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カントの超越論的哲学とメルロ=ポンティの現象学の比較研究

最終平成29年度に実施した研究は、カントの基礎づけ主義とメルロ=ポンティの歴史主義的相対主義との比較を、美学・芸術学の視点から遂行した。その際に、カントの『判断力批判』での趣味判断におけるアプリオリ主義のうちに「共通感覚」という相互主観的美的理念を見届けることによって、メルロ=ポンティの芸術論との関連性を追求した。研究期間全体を通じて実施した研究は次のように総括できる。カントの超越論的哲学は、決して、人間存在を、人間を超えた立場から一方的に基礎づけるものではない。カントにおいて人間とは、理性的であると同時に感性的な存在であり、自然や文化・社会・歴史に巻き込まれていながら、同時にそのことを基礎づけることのできる存在である。しかしながらカントのこのような人間把握がはたして妥当なものなのかどうかという問題が、メルロ=ポンティの哲学を根本から動機づけている。カントの基礎づけ主義は、人間の感性的在り方を人間自身が基礎づけたり意味づけたりできるのだという前提に立っているが、メルロ=ポンティはこのようなカントの人間観・理性観に対して、身体性や歴史性や偶然性などが人間存在に対してもっている潜在的で無自覚的な働きを現象学的に記述しようとするのである。カントの超越論的哲学とメルロ=ポンティの現象学の比較研究は、メルロ=ポンティの哲学のうちに隠されているこのような考え方を引き出したことに本研究の成果がある。それとともに、本研究は、カントとメルロ=ポンティの対立・調停・克服を、存在論や認識論の観点からのみではなく、実践哲学や美学・芸術論も含めた総合的観点から試みるという、これまでの西洋哲学研究においては試みられることのなかったものである。この意味において本研究は、その多面性と独創性において、研究の独自性と特異性をもったものであり、西洋哲学の今後の研究に対して一石を投じるものと期待できる。本研究の目的は、カントの超越論的哲学とメルロ=ポンティの現象学を比較することによって、近現代哲学の全般的な動向を見定めることである。このことはまた、カントの基礎づけ主義の哲学とメルロ=ポンティの相対主義的・歴史主義的哲学を比較することでもある。これら二つの傾向は、近現代哲学全般のうちに見届けられるものであり、本研究の最終目的は、相反するこれら二つを架橋することである。本研究は、この課題を、単に理論的観点のみならず、実践的・倫理的観点や美学・芸術学的観点からも遂行しており、この意味において本研究は、今後の西洋哲学の研究に対して一石を投じるものである。本年度は、研究の原理論と方法論の確立を目的としたが、今後は、この原理論と方法論を踏まえながら、具体的に、理論哲学、実践哲学、美学芸術論の各領域において、カントの超越論的哲学とメルロ=ポンティの現象学とを比較検討しながら、基礎づけ主義と歴史的相対主義の対立の克服を、これら諸領域に即しながら記述するつもりである。理論哲学においては、何よりも、カントの理論哲学の核心である超越論的統覚と、メルロ=ポンティの自我論との比較検討が肝腎である。前者とは異なり、後者の根本的特徴は、自我を「世界内存在」として認めることであり、そしてこのことによって、他者論や、現在を超えた過去論が重要な意義をもつに至る。また、実践哲学の領域では、カントとメルロ=ポンティの対立の架橋として、ハンナ・アーレントの政治哲学を手がかりにしたいと思っている。
リチウムエノラートの触媒的な不斉アルキル化と不斉プロトン化

カルボニル化合物の脱プロトン化によって得られるエノラートは有機合成化学反応における重要な反応中間体であり、これと様々な求電剤との反応によって、様々な構造の置換カルボニル化合物へと変換される。本研究は多座配位子型キラルアミン、とくに四座配位子型キラルアミンの設計と合成を行い、これらを用いたプロキラルなリチウムエノラートのエナンチオ選択的不斉アルキル化、不斉プロトン化の効率化と、これらの不斉反応を不斉触媒化する方策を検討した。(1)触媒的不斉アルキル化反応:シクロヘキサノンや1-テトラロンから得た対応するリチウムエノラートの不斉アルキル化反応を検討中に、この反応の化学収率は用いる配位子の価数によって大きく変化し、二座配位子の共存下では化学収率が低く、四座配位子の共存で化学収率は大きく向上することを見出した。この結果を活用し、2当量の二座配位子型アキラルアミンの存在下に、触媒量(5モル%)の四座配位子型キラルアミンを用いることによって、本不斉アルキル化反応を不斉触媒化できることを明らかにした。(2)触媒的不斉プロトン化反応:プロトンも求電子剤であるが、プロトン化反応は速い反応である。四座配位子型キラルアミンを化学量論量用いた不斉プロトン化反応を不斉触媒化するために、プロトン源を極めて僅かづつ添加する方法を検討し、これでも四座配位子型キラルアミンについて触媒回転がみられることを示したが、上記の触媒的不斉アルキル化反応の反応条件を用いることによっても、極めて効率良く不斉触媒化できることを明らかにした。四座配位子型キラルアミンを用いたプロキラルなリチウムエノラートの触媒的不斉アルキル化反応および不斉プロトン化反応について、以下の検討を行った。(1)リチウムエノラートのアルキル化反応の速度:リチウムエノラートのアルキル化反応をジメトキシエタン中で行うとき、反応の速度は、二座配位子型アミンの共存下では殆ど加速されないが、三、四、五座配位子型アミンの共存下では加速され、とくに四座配位子型アミンが最も顕著な効果を示すことを見出した。この結果、本不斉アルキル化反応を四座配位子型キラルアミンについて触媒化するとき、二座配位子型アキラルアミンの共存が必要である理由は、反応系中においてリチウムに対するこれら二種の配位子の速い交換反応のためであることが明らかになった。また、二座配位子型キラルアミンは、三座配位子型鎖状ポリエーテルで効率よく置き換えられることを明らかにした。(2)触媒的不斉アルキル化反応の反応機構の検討:触媒的不斉アルキル化反応を光学純度の異なるキラルアミンを用いて行うとき、キラルアミンの光学純度と生成物の光学純度の間に直線関係が認められた。したがって、本不斉触媒反応の中間に生成する錯体は、リチウムエノラート・キラルアミン・臭化リチウムの1:1:1錯体であると結論される。(3)触媒的不斉プロトン化反応:本反応も、不斉アルキル化反応と同様の手法で用いる四座配位子型キラルアミンについて触媒化できることを明らかにした。また、塩化リチウムの存在下での触媒的不斉脱プロトン化反応も、二座配位子型キラルアミンと三座配位子型アキラルリチウムアミドの組み合わせによって行えることを明らかにした。四座配位子型キラルアミンの設計と合成を行い、これらを用いたプロキラルなリチウムエノラートのエナンチオ選択的不斉アルキル化反応、不斉アシル化反応、触媒的不斉プロトン化反応についてさらに検討を行った。(1)不斉アルキル化反応による含フッ素不斉四級炭素の不斉

合成:2-フルオロ-1-テトラロンをリチウムエノラートに変換し、四座配位子型キラルアミンと臭化リチウムの存在下にトルエン中やベンジル化反応を行い、最高65% eeで対応する含フッ素不斉四級炭素を持つ化合物を不斉合成できることを見い出した。また、生成した化合物の絶対配置は、フッ素を含まない従来の不斉アルキル化反応による三級および四級不斉炭素の不斉合成の場合と同じであることを明らかにした(2)不斉アシル化反応による不斉四級炭素の不斉合成:2-アルキル-1-テトラロンをリチウムエノラートに変換し、四座配位子型キラルアミンと臭化リチウムの存在下にトルエン中でシアノ炭酸ベンジルと反応させ、最高68% eeで対応する不四級炭素を持つ化合物を不斉合成できることを見い出した。また、生成した化合物の絶対配置は、対応する不斉アルキル化反応の場合と同じであることを明らかにした。(3)臭化リチウムの存在下での触媒的不斉プロトン化反応:先に報告した不斉プロトン化反応は、臭化リチウムの存在下に行うと不斉収率が高くなることが見い出されているので、その条件で用いる四座配位子型キラルアミンについて触媒化することを検討した。その結果、最高82% eeで触媒的不斉プロトン化反応が実現できることを明らかにした。多座配位子型キラルアミン、とくに四座配位子型キラルアミンの設計と合成を行い、これらを用いたプロキラルなリチウムエノラートのエナンチオ選択的不斉アルキル化、不斉プロトン化の効率化と、これらの反応を不斉触媒化する方策を検討した。(1)触媒的不斉アルキル化:シクロヘキサノンや1-テトラロンから得た対応するリチウムエノラートの不斉アルキル化反応を検討中に、この反応の化学収率は用いる配位子の価数によって大きく変化し、単座、二座配位子の共存下では化学収率が抵く、三座配位子の共存下で少し向上し、四座配位子の共存で大きく向上することが判明した。この結果を活用し、2当量の二座配位子型アキラルアミンの存在下に触媒量(5mol%)の四座配位子型キラルアミンを用いることによって、本アルキル化反応を不斉触媒化できることを明らかにした。(2)触媒的不斉プロトン化:プロトンも求電子剤であるが、プロトン化反応は速い反応である。四座配位子型キラルアミンを化学量論量用いた不斉プロトン化反応を触媒化するためにプロトン源を極めて僅かづつ添加する方法を考案し、これでも触媒回転が見られることを示したが、2当量の二座配位子型アキラルアミンの存在下に触媒量の四座配位子型キラルアミンを用いることによって、アルキル化の場合と同様に、触媒化を実現することができた。しかし、本触媒的不斉プロトン化の反応機構については不明の点もあり、今後の更なる検討が必要である。
窒化物半導体を用いた深紫外LED・深紫外LDの開発

サファイアオフ角a軸傾斜基板を用いて高品質AlNの作製、AlGaN量子井戸領域へのSiモジュレーションドーピングにより内部量子効率改善、多重障壁バリア層導入による電子注入効率の向上、各膜厚や膜質の最適化等を行った。その結果、安易に良質なAlN表面平坦な膜を形成できることを明らかにし、波長270nmにおいて最高光出力33mW、最高外部量子効率約4%と世界最高レベルの深紫外LEDを実現した。波長250-350nm帯の深紫外高輝度LEDは、医療、殺菌・浄水、生化学産業、高演色LED照明、高密度光記録、ダイオキシンやPCB、NOxガスなど公害物質の高速分解処理、バイオ工学、各種情報センシング等の大変幅広い分野での応用が期待されている。Si基板は、サファイア基板より安価であるため、低価格の紫外線光源を実現できる可能性があるが、波長350nmより短いSi基板上の深紫外LEDの報告例はない。InAlGaN4元混晶は、Inを含む混晶の物性的特長から、転位密度の増加に伴う発光効率の低下が緩やかな為、高効率紫外LEDの実現に有利であると考えられる。本年度は、低コストの深紫外線光源実現の為、減圧有機金属気相成長法(LP-MOCVD)を用いて、Si(111)基板上に280nm帯InAlGaN量子井戸深紫外LEDの作製を行った。試料構造は、Si(111)基板上にアンモニアパルス供給多段AlN成長法を用いて、クラックフリーなAlNバッファー層上にn型AlGaN層、InAlGaN/InAlGaN : Si2重量子井戸層、p型InAlGaN電子ブロック層、p型InAlGaN層、p型InGaNコンタクト層を成長させたものを用いた。試料を室温連続動作において、EL発光スペクトルの測定を行った。その結果、室温連続動作において284nmのシングルピークを観測した。今回、Si基板上の280nm帯InAlGaN深紫外LEDの実現に成功し、殺菌用途波長において、Si基板を用いた安価な深紫外LEDが実現可能であることを初めて示した。しかし、青色LEDに比べて、紫外LEDは外部量子効率が極端に低いのが現状である。本年度は、高効率深紫外線光源実現の為、サファイア基板のオフ角の傾斜方向に注目し、AlNとAlGaN系深紫外LEDの作製を行った。試料作製は、減圧有機金属気相成長法(LP-MOCVD)を用いて行った。サファイア基板は、a軸に平行なオフ角0.15°とm軸に平行なオフ角0.15°のc面サファイア基板を用いた。まず、a軸およびm軸傾斜サファイア基板上のAlN層表面状態を光学顕微鏡とAFMを用いて観察した。結果、m軸傾斜上のものはステップバンチングが観測され、a軸傾斜上のものは平坦な表面が観測できた。次に、AlGaN系LED構造を成長した。試料は、a軸傾斜サファイア基板上にアンモニアパルス供給多段AlN成長法を用いてAlN層を作製し、その上にn型AlGaN層、AlGaN/AlGaN:Si3重量子井戸層、p型AlGaN多重量子障壁層(MQB)、p型AlGaN層、p型GaNコンタクト層と成長したものを用いた。そして、電極を形成し、試料を室温連続動作において光出力・外部量子効率・EL発光スペクトルを測定した。その結果、波長272nmで光出力6.6mWで外部量子効率3.8%を観測し、高効率化を実現した。これらの結果より、a軸に平行なオフ角をもつc面サファイア基板上の成長は、容易に平坦な膜が形成でき、高効率深紫外LED実現に有用であることを明らかにした。
分子像観察と光子計数の同時測定による電子励起状態の生成消滅過程

インジウム錫酸化物基板上にさまざまの分子を吸着させ、トンネル電子励起による発光測定を試みた。その結果、トンネル電流に比例して増大する極微弱発光が観測されたが、この発光スペクトルは吸着分子の種類に依存せず、基板材料内部の欠陥に由来するものと考えられた。発光の量子収率は100億分の1のオーダーであった。基板側の極性が負のときには、発光強度は吸着分子の種類によって変化し、最低空分子軌道が低い分子ほど、低電圧で強い発光が観測されることが明らかとなった。また、トンネル電流の電圧依存性も、発光強度と同様に吸着分子に依存した。基板側極性が正のときには、このような発光強度の電圧依存性は観測されなかった。これらの結果に基づいて、インジウム錫酸化物基板の価電子帯から吸着分子の最低空分子軌道を通してトンネルプローブに電子が流れるというモデルを提案した。このようにして生じた価電子帯の正孔と電子が再結合することによって発光が観測されたものと推定した。また、グラファイト基板上に長鎖アルキル基を有するさまざまの分子を溶液から吸着させて、固液界面に生成する自己凝集単分子膜の構造を観測した。光誘起電荷移動を起こすことで知られるピレン基とジメチルアニリノ基を同一分子内に含む分子では、二つのピレン環がジメチルアニリノ基を挟んだ特異的構造を有する凝集体の生成が観測された。電子基底状態においても部分的電荷移動相互作用が寄与している可能性が示された。さらに、三重結合を含む分子においては連鎖的重合が溶液内でも起こることを確認した。このとき、さまざまの分子を溶液内に共存させることで、重合反応の長さが変化することが見出した。特にヨウ素は長さの制御に最適であり、数ナノメートルから数10ナノメートルの直鎖上構造体を固液界面につくることに成功した。原子オーダーの空間分離能を有すると同時に微弱発光の観測が可能な測定システムの組み上げを行った。このため、アクティブ制御可能な除震台の上に倒立型光学顕微鏡を設置し、さらに走査型トンネル顕微鏡観察の可能なスキャンヘッドを組み合わせた。これによって、従来不可能であった光学像観察と原子像観察が、同一の装置上で行えることを確認した。さらに超高感度の光検出器を組み合わせることによって、微弱発光のスペクトル測定が可能となった。以上の組み上げた装置を用いて、グラファイト、スズ添加酸化インジウムなどの表面にフェニルオクタンなどの有機溶媒を置き、固液界面にトンネル電流プローブを通して電圧パルスを印加した際に発生する微弱光の観測を行った。その結果、パルスの発生がランダムに起こる現象であること、有機溶媒中の含まれるイオン種が発光の引き金になっていること、発光スペクトルは白色であり、特定の分子種からの発光ではないことなどが明らかとなった。以上の結果より、有機溶媒中のイオンが電場中で加速され表面などの原子に衝突することで電子放出が起こり、これが引き金となって電子雪崩現象が起こり、結果として制動輻射によって発光が観測されるというメカニズムを推測した。また、さまざまのピレン誘導体を溶液からグラファイト表面に吸着させ、固液界面における自己凝集単分子膜の構造をサブ分子レベルの分解能で解析した。トンネル電流の電圧依存性を詳細に調べた結果、ピレン凝集状態に依存するコンダクタンスの差異を見出した。これによって発光観測のできないシステムにおいても、電子状態間の遷移に相当するスペクトル測定の道が拓けたものと考えられる。従来型の走査型トンネル顕微鏡を用いて、フェニルオクチル溶液-グラファイト界面に吸着した自己凝集単分子膜の分子像観察をさらに推し進め、幾つかの興味深い例を見出した。

ジアセチレンを含む分子にパルス電圧を印加すると局所的な重合反応が誘起され、線状にトンネル電流の流れやすい構造体が生成した。この反応のしきい値電圧は2V程度であること、電圧を印加しない部分でも重合が起こること、イオンの添加によって重合の起こる確率が増加することなどから、電子雪崩現象が起こって重合反応が誘起されるものと考えた。電子雪崩現象が起こる場合には、プラズマに類似した白色発光が観測されることがあるので、重合に伴う微弱光測定を行っているがまだ成功していない。ピレンとジメチルアニリンを長鎖アルキル基で繋いだ分子については、電子供与体であるジメチルアニリノ基が電子受容体である二つのピレン基に挟まれ、グラファイト表面に垂直に立った構造をとっていることが明らかとなった。この自己凝集構造体の表面において、数10秒の寿命を有するトンネル電流の流れやすい部分が出現することが見出された。温度が高いほど寿命が短くなることから、特異な吸着状態あるいは多層吸着が原因と考えられる。さらに走査型トンネル顕微鏡にレーザー光を導入し、光励起下で透明導伝性基板に吸着した分子の蛍光を観測できる測定装置の組上げを行った。検出に高感度CCDカメラを用いて蛍光像観察およびスペクトル測定が可能であることを確認した。同時に走査型トンネル顕微鏡が正しく動作して表面観察が可能であることも調べた。現在までのところ、光照射によってトンネル電流像の変化は確認されていないが、今後さまざまの分子系について条件を変えて検討を行う見通しがついた。インジウム錫酸化物基板上にさまざまの分子を吸着させ、トンネル電子励起による発光測定を試みた。その結果、トンネル電流に比例して増大する極微弱発光が観測されたが、この発光スペクトルは吸着分子の種類に依存せず、基板材料内部の欠陥に由来するものと考えられた。発光の量子収率は100億分の1のオーダーであった。基板側の極性が負のときには、発光強度は吸着分子の種類によって変化し、最低空分子軌道が低い分子ほど、低電圧で強い発光が観測されることが明らかとなった。また、トンネル電流の電圧依存性も、発光強度と同様に吸着分子に依存した。基板側極性が正のときには、このような発光強度の電圧依存性は観測されなかった。これらの結果に基づいて、インジウム錫酸化物基板の価電子帯から吸着分子の最低空分子軌道を通してトンネルプローブに電子が流れるというモデルを提案した。このようにして生じた価電子帯の正孔と電子が再結合することによって発光が観測されたものと推定した。また、グラファイト基板上に長鎖アルキル基を有するさまざまの分子を溶液から吸着させて、固液界面に生成する自己凝集単分子膜の構造を観測した。光誘起電荷移動を起こすことで知らるピレン基とジメチルアニリノ基を同一分子内に含む分子では、二つのピレン環がジメチルアニリノ基を挟んだ特異的構造を有する凝集体の生成が観測された。電子基底状態においても部分的電荷移動相互作用が寄与している可能性が示された。さらに、三重結合を含む分子においては連鎖的重合が溶液内でも起こることを確認した。このとき、さまざまの分子を溶液内に共存させることで、重合反応の長さが変化することが見出した。
軸流圧縮機動・静翼列の過渡流れに関する実験と数値シミュレーション研究(旋回失速付近および突入・回復過程における流れ構造と制御)

航空エンジン等ガスタービンの高性能化に対し,主要構成要素である圧縮機の安定運転範囲を拡大して旋回失速突入を抑制し,あるいは速やかな失速離脱の技術を開発することは,主要な課題の一つである.本研究の目的は,軸流圧縮機による実験と2次元圧縮性ナビエ・ストークス方程式の数値解析の両面から,旋回失速と不安定現象のメカニズムを把握し,有効な制御の基礎を見いだすことである.従来多くの研究がなされているが,遷音速域にまで及ぶ現象把握は十分ではない.数値解析では,動翼列と静翼列の相対運動が誘起する非定常流れ場の諸相を明かにした.十分に多い翼枚数を扱い,正常から失速に至る流量範囲と,遷音速に及ぶ速度範囲で,圧縮機全特性をシミュレートしたもので,独創的な数値実験といえる.動翼マッハ数が0.3程度の低速では実験により,遷音速では企業設置機械の特性と比較し,このシミュレーションの信頼性と有る程度の実用性を確認した.旋回失速の構造について,流入流れが翼列の一部に発生する高圧澱み域に衝突して形成する双子渦構造を提示した.この翼列内伝播速度と誘起される逆流速度は,開発した熱薄膜プローブによる実測結果とも良く一致する.遷音速域では,衝撃波の存在によりかなり異なった形態をとる.2次元での結果であるが,この渦系に焦点を絞って力学モデルを確立し,小規模な数値解析により3次元構造を評価し得る見通しを得た.失速に至る不安定構造として,ある翼の後縁で正圧面流れが負圧面に回り込むような高負荷状態で,翼端渦がこれを促進し,圧縮機入口の非一様流れが同期することを予見した.失速遅延法については,現在,安定流量範囲が15%程度改善される結果を得ている.以上,種々の知見と共に、新たな具体的課題と方法を得ることができた.平成7年度日本ガスタービン学会賞の受賞を付記しておく.航空エンジン等ガスタービンの高性能化に対し,主要構成要素である圧縮機の安定運転範囲を拡大して旋回失速突入を抑制し,あるいは速やかな失速離脱の技術を開発することは,主要な課題の一つである.本研究の目的は,軸流圧縮機による実験と2次元圧縮性ナビエ・ストークス方程式の数値解析の両面から,旋回失速と不安定現象のメカニズムを把握し,有効な制御の基礎を見いだすことである.従来多くの研究がなされているが,遷音速域にまで及ぶ現象把握は十分ではない.数値解析では,動翼列と静翼列の相対運動が誘起する非定常流れ場の諸相を明かにした.十分に多い翼枚数を扱い,正常から失速に至る流量範囲と,遷音速に及ぶ速度範囲で,圧縮機全特性をシミュレートしたもので,独創的な数値実験といえる.動翼マッハ数が0.3程度の低速では実験により,遷音速では企業設置機械の特性と比較し,このシミュレーションの信頼性と有る程度の実用性を確認した.旋回失速の構造について,流入流れが翼列の一部に発生する高圧澱み域に衝突して形成する双子渦構造を提示した.この翼列内伝播速度と誘起される逆流速度は,開発した熱薄膜プローブによる実測結果とも良く一致する.遷音速域では,衝撃波の存在によりかなり異なった形態をとる.2次元での結果であるが,この渦系に焦点を絞って力学モデルを確立し,小規模な数値解析により3次元構造を評価し得る見通しを得た.失速に至る不安定構造として,ある翼の後縁で正圧面流れが負圧面に回り込むような高負荷状態で,翼端渦がこれを促進し,圧縮機入口の非一様流れが同期することを予見した.失速遅延法については,現在,安定流量範囲が15%程度改善される結果を得ている.以上,種々の知見と共に、新たな具体的課題と方法を得ることができた.平成7年度日本ガスタービン学会賞の受賞を付記しておく.動翼列と静翼列とで構成される単段軸流圧縮機について、特に旋回失速に関連する非定常流れ構造を実験計測および数値シミュレーションにより調査・分析した。1.圧縮機実験計測高流量から前失速域の範囲において、動翼列後方での流速の定常周期成分と変動成分を二次元熱薄膜プローブにより詳細に計測した。負荷の増大に伴い、ケーシング側から平均径にかけて変動成分の振幅が急増することを確認した。並行して特殊三次元熱薄膜プローブの考案、校正風洞の設計・製作、三次元変動流ソフトの作成を行った。本年度完成には至らなかったが、特殊プローブの基本特性を調査し、測定方程式を確定できた段階で、実機計測に移行できると考える。前述した変動成分の周波数帯域による系統的な分類を進め、失速発生に関与する成分の抽出方法を検討する予定である。2.動・静翼列系二次元数値シミュレーションこれまでに開発した二次精度TVD差分法を用いたN-S解析プログラムの高速化、複合格子系の導入・改良を実施し、上記の計測で流れの二次元性が確認された平均径位置での翼列を模擬した6動翼-10静翼直線翼列系について、正常作動域から深い失速域までの流れ場をシミュレートした。系の全体特性や動翼列前後の流れの翼間分布は実験結果とよく一致した。失速域では、先行翼間通路内の失速渦によるブロッケージと後続翼背面での前縁剥離渦とに特徴づけられる失速セルの構造とその伝播機構を示した。深い失速域では動翼失速セルと静翼失速セルとが同期して動翼移動方向に伝播する状況を捉え、その際の伝播速度は実機でのそれとも比較的よく対応することを確認した。

この過程は、動静翼干渉を含む本研究の解析でのみ捉えることのできた現象である。この成果は国際会議で報告し、旋回失速研究の有力な方法の一つとして評価された。一方で、解析精度の向上、乱流モデリング、翼枚数および翼列下流通路長の選定などの新たな検討課題が抽出された。1.動静翼列系二次元数値シミュレーション開発したN-S解析コードを用い,(3-12)動翼-(5-20)静翼列系(枚数比3:5)について高流量域から発達した失速域までの流れ場をシミュレートした.系の圧力-流量特性は圧縮機試験結果と対応し,設計点での動翼前方の流速の翼間分布や動翼後方の渦通過に伴う流速変動の特徴も熱線データとよく一致した.深い失速域では,動翼列前方と静翼列内とに互いに逆周りの巨大な渦が発達して失速セルを形成する.この渦対は軸方向にならんで動翼移動方向に伝播する“アクティブセル"構造(Cumpsty,1978)をとる.伝播速度は動翼速度の60%で,実機での55%とよく合う.失速セルのスケールに応じて計算領域を翼列方向,軸方向に拡張することで,発達したセルの挙動を実験結果とも比較できるレベルでシミュレートできた一方で,計算時間が膨大になる問題も顕出した.2.圧縮機実験計測計算で得られた発達した失速セル内部の動翼前方における巨大なポテンシャル渦を確認するため,動翼前方にてX型熱薄膜プローブを用いた非定常計測を行った.計算結果と同様に,セル通過に伴い周方向流速が零付近の正常レベルから動翼速度レベルにまで到達することが判明し,動翼上流に強い循環を持つ渦が存在することを確認した.計算では渦に誘起される逆流域が現れるが,熱線は積分された熱損失を示すので逆流を識別できない.計算した流れ場から有効冷却速度をセンサ長にわたり積分して熱線出力を模擬した結果,実際の熱線で得た“軸流速度"の時刻歴に現れるバースト変動に酷似した変動が逆流域で得られることが判った.実機のセル内部にも強い逆流域が存在するものと推察された.三次元流計測に関しては,考案・試作したX/スプリット複合型三次元熱薄膜プローブの基本特性を自家製作した検定風洞により調査し,測定方程式系を構築した.設計運転状態の実機動翼列後方での流れ場を計測・二次流れを抽出し,翼先端漏れ渦やハブコーナ渦,ウェーク内の半径流れの様相を明らかにした.精度の問題は残るものの,失速に関与する変動成分を抽出するのに有用なプローブであることを確認した.小型軸流機に関しては,動翼列上流にフェンスを設け,失速域において作動点の圧力上昇を準定常的に推移させる(アブラプトストールを回避する)制御法を構築するための基礎データの収集を進めた.1.翼列流れの数値シミュレーション強い逆流を含む発達した旋回失速の二次元NS数値シミュレーションを行った.動翼列上流に発達する強制渦と静翼列内の循環流れとが均衡して軸方向に並び失速セルを形成し,動翼移動列方向に伝播する様相が得られた.伝播速度は動翼速度の55%程度で,圧縮機実験結果に近いこと,セル内では3-4翼間に及ぶ強い逆流域が生じることなど,全作動域での非定常流れ場を把握した.圧縮機通路の収縮や遷音速作動域に現れる衝撃波の影響も明らかになり,実機設計に貢献する資料を得た.2.失速流れの計測深い失速運転ではセル通過により順流から逆流への変化が現れるため,2象限の測定角度を有するスプリット型薄膜プローブを用いて,動翼前後方,静翼後方での流れ計測を行った.
海底下微生物圏に生息する微生物の遺伝子及び代謝レベルからの解析

本研究は地球最大の微生物圏である海底下微生物圏において生息する微生物のエネルギー代謝機構の解明を安定同位体を用いた取り込み実験によって行うものである。そしてこれとフォスミド作成に適したDNA抽出系と組み合わせることによって将来のメタゲノム解析に役立てていきたい。初年度は海底堆積物からフォスミドを作成するのに最適な抽出系を構築した。次年度は安定同位体を添加して海底堆積物を培養した。現在も培養を続けており、今後はここからDNAを抽出し、海底下微生物はどのようにエネルギー代謝を行っていくのかを明らかにしていきたい。本研究は海底下に生息する微生物の代謝活動を分子レベルおよび代謝活性を検出することによって、海底下に生息する微生物がどのようにして生命活動を維持するのに必要なエネルギーを生み出しているのか、生命関連物質はどのようにつくり出していくのかを明らかにしていくことを目的に行っている。具体的には安定同位体を用いて新鮮な堆積物を直接培養し、そこからDNAを抽出後、SIP(Stable Isotope Probing)解析を行うことによって、微生物を同定していくこと、また安定同位体のガスを検出することによって実際にその活性が検出されるのかを行う。さらにはその堆積物からDNAを直接抽出しそのDNAの塩基配列を解析することによって、その微生物がどのような代謝活動を行っているのかを遺伝子レベルで明らかにするために、海底由来堆積物から40kb以上の良質なDNA断片を抽出する系を構築することを目的としている。両者は組み合わせが可能なので分子レベルあるいは化学レベルで海底由来の堆積物に生息する微生物の代謝活動を明らかにすることが可能となる。昨年度は「しんかい6500」の不具合及び安全確認潜航のため、南海トラフの調査潜航は中止となり当初予定していた安定同位体による培養実験計画を変更して新鮮ではないものの過去に採取された堆積物を利用し、培養を行う実験以外の実験系の構築を行った。その結果、海底由来の堆積物から良質な40kb以上のDNA抽出方法を確立した。また、窒素固定に関しては代謝遺伝子のクローニング、および海底由来堆積物からRNAを抽出して発現解析を行うことによって、堆積物中のどのような場所でそしてどのような環境下でこの窒素固定遺伝子が発現しているかが明らかとなった。本年度は「しんかい6500」、南海トラフの調査潜航を4月に行い、安定同位体を添加した培地にて培養を試みた。現在もなお培養中ではある。これは薗の倍加時間が約9ヶ月という報告があり、少なくとも1年間は培養を行う必要があると考えているからである。また、本研究のもう1つの目的であった海底由来堆積物からの良質なDNAの抽出に関しては成功した。今後は先の安定同位体を添加して現在培養を行っているものから、構築したDNA抽出系を適用することによって、安定同位体を取り込んだ微生物のみのDNAを分離し、メタゲノム解析などの今後の解析に使用する。
適応性心リモデリングとその破綻による不整脈発生機転の統合的解明

本課題では、実証的研究と理論研究を融合し、ストレス応答性Ca/Naチャネル分子TRP蛋白質が不整脈基質形成や異常興奮誘発に寄与する機構の解明を目指した統合的な基礎研究を行った。その結果、心リモデリング時のTRPM4・TRPCチャネルの発現増加や、そのPIP2感受性のアイソフォーム間・遺伝子変異体間における軽微な違いが、異常興奮生成や不整脈の基質として重要であることが分かった。本研究の成果は、新しい不整脈機序の探索や抗不整脈作用のある新規化合物の開発により現実的な数理モデルを提供し、多階層システムとしての心臓の興奮・伝播メカニズムの更なる解明に資することが期待される。心血管病態との密接な関与が知られる、ストレス応答性Ca^<2+>チャネル分子TRP蛋白質が、不整脈基質形成や異常興奮誘発に果たす役割を明らかにするため、(a)発現系、心筋細胞一次培養系、不整脈モデル動物を用いた実証的研究を行い、(b)それによって得られた結果をフィードバックして、臨床医学的応用が可能な、より精緻な数理モデルに基づいた多階層システムバイオロジープラットホーム上のシミュレーションの完成を推し進めることを目的として、以下の研究に着手した。H22年度は、発現系、心筋細胞一次培養株HL-1を用いて、プルキンエ線維の伝導障害や圧負荷に伴う不整脈基質として注目されているTRPM4チャネルの定量的な解析を進めた。その結果、(1)HL-1細胞にはTRPM4の有意な発現があり、細胞内Ca濃度の上昇によって活性化されること、(2)膜脱分極作用によって活動電位の発生頻度を増加させることが明らかとなった。更に、圧負荷ラットモデル、神経体液性因子負荷ラットモデルから得られた心筋組織を用いて、心筋ストレスによる心筋細胞内のシグナル伝達の変化について、TRPM4を中心とした網羅的解析を進めた結果、(3)心室筋より心房筋における発現が数倍高いこと、(4)1週間程度の短期間の圧負荷では発現の増加は見られないことが明らかとなった。今後は、発現系においてTRPM4活性化のキネティクスを精査し、シミュレーションモデルに組み込み、それと同時に、心不全を起こす程度の長期圧負荷が、TRPM4と関連した不整脈基質形成過程に与える影響についての検討も進める。心臓のリモデリング時の不整脈基質形成機序を解明するため、昨年度に引き続いてCa^<2+>濃度上昇で直接活性化される陽イオンチャネルTRPM4の活性化機序や発現変化に関する検討を行った。(1)細胞内成分をできるだけ保存した生理的状態に近い条件下で、TRPMチャネルのCa^<2+>感受性の再評価を行った。膜小孔形成作用のあるβ-escinやCa^<2+>透過小孔を形成するionomycin処置によって細胞内遊離Ca^<2+>濃度を変化させて得たTRPM4チャネル活性のCa^<2+>濃度依存性曲線から、このチャネルの十分な活性化がマイクロモル濃度以下の範囲(Kd値:数百nM)で起こることが明らかとなった。(2)電位依存性CaチャネルをTRPM4チャネルと共発現し、前者を介したCa^<2+>流入と後者の活性化の定量的な関係を調べた。その結果、心房筋の活動電位持続時間に当たる100ms程度のCa^<2+>流入単独によって最大値の50%程度のTRPM4チャネルの活性化が起こること、更に、これより短いCa^<2+>流入であっても連続誘発することで、TRPM4チャネルの活性化が長時間遷延することが明らかとなった。(4)心房筋の不死化細胞株HL-1を液性心肥大因子アンギオテンシンIIで数日間前処置するとTRPM4チャネル蛋白質の発現が数倍に増加し、これに伴う不規則な自発的活動電位の出現と静止膜電位の脱分極が観察された。これらの変化は、TRPM4の選択的阻害薬9-phenathrolzeの投与でほぼ完全に消失した。以上の結果から、リモデリング心におけるCaハンドリングの異常とTRPM4発現の増加が、相乗的に膜の異常興奮を誘発している可能性が強く示唆された。今後は、上記のアプローチを用いて生理的条件下におけるTRPM4チャネルのキネティックスの詳細な測定・解析を行い、数理モデル(全細胞活動電位モデル)に組み込むのに必要なパラメーターを確定し、リモデリング時の催不整脈性への寄与の度合いをシミュレーションによって定量的に検討する予定である。本研究では、代謝・機械的ストレスによる心筋組織の機能改変がもたらす不整脈基質形成機序の探索と解明を目的として、ストレス応答Caチャネル分子TRP蛋白質に着目した実験と解析を行ってきた。その結果、発現系や不死化心房筋由来細胞HL-1を用いた研究によって、Ca2+依存性陽イオンチャネルTRPM4の高いCa感受性と発現増加が、不整脈を引き起こす新たな基質となることを証明してきた。

H25年度の特筆すべき進捗としては、(1)当新学術領域で開発したシミュレーションプラットホームPhysioDesignerを用いて、TRPM4チャネルを組み込んだ心筋活動電位モデルの記述を行い、TRPM4の発現量や機能の変化が心筋興奮性及ぼす影響を定量的に再現することができた。(2)ホスファチジルイノシトール2リン酸(PIP2)の膜含量変化が、このチャネルの活性やキネティクスを変化させることを、膜電位依存性ホスファターゼVSPを用いたFRET実験によって見出した。また連鎖解析によって見出された家族性房室伝導障害性のtrpm4遺伝子変異において、PIP2感受性が劇的に変化しており、これにより不整脈性変化が生じている可能性を見出した。(3)もう一つの心不整脈基質分子TRPC6に関して、PIP2によるゲーティング制御と受容体刺激時のPIP2代謝キネティクスを結合したモデルを作成し、膜PIP2量変動時のTRPC6チャネル活性変化のダイナミクスを定量的に記述することに成功した(Itsuki et al., J Gen Physiol., 2014)。以上の結果は、心リモデリング時に生じる心不整脈の病態の理解に、全く新しい定量的な理論的枠組みを提供するものである。今後はこれらのモデルの精緻化を継続し、その臨床的有用性を高めることが重要である。本研究では、心リモデリング時に発現増加するストレス応答性Ca/Na透過型チャネル分子TRPファミリーが不整脈発生機転に果たす役割の解明を目的としている。H22年度からH26年度にかけ一貫して、パッチクランプ法を用いた電気生理学解析、FRET法に膜電位感受性ホスファターゼ(VSP)を組み合わせた細胞内シグナル解析、及び数理モデルによるショミュレーションを主要な実験手法として用い、(1)TRPM4チャネルの電位・Ca依存性キネティクスの再評価と活動電位(AP)モデルへの組み込み及びシミュレーションによる評価、(2)内因性PIP2ダイナミクスによるTRPM4チャネルゲーティングの制御機構の検討、(3)内因性PIP2ダイナミクスによる心リモデリングチャネルTRPC3/C6/C7チャネルゲーティングの制御機構の検討、を3つの柱として研究を進めて来た。その結果、H26年度はその集大成として、(a)心房筋APの最新実験モデル(HL-1)にTRPM4キネティクスを組み込み、early-afterdepolarization等の不整脈性変化や自発活性の変化について、実験データを忠実に再現する数理モデルを構築できた。(b)TRPM4の不整脈性変異E7KのPIP2感受性変化を定量化し、この変異体がPLC共役型受容体活性化時におけるEAD変化を起こし易いことをシミュレーションによって示すことができた。(c) TRPC3/C6/C7チャネルのPIP2感受性を定量化し、その僅かな違いが、受容体刺激時に、活性化の強度や時間経過に劇的な影響を及ぼすこと、更にTRPC6に対するTRPC3の発現の相対的増加が、何故過剰な興奮性応答を引き起こすのかを数理モデルに基づいたシミュレーション解析によって示すことができた。また機械的刺激が心筋力学特性とクロスブリッジ動態に及ぼす影響を再現するモデルを完成した。
耐性および癌遺伝子研究の進展に基づく制癌剤の開発研究

多剤耐性の原因であるP糖タンパクを特異的に認識するマウス由来モノクローナル抗体MRK16を耐性癌の診断、治療などの臨床応用に用いるべく、遺伝子工学的手段によってマウスのV領域とヒトのC領域を持つキメラ抗体の作成を試み、MH162抗体を得た。MH162は、ヒトのeffector cellを用いた場合のADCCによる殺細胞効果がMRK16に比べて優れており、ヒトの多剤耐性癌に対する治療剤としても期待が持たれる。ヒトの多剤耐性遺伝子のプロモーター及びエンハンサー領域を単離することに成功した。ハムスター細胞由来のシスプラチン耐性細胞株は、グルタチオンSトランスフェラーゼ(GST)活性が著明に上昇しており、GSTーpiのmRNAレベルも数倍に上昇していた。多剤耐性を克服する薬剤として多くのdihy dropyridine系薬剤をスクリーニングし、カルシウム拮抗作用が小さく、P糖タンパクに親和性の高い薬剤を見いだした。これは経口投与でも有効であった。多剤耐性克服剤AHC-52はADMやVCRが効きにくいヒトの胃癌、結腸癌などの培養系においてVCRの効果を大幅に増強した。多剤耐性克服のみならず幅広い抗癌剤の活性を増強させる合成イソプレノイドNー1379は、特にブレオマイシン系抗癌剤に対して強い相乗作用を示した。ペプロマイシン(PEP)とNー1379を1時間作用させただけで、PEPによるDNA鎖切断活性は大きく増強しており、PEPとNー1379との併用によって、ADN耐性性L5178Y細胞を移植してマウスの生存日数を延長した。多剤耐性癌細胞に有効な新規抗癌剤FAD104は糖の2位にフッ素を持ったアンスラサイクリン抗生物質であるが、生体内で代謝を受けたFTーADMがさらに強力な抗腫瘍活性を有することが分かった。微生物の代謝産物をスクリーニングし、新規に、Resorthiomycin,OH-1049物質及びKO3599物質を見いだした。癌遺伝子の一種HrasでトランスホームしたNRK細胞の形態を正常に戻すものとしてアセトキシシクロヘキシミドを単離した。
単層カーボンナノチューブ構造体の自己組織化成長

単層カーボンナノチューブ(単層CNT)は、その特異な1次元ナノ構造と優れた各種物性から多様な応用が期待されるが、反面、合成/実装技術が未確立で実用例は僅かである。単層CNTは基板上に成長する過程で、互いに相互作用し多様な集合形態をとることが分かってきた。この自己組織化を基礎的に理解するとともに、応用で求められる単層CNT集合体をデバイス基板上に直接成長・実装させる技術基盤化を進めた。(1)SWCNT基板上合成技術の拡充:SWCNTの集合形態は、その数密度と長さにより大きく支配される。まず、SWCNTの基板上合成技術を拡張し、SWCNT合成技術の基盤を拡充した。C_2H_5OHは良質なSWCNTを得易い原料として知られるが、膜厚は通常数10μmである。C_2H_2への熱分解の制御により数mmの長尺成長を実現した。我々はC_2H_4およびC_2H_2からのSWCNTミリメータ成長を実現しているが、CVD中の触媒粒子の粗大化により、平均直径4nmもの太いSWCNTや、それが潰れた二層グラフェンリボンが形成することを明らかにした。また、800°C程度の高温から400°C程度の低温までの広い範囲で、Fe,Co,Ni,Cu,Sn,Al,Tiの二元系の触媒活性を調べ、Fe,Co,Niが高活性であり、Feは高温で、Niは低温で高活性なことを示した。また、350°Cの低温にて多層CNTの稠密成長を実現した。(2)SWCNT構造体のボトムアップ形成と特性評価:SWCNT集合体は、しばしば見かけの形態以上に特性が変化するため、各種構造体の特性評価・比較を進めた。SWCNT網状膜は透明電極や半導体膜として利用できる。光吸収はSWCNT量で決まるため、決まったSWCNT量での特性制御が鍵となる。触媒条件・CVD条件によりSWCNTの密度と長さを制御し、低抵抗膜を得るプロセス条件と網状膜構造を明らかにした。また、CNT棘状膜はフィールドエミッタとして利用できる。パルス通電加熱CVDによるCNTの1秒実装技術の改良を進め、触媒条件により単層/多層構造や網状/棘状/林状構造を制御し、良好なエミッタを開発した。(1)SWCNT基板上合成技術の拡充SWCNT基板上高速成長は、未だ限られたグループしか実現できておらず、水蒸気等の微量の添加剤が有効などと提案されているが未確立である。我々はこれまでに低分圧のC_2H_2がSWCNTの高速成長に有効なことを見出している。H22年度は、C_2H_2/Arのみというシンプルな原料ガスにてSWCNTのミリメータースケール高速成長を確立し、合成ウィンドウを明らかにするとともに、微量の水蒸気添加の効果も明らかにした。(2)SWCNT構造体のボトムアップ形成と特性評価石英ガラス基板上に触媒を担持し、SWCNTを疎に成長させると、SWCNTは自己組織的に網状膜を形成する。C_2H_2およびC_2H_5OHを原料に、多様な触媒条件・CVD条件でSWCNTを合成すると、広範な透明性・導電性を有す透明電極が得られた。データを俯瞰すると、C_2H_2よりもC_2H_5OH原料を用いた方が導電性が1桁ほど高く、前者ではSWCNT表面に炭素副生成物が析出し易く、導電が阻害されると考えられた。得られたSWCNT網状膜をエタノール蒸気に曝して凝縮・乾燥すると、網状膜が緻密化し、導電性が2倍程度向上することも明らかになった。(3)トップダウンとボトムアップの融合による構造体の多様化SWCNTおよびMWCNTをガラス基板上に1秒で合成する技術を更に進化させた。基板上にライン状電極を形成し、その上に触媒を担持し、C_2H_2雰囲気下で電極にパルス電流を流すことでCNTを成長させる。パルス電流を複数回流し、触媒還元とCNT成長を別パルスに分けることで、再現良くCNTを成長させることが可能になった。また、ライン状電極にネックを設けることで、ネック部分に位置選択的にCNTを合成できるようになった。多様なCNTエミッタの特性と寿命の評価を行い、集合形態およびパターニングの重要性を明らかにした。(1)SWCNT基板上合成技術の拡充SWCNTの基板上合成には、炭化水素やアルコール類など種々の原料が用いられる。我々はcold-gas CVD法を提案・開発し、C_2H_50Hの熱分解によりSWCNTをミリメータスケール成長できる系について、気相で生成するC_2H_2が主要な前駆体で、C_2H_2を原料に用いるとガス加熱無しにSWCNTをミリメータスケール成長できることを明らかにした。(2)SWCNT構造体のボトムアップ形成と特性評価CNT垂直配向膜は魅力的な構造を有しているものの、通常は密度が0.03-0.07g/cm^3と非常に低く、ほとんどが空隙である。

我々は、導電性微結晶下地上に触媒を担持する際、核生成・成長のバランスを制御して得た稠密な触媒を用い、CNTを1g/cm^3と従来より数10倍密に成長させることに成功した。(3)トップダウンとボトムアップの融合による構造体の多様化SWCNTの電子デバイス応用には、半導体性と金属性のSWCNTを別々に得ることが強く望まれる。我々は浮遊触媒CVD法にて気相中にSWCNTを孤立状態で合成し、半金選択合成を試みたが、明確な半金選択性は得られなかった。一方、半金分離技術の進展は目覚しいが、良質なSWCNT自体が1g10万円前後と高価なため、半金分離SWCNTは1mg10万円前後と極端に高価である。良質なSWCNTの低コスト化を目指し、火炎合成法を検討、直径1mmと細いSWCNTの火炎合成を実現した。(4)形成プロセス・集合形態・全体特性の体系化.SWCNT合成では、触媒粒子形成とSWCNT成長の二つの過程が、とても重要となる。前者は、その反応場(気相均一系or表面不均一系)と形成過程(昇温分解or冷却凝縮)の観点で、後者は反応速度(前駆体の局所濃度と反応確率)と失活速度(炭化失活と触媒粗大化)の観点で、体系化を行った。
仮想物理世界における大規模論理回路の実現

本研究の目的は、分子ロボットに不可欠な大規模論理回路の実現に先立って、コンピュータ内の仮想的な物理世界において大規模な論理回路を実現する手法を確立することである。平成26年度は仮想GPU技術を用いて大規模な論理回路を実装する予定であったが、ロボットに必要ないくつかの機能の確認に留まった。平成25年度にはゲームエンジンであるUnityを用いて機械式論理回路を設計することで立方体型NANDゲートを作成した。しかし配線できない回路が存在することが分かり、平成26年度は立方体式AND/NANDゲートを作成することで、どのような論理回路も設計できる基本部分を作ることが出来た。これを用いてリングオシレータを実装したところ、立方体型NANDゲートよりも若干低速ながら、同等の速度を達成することが出来た。また、より複雑で生物のように動く回路を作るために、リングオシレータに脚パーツをつなぐことで、歩く論理回路を作成した。分子ロボットに不可欠な「センサー」「モーター」「コンピュータ」「構造」の4要素のうち、「モーター」と「コンピュータ」を備えたものを作り出せたことから、仮想物理世界で論理回路を作る意義を確認出来た。ただしGPUを用いた大規模化は実現出来なかった。Unityがベースとしている物理エンジンのPhysXはGPUで加速可能と謳われているが、実際には剛体モデルではGPUの加速は実装されていなかったことが大きい。また、Unityでは剛体同士の微妙な遊びを調整するなど職人的な設計が必要となり、性能を出すためのネックとなることが分かった。今後はより単純化した物理モデルを用いてCUDAなどのより低レベルの言語を用いてGPUでの加速を実装するなど、方針を変える必要があることが分かった。26年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度は機械式論理回路の高速化を行った。研究開始前の論理回路は、ロッドに板がついた格好で絡みやすく動作が遅いという問題があった。また、PhysXという物理エンジンを直接プログラムするため複雑な回路を設計するにはプログラミングが大変という欠点もあった。今年度はまずUnityというPhysXを使うゲームエンジンを使って論理回路を設計した。UnityはGUIを使って物理世界を設計しやすく動作の細かい指定も可能である。リングオシレーターを作成したところ、これまで一周期に128秒かかっていたところが5秒にまで短縮できた。基本的な物理演算はPhysXで同じだが、よりパラメータを簡単にいじれることが最適なパラメータの早期発見につながったと言える。また、立方体式NANDゲートを設計し動作することを確認した。立方体の二面が入力、二面が出力(二つとも同じ出力)、二面は動かない面になっている。こうすることで絡みにくい回路が設計出来る。ただし、リングオシレーターを設計しようとしたところ奇数個のNANDゲートで入力に信号を戻すことが出来ないことが分かった。これはNANDゲートを配線としても使っているからで、今後は設計を修正する必要があることが分かった。より高速化することを目指して、Unityの速度をCUDAと比較した。CUDAはGPUの能力を最大限に発揮出来るため、性能としては最高だがプログラミングが難しくなる。単純な粒子のぶつかり合いをシミュレーションしたところ、Unityに比べCUDAは10倍以上高速であった。論理回路の高速化や立方体式論理回路は順調に研究が進んでいる。ただし、自己組織化を促す仕組みとして立方体同士を接続する部分が遅れている。Unityによって回路設計はやりやすくなったが、まだ論理回路は空間に固定されている。

仮に固定を外すと回路がどこかへ飛んでいき易くなるため、作用反作用が成り立つような物理系を正しく作る必要がある。平成26年度はこの点の改良から行う。まず、今の立方体式論理回路に自己組織化を促す仕組みを組み込む。その際、出力の二面の論理を反転させて、片方はAND回路の出力、もう一方はNAND回路の出力となるようにする。これによって配線パーツがなくてもリングオシレーターが実現できる。また、大規模化するために、CUDAによって論理回路を動かせるようにする。このためには、立方体ではなく正八面体を使うなどよりシンプルなものにする必要があると思われる。