部にシリカ分離層を蒸着させる方法である。
３．計画の進行状況
実験方法
3.1 層状化合物を用いた製膜
層状化合物として SWF、SWN、SA、ST(クニミネ工業製)を用いた。層状化合物を 1 wt%

Fig.3 Na 型スメクタイト膜単成分ガス透過試になるようにスラリーを作製し、アルミナ基

験結果(0.1u 基材、室温)材である 0.1u (φ12mm、細孔径 0.1μm、岩尾
磁器製)、または、スプレーコート 2TC(φ12mm、

結果と考察

細孔径 0.134μm、岩尾磁器製)にディップコー

3.4 層状化合物を用いた製膜
Fig.3、Fig.4 に、0.1u 基材、スプレーコー

ティング法にて製膜した。その後、500℃にて焼成を行った。

ト 2TC 基 材に そ れ ぞ れス メ ク タ イト の 製 膜結果である。いずれの基材においても透過率― 143 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１の減少が見られた。コーティングにより層状

タイトに含まれる Mg 含有量が少ないことに化合物が多孔質基材上に配置されたことが分起因すると考えられる。コーティングは容易かる。透過性の変化より、層状化合物 ST のであったので、高温での二酸化炭素選択透過

コーティング量は他の層状化合物と比較して性を得るために、Mg 量の増強が求められる。

少なかったことが分かる。ST の 4％分散液の粘度は 1000Pa・S と他の層状化合物分散液の3.5 メタン化膜反応器の開発

1/4 以下で ある。コー ティング量 は分散液のFig.6 に、アルミナ基材を用いた場合の、二酸化炭素のメタン化反応器試験の結果を示す。

粘度に対応した。

アルミナ基材の透過は Knudsen 機構であり、CO 2 /CH 4 透過率比は 0.6 である。横軸は反応温度、縦軸は二酸化炭素転化率もしくはカーボンバランスを示す。転化率は、温度の上昇と共に増加した。最も反応温度の高い 400℃
で 54.6%の転化率を得た。二酸化炭素のメタン化反応は発熱反応で、平衡転化率は温度の上昇と共に低下する。本反応結果は、触媒の反応律速と推測される。この様に、供給型膜反応器によって、膜を透過した二酸化炭素がメタンとして得られることを実証できた。一方、カーボンバランスは、若干であるが温度Fig.4 Na 型スメクタイト膜単成分ガス透過上昇に対して減少した。325℃では 64.2%であ試験結果(SC2TC 基材、室温)った。生成物として一酸化炭素は検出されておらず、試験後の基材表面が黒色となっていた。以上より、反応温度の上昇に伴って転化率が向上したことで、副反応である炭素析出が進行したと考えられる。この様な炭素析出
の析出機構 1)は不明瞭であるが、膜反応器でのメタン化においても、粉末の触媒と同様の対策が必要な可能性がある。
次に、シリカ膜の評価を行った。Fig.7 に単成分ガス透過試験結果を示す。横軸に透過分子の分子サイズ、縦軸に透過分子の透過率を示 す 。 触 媒 非 担 持 基 材 上 で は CO 2 透 過 率
1.38×10 -9 mol Pa -1 m -1 s -1 、CO 2 /CH 4 透過率比

Fig.5 200～400℃の昇降温に伴うスメクタ
イト粉末 二酸化炭素吸収性能

2.19 を示した。それに対して触媒担持基材上
では CO 2 透過率 8.00×10 -11 mol Pa -1 m -1 s -1 、CO 2 /CH 4 透過率比 10.1 の性能を示した。触媒

Fig.5 に イ オ ン 交 換 を 施 し た ス メ ク タ イ トの熱重量測定結果を示す。二酸化炭素吸収性能がないことが示唆された。これは、スメク

担持の有無に係わらず同質なシリカ膜が得られたことより、蒸着における触媒担持の影響は小さい。

― 144 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１に、二酸化炭素透過型膜反応器に関しては、
実験的検討と並行し、シミュレーション検討を行う。シミュレーションでは、流体シミュ
レーションソフトを用い、膜透過部分に境界条件を導入することで、透過性、選択性を定める。シミュレーション評価により、分配型
膜反応器の実験条件を効率的に定める予定である。この実験条件をベースに分配型膜反応器の実証を行う。
発表（予定）
1. “ 二 酸 化 炭 素 資 源 化 用 分 配 型 膜 反 応 器 の開 発 ”， 箭 内 大 樹 ， 佐 藤 友 哉 ， 野 村 幹 弘 ，
日本膜学会第 44 年会，P-107S， 2022 年

Fig.6 円筒形アルミナ多孔質基材による反応

6月9日
2. “高温二酸化炭素分離膜素材の探索”，箭内
大樹，佐藤友哉，Michael Schwierz、野村幹弘，第 25 回化学工学会学生発表会，D10，2023 年 3 月 4 日
3. “高温二酸化炭素分離膜素材の探索”，箭内
大樹，佐藤友哉，露木大翔，野村幹弘，
第 27 回 JPIJS 若手研究者のためのポスターセッション，P52， 2023 年 5 月 29 日
参考文献
1) M. T. Dunstan et. al, Chem. Rev., 121,
12681-12745 (2021)
2) M. K. Ram Reddy et al., Ind. Eng. Chem.

Fig.7 HTMOS 膜単成分ガス透過試験結果

Res, 45, 7504-7509 (2006)
４．今後の予定及び学会,論文等投稿・発表状況 3) T.Harada et al., Chem. Mater , 27 ,1943-1949, (2015)

今 後 は 300～ 400℃に て 二 酸 化 炭 素 選 択 吸
着性をもつアルカリ素材を多孔質セラミック

4) T.Harada et al., J. Mater. Chem. A, 5, 22224(2017)にコーティングし、二酸化炭素選択透過膜を作製する。この時、セラミックとアルカリ素

5) R. B. Khomane et al., Chem. Eng. Sci., 61,
3415-3418 (2006)

材の反応性に注目する。二酸化炭素吸着性はアルカリ度に関連するが、アルミナなどのセ

6) T. Shimizu et al., Chem. Eng. Res., 77, 62-68(1999)

ラミックはアルカリ成分と複合化する。そのため、セラミック基材とアルカリ成分の反応

7) M. Nomura et al., Energy Procedia, 37,

性を調査する。反応性が高い場合は、アルカ1004-1011 (2013)

リ成分を増加させるなどの対処を行う。さら― 145 ―

TOPへ戻る

元素置換濃度制御に基づく水素化物ペロブスカイトの機能性創出と新規学術分野の開拓  工学部応用化学科  大口 裕之  
１．序論（はじめに，まえがき，目的） が酸化物やハロゲン化物に比べて小さいため

 水素化物は魅惑の材料である。なぜなら、に (MgO: -569 kJ/mol, MgI 2 : -358 kJ/mol,

主要構成元素として水素を含む水素化物は、

MgH 2 : -35.9 kJ/mol)、構造が不安定であり、特水素由来の特殊な物性を示し得るため、革新

別なケース以外では元素置換が困難であった的なエレクトロニクス・イオニクスや室温超ためであろう。

伝導分野を創成できる潜在能力を秘めている 昨年度には、ペロブスカイト水素化物としからである。そして近年、デバイス作製に必て 世界 初 と な る BaLiH 3 エ ピ タキ シ ャ ル 薄 膜

須でありながら水素化物に対しては未成熟での合成に成功した[第 69 回応用物理学会 25p-

あったエピタキシャル薄膜成長技術が申請者

F307-7]。この成功は、ペロブスカイト水素化により確立されたことで、水素化物による新分野創生が俄かに現実味を帯びてきた。次に取り組むべきは、イオン伝導相や電子相といった機能相の創出である。しかしそのために物の機能性創出・制御にとって大きな一歩である。なぜなら、エピタキシャル薄膜では基板との相互作用により構造が安定化されるたは、ほとんどがイオン的および電子的 に不活め、本来起こらないような 元素置換が高濃度性な水素化物に何らかの手を加えなければなまで実現し、イオン相や電子相を創出・制御らない。 できる可能性が高まるからである。ただし、水素由来のイオン伝導相や電子相を創出し

こ れま で に 得 ら れた BaLiH 3 エ ピ タ キシ ャ ル

ようとするとき、ペロブスカイト水素化物は

薄膜は部分的に水素化が不十分で金属が析出格好の的となる。というのも、一般に化学式
ABX 3 で表されるペロブスカイトは、元素置換
により、イオン・電気伝導性や誘電性、磁性、光学特性などを示す材料であり、ペロブスカしたものであったため、 元素置換に基づく高度な材料設計を展開する前に、完全に水素化された高品質膜に仕上げる必要があった。

イト水素化物においても多様な機能性の発現

 そこで本研究では、初めに完全に水素化さが期待されるからである。実際に最近、ペロれた高品質膜の合成に挑む。その後で、 エピ

ブスカイト水素化物 SrLiH 3 へのアルカリ金属

タキシャル薄膜による構造安定化を利用して置換によってヒドリド伝導が増大すると報告

ペロブスカイト水素化物への元素置換を行い、さ れ て い る [ACS Appl. Energy Mater. 5, 2968

格子制御や欠陥生成などを引き起こして、水(2022)]。ただし、この報告での置換濃度は 10%程度にとどまっていた。また、この報告を除くと、原子置換によるペロブスカイト水素化
物のイオン相や電子相の創出・制御はこれま

素由来の機能性を引き出すことをめざす。
２．研究計画で皆無であった。おそらくその一因は、一般

本研究では、はじめに、「A. 研究の土台とに水素化物の生成ギブスエネルギーの絶対値

なる膜合成」において MLiH 3 エピタキシャル

― 146 ―

TOPへ戻る膜(M：Sr, Ba)を合成する。そして次に、得ら全に水素化された BaLiH 3 エピタキシャル

れ た 膜 に 高 濃 度 元 素 置 換 を 施 す こ と で 、「 B.

薄膜を合成する。

高速ヒドリド伝導の創出」を展開する。

A-2) SrLiH 3 エピタキシャル薄膜の新規合成

A．研究の土台となる膜合成とする。ターゲットは、SrLiH 3 膜合成の場合

合 成 条 件 は BaLiH 3 の 場 合 と 基 本 的 に 同 じ

本研究では、水素化物薄膜合成に高い効力を発揮する、申請者独自の、活性水素 (反応性の高 い 原 子状 の 水素 ラ ジカ ル ) ガ ス 雰 囲気 下には(SrH 2 -LiH)ペレットを使用する。
B. 高速ヒドリド伝導の創出

における赤外レーザー蒸着法(図 2)を用いる。

初めてヒドリド伝 導が 報告された BaH 2 のそして、A-1) BaLiH 3 エピタキシャル膜の膜質

室温伝導率は 1 × 10 -7 S cm -1 程度であったが、向 上 と 、 A-2) BaLiH 3 よ り も 伝 導 率 の 高 い
SrLiH 3 エピタキシャル薄膜の新規合成を行う。

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ヒドリド欠損と伝導。

である(図 3)。本研究では、エピタキシャル薄図 膜による構造安定化を利用して、10 %より高

これらの研究では、これまでの BaLiH 3 膜合成
経験に照らして、薄膜成長時の基板温度は100 ℃から 300 ℃程度、また活性水素ガス圧

濃度にアルカリ金属 A(Li, Na, K など)を置換し、伝導率の最高値を更新する。伝導率はイ
ンピーダンス測定により決定する。

は 1 × 10 -4 Torr から 1 × 10 -2 Torr 程度とする。
基 板に は BaLiH 3 エ ピ タ キシ ャ ル 薄 膜 合成 で実績のある MgAl 2 O 4 (100)単結晶や MgO (100)単結晶などを使用する。出発原料であるター
ゲットには MH 2 (M : Sr, Ba)と LiH の粉体を図 

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

３．計画の進行状況

などによりそれぞれ実施する。

A．研究の土台となる膜合成

A-1) BaLiH 3 エピタキシャル膜の膜質向上

A-1) BaLiH 3 エピタキシャル膜の膜質向上

これまでの BaLiH 3 エピタキシャル薄膜

 図 3 には、(a)従来研究と(b)本研究で得られ中には Ba や Li が析出しており、成膜時のた BaLiH 3 膜の光学顕微鏡像を示す。後者は前水素化が完全ではないことが分かってい者に見られた金属部分が消滅し、透明かつ平た。そこで本研究では、活性水素発生装置

坦であった。これらの膜質改善は、高濃度のに組み込まれている、水素分子の結合を切活性水素によって水素化が促進されたために断するフィラメントの温度を、これまでの起こったと考えられる。図 3(c)には本研究膜

1500 ℃程度から 2500 ℃程度に引き上げる。
それによって活性水素発生量を増やし、完の XRD 2θ/θ 回折パターンを示す。従来膜では{100} 面 以 外 に も {110} 面 や {101} 面 か ら の 回

― 147 ―

TOPへ戻る(100)配向した BaLiH 3 エピタキシャル薄膜の成長に成功したことが分かった。以上の 結果
より、活性水素濃度を高くすることで水素化が促進され、さらに配向性が改善すると 分かった。
A-2) SrLiH 3 エピタキシャル薄膜の新規合成
図 4(a)に、最近の BaLiH3 エピタキシャル
薄膜合成研究で決定した成膜条件を用いて 合成した SrLiH3 膜の  θ  θ XRD 回折パターンを示す。SrLiH 3 由来のピークが観察され、また、それ以外には基板及び Cu 表面保護層
由来のピークしか観察されなかったことから、
SrLiH 3 膜の合成に成功したことが分かった。
図 3 BaLiH3 膜の(a), (b)光学顕微鏡像と、(c) 2θ/θ XRD 回折パターン。
折ピークが観察されたが、本研究膜では{100}面からの回折ピークしか観察されず、完全に(100)配向性が強いことも確認された。SrLiH 3
薄膜と MgAl 2 O 4 基板それぞれの 111 回折ピ
ークの φ スキャンパターンからは、エピタキ
シャル成長していることも分かった(図 4(b))。
また、光学顕微鏡像には金属析出はほとんどみられず、活性水素によ って膜の水素化が十分進行したことが示唆された(図は省略)。
B. 高速ヒドリド伝導の創出
 今回の実験では、三種類のエピタキシャル
薄膜(KI を置換した BaLiH3、純粋な SrLiH3、NaH を置換した SrLiH3)に対してインピーダ
ンス測定を行いヒドリド伝導率 の評価を実施した。純粋な BaLiH3 に対しても測定を試みたが、インピーダンスが高すぎ(伝導率が小さすぎ)たために、使用した測定装置のシグナル検出能力外であったためデータが得られなかった。
 得られたインピーダンスプロットを図 5(a)に示す。図中に示した元素置換量は、ターゲットに入れた置換元素の 量であり、必ずしも薄膜の中に取り込まれた置換元素量とは一致
しないが、ここでは便宜上ターゲット組成で試料を識別する。三種類の薄膜すべてに対して、結晶粒内抵抗を示す半円が現れ た。高品
質なエピタキシャル薄膜を用いたことで、 イ

図 4 SrLiH3 膜の(a) 2θ/θ XRD 回折パター

オン伝導の全体に占める結晶が崩れた粒界のンと(b)φスキャンパターン。

寄与が無視できるようになり、より本質的な― 148 ―

TOPへ戻る

伝導を観察できることが分かった。 そこでイ
ンピーダンスプロットに 半円フィッティング

４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況

を行い、そこで得られた抵抗値を用いて 伝導

今後の計画：

率を算出した。

 元素置換によって室温で   6FP  を超え そうして得られた伝導率のアレニウスプロ

るこれまでで最も高い伝導率を実現するためットが図 5(b)である。図には BaLiH3 のバルクに対して報告されている伝導率も併記した(黄色の点線)。純粋な BaLiH3 と SrLiH3 を比較すると、バルクで知られる通り 、エピタ
キシャル薄膜においても、SrLiH3 の方が一桁以上高い伝導率を示した 。元素置換を施した
試料は、純粋なものに比べて伝導率が向上していた。ただしその向上の度合いは 期待したほど大きくなかった。 その理由はおそらく、薄膜の中に取り込まれた置換元素量が 相当少に、を超える元素置換が可能となるように、
薄膜合成手法を改良中である。そしてすでに、目視での粗い判断はあるが、相当量の元素置換が実現していると思われる結果を得つつある。今後は、組成分析と並行して、伝導率評価
を繰り返し、できるだけ早く目標を達成した
いと考えている。

発表状況：
昨年度は本研究に関連して以下５件の学会なかったことであると推測される。この点について現在調査中である。

発表を行った。
１．福士英里香ほか、応用物理学会秋季大会、20p-c302-9（口頭）２．福士英里香ほか、応用物理学会秋季大会、20p-c302-10（口頭）３．森史弥ほか、応用物理学会春季大会、
16p-PA09-4（ポスター）
４．市岡俊樹ほか、応用物理学会春季大会、16p-PA09-1~18（ポスター）
５．福士英里香ほか、応用物理学会春季大会、17p-D419-1-15（口頭）
現在論文原稿を準備中であり、６月中に $&6
$SSOLHG(OHFWURQLF 0DWHULDOV ,)
に投稿予定である。










図 5 (a) イ ン ピ ー ダ ン ス プ ロ ッ ト と (b)ヒドリド伝導率のアレニウスプロット。

― 149 ―

TOPへ戻る/HYHUDJLQJKXPDQIDFWRUVDQGYLGHRFRQWHQWIRUKLJK4R(SHUIRUPDQFHUHLQIRUFHPHQWOHDUQLQJEDVHGDGDSWLYHELWUDWHVHOHFWLRQ  情報通信工学科 3+$1 ;8$1 7$1
5HVHDUFKFROOHDJXHV○○DIILOLDWHGLQVWLWXWLRQ  1DPH
１．3DSHULQWURGXFWLRQUHLQIRUFHPHQW OHDUQLQJ 5/  SURYLGHV D

2QOLQH YLGHR KDV LQFUHDVLQJO\ EHFRPHQHZ HIILFLHQW DQG IHDVLEOH VROXWLRQ IRUWKH PRVW GRPLQDQW DSSOLFDWLRQV RQ WKH

UDWH DGDSWLRQ DOJRULWKP ,Q JHQHUDO,QWHUQHW $FFRUGLQJ WR UHFHQW VWXG\ DQGUHLQIRUFHPHQW OHDUQLQJ DOJRULWKP WKHIRUHFDVW JOREDO ,QWHUQHW YLGHR WUDIILF

DJHQW REVHUYHUV WKH VWDWH IURP WKHZLOOJURZWKUHHIROGEHWZHHQDQG

HQYLURQPHQWDQGWULJJHUVWKHDSSURSULDWH

6LQFHVPDOOGHJUDGDWLRQLQWKHSHUFHLYHG

DFWLRQ 7KH HQYLURQPHQW WKHQ FKDQJHV WR

YLGHRTXDOLW\FDQVLJQLILFDQWO\LQIOXHQFH

WKHQH[WVWDWHDQGSURYLGHVFRUUHVSRQGLQJWKH

YLGHRUHZDUG WR WKH DJHQW IRU RSWLPL]LQJ WKHVWUHDPLQJVHUYLFHVKDYHKLJKUHTXLUHPHQWV

QH[W DFWLRQ GHFLVLRQ ,Q 5/EDVHG $%5

RQTXDOLW\RIH[SHULHQFH 4R( ,QRUGHUDSSURDFKHVWKHPDLQSXUSRVHLVWRGHFLGH

WRLQFUHDVHWKHUHYHQXHLWLVQHFHVVDU\

WKH DSSURSULDWH ELWUDWH DV WKH DFWLRQ 

IRU YLGHR VHUYLFH SURYLGHUV WR PDUN 4R(WRPD[LPL]HWKHSHUFHLYHGYLGHRTXDOLW\HQKDQFHPHQW DV KLJK SULRULW\ 5HFHQWO\LQ RWKHU ZRUGV 4R( DV WKH UHZDUG 

DGDSWLYHELWUDWH $%5 VWUHDPLQJKDVEHHQ

7\SLFDOO\ RQO\ E\ DFFXUDWHO\ GHILQLQJZLGHO\LQSXW VWDWH DQG UHZDUG IXQFWLRQ FDQ WKHDFFHSWDQFHDGRSWHGRIWRVHUYLFHSURYLGHVPRRWK

H[SHULHQFHVWRWKHXVHUV7KHFRUHRIWKLVZHOOWUDLQHG

WHFKQRORJ\LVELWUDWHDGDSWLRQDOJRULWKPOHDUQLQJWDNHDGYDQWDJHLQVHOHFWLQJWKHZKLFKDGDSWVELWUDWHVHOHFWLRQWRQHWZRUNRSWLPDO ELWUDWH IRU WKH LPSURYHPHQW RI

FRQGLWLRQ1HYHUWKHOHVVWKHSUHVHQFHRI

VXEMHFWLYH 4R( +RZHYHU WKH VWDWHRI' YLGHRV  YLGHRV DQG WKH UDSLGO\WKHDUW5/EDVHG$%5IUDPHZRUNVFRPPRQO\JURZLQJ QXPEHU RI VXEVFULEHUV DQG KLJKOHYHUDJH V\VWHPEDVHG LQIRUPDWLRQUHVROXWLRQ PRELOH GHYLFHV FDXVH WKHWHFKQLFDO IDFWRUV  WR FKDUDFWHUL]H WKHEDQGZLGWKVWDUYDWLRQDQGXQVWDEOHQHWZRUNLQSXW VWDWH DQG UHZDUG IXQFWLRQ ZKLOHFRQGLWLRQ SXWWLQJ PRUH FKDOOHQJHV RQ

FRPSOHWHO\ LJQRULQJ WKH KXPDQ IDFWRUVSHUIRUPLQJ

UDWH

VLWXDWLRQWKH

DGDSWLRQ

DJHQW E\UHLQIRUFHPHQW

RU

,Q

VXFK

7KHUHIRUH LQ WKLV VWXG\ ZH DLP WR

GHYHORSPHQW

RI

LQWHJUDWH KXPDQ IDFWRUV IRU H[DPSOHV― 150 ―

TOPへ戻る
KXPDQ PHPRU\ KXPDQ LQWHUDFWLRQV LQWRSDUDPHWHUV LQVXIILFLHQWO\ UHIOHFW WKHQRYHO5/EDVHG$%5

G\QDPLF FKDUDFWHULVWLF RI WKH VWUHDPLQJ

HQYLURQPHQW +XPDQ EHKDYLRU DQG YLGHR

２．5HVHDUFKSURJUDPLQWHUHVWLQJQHVV RQ WKH RWKHU KDQG

7KHUH WZR PDLQ SDUWV ZLOO EH WDNHQ LQWR

UHIOHFWDFFRXQW LQ RXU SURSRVHG 5/EDVHG $%5

VWUHDPLQJ VHVVLRQ SRWHQWLDOO\ SURYLGLQJOHDUQLQJ SURFHVV DQG LQSXW VWDWH RI WKHDQRWKHUDVSHFWRIDG\QDPLFHQYLURQPHQW

DJHQW

+XPDQ EHKDYLRUV VXFK DV SDXVH VNLS

WKH

XVHU

UHDFWLRQVGXULQJ

,QOHDUQLQJSURFHVV4R(PRGHOSOD\VD

IRUZDUG EDFNZDUG DQG PRXVH DFWLYLWLHVFUXFLDO UROH DV WKH SURWRW\SH RI UHZDUG

DUHWKHXVHULQWHUDFWLRQVWRYLGHRSOD\HUIXQFWLRQ 7KH H[LVWLQJ VWXGLHV RIWHQGXULQJDVWUHDPLQJVHVVLRQ,QK\SRWKHVLVHVWDEOLVK WKLV PRGHO EDVHG RQ WHFKQLFDOZKHQ HLWKHU D XVHU IRFXVHV RQ WKH YLGHRIDFWRUV

HJ ELWUDWH VZLWFKLQJ 4R6

RU WKH YLGHR FRQWHQW LV LQWHUHVWLQJ RU

SDUDPHWHUVLQLWLDOGHOD\VWDOOLQJHWF WKHYLGHRTXDOLW\LVJXDUDQWHHGQRQHRI

7KH UHWURVSHFWLYH 4R( KRZHYHU LV DOVRVXFKLQWHUDFWLRQVZLOORFFXU0HDQZKLOHVLJQLILFDQWO\ LQIOXHQFHG E\ WKH PHPRU\YLGHR LQWHUHVWLQJQHVV UHSUHVHQWV WKHHIIHFW DQG GHJUHH RI LQWHUHVW ,Q KXPDQLQGLYLGXDO XVHU LQWHUHVW RQ VSHFLILF

PHPRU\ WKH SULPDF\ DQG UHFHQF\ HIIHFWVYLGHR FRQWHQW W\SH 1RW DOO RI VHJPHQWVGHWHUPLQH

RI

RIYLGHRGUDZWKHVDPHDWWHQWLRQIURPWKH

LPSDLUPHQWV RFFXUULQJ DW WKH EHJLQQLQJXVHU ,Q IDFW D XVHU ZLOO EH DWWUDFWHG

DQG WKH HQG RI VWUHDPLQJ VHVVLRQE\ VRPH SDUWV RI YLGHR HJ GDQFLQJUHVSHFWLYHO\%HVLGHVWKHPHPRU\LPSDFW

VFHQHVWUHHWILJKWLQJVFHQH WKDWPDWFK

RI LPSDLUPHQWV FDQ EH UHSUHVHQWHG E\ DQ

ZLWK KLVKHU LQWHUHVW %\ FRQVLGHULQJ

H[SRQHQWLDO GHWHULRUDWLRQWKLV IDFWRU PRUH LQWHOOLJHQW ELWUDWH

WKH

PHPRU\LQIOXHQFH

RI

PHPRU\UHWHQWLRQLQWLPH GHILQHGE\IRUJHWWLQJVHOHFWLRQZLOOEHSHUIRUPHGFXUYH  IRU LQIUHTXHQW HYHQWV RU E\

UHSHWLWLRQIRUWKHUHSHDWHGLPSDLUPHQWV

$V WKH FRQVHTXHQFH WKHUH LV KLJK'HJUHH RI LQWHUHVW 'R,  RQ WKH RWKHUSRVVLELOLW\ RI IDLOXUH RI WKH WUDLQHG

KDQG

DJHQWLQPD[LPL]LQJ4R(UHZDUGLQDFWXDOVWDQGV

IRU

WKH

KXPDQ

LQWHUHVWLQJQHVVRIWKHYLGHRSUHUDWHGE\DSSOLFDWLRQVRWKHU XVHUV 3V\FKRORJLFDOO\ LI WKHGHWHULRUDWLRQRIVXEMHFWLYH4R(,QRUGHUYLGHRLVLQWHUHVWLQJWKHXVHULVZLOOLQJWRPLWLJDWHWKLVSUREOHPLWLVQHFHVVDU\WR DFFHSW VRPH LPSDLUPHQWV ZLWKRXWWR DGGLWLRQDOO\ LQWHJUDWH KXPDQ IDFWRUVGHJUDGLQJWKHSHUFHLYHGYLGHRTXDOLW\

LQWR WKH FKDUDFWHUL]DWLRQ RI UHZDUGUHVXOWLQJ

LQ

WKH



IXQFWLRQ DQG VWUHDPLQJ HQYLURQPHQW IRU

7KH LQSXW VWDWH RI WKH DJHQW VLPSO\PD[LPL]LQJ

4R(

LQ

YLGHR

VWUHDPLQJLQFOXGHVRIWKHSUHYLRXVVHOHFWHGELWUDWH

VHUYLFHV 7KHUHIRUH LQ WKLV VWXG\ ZH

SUHYLRXV QHWZRUN EDQGZLGWK DQG WKHLQWHJUDWH

FXUUHQW EXIIHU RFFXSDQF\ ZKLFK DUHVWUHDPLQJHQYLURQPHQWDQGUHZDUGIXQFWLRQWHFKQLFDOLQIDFWRUV+RZHYHU

WKHVH

KXPDQ

5/EDVHGIDFWRUV

$%5

LQWR

IUDPHZRUN

ERWK
0RUH



― 151 ―

TOPへ戻る
FRQFUHWHO\ ZH IRFXV RQ DQVZHULQJ WKHWKLV GDWDEDVH ,Q HDFK WUDLQWHVWIROORZLQJTXHVWLRQV

VHW WKH WUDLQLQJ VHW FRQVLVWV RI

••+RZFDQWKHDSSURSULDWHGDWDVHWIRU

 YLGHRV RXW RI D WRWDO RI WUDLQLQJERWKWKH4R(PRGHODQGWKH

YLGHRVLQWKHGDWDEDVH H[FOXGHVUHLQIRUFHPHQW OHDUQLQJ DJHQW EH

ZLWK WKH VDPH SOD\RXW SDWWHUQ DQGHVWDEOLVKHG"

ZLWKWKHVDPHFRQWHQW :KDWDUHWKHFRQWULEXWLRQVRIKXPDQ•IDFWRUV WR WKH 4R( PRGHO DQG WKH,QWKHVHFRQGUHVHDUFKSKDVHZHZRUNRQ

G\QDPLFRIVWUHDPLQJHQYLURQPHQW"

LQYHVWLJDWLRQ RI KXPDQ IDFWRUV WR 4R(+RZ WR LQWHJUDWH ERWK HQKDQFHG 4R(PRGHO7KLVWLPHDQHZGLUHFWLRQZKLFKLVPRGHODQGVWUHDPLQJHQYLURQPHQWLQWR

D OLWWOH ELW GLIIHUHQW IURP RULJLQDO

ILQDO5/EDVHG$%5IUDPHZRUN"SURSRVDOLVIRFXVHGWKDWLVWRVD\KXPDQWKHVHILHOGRIYLHZ )R9 7KLVKXPDQIDFWRULV

TXHVWLRQV WKH SURSRVHG 5/EDVHG $%5

YHU\LPSRUWDQWLQRPQLGLUHFWLRQDOYLGHRVSRWHQWLDOO\RXWSHUIRUPVWKHVWDWHRIWKH

VLQFH LW DOORZ XV WR SUHGLFW ZKHUH XVHUDUWPHWKRGVLQWHUPVRI4R(SHUIRUPDQFH 

LV JRLQJ WR ORRN DW LQ D KHDG VFUHHQ%\

VXFFHVVIXOO\DQVZHULQJ

7KHUHIRUH 5/$%5 PRGHO ZKHQ DSSOLHG WR

RPQLGLUHFWLRQDOYLGHRFDQSURYLGHKLJKHU

３．6WDWHRISURJUHVV,QWKHILUVWUHVHDUFKSKDVHZHDWWHPSWELWUDWHIRU)R9UHJLRQVZKLOHDGRSWORZHUWR VWXG\ WKH DYDLODEOH SXEOLF GDWDVHWVELWUDWH IRU QRQ)R9 UHJLRQV $V WKHEHIRUH EULQJLQJ WKHP LQWR RXU PDLQUHVXOWQRWRQO\KLJKYLGHR4R(LVHQVXUHGWDUJHWHG

WKH

EXWDOVRWKHUHTXLUHGEDQGZLGWKLVVDYHG

FDUHIXOO\,Q WKLV VWXG\ ZH SURSRVHG D PHWKRG WR

IROORZLQJUHVHDUFK $FFRUGLQJO\GDWDVHWVZHUH

SUHGLFW )R9 LQ RPQLGLUHFWLRQDO YLGHRLQYHVWLJDWHGEDVHG RQ WH[W LQIRUPDWLRQ WDNHQ IURP
•/)29,$ 9LGHR 4R( GDWDEDVH ,W

YLGHR

FRQVLVWV RI  GLVWRUWHG YLGHRLQIRUPDWLRQ RI VXEWLWOH VXSSRUW EHWWHUVHTXHQFHVRIVHFRQGVGXUDWLRQSHUIRUPDQFHRI)R9SUHGLFWLRQ7KLVRSHQ

7KH GDWDEDVHV DUH GLYLGHG LQWR

a new “research door” for RLEDVHG$%5

VXEWLWOH

7KH

QDYLJDWLRQGLIIHUHQWWUDLQWHVWVHWV,QHDFK•WUDLQWHVWVHWVWKHUHLVRQO\RQH

４ ． )XWXUH SURJUDP SDSHU VXEPLVVLRQ DQGYLGHR LQ WKH WHVWLQJ VHW ZKHUHDVUHVXOWVEULHILQJ

WKH WUDLQLQJ VHW LQFOXGHV WKH7KHLQYHVWLJDWLRQRIDSSURSULDWHGDWDVHWVYLGHRV WKDW GR QRW KDYH WKH VDPHZDV VWDUWHG EHIRUH WKH VXEPLVVLRQ RI

FRQWHQWDQGSOD\RXWSDWWHUQDVWKH

JUDQW OLQNHG .DNHQKL )< $V WKH

WHVWYLGHR 

UHVXOW D MRXUQDO SDSHU ZLWK WLWOH/,9( 1HWIOL[ 9LGHR 4R( 'DWDEDVH

&RQWLQXRXV 4R( 3UHGLFWLRQ LQ 9LGHR

7KHUHDUHWUDLQWHVWVHWVFRU6WUHDPLQJ Services

UHVSRQGLQJWRHDFKRIWKHYLGHRVLQSXEOLVKHGLQ,((($FFHVV

“Convolutional

NeuralNetworks

“was

for

successfully― 152 ―

TOPへ戻る
0HDQZKLOH ZH DUH FXUUHQWO\ ZRUNLQJ RQWKH

VWXG\

RI

)R9

SUHGLFWLRQLQ

RPQLGLUHFWLRQDO YLGHRV 7KH H[SHULPHQWVDUHEHLQJFRQGXFWHGDQGWKHSDSHUZLOOEHZULWWHQ GRZQ DQG VXEPLWWHG WR D MRXUQDO
VRRQ








― 153 ―

TOPへ戻る

教員養成での利用に向けたデジタルリスクマネジメント
教材の開発  情報通信工学科  大橋 裕太郎

１．序論（はじめに，まえがき，目的）

がどの程度プログラミング教育への準備がで 年度は、国内でのプログラミング教育

きているかを調査した。全国の小学校教員にの現状の把握に焦点を当てて調査を行った。

対して質問紙調査を実施し、結果を量的・質

世界的には、プログラミング（あるいはコ的観点から分析した。その結果、,&7 は教育ーディング）が子供たちの思考に影響を与え

現場で十分に活用されておらず、多くの教員るという考えはすでに広く共有されているが ,&7 の活用に自信や不安を抱いていること>@。モデルカリキュラムも世界中で様々なもが分かった。実施への具体的な障壁として、のが利用可能になっている>@>@。各国では、「授業での ,&7 活用の少なさ」「 計画に対する必修科目を小学校から高等学校までの系統的懐疑的見方」「従来の教授法の使用」「教員のな教科として位置付けていたり、選択科目の仕事量」の  つが明らかになった。全体とし中で実施したり、あるいはカリキュラムにプて、教師はプログラミング教育の導入に対しログラミング教育が規定されていなかったりて技術的・精神的な準備ができていないことするなど、科目の位置付け（必修・選択か、がわかった>@。

独立した科目かなど）や、開始学年など、その実施方法は各国で様々である。

この  年前（執筆時点）の調査から、状況は大きく様変わりしている。ひとつは、

日本では、 年度から小学校でのプログ&29,' の感染拡大が挙げられる。プログラ

ラミング教育が必修化された。日本で目指さ

ミング教育が必修化された  年には、感染れているプログラミング教育とは、子供たち拡大に伴う学校の休校が全国規模で実施され、に、コンピュータに意図した処理を行うよう

一部の教育現場ではプログラミング教育が十指示することができるということを体験させ分に実施できる体制を確保することが難しいながら、将来どのような職業に就くとしても、状況に見舞われた。&29,' の感染拡大は十時代を超えて普遍的に求められる力としての分な学びの機会を得られなかった子どもたち「プログラミング的思考」などを育むことをにとって大きな打撃となったが、一方で *,*$

目指しており、コーディングを覚えることがスクール構想の  人  台 3& の導入が前倒しさ必ずしも目的ではない>@。

れた結果、プログラミング教育の普及を推しプログラミング教育が必修化され  年が経進めることにもつながった。こうした複雑なとうとしている現在（執筆時）、プログラミン

状況を経た現在、&29,' も落ち着きを見せ

グ教育はどれほど浸透し、どの程度実施され始め、今一度プログラミング教育の現場レベているのだろうか。筆者は、プログラミング

ルでの実施状況を振り返る必要があるのでは教育必修化以前の  年、日本の小学校教員

ないかと筆者は考える。

― 154 ―

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２．研究計画「オンライン授業＊」「オンラインでの会議」

以下のリサーチクエスチョンに基づいて調「その他（  ）」

査を実施した。

4 授業で ,&7 を利用していますか。

 校務や授業での ,&7 利用はどのように変「ほぼ毎日」「週 ～ 日」「週 ～ 日」「週 

化したのか？

日」「ほとんど使わない」

 プログラミング教育はどの程度普及したのか？

4 4 で、授業で ,&7 を利用していると回答した方にお聞きします。どのような用途で利 教員の ,&7 利用およびプログラミングを用していますか。（複数選択）

教えることに対する自信はどのように変「児童が調べ物をする」「 児童が自己紹介や調化したか？

べたことの発表のために資料作成する」「 児童

 プログラミング教育への教員の意識はどのように変化したか？

がタイピングを練習する」「 児童が教育用ソフ
ト ウ ェ ア を 利 用 す る 」「 先 生 が 教 材 を 提 示 す



る」「児童が電子教科書を使って学習する＊」
インターネット調査会社の協力のもと、調「オンラインで授業をおこなう＊」「 プログラ査会社にモニター登録する小学校教員に対しミング」「その他（  ）」

て筆者が作成した質問票が送付された。質問4 校務や授業で ,&7 を利用することに自信

項目は  年に実施した項目と基本的に同がありますか。

一のものとした（今回の調査に新たに加えた「自信がある」「少し自信がある」「どちらで選択肢の項目に＊を記載している）。

もない」「あまり自信がない」「自信がない」

分析方法は、 年調査と比較してカイ二

4小 学 校 段 階 で の プ ロ グ ラ ミ ン グ 教 育 は 必

乗検定を用いて統計的有意差を検証した。以要だと思いますか。

下に質問と選択肢を示す。

「必要だと思う」「ある程度は必要だと思う」

「 ど ち ら で も な い 」「 あ ま り 必 要 だ と 思 わ な

4 小学校教員として何年間働かれています

い」「必要だと思わない」

か。

4 小学校の授業の中で児童にプログラミン「 年未満」「 年～ 年」「 年～ 年」

グを教えたことがありますか。

「 年～ 年」「 年以上」

「ある」「ない」

4 授業とは別に、校務でどの程度 ,&7（コ4 4 で「ある」と回答された方に質問です。

ンピュータ、タブレット 3&、電子黒板など）

何のプログラミング言語や開発環境を使用しを利用していますか。

ましたか？

「ほぼ毎日」「週 ～ 日」「週 ～ 日」「週 

4 プ ロ グ ラ ミ ン グ に つ い て 教 え る こ と に日」「ほとんど使わない」

自信がありますか。

4 4 で、校務で ,&7 を利用していると回答「自信がある」「少し自信がある」「どちらでした方にお聞きします。どのような用途で利もない」「あまり自信がない」「自信がない」

用していますか。（複数選択）

4 小 学 校 で プ ロ グ ラ ミ ン グ に つ い て 教 え「授業のための資料作成」「調べ物」「児童のる上で必要だと考えるものをすべてお選びく

成績やデータの管理」「報告書等の文書作成」

ださい。（複数選択）

「プレゼン等の資料作成」「 メールや校内イン「サポート要員などの学校への訪問」「 電話や

トラネット等でのやりとり」「 部活動やクラブ

メール等で質問をすることができるヘルプデ活動のための作業」

スク」「教え方についての教科書や資料、副教― 155 ―

TOPへ戻る
材等」「 プログラミング教育に関するポータル
サイト」「研修や訓練」「研究や練習のための時間」「コンピュータ」「タブレット 3&」「校内無線 /$1」「その他（  ）」
4 プ ロ グ ラ ミ ン グ 教 育 に 何 を 期 待 し ま すか。（複数選択）
「 論 理 的 思 考 力 の 育 成 」「 数 学 的 思 考 力 の 育成」「創造力の育成」「将来必要となる知識や
図 校務での ,&7 利用頻度

技術を身につけること」「 最新技術に触れるこ
とこと」「 将来の職業を考えるきっかけになること」「楽しみながら学ぶこと」「教員がコンピュータに慣れること」「 他教科との連携」「プ
ログラミングを通じて学校や勉強が好きにな
る こ と 」「 特 に 期 待 し て い な い 」「 そ の 他（  ）」
4 その他、,&7 利用やプログラミング教育について要望やご意見がありましたらお書き
図 校務での ,&7 利用の種類ください。（自由記述）




授業での ,&7 利用の種類については、「 先生

３．計画の進行状況
全国の  名から回答を得た（男性  名、が教材を提示する」が ％水準で有意に減少

女性  名、平均年齢  歳）。回答率は 

し、「児童が教育ソフト・アプリを利用する」

であった。なお  年の調査は  名（男性

「児童が発表する」「 児童がタイピングを練習 名、女性  名、平均年齢  歳）であっする」「児童がプログラミングをする」が ％た。以下、前述のリサーチクエスチョンの順水準で有意に増加した。

に結果を述べる。
（） 校務や授業での ,&7 利用はどのように変化したのか？
校務での教員の ,&7 利用頻度は ％水準で（S ）、授業での ,&7 利用頻度は ％
水準で増加した（S）。その内容として
は、「授業のための資料作成」が ％水準、「報告書等の文書作成」が ％水準で有意に減少図 授業での ,&7 利用頻度

し、「 メールや校内イントラネット等でのやりとり」が ％水準で有意に増加した。

― 156 ―

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参考文献>@ :LQJ - 0 ： &RPSXWDWLRQDO

7KLQNLQJ &RPPXQLFDWLRQV RI WKH $&0
9RO1RSS>@&RPSXWLQJDW

6FKRROVKWWSVZZZFRPSXWLQJDWVFKRRORUJXN>@+RXURI&RGHKWWSVKRXURIFRGHFRP
図 ,&7 利用の種類

>@文部科学省 小学校段階におけるプログ
ラミング教育の在り方について（議論の取り



まとめ）

（） プログラミング教育はどの程度普及し

KWWSVZZZPH[WJRMSEBPHQXVKLQJLFKR

たのか？

XVDVKRWRXDWWDFKKWP

プログラミングを教えた経験があると回答>@ 2KDVKL <   3UHSDUHGQHVV RI

したのは  年の ％から ％に大きく増Japan’s Elementary School Teachers for加したものの、いまだに半数以上が経験がな

WKH,QWURGXFWLRQRI&RPSXWHU3URJUDPPLQJ

いと回答した。プログラミング教育は必要と(GXFDWLRQ ,Q Dagienė, V., Hellas, A.

考える割合は ％水準で有意に増加したが、

HGV  ,QIRUPDWLFV LQ 6FKRROV )RFXV RQ

割以上はいまだにプログラミング教育に対し/HDUQLQJ3URJUDPPLQJ,66(3/HFWXUH

て否定的な見方を示した。

1RWHV LQ &RPSXWHU 6FLHQFH YRO 
6SULQJHU

&KDP

KWWSVGRLRUJ
B

４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況
・ -RXUQDO RI ,QIRUPDWLRQ 3URFHVVLQJ -,3 
6SHFLDOLVVXHRI&RPSXWHUVLQ(GXFDWLRQ
図 教員のプログラミングを教えた経験

IRU&UHDWLYH/HDUQLQJ（投稿済）
・ 3& カンファレンス（投稿予定）

（） 教員の ,&7 利用およびプログラミングを教えることに対する自信はどのように変化したか？
意外なことに、,&7 を校務や授業で利用することに自信があると回答した人の割合は、 年と比較して ％水準で有意に減少した（S ）。一方、プログラミングを教える 自 信 は  ％ 水 準 で 有 意 に 上 昇 し た （ S）。
以降、分析を継続して行う。
― 157 ―

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需要消失する地域公共交通のサービス改善のための外部補助制度と需要創出策
  土木工学科  岩倉 成志 

１．序論的とした研究は存在しない．本研究では，新地域公共交通とのネットワーク効果を持ち，幹線と地域公共交通とを乗り継ぐ利用者の交

多くの優秀な人材を擁す JR などの大手鉄道

通行動および，地域公共交通の運行本数の改事業者が，地域公共交通のサービス改善をコ善などサービス改善と 沿線地域の SNS マー

ンサルティングし，そのサービス改善によるケティングによって新幹線利用者と地域居住大手事業者の増益範囲で地域交通事業者のサ者の活動パターンが変化するメカニズムを数ービス改善への営業補助や資本費補助を契約

理的に解明する．

し，地域公共交通の単なる存続からサービス改善を成し得る成長経営へ転換する可能性を

２．研究計画

交通需要推計モデルで定量化すること，なら
びに SNS ネットワーク効果に着目した需要科研採択を目指し，以下の研究計画を準備した．

創出策を研究することが本研究の目的である．

①地域公共交通のサービス改善が，幹線交

地域公共交通の技術革新（高頻度運行，ダ通の需要と収益増加にどの程度寄与するのか，

イヤ改善，バスタ，MaaS，鉄道やバスの自動

逆にサービス悪化がどのくらい需要と収益を運転化による低運賃化など）と SNS 需要創出低下させるのか．(2023-2025)

によって，観光や業務トリップで新幹線の収②沿線地域の SNS マーケティングが幹線

益増が推計できた場合に，その増益の範囲内

交通の需要と収益増加にどの程度寄与するので地域公共交通のサービス改善策の選定を行

かを携帯電話位置デー タと SNS データとにう．実際の改善によって地域公共交通沿線のよって明らかにする．(2023-2025)

居住者の利便性をも改善できた場合，地域内③地域居住者が希望する一日の活動パターの通学，私事，通勤，業務の需要回復に寄与

ンはどのようなものか．地域公共交通の高頻して地域公共交通事業者の経営を安定させ，度運行や，運行時間帯を拡大した場合に居住成長軌道に乗せられる可能性があると考える．

者の生活はどのように改善できるのか．

地域公共交通のサービス改善と沿線地域の(2024-2026)

SNS マーケティングが，新幹線需要をどの程④幹線交通と地域公共交通との連動性を高度向上させ，新幹線と地域公共交通の収益をめ，地域公共交通サービスを改善できる海外

どの程度改善させるのかを見極めることを目の先端事例としてどのような対策や技術革新― 158 ―

TOPへ戻るが存在するのか．(2025-2026)

表１都市間経路選択モデル の推定結果

⑤大手交通事業者から地域交通事業者への外部補助（交通事業者間の拡大内部補助）を導入する際の合意形成や制度策定の問題点はどのようなものか.(2025-2026)
３．計画の進行状況
 今年度は研究計画のうち①と②をおこなったので，以下に報告する．
3.1.研究計画①
地方交通のサービス水準の変化による新幹線 需 要 へ の 影 響 を 分 析 す る こ と を 念 頭 に ,新効用関数を表１に示す.

幹線と地方交通を乗り継ぐトリップを表現す

利 用 者 は ,新 幹 線 利 用 と い っ た 都 市 間 を 跨る 経 路 選 択 モ デ ル を 構 築 し ,地 方 交 通 の サ ー

ぐ 長 距 離 移 動 の 際 は ,ス ム ー ズ な 移 動 が 可 能

ビス水準が新幹線利用者の効用に与える影響

で あ る 経 路 ,そ し て 交 通 手 段 の 選 択 を し て いを分析した.

ることが考えられる.

3.1.1.データ概要

このモデルを使用して地方鉄道が廃止され2015 年 幹 線 旅 客 純 流 動 調 査 に お け る 平 日た場合の効用の低下と新幹線料金で補ってサの鉄道トリップデータ 285135 サンプルを扱

ービス改善した場合の効用水準を評価する．

う .こ の デ ー タ か ら 研 究 目 的 と 整 合 し た デ ー

ケーススタディとして取り上げたのは，三タを 以下 の 4 つ の観 点か ら抽 出し た .また ,重県内の赤字路線である伊賀上野駅から伊賀対象とする発着地は全国とする.

神戸駅を結ぶ伊賀鉄道である．

・新幹線降車後,降車駅とは異なる生活圏に移

伊賀鉄道廃止による１トリップ当たりの効

動したトリップ

用低下を貨幣換算すると-673 円/トリップ，並・幹線交通区間で新幹線を利用したトリップ

走する高速バスを廃止すると-1464 円/トリッ・新幹線駅アクセス,新幹線駅イグレス区間にプとなり，伊賀鉄道よりも高速バスを廃止す

おいて鉄道(在来線)を利用したトリップる方が効用低下が大きいことが明らかになっ・新幹線駅アクセス,イグレス区間における利た．なお，新幹線料金の 1341 円値上げすると

用 交 通 機 関 が 鉄 道 (在 来 線 )を 除 き 1 種 類 の伊賀鉄道のサービス改善が可能になることがみ (自 動 車 ,徒 歩 ,タ ク シ ー ,高 速 バ ス ,市 内 バ ス

わかった．

のいずれか)のトリップ
以上の 観点か ら抽出 し た結果 ,5390 サンプ

3.2.研究計画②

ルの OD ペアが抽出された.

近年急激に普及・発展している 616 マーケ

LOS データは, NAVITIME API と駅すぱ
あと API の 2 つを用いてデータは,所要時間,

ティングを行うことにより鉄道需要の創出につながるのではないかと考えた．

費用,待ち時間を取得する.

本研究では四国の観光地に関する 616 投稿

3.1.2 経路選択モデルの構築の増加に伴い，付近の公共交通機関の利用者

地方交通間の競合が激しいと考えられるが増加するという仮説を立て，観光地に関す

250 サンプルを 選択し, ロジットモデルに よる 616 投稿と観光地付近の駅利用者数の相関

っ て 経 路 選 択 モ デ ル を 構 築 す る .推 定 さ れ た性を分析することを目的とした．

― 159 ―

TOPへ戻る表３ 616 投稿数が鉄道需要に与える影響を推定する 6$5,0$; モデル
外
生
変
数

丸亀駅

栗林公園北口

大歩危駅

観音寺駅

詫間駅

琴平駅

鳴門駅

下灘駅

日照時間

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緊急事態宣言







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



蔓延防止策①















蔓延防止策②











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SNS投稿数(P値) 

 

 

 

 

 

 

 

 

内
生
変
数

伊野駅

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







3.2.1.データ概要

系列モデルの中でも季節変動成分やトレンド

四国の観光地から徒歩またはバスで移動で成分，外部変数 X を考慮できる次式のきる最寄り駅を対象とし，丸亀駅・栗林公園

SARIMAX モデルによってモデル推定を行う．

北口駅・大歩危駅・観音寺駅・詫間駅・琴平駅・鳴門駅・下灘駅・伊野駅の 9 地点の
day-to-day 定期外乗降者数データを用いた．
対象期間は 2019 年 4 月 3 日から 2022 年 7 月
ここで p は自己回帰モデルの次数，q は移動

31 日である．
SNS 投稿数は表-1 に示すキーワードを含む

平均モデルの 次数，P， Q はそれぞれ季節自投稿を Twitter API より抽出し，週別に集計し

己回帰モデル，季節移動平均モデルの次数でたものを用いる．なお，本研究では投稿内容ある．また，β は外生変数のパラメータ，

について解析していないため，投稿内容のネ

exog_n は外生変数，A, a, B, b は内生変数のパガティブ，ポジティブに左右されてしまう可ラメータ，ε_n は誤差，c は定数項を示す．本

能性のあるリツイートやリプライによる投稿

研究では週別データ系列を扱うので，周期ｓは SNS 投稿数に含まず分析することとした．

は 52 となる．
モデルの選定方法は，各次数の組み合わせ

表２ 観光地に関する SNS 抽出キーワード
駅名
キーワード
駅名
キーワード

丸亀駅

栗林公園北口

大歩危駅

観音寺駅

丸亀城

栗林公園

祖谷のかずら橋

高屋神社

かずら橋

観音寺

詫間駅

琴平駅

鳴門駅

下灘駅

父母ヶ浜

金刀比羅宮

大塚国際美術館

下灘駅

当てはめたモデルを複数作り，赤池情報量基
準（AIC）の値が最小となるモデルを選んだ．
また，日照時間，緊急事態宣言，第 1 回蔓

伊野駅

延防止策，第 2 回蔓延防止策が SNS 以外の乗

仁淀川
仁淀ブルー

降者数に寄与する要因として挙げられるため，
外生変数してパラメータを推定する．

3.2.2.分析手法
駅乗降者数と SNS 投稿数の相関性を分析するため，乗降者数を目的変数とした時系列
モデルを推定する際，外生変数に SNS 投稿数を入れ，パラメータの統計的有意性を確認する手法である．
駅乗降者数データのような時系列を分析するためには 1 年を周期とする季節変動を考慮したモデルを扱う必要がある．そのため，時

3.2.3.モデルの推定結果
SARIMAX モデルの係数を表-2 に，丸亀駅の推定モデルを例にモデルの再現性を図-2 に示す．
丸亀駅，大歩危駅，観音寺駅，詫間駅の 4
駅は決定係数が 0.5 を超え，モデルの精度は悪くない．さらに SNS 投稿数の p 値は 4 駅とも 0.05 を下回り，有意な値となったことから，― 160 ―

TOPへ戻る
この 4 駅は駅乗降者数に SNS 投稿数が寄与し土地利用や人口の変化などの分析を進めていていると言える．

る．

一方で，栗林公園北口駅，琴平駅，鳴門駅，

学会 ，論 文 等投 稿・ 発 表状 況と し ては ，研 究

下灘駅，伊野駅は決定係数が 0.5 を下回りモ

計画 ②の 研究 成果 と鉄 道廃 線後 の交 通サ ービ ス

デル精度が良くない結果となった．考えられ水準の時系列変化の研究成果とを土木学会第 78

る要因として，SNS 投稿数データにはネット

回年 次学 術講 演会 に投 稿済 みで ある ．こ のほ か

ニュースに伴う投稿も含まれているため，ニ

今秋 の土 木学 会土 木計 画学 秋大 会な ど各 種学 会

ュースの内容や投稿内容によって鉄道需要ににて適宜発表を行っていく．

負の影響を与えている可能性がある．
図-3 に丸亀駅 SARIMAX モデルの SNS 投稿
数を 0 から 500 まで増加させた際の乗降者数の感度分析結果を示す(上図 SNS 投稿数 0 件，
下図 SNS 投稿数 500 件)．SNS 投稿数の増加に伴い，乗降者数が増加していることが分かる．さらに，SNS 投稿数が 1 件増加した際の丸亀駅駅降車客数は 2.29 人，大歩危駅，観音寺駅，詫間駅はそれぞれ 0.28 人，0.27 人，0.13
図１ 丸亀駅の時系列需要の再現性

人増加することが分かった．
４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況
 今後の研究計画として，まず，今年度の研究過程の成果を踏まえて，2023 年度科学研究費挑戦的研究（ 萌芽 ）に 「異 常検 知技 術を 応用 した ロー カル鉄道の需要対策効果の XAI 計測」として申請
をお こな った が， 残念 なが ら不 採択 とな った ．
2024 年度も研究蓄積を踏まえて採択を目指した
い．
研究計画②は，推定結果で SNS 投稿数のパラ
メー タが 有意 とな らな かっ た琴 平駅 や栗 林公 園
北口駅では JR の他に琴電やその他の路線が競合して いる ．そ のた め， 競合 路線 数も 考慮 する ．
また，SNS 投稿数と乗降者数の相関性について分析を行ったが，SNS の投稿内容により乗降者

図２ 丸亀駅周辺観光地の SNS 投稿の増加

数に プラ スの 影響 を与 えな い可 能性 があ る． しが丸亀駅需要に与える影響(上図 SNS 投稿

たが って ，投 稿内 容の 感情 分析 を行 い， 投稿 内

数 0 件，下図 SNS 投稿数 500 件)

容が ポジ ティ ブな 投稿 数， ネガ ティ ブな 投稿 数を分離して評価する必要がある．
このほか，地方鉄道の現状をつぶさに分析するために，鉄道廃線後の代替バスの運行状
況の時系列推移の分析やサービス水準の変遷，
― 161 ―

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バルク超伝導体の強磁場を利用したプロファイル 105 の開発  工学部先進国際課程  坂井 直道  共同研究者
理化学研究所 岡徹雄
理化学研究所   高橋雅人
理化学研究所   仲村髙志
１．序論（はじめに、まえがき、目的）

での測定が可能となる。+76 バルク磁石は永超伝導とは極低温に冷却した際にある温度

久磁石よりも強力な磁場を発生させることが以下で電気抵抗がゼロとなる現象を指し、中できるため、より高感度な測定が可能となる。

でも液体窒素温度（.℃）等 .

しかし磁極表面には常に強力な磁場勾配が生以上でも超伝導を示す物質を高温超伝導

じており、高い磁場均一度が要求される化学+76+LJK7HPSHUDWXUH6XSHUFRQGXFWRU 体

シフトを観測することは不可能であるため構と呼ぶ。本研究ではバルク 塊 状の +76 バル

造解析には利用できない。一方で 105 信号を

ク磁石を用いた。+76 バルク磁石は小型の極検出することができれば、緩和時間や自己拡

低温冷凍機で運用することが可能であり、装散係数などの分子の運動性を調べることが可

置の小型化を図りながらも強力で安定した磁能である。我々は、バルク超伝導体の強磁場場を発生させることができる。バルク超伝導を利用して分子の運動性などの違いから、深磁石の応用先の一つに小型可搬型 105 装置がさ方向の成分分布や分子挙動の変化を調べるある。

ことが可能なプロファイル 105 の開発を進め

105 1XFOHDU0DJQHWLF5HVRQDQFH核磁気共鳴 とは、磁場中で核スピンが固有周波数ている。今年度は主に自己拡散係数を調べる装置の開発を行った。

の電磁波によって共鳴を起こす現象であり、105 で拡散測定を行う方法として、パルス

有機化合物の構造解析等に広く用いられてい磁場勾配 3)*3XOVH)LHOG*UDGLHQW 105 法

る。一般的な 105 装置には強力な均一磁場をが普及している。3)*105 法の利点は必要な発生させるために超伝導線材コイルを用いたタイミングのみに磁場勾配を発生させるため、

電磁石が用いられており、コイル磁石のボア

105 信号を取得する際には磁場均一度が高い

内部に試料を挿入して測定を行う。したがっ

状態で化学シフトを観測できる。一方本研究て、必然的に測定可能な試料はボア径よりもで開発した片側 105 では +76 バルク磁石表面小さいものに限られてしまう。

に定常的に生じている勾配磁場を利用して測一方、永久磁石表面に生じる磁場で測定を定を行うため、磁場勾配の有無を切り替える

行う片側 105 装置も開発されている。磁極表ことができない。しかし、3)* よりも強力な面に試料をあてて測定を行うため、試料サイ

勾配磁場を利用することができるため、短い

ズや形状に制限がなくなり、非破壊・非侵襲

拡散待ち時間で測定を行うことができる。そ― 162 ―

TOPへ戻る
のため、緩和の影響を受けやすい横緩和時間

より拡散測定を行った際の信号強度比は式の短い試料や自己拡散係数の小さな試料を測 のように与えられる。

定対象とすることができる。また、勾配方
向に対して高い空間分解能を得ることができる。拡散測定はリチウムイオン電池の電解質

6 W は待ち時間 W における 105 信号強度、の分析にも利用されており、本装置では強い

γ は磁気回転比、*  は静磁場勾配、' は自勾配により、リチウムイオンの微細な動きの

己拡散係数、7  は横緩和時間を示す。
グリセロール

観測が可能であると期待できる。

+ と  、   、   0以上のことから、リチウムイオン電池の電（PRO/）の塩化リチウム水溶液  /L の拡散

解質の分析に向けて、+76 バルク磁石表面に測定を行った。グリセロールは周波数 

生じる強い静磁場勾配を生かした拡散測定用

0+]、磁場勾配 7P、&30* 繰り返し回の片側 105 装置の開発を行った。開発した片数  回、積算回数  回、待ち時間 ～側 105 磁極を )LJ に示す。

1250 μs (間隔125 μs、計 点 で 0 ×
0 × 0PP の感度領域から測定を行った。
また、 および 0 塩化リチウム水溶液
は周波数 0+]、磁場勾配 7P、&30*
繰り返し回数  回、積算回数  回、待ち
時間 ～500 μs (間隔50 μs、計 点
で測定、。0 塩化リチウム水溶液は周波数 0+]、磁場勾配 7P、&30* 繰
り返し回数  回、積算回数 回、待Fig. 1single-sided magnetic pole using HTS bulk

ち時間 ～μs (間隔50 μs、計 点

で 0 × 20 × 0PP の感度領域から測

２．研究計画定を行った。

静磁場勾配による拡散測定で使用される代３．計画の進行状況

表的なパルスシーケンスの一つにスピンエコー 6(  &DUU3XUFHOO0HLERRP*LOO &30* グリセロールの拡散測定結果を )LJに示す。

法がある。)LJ にスピンエコー&30* の概略図を示す。
Φ1

Φ2

Φ3

•••

τ

τ

td

t

Fig. 2 Pulse sequences of SE-CPMG

Fig.3

文献値では 15 × 10  P  V>@であるの

τはスピンエコーの待ち時間、W G は &30*の待ち時間を示す。

Diffusion measurements of glycerol

に対して測定結果からは拡散係数が 34 ×

本 研 究 で は 拡 散 測 定 を 行 う 際 、 待 ち 時 間  P  V であると求められた。このことか

τ を変化させ、信号が減衰する様子を確認

ら、粘性が高く拡散係数の小さな試料の拡散

し自己拡散係数を調べた。スピンエコー法に測定を行うことが可能である。

― 163 ―

TOPへ戻る
次に塩化リチウム水溶液の拡散測定結果をはないかと考える。なお、最も傾きの大きい ～間の傾きは 4.69 × 10  であり、最も傾)LJ に示す。

きの小さい ～間の傾きは 1.78 × 10 となった。
電解 質中 の 拡散 係数 と イオ ン伝 導 の関 係式 で
あ る 1HUQVW(LQVWHLQ 1( 式 を 基 に こ れ ら の 自己拡散係数とイオン伝導度を比較する。1( 式を式  に示す。


式  の σ /L は /L のイオン伝導度、1 はキャリ
Fig.4

Diffusion measurements of 15、 10.7、 4.5 M

ア数、H は電気素量、N はボルツマン定数、7 はLiCl aqueous solutions。

温度を示す。式  より、～間のイオン伝

、、0 塩化リチウム水溶液の導度は 4.10 × 10  6FP、～間のイオ

拡 散 係 数 の 文 献 値 が そ れ ぞ れ 25 × 10  

ン伝導度は 1.56 × 10  6FP と求められた。室P  V 、  35 × 10   P  V 、  35 × 10  

温における //72 のイオン伝導度は   オーダーP  V>@であるのに対して、測定結果からは程度 であ ると 報告 され てい るた め、 報告 され た

拡散係数が 19 × 10P V、62 × 10



値より もイ オン 伝導 度 が大き くな った しま っ た。

P  V、36 × 10  P  V と求められた。こ

固体 電解 質の 測定 に関 して は今 後さ らな る詳 細のことから、濃度の違いにより生じる拡散係

検討が必要である。

数の違いを識別することができた。



４． 結果 のま とめ 、今 後の 計画 及び 学会 、論 文
全固 体リ チ ウム 電池 用 の固 体電 解 質の 拡散 測 等投稿・発表状況

定として、//72（/L イオン伝導性固体電解質セ

超伝導バルク磁石を用いた片側磁極およびラミ ック スリチ ウム ・ラ ンタ ン・ チタ ン酸 化 拡散測定用のプローブを作製し、6)*10* 法物）の拡散測定結果を )LJ に示すによる拡散測定を行った。その結果、拡散待
ち時間 τ に応じた信号強度が減衰する様子を確認することができた。これにより水のよ
うな拡散速度の速い試料であれば拡散測定が可能であることが分かった。一方で、拡散速度の遅い試料は報告されていた自己拡散係数とのズレが生じてしまった。また、砂糖水の拡散測定により、拡散係数の異なる成分を含む混合試料でも各成分の自己拡散係数を求め


Fig.5

Diffusion measurements of LLTS

ることが原理上可能であることが分かった。
拡散速度の遅い試料の測定結果が報告されて)LJ から 拡 散 測 定結 果 が砂 糖 水 な どの 拡 散 いる自己拡散係数の値よりも大きくなってし
測定 結果 のよ うに 曲線 系と なっ た。 これ は、 結 まった原因は *0 冷凍機から伝わる振動では晶の 異方 性か ら移 動方 向に より イオ ン伝 導の 速 ないかと考えた。
度が 異な るた めこ のよ うな 結果 が得 られ たの で振動の影響を抑制するための機構を追加し― 164 ―

TOPへ戻る
た磁極を作成し、6)*10* 法による拡散測定を模擬したフィルターの解析を本装置を用いを行った。その結果、報告されている自己拡て実施することを計画している。この際、着散係数とはズレが生じ てしまった   オー

磁不法に改良を加えることで、磁場強度およダーと拡散の遅い試料でも、報告されている

び磁場勾配を会場させることで、より信号強自己拡散係数の値とかなり近い結果を得るこ度が高く、空間分解能を高めた装置の開発をとに成功した。したがって、自己拡散係数の行う。これにより、より高精度の測定が可能

値が   オーダーと 拡散の遅い試料の拡散になることが期待できる。また、W を測定す

測定にも対応することができるようになった。

ることにより、材料合成や劣化評価におけるまた、磁極表面で塩化リチウム水溶液に含時間的な変化を評価可能かどうかを検討する。



まれる /L の 105 信号の検出に成功した。片側105での  /L の 105 信号の検出は世界で初

学会、論文等投稿・発表状況としては、こめてとなる。また、拡散待ち時間 τ に応じてれまでに、以下に示す国内および国際会議で信号強度比が減衰していく様子を確認するこの報告および論文発表を行った。

とにも成功した。本実験の塩化リチウム水溶

8QLTXH 0DJQHWLF )LHOG *HQHUDWRUV RI

液の拡散測定結果に関しては既に報告されて&U\RFRROHG 6XSHUFRQGXFWLQJ %XON 0DJQHWV

いる自己拡散係数の値とのズレがほぼ見られ

DQG 7KHLU ,QGXVWULDO $SSOLFDWLRQ WK

ない結果を得ることができた。また、塩化リ,QWHUQDWLRQDO

チウムの濃度による拡散係数の変化を正確に

6XSHUFRQGXFWLYHO\

6\PSRVLXPRQ

追うことができた。これらのことから本装置

高温超伝導バルク磁石表面勾配磁場を用いはリチウムイオン電池の電解質に含まれる

た拡散 105 測定装置の開発―リチウムイオン

/L の分析に用いることが可能であると考え電池開発に適合する測定装置を目指して第る。一方で、実際の電解液については本実験 回105 討論会で使用したものよりもリチウムの濃度が低い)LUVW1055HOD[RPHWU\XVLQJ2XWHU)LHOG

ため、感度の向上が電解液の分析装置として

RI6LQJOHVLGHG+76%XON0DJQHWDFWLYDWHG

の実用化に向けた課題になると考えている。

E\ 3XOVHG )LHOG ,((( 7UDQVDFWLRQV RQ

さらに、全固体リチウム電池の固体電解質の一つである //72 からの 105 信号の検出と信$SSOLHG6XSHUFRQGXFWLYLW\

'2,7$6&

号強度の減衰を確認することができた。しかまた、本学学生が、 年  月末に開催さし測定結果から求めたイオン伝導度の値は報れる春季低温工学・超電導学会において、本告されているものとずれた値となってしまっ

件の成果に関し報告することになっている。

た。そのため、固体電解質の測定に関しては

さらに、予算獲得への応募や想定ユーザと今後さらなる詳細検討が必要である。全固体の共同研究に向けた予備検討などを進めてい電池の研究に関しては今後さらなる発展が期る。

待されるため、本研究で開発した片側磁極が

発展への一端を担うことを期待している。

参考文献



>@0.OHLQHWDO、-RXUQDORI0DJQHWLF

今後の計画として、固体 /L の拡散挙動評価

5HVRQDQFH  

や /L イオン電池用セパレータの性能評価等>@%0%UDXQHW$O、7KH-RXUQDORI

への適用可能性を調べるために、固体 /L の拡

3K\VLFDO&KHPLVWU\、9RO、1R  

係数測定に影響する因子の検討やセパレータ





― 165 ―

TOPへ戻る

高齢者の転倒予防スキル習得法の提案：
歩行中の瞬時の姿勢制御能力向上を目指して  生命科学科  赤木 亮太  
共同研究者
芝浦工業大学システム理工学部生命科学科  山本 紳一郎早稲田大学スポーツ科学学術院  平田 浩祐

１．序論（はじめに，まえがき，目的）

倒の危険を未然に察知して回避することが求

現在，世界中で高齢化が進み，今後多くのめられる．この①の観点からの転倒予防の研

国が超高齢社会（高齢化率 21％以上）を迎え

究は，多くのグループが認知・記憶機能の面る．一足早く超高齢社会に突入した我が国でから進めている（例：Chantanachai et al., 2022）．

は，多くの高齢者が，日々，健康を意識してしかし，実際には，転倒の危険に晒される状

活動しているものの，要支援・要介護認定者

況を未然に察知・予測できない場面も多く存の高齢者は，2000 年 4 月末の 218 万人から，在する（例：夜道で歩道の凍結が判別できな

2017 年 4 月末には 633 万人まで増えている

い，人や物に遮られ足元が見えない）ことか（2.9 倍）（厚生労働省, 2018）．このことは，ら，②歩行中に転倒しかけた際，瞬時に適切

元気な高齢者を増やし，就業率を高める上で，な姿勢に戻して，なおかつ，自身の体を支え，また，働き盛り世代が就労に注力する上で，転倒を防ぐ能力を高めることがより重要とな

大きな足枷となっている．

る．

高齢者が救急搬送された近年の事故の内，要支援・要介護者の高齢者の減少

転倒・転落による事故は全体の 80%をも占め
歩行中の転倒リスクの低減

る．とりわけ，高齢者の転倒は歩行中に頻発している（Mademli and Arampatzis, 2014）．転倒経験は，身体的な障害の発生や転倒に対す

歩行中の状況把握による未然の転倒回避

歩行中に転倒しかけた際の瞬時の姿勢制御る恐怖感の増幅をもたらし，身体活動量を著①従来の着目点②より重要な着目点!!

しく制限してしまい，要介護の主要因となる（川上ら, 2006）．こうして，高齢者の虚弱が図  歩行 中の 転倒 リス クの 低減 に関 する モデ ル 

加速してしまうことに鑑みれば，高齢者の歩行中の転倒リスクを低減することが喫緊の課題となる．

本研究では，関節位置覚，関節角度変化を伴う素早い力発揮能力及び素早い関節角度調

歩行中の転倒を想定すると（図 1），①歩行

整能力に着目し，高齢者の歩行中の瞬時の姿

中の状況把握（例：段差で躓く/強い風に煽ら

勢制御能力向上策の確立に向けた基盤を構築

れバランスを崩す可能性がある）により，転することを目的とする．将来的に，当該姿勢

― 166 ―

TOPへ戻る
制御能力が衰え始める年代以上を対象とした，面から外果中心までの画期的な転倒予防スキル習得法の提案につな

高さをメジャーで測定

げ，要支援・要介護者の高齢者数の減少を目した．次に，障害物の指す．

高さを設定する試行に移った．本実験では，

２．研究計画高さを自在に設定でき

検出力分析ソフト G*Power3.1.9.7 を用いてる障害物として走高跳

効果量：0.50，α エラー：0.05，検定力：0.80

スタンドを用いた．はとして相関分析に必要なサンプルサイズを算

じめに，対象者は，3出した結果，26 となった．その結果を踏まえ，

歩目でスタンドを横断神経疾患や筋骨格系疾患のない 21.1 ± 1.9 歳するための適切なスタ（18 - 25 歳）の男性 28 名を研究対象者としート位置を決定した．

た（身長：173.2 ± 5.6［cm］，体重：63.9 ± 8.4

本実験における対象者［kg］）．対象者全員に，測定前に本研究に関の歩行は，1 歩目は非して十分な説明をした後，各対象者から実験

利き足，2 歩目は利き

参加への同意を書面で得た．本実験は芝浦工

足，3 歩目は非利き足を先導肢とした．続い

業大学生命工学研究倫理審査委員会より承認て，対象者は，スタート位置からスタンド位を受けた上で実施された．

置までを 3 歩で可能な限り高く先導肢の足を図  障害 物横 断 
歩行 

本実験では，対象者の非利き足側の脚を測あげて歩く試行を行った．3 歩目の足が最も定した．利き足の判定には改訂版ウォーター高く上がった時に，対象者をその状態で静止

ル ー 利 き 足 質 問 紙 （ Waterloo Footedness

させ，先導肢の外果の中心の高さまでスタン

Questionnaire - Revised：WFQ-R）（大久保ら

ドのバーを上げて固定した．その時の地面か2022）を用いた．対象者は，測定前に WFQ-R

らバーまでの高さをステンレス製の定規で測に記載されている全 10 項目の質問に，いつも定した．以上の試行を 10 回行った．障害物の左，たいてい左，どちらも同じくらい，たい高さは，静止立位時の地面から外果の中心まてい右，いつも右のいずれかで回答した．回

での高さを s，i 試行目で 3 歩目の足が最も高答の配点については，いつも左：-2 点，たいく上がった時の地面から外果の中心までの高

てい左：-1 点，どちらも同じくらい：0 点，

さを w i とし，以下の式（1）より算出した値

たいてい右：1 点，いつも右：2 点とし，全とした．

10 項目から得られる点数の合計を算出した．

（1）-20 点から 20 点の範囲のうち，合計点数が-5

そして，算出した値になるようにバーの高さ点以下を左利き，5 点以上を右利きとし，対を調節した．
障害物の高さを設定し終えた後，障害物横象者の利き足を判定した．
2022 年度は，基本的な歩行よりは複雑で，断歩行のパフォーマンス測定を実施した．対

実際に転倒する前の歩行ということで，障害象者には，3 歩目で先導肢の足をバーの高さ

物横断歩行を対象とした．図 2 の通り，一定に可能な限り近づけて横断するよう指示した．

の高さにアルミニウム製の直径 15［mm］の

この時，100［ bpm］でメトロノームを再生し，丸棒をバーとして置き，そのバーをギリギリ

対象者の歩くテンポを統一させた．さらに，越えるよう，対象者には指示した．

対象者は視野の下半分が見えないゴーグルをまず，対象者を立位の状態で静止させ，地装着した．ビデオカメラ（iPad Air, Apple）を

― 167 ―

TOPへ戻る用いて，歩行中の動作をフレームレート 240

を 10 回実施した．評価値は，止めた時の角度［fps］で撮影した．最初の 10 回は練習試行と目標角度との絶対誤差の 10 回分の平均値とし，各試行が終わる毎に，棒の真上を通過とした．測定の様子は図 3 の通りである．

した瞬間の先行肢の外果の位置を対象者に画面で提示した．その後，本番試行を 10 回行っ

３．計画の進行状況

た．評価値は，動画内のバーとその真上を通

現時点では，上述の通り，各パラメータに過した瞬間の先行肢の外果との高さの誤差を，関して本番 10 試行分をすべて採用し，その平下肢長で補正したものとした．

均値を評価値としている．障害物横断歩行時

関節位置覚の評価には，筋力計（Con-Trexの 評 価 値 は 0.21 ± 0.05［ a.u.］（ 0.13 - 0.33

MJ, Physiomed）を用いた．関節位置覚の評価［a.u.］），動的な関節位置覚の誤差は 23.78 ±に関しては，動的な評価，及び，素早く関節

8.16［deg］（9.02 - 46.88［deg］），素早い関節角度を調整する能力の評価の 2 つを用いた．

角度調整能力の誤差は 6.28 ± 2.04［deg］（2.76

本実験では，股関節屈曲を対象とした．

- 11.80［deg］）であった．各パラメータの正

まず，対象者を筋力計のシート上に仰臥位

規性を Shapiro-Wilk 検定を用いて確認したとで固定した．固定後，素早く関節角度を調整

ころ，いずれのパラメータにも正規性が確認する能力を評価する際の負荷を設定するためされた．その結果を踏まえ，障害物横断歩行に，股関節屈曲の等尺性最大随意収縮トルク時の評価値と各々の誤差との間の相関関係を，を測定した．

ピアソンの相関分析により算出したところ，
障害物横断歩行時の評価値は，動的な関節位

象者は，障害物横断歩行時と同様に，視野の置覚評価時の誤差（図 4）（ r = 0.269, P = 0.166），

下半分が見えないゴーグルを装着し，股関節

素早い関節角度調整能力評価時の誤差（図 5）が受動的に 100［ deg/s］で屈曲していく中で，（r = 0.153, P = 0.438），どちらとも有意な相80［deg］（解剖学的正位を 0［deg］，屈曲方関関係は見られなかった．

向を＋とする）に達したと感じた瞬間に Enter



キーを押す試行を実施した．最初の 3 回は練習試行とし，その後，本番試行を 10 回行った．
評価値は，Enter キーを押した瞬間の角度と目標角度との絶対誤差の 10 回分の平均値とした．
最後に，素早い角度調整能力の測定を行った．対象者には，股関節を能動的に屈曲し，80［deg］で止めるよう指示した．この際，負荷は最大随意収縮トルクの 10%とした．最初の 3 回は練習試行とした．その後，本番試行

動的な関節位置覚の誤差 >GHJ@

続いて，動的な関節位置覚を測定した．対



















障害物横断歩行時の評価値 >DX@図  障害 物横 断歩 行時 の評 価値 と動 的な 関節 
位置 覚の 誤差 の 散 布図 図  関節 位置 覚測 定 ― 168 ―

TOPへ戻る素早い関節角度調整能力の誤差 >GHJ@
最終的に得られた結果に関しては，国内学会大会での発表を予定している．また，その

結果に左右される部分もあるが，国際学術誌への掲載可能性を見出すことができれば，投稿に向け，論文執筆を進める．

【参考文献】
・厚生労働省 (2018). 公的介護保険制度の現



状

と

今

後

の

役

割

.

https://www.mhlw.go.jp/file/06-Seisakujouhou-1
2300000-Roukenkyoku/0000213177.pdf.

・Mademli, L., & Arampatzis, A. (2014). Lower






障害物横断歩行時の評価値 >DX@safety factor for old adults during walking atpreferred velocity. Age, 36, 1359-1365.
・ 川 上 治 , 加 藤 雄 一 郎 , & 太 田 壽 城 . (2006).

図  障害 物横 断歩 行時 の評 価値 と 素 早い 
関節 角度 調整 能力 の誤 差の 散布 図 

高齢者における転倒 ・ 骨折の疫学と予防. 日
本老年医学会雑誌, 43(1), 7-18.



４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況 ・Chantanachai, T., Taylor, M. E., Lord, S. R.,
現時点では，上述の通り，本番試行 10 試行

Menant, J., Delbaere, K., Sachdev, P. S., ... &分をすべて採用して，評価値としている．そSturnieks, D. L. (2022). Risk factors for falls inの結果，2 つの相関関係は，いずれも有意で

community-dwelling older people with mildはなかった．対象者本人としては失敗したと

cognitive impairment: a prospective one-year

思われる試行であっても，そこも含めて評価

study. PeerJ, 10, e13484.

することで，その対象者の正確性等を総合的

・大久保街亜, 田中嘉彦, 鳥山理恵, & 石川健に評価できるのではないか，という考えに基太. (2022). 日本語版ウォータールー利き足質

づき，現時点ではこのようなアプローチを取問紙の作成. 心理学研究, 93(3), 240-248.

っている．しかしながら，10 試行分の平均値として考えた場合に，1 回の失敗試行を含めるか含めないかは，それなりの影響を持つことを意味する．とりわけ，失敗の幅・大きさ
によっては，平均値に対する影響が非常に大きくなってしまうリスクが存在する．これらのメリット・デメリットを踏まえ，まずは，何回分の平均値を評価値として採用するのが妥当か，データに基づいて再度検討する．そして，採用する試行数が変わった時に，今回報告した結果とどのように変わるか確認する．
その際，結果を恣意的に解釈するのではなく，客観的に「失敗試行」と見なすための統計手法を用いるよう留意する．
― 169 ―

TOPへ戻る

動的状況下におけるアキレス腱力学特性の非侵襲計測シス
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下肢求心性入力(ア キ レ ス 腱 等 か ら の 反 射 中 枢 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，アキレス腱力学特性は簡易的には計測できない．なぜならアキレス腱は力発揮
により複雑に形状変化し，力学特性が単純でないため，容易に計測できないのである．もし安価で非侵襲かつ簡易的にアキレス腱力学

図１ 力発揮時のアキレス腱の形状変化 2EVW HW DO - $SSO 3K\VLRO 

特性を歩行や立位姿勢訓練や歩行訓練等の動的な状態で評価できれば，様々な運動 機能障

力学特性計測には困難な問題が多く，他の研

害者の訓練時の免荷量 や強度を処方するため

究グループの先行研究もほとんどないのが現の有益な計測が可能となり，画期的な研究と状である(唯一 1990 年代 Komi らのみ)．アキ

なる．まさに挑戦的研究といえる．一方，一般

レス腱にセンサを埋め込んだ侵襲的研究はにアキレス腱断裂が中高年に多発するのは加1990 年代に Komi らが提案した．彼らは皮膚齢によるアキレス腱および下腿三頭筋の力学

表面からの簡易的計測デバイスの開発も試み

特性，神経生理学的特性の変化が原因とされたが，結果として実用化できていない．したる．しかし，その予見や予防対策の研究は少がって，申請者が提案する非侵襲かつ簡易的なく，アキレス腱力学特性と伸張反射感受性にアキレス腱の力学的特性を高い精度で計測が簡易計測できれば，アキレス腱断裂への予できるデバイスは，未だに実用できておらず，

防対策の一助になる．

極めて新規性が高く，挑戦的・萌芽的な研究

筆者らは，これまで基盤研究Ｂで進めてきた課題であるといえる．軟組織の皮膚表面から免荷式歩行訓練システムの開発を行ってきた．

腱の力学特性をどの程度正確に推定できるか

本研究課題の挑戦が成功すればそのシステムという点が挑戦的課題であると思われる．そを発展させる内容である．免荷式歩行訓練のこで本研究課題では，最新の超音波画像診断

処方を決定する指標となるアキレス腱力学特装置における計測と動的シミュレーションで性を簡易的に計測できるデバイスの開発が最ある有限要素解析を用いてアキレス腱長変位

終目標である．しかしながら，アキレス腱のや硬度等の較正値を精密に推定計測できるよ― 170 ―

TOPへ戻る
うにすることから，張力，縦弾性係数(ヤング 初年度前期の動的シミュレーション結果に率)，横弾性係数，スティフネスやポアソン比

よる検討からアクチュエータ配置案をもとに等のアキレス腱力学特性を推定できる簡易的

詳細設計し，装具部製作に着手し， 初年度後

非侵襲計測デバイスの開発が可能な のではな

半には試作機を完成させる．次年度後半には，いかと考えた．また， 筆者らは免荷式歩行訓

歩行訓練システムにアキレス腱力学特性計測

練システムの開発を進めている経緯から，こデバイスを組み込み，健常若年者で安全性をのアキレス腱力学特性計測デバイスを開発中

充分に確認した後，アキレス腱断裂の恐れがの 免 荷 式 歩 行 訓 練 シ ス テ ム (図 ２ )に 組 み 込 む

ある力学特性が異なる中高年者に対する臨床ことを最終的な挑戦目標としたい．

評価実験を実施したい．将来的には脊損者や片麻痺者等の運動機能障害者への適用を目指したい．

図４ 試作したアキレス腱機械的特性計測デバイス 図２ 基盤研究 % で開発を進めてきた免荷式歩行訓練
システム

３．計画の進行状況と今後の計画
本研究課題は，科研費（挑戦的研究（萌芽））に応募した内容であり， 年間の研究期間で申請している．本プロジェクト研究課題では，研究としての見通しを得るために，初年度に計画されていた内容をあらかじめ進めた．そこで，まずは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

図３ アキレス腱力学的特性計測デバイス全体図（当初案）

製作した．製作した試作機を図４に示した．
 試作機の評価実験を実施した． 対象者はア

２．研究計画
 初年度には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，試作機を製作する．アキレス腱は運動時にはほぼ常に力発揮され，前頁図１のように複雑な形状変

キレス腱に疾患歴のない健常成人男性  名
年齢：  >\HDU@，身長 ±>FP@，体重 ±>NJ@ 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，化を呈している．そのため力学特性を詳細に歩行，歩行路上に設置された路上に設置され推定するには困難を極める．簡易的にアキレた  枚のフォースプレートフォースプレート

ス腱を皮膚表面から挟み，微小な腱幅変化やを各々 歩ずつ踏むように指示した．被検者

反力を計測するデバイスを製作し（図 ３：当の歩行動作を計測するために，左右の第三中初案），それらのパラメータから力学的特性を足骨，外顆，踵骨隆起，膝関節るために，左右推定することを試みる．
の第三中足骨，外顆，踵骨隆起，膝関節中心に― 171 ―

TOPへ戻る

図 ６ に は 全 対 象 者 の$7)/DWHUDOVWLIIQHVV 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 U  ±  5DQJH ：  ～ 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．
$7)/DWHUDO VWLIIQHVV 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
図５ 各計測パラメータの典型波形

るデバイスとしては使用できないことが判明した．したがって，どのように汎用性のある
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

図 ６  計 測 デ バ イ ス か ら 得 ら れ た /DWHUDO6WLIIQHVV と $7)との関係

裂の予防対策という切り口で提案していくこ

中心に計計  個の個の反射マーカーを配置し，


次 元 動 作 解 析 シ ス テ ム （ 0$&'

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

0RWLRQ$QDO\VLV 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（$7)），横弾性係数（/DWHUDO VWLIIQHVV），
反力，押し込み量を計測した（図５）．蹴り出
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，やすい年齢層と若年層との比較検討を実施していきたい．

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回ラ$7) は増加した．それに伴い，非侵襲型計測デイフサポート学会フロンティア講演会：

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 /DWHUDO VWLIIQHVV は増加し

東京大学 本郷キャンパス：
2) 吉崎文崇，赤木亮太，山本紳一郎：非侵た．これらは，$7) と /DWHUDO VWLIIQHVV の関係性において材料力学的性質の考えである

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回
ライフサポート学会フロンティア講演

幾何剛性を示唆する結果となった．

会：東京都市大学世田谷キャンパス：― 172 ―

TOPへ戻る
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  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：
6) 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 ：芝浦工業大学大宮キ
ャンパス：



― 173 ―

TOPへ戻る

細胞の画像分類手法を用いた
バイオマテリアルの炎症性予測  生命科学科  中村 奈緒子
１．序論（はじめに，まえがき，目的）

の検討項目を実施した。研究協力者として 修炎症反応には免疫細胞の一つであるマクロ士 2 年生 1 名が本研究の一部に参画し、修士

ファージが関わっている．これまでに，マク論文のための研究テーマとした。

ロファージは炎症促進型の M1 型，炎症抑制① マクロファージの分極

型 の M2 型 の 表 現 型 に 可 逆 的 に 分 極 す る こ

マク ロフ ァー ジ J774A.1 を DMEM 培 地とが明らかになっている 1) ．これは微小環境で培養した．分極誘導因子として，LPS を 100が発生する様々なシグナルがマクロファージ

ng/mL と IFN-γ を 20 ng/mL を加えて M1に伝達し表現型を決定させると考えられてい型に，IL-4 を 20 ng/mL 加えて M2 型に分極る．マクロファージの分極の評価には免役染誘導した．RT-PCR 法および免疫染色にて分色や PCR 法などが用いられているが，いず極を評価した．RT-PCR のプライマーには M1

れも侵襲的であり，同サンプルでの経時的な型マーカーとして IL-1β， iNOS を, M２マ

観察は不可能である．一方，各表現型は形状ーカーとして Arg-1，MRC-1 を用い, ハウス

が異なることが報告 2) されており，形状の違キーピング遺伝子には GAPDH を使用した．

いによって表現型の識別が可能であると考え免疫染色には抗 iNOS 抗体および抗 CD206

られるが，細胞面積や円周などは細胞間のば抗体を用いた。位相差顕微鏡を使用して対物らつきが大きく，識別するための閾値を設定

レンズ 20 倍の位相差画像を取得した．

することは困難である．そこで，特徴量を検出できる AI 技術の導入により各表現型の画② データセットの作成と機械学習

像分類ができると考えた．非侵襲的な細胞画

個 々 の 細 胞 を 輪 郭 で ト リ ミ ン グ し て 150

像の取得法としては，位相差顕微鏡が最も一

pixel の正方型の別画像に張り付けることで，般的である．本研究では，細胞の位相差画像

機械学習のデータセットに使用する画像を作

データセットによる機械学習を行い，マクロ成した．別画像は 細胞輪郭周辺の輝度値を元

ファージの新たな分極評価法を開発することに選択した(Figure 1)．AI はニューラルネットを目的とした．

ワークの 1 つである Alexnet を採用した．す

べての細胞が分極誘導通りに分極したと仮定

２．研究計画

してデータセットを作成した．

細胞の画像分類手法を用いたバイオマテリ

初めにトリミングした細胞画像データ全て

アルの炎症性予測の確立のため、以下の ①②を使用し機械学習を行った。次に、データセ

― 174 ―

TOPへ戻るットに使用する細胞画像を選抜して再度機械

IL-1β

学習を行った。本研究では，形状変化を伴う細胞分裂の影響を除くため，真円度 0.8 未満，
面積 1500 pixel 以上の細胞画像を選抜しデー
タセットを作成し，機械学習を行い，正解率を評価した．このシステムの有用性の評価のため，M1/M2 への分極因子添加後のマクロフ
ァージの表現型を経時的に評価した．2 時間
ごとに計 20 時間，ランダムに選んだ細胞 5 つを手動で追跡し，表現型の識別及び予測値を

iNOS

評価した．


Figure 1

Flow of cell contour trimming bylabeling

Arg-1

３．計画の進行状況
① マクロファージの分極
各表現型に分極誘導した細胞の画像では ，細胞画像では M1 型がやや円形状，M2 型はやや紡錘型の形状をしていた（Figure 2）．RTPCR で は 各 表 現 型 の マ ー カ ー 遺 伝 子 が 各 表現型に特異的に発現していた（Figure 3）．この結果は先行研究の結果と一致しており，

MRC-1

M1/M2 型 に 分 極 誘 導 で き て い る こ と が 確 認できた 3) ． 免疫染色では、M1 型マーカーである iNOS は M1 で強く発現していることを確認できた。一方、CD206 は、すべての条件で染色されていたことから非特異的な反応が起きていたと考えられた（Figure 4）。


Figure 3
Figure 2

Phase contrast images of each

Expression of M1 and M2-type genetic

markers

phenotype― 175 ―

TOPへ戻る


M1

M2

CD206

iNOS

M0


Figure 4

Immunofluorescent staining② データセットの作成と機械学習
全ての細胞画像を使用したデータセットでは正解率が平均 60 % に対し，細胞分裂前後の画像を除くと正解率は平均 82 % に向上した(Table 1)．正解率の内訳は M1/M2 型 の組
み合わせでは高かったが，M0 型を含む場合はやや低かった．これは，分極誘導していない
M0 型が活発な形 状変 化をしていること が原因だと考えられる(Figure 5).
Table 1

Accuracy

Figure 5 Matrix illustration  (a) Before
removal of mitotic cells (b) After removal of
上記で作成したシステムを利用して表現型の経時的評価を行った．M1/M2 の分極因子添

mitotic cells


加細胞は，20 時間後には高い予測値で分極誘前後 1 時間の細胞除去することで，表現型の導通りの表現型であると識別された．しかし，識別精度が向上した．有用性評価においても，全ての分極誘導条件において分裂期の細胞を

M1/M2 型 の マ ク ロ フ ァ ー ジ 及 び 分 裂 期 の 細

M1 型マクロファージ と誤識別してしまった ．

胞は高精度で識別出来ていた．本研究で構築

これは同様の円形細胞として同カテゴリーとしたシステムでマクロファージの分極を経時識別したと考えられる．そのため，M1 型マク的に評価をできることが示唆された． 

ロファージと分裂期の細胞を区別するため ，分裂期の細胞も 1 つのカテゴリーとしてデー
タセットを作成し，再度機械学習を行った(Figure 6)．その結果，分裂期の細胞は高精度で識別出来ていた．
データセット作成の際に ，画像データの増加に伴う精度向上は見込めなかったが ，面積と真円度データを元にデータセットから分裂
― 176 ―

TOPへ戻る未誘導

M1分極誘導４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況

M2分極誘導4-1. 今後の計画
本成果について論文投稿を行う. また, 細胞の動きの情報である移動軌跡データ を取得
し, データセットとして用いて機械学習を実施する. これにより細胞の動き情報からの表
現型の分類を試みる.
4-2. 学会発表状況
1. 樋口亮平, 木村剛，中村奈緒子，細胞形状によるマクロファージの分極評価法の開発, 第 61 回日本生体医工学会大会, 6 月
28-30 日, 2022（口頭）
2. 中村奈緒子, 樋口亮平, 木村剛, 機械学習
による位相差顕微鏡画像を用いたマクロファージの表現型識別, 第 60 回日本人工臓器学会大会, 11 月 3-5 日, 2022（ポスター）
3. 樋口亮平, 木村剛，中村奈緒子,細胞画像を用いた経時的なマクロファージの分極評価法の開発, 第 44 回日本バイオマテリ
アル学会大会, 11 月 21-22 日, 2022（ポスター）
4. Ryohei HIGUCHI, Tsuyoshi KIMURA,
Naoko NAKAMURA, Evaluation ofmacrophage phenotypes over time byimage based machine learning, The 7thInternational Symposium on Biomedical
Engineering (ISBE2022), 11 月 25 日,
2022（口頭）

参考文献
1）

Sica, A.et al, Cellular and Molecular Life
Sciences, 2015, 72(21), 4111-4126.

2）

Rostam, H.et al, Cell, 2016, 400, 500

3）

Kartikasari, N, et al. Acta Biomaterialia,
2022, 137, 316-330.

Figure 6

System usefulness evaluation― 177 ―

TOPへ戻る繰り返し荷重を受けたマグネシウム合金管の腐食挙動
  デザイン工学科  吉原 正一郎  
１．はじめに
現在，医療業界でマグネシウムは生体への優れた適合性や分解性から，生体吸収性ステントの材料として期待されている．生体吸収性金属材料には，患部の治療速度に合わせて)LJ3XUHPDJQHVLXPWHVWPDWHULDO

安全に劣化する腐食速度が求められる  ．しかし，マグネシウムは耐食性に劣るため，腐VL]H
繰り 返 し 荷 重を 受 け たマ グ ネ シ ウム 合 金

食挙動を調査する必要がある  ．また，生体管の腐食

内で留置された後，心臓の拍動，呼吸，歩行 実験装置および実験条件

などの日常生活に伴う繰返し応力が負荷され（１）供試材る．そこで，本研究ではひずみを付与しない)LJ に繰返し試験の試験片寸法を示す．比

試 験 片 お よ び 引 張 圧 縮 繰 返 し 応 力 を 付 与 し較対象として，ひずみを与えず，熱処理加工

た純マグネシウム試験片の腐食浸漬試験を行のみを施した試験片を用意した．本稿では，い，質量損失量の算出および材料の組織観察

これを「無加工材」と呼称する． >PP@の純から腐食挙動を調査した．

マグネシウム熱間押出丸棒に対し，旋盤加工

さらに，腐食の抑制には各々の腐食因子をを用いて加工を施した．その後，試験片の平考慮した材料の機能向上やステントの形状設

行部を耐水研磨紙で  番まで研磨した．

計が必要である．実際にステント形状におい（２）熱処理試験

て，腐食促進の要因となり得る液体の流動に

7DEOH に熱処理加工時に設定した温度  条

よる壁面せん断応力（:DOO6KHDU6WUHVV：:66），

件を示す．試験片を電気炉に入れて，所定のおよびステント拡張時に生じる応力・ひずみ

温度まで急速に上昇させ，所定の温度を  時に着目した．:66 の低減を目指したステント

間保持した後，炉冷した．

形状において，解析と実験の比較を行うこと（３）材料試験によって，流体解析を用いた形状設計の有用

 7DEOH に繰返し応力を付与した試験の試性を評価した．また，:66 の抑制を目指した

験条件を示す．荷重の大きさには，圧縮降伏モデルからストラット形状を変化させること応力の値を基に >03D@を設定した．

により，ステント拡張時の応力・ひずみの低（４）腐食浸漬試験

減を検討した．

 前段階として腐食浸漬試験前の試験片を秤

２．研究計画・研究進行状況

量した後，腐食液として  PDVV 1D&O 水溶 以下に， 項目，繰り返し荷重を受けたマグ液を作成し， 時間浸漬させた．腐食浸漬試

ネシ ウ ム合 金 の 腐食 試 験の 結 果と 流 動 腐食 試

験後は乾燥させ再度秤量した．上記の手順で，

験試験の結果を示す．

全ての試験片の腐食浸漬試験前後の質量を計

― 178 ―

TOPへ戻る
測し，質量損失量を以下の式を用いて算出した．

ここで，W₀は試験片の初期質量，: は浸漬後の質量，6 は腐食前の試験片の表面積である．
（５）組織観察
無加工材および繰返し応力を付与した試験片の円柱側面部を鏡面磨きした後，光学顕微鏡を用いて結晶粒の観察を行った．
 7DEOH$QQHDOLQJFRQGLWLRQVIRUSXUH

)LJ 0DVV ORVV RI SXUH PDJQHVLXP ZLWKF\FOLFVWUHVVDQGXQSURFHVVHGDIWHU>K@
LPPHUVLRQWHVW PDJQHVLXP
Annealingtime[h]Without
Temperature[K] annealing
proces













s



(a)No heat, Strain0%
7DEOH7HQVLRQ&RPSUHVVLRQF\FOLFVWUHVVFRQGLWLRQV
6WUHVVUDWLR(QYLURQPHQWDWPRVSKHUH

)UHTXHQF\>+]@

1XPEHURIWLPHV

2×10⁶

7HQVLOH



100μm

(b)No heat, Cyclic stress(d)673K, Cyclic stress)LJ2EVHUYDWLRQRISXUHPDJQHVLXP
長や繰返し応力の付与により結晶粒径が変化

VWUHVV>03D@
&RPSUHVVLYH(c)673K, Strain0%

する．以下，結晶粒径が耐食性に影響を及ぼす要因の一つであると推察し，組織観察結果

VWUHVV>03D@

から比較検討を行った．

 腐食浸漬試験結果

（１）引張圧縮繰返し応力を付与した試験片

 )LJ に無加工材および繰返し応力を付与の腐食挙動

した試験片の質量損失量を示す．熱処理なし)LJ に熱処理なしと . で熱処理を施しおよび . を除いた熱処理温度において，無た，無加工材および繰返し応力を付与した試加工材よりも繰返し応力を付与した試験片の験片の組織を示す．

方が，質量損失量が減少した．熱処理温度別（２）繰返し応力付与による腐食挙動

で比較すると，無加工材および繰返し応力を )LJ よ り ， 熱 処 理 な し の D 無 加 工 材 と付 与 し た 試 験 片 は ， 熱 処 理 な し お よ び .

E 繰返し応力，熱処理温度 . の F 無加工

で質量損失量が最も減少し，. で最も増加

材と G 繰返し応力をそれぞれ比較した．繰返した．また，. 以上において急激な増加傾

し応力を付与した場合では粒内の一部にレン向を示した．熱処理に伴う回復再結晶粒成

ズ状の変形双晶のような模様が見られた．本― 179 ―

TOPへ戻る
研究で使用したマグネシウムは最密六方構造

装置を，7DEOH に実験条件を示す．供試材であり，常温付近では底面すべりが最も生じは =0 マグネシウム合金管材（外径 φ2.0mm，やすく，次に双晶変形が活動しやすい．従っ

内径 φ1.6mm）からレーザー加工により形状て，繰返し応力下において，変形初期は底面を得た．0RGHO D は比較的単純な網目状の形

すべりが生じる．しかし，隣接する結晶粒か状，0RGHO E は流体解析により :66 低減を目ら変形の拘束を受けるために部分的に応力集指して設計された形状である．チューブ内に中が発生する  ．大橋らによって，最密六方

おいて，バルーンカテーテルを用いてステン構造を有する金属材料では発生した応力集中

トの外径を初期外径 φ2.0mm からチューブ内部を緩和するために，双晶変形が生じると報径 φ2.38mm となるまで拡張し，留置した．腐．以上より，繰返し応力を付

食液はヒトの冠状動脈における血液を考慮し与した試験片には一部に変形双晶が見られた

た条件値とし，送液用ポンプにより一定の流と考えられる．双晶変形が生じた材料は，変速で流動させた．腐食後，ステント表面を観形時に双晶変形された領域とされなかった領察し，流体解析における :66 分布との比較を域の結晶方位が大きく異なり，その領域間の行った．

境が粒界と同等の働きを持つため，結晶粒が実験結果および考察

告されている．従って，繰返し応力を付与

 )LJ に表面観察の箇所を，)LJ に流した試験片は，無加工材と比較して結晶粒が体解析における :66 分布とステントの腐食面微細化されたため，耐食性が向上したと考えを示す．流体解析では，:66 分布は流入口にられる．

おいて>$@の領域で高い値を示し，流出口では（３）熱処理による腐食挙動

流入口に比べて低い値を示した．ステントの微細化される)LJ よ り ， 無 加 工 材 の D 熱 処 理 な し と腐食面では，流入口において>%@に示す箇所でF .，繰返し応力を付与した試験片の E

腐食生成物の剥離が見られたが，流出口では熱処理なしと G . をそれぞれ比較した．

特 に 0RGHO E に お い て 金 属 表 面 の 露 出 は 見

無加工材および繰返し応力において，. でられず，全体が腐食生成物に覆われていた．

結晶粒が粗大化した．これは，高温領域での流 入 口 に お け る >$@と >%@の 箇 所 は 類 似 し て

熱処理により粒成長が生じたためと考えられおり，流動する腐食液により生じた :66 が腐る．前節の腐食浸漬試験結果より，粒成長が食生成物の剥離に寄与したと考えられる．腐生じたとされる温度では，熱処理による結晶

食生成物は腐食液に対する防護被膜として機粒の粗大化が耐食性に大きく影響を与えた可能するため，その剥離はマグネシウムの腐食能性があると思われる．一方で，熱処理なしを促進させる．流体解析を用いて :66 を低減の結晶粒径は形状にばらつきがあるが非常にさせるステント形状を設計することは，腐食

細かい．また，. では再結晶が起こったこの抑制に対して有効な手法であることが示唆とで，小径な結晶粒が増加したと考えられる．

された．          

従って，熱処理なしおよび . では結晶粒が微細化したために，耐食性が向上した可能性があると思われる．

流動腐食試験
実験装置および実験条件
)LJ にステント供試材の形状および実験
)LJ 6WHQW PRGHOV DQG IORZILHOG device. ― 180 ―

TOPへ戻るた．

7DEOH([SHULPHQWDOFRQGLWLRQVRQIORZDUHD .
Solvent solution
Temperature [℃]

Fluid volume [mL]
Viscosity [mPa・s]

Flow velocity [m/s]Time [h]0.9(mass%) NaClsolution
37（３）熱処理温度 . で結晶粒が粗大化し，熱処理の影響を大きく受けたため，耐食性が低下した．
（４）ステント形状において :66 の分布と腐食生成物の付着状態には相関が見られ，流体

1000
2.9

解析による形状設計は腐食の抑制に対して有用な手法であると考えられる．

1.32
1.0

（５）0RGHO F が有する曲線形状のストラッ
トは，ステント拡張時に生じる応力・ひずみを低減および等分布化させることが可能である．

)LJ 2EVHUYDWLRQ DUHD RI HDFK VWHQW
models.
４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況
当該プロジェクトに関する研究成果発表として，国内会議として軽金属学会主催の講演会で  件，国際会議として日本機械学会主催の講演会  件，査読付き論文として，0HWDOVに下記の題目で  件投稿中，「 Influence of bothshear stress in flow and tensile stress by
expanding on corrosion state of magnesium alloymesh tubes」，また，同雑誌に  件投稿準備中，「Influence of stress and annealing conditions
on corrosion behavior of pure magnesium」である．今後の研究計画として，材料の結晶方位による腐食挙動について研究を進める予定であり，1 件の国際会議を予定している．
謝 辞
本研究は本学プロジェクト研究助成を受けて遂行でき，ここに感謝の意を表する．

)LJ&)'DQDO\VLVUHVXOWVDQGFRUURGHG
VXUIDFHRI0RGHO D DQG0RGHO E 参考文献
 廣本祥子：まてりあ  
 小池淳一宮村剛夫：軽金

３．まとめ

属  

（１）繰返し応力を付与した試験片では，レ 大橋鉄也，深尾亮太，伊藤陽介，眞山剛：

ンズ状の変形双晶が見られたため耐食性が向日本機械学会論文集$上した．

編  

（２）熱処理なし及び . の熱処理温度にお  吉 永 日 出 男 ： 軽 金 属     

いて，結晶粒の微細化により耐食性が向上し

― 181 ―

TOPへ戻る超砥粒ホイール砥粒層の弾性係数に基づく
研削加工技術向上に向けたデータベースの構築
デザイン工学科

澤武一の関係に基づいたツルーイング・ドレッシン

１．はじめに
次世代パワーデバイス材料（ダイヤモンド，

グ特性に関する報告がなく，両者の基本的性

SiC，GaN など）をはじめ航空機・自動車・質に基づいた体系的な研究報告とデータベー

エネルギ関連の構造材料は一層難削化する一スが構築されていないことに起因している．

方，需要増と国際競争力強化のための加工能

そこで本研究では段取り時間（非加工時間）

率向上と加工コスト低減は国内製造業の大き短縮による加工コスト低減およびドレッシン

な課題である．このような背景のもと，研削

グインターバル，加工品質の安定化を目的と加工においては WA 砥石や GC 砥石の普通研して，超砥粒ホイールのツルーイング・ドレ

削砥石から耐摩耗性と高熱伝導率が優位なッシングに着目し，ツルーイング・ドレッシ

CBN や ダ イ ヤ モ ン ド を 砥 粒 と す る 超 砥 粒 ホ

ング砥石の巨視的硬さおよび機械的性質と超イールへの移行が望ましい．しかし，超砥粒

砥粒ホイール砥粒層の機械的性質の関係につホイールはツルーイング，ドレッシングが難いて実験的に検討し，超砥粒ホイールのツル

しいこと，砥粒層の機械的性質（特に弾性係

ーイング・ドレッシングの適正化を図ること数）と研削性能の関係が明確でないこと，砥を目指す．

粒層の品質が安定していないこと（砥粒が均一分散でなく偏りがあること）などを主因と２．砥粒層の縦弾性係数の導出

して発売されて久しいが十分に普及している

試作した表面波計測装置を超砥粒ホイールとはいえない．ツルーイング・ドレッシングの砥粒層に取り付け，砥粒層の縦弾性係数のに着目した場合，放電やレーザ，超音波など導出を試みた．本実験に供したホイールは様々な方法が考案・開発されているが，一般

SDC140N100B，CB140N125B，MD140N50M

的に多用されているのは普通砥石を使用したの 3 種類である．ビトリファイドボンドは有方法である．普通砥石を用いたツルーイン

気孔であるためポアソン比および密度の算出

グ・ドレッシングは原始的な方法である一方，が困難であったため，本実験では無気孔の砥

手軽で汎用性が高い．しかし，生産現場では粒層について検討した．なお，縦弾性係数の経験則に基づいた条件で行われているのが実

導出には砥粒層のポアソン比と密度が必要で情で，ツルーイング・ドレッシング能率や精あるが，ポアソン比は便宜上，レジノイド砥

度が高いとは言えず，超砥粒ホイールの普及

粒層は 0.2，メタルボンド砥粒層は 0.3 としを阻害している要因の一つといえる．そして，た．密度は超砥粒はダイヤモンドと CBN の

これは普通砥石の機械的性質（特に巨視的硬値を，結合剤はレジノイドボンドはベークラさ）と超砥粒ホイール砥粒層の機械的性質とイトの値，メタルボンドは青銅の値をそれぞ― 182 ―

TOPへ戻るれ使用し，無気孔なので超砥粒と結合剤のコ

表1

砥粒層のポアソン比と密度

ンセントレーション（有率割合）から比例計算して求めた．表 1 に，実験で使用したホイールの砥粒層のポアソン比と密度を示す．
図 1 に，表面波から導出した縦弾性係数を示
す．図に示すように，表面波から導出した 縦 弾 性 係 数 は SDC140N100B で は
43GPa ， CB140N125B で は 55Gpa ，MD140N50M では 631GPa であった．一
般に，レジノイドボンドホイール砥粒層の縦弾性係数は約 20~50Gpa，メタルボ
ンドホイール砥粒層の縦弾性係数は約100~150GPa といわれている．このため，
今回表面波から導出した縦弾性係数はダイヤモンド，CBN ともにレジノイドボン
ドホイールでは妥当な値といえるが，メタルボンドホイールでは一般的な値と大きな差異が生じた．これはメタルボンド

図1

表面波から導出した縦弾性係数

図2

立形ロータリードレッシングの概略図

ホイールの砥粒層の密度が適当な値ではなかったことが主因と考えられる．本手法によって超砥粒ホイールの砥粒層の正しい縦弾性係数を導出するためには砥粒層のポアソン比と密度を既知にすることが必要であり，この点においては今後の課題である．
３．ツル―イング実験
図 2 に立形ロータリツルーイング法の概略
図を，表 2 にツルーイング条件を示す．本実
験では横軸角テーブル形平面研削盤を使用し，
CBN ホイールのツルーイングを行った．ツル

表2

ツルーイング条件ーイング砥石として 6 種類の普通砥石を用意
し，4 種類は粒度以外の結合度，集中度，結合剤を統一した．本実験は各 2 回実施し，再現性を確認している．
図 3 に，各種ツルーイング砥石によるツルーイング能率の違いを示す．図から，WA お
よび GC ともに粒度が小さい＃80 においてツルーイング能率が高いことがわかる．そして，
WA80G7V と GC80G7V を 比 較 す る と ，
WA80G7V が GC80G7V よりも若干ではある― 183 ―

TOPへ戻るがツルーイング能率が高いことがわ
かる．つまり，粒度が低い砥石では，
砥粒が軟らかい WA がツルーイング
能率が高いといえる．
次に，WA220G7V と GC220G7V
を 比 較 す る と ， GC220G7V がWA220G7V よ り も ツ ル ー イ ン グ 能
率が高いことがわかる．すなわち，粒度が高い砥石では，砥粒が硬い
GC がツルーイング能率が高いといえる．これらの結果から，粒度によ図 3 各種ツルーイング砥石による
ツルーイング能率の違いって GC と WA のツルーイング能率が逆転し，ツルーイング能率が砥粒の硬さのみに起因するのではないことが確認できる．従来，普通砥石を使用したツルーイング能率は砥粒の硬さに依存すると言われており，GCが WA よ り も 高 い と 言 わ れ て い たが本実験結果から一概にそうではな
いことが確認できる．また，参考とし て 実 施 し た

WA240H9VとC280G9V を比較すると，WA がツルーイング能率がわずかに高くなっている．

図4

各種ツルーイング砥石による法線抵抗の違い

図5

各種ツルーイング砥石による主軸モータ動力の違い

図 4 に，キスラー動力計を用いてツルーイング中の抵抗を測定した結果を，図 4 に研削盤の主軸モータに接続した微小電流計によってツルー
イング中の消費電力を測定した結果をそれぞれ示す．本図から，法線抵
抗はツルーイング砥石の除去体積が増加すると全体的に上昇することがわかる．これはツルーイングが進行するにともない回転振れが減少するとともに CBN ホイールが真円になるため，CBN ホイールとツルーイン
グ砥石の接触が大きくなることに起因すると考えられる．また，図 3 に示したツルーイング能率の結果と比較すると，法線抵抗が大きいほどツルーイング能率が高くなる傾向にあることがわかる．また，図 5に示す研削盤主軸モータ動力計も図 3 と同じように，研削盤主軸モータ動力が大きいほど― 184 ―

TOPへ戻るツルーイング能率が高い傾向を示す
ことが確認できる．ただし，本実験では普通研削砥石の巨視的な硬さとの関係性については言及できていな
い．
立形ロータリドレッサを使用した
場合のツルーイング能率を考えた場
合，普通砥石の砥粒の硬さだけでなく，曲げ強さ（粘り強さ）や縦弾性係数などの機械的性質に基づく検討が必要であり，さらに言えば，超砥（a）ツルーイング初期：総研削量100m

粒ホイール砥粒層の機械的性質とも関連して体系的に調査することが重要と考える．超砥粒ホイールのツル
ーイング・ドレッシングの適正化を図るため今後引き続き研究を進めた
いと考えている．が困難であるため，
比較対象以外の仕様を同一にできていない場合があるが本実験の主目的
は表面波の特性を知ることであるた
めこの点は予了承いただきたい．
４．ツルーイング作業完了の新しい（b）ツルーイング終期：総研削量 2250m

判別手法の検討

図 6 ツルーイング初期と終期における
加速度ピックアップの STFT

図 6 に，ツルーイング初期と終期における加 速 度 センサの測 定 結 果 を短時 間 フーリエ変 換 （ STFT） したものを示 す． 加 速として，CBN ホイールを各種普通砥石でツルーイングした場合の各種信号を計測した．以度 センサは研 削 盤 の主 軸 頭 上 部 に取 り付 けた．

下に得られた結果を示す．

図中，山になっている箇所が CBN ホイールと普（ 1） ツ ル ー イ ン グ 用 研 削 砥 石 の 粒 度 が 低 い通砥石が接触していることを示している．図から，場合は砥粒が軟らかい WA が，粒度が高い場

ツルーイング初 期 と終 期 では加 速 度 信 号 の密 度

合は砥粒が硬い GC がツルーイング能率が高が異 なることがわかる． 本 実 験 結 果 は一 例 であり，くなる．

今後詳細な検討が必要であるが，このように加速（ 2） ツ ル ー イ ン グ 中 の 研 削 抵 抗 ， 研 削 盤 主

度 をはじめとする各 種 信 号 を計 測 ・ 解 析 すること軸のモータ動力とツルーイング能率には一定

により， ツルーイング作 業 完 了 の判 別 ができる可の関係性がある．ただし，本実験では普通研能性があるといえる．

削砥石の巨視的な硬さとの関係性については言及できていない．

５．お わ り に（ 3） ツ ル ー イ ン グ 作 業 完 了 は 主 軸 頭 に 取 り

本研究では，超砥粒ホイールのツルーイン
グ・ドレッシングの適正化を図ることを目的付けた加速度センサの短時間フーリエ変換（STFT）で判定できる可能性がある．

― 185 ―

TOPへ戻る

新旧市街地から成る都心まちづくりの手法に関する研究  建築学科  志村 秀明  
１．序論（はじめに，まえがき，目的）

の手法を構築することを目的とする。

東京といった大都市は、「都市再生緊急整備地域」の指定などにより、市街地再開発が進
２．研究計画んでいるが、戦前の街並みを残す歴史的市街

東京といった「世界都市」では、地区に着目

地はまだ僅かに残っている。そのような歴史

したきめ細かい研究に加えて、グローバルな的市街地では、歴史や文化的価値、近隣コミ

視点に基づいて、海外でのまちづくりの状況

ュニティの存在といったことから保全を求めについても明らかにし、両者を比較して考察る声が高まっている。またこれらの市街地はすることが必要である。そこで 以下の２つか観光といった観点からも価値があるとされ、ら研究を進める。

また未来に向けた環境や人に優しい持続的な① まちづくり連携のポータルサイトの開設

まちづくりの実現のためにも貴重だとされてまちづくり連携の状況 及び連携地区・団体いる。しかしながら、規制緩和を中心とするの状況を、ヒアリング調査と文献調査により都市計画などにより、特に都心部ではタワー把握する。次に更に実際に開設したまちづく

マンションなどへの再開発が各所で 進んで深り連携のポータルサイトとアクセス状況を提刻な状況であり、市民と自治体、専門家、132、

示し、最後にポータルサイトの影響について

民間企業が連携するまちづくりの方法は見出明らかにする。

されていない。

② ジェントリフィケーションの実態把握

ところで研究代表者は、都心の中央区佃や

東京都心部で見られるような歴史的市街地

月島、また江東区豊洲、墨田区向島などのまにおける再開発は、ジェントリフィケーショ

ちづくりに深く関わり、また各地で活動してン *HQWULILFDWLRQ（高級化）と呼ばれ、米国いる研究者や市民と「東京歴史文化まちづくの大都市では、 年代後半から見られる現り連携」（ 以下：まちづくり連携）を立ち上げ、象である。それがインターネットの普及等に

市民と自治体、専門家、132、民間企業が連携よるグローバル経済の活性化により、世界中する活動を進めている。

の大都市でジェントリフィケーションが進ん

そこで本研究では、中央区佃や月島、またでいる。そこで典型的なジェントリフィケー

江東区豊洲、墨田区向島、さらに台東区谷中ションが進んでいる米国カリフォルニア州のや千代田区神田、新宿区神楽坂、葛飾区柴又、ロサンゼルスとサンタアナ都心部におけるジ

北区千住などを研究対象地区として、市民とェントリフィケーションとまちづくりについ

自治体、専門家、132、民間企業などと連携して現地に赴き実態を把握する。

ながら、新旧市街地から成る都心まちづくり― 186 ―

TOPへ戻る
３．計画の進行状況

・課題1 連携活動を共有できていない

３−１まちづくり連携ポータルサイトの開設

・課題2 連携の存在をアピールできていない

１）東京歴史文化まちづくり連携の状況

・課題3 連携内のつながりが少ない

まちづくり連携の経緯を 図１に示す。まち・課題4 具体的な連携活動が少ないづくり連携は、 年に開催された「キックまた、ウェブサイトや )DFHERRN を開設しオフフォーラム」を契機に発足した。東京都ている団体は、 団体中  団体であること

区部での歴史文化まちづくりが直面しているも分かった。

課題を共有・整理し、解決策を共に検討・提案

２）ポータルサイトの開設とアクセス数

することを目的とした「弱い関係」からなる

 ポータルサイトのトップページの構成を図パートナーシップである。

３に示す。まちづくり連携が「弱い関係」で次に連携地区・団体の一覧を表１に、位置あることを考慮し、トップページのみの簡素を図２示す。まちづくり連携には、  地区、な構成とした。団体名をクリックすると、各

 団体が参加している。またまちづくり連携

団体のウェブサイトや )DFHERRN へとぶ。

には組織の規約や会費がなく、コアメンバー

KWWSVZZZPDFKL]XNXULDUFVKLEDXUD

の了承によって入会・退会が決定する。コア

LWDFMS
表１ 連携地区・団体

メンバーは、20氏、6$氏、70氏の  名であり、いずれもまちづくり連携の発足に関

1R 連携地区 自治体

わった。

 神保町
 月島・
佃島

千代田区 ①千代田学・神保町研究会
中央区 ②月島長屋学校

 神楽坂
 本郷

新宿区
文京区

まちづくり連携は、コロナ禍に発足したた

連携団体③佃島・月島百景④NPO法人 粋なまちづくり倶楽部⑤認定NPO法人 街ing本郷⑥本郷のキオクの未来

め、オンラインでの活動が中心であり活動実

 根津
 千駄木

績も少ない。ヒアリング調査の結果、以下の

 谷中
 向島

課題があることが分かった。

⑦根津まちづくりの会⑧谷根千工房台東区
墨田区⑨文京歴史的建物の活用を考える会⑩文京建築会ユース⑪NPO法人 たいとう歴史都市研究会⑫NPO法人 向島学会
⑬八島花文化財団 （すみだ向島EXPO）

 品川宿 品川区
 雑司ヶ谷 豊島区⑭旅するうなぎのねどこ

 上池袋⑯かみいけ木賃文化ネットワーク⑮雑司ヶ谷未来遺産推進協議会

 日暮里荒川区⑰日暮里富士見坂を守る会

 板橋宿

板橋区⑱板五米店

 千住宿足立区⑲千住いえまち

 柴又

葛飾区

⑳柴又まちなみ協議会―㉑全国路地のまち連絡協議会








図２ 連携地区・団体の位置

図１ まちづくり連携の経緯

― 187 ―

TOPへ戻る ポータルサイト公開日の  年  月  日

ポータルサイトの利用方法では、「トップペからの  週間で、総アクセス数は  回で、ージのまちづくり連携地区を確認した」が 

検索エンジンからのアクセスは  回、％で名ともっとも多く、次いで「他のまちづくり

あった。ポータルサイトは、少しずつではあ連携地区の情報を参照した」が  名と多かっるが、まちづくり連携の存在を周知させつつた。

あると言える。「課題  連携活動を共有でき今後の利用意向では、「他のまちづくり連携ていない」を解決しつつあると言える。

地区の情報を参照したい」が  名と最も多く、

３）ポータルサイトの影響

次いで「インターネット上や 616 で共有した

ポータルサイトの影響を図３に示す。

い」が  名と多かった。



まちづくり連携の存在感では、「強まった」
が約  割、「どちらかといえば強まった」が約
 割と多かった。
「課題 連携の存在をアピー
ルできていない」を解決しつつあると言える。
まちづくり連携のつながりでは、「強まった」が約  割、「どちらかといえば強まった」が約
 割と多かった。
「課題 連携内のつながりが少ない」を解決しつつあると言える。

３−２ジェントリフィケーションの実態把握
米国ロサンゼルス市の /LWWOH 7RN\R とサンタアナ市ダウンタウンの現地調査とインタビュー調査を行った。
１）ロサンゼルス市/LWWOH7RN\R
リトルトーキョーは、ユニオン駅から徒歩
 分ほどの市中心部にありシビックセンターに隣接している。歴史的建築物が多く、日本文化を発信する店舗が集まっている（写真１）。
インタビュー調査の結果を 図４に示す。主な地域組織として、日本のまちづくり協議会に あ た る 「 コ ミ ュ ニ テ ィ 評 議 会 （ &RPPXQLW\&RXQFLO）」に加えて、「地域開発公社（6HUYLFH
&HQWHU）がある。地域開発公社は多くの不動産を所有しており力をもっている。他にも、


図３ ポータルサイトの影響
写真１ ロサンゼルス市/LWWOH7RN\R― 188 ―

TOPへ戻る「歴史協会」といった３つの地域組織が存在

２）サンタアナ市ダウンタウン（写真１）

し、相互に連携している。

ダウンタウンは、白人が郊外へ転出した跡

一番街北側の 1DWLRQDO+LVWRULF'LVWULFWに、移民として入ってきたメキシカンのまち

は、シビックセンターからの開発の波を避けとなった。/57 の整備によって、メキシカン以るために、 年に指定された。指定にあた外を対象とする店舗が建ち並び、高級アパー

り、アドボカシー団体等の支援があった。

トメントの建設も進んでいる。サンタアナ・ 年春に 0HWUR が開業し、ユニオン駅まテナント連合会等が強力な市民活動を展開しで一駅で行けるようになる。そのためディベている。（図５）

ロッパーが大規模再開発を計画している。



３−３ まとめLos Angeles, Little Tokyo
調査概要「弱い関係」からなる 連携と、まちづくり

調査日 2023年3月2日(木)13：30〜15：30, 3月4日(土)メール追加調査(Bill Watanabe)
場所
Little Tokyo Far East Lounge

協議会や地域開発公社等からなる強力な市民

対象者 Kristin Fukushima (Little Tokyo Community Council 代表)
Philip Hirose (レストラン２代目)
Mark Masaoka (Nikkei Progressives代表)
Carrie Morita, Nikkei (Progressivesのメンバー)

組織の連動が必要である。+LVWRULF'LVWULFW
も市民活動が元になって指定された。


Bill Watanabe (Little Tokyo Community Impact Fund代表)3/4メール調査
調査結果

４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況

Little Tokyoの主要団体
・Little Tokyo Community Council (リトルトーキョーコミュニティ評議会)
日本のまちづくり協議会に該当
・Little Tokyo Service Center (LTSC)

研究はほぼ完了したため、 年の日本建築学会大会で研究発表を行う予定である。

非営利の地域開発公社（CDC）。不動産を多く所有しており、老人の孤立を避ける施設になっているFar East Loungeも所有している。歴史的建造物を改修・管理し、将来の営利目的の開発のために取り壊されないようにすることに非常に長けている。

Santa Ana Downtown 4th Street周辺
調査概要
日時 2023年3月3日(金10：30~12：30 Café Cultura (カフェ・コトラ)
場所
Idaria Rios (Tenants United Santa Ana 代表）
対象者
3月3日(金)14：00~14：30 オンライン（ZOOM）
Ana Urzua (Cooperacion Santa Ana 代表）
3月3日(金)19：00~21：30 まち歩き＋タコス店
Prof. Erualdo R. Gonzales (UC Irvine)
調査結果
歴史
成立 20世紀のはじめに、ビジネスで集まった白人が建物を建てていった。1950年

・Nikkei Progressives grassroots community organization
・Little Tokyo Historical Society （Little Tokyo歴史協会）
・Little Tokyo Service Center Community Impact Fund
National Historic District指定の経緯
シビックセンターからの開発の波を避けるために運動をして指定を得た。Los
Angeles Conservancy と Community Redevelopment Agency (CRA、すでに解散)が共同で行った。Los Angeles Conservancyは、ロサンゼルス市における歴史的建築物の保存に関する強力なアドボカシー団体。CRAは、荒廃した都市部の再開発を支援するために設立され、古い建物の代替となる新築や公共スペースの建設に資金を提供する「税収増ドル」というツールを使用した。当時、Little Tokyoの人々にとって歴史的な保護活動はまだ馴染みがなかったため、このプロジェクトのほとんどは、Little Tokyoのコミュニティを代表してこの2つのグループが実施したものだった。 その後、Little Tokyoコミュニティ
は、Little Tokyo歴史協会やLittle Tokyoコミュニティ評議会などを通じて、歴史的な保護活動により精通していった。

代から白人が郊外へでていき、ダウンタウンは空洞化した。1970年代に、空いたところにメキシコからの移民が入るようになり、メキシカンのまちができあがった。ダウンタウンでは、レイシｰといった移民の住宅地ができていった。4th
St沿いには、メキシカンドレス店等、移民のための店が建ち並ぶようになった。
1980年代から東地区では、大地主達がメキシカンのマーケットプレイスを開発した。大地主達は、その後も主要な建物を取得して開発しようとしている。4th
Stを中心としてHistoric Districtに指定されている。

過去の開発との戦い

近況 4th Stの南にあるArtist Villegeは、R.フロリダのCreative Class論から全米各地にできていった。4th St全体で2010年代に、BID (Bisiness Improve District)のDowntown Inc.が設立され、東地区も西地区も商業的な開発が進んでいる。
しかし一部の地主に利益が集まっているとの不満から、BIDは2022年12月に解散した。大地主達は、東地区をメキシカン以外を対象とする店舗へと入れ替
えようとしている。同時期から、市長がSanta Ana駅とダウンタウンを結ぶLRT（路面電車）計画を推進し始めた。

Little Tokyo Towersは、住民が自ら資金を出し合い、ディベロッパーによる建て替えを阻止した。Little Tokyo Community Councilも資金を出して協力した。
直面している開発
路面電車が開通した2003年頃に開発ラッシュがあった。日本のバブル崩壊で放置されていた空地の駐車場にApartmentがたくさん建った。路面電車Gold
Lineが廃止になり、2023年春にMetroが開業する予定。Metro開通に向けて、
ディベロッパーが開発しようとしている。



図４ /LWWOH7RN\Rインタビュー調査結果


現況
4th St沿道とその周辺
LRTの整備が進んでいる。同時に、New urbanizmの考え方で、4th Stの道路
空間の改善が進んでいる。Downtownでは、高級アパートメントの建設といった再開発 (Forced Gentrification) が進んでいる。
レイシｰ (Lacy) 地区等
サンタアナ・テナント連合会 (Tenants United Santa Ana) は、移民が住めるよ
うなアフォーダブル住宅を増やそうとしている。レイシｰ5th Stで計画されていたアパートメントでは、元々8割がアフォーダブル住宅の計画だったが、ディベロッパーと交渉して、全てをアフォーダブル住宅にすることができた。移民を大切にする革新的な市議会議員を増やしてきたことで、Grassroots movementが盛り上がり、正当な理由がなければ住民を退居させられない法制度が整備された。住民参加型での公園(Mariposa Park)づくりから、市との信頼関係ができたが、その後市の担当者から裏切られた。



その他の移民支援
サンタアナ労働協同組合 (Cooperacion Santa Ana) は2018年に設立された。
移民が職をもてるように、また子どもの修学を支援している。労働協同組合
は、メキシコ文化センター (El Centro Cultural de Mexico = Mexico Culture
Center) の活動から組織化が進んだ。

写真２ サンタアナ市ダウンタウン



図５ 6DQWD$QD インタビュー調査結果

― 189 ―

TOPへ戻る

種々構造形式における鉄筋コンクリート造パイルキャップの力学モデルと耐震性能評価  建築学科  岸田 慎司  

軸力(柱軸力比0～0.2)

１．序論


負載荷

正載荷

梁主筋
4-D22(SD490)

梁補強筋
U9.0（PBSD1275）＠50

300

53 84 26 84 53300

53 84 26 84 53

震後の継続使用を確保する対策については確立されていない。そのため，「建築物の地震後

725

幅止め筋
2-D6（SD295A）

850

380
60 60 60 100 100

左：基礎梁断面
右：基礎梁断面(切り欠き部）

600

行の耐震基準において確保されているが地

325

大地震時における建築物の耐震性能は現

梁主筋
6-D16（SD685A）
50

80

40

300

80

235

50

計を構築することが必要とされている。背景

2475
800

の継続使用性」を確保した性能指向型耐震設
袴筋D6(SD295A)

として，2011 年の東日本大震災において杭頭上回る設計や損傷を軽減できる杭基礎の開発

59 34

800

114

300

34 59

軸力(柱軸力比0～0.2)
正載荷

50

300

100

100

梁補強筋
U9.0（PBSD1275）＠50
300
50 100
100

50

50

725

負載荷

幅止め筋
D6（SD295A）

左：基礎梁断面状について，および上部構造と基礎構造の接右：基礎梁断面(切り欠き部）

600

合部架構としての破壊性状について検討する

530

パイルキャップ
300

325

場所打ち杭を用いたパイルキャップの破壊性

45

図 試験体 (5 概要 

そのため現行基準で求められる構造性能を既往の研究ではまだ実験の事例が少ない

105

300

1500

し建物に傾斜を発生させたことが考えられる。

が必要である。

400
360

400

の損傷が建物に対し軸方向変形に影響を及ぼ

105

柱断面
杭断面
腹筋U7.1(SBPD1275)
ベース筋U7.1(SBPD1275)850れる。原因として，杭頭部・パイルキャップ

柱補強筋
U7.1(SBPD1275)@50

45

350

設の継続使用が出来なくなった事例が挙げら

60部・パイルキャップの損傷により防災拠点施柱主筋
10-D13(SD390)

杭主筋筋：12-D19(SD390）

梁主筋
D16（SD685A）
50

80

40

300

80

235

50

袴筋D6(SD295A)

たが実験結果では基礎梁の降伏に伴いパ

59 34

柱補強筋
D6(SD785)@50

800

34 59

400
360

400

60

イルキャップのせん断耐力が計算値を下回り

杭主筋筋：12-D19(SD390）

350

45

パイルキャップが脆性的な破壊を起こしたた
めパイルキャップ曲げ破壊のメカニズムに関

105

105

300

45

柱断面
杭断面
腹筋D6(SD295A)
ベース筋D6(SD295A)
1500

して明確ではない点が多かった。

柱主筋
10-D13(SD390)

114

ルキャップ曲げ終局強度式の妥当性を確認し

300

架構の初めての実験を行った。その際にパイ

2475
800

ため場所打ちコンクリート杭を有したト形

530

パイルキャップ
300

図 過去 試験体 ( 概要 

― 190 ―

TOPへ戻る
そこで本研究では場所打ちコンクリート

表 試験体諸元 杭を用いたパイルキャップの最終破壊形態が試験体名
想定破壊モード

曲げ破壊となるためにモデルの再設計を行い
実験によって理論式の整合性を再検討し場
所打ち杭が杭基礎構造に与える影響を明らか

(

(5

（正）パイルキャップせん断破壊（正）パイルキャップ曲げ破壊（負）パイルキャップ曲げ破壊（負）パイルキャップ曲げ破壊

柱軸力比

f

柱、袖壁

コンクリート1PP

1PP

パイルキャップ、梁強度

1PP杭1PP

1PP
300×300%&×D&

' 6'

主筋にすることが目的である。

柱

２．研究計画

補強筋' 6' #

8 6%3' #

補強筋（パイルキャップ内）' 6' #8 6%3' #

帯筋比pFZ





%Z×DZ

 試験体概要

E-1 の概要を示す。
試験体 ER-1 と試験体 E-1 の諸元比較を表-1に示す。地上 3 階建ての鉄筋コンクリート造の側柱下におけるト形部分架構を想定して設拘束域以外：8-D10(SD390)

補強筋

試験体は既往研究の試験体を参考に 1 体の概要を，図-2 に既往の研究で実施した試験体

拘束域：4-D13(SD390)

主筋

袖壁

み作成した。図-1 に作成した試験体 ER-1 の450×150'# 6'

帯筋比pVZ
上端：3-D16(SD685)

主筋

基礎梁

径

φ400

主筋

' 6'
8 6%3' #

帯筋比SLOHSZ



幅×せい×高さ

530×530×800

袴筋

8 6%3'

パイルキャッ

補強筋：腹筋' 6'$ #8 6%3' #

帯筋比SFSZ





表 鉄筋 材料特性 (150×450mm)， 杭 (φ =400)に よ り 構 成 さ れ た

キャップ内と柱の補強筋量を増やし鉄筋の強度も上げた。 また，試験体 E-1 では柱の圧壊

降伏応力度 降伏ひずみ

使用部材' 6'

断破壊を防ぐため，試験体 ER-1 ではパイル

8 6%3'

ベース筋

基 礎 梁 (300×850mm) ， 柱 (300×300mm) ， 袖 壁

試験体 E-1 で起きたパイルキャップ内せん



補強筋

プ

下端：4-D16(SD685)

8 6%3' #

帯筋比pEZ

杭上端：' 6'

下端：4-D16(SD685)

補強筋計を行い， パイルキャップ(530×530×800mm)，

1/3 スケールの試験体とした。


850×300

%E×DE

補強筋

袖壁

' 6'' 6'

主筋拘束域外袖壁

主筋拘束域内ヤング係数

弾性限界ひずみ

1PP

(μ)

(×105N/mm2)(μ)

















柱

主筋

基礎梁

下端主筋









' 6'

杭主筋







' 6'

基礎梁

上端主筋









柱

補強筋

パイルキャップ

ベース筋















8 6%3'

袴筋
補強筋

8 6%3'

杭

補強筋

基礎梁

補強筋

を防ぐために柱に鋼板を巻くことで強度を上表 コンクリート 材料特性 

げていたが，試験体 ER-1 では柱の曲げ強度を上げるために加え，一般的な形式である袖壁付 き柱 (450×150mm)とし た。 過 去の 試 験 体

杭E-1 で発生した基礎梁の降伏を防ぐために，パイルキャップ

スランプ、フロー値

空気量

FP



コンクリート温度 外気温度 圧縮強度
℃

℃



1PP















48.0×48.0









梁
柱・袖壁







基礎梁上端主筋を D16 から D22 へと変更し，配筋量を増やした。

軸
正載荷

力

柱軸力 (kN)

表-2，表-3 に試験体 ER-1 の鉄筋とコンク

負載荷

リートの材料特性をそれぞれ示す。コンクリ
ートは杭，梁とパイルキャップ，柱と袖壁の3 回に分けて打設した。

1000
900
長期軸力比
800

700
600
500
400
300
200
軸力比
100
0
-100
0

軸力比


100

200

層せん断力 (kN) 載荷方法

写真 載 荷 装置  図 変 動軸力 載 荷ルール 

写真-1 に加力装置を示す。加力方法は，

表 部材 耐力計算 結果 

基礎梁端をピンローラー支持，柱頭および杭脚をピン支持とし，軸力および水平力は柱頭から導入し，柱頭位置の変位における層間変形角にて制御を行い，正負交番繰り返し載荷

軸力比

袖壁付き柱
曲げ

正載荷
負載荷

― 191 ―

せん断

終局強度(kN) 基礎梁

パイルキャップ
曲げ

せん断

曲げ

杭

せん断

曲げ

せん断























































TOPへ戻る
を行った。柱と杭の反曲点位置は 2475mm, パイルキャップ芯から基礎梁反曲点位置は



正側パイルキャップせん断ひび割れ発生
正側パイルキャップ・梁曲げひび割れ発生

200

4PD[ N1
4PLQ N1

100

1500mm である。加力時に柱頭から軸力を導入して実験を行った。軸力比は過去試験体と

-5

-4

-3

-2

-1

層せん断力Q(kN)

同様に 0~0.2 の範囲で変動させて加力を行っ300た。図-3 に試験体 ER-1 の変動軸力載荷ルー

0

0

1

2

-200

5

ER-1 Q-R図

柱主筋降伏

袖壁主筋降伏袖壁補強筋降伏

梁上端主筋降伏
-300

杭主筋降伏
最小荷重

-400

負側パイルキャップせん断ひび割れ発生

た値とした。

4-100

ルを示す。層間変形角 R は柱頭の水平変位を柱頭加力点から杭脚支持点までの距離で除し

3

梁下端主筋降伏最大荷重

層間変形角R(%)

負側パイルキャップ・梁曲げひび割れ発生-500

表-4 に試験体設計時の部材耐力計算結果を図 試験体 (5層せん断力 ― 層間変形角 関 係 示す。軸力変動時に部材が降伏しないよう,



300



正側パイルキャップせん断ひび割れ発生

全部材の終局強度のうちの最小値において目200

正側パイルキャップ・梁曲げひび割れ発生

標軸力に達するよう, 層せん断力と軸力を制

100

-5

セルより測定し, 層せ ん断力は基礎梁せん断力からモーメントの釣り合いより算出した。

-4

層せん断力4 N1

御して実験を行った。軸力は軸力加圧ロード

-3

-2

-1

0

0

1

3

4

5

-100

4PD[ N1
4PLQ N1

３．計画の進行状況

E-1 Q-R図
最大荷重

-200

梁主筋降伏

正側パイルキャップ補強筋降伏-300

負側パイルキャップ補強筋降伏

負側パイルキャップせん断ひび割れ発生

 層せん断力―層間変形角関係

2

最小荷重
-400

負側パイルキャップ・梁曲げひび割れ発生

図-4 に試験体 ER-1 の層せん断力 Q-層間変

層間変形角5 ％-500

形角 R の関係を表すグラフを, 比較対象とし図 試験体 (層せん断力 ― 層間変形角 関 係 て図-5 に試験体 E-1 の Q-R の関係を表すグラ



フを示す。



試験体 ER-1 は初めに R=0.9%付近で杭の主筋が降伏した。続いて梁の下端主筋が R=1.2%
で 降 伏 し , そ の 後 R=1.9%で 正 側 の 最 大 耐 力に達した。次に負載荷中 R=-1.3%で梁の上端主筋が降伏し, その後 R=-1.6%で袖壁の主筋が降伏した。次に 2 回目の R=1.5%で柱主筋が降伏し, その後負載荷中 R=-2.5%で袖壁の補 強 筋 が 降 伏 し , R=-2.9%で 負 側 の 最 大 耐 力

写真 最 終 破壊 形 状（ 左： 基礎梁  右： 袖 壁） に達した。パイルキャップにおいては袴筋,

早期に降伏したことがパイルキャップの耐力

ベース筋, 腹筋ともに 鉄筋の降伏は見られな低下に寄与したこと が わかったが, 上端主筋かった。軸力を変動 さ せていること, ト形試の断面を大きくし配筋量を増やしたことで,験体であることから正側と負側の最大耐力が負載荷時に基礎梁上端主筋の降伏後も層せん

大きく異なる結果となった。

断力は下がることなく保持された。

また試験体の最大耐力を過去試験体と比較

また梁上端主筋降伏後に袖壁主筋が降伏し,すると試験体 E-1 は正側で 199.4kN, 負側でその後の繰り返し載荷で袖壁補強筋が降伏し80.5kN であるのに対し試験体 ER-1 は正側でた後に最大耐力に達 し ていることから, 試験

230.5kN, 負側で 374.3kN と耐力が大きく上昇

体 E-1 と比較すると梁主筋の降伏後も袖壁がしている。既往の研究で基礎梁の上端主筋が耐力を担保していたことで最大耐力が大きく― 192 ―

TOPへ戻るなったと考えられる。しかし正載荷では基礎
梁下端主筋が降伏した直後に最大耐力に達していることから, 基礎 梁主筋の降伏が試験体

Bの耐力低下に影響したと考える。
 ひび割れと危険断面位置

D

写真-2 に基礎梁とパイルキャップの接合部
分及び基礎梁と袖壁の接合部分の最終破壊の様子を示す。写真より基礎梁の下端側から大C

きなひび割れが入っていることがわかる。袖壁にはせん断ひび割れがいくつか入っており,C

また壁の端部が基礎梁から浮き上がるようにB

大きなひび割れが入っていることがわかる。
これは, 袖壁と基礎梁 の危険断面位置での破A壊が起きたと考えられる。
以上, 降伏状態や変形 成分を鑑みて 判断す
ると袖壁のせん断補強筋降伏後に基礎梁が曲図 危険断面位置 と主要な ひび割れ げ破壊したと考える。
また, 図-6 に指針案で提案されているパイ（正 載 荷ひび割れ ：時緑 色 線 

ルキャップの危険断 面 位置と, 最大耐力後の負載荷 ひび割れ：時 黄色線 ） 

以上のことか ら, 鉄筋の降伏状態も 併せて

ピーク時にパイルキャップ内に入った主要な破壊状態を判断する と, パイルキャップでのせん断ひび割れを示す。
写真-2 および図-6 中の青色線は正載荷時に入ったひび割れ, 赤色 線は負載荷時に入った
ひび割れを示し, 図-6 中の緑色線は正載荷時
危険断面位置, 黄色線 は負載荷時危険断面位置を示す。危険断面 位 置とは, 部材において破壊に対し最も危険な断面とされる位置で,設計指針において危険断面位置をもとに曲げ破壊は起きていないと考えた。
 まとめ
1)試験体 ER-1 の最終破壊形態について, 正載
荷で基礎梁の曲げ破 壊, 負載荷で袖壁のせん
断補強筋降伏後に基礎梁の曲げ破壊が起きたと判断した。
2)基礎梁の上端主筋を大きくし配筋量を増やすことで過去の試験体で起きた基礎梁の降伏強度式に算入する鉄筋を選出している。
図-6 より試験体 ER-1 のパイルキャップ内に大きくせん断ひび割れが入っていることがわかる。このひび割 れ について, 負載荷においては提案されている危険断面位置 ACB と近しい位置にひび割れが入っており危険断面の位置に関しては設計指針と整合性がある。
また危険断面位置 AC については整合性のあに伴うパイルキャップのせん断破壊を防ぐことに成功した。またパイルキャップ内の配筋
量を増やし, 強度の高 い鉄筋を選択すること
でパイルキャップの耐力が計算値を下回ることを防いだ。しかし, 試験体が想定破壊モードの通りには破壊されなかった。
４．今後の計画及び学会,論文等投稿・発表状況
2024 年度の科研（基盤 C）が採用となり，るひび割れが入った と いえるが, 危険断面位
置 BC についてはひび割れ線が断続的に入っている。また正載荷では提案された危険断面
位置からずれた位置にひび割れが入っている。

３年間は場所打ちコンクリート杭パイルキャップに関する研究を継続できることとなった。
2024 年度建築学会の年次大会にて発表予定。

― 193 ―

TOPへ戻る「拡張された心」概念の導入による
メコン流域の物質世界の解明  建築学科  清水 郁郎  
共同研究者
筑波大学大学院人間給合科学研究群 上北 恭史
東京学芸大学人文社会科学系人文科学講座  橋村 修
筑波大学芸術系 山田 協太
愛知淑徳大学交流文化学部 中村 真里絵

１．はじめに界を認識しはじめることや、重い記憶障害を人間が所与の自然から構築した今日のニッ持った人がメモを頻繁に取りそれを見返すこチ（生態的地位）の中核には、自然資源によっとで健常者に匹敵する記憶能力を持つことかて生み出された道具や生活財、住居がある。

らもわかる。また、初期人類が各地に建造し従来、これらの物質文化について技術的側面た大規模モニュメントや建造物も自然への畏や物質的特性は研究されてきたが、長期に渡敬や畏怖を具現化したものであり、その後のり人間の心性と複雑な影響を及ぼし合うとい都市化や社会の複雑化、階層化の起点には心

う側面は十分に探求されてこなかった。

と物の段階的な作用があったといえる。

これに対して、本研究は、心や認識が身体

メコン川流域社会の特徴は、河川と強く結を超えて物と接合する「拡張された心びついた生活と多種の物、水上・杭上・高床住H[WHQGHGPLQG」の作用により物と人間の不可居、それらが構成する景観、そこで編成され分な関係が生まれたと仮定し、心により生みる屋敷地共住出され、心を生み出す物の世界「物質世界」と集団、水をめぐして、東南アジア大陸部メコン川流域文化圏

る信仰や儀礼の物質文化を再構築する。

である。従来の心や認識が身体を超えて物と接合する「拡研究では、個別

張された心」に関する議論 は、哲学、認知科

社会の居住文学、考古学、人類学をまたいで進む。その議論

化や物質文化、を先導する物質関与論（0(7）［0DODIRXULV/

生態環境の特+RZ 7KLQJV 6KDSH WKH 0LQG ］によれ

徴は多く研究ば、身体の延長として知覚される石器等の製されてきたが、作や使用を通して人間の思考や心は段階的に物と心がどう発達した。人間の思考や知覚が脳内に限定さ関わり、そこでれないことは、言語や視覚能力が未完成な乳河川がどのよ

幼児が与えられたおもちゃを通して周囲の世う な 役 目 を 担 図 研究対象地の位置― 194 ―

TOPへ戻るったのかという課題が残された。また、生物ある。本研究では、シーパンドンで最大の島、の生存に適した環境は所与ではなく、生物自

コーン島を中心として以下の諸点に着目しな体が生きる過程で自然と不断に関係する中でがら、研究を実施する。

構 築 さ れ る こ と か ら ［ ,QJROG 7 7KH

3HUFHSWLRQRIWKH(QYLURQPHQW］、現・

人間がい かに流 域の 自 然資源を 使い水域

代の心や物の変化がニッチ構築の新たな局面と親和し た物質 世界 を 生み出し たか、物を引き起こしている可能性がある。

や住居が 人間の 心に い かに働き かけたの



か
・

２．研究計画「物質関 与論」 の対 象 は初期人 類 段階の
簡単な道 具類で 、認 知 の発達の 解明に重点が置かれている。そのため、住居のような大型か つ複雑 な部 材 の集合体 で、長期に渡って人間の心や世界の見方（世界観）にまで関 与する 物に も 適用でき る理論を構築する。

・

河川を介 した物 質世 界 のネット ワーク、
流域社会 の複雑 化や 階 層化との 関係、グローバル 経済が 浸透 し ている現 在的状況における物 質世界 の実 態を明らか にする 。

図 中洲島の典型的な空間構成 
本研究は、研究対象地を ラオス・カンボジ


研究期間は、 年度から数年間を予定し

ア国境地帯に広がるメコン川の中洲多島エリア、通称シーパンドン に設定する。メコン川
は東南アジア最大の国際河川で、ラオスでは
隣国タイとの国境線となっている。また、ラオス最南部のカンボジアと国境を接するあたており、悉皆的かつ広域調査を実施する 予定である。

３．計画の進行状況
本研究課題について、 年度は、物質世

りでは川幅が百メートル 以上にもなり、中洲の島には古来、多くの人々が住み着いた。河
川（船着場）－集落を貫くミチ－集落－森－
水田という空間の構成は共通しており、その住まい方も含めて特徴的な居住文化と景観が界を把握するために、ドローン、フォトグラ
メトリ作成用のカメラ類 等を整備し、また、 年  月  日から  日まで現地調査を実施し、現在までに以下の諸点を明らかにした。
①

物質世界の組織図 メコン川流域の集落全図（+6 村）
― 195 ―

TOPへ戻る
トラニー（土地神）への信仰：住居は棟を川の流れ に沿っ て建 て られるが 、 新築する際に最 初に立 てる 柱 サオクワ ン は、通常、川側の中心に位置する。この柱の足もとには石 が置か れ、 そ の場所が 土地神メー・ナー ン・ト ラニ ー を祀る場 となる。
人々は、菓子類、花（白色）、米、ろうそく、線香、水を供え、折々、ここで祈りを捧げる。

図 陸地に散在する池とその所有権の事例（+6 村）
・

河川水利 用が創 出す る 景観：も ともと天②

水のみで 農業を 行っ て いた 同地 域では、景観を生み出している。
・

自然環境と物質文化：毎年  月頃になるとメコン 川が冠 水す る 。人々は この自然現象に順 応する ため に 高床式住 居を建設する。河から溢れた冠水は、高床式住居の床下を流れ、内陸部の水田へと至る。水田には自然のため池が  以上あり、そこに河川水が 留まる こと で 、十分な 水量を持つ水源と なり、 同時 に 水牛や牛 の飼育場になる。河川水は地下に滞留し、乾季には人々の水源になる。

・屋敷地共 有集団 ：資 産 の継承を 含めた社会構造は 母系で 、人 々 は母系親 族を中心とする屋 敷地共 住集 団 を形成す る。 この集団は、農耕や家屋建設等で協働する。

・

サオ・クワン（魂の柱）とメー・ナーン・

浄化儀 礼を 手掛か りと した 物 質世 界と心の結びつきの解明

水田は産米林（林の中にある水田）となっており、砂糖ヤシの森と合わせて、独特の

人は、生態環境との複雑な関わりに基づいて固有の世界観あるいは宇宙論的全体性に生きる。いっぽう、物質世界も、生存のための資源である生態環境から組織される。この物質世界を創出し、再生産する動力は多様だが、人間が抱き、集団で共有される 宗教的概念もそのひとつである。
本研究では、このような観点から、対象地
域の物質世界の組織と編成を、ピーポープ（「ポープの霊」SKL SRS、以下ポープ）と呼ばれる、人に災厄をなす霊的存在をめぐる諸実践に基づいて探究している。その探究の中
心地は集落 1 で、はじめに、1 におけるポープをめぐる実践を民族誌的資料をもとに明らかにする。
総戸数 、人口  の 1 は、古来、ポープに憑依された人々を受容し、浄化すること
でその災厄を祓うことができる唯一の集落である。1 には、近郊やラオス各地、首都ビエン
チャンや北部のルアンパバーン、同じ文化 的背景を持つ東北タイからポープに取り憑かれた人々が浄化に訪れ、そのまま帰村せずに住
み着き、拡大してきたという経緯がある。
この 1 において、ポープという特異な霊的現象が人々にどのように 認識、解釈されるのかを明らかにし、それが人々に一定の心的傾向を生じさせる様態、また、そうした認識や図 典型的な高床住居と家族構成 

解釈がどのように空間的、物質的実態として― 196 ―

TOPへ戻る
顕在化するのかを把握する。その上で、人々

2). Ikuro SHIMIZU. (2022). The New Normal inの日々の暮らしと物質世界が政治経済的諸条

Peripheral Societies in Southeast Asia, An

件と同等あるいはそれ 以上にポープの存在をAttempt to Extend the Range of Focus in

めぐって組織されていることを示す。

Architecture.

Proceedings

of

the

13th

International Symposium on Architectural

つぎに、多島海全域の広域調査を実施し、Interchanges in Asia (ISAIA): 515-519.

ポープの浄化をめぐって組織される 固有の物
質世界と居住空間の全 体がどのように物質性発表

と精神性を混淆しながら創出されるのかを探3). Pranom Tansukanun, Wittaya Duangthima
and

求する。

Ikuro

Shimizu.

together:

現在までの進捗は、ポープの儀礼をめぐっThe(2022).

culturalStrongerlandscapeて創出される物質文化、すなわち儀礼小屋、

sustainability through the social bonds of the

池、メコン川、霊媒小屋や自然景観を把握し、Mae

物質文化についてはそれらの実測を行い、物International Conference on Thai Studies,

質としての特性を把握した。また、 霊媒と住April 29 – May 1, Kyoto

Chaem

Muang

Fai

system.

14th

民へのインタビュー、中洲に立地する複数の4). Patiphol Yodsuran, Yasufumi Uekita and島におけるポープに関わる場所 の広域調査を

Ikuro Shimizu. (2022). The Changing of

実施し、儀礼的浄化行為が古来、多島エリア

Flood and Flow: River flow changing and the

全域で行われており、その役職を担う霊媒がloss

時代ごとに各島で広く出現したこと、また、Thailand. 14th International Conference on

浄化に関わる特定の池や島 の場所が多島エリ

Thai Studies, April 29 – May 1,

ア全体に広く及んでいることを明らかにした。

ofresilient-abilityin

Ayutthaya,
Kyoto5). Ikuro SHIMIZU, Yasufumi UEKITA andこれらから、多島エリア全体は同じ信仰体

Phisith SIHALARTH. (2022). Rethinking the系によってひとつの閉じた 物質世界を持って

Cultural Landscape after the Changes in

いると推察できる。

Livelihoods. Case in Waterfront Villages inLuang Prabang and Pakse, Lao PDR. 14thInternational Conference on Thai Studies,

４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況

April 29 – May 1, Kyoto

今後は、引き続き、実証的研究として科研
基盤 $ または %、新規理論的探究として挑戦

6). Marie Nakamura, Ikuro Shimizu, Sitthixai

的等にチャレンジする。また、研究成果は、日Insisiengmay. (2022). An anthropological

本建築学 会の 英文論 文 集、 $6,$1 +,6725< study of the Phi Pop purification rites and&8/785( 等に投稿し、さらに  年開催予定

cultural landscape of a waterfront village inの第  回国際タイ学会において研究成果をSouthern

報告する。

Conference on Thai Studies, April 29 – May

14thInternational

1, Kyoto

本研究の主な成果は以下になる。

7). 清水郁郎. (2022). 文化的景観から霊的景論文
1). Patiphol Yodsurang, Yasufumi Uekita &
Ikuro

Laos.

Shimizu.

(2022).

観へ ⽔辺集落の景観研究から.第 3 回景Water-Based

観考古学・人類学研究会景観人類学（新学Settlement and the Loss of Community Water

術領域研究（研究領域提案型）出ユーラシ

Resilience. Interiority, Vol. 5, No. 2: 179–

アの統合的人類史学 - 文明創出メカニ

196.

ズムの解明）. 東京都立大学

― 197 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１

人口減少地域における建築遺産のデジタルアーカイブ化及びその活用に関する研究
建築学科

1. 序論

岡崎 瑠美

［表 1］空家率の比較

本研究は都市の衰退により人口が減少し、

対象

空家率

空家率の増加により建築遺産が解体される地

全国

約 13.6%域を対象に調査を行う。全ての建築遺産を維

北海道

約 13.5%

持保存することには膨大な費用や労力が伴う

余市町

約 17.1%

ため限りがあるが、それらの遺産が解体される前に記録を残しデジタルアーカイブとして

3. 研究の概要

後世のために保存することには意義がある。

本研究チームは 2020 年より余市町におけ

これまでは実測調査による図面の作成や写る建築遺産の調査を進めており、これまでに真及び映像の撮影による 2 次元のデータが中都市史や建築史に関する調査を行いながら残心に収集されてきたが、機器の低価格化や技存する建築遺産を地図にプロットしてきた。

術の発展により今後は 3 次元の記録も容易と

本 研 究 で は 前 年 度 ま で に 作 成し た リ ス ト のなる。本プロジェクトは建築を学ぶ大学生と中から特に重要であり調査の許可が得られた

共に 低価 格の 機 材を 利 用し た建 築遺 産 の 3D

4 つの建物［表 2］を選定し、詳細の調査を行

アーカイブ化を目指しその活用方法についていながらデジタルアーカイブの作成を試みた。

検討する。

これらの建物は町民に詳しく知られていないものも含まれ、アーカイブを作成して可視化

2. 研究対象地することにより人々に建築遺産を広く周知す

人口減少地域の研究対象として人口は18,000 人（令和 2 年国勢調査）の北海道余市

るとともに解体の危機に直面している状況を発信することを目的とする。

町を選定する。平成 22 年から令和 2 年までの10 年間で、人口が 3,258 人、割合では-15.3%

4. デジタルアーカイブの作成手法と大きく減少している。空家率は全国及び北建築遺産の調査を行うにあたり実測、イン

海道平均を上回り、17.1%である。［表 1］

タビュー調査、写真撮影、ドローンや一眼レ

余市町は江戸時代から現在に至るまで各時

フカメラ、アクションカメラを利用した写真

代の建築遺産が残存し、中には重要文化財や測量による 3D モデルの作成、3D カメラの撮史跡として登録されているものもある。その影、360 度カメラによる撮影を行った。特に他に鰊漁で街が栄えた時代に建てられたもの

北海道における調査は雪の時期（10～4 月）が残るが、近年は空家率の増加や建物の老朽を避けて撮影日が選定された。人口密集地の化と共に解体の危機に晒されている。

ためドローンの飛行が難しい場合は撮影棒を― 198 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１［表 2］

詳細調査対象の建造物概要

建造物
名
旧日進
館

建設
年
明治
初期

旧今邸

大正
8年
頃
大正
中頃

旧猪俣
農場事
務所
旧荒木
家石蔵

昭和
初期

選定理由
明 治 期 の会 津 藩 の学 校 として使われ、現 在 も当 時 の部
材を残している。
余 市 町 に現 存 する唯 一 の漁業事業家による邸宅［図 1］旧日進館, 3D モデル

農 業 事 務 所 のうち、唯 一 現
存し、余市の実業家である猪俣家が所有した。
漁 場 で 使 わ れ てい た 石 蔵 が
当 時 のまま残 っているものは
この石蔵のみ。

利用して建物の外観を撮影した。
空家の撮影においては建物周辺の雑草、蜂の巣、野生動物の建物内への侵入、建物の劣［図 2］旧今邸, 3D モデル

化、建物内の物の多さが調査を阻害する要因となった。それらを可能な限り避け調査を行った。
選定した 4 つの建物の 3D モデルを［図 1-4］に示す。3D モデルは建物のテクスチャを記録することができるため、建材の劣化状況や特徴を記録するために有効である。本研究で対象とした建物の中では石蔵のテクスチャが軟石の特徴を把握するために役立った。また旧
今邸は雪の影響で一部屋根が崩壊したため、その損傷状況を正確に記録するために 3D モ

［図 3］旧猪俣農場事務所, 3D モデル

デルが利用された。
5. 3D モデルを用いた図面の作成
建物外観の 3D モデルより立面図と屋根伏図を作成した。複雑な屋根の形状は地上からの実測が難しく、ドローンで撮影した写真を用いて 3D モデルを作成し、図面を作成した。
調査期間が限られていたたため、短時間で 3Dモデルを作成するための写真を撮影し、後日研究室で 3D モデルからトレースしながら図［図 4］旧荒木家石蔵. 3D モデル

面を作成することにより実測や図面作成に要する時間を大幅に短縮することができる。作成した図面の例として［図 5-6］を示す。

― 199 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１［図 5］旧今邸, 3D モデルから作成した立面図［図 9］開放記念碑, 3D モデル［図 6］旧今邸, 3D モデルをトレースして作成した

6. 3D カメラによる平面図の作成

CAD の立面図

3D カメラ（Matterport Pro2 3D camera）を利用して建物内観のウォークスルー画像を作成し［図 7］、そのデータを利用して matterport
社のサービスを介して平面図を自動生成した［図 8］。自動生成された図面は襖の数が合わない等実際の空間と異なる箇所もあったが、大まかな図面を作成することができた。実測した寸法と比較したところ、数センチのずれが見られる箇所もあり、ミリ単位の精度が求められる図面を作成する場合には不向きであることが明らかとなった。

［図 7］ 旧今邸, 3D カメラで建物内部を撮影

7. 3D データのプラットフォームへのアップロード選定した 4 つの建築の 3D モデルを建築空間
オンラインプラットフォームである Comonyにアップロードした。［図 10］またアップロ
ードしたデータを基に、3D アーカイブの活用に関する効果と課題について検証した。建物所有者や関係者に保存活用の現状、空間データの表現や再現度、情報公開の範囲等についてのアンケート調査を行った。結果概要を［表 3］に示す。
［表 3］［図 8］ 旧今邸, 3D カメラで撮影したデータより自動生成された平面図

アンケート結果概要

1. 建造物の保存活用の現状と意向・建造物に関しては経済面や人手不足によって維持管理が難しい状況にあるという意見が多くあった。
・各建造物に関して歴史的価値は概ね高いと― 200 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１
いう意見であった。また各建造物の所有者、関係者全員が建造物は取り壊しせず、受け継
ぐまた維持していきたいという意見であった。
2. 空間データの再現度、表現方法について
・建造物の再現度は高いという評価を多く得た。
・表現に関しては、周辺の植栽やモニュメン
トを含めたものがあると良い、また建造物だ
けでなく地域の歴史文化がデータ内でわかるような表現があると良いとの意見があった。
3. 3D アーカイブの情報発信、公開について
・建造物の価値や現況について情報発信する
意義は全体を通じて概ね高いという意見だった。
・一方で私有の建造物は図面や立地を特定できる情報等は公開できないというプライバシーの問題に関する指摘もあった。

それらを記録保存する方法についても検討が望まれる。
5. 学会, 論文等投稿・発表状況
1.

KentaroNishiyama,

YusukeYamane,Rumi Okazaki, Creating 3D Archives ofHistorical Buildings: Case of Yoichi,
Hokkaido, The 17th South East AsianTechnical University Consortium, Feb.
2023
2.

西山健太郎, 山根祐介, 土田智也, 岡崎瑠美, 北海道余市町における建築調
査 その 1, 歴史的建造物の 3D アーカ
イブ作成, 2023 年度日本建築学会大会（近畿）学術講演会 2023 年 9 月発表
予定

3.

土田智也, 西山健太郎, 山根佑介, 岡崎瑠美, 北海道余市町における旧会津藩・日進館に関する研究, 2023 年度日
本建築学会大会（近畿）学術講演会
2023 年 9 月発表予定［図 10］3D 建築プラットフォーム comony のイン

6. 参考文献, URL
1.

ターフェース。旧荒木家石蔵を訪問した様子。

余市町, 余市町空家等対策計画, 令和
5 年（2023 年）3 月改定

2.

8. 今後の計画

余市町史編さん室, 余市町史 通史編（1～6）, 余市町，2016-2017 年

建 築 遺 産 の取 り壊 しは人 口 減 少 地 域 のみならず、

3.

人 口 が増 加 する都 市 部 でも多 い。都 内 では大 型 再開発プロジェクトのために街区レベルで解体される例

査報告書, 1972 年
4.

も少 なくない。建 築 遺 産 の記 録 はこれまで主に専 門家が専門的な業務を遂行するために作成してきた側

5.

余市郷土史編集委員会, 余市農業発達史．余市町教育研究所, 1968

6.

用 も多 様 化 する。新 たな建 築 のデジタルアーカイブの作成と利用について今 後も研究を継続していきた

余市郷土史編集委員会, 余市自治発達
史, 余市町教育研究所, 1993

面が大 きい。今 後 は様 々な技 術 の台 頭 により多 くの人々が記録を行うことができるようになり、データの利

北海道教育委員会, 建造物緊急保存調

余市郷土史編集委員会, 余市漁業発達史, 余市町教育研究所, 1966

7.

Comony (https://comony.net/spaces)

い考えである。今後は 3D デジタルアーカイブの作成
方 法 や公 開 方 法 、特 にプライバシーや著 作 権 に関する配慮について検討が必要である。
国内で空家率が増加する中、空家対策が進行するが、中には建築遺産として貴重なものも少なくない。

― 201 ―

TOPへ戻るApplication of Laser Biospeckles and Biospeckle Optical Coherence
Tomography (OCT) in conjunction with deep learning algorithms forthe speedy monitoring environmental effects on living things  機械工学科 5DMDJRSDODQ8PDPDKHVZDULHibiki Igarashi*a, Kairi Takemuraa,
Takahiro Konoa, Hirofumi Kadonob, Jun YamadaaabShibaura Institute of Technology, 3-7-5 Toyosu, Koto-ku, Tokyo, Japan
Saitama University, 255 Shimo-okubo, Sakura-ku, Saitama-shi, Saitama 338-8570, Japan
ABSTRACT

While artificial cultivation is gaining prominence due to rapid climate change, lighting costs remain challenging.
Therefore, research is needed to cultivate plants more efficiently. At the same time, it has been found that a mixture of
far-red light (FR) and red light (R) also promotes growth through the action of phytochrome, a photoreceptor in the plant
body. However, these studies require time and damage of the plant to measure the dry mass and area of leaves, andimmediate effects have not been investigated so far. Therefore, in this study, we propose laser biospeckle method toevaluate the relationship between plant growth duration and FR response. Laser biospeckles are formed by light scatteredfrom organelles in plant tissues by laser irradiation. The intensity of these speckles changes with time, and by examining
these changes, the activity inside the plant can be evaluated. Biospeckles of arugula leaves were obtained by irradiating
the leaves with laser light of wavelength 852 nm and simultaneously with LED light of wavelength 735 nm (FR) and 630
nm (R). Biospeckle movies under FR and non-irradiation were recorded by a CMOS camera at 15 frames/sec for 20
seconds. From the movie, the correlation between the first frame and the subsequent frames was calculated. Experimental
results showed that arugula at 1-month after seed planting showed an immediate FR response, while those at 3-month
showed a sustained response. The relationship between biospeckle movement and plant growth behaviour is underinvestigation.
Keywords: Laser biospeckle, plant grow, photoreceptor, far red

1

INTRODUCTION

Environmental stress such as global warming, increased CO2, drought, and acid rain are known to have a significant
impact on plant growth [1-4]. With such climate change on the rise, sustainable agriculture is expected to become difficultin terms of plant resources and food security, which is a major problem[5][6]. In addition, the problem of the food supply
is expected to accelerate further as the land available to grow plants safely is decreasing due to declining water supply,
population growth, and climate change[7-9].
Vertical farms (plant factories), in which plants are grown in high-rise buildings with complete control of the surrounding
environment, including light, temperature, and water, have attracted attention for their ability to significantly increase― 202 ―

TOPへ戻るplant productivity[10-12]. However, the cost of maintaining the environment is enormous, especially the cost related tolighting, which is one of the issues that must be solved in order to popularize vertical farms [13][14].
Currently, research is being conducted on fertilizers, improved lighting, and genetic improvement for efficient plant
growth[15-17]. Among these, research on irradiating plants with far-red light (FR) to improve growth efficiency throughthe action of photoreceptors has recently attracted much attention[18-20]. However, it has been reported that the effect ishigher when FR and red light are mixed than when FR alone is used due to the Emerson reaction [21]. For example, Jin etal. reported that the addition of FR light to red and blue LEDs used in lettuce cultivation increased dry leaf weight andleaf area[22]. Kalaitzoglou et al. reported that when FR treatments were added during tomato cultivation, mixing FR/R at
a rate greater than natural light had a negative effect on growth at a young age [23].
Since these experiments were conducted with both red and blue light, the effects of irradiating FR alone could not be
verified, and since FR was irradiated while the plants were growing, immediate responses could not be observed.
Furthermore, growth evaluation is based on the measurement of plant growth in terms of grass height, leaf size, andweight of cut and dried leaves, but it is difficult to observe plants in a living state, and it takes a very long time until theygrow to a size that can be measured[24].
In contrast, laser biospeckle method is a technology that enables nondestructive and non-contact evaluation of thestructure of a biological objects[25][26]. In the agricultural field, it has been used to evaluate the quality of fruits andvegetables[27-29], but few studies have focused on the plant growth evaluation and environment [30]. In fact, Hirai et al.
demonstrated that the response of plants to different sound frequencies could be rapidly evaluated by laser biospeckle [31],indicating the potential of laser biospeckles in plant monitoring studies.
In this study, we propose the use of laser biospeckle method to evaluate the effects of far-red light on arugula plants andinvestigate the applicability of laser speckles and also the effects of FR on the age of the plants.

2

EXPERIMENTAL

Plant samples
Arugula was used as the sample[31-33]. They were all grown in a custom-made growth chamber with a temperature andhumidity controller (APISTE, PAU-300S) at a temperature of 23 °C, a humidity of 40 % , and a photon density (PFD)
54-105 μmol/m2s (fluorescent light (SMILE, XFX2-20W) and plant light (HUJIKURA, KY-08W-SC)) at an intensity of
12 hours/day [34] . Figure 1 shows a picture of the growing chamber. Fertilizers OAT Agrio Co. Ltd., OAT house No.1
and No.2 were used as the nutrients[31][32]. The mixing ratio was 1.5 g of fertilizer (OAT house No.1) and 1.0 g of fertilizer(OAT house No. 2) dissolved in approximately 20 L of water and further diluted with water to achieve an electricalconductivity of 1.0 ds/m, as measured by a water quality meter (FUSO Co., Ltd., Model-7200).

― 203 ―

TOPへ戻るFigure 1. A custom-made growth chamber (left) with the temperature and humidity controller (right).

Arugula was grown from seed according to the following procedure [31][32]: First, seeds stored in a refrigerator were
soaked in oxindole for 10 minutes to disinfect them, then rinsed and washed twice with water. Then, a cutter was used
to make a cross-shaped cut on the top surface of a hydroponic rockwool (W30 × D30 × H40), and three disinfected
seeds were buried in the cut, spaced enough apart. The rockwool was placed in a plastic cup (100 ml) with a holepunched in the bottom, thoroughly wetted with ultrapure water, and placed in a tray in the growing chamber. In our
experiments, we used plants that were 1-month and 3-month old after planting[35].
Experimental system
Figure 2 shows a schematic diagram of the experimental system. Two types of LEDs one Red (ASTER, BT-9C-R,
wavelength: 630 nm, 186 μmol/m2s) and the other far-red (ASTER, BT-9C-FR, wavelength: 735 nm, 141 μmol/m2s) wereused for plant stimulation [23]. In order to detect speckles, a laser beam (THORAB, USA, CPS850S, wavelength: 852.0nm) illuminated a leaf of the plant in vivo, and the biospeckles originating as a result of the interference of the scattered
light were acquired by a CMOS camera (THORLAB, USA, DCC1545M-GL, pixels: 1024 × 1280) [31][32]. In this case,the distance between the sample and the laser was 150 mm, and the distance between the sample and the CMOS camera
was 150 mm [32]. A sharp-cut filter (FUJIFILM, Japan, IR82, cutoff wavelength: 820 nm or less) was placed between the
CMOS camera and the plant sample to block the red and far red lights illuminating the plant and to collect only the laser
light used. Moreover, the entire experimental system was placed in a dark box to block unwanted lights other than thelaser light.

― 204 ―

TOPへ戻るFigure 2. A schematic of the experimental system with parts indicated as 1.LD (852 nm); 2.Sample; 3.CMOS camera;
4.LED (630 nm); 5. LED (735 nm);6.Sharp-cut filter (820 nm cut-off); 7. Ambient light blocking enclosure.

FR exposure protocol
Figure 3 shows the protocol used in the study. First, before the start of the experiments, arugula plants were placed in asound free, dark environment for 10 minutes to eliminate the effects of ambient noise and light stimuli such as lighting
on the leaves[32]. The plant was then placed in the experimental system with leaf lightly hold by a custom-made holder
apparatus. Biospeckles were captured at a frame rate of 15 fps first, before illuminating FR, for a period of 1 minutefollowed by illuminating FR and Red irradiation for 2 minutes, and finally again for a period of 1 minute under theabsence of FR cum Red lights. Although the video was acquired for a minure, only the initial portion of 0-20 s for the pre
FR+R and post FR+R were used for the analysis [32]. Two different growth stages, namely 1-month and 3-month wereused in measurements with eight plants replicates for each. Each of the plant sample was measured once. Photographs ofthe samples are shown in Figure 4. For comparison, dead leaves that had fallen off the plant were also used in themeasurement.

Figure 3. A schematic of the protocol used in the experiment with the plant being kept in a dark sound free environment for
10 min before the start of the experiment followed by 1 min recording of biospeckles followed by FR illumination of 2 min
and again recording of biospeckles after illumination for a period of 1min.

― 205 ―

TOPへ戻るFigure 4. Plant samples used in the experiment with a dead leaf(left), 1-month old plant (middle) and a 3-month old plant(right).

3

BIOSPECKLE ANALYSIS

Laser biospeckle and evaluation
When a laser beam is irradiated onto a rough surface object, scattered light generated on the surface interferes to form an
irregular pattern of light and dark patches at the observation surface or the camera surface called a speckle pattern.
Similarly, when a laser beam is irradiated onto a plant leaf, a speckle pattern is formed by scattered light from the leaf's
surface and internal organelles. Since the speckle pattern is caused by biological tissue, it is called biospeckle [36]. The
intensity of the biospeckle changes randomly according to the movement of organelles within the biological tissue. By
investigating the dynamic changes of the biospeckles, we can learn about the activities within the biological tissue [30].
Figure 5 shows a typical biospeckle speckle image taken from the leaf of a 3-month old plant.

Figure 5. A typical speckle pattern obtained from a leaf of a 3-month old plant.

― 206 ―

TOPへ戻るCross correlation Analysis
To analyze the biospeckle images, correlation coefficient between biospeckles frames of the recorded movie wascalculated. Specifically, correlation was calculated between the first and the subsequent frames as given by the equation(Eq.1) where r being the correlation coefficient, A being the reference first frame, and B being the second and subsequent
frames. The integers m and n specify the pixel number in the frame, and Amn and Bmn denote the luminance values at thatlocation [31][32]. Correlation analysis calculations were done by Matlab (version 2020). In this study, a quantity, Biospeckle
Activity (BA) given by Eq. (2) defined as the correlation coefficient deducted from unity was evaluated and used as ameasure to investigate the effect of FR radiation and the age of the plant. For a stationary object, because correlation is
one at all times, BA becomes zero. On the other hand, when r is smaller than one and BA becomes larger than 0 and thisindicates sustained correlated activity within the sample. When correlation r becomes zero, BA becomes closer to one.
Such a case indicates the absence of any correlated activity.

(1)

(2)

4

RESULTS AND DISCUSSION

Results of Biospeckle imaging
Figure 6 shows BA for two different aged plants with left obtained 1-month after planting and the right one obtained 3month after planting under the absence and presence of FR. The vertical axis of the graph represents the value of BA andthe horizontal axis represents time. As can be seen, depending on the age of the plant the sustained correlation is largely
different. 3-month old plant shows sustained correlation for both under no FR and FR conditions. On the other hand,the 1-month sample shows steeper increase of BA and much larger fluctuations in comparison to the 3-month old. There
are two possible reasons for this with one being they were small and the other difficulty in holding the lead and they were
not fixed to any holder to avoid damage. Within small observation times, the leaf itself moved resulting in a large signal
variance. In order to minimize the variations, the whole system was kept in an enclosure.

― 207 ―

TOPへ戻るFigure 6. BA as a function of time in sec under no FR and after a 2min exposure to FR for 1-month old (left) and 3-monthold (right) after planting.

In order to minimize the variations, average of BA across 8 samples under each of the conditions was calculated andshown in Figure.7. As can be seen from Fig.7, there is a clear difference between the 3-month old and 1-month old plants.
While for the 1-month old, the variation of BA near zero is steep compared to that for the 3-month old. For the 3-monthold, the variation is more monotonous indicating the presence of sustained correlations. This is true irrespective of thepresence or the absence of FR. Further comparison with the dead leaf revealed that the correlation for dead lead was notflat, i.e., not zero but has a finite BA value. This suggests the presence of some sustained correlation in the activity of theplant despite being cut off from the original plant indicating some life processes still going on.

Figure 7. Average BA as a function of time in sec under no FR and after a 2min exposure to FR for 1-month old and 3month old after planting.

Here different colors indicate different conditions. For reference BA measured with a dead leaf is also shown. Here,note that the dead leaf has some significant correlation and is not zero as expected. Moreover, 1-month old leaf becauseof the difficulty in holding, the calculated BA has large variance and is largely varying under FR indicating possible
heat-related effects from FR illumination by young plants.

― 208 ―

TOPへ戻るFigure 8. A bar plot showing the value of BA under different conditions obtained at 1 sec (left) and at 4 sec (right) for 1month old and 3-month (right) old plants under the presence and absence of FR.

In order to quantify the slope of the variations, difference in BA values at two different time points namely 1 sec and 4
sec were considered, one rapid response and the other just before reaching plateau for different ages and also different
illumination conditions of FR. For BA at 1 sec shown on left of Fig.10, except for FR illumination the BA values arealmost the same. At 4 sec shown on right in Fig.10, the point of reaching plateau, there are differences depending on theage as well as the illumination conditions. For both 1-month and 3-month old plants, the value of BA at 4 sec under theabsence of FR was lower than that of under FR. This indicates that FR has the effect of slowing down the activity ofthe plants. Further, 1-month has smaller BA in comparison to 3-month old plants.

5.

CONCLUSION

In this study, we proposed to our knowledge for the first time the usage of laser biospeckle to investigate the transient/the immediate response of the plants to FR. As plants arugula were used and two different age groups were compared,
namely 1-month after planting and 3-month after planting. From the recorded movies of the biospeckles, crosscorrelation between the initial frame and the rest of the frames was evaluated under the condition of presence andabsence of FR as well as age. The results revealed the following points:(1) Correlation largely differed between the ages, with 1-month having a sharp transient response while the 3-monthold showed a rather monotonous response indicating the presence of correlated activity in the latter. Comparing thecorrelation at an earlier time point and a later time point indicated a clear difference.
(2) Apart from the age the presence of FR largely influences the response of the plants, with them being active in
response to FR immediately after FR irradiation as compared to non-FR.
Currently, we are investigating the long-term behavior plants by laser biospeckles under FR to investigate the effects inreal time and within a short time in a non-destructive and non-contact way as compared to the existing techniques ofmeasuring biomass or measuring physics parameters such as leaf area.

― 209 ―

TOPへ戻る6.

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― 211 ―

TOPへ戻る

多元ヘテロ元素ドープカーボン系触媒材料の合成  材料工学科  石﨑 貴裕  
金属－空気電池の正極材に有望な ORR 触媒

１．序論（はじめに，まえがき，目的）
二酸化炭素排出や化石燃料資源の枯渇などとして，白金が挙げられる。しかし，白金はの問題が議論されて久しく，それらを解決す

高価で埋蔵量が極めて少ないため，代替材料

るエネルギー源として燃料電池や蓄電池が注が求められている。

目を集め続け，その研究開発が活発に続けらグラフェンは非常に大きな表面積と高導電れている。これらの利点としては，環境負荷性を有する 2 次元構造のカーボンで，ORR 活

物質のゼロ排出，高いエネルギー変換効率な性を示すことが報告されている 4) 。特に，ヘ

どがもたらす「グリーン・イノベーション」

テロ原子をドープしたカーボン材料が，代替のみならず，国家エネルギー戦略としても燃材料として期待されている。カーボン材料は，料供給源の多様化によるリスク分散，自動車

安価で存在量も多く，ヘテロ原子のドープにや電機など今後の産業競争力への広範な基盤

より白金に匹敵する ORR 性能が報告されて強化になるなどが挙げられる。現在，これらいる 2) 。特に，構造中に N をドープすることのエネルギー源は自動車用や家庭用電源としで表面の π 電子雲に分極が生じ，ORR 活性がて一般市場に導入され始めたが，本格的な普高まることが報告されており，その試みが多及には，まだ多くの克服すべき点がある。

くなされている 5)-7) 。しかし，従来法ではア

燃料電池や金属空気電池では，空気極におンモニア雰囲気中でグラフェンに熱処理を行ける 酸 素還 元 反応 (ORR) が重 要 であ る 。 こう等，複雑な装置構成や高温処理が必要であの ORR には 4 電子反応と 2 電子反応がある

り，高コストになること等が課題である。最が，4 電子反応が起こらずに 2 電子反応が起近，窒素－リン共ドーピング等の複数のヘテ

きると電池性能のボトルネックとなる。そのロ原子の導入は，豊富な活性部位をもたらす

ため，一般的に空気極の ORR 触媒には ORR

結合種同士の相乗効果により，ORR 活性を更活性の高さから Pt が用いられてきた。しかし，に改善することができることが報告されていPt は その資源の希少性やアクセサリー類等

る 8) 。また，遷移金属のドーピングは，ORRの需要による高コスト化や，メタノールによ

活性部位の形成に有効であり，触媒性能を大る一酸化炭素吸着に起因する被毒により触媒幅に改善できる 9) 。また，P をドープするこ

活性の長期安定性に欠けるという欠点を抱えとで，C と P の電気陰性度や電子半径の違いている 1)-4) 。このため，Pt 代替触媒材料の開に起因して電子密度の状態が変化するため，

発が求められている。

ORR 活性が向上することが報告されている。

しかし，現在，金属－空気電池の実用化はこのため，多元ヘテロ元素ドープカーボンをほとんど進んでいない。実用化させるために合成するための手法の確立が求められている。

は， 高 い酸 素 還元 反 応(ORR)活 性 を示 し ， 安

ソ リ ュ ー シ ョ ン プ ラ ズ マ (SP) は 液 中 で 発価で持続可能な正極材の開発が必要である。

生する低温非平衡のプラズマであり，気相プ

― 212 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１
ラズマよりも分子密度が高いため反応速度が結合状態を XRD，SEM，TEM，ラマン分光，速い。さらに，大気圧プロセスであるため，

XPS 等を用いて評価した。

装置構成が簡易，低コスト等の特長がある。

(2)合 成 し た カ ー ボ ン 材 料 の 酸 素 還 元 反 応 に

最近，SP により結晶性のカーボン材料が合成

対する触媒活性評価

可能であることが報告されている 10) 。このた作製したカーボン材料の触媒性能の評価にめ，SP は新規カーボン合成法として近年注目は，0.1 M KOH 溶液中でサイクリックボルタを集めているプロセスである。この SP プロ

ン メ ト リ ー (CV) お よ び リ ニ ア ス イ ー プ ボ ル

セスを利用し，溶液の種類を自由に組み合わ

タ ン ト メ リ ー (LSV)を 用 い た 。 サ イ ク リ ッ クせることでモノマーから直接的にカーボンを

ボルタンメトリーにより，カーボン材料の触

合成することが可能であるため，カーボン中

媒性と触媒活性を評価した。また，回転電極への窒素ドープを従来プロセスより効率的かを用いた LSV の評価により，酸素還元反応のつ低コストに行うことが期待できる11) 。

反応電子数を算出した。





２．研究計画

３．計画の進行状況

本研究では，『レアメタルフリーで，簡単にTEM で 作 製 し た 試 料 の 形 態 観 察 を 行 っ た

入手可能なカーボン系のヘテロ元素を含有す

結果，全ての試料で球状粒子が合成されている複数種類の有機原料を利用して，巧みな分ること がわ かっ た。 こ れは ，TEM-EDS の結子構造設計と溶液中の低温非平衡プラズマを果より，SP 処理時に電極がスパッタされて形利用した合成技術によりカーボン系触媒材料成したと考えられる。遷移金属球状粒子は，合成技術の確立』をめざした。具体的には、10 nm 程度のカーボン層に包まれて存在して以下の項目について研究を進めた。

いた。また，TEM における EDS 観察を行っ(1)液 中 プ ラ ズ マ に よ る 多 元 ヘ テ ロ 原 子 含 有

た。EDS の結果より，全ての球状粒子は，遷カーボン材料の創製と評価

移金属電極由来であることがわかった。SP 処

窒素およびリンのヘテロ元素を含有する 2

理により，遷移金属電極がスパッタされ，カ

種類の有機材料（モノマー等）を原料に用い，ーボン材料に含有されたと考えられる

溶液中のプラズマ生成条件を精密に制御する

 XPS で作製した試料の元素組成及び結合状

ことで，有機材料を精密にアセンブリングす態 を 調 査 し た 。 Cu_50kHz ， Cu_200kHz ，るための技術開発を行った（条件最適化）。具

Fe_50kHz，Fe_200kHz，W_50kHz，W_200kHz

体的には，窒素源である N-メチル-2-ピロリジの窒素含有率は，それぞれ 2.25，2.52，2.81，

ノン(NMP) 80 mL とリン源である 50%フィチ

2.32，2.80，1.82 at.%であった。リン含有率は，ン酸(Phy)溶液 20 mL を混合し，一晩撹拌して3.83，4.01，4.71，5.94，4.33，3.21 at.%であ得られた溶液に SP 処理を行った。SP 条件は，った。本研究で作製した試料では，窒素より電極間距離を 1 mm，パルス幅を 1 s，周波リンの方が多く含まれることがわかった。一数を 50 もしくは 200 kHz，電極には遷移金属

方，遷移金属含有率は，0.79，0.86，0.81，1.03，である銅，鉄，タングステンを選択し，カー

1.61，0.42 at.%と全ての試料で少量であった。

ボン系材料を作製した。合成したカーボンは

TEM 及び XPS の結果より，遷移金属粒子は吸引濾過で水，エタノール，アセトンによるカーボン材料に内包されているため，触媒活

洗浄後，電気炉において 100℃で 12 時間乾燥性に大きく寄与しないと考えられる。また，させ，乳鉢で粉砕して回収した。合成したヘXPS より算出した N 1s スペクトルの各種結

テロ元素含有カーボンの組成，結晶性，化学合状態の存在割合を表 1 に，P 2p スペクトル― 213 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１
の各種結合状態の存在割合を表 2 に示す。

すると，反応電子数が増加する傾向がみられ

Pyridinic-N を N-1，Amino-N を N-2，Pyrrolic-N

た。この結果から，これらの結合種の存在がを N-3，Graphitic-N を N-4，Oxidized-N を N-5

反応電子数の向上に関連すると推察される。

と示す。Graphitic-N 及び P-C 結合種は，4 電遷移金属のドーピングは，活性部位の追加形

子反応を促進するとの報告がある 5) ， 6) 。表 1

成に有益であり，触媒性能を大幅に改善する

より，銅電極で作製した試料の Graphitic-N 結と報告されている 12) 。しかし，本研究で合成合種の存在比が他の電極で作製した試料よりした試料の TEM 観察結果及び XPS による結大きかった。また，表 2 より，W_50kHz の合 状 態 評 価 よ り ， 遷 移 金 属 金 属 濃 度 と ORR

P-C 結合種の存在比が 47.1 %と他の試料と比開始電位や限界電流密度に相関性が無かった

較して大きいことがわかった。

ことから，触媒性能に影響を及ぼさなかった

表 1 N 1s スペクトルの波形分離より得られたと考えられる。

各結合種の存在割合 [%]
試料名

N-1

N-2

N-3

N-4

N-5

Cu_50kHz

5.81

25.6

35.5

27.9

5.15

Cu_200kHz

4.96

11.4

49.3

30.7

3.62

Fe_50kHz

3.26

18.1

57.7

17.5

3.39

Fe_200kHz

3.59

15.5

56.3

17.6

7.02

W_50kHz

5.53

11.8

56.4

17.7

8.49

W_200kHz

5.01

14.9

64.0

7.68

8.43

表 2 P 2p スペクトルの波形分離より得られた各結合種の存在割合 [%]
試料名

P-C

P-O

Cu_50kHz

37.8

62.2

図 1 結合種濃度と反応電子数の関係

Cu_200kHz

28.1

71.9

NMP と 50% Phy 溶液を原料として，SP 処

Fe_50kHz

23.7

76.3

理 に よ っ て 窒 素 -リ ン 及 び 遷 移 金 属 共 ド ー プ

Fe_200kHz

27.1

72.9

カーボン系材料を合成した。カーボン中のリ

W_50kHz

47.1

52.9

ン含有率は約 3.2 - 6.0 at.%であり，約 1.8 - 2.8

W_200kHz

39.4

60.6

at.%の窒素含有率より多く含まれていた。遷 LSV で作製した試料の ORR に対する評価

移金属含有率は，1.0 at.%前後と小さかった。

を行った。Cu_50kHz，Cu_200kHz，Fe_50kHz，

窒素及びリンの結合種である Graphitic-N 及

Fe_200kHz， W_50kHz， W_200kHz の 反 応 電

び P-C 結合種濃度を増加させることにより，

子数は，それぞれ 2.67，2.57，2.32，2.61，2.79，

ORR の 4 電子反応を促進できることを明らか

2.34 であった。W_50kHz が 4 電子反応を最も

にした。


進行させたことがわかった。反応電子数とXPS で得られた結合種濃度の相関性を調査し４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況

た。4 電子反応を促進すると報告されている

今後は，ORR に対する触媒性能をさらに向Graphitic-N 及び P-C の結合種濃度と反応電子上させるための研究開発を進めていく予定で数の関係をまとめたものを図 1 に示す。図 1ある。具体的には，異種元素および遷移金属

より，Graphitic-N 及び P-C 結合種濃度が増加のドープ量を増加させるために必要な原料の― 214 ―

TOPへ戻る【別添２】様式１
選定，プラズマ条件の最適化を図っていく。

月

また，触媒性能の向上に有効な因子を解明す(3) Solution plasma synthesis of electrocatalytic

るための研究も実施していく予定である。さcarbon-based composite materials for oxygen

らに，その他の異種元素（例えば，B 等）のreduction reaction, Takahiro Ishizaki, Kaito

ドープを実現させ，触媒性能の向上をめざし

Fukushima, Kenichi Tanaka, Soichiro Ando,ていく予定である。

Koudai Sasaki, Sangwoo Chae, Composites 2023,
Bangkok, Thailand, 2023 年 2 月

以下に本研究で得られた研究業績（投稿論参考文献
1) D. U. Lee, H. W. Park, D. Higgins, L. Nazar,

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8) X. Mao et al.: Int. J. Hydrogen Energy, 43,

能マクロポーラスカーボン触媒材料の作製と(2018), 10341-10350.

リチウム空気電池への応用，74, 118-124, 表

9) Y. Li et al.: J. Colloid Interface Sci., 602

面技術 (2023).

(2021) 376-383.

学会発表10) J. Kang, O. L. Li, N. Saito, Carbon, 60, 292(1) カ ーボ ン ナノ チュ ーブ の 酸素 還元 活 性 に(2013).

及ぼすソリューションプラズマ処理の効果,

11) M. Matsushima, M. Noda, T. Yoshida, H.

佐々木滉大，奈良原柾，平峠由佳，田中健一，

Kato, G. Kalita, T. Kizuki, H. Uchida, M. Umeno,

安藤総一郎，石﨑貴裕，表面技術協会第 146

and K. Wakita, J. Appl. Phys, 113, 114304-1

回講演大会，埼玉工業大学，2022 年 9 月(2013).

(2) Solution plasma synthesis of electrocatalytic12) Yanan Li, Zhilong Xu, Xiaohuan Sun, Jie

carbon composite materials for oxygen reduction

Han, Rong Guo: Fe, P, N- and FeP, N-doped

reaction, Takahiro Ishizaki, Kaito Fukushima,carbon hollow nanospheres: A comparison study

Kenichi Tanaka, Koudai Sasaki, Sangwoo Chae,

towardWorldelectrocatalysts, J. Colloid Interface Sci., 602,

conferenceon

ScienceandNanotechnology, Bangkok, Thailand, 2022 年 11

oxygenreduction

reaction

376-383 (2021).

― 215 ―

TOPへ戻る

切折紙をレザバーとする形態計算手法の開発
  電気工学科  重宗 宏毅

共同研究者
早稲田大学先進理工学部応用物理学科  澤田 秀之
１．序論（はじめに，まえがき，目的）

切込の密度を変えることで、剛性を変えられ

 近年、ビッグデータ社会となり、あらゆるる>@。また、切紙構造は面外方向に  次元的

種類のデータの収集が容易になっている。ビな変形を利用して大きく伸びる。この性質は、ッグデータを活用した学習手法であるディー

太陽の方向に常に向かう太陽電池などにも応

プラーニングは、データ予測、音声認識、自用されている>@。これらの特異な力学特性か動運転などの分野で注目されている。しかし、ら、レザバーコンピューティングの中間層と少量のデータでの学習には不向きであり、多して、切紙構造を計算資源として使用できる量のデータを使用し、学習時間の長さに伴うと想定した。

大きな消費電力が課題となっている。レザバ

過去には、レザバーコンピューティングにーコンピューティングは、この問題を解決す

シート材料を適用する研究が行われており、る方法の一つである。

その中には 3UL\DQND による三浦折りを用いレザバーコンピューティングは、リカレンた研究が含まれる>@。彼らは、三浦折りを動

トニューラルネットワーク（511）の一種であ的トラスフレームによるシミュレーションでり、時系列データを学習できる。この手法は、モデル化し、レザバーとして機能することを中間層の重みを固定し、読み出しの重みのみ示した。本稿では、三浦折りの代替として切を調節することで、計算コストが少なくて済紙のレザバーとしての計算性能を調査する。

む特徴がある。また、物理体によって中間層切紙をバネマスによるトラス構造としてモデであるレザバー部を実装する方法が提案され、ル化し、シミュレーションによる検討を行っ

これを物理レザバーコンピューティングと呼た。バネマスモデルが複雑な非線形演算を実ぶ。この手法を用いることで、柔軟な物理系

現できることは、中嶋らによって示されていを計算資源として活用できる。力学系のダイ

る>@。入力関数は入力点に対する加重としてナミクス自体が中間層としての役割を担うた

使用し、バネの長さをレザバーの状態ベクト

め、少ないコストで高精度の学習ができる可ルとして用いることで、コンプライアンスボ

能性がある。たこ足>@、人工筋肉>@、テン

ディを用いた機械学習の枠組みを構築した。

セグリティ構造>@など、様々な力学系がレザ

しかし、実際の力学系では、質点の変位が小バーとして試されている。

さいテンセグリティ構造を除いて、入力を荷

本稿では、「切紙構造」を計算資源として考重として正確に加えることは難しいため、本えることに焦点を当てる。切紙構造の応力

稿では、入力を座標変化とする提案を行った。

ひずみ線図は非線形特性を持ち、その長さや本報告では、切折紙のレザバーとしての学― 216 ―

TOPへ戻る
習性能をシミュレーションと実機の双方から

２０２２年１１月～２０２３年２月

調査する。シミュレーションではバネマスを切折紙構造の力学特性とレザバー計算性能

用いて切紙の動きを再現するために、バネ定の調査実験

数・減衰係数をパラメータとして実機に近い

切折紙構造をレザバーとする力学シミュレ

動きを構築する。また、実機では切紙にボルータの開発

テラ級数を動きとして入力可能な実験系を構２０２３年２月

築する。最終的に、シミュレーションと実機

切折紙構造をレザバーとする折紙デバイスの両者でレザバーコンピューティングを実施の開発

し、切紙の学習性能を評価する。





３．計画の進行状況

２．研究計画

計画は順調に進行している。図１にシミュ

 研究計画としては、切紙を使用したレザバ

レーションで使用する切紙バネマスモデルをーコンピューティングについて提案し、シミ示す。５種類のバネマスモデルを比較し最もュレーションと実験による設計と議論を行う

切紙らしい動きをするモデルが図１であった。

ための要素実験を行う。まず、バネマスモデ

切紙は縦方向の荷重に対して縦方向に大きくルを使用して切紙モデルを構築する。実際の変形し、横方向に縮む。図１のモデルでは斜切紙の動きを再現するため、切紙の引張試験めに接続したバネによって縦方向の動きが再を実施し、座標変化と応力の情報からバネ定現される。図１のモデルのバネ定数と減衰係数を設定する。さらに、このバネ質量モデル数を変数とし、図２に示す実機切紙と動作ををレザバーコンピューティングのレザバー層比較することで切紙モデルを構築した。

として使用して、時系列データの学習を行う。

                        

切紙モデルが学習性能に与える影響を検討するため、モデル構造、減衰係数、入力の大きさ、およびノイズを変更して学習を試みる。
最後に、実機によるレザバーコンピューティ
ング切紙においてレザバーとしての学習性能があることを示す。以下に具体的な研究計画を示す。
２０２２年６～８月
物理レザバーコンピューティングのデバイ


図１．切紙バネマスモデル

ス応用について先行研究調査 
切折紙構造力学特性計測用実験系 構築
２０２２年７～９月
レザバー向け切折紙構造力学特性のデータ
計測
切折紙構造をレザバーとしたニューラルネ
ットワークの構築



２０２２年１０月
図２．動作比較実験系

切折紙構造をレザバーとしたコンピューティングの実装― 217 ―

TOPへ戻る
切紙モデルでは入力を座標変化とした。入力点の各タイムステッ プの座標は次式で表される。
入力 点は 入力によ って 位置 が決 めら れ 、

バネの力や減衰力による影響はない。固定点
図 １ 赤 点 は バ ネ の 力 や 減 衰 力 に よ る 影 響
図４．\ 方向時系列動作比較

の影響を受けず、同じ座標にとどまる．それ以外の一般の質点の位置は、以下の式で表す。

図１のバネマスモデルをレザバーコンピュ





と

 


は質 点 に 繋が る 全て の バネ か ら 受け るーティングに実装した。入力と同時に切紙モ

によって表される。

学習フェーズでは全てのタイムステップを用

デルから全てのバネ長さ の読み出しを行う。
いるため、行をタイムステップ、列を各バネ


ここでは、L 番目のバネにお長さとして行列化する。そして目標出力

いて、力を受ける質点の側へもう片側から向比較し、次の式によって出力重み

かう方向ベクトルを正規化したものである。

る。

図３に \ 方向の動作比較実験結果を示す。

とを求めバネ定数  以上で 06( が小さくなり、動作
テストフェーズでは、各タイムステップの読誤差が小さくなった。変位拡大係数を ～み出し に学習した重み まで変化した場合の結果があるが、変位れることによって出力を計算する。

計拡大係数の値によって誤差の小さい最適な
の精度は目標出力が単調に掛けら

バネ定数が異なることがわかった。使用時の出力条件によってバネ定数を適切に設定する必要で評価する。誤差は 06( 0HDQ6TXDUHGHUURUがある。図４に \ 方向の動作を比較した結果によって決定する。

と比較することを示す。シミュレーションと実機の変位デー
タについて一致性が高く、考案した切紙モデルは適切だったと考えられる。


ここで はテストフェー ズにおける総タイム

ステップ数である。図５に計算結果を示す。

図３．\ 方向動作比較
図５．シミュレーションレザバー計算結果
― 218 ―

TOPへ戻る 図５に示す通り構築した切紙モデルをレザ進める。

バーとして学習に成功した。ターゲットデー[1]

タは、レザバーに記憶性能があることを確認

賢杜、重宗宏毅、カーボンニュートラルに向できる以下式で表されるボルテラ級数とした。

けた紙を計算資源とした機械学習方法の提案、

青栁潤、星野大地、山下翔嗣、山田

ロボティクス・メカトロニクス講演会
（発表予定）
   ，

 

参考文献


  とした。

[1] Kohei Nakajima, Helmut Hauser, Tao Li and 現在は図６に示すように実機切紙をモーシ

Rolf Pfeifer. Information processing via physicalョントラッキングすることで同様なレザバー

soft body. Sci Rep, Vol.5, No.1, 10487, 2015.

計算が可能かを実証している。

[2] Ryo Sakurai, Mitsuhiro Nishida, TaketmoJo, Yasumichi Wakao, Kohei Nakajima. Durable
Pneumatic

Artificial

MuscleswithElectric

Conductivity for Reliable Physical Reservoir
Computing.

Journalof

Robotics

andMechatronics, VoL,34,2, p. 224-230, 2022.
[3] Ken Caluwaerts, Jérémie Despraz, Atıl Işçen,Andrew P. Sabelhaus, Jonathan Bruce, Benjamin
Schrauwen,Vytas SunSpiral. Design and controlofcomplianttensegrity

robotsthroughsimulation and hardware validation. J. R. Soc.
Interface., Vol.11, 20140520, 2014.
[4] Hiroki Taniyama and Eiji Iwase. Design ofRigidity and Breaking Strain for a Kirigami


図６．実機レザバー計算実験系

Structure with Non-Uniform Deformed Regions.
Micromachines, VoL,10,395, p. 224-230, 2019.



４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況 [5] Aaron Lamoureux, Kyusang Lee, Matthew
今後の計画は、切紙構造が十分な学習性能

Shlian, Stephen R. Forrest and Max Shtein.

を有することが確認できたため、レザバーコ

Dynamic kirigami structures for integrated solar

ンピューティングを用いた切紙デバイス開発

tracking. Nature Communications VoL.6,2015を進める。現在開発しているレザバーコンピ[6] Priyanka Bhovad and Suyi Li. Physicalューティングを用いた切紙デバイスの開発を

reservoir

達成し、英文学術論文誌・国際学会等で発表

application to robotic crawling scientific reports,

する。本稿で報告した内容を拡張した論文にArticle number: 13002, 2021.

ついてはロボティクス・メカトロニクス講演[7] Helmut Hauser, Auke J. Ijspeert, Rudolf M.

会 にて発表予定である。デバイス構造

Füchslin, Rolf Pfeifer and Wolfgang Maass.

自体が学習資源となり、計算速度の速さを活Towards

かした瞬時データ解析可能な分散型エッジデmorphological

バイスの開発を目指して引き続き研究開発を

bodies. Biol Cybern, Vol.105, pp.355–370, 2011.

computingawithorigamiandtheoreticalfoundation

computation

with

its

for

compliant― 219 ―

TOPへ戻る

無機系廃棄物を再利用した地盤改良材の開発
土木工学科  稲積 真哉

共同研究者
.DVHWVDUW8QLYHUVLW\ )DFXOW\RI(QJLQHHULQJ  1RQWDQDQDQGK6XSDNLM
.DVHWVDUW8QLYHUVLW\ )DFXOW\RI(QJLQHHULQJ  &KDLSUDNDLNHRZ6XVLW.DVHWVDUW8QLYHUVLW\ )DFXOW\RI(QJLQHHULQJ  -RWLVDQNDVD$SLQLWL


１序論

る。ここで埋戻し材について考えると，水を土地の再利用における原状回復では，構造

吐出して泥水化する方法では，杭引抜き後に物の解体撤去に加えて地中の基礎杭も引抜き孔内に残る泥水と固化材を混合して適度な強による撤去が求められる。基礎杭が残存した度に固化できれば埋戻し材となる。一方で，状態では地中障害物となるため，基礎杭の引セメントミルク等を吐出する方法では，ケー抜きを行い，その後に杭引抜き孔への埋戻し

シング内外におけるソイルセメント化したもを行うまでが杭抜き工事とされる。しかし，のが埋戻し材となる。

この埋戻しが低品質なものであると抜き跡の一般的に埋戻し材として用いられるものは，陥没をはじめ，周辺地盤の沈下や隣接構造物

流動化処理土，砂，セメントベントナイト液の傾斜や倒壊といった問題をもたらす恐れが等があげられ，上記の泥水と固化材を混合しあることから適切に埋め戻す必要があるが，た埋戻し材や，ソイルセメント化したものは最適な埋戻し材料の基準や埋戻し孔の検証方

流動化処理土に分類されるものと考えた。

法に関する標準がまだ確立されていないとい以上のことを踏まえて，最適な埋戻し材となう課題がある。

る流動化処理土を研究する上で地盤改良用添

また，基礎杭が施工される地盤は一般的に軟弱なものと考えられることから，埋戻し材

加材として開発した「シリカ系混和材」の適用性を試みることとした。

に求められる強度としては上記したように周シリカ系混和材は，廃棄物の再利用および

辺地盤に影響しない現地盤以上の強度であり，&2 排出削減に寄与することを目的として開加えてその後の施工において，杭の再打設を発したもので，ガラス粉末を原料としたシリ行う際に阻害しない硬質粘土程度までの強度

カ系地盤改良用添加材である。主な使用方法

であることが望ましいと考えられる。

は，高炉水砕スラグを微粉化した高炉スラグ

杭抜き工事の主な工法では，既存杭にケー
シングをかぶせながら掘削する際に，水を吐微粉末に少量添加し，併せたそれらを混合固化材として用いるものである。

出してケーシング内外を泥水化する方法，まシリカ系混和材を含む混合固化材を流動化

たはセメントミルク等を吐出してケーシング

処理土の固化材として用いることの利点とし

内外をソイルセメント化する方法によって既ては，以下のものがあげられる。

存杭が自由に動くようにして引抜きが行われ①

シリカ系 混和材 は六 価 クロム溶 出の懸念

― 220 ―

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
がない。
②

③

２研究計画

高炉スラ グの一 部を ， カルシウ ム成分を無機系廃棄物を出発原料とするシリカ系混含む材料 に置換 する こ とで速や かな硬化

和材を配合した高炉スラグによる改良体 土

発現にも対応可能となる  。

の流動性，強度特性，遅延効果に着目し，シリスラリー 配合に おけ る 粘性土と の地盤改

カ系混和材を配合した高炉スラグの地盤改良

良におい て，セ メン ト 系固化材 使用時以材としての適用性を確認するため，諸々の室上に高い流動性を得られる  ことから，

内力学試験を行い，同時に粒子法 &$( 解析の充填性向 上や粘 性土 地 盤での均 質な混合適用によるシリカ系混和材を配合した高炉スが見込める。

ラグによる地盤改良に関する設計・施工法の以上の特長を持つ混合固化材を用いて流動確立を目指している。さらに，シリカ系混和化処理土への活用を考えるにあたり，泥水を材を配合した高炉スラグの硬化メカニズムを対象とすることや，杭引抜き後の孔内への充; 線回折，蛍光 ; 線分析および ,&3 定性分析

填を考慮し，増粘剤の添加を図ることとした。

により化学的観点から明らかにするともに，増粘剤を添加する目的としては，固化材はシリカ系混和材を配合した 高炉スラグもしく

スラリー状で用いることを想定し，混練水とは製鋼スラグの環境安全性を各種溶出試験に固化材からなるスラリー，またはスラリーとより明らかにする。

泥水を混合した際に，材料分離から生じるブ

シリカ系混和材を配合した高炉スラグにおリーディングが想定されることや，充填する

けるシリカ系混和材は，フライアッシュ原料

孔内において地下水等で湧水が懸念される条ならびに廃ガラス原料の両者を検討すること

件下での，部分的な希釈を軽減できることがを予定しており，およそ 6L2  含有量が約 あげられる。孔内への湧水が生じる条件下にの白色粉末状であり，密度が JFP  ，粒度おいても，流動化処理土が増粘剤の添加に よが ～µP，比表面積が FP  J 程度でる粘性の付与によって湧水と混ざり合わないある（試作において確認済み）。同時にシリカ性状になれば，埋戻し材の品質が保持できる系混和材を配合した高炉スラグにおける高炉と考えた。

スラグは，二水石膏無添加の高炉スラグ微粉添加する増粘剤は，界面活性剤型液体増粘末であり，およそ密度が JFP  ，比表面積剤ビスコトップ .（ 花王株式会社製，以下，が FP  J，ガラス化率が のものを使

ビスコトップ）を用いた。ビスコトップは，セ用する予定である。ただし，製鋼スラグにつメント系固化材に添加した際に，優れた水中

いても，シリカ系混和材を配合した製鋼スラ

不分離性を持ちながら，セルロース系増粘剤

グとしての可能性を検討する予定である。さとは異なる独自の増粘作用を付与することでらに，シリカ系混和材を配合した高炉スラグ

高い流動性を保持できる  ことから，杭引抜もしくは製鋼スラグによる改良の対象地盤は，き孔に対し，空隙なく埋戻し材を充填できる

含水比調整を行った砂質土（豊浦珪砂）ならことを期待した。

びに粘性土（トチクレー）を予定している。

これらの材料を用いて杭引抜き孔埋戻し材

の適用を図るため，スラリーおよび流 動化処

３計画の進行状況

理土それぞれの配合で各種試験を行い，適用

 配合試験・配合条件

性を検証した。

試験は，固化材（%）と練混ぜ水（:）を混合

して，固化材溶液にしてから泥水と混合する

ことで疑似的な流動化処理土として扱い，そ― 221 ―

TOPへ戻る
れぞれの配合による性状を検証することにある 。な お ， 固 化 材溶 液 は質 量 で 配 合 し ，:% ，のそれぞれを作製する。
使用する固化材は，前述したシリカ系混和材（ρ V JFP  ）および高炉スラグ微粉末（ρ V JFP  ）からなる混合固化材と，比較用に -,6 規格品の普通ポルトランドセメン

D

固化材溶液W/B = 150%の流動化処理土E

固化材溶液W/B = 200%の流動化処理土ト（ρ V JFP 以下，普通セメント）とする。混合固化材は，:% の高い配合の場合，初期強度の立ち上がりが遅い傾向があるが，高炉スラグの一部を普通セメント等のカルシウ
ム成分を含む材料に置換して使用することで，早期の硬化を可能とすることが既往の研究 で判明している。
このことから、混合固化材中の シリカ系混
和 材 （ (6 ） と 高 炉 ス ラ グ （ 6/ ） の 比 率 は ，

図-1 流動化処理土のブリーディング率測定結果

(66/  を基準として，高炉スラグから普通した。試験方法は，土木学会基準「プレパック

セメント（&）への置換率を ，，とドコンクリートの注入モルタルのブリーディ

変化させた，それぞれの配合で性状を比較す

ング率および膨張率試験方法（ポリエチレンる。

袋方法）」（-6&( ) ）に準じて行った。こ

一方で，増粘剤のビスコトップは，固化材
溶液中の混練り水に対して，一律 の添加との試験結果の  時間後の %/ 率を図 に示す。
結果としては，:% の，混合固化材のした。
固化の対象となる泥水は，トチクレー（関普通セメント ，置換した配合では，ビ東化成株式会社製，ρ V ～JFP  ）をスコトップ添加による %/ の抑制効果が見受



水道水と混合し，模擬泥水（ρ=1.30g/cm ）とけられ，中でも 置換の配合は，%/ が微小して調整したものを用いた。模擬泥水は調整な値となっており良好な性状となっている。

後， 時間以上の静置を行った後，試験時にその一方で，:% の混合固化材から普は再度撹拌してから使用した。なお，固化材

通セメントへ 置換した配合や，:% 

溶液と模擬泥水の混合比は体積比で ： の一のそれぞれの配合では，著しい %/ 抑制効果は律で行った。

見受けられなかった。

 ブリーディング率測定試験

 一軸圧縮試験

模擬泥水は，静置後，数時間～十数時間の埋戻し材として，流動化処理土を用いるにうちに細粒土粒子は沈殿し，ブリーディング

あたり，%/ 率に加えて発現強度も，材料とし（以下，%/）率はおよそ体積の  割以上にもての重要な評価項目となる。埋戻し材は，硬なるため，やはり増粘剤の添加は必要と考え

質粘性程度までの強度が望ましいため，一つられる。

の目安として ～N1P  を目標とした。

こういった性状の模擬泥水と固化材溶液をまた，施工時の管理も加えて考慮すると，初混合し，流動化処理土とした時に，それぞれ期強度の立ち上がりが早く，その後，最終強の配合における %/ 率の違いを試験にて測定

度には早期に到達して，そのまま一定の強度

― 222 ―

TOPへ戻るとなることが最も理想的である。これらの 条件を満たす配合を「土の一軸圧縮試験方法」（-,6 $ ）に準じて試験を行い、検証した。
供試体の作製は，φ50mm×H100mm の円筒容器モールドにて必要数作製し，自立が可能となった材齢を初期強度として，σ7，σ14，そして最終強度とした σ28 のそれぞれにおいD

固化材溶液W/B = 150%の流動化処理土がりが遅いこと等，今一度それぞれの配合をE

固化材溶液W/B = 200%の流動化処理土見直す必要がある結果であった。

図-2 各材齢での流動化処理土の一軸圧縮強度て試験を行った。その結果を図 に示す。
試験の結果では，:% が違うそれぞれの配合で，普通セメントが σ28 で，基準とした強度に相当しているが，%/ 率が多い点の課題は残っている。その他の配合をみると，:% では初期強度の立ち上がりは早いが，その後の強度発現が高すぎると言った点があり，:%
 では，何れの配合も初期強度の立ち上（着色領域は目標強度）







４今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況

 学会論文等投稿・発表状況

 今後の計画

[1] Kowsura, S., Chaiprakaikeow, S., Jotisankasa,A., Malaikrisanachalee, S., Nontananandh, S.,
Nusit, K., Sawangsuriya, A. and Inazumi, S.:
Properties and performances of soil cement
modified with concentrated para-rubber,International
Journalof
GEOMATE:
Geotechnique, Construction Materials andEnvironment, Vol. 24, No. 102, pp. 42-49,
2023-2.
[2] Inazumi, S., Shakya, S., Chio, C., Kobayashi,
H. and Nontananandh, S.: Time-series
prediction of long-term sustainability ofgrounds improved by chemical grouting,
Applied Sciences, Vol. 13, Issue 3, 2023-1.
[3] Semmad, S., Jotisankasa, A., Mahannopkul, K.
and Inazumi, S.: A coupled simulation oflateral erosion, unsaturated seepage and bankinstability due to prolonged high flow,
Geomechanics
forEnergyandtheEnvironment, Vol. 32, 100301, 2022-12.
[4] Shakya, S., Inazumi, S. and Nontananandh, S.:
Potential of computer-aided engineering in thedesign of ground improvement technologies,
Applied Sciences, Vol. 12, Issue 19, 9675,
2022-10.
[5] Nontananandh, S., Kuwahara, S. Shishido, K.
and Inazumi, S.: Influence of perforated soils
on installation of new piles, Applied Sciences,Vol. 12, Issue 15, 7712, 2022-7.

今回の，流動化処理土としての実験は，一部の配合での，一部の試験のみにとどまったが，各配合が有する特徴を若干ながら見て取れる結果を得られた。
試験結果においては，:% の配合は %/率や，初期強度の立ち上がりの遅さといった課題から，全体の配合をもう一度見直す必要がある内容となった。一方で，:%  における混合固化材の普通セメント ，置
換配合では，強度発現 がやや高い結果ではあるものの，%/ 率が良好な値であるため，若干の配合調整で基準を満足する配合となりえるものであった。
今回の結果を踏まえ，:% や増粘剤添加率といった配合の見直しを行った上で，これらの試験に加えて，流動性や，水中不分離性といった性状の検証も実施して，流動化処理土の適切な配合を探っていきたいと考えている。
― 223 ―

TOPへ戻る

脳神経細胞を再生して脳機能を回復させる
新規神経分化誘導剤の創製  生命科学科  須原 義智  
１．序論（はじめに，まえがき，目的）

導し、脳神経を修復・再生することを目指し

我が国の脳梗塞を含む脳血管疾患の患者数ている（図１）。脳神経幹細胞は成人にも存在は  万人に達し、その治療・介護にかかるすることが確認されている。そのため、この年間医療費は  兆  億円にものぼることがような化合物を創製できれば、成人の脳神経報告されている。これらの疾患により引き起をも再生させることが可能であり、脳梗塞やこされるマヒや失語症、記憶障害などの脳機

パーキンソン病をはじめとした各種の脳機能能の障害は、脳神経の壊死が原因であり、元の障害に対する治療法に応用できると考えての状態に回復させる有効な治療法は見つかっいる。

ていない。また現在、人工多能性幹細胞（L36

我々は「ビタミン .」がマウス胎仔大脳由細胞）による神経再生の研究が国内外で行わ

来の脳神経幹細胞をニューロンへ分化させる

れているが、遺伝子導入によるがん化などの作用をもつことを見出し、誘導体化により活副 作 用 が 課 題 で 、 病 気 の 治 療 に 使 う に は 

性 の 向 上 を 果 た し た > -0HG&KHP @。

年以上かかるとされている>1DNDJDZD0HW

しかし、(&  値は数〜数十 µ0 であり、一般にDO 1DW%LRWHFK @。

医薬品のシーズになりうるQ0レベルに引き我々は遺伝子導入によらず、化合物による上げるには、活性をさらに  倍以上向上さ

神経再生を目指している。現在までに体内でせる必要がある。また細胞レベルのみならず、神経再生を可能とする化合物は見つかってい個体（動物）レベルにおいても有効な化合物ない。しかし、L36 細胞から心筋細胞や特定を創出する必要がある。

の細胞に分化させることができる「レチノイン酸」などの化合物がわずかであるが発見されており、本研究で見出す化合物によって神経再生は可能であると考えている。



本研究は、最近益々注目されている「再生医療」の観点から、「失われた脳神経の再生」

を目指しつつ、「脳を正常な状態に戻す」ため

の新たな治療法の開発を目標に基礎研究を行うものである。我々は脳神経の素となる脳神

経幹細胞から脳神経細胞（ニューロン）への

分化を、従来の遺伝子導入によらず、安全性

図１．脳神経の再生・修復を促す神経分化誘の高い低分子の神経分化誘導物質によって誘導物質の創製― 224 ―

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図２．我々が見出した神経分化誘導作用をもつビタミン . 誘導 体ᴾ
最近我々はトランスクリプトーム解析や阻味深いことに、6,7 は反対に分化誘導を害剤を用いた実験により、ビタミン . の神経

抑 え る 作 用 を 有 し て い た > %LRRUJ0HG&KHP

分化誘導作用に関係する標的タンパク質は、/HWW @。ビタミン . は血液脳関門を通脳 内 の 代 謝 型 グ ル タ ミ ン 酸 受 容 体  P*OX5 

過して脳内に移行することが明らかにされてであることを突き止めた。代謝型グルタミン

いる。したがって、これらの活性をさらに強酸受容体は脳神経系に広く発現し、記憶や学力にしたビタミン . 誘導体を創製して、脳神習に関連しており、精神疾患の治療薬の標的経を再生させる神経分化誘導物質へと展開す分子としても注目されている。そこで、P*OX5

る。

に強く作用する化合物の創製を目的に研究を また一方で、ビタミン . の標的タンパク質行うことにした。

は代謝型グルタミン酸受容体（P*OX5）であ

現在までに、ニューロンへの分化を誘導す

り、精神疾患治療薬の標的分子としても注目る化合物は、国内外でほとんど見つかっていされていることから、精神疾患治療への貢献ない。我々は、ビタミン . の側鎖末端部に様々の可能性など、本研究のより広い波及効果がな置換基を導入した誘導体を５０種類以上合期待できる。

成し、µ0 の濃度で天然のビタミン . と比

較して、細胞毒性が無く、神経幹細胞を約 

２．研究計画

倍多くニューロンへ分化させる作用をもつ誘研究計画の流れは次の通りである。（）計

導体 6,7 および 6,7 を得ることに成算化学と（）コンビナトリアル合成の方法に功した（図２）>-0HG&KHP @。一方興

よって化合物ライブラリーを構築し、  さら

図３作用タンパク質に強く作用する化合物の設計

― 225 ―

TOPへ戻る

図４．コンビナトリアル合成による多種多様な誘導体の合成
にライブラリーの構築を加速させ、（）活性で構築した化合物ライブラリーの P*OX5 へ

化合物を選別する。具体的には以下の研究計の結合親和性を等温滴定型カロリメトリー

画に従って研究を進める。

（,7&）により評価する方法を検討する。さら（１）計算化学による標的タンパク質に強くに 当 研 究 室 で 開 発 し た 高 効 率 な結合するリガンドの設計：ビタミン . の構造+LJK7KURXJKSXW6FUHHQLQJ法により神経分を基に、標的タンパク質である代謝型グルタ化誘導活性をもつ化合物を選別する。このとミン酸受容体 P*OX5 に強く作用するリガ

き細胞は取扱いが簡単で再現性の高い、市販

ンドを計算化学の手法を用いて設計する。すの株化された脳神経幹細胞を用いる。具体的

なわち、3'%（3URWHLQ'DWD%DQN）に収載さな評価方法として、分化したニューロンの表れている P*OX5 の ; 線結晶構造を基に、この面 に 特 異 的 に 発 現 す る タ ン パ ク 質 （ 0$3

アロステリック部位に結合する化合物の至適

0LFURWXEXOH$VVRFLDWHG3URWHLQ）を蛍光

コンフォメーションやファーマコフォア、結免疫染色することで、化合物がどのくらい分

合ポケットの疎水性、結合エネルギーなどを化を促進したのかを細胞表面の蛍光強度によ検討し、いくつかの候補化合物を設計する（図って測定する。得られた結果から高活性化合３）。

物を抽出し、それらが脳障害や脳神経変性疾（２）コンビナトリアル合成による化合物ラ

患の病態モデルマウスに対してどのくらい有

イブラリーの構築：さらに活性向上の精度を効に作用するのかを調べ、有効性を示す化合上げるため、上記 １ での結果を基にその周物を見出す。

辺化合物を合成する。その合成方法は「コン ５ より高活性を示す化合物を得るためのビナトリアルケミストリー」の手法を応用し考察と検証：上記（４）で得られた結果から、て、ビタミン . の構造を基本に、官能基や立化合物のどの部分が生物活性に重要なのかを、体構造の一部を変えた多種多様の化合物を合「ファーマコフォア解析」により考察する。

成し化合物ライブラリーを構築する（図４）。

次に、化合物の三次元構造と電子配置の関係（３）低分子化合物ライブラリー構築の加を表す「ファーマコフォアモデル」を計算化

速：上記で確立した手法 １ と ２ を用い学の手法により構築する。その情報を基にして、さらに低分子化合物ライブラリーの構築て新たな誘導体を設計し、さらに強い分化誘を加速させる。

導活性を有する化合物を目指す。

（４）,QYLWUR試験による活性化合物の選別とLQYLYR試験への展開：上記 １ 〜 ３

３．計画の進行状況

― 226 ―

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今年度はコンビナトリアル合成による方法

今後の計画

の検討と並行して、新規化合物となる、メナ

今後はシクロアルカンやアルキル基以外に、キノン類の側鎖末端に第二級アミンを介してさらに側鎖末端の脂溶性や電子の偏りなどの主にシクロアルカンを結合させた化合物と上化学的性質を変化させたビタミン . 誘導体を記の 6,7 のベンゼン環に結合したメチル

デザイン・合成し、神経幹細胞のニューロン

基をオクチル基まで伸長した化合物を合成しへの分化誘導活性を検討する予定である。

た。シクロアルカンを導入した化合物の合成

また、我々が予想している代謝型グルタミ

方法は、メナキノン−２を出発原料として、側ン酸受容体 P*OX5 を介した作用発現につ鎖末端を二酸化セレンによりアルコールに変

いて、さらに詳細に調べると共に、P*OX5 に換し、さらに二酸化マンガンによりアルデヒ

強く作用するリガンドを計算化学の手法を用ドに酸化したものを共通中間体とした。このいて設計することを計画している。

アルデヒド中間体にシクロアルキルアミンをそれらの情報や知見を総合して、脳疾患の還元的アミノ化反応によりカップリングさせモデル動物にも効果のある化合物を見出したて、目的とする化合物を得ることができた。

い。

シクロアルカンは、三員環のシクロプロピル

基、四員環のシクロブチル基、五員環のシク

学会発表

ロペンチル基、六員環のシクロヘキシル基、・須原義智「ビタミン . の誘導体合成による及びフェニル基の合計５種類を導入すること

新 規 生 理 活 性 物 質 の 創 製 」 日 本 農 芸 化 学 会に成功した。一方、6,7 の側鎖末端のア

関東支部 イソプレノイド研究会シンポジウ

ルキル基を伸長した誘導体は、 Q ブチル基、ム「脂溶性ビタミン研究の最前線」 年 Q ヘキシル基、 Q オクチル基をグリニャール

月  日反応によって導入し合成することができた。



これら合成した化合物のうちシクロアルカ

論文投稿

ンを持つ誘導体について、マウス胎仔大脳由・68+$5$<HWDO6\QWKHVLVRIQHZYLWDPLQ

来の神経肝細胞を用いてニューロンへの分化.GHULYDWLYHVZLWKDNHWRQHJURXSDWWKH

誘導作用を調べた。その結果、いずれの化合&’SRVLWLRQRIWKHVLGHFKDLQDQGWKHLU

物も天然のビタミン . 同族体である 0. や

FRQYHUVLRQWRPHQDTXLQRQH-0RO6WUXF

0. より約２倍ほど活性が高く、フェニル、

シクロプロパン、シクロブタン、シクロペン
タン、シクロヘキサンの順に活性が増加する
ことが明らかになった（論文作成中）。これは当研究室でこれまで合成してきた誘導体の中で最も活性が高い化合物であった。もう一方のアルキル基を伸長した誘導体の分化誘導活性については現在検討中である。

４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況― 227 ―

TOPへ戻る

歯周病予測のための機械学習による
力学的性質データ解析の検討  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 岸田晶夫
東京医科歯科大学生体材料工学研究所 木村剛
１．序論（はじめに，まえがき，目的）

っており、本年度は昨年度に引き続き、口腔

近年、歯科領域では予防歯科が注目され、

内ソフトマテリアルの特徴パラメータ（力学一定の成果が得られている。歯周病は歯垢に的性質）に関して、機械学習による解析方法

よって引き起こされる炎症性疾患であり、歯の確立を目指した。昨年度はラットの歯周病

周病は 30 代以上の 3 人に 2 人が罹患してい誘発と力学的データの取得を行ったが，未処る。歯周組織の炎症によって歯槽骨の吸収が理の歯周組織と歯周病誘発した歯周組織のデ起こると、歯を支えられなくなり、歯は揺れータそれぞれに大きなばらつきが生じ，歯周るようになる。定期検診では、歯周病を未然

病の判別は困難であった．この原因として，に防ぐため、動揺度検査、プロービング検査、力学試験で用いたサンプルと歯周病誘発評価

X 線検査などで歯肉や歯根膜などの口腔内ソを行ったサンプルが異なっていたこと，正確

フトマテリアルの状態を評価している。 先行に力学試験が行われていない可能性が考えら研究では，動揺度検査では歯科医や歯科衛生

れた．本研究では，昨年度の問題点を改善し士によって診断結果に差が出る可能性がある

つつ，ラットの歯周組織を用いた力学試験にと報告されている．また，動揺度検査におけよる荷重と移動量の連続的なデータを取得し，る各診断指標の動揺時に得られる荷重は異な

連続的な力学データを用いた歯周病の 判別のることが報告されている．本研究では、歯科可能性を明らかにすることを目的とする．

医師や歯科衛生士の技量によらず、定量的に歯科領域において、「口腔ソフトマテリアル

口腔内ソフトマテリアルの状態を評価でき、の特徴（組成・構造・力学的性質）」と「細胞さらに健康から疾病の連続状態（未病）を定との相互作用」と「特性（細胞の被感染性）」

義し、将来的な発病を予測可能なシステムのという三者の相関についての研究はなく、本開発を目指している。本研究課題では、口腔研究の学術的独自性といえる。また、これら

内ソフトマテリアルの特徴パラメータ（組成、を実験的に定量化することは、インフォマテ

構造、力学的性質）と特性（細胞の被感染性）

ィクスを活用した健康 ―疾病の連続状態（未の関係を表す実験データを集積し、機械学習病）の定義と予測モデルの構築につながる基による予測モデルの構築を目指す。 これまで

盤的技術確立に繋がり、創造性の高い研究とに特徴パラメータ（組成）に関して検討を行いえる。本研究の提案手法は、歯科医療のみ― 228 ―

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ならず広範な医療への応用に展開できる可能

顎を使用した。昨年実施した microCT 撮像画性を有する。

像を用いた歯槽骨退行を指標とする歯周病誘近年のインフォマティクスの進展に伴い、発評価は、時間的な制約により力学試験で使医療・歯科医療への活用が期待され、特に、個用するサンプルとは異なるものであったため 、別医療や疾患を予測・予防する先制医療に対力学試験で使用したサンプルが本当に歯周病するインフォマティクスの活用が強く期待さ誘発されていたか確認できなかった 。本年はれている。多くの場合、これまでに得られた歯槽骨の退行および歯根の露出を短時間で評

疫学的データを駆使する方法論が取られ、疾価可能なメチレンブルー染色を行うことで 、患状態を診断する手法である。一方で、発病

歯周病誘発されたことを確認したサンプルでに至らない未病の状態でのケアの重要性が説

力学試験を実施した。

かれ、インフォマティクスの活用が試みられ② 異なる特徴パラメータ（力学的性質）を有

てい るも のの 、健 康 -発 病の 連続 状態 （未 病 ）する口腔内ソフトマテリアルの力学的性の定義・予測は疾患毎に対応する必要がある。

質データ取得

本研究課題では、口腔内ソフトマテリアルの正常モデルおよび歯周病モデルの歯の押し

健康-発病の連続状態（未病）の特徴パラメー

込み試験を行い、歯根膜の力学的性質データ

タ（組成・構造）のデータを集積し、それらのを取得する。動揺度検査の診断方法と同じ向機械学習による画像解析方法の確立を目指し

きである、歯列に対して垂直方向に押し込みている。口腔ソフトマテリアルと細胞の被感試験を行い、移動量と荷重のデータを収集 す

染性の定量化とインフォマティクスの活用は、る。力学試験の様子を動画で撮影し 、異常な

これまでにない融合領域である。本研究で構データが検出された場合は動画で確認した。

築する予測モデルは、 健康―発病の連続状態③ 口腔内ソフトマテリアルの力学的性質デ（未病）を定義できるものであり、予測に基ータの解析

づく介入により口腔健康の寿命を延ばす可能②で取得した力学的性質データ から、未処性を有し、国民の QOL の向上につながる。ま理の荷重よりも歯周病誘発の荷重が小さい こ

た、本研究の提案手法は、歯科医療のみならとを報告した先行研究の結果に合致するデー

ず広範な医療への応用に展開できる可能性をタを選別した。選別された未処理の力学的デ有する。

ータと歯周病誘発の力学的データの判別の可能性の検証を行った。評価方法として、まず



近似式 y = a 2 x 2 +a 1 x+b の係数 a 2 の比較を実施

２．研究計画
口腔内ソフトマテリアルの特徴パラメ ータ

し、次に、荷重量約 0.1 N の時の荷重のデー（力学的性質）の機械学習による解析方法のタの比較を行った。また、Python ライブラリ確立のため、以下の①-③の検討項目を実施しーのニューラルネットワークを用いて 、機械た。研究協力者として修士 1 年生 1 名が本研学習による連続的なデータの比較も行った 。

究の一部に参画し、修士論文のための研究テ

ニューラルネットワークの隠れ層は 3 つのもーマとした。

のを用いた。学習用のデータセットとして 、① 歯周病誘発の検討

荷重と移動量の 2 つのパラメータのものと、Wistar ラット（オス，6 週齢）の右側の下顎

連続的なデータから得られる傾きを荷重と移の第一臼歯を 5-0 縫合糸で結紮し、2 週間後

動量に加えた 3 つのパラメータのものを用いに、歯周病誘発の評価を行った 。健常な状態て行った。

である歯周組織として未処理状態の左側の下― 229 ―

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３．計画の進行状況
① 歯周病誘発の検討
外観より、歯周病誘発サンプルでは未処理と比べ、歯肉の損傷が起こっていることが観

 B

A

察された。メチレンブルー染色によって、歯Fig. 1 メチレンブルー染色得られた画像

周病誘発サンプルでは 、結紮処理を行った臼A：未処理, B：結紮処理

歯の周囲の歯槽骨の吸収と退行によって外部Aに露出した臼歯の歯根膜が青く染まっていることが観察された（Fig. 1）。歯周病を患ったこ

n=5とによって、歯根を支えている歯槽骨の吸収が発生していることが考えられる 。歯周病の誘発が確認されたサンプルを力学試験に用いた。
② 力学試験データの評価

B

得られた力学的データ（Fig. 2）の一部から、

n=5

未処理よりも歯周病誘発の荷重のほうが常に大きくなっているサンプルがあることがわかった(Fig. 3)。これは、歯周病の有無によって得られる荷重に差があるとされている先行研究と矛盾が生じている 。このような結果となったのは、ラットの臼歯が小さすぎたことで，押す向きや歯周組織の内部構造を考慮できな

Fig. 2 力学試験から得た荷重と移動量の関係かったため、正確なデータを検出することがA：未処理, B：歯周病誘発できなかったと考えられる．

A

青：未処理
オレンジ： 歯 周 病 誘 発③ 係数や荷重の比較と機械学習による評価
未処理と処理済みのものから得られた近似
式の係数 a 2 のグラフを Fig. 4 に、荷重量約 0.1
N の時の移動量のグラフを Fig．5 に示す。これらの結果では有意差がなかった 。データの選別を行っても、係数や荷重 0.1 N の時の移動量では判別できなかった。

B

機械学習による判別では、2 つのパラメー

青：未処理
オレンジ： 歯 周 病 誘 発

タの時の精度は約 75 % 、3 つのパラメータの時の精度は，約 85 % の精度が得られた（Table
1, Fig. 6）。以上の結果から、パラメータに傾きを含むことによって歯周病の判別を高精度
Fig. 3 力学試験で得られた一部のデータで行うことができたと考えられる。
以上の結果より、ラットの臼歯では正確な

A：先行研究に合ったデータ,

力学的データを検出することは難しいという

B：先行研究に反したデータ

― 230 ―

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ことがわかった。明らかに力学的データに差があるものについては、傾きを含んだ力学的データの解析によって、未処理と歯周病誘発の臼歯を判別することができることが示唆された。

４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況
4-1. 今後の計画
経時的に測定可能となるような簡易かつ小Fig. 4 近似式の係数型の圧縮試験機の作製を行う。

4-2. 学会発表状況
1.

秋 山 翔 太 ， 中 村 奈 緒 子 ， 歯 周 組 織 にかかる力 学 的 デ ー タ用 いた 新 規 歯 周 病 診 断 法 の開発，ライフサポート学会第 31 回フロンティ
ア講演会，東京，3 月 7-8 日，2022 年（口頭）2.

新 規 歯 周 病 診 断 法 の 開 発 を目 指 した 歯 周
組織の力 学的データ解 析 , ライフサポート学

Fig. 5 荷重約 0.1 N の時の移動量会第 32 回フロンティア講演会 , 東京, 3 月
13-14 日, 2023 年（口頭）Table 1 機械学習に用いたパラメータ
A：移動量と荷重のパラメータ,
B：移動量と荷重と傾きのパラメータ
A


参考文献
1）

Pihlstrom BL.et al, Periodontal diseases. The
Lancet (Britishedition) 2005; 366(9499):

B

1809-1820.
2）

土田有宏，長島節志．動揺歯の荷重量に関する研究．日本歯 周病学会会誌．
1992;34(4):810-819.

Fig. 6 機械学習によって得られた精度
― 231 ―

TOPへ戻るビタミン . による中枢神経再生機構の解明  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  竹内 敦子
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
芝浦工業大学 システム理工学部 生命科学科  須原 義智
我々は近年、脳内に存在するビタミン K が

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、脳神経幹細胞をニューロンへ選択的に分化誘

緑黄色野菜に含まれるビタミン K 1 （PK）や導することを報告した。しかし、ビタミン K

発酵食品に含まれるビタミン K 2（MK-n：n=1

によるニューロン分化誘導機構は明らかでは～14）に分類される。ビタミン K は血液凝固ない。これまでに、トランスクリプトーム解や骨形成作用に重要な役割を担うことが報告

析を用いてニューロン分化に関与する遺伝子されており、血液凝固薬や骨粗鬆症治療薬とを網羅的に探索した結果、重要な遺伝子を見して広く利用されている。我々は、ビタミン出した。また、ビタミン K 同族体の中でもっK の標的組織である肝臓や骨と比較して、ヒとも活性の高い MK-4 が損傷した中枢神経をトやマウスの脳内ビタミン K 量が非常に多く修復できることが分かった。これらの結果は、存在するこ とを見 出し ている 。ま た、PK か脳梗塞などの脳血管障害に対して、食事からら MK-4 への変換を担うビタミン K 変換酵素

摂取できる栄養素ビタミン K が、損傷を受け（UBIAD1） を 脳 神 経 特 異 的 に 欠 損 さ せ た マ

た「脳神経細胞の再生」を促すと考えられ、ウスによって世界で初めて脳内ビタミン K がビタミン K 誘導体を用いることで治療に応用存在しないマウスの作出に成功し、脳の形態できる可能性が示唆されている（図 1）。

異常や認知機能低下などの脳変性疾患様の表
現型を示した。さらに、東京都健康長寿医療

ビタミンKによる脳損傷部位の回復

脳血管障害（脳梗塞など）

センター村山先生との共同研究により、脳変

神経幹細胞
ビタミンK
誘導体

性疾患患者の脳内ビタミン K 濃度が著しく低ビタミンK下していたことが分かった。興味深いことに、ニューロン分化誘導作用（①分子機構の解析）

ビタミン K 製剤を服用したヒト脳検体では、

②予防効果

②治療効果

脳内のビタミン K 濃度が 100 倍以上上昇した。
このようなことから、ビタミン K は脳内において重要な役割を持つことが示唆されるが、ニューロン

脳内におけるビタミン K の役割は明らかではない。

図 1 脳内におけるビタミン K の予想される役割

― 232 ―

TOPへ戻る そこで本研究では、 「ビタミン K は脳内３．計画の進行状況

においてどのような役割を担っているか?」の① ビタミン K によ る L 型 Ca 2+ チャネルを一端を解明するため、本研究課題ではビタミ介したニューロン 分化 機構

ン K とその誘導体を用いて「中枢神経再生を ビタミン K による L 型 Ca 2+ チャネルを介目指した神経幹細胞からニューロンへの分したニューロン分化誘導作用を検討した。は化を誘導する分子機構の解明」 を目指した。

じめに、L 型 Ca 2+ チャネルを特異的に阻害す
る Verapamil の阻害効率を測定するために、

２．研究計画

細胞内への Ca 2+ 流入量を測定した。その結果、① ビタミン K によ る L 型 Ca 2+ チャネルを

MK-4 処 理 し た 細 胞 に お い て 、 細 胞 内 へ の介したニューロン 分化 機構

Ca 2+ 流入量が上昇し、Verapamil を処理するこ 我々は、トランスクリプトーム解析によりとで Ca 2+ 流入量が約 100 % 阻害された。さL 型 Ca 2+ チャネルを同定した。L 型 Ca 2+ チャ

らに、MK-4 が L 型 Ca 2+ チャネル発現量を上

ネルは、Cav1.1～Cav1.4 の 4 つのサブユニッ

昇させるか検討するために、脳に発現する Lトが存在するが、脳内に特異的に発現する型 Ca 2+ チャネル（Cav1.2、Cav1.3）の mRNA

Cav1.2 と Cav1.3 が関与することを事前に見発現量を real-time PCR 法を用いて定量した。

出している。そこで、L 型 Ca

2+ チャネル阻害

その結果、MK-4 を処理した細胞では、Cav1.2

剤：Verapamil を用いて神経幹細胞内の Ca 2+

および Cav1.3 ともに mRNA 発現量が上昇し流入が抑制されていることを確認し、ビタミた。また、MK-4 および Verapamil を処理した

ン K によ るニ ュー ロ ン分化 が抑 制さ れる か細胞では、mRNA 発現量の減少は認められなを検討した。

かった。次に、MK-4 によるニューロン分化誘導活性を評価するために、ニューロン特異②ビタミン K による 代謝型グルタミ ン酸受的に発現する Map2 の抗体を用いて蛍光免疫容体を介したニュ ーロ ン分化機構

染色を行うとともに、Map2 の mRNA 発現量 トランスクリプトーム解析から、代謝型グを定量した。その結果、MK-4 処理によって、ルタミン酸受容体（mGluR）がビタミン K にニューロン分化誘導活性が上昇し、Verapamil

よるニューロン分化に関与することが分かを処理することでニューロン分化誘導活性った。代謝型グルタミン酸受容体は 8 種類

が約 20 % 減少した。また、他にもニューロ（mGluR1～8）存在し、3 つのグループ（G1ン特異的に発現する Gap43 、NeuroD 、Nf200 、～ 3） に 分 類 さ れ る 。 ト ラ ン ス ク リ プ ト ー ム

Ngn1 、Mash1 、Tuj1 の mRNA 発現量を測定し解析では、7 種類の mGluR が優位に変動した

た。その結果、Gap43 、Mash1 、Tuj1 では Map2

ため各グループの阻害剤（G1 阻害剤：PHCCC、と同様の結果が得られた。NeuroD では MK-4

G2 阻害剤：APICA、G3 阻害剤：CPPG）を使処理した細胞において有意な発現量の上昇用し、どの mGluR グループがもっとも神経が認められ た。しか し 、Nf200 では、mRNA分化に寄与するかを評価する。また、該当す

発現量の差は認められず、Ngn1 では、MK-4

るグループに含まれる mGluR に対する阻害

処理によって mRNA 発現量の低下が認めら

剤 を 用 い る こ と で 、 も っ と も 重 要 な mGluRれた。

を明らかにした。

 以上より、ビタミン K が L 型 Ca 2+ チャネ
ルの発現量を上昇させ、細胞内への Ca 2+ 流入量を上昇させることでニューロンへの分化を誘導していることが明らかになった。

― 233 ―

TOPへ戻る
②ビタミン K による 代謝型グルタミ ン酸受ルで明らかにすることが可能になる。これま容体を介したニュ ーロ ン分化機構

でに幹細胞から分化誘導された神経細胞を、

トランスクリプトーム解析を用いてニュー神経疾患モデル動物に移植して神経を再生

ロン分化誘導機構に関与する遺伝子を解析しさせると、症状の改善が認められること が報た。その結果、MK-4 を処理した細胞におい告されている。また、我々はビタミン K が血て大脳 に発現 する 48,441 種の遺伝 子発現 変液脳関門を通過することを明らかにしてい動のうち、MK-4 処理によって 3,780 種の遺伝る。したがって、ビタミン K を基にした神経子発現量が有意に変動した。その中でも分化誘導物質は、経口投与で効果を 示す神経

MAPK シグナルに関与する遺伝子が最も多く再生物質として、再生医療研究へ将来的に応変動しており、特にグルタミン酸受容体用できる可能性がある。本研究が完成した暁（mGluR）の発現量が顕著に上昇していた。

には将来的なビジョンとして、治療は不可能

そこで、Real-time PCR でも同様の結果が得らと考えられていた脳梗塞をはじめとした脳れるか調べるために、real-time PCR を用いて血管障害患者の脳機能回復に応用を考えて

mGluR1 の発現量を測定した。その結果、MK-4いる。

処理によって mGluR1 の mRNA 発現量が 5 倍以上上昇していた。そこで、mGluR Group 1, 2,［論文等投稿］（計  件）

3 阻害剤を用いて MK-4 によるニューロン分

1.  Ikeda Y, Hirayama A, Kofuji S, Hirota Y,化誘導機構に対する mGluR の関与を検討しKamata R, Osaka N, Fujii Y, Sasaki M,

た。その結果、mGluR Group 1 阻害剤を処理

Ikeda S, Smith EP, Bachoo R, Soga T,

した細胞において MK-4 によるニューロン分

Sasaki AT.

化誘導活性の減少が認められた。また、トラ

SI-MOIRAI: A new method to identify andンスクリプトーム解析から mGluR2 の発現量

quantify the metabolic fate of nucleotides.

が 最 も 上 昇 し て い る こ と に 着 目 し 、 mGluR

J. Biochem., 170, 699-711 (2022)

Group1 に属する mGluR1, 5 および mGluR2 特
異的な阻害剤を用いて MK-4 によるニューロ

2. 

Furukawa

N,

Chen

X,

Asano

S,

ン分化誘導活性に対する影響を評価した。そMatsumoto M, Wu Y, Murata K, Takeuchiの結果、mGluR1 阻害剤を処理した細胞におA, Tode C, Homma T, Koharazawa R,

いて MK-4 によるニューロン分化誘導活性のUsami K, Tie JK, Hirota Y, Suhara Y.

減少が認められた。

Synthesis of new vitamin K derivatives

このことから、MK-4 は mGluR を介してニwith a ketone group at the C-1′ position of

ューロンへの分化を誘導することが新たに示

the side chain and their conversion to唆され、その中でも mGluR1 の関与が強く示

menaquinone-4.

唆された。

J. Mol. Struct., 1276, 134614 (2023)


４．今後の計画及び学会論文等投稿・発表状況

3. Hirota Y.
Elucidation of physiological functions of

 本研究より、ビタミン K がヒトやマウスの

vitamin K in the brain and development of

脳神経幹細胞をニューロンへ分化誘導する

new derivatives for neuroregeneration.

作用タンパク質を明らかに出来れば、脳内にYakugaku Zasshi, 143, 199-203 (2023)

おける ビタ ミン K の 新たな 役割 を分 子レ ベ
― 234 ―

TOPへ戻る［学会発表］（計  件：筆頭・責任）

1. Kohei Murata, Satoshi Asano, Shintaro
Tagami, Maya Kamao, Miyuu Nishikawa,
Shinichi Ikushiro,

Yoshitomo Suhara,

Yoshihisa Hirota
EASURING THE AMOUNT OF VITAMIN
K

IN

THE

BODY FROMPRECISEQUANTIFICATION OF VITAMIN K 3 IN
URINE.
17

th

South

East

Asian

Technical

University Consortium (SEATUC 2023),
Suranari, Thailand (2023)
2. Yuxin Wu, Yuri Maitani, Mayu Hayakawa,
Yoshitomo Suhara, Yoshihisa Hirota
MK-4

PROMOTESNEURONAL

DIFFERENTIATIONVIAMETABOTROPICGLUTAMATE

RECEPTORS.
17

th

South

East

Asian

Technical

University Consortium (SEATUC 2023),
Suranari, Thailand (2023)
それ以外に国際学会における発表が 1 件、国内学会における発表が 27 件






― 235 ―

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芝浦工業大学

２０２２年度特別教育・研究報告集


発 行 年 月 日

２０２３年５月３１日

発〒 東京都江東区豊洲 

行

所



7(/   )$;  

発 行 部 署

芝浦工業大学
研究推進室 研究企画課

製

作

所

株式会社 エスアイテック,661


無断複写・転載を禁ず― 236 ―

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