FRONTIERSCIENCES

VOL.31FRONTIERSCIENCES

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環境学研究系 Division of Environmental Studies

奥田洋司 教授
人間環境学専攻陳 昱 准教授

人間環境学専攻

橋本 学 講師

人間環境学専攻

VOL.316田崎智宏

環境学研究系 Division of Environmental Studies［奥田・橋本］http://www.multi.k.u-tokyo.ac.jp/

客員教授

環境システム学専攻
http://envsys.k.u-tokyo.ac.jp/tcos/［陳］http://www.scslab.k.u-tokyo.ac.jp/

HPCで挑む人間環境システムの複雑現象の解明～人口オーナス時代の廃棄物処理へ

H

最P Cとは High Performance

低減・生産時間短縮・コストダウンに貢献す

Computingの短縮形で、とくに実験る加工法「成形法・溶接法」の高度化で新の国連人口統計を詳しく見てみると、世界各国の2015年から2030年や理論で取り扱いにくい非線形、非平衡、 す。文部科学省では、2020年までにスーまでの人口変化率は−0.82%〜5.06%のパーコンピュータ「京」の100倍以上の計幅をとり、全233ヶ国（地 域 含む）のうち不確実性などの複雑な自然と社会現象の解明に対して有力なアプローチです。私た

算性能を有する後継機ポスト「京」を開発

34ヶ国が人口減少に直面します。日本は

ちはHPCを用いて人間と環境に絡む複雑するプロジェクト（フラッグシップ2020プロ

640万人の減少と最大の減少国であり、課題の研究を行っています。2つの研究例ジェクト）が進められています。私たちはフいち早く、人口減少問題への対応を講じを示します。

ラッグシップ2020プロジェクトに参画し、オーなければなりません（先 進 国の人口はプンソース大規模並列有限要素法非線形

2046年がピークであり、他の先進国がこ構造解析プログラム「FrontISTR（フロンの 問 題を深 刻に考えるのはまだ 先 でト・アイスター）」をベースにして、ポスト「京」す）。

次世代スパコンと協調する高度成形・溶接シミュレータの研究開発
コンピュータを利用して製品の応力やひと協調する高度成形・溶接シミュレータを研

廃棄物分野では、これまではごみ量のずみの分布をシミュレーションすることによっ究開発しています。本シミュレータを用いた増大に対応する、あるいは処理がしにくて、設 計・解 析を支 援 することをCAE計算例を図1に示します。V字の開先があ（Computer Aided Engineering）といる炭素鋼の板二枚をアーク溶接する計算います。今日のものづくりにおいてCAEは図2 . 生
 体組織におけるファースト・スロープロセス：動的相図及び進化プロセスの模式図

い廃棄物へ対応する歴史でした。廃棄です。
ポスト「京」で本シミュレータを使用す技術、即ち複雑系のモデリングを利用しなごみを集める収集システムのインフラを整不可欠なものです。
しかし、製造業には熟れば、プレス成形におけるスプリングバックければなりません。私たちが行っている多備することが求められてきました。90年代

練工によるトライアル&エラーにまだまだの影響評価、溶接順序探索、逆ひずみ量

細胞組織の恒常状態（homeostasis）の以降、日本ではリサイクルが推進されてき頼っている、CAE が十分に適用できてい推定などを高速かつ高精度に行うことが可シミュレーション研究では、細胞受容体とましたが、リサイクルのための収集システ口の減少を伴いますので、財政的に厳しない工程があります。私たちが解決しようと能となります。すると、製造現場では、熟練ECM（細胞外マトリックス）を構成要素としムと再資源化施設を整備するという方向くなった自治体は二重苦になります。また、 他方で、市町村の職員で施設に詳しいしている課題は、製造現場での環境負荷者に代わり、本シミュレータから母材に何がて、これらの要素の発展方程式と要素間性であり、資源利用・環境負荷の面で良ごみ量が減少すると、これまでは生じてこ技術者の方が減りつつある現状にさらに起こるのかを知ることができます。高度成濃度の転換関係を確立して多細胞生体い施設を増やすという方向性にシフトした

なかった処理施設間のごみの取り合いの拍車をかけてしまうことも予想されます。

形・溶接シミュレータの実現によって、新材組織の離散ミクロモデルを構築しました。
こに過ぎません。

ようなことが起こりえます。リサイクル施設

ごみ処理の技術システムだけでなく、それ料に対応した成形法・溶接法の高度化にのモデルを用いて、細胞停止、細胞アポ

しかしながら、人口が減少してくると、 と処理施設との間で、処理施設の方が多を支える組織体制にも目を配る必要があ

トーシス及びECM吸着の閾値をコントロー

これまでとは大きく異なる発想が必要と くのごみを処理するようになれば、90年代ります。単に人口減少、ごみ量減少というル・パラメーターとした生体組織の状態におなってきます。まず、ごみ量の減少です。 以降にリサイクルを進展させてきたことがのではなく、問題が複雑に絡み合うのでける動的3次元相図を作成し、先行研究ごみ量が減少すると、施設の稼働率が後戻りしてしまいます。人口減少とともにす。
「人口ボーナス」の反対で、人口構で示されたファーストダイナミックスの相図構低下し、費用効率性が低下します。表1

高齢化も起こり、すでにマスコミで報道さ成の変化が様々な重荷をもたらす現象

造を再現しただけでなく、従来のモデルでは、一般廃棄物焼却施設の稼働率を人れているように、高齢者でごみ出しが困全体を「人口オーナス」と呼びますが、ま体組織は複数の細胞から構成されます。 は不可能であったスローダイナミクスの解析

口規模ごとに整理したものです。全ての難になってくる人々が出てきます。支援のさしく人口オーナス下での廃棄物処理・リ生体組織中の細胞個体の振る舞い、細胞を行いました（図2参照）。
シミュレーション結

人口区分で施設稼働率が減少傾向にあ必要な方々からのごみ収集システムや制サイクルを考えていく時代に入ってきてい間及び細胞と微小環境間の相互作用によ果から、ガン発生と老化は同源的現象であることが分かります。人口減少は生産人度を構築する必要がある一方で、コスト るのです。

り悪性腫瘍の発生や、老化など長い時間ることが示されました。
この結論は、実験との増加を抑えるためにも効率性を高めて環境システム学専攻の循環型社会創つなげます。

生体組織のスロープロセスのシミュレーション
人体を構成する基本要素は細胞で、生図1 . 溶 接シミュレーションの例：溶接6パス目の温度場と変位場の分布12

人口減少時代に適応した廃棄物処理・リサイクルシステム

Fro ntier Sciences

物処理施設を増やすとともに、速やかに
図1. ごみ焼却施設の統合による効果推計

筋ですが（図1はそのような研究の例）、尺度を持つ非平衡プロセスが創発されて統計による癌化と老化についてのこれまでいかなければなりません。複数の市町村成学分野では、人口オーナスに適応するいます。
シミュレーションでこのようなスロープの研究で見出されていた両者間の促進とが協同して処理施設を利用する（広域研究の他、地球温暖化問題への適応のロセススローを捉えるためには、計算機の拮抗の対立関係について、合理的なシミュ化を行う）というように、処理の規模を大き研究や資源利用に伴う環境負荷を低減すパワーだけでなく、HPCに関わるもう一つのレーション解析結果を提示したものです。

くして効率性を確保することは一つの道る研究に重点的に取り組む計画でいます。

表1. ごみ焼却施設の平均稼働率の低下

Fro n t i e r S c i e n ce s13