hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
2水塊間に発達する水平束線の維持機構に関する研究

沿岸水と外洋水,あるいは黒潮水と親潮水のように異なる2水塊の境界では,水温・塩分がその両側で大きく異なる潮境が常に形成されている.この境界にはしばしば海面浮遊物質が細長く帯状に分布することから,潮境は水平収束線となっていると考えられている.しかし,潮境は水平規模が小さく,しかもその位置も絶えず変化するために潮境を対象とした観測は従来ほとんど行われておらず,潮境が常に水平収束を伴っているのかということさえ不明な現状である.本研究は潮境に発達する水平収束線の維持機構を解明する手始めとして,潮境付近の流況,特に水平収束,発達量の実態を精密に測定することを目的として行われた.鹿児島湾東部海域で頻繁にみられる高温な黒潮系外洋水と低温な沿岸系水との境界に発達する潮境を研究対象として,鹿児島大学水産学部実習船「南星丸」を用いて,昭和62年9月に,記録内蔵式水温計を取付けた表層漂流ブイを潮境上に2個,潮境の両側に3個づつの計8個を約200m間隔で放流し,その位置の時間変化を3分間隔で落潮時の4時間にわたってレーダーで追跡することによって,収束,発散量,流速分布および水温微細水平分布の潮境の両側の相違を調べた.得られた結果の主要な点は以下の通りである.1.潮境の両側における水平収束率には大きな相違がみられ,潮境の外洋水側では発散,沿岸水側では収束となった.水平収束・発散率は10^<-4>の大きさであった.2.潮境に対して平行な流れの発散域における相対流速シアーは,潮境の極く近傍(100m以内)では収束域に比べて小さいことが判明した.3.等温線は潮境にほぼ平行し,表層水温の水平勾配は収束域で0.02°C/m,発散域で0.0006°C/mと,収束域で非常に大きい.沿岸水と外洋水,あるいは黒潮水と親潮水のように異なる2水塊の境界では,水温・塩分がその両側で大きく異なる潮境が常に形成されている.この境界にはしばしば海面浮遊物質が細長く帯状に分布することから,潮境は水平収束線となっていると考えられている.しかし,潮境は水平規模が小さく,しかもその位置も絶えず変化するために潮境を対象とした観測は従来ほとんど行われておらず,潮境が常に水平収束を伴っているのかということさえ不明な現状である.本研究は潮境に発達する水平収束線の維持機構を解明する手始めとして,潮境付近の流況,特に水平収束,発達量の実態を精密に測定することを目的として行われた.鹿児島湾東部海域で頻繁にみられる高温な黒潮系外洋水と低温な沿岸系水との境界に発達する潮境を研究対象として,鹿児島大学水産学部実習船「南星丸」を用いて,昭和62年9月に,記録内蔵式水温計を取付けた表層漂流ブイを潮境上に2個,潮境の両側に3個づつの計8個を約200m間隔で放流し,その位置の時間変化を3分間隔で落潮時の4時間にわたってレーダーで追跡することによって,収束,発散量,流速分布および水温微細水平分布の潮境の両側の相違を調べた.得られた結果の主要な点は以下の通りである.1.潮境の両側における水平収束率には大きな相違がみられ,潮境の外洋水側では発散,沿岸水側では収束となった.水平収束・発散率は10^<-4>の大きさであった.2.潮境に対して平行な流れの発散域における相対流速シアーは,潮境の極く近傍(100m以内)では収束域に比べて小さいことが判明した.3.等温線は潮境にほぼ平行し,表層水温の水平勾配は収束域で0.02°C/m,発散域で0.0006°C/mと,収束域で非常に大きい.
環境保全と発電用の圧縮空気製造を行う河川用および海岸用の新型水車の開発

クリーンな自然エネルギーを利用する地球環境保全用機器開発を目指し,海岸波浪用の波力水車の開発研究を実施した.波力水車は,水平軸から吊り下げた波受け板に働く波力により生じる波受け板の往復振り子運動を,水平軸の一方向回転力に変換するギヤ装置から構成されている.従来,谷での反対方向運動を反転するためのギヤ軸が片持ち軸となる弱点があったが,本研究では,新たにリンク機構を組み込むことにより,片持ち軸部を排除し,大きな波力に耐えうる構造へと改良することに成功した.実験は,金沢大学ハードラボに新たに設置した幅2m,深さ1.8m,長さ22mの造波水槽において,周期15秒の波を用いて行った.波受け板周辺の水は,水粒子の通過に伴い渦が発生し,慣性力と抗力の両者が生じていると推測されたが,波の周期にかかわらず,入射波高の増加に伴い,波受け板の振れ幅は増大し,波力水車に設置したオイルフリー型リニアクランク式コンプレッサーから生じる圧縮空気量は(ほぼ波高に比例して)増加した.発生空気量は,周期25secで波高1530cmの場合に,毎分1213.5リットル(大気圧換算)程度であり,極めて良好な結果が得られた.空気製造量をさらに増加させるためには,一層大きな波高の波を受け止め得るように,波受け板の面積を増やせば良いが,むしろ今後の課題としては,波力水車には,設計限界を超える過大な波力から逃れるための安全装置機構を付加することが必要と考えられる.クリーンな自然エネルギーを利用する地球環境保全用機器開発を目指し,海岸波浪用の波力水車の開発研究を実施した.波力水車は,水平軸から吊り下げた波受け板に働く波力により生じる波受け板の往復振り子運動を,水平軸の一方向回転力に変換するギヤ装置から構成されている.従来,谷での反対方向運動を反転するためのギヤ軸が片持ち軸となる弱点があったが,本研究では,新たにリンク機構を組み込むことにより,片持ち軸部を排除し,大きな波力に耐えうる構造へと改良することに成功した.実験は,金沢大学ハードラボに新たに設置した幅2m,深さ1.8m,長さ22mの造波水槽において,周期15秒の波を用いて行った.波受け板周辺の水は,水粒子の通過に伴い渦が発生し,慣性力と抗力の両者が生じていると推測されたが,波の周期にかかわらず,入射波高の増加に伴い,波受け板の振れ幅は増大し,波力水車に設置したオイルフリー型リニアクランク式コンプレッサーから生じる圧縮空気量は(ほぼ波高に比例して)増加した.発生空気量は,周期25secで波高1530cmの場合に,毎分1213.5リットル(大気圧換算)程度であり,極めて良好な結果が得られた.空気製造量をさらに増加させるためには,一層大きな波高の波を受け止め得るように,波受け板の面積を増やせば良いが,むしろ今後の課題としては,波力水車には,設計限界を超える過大な波力から逃れるための安全装置機構を付加することが必要と考えられる.河川用の水車周辺の流況および回転出力の基本特性を把握し,現地設置用水車の設計のための基礎データを蓄積するために,以下の実験および数値解析を実施した.(1)開水路流れ中の揺動羽水車周辺の流況および羽の運動特性に関する実験開水路一様流中に模型水車を設置し,流量の変化に対する水車上下流の水位・流速の変化,水車の回転数および水車羽の運動パターンの変化を測定した.また水車軸のトルクを計測し,水車の回転出力および出力効率を算定し,羽の揺動限界を決めるストッパーの位置について考察を行った.(2)水車羽周辺の流況および流体力の数値解析差分法を用いた数値解析により,回転する水車羽周辺の流況のシミュレーションを行うと共に,水車の羽に加わる流体力を算出し,羽を支えるばねの強度の変化が水車羽の運動や流体力の1回転中の変動パターンに及ぼす影響を調べた.その結果,ばねが弱すぎると順流域から逆流域になる際に羽の反転が遅れるため逆回転トルクが発生し出力が低下すること,強すぎると順流域で正回転トルクを効果的に発生することができなくなることなどの羽挙動と水車出力の関係が分かった.(3)河川用水車周辺の流況および圧縮空気製造特性に関する実験クロスフロー水車とリニアクランク式の小型圧縮空気機を組み合わせた装置を用いて,開水路流れの持つ水力から圧縮空気を直接に発生させた.水平軸型および鉛直軸型のクロスフロー水車周辺の流れおよび空気製造量の測定結果を整理し,本システムによる圧縮空気製造の基本特性について考察した.流量の変化に対する水車上下流の水位の変化,水車回転数および空気発生量の変動を解析し,種々の水理条件下における有効落差水力と最大空気出力・圧縮空気製造効率との関係を明らかにした.クリーンな自然エネルギーを利用する地球環境保全用機器開発を目指し,海岸波浪用の波力水車の開発研究を実施した。1.波力水車は,水平軸から吊り下げた波受け板に働く波力により生じる波受け板の往復振り子運動を,水平軸の一方向回転力に変換するギヤ装置から構成されているが,従来,谷での反対方向運動を反転するためのギヤ軸が片持ち軸となる弱点があった。そこで本研究では,新たにリンク機構を組み込むことにより,片持ち軸部を排除し,大きな波力に耐えうる構造へと改良することに成功した。

これにより,次の研究課題である現地海岸用の波力水車の製造が可能であるとの結論が得られた。2.実験は,金沢大学ハードラボに新たに設置した幅2m,深さ1.8m,長さ24mの造波水槽において,周期15secの波を用いて行った。水深は50cmと固定したため,波受け板寸法は幅1.9mで長さ0.8mとし,板の両側と下側から入射波の水が後方に抜ける状態で行った。波受け板周辺の水は,水粒子の通過に伴い渦が発生し,慣性力と抗力の両者が生じていると推測されたが,波の周期にかかわらず,入射波高の増加に伴い,波受け板の振れ幅は増大し,波力水車に設置したオイルフリー型リニアクランク式コンプレッサーから生じる圧縮空気量は(ほぼ波高に比例して)増加した。発生空気量は,周期25secで波高1530cmの場合に,毎分1213.5リットル(大気圧換算)程度であり,極めて良好な結果が得られた。3.空気製造量をさらに増加させるためには,一層大きな波高の波を受け止め得るように,波受け板の面積を増やせば良いが,むしろ今後の課題としては,波力水車には,設計限界を超える過大な波力から逃れるための安全装置機構を付加することが必要と考えられる。
東京湾西岸地域における旧帝国海軍軍事遺跡の基礎的研究

本研究の目的は、東京湾西岸地域の軍事遺跡の現況、および調査・研究の現状を把握したうえで、今後の軍事遺跡の調査・研究・活用のための基盤整備を行うことである。具体的には、対象地域の軍事遺跡のデータベースを作成するとともに、慶應義塾大学日吉キャンパス一帯の軍事遺跡群を対象として、現存するものについては測量を中心とする現地調査を、破壊されたりアクセス不可能な遺跡は過去の記録の集成を実施した。併せて、当時のことを知る方々へのインタビュー及び、過去のインタビューの記録の調査も進めた。調査成果は多岐に及んだが、それらの一端を『日吉キャンパス一帯の戦争遺跡の研究』として刊行した。23年度は、考古学的調査として(1)地下壕の測量、(2)発掘調査、(3)現況確認調査、(4)過去の調査記録・出土遺物の整理、(5)軍事遺跡のデータベース作成、歴史学的調査として(6)写真・図面のデジタル化、(7)日吉台一帯の軍事遺跡関連の文献史料の収集とデジタル化、(8)軍事遺跡関係者へのインタビューを実施した。(1)については、東日本大震災による基準点のズレを考慮し、まず慶應義塾日吉キャンパス内外でGPS測量を行い、今後の測量用の基準点を設置するところから始めた。基準点の設置後、入坑可能な連合艦隊司令部地下壕を対象に、レーザースキャナーによる壕内の3次元測量を実施し、併せて3次元データに貼り付けるための写真を約3mごとにデジタルカメラで撮影した。(2)については、日吉キャンパス蝮谷体育館北側における調整池建設に先立ち、地下壕関連遺構の有無を確認するためのトレンチ調査を実施した。(3)としては、今後の発掘調査等の計画を立てる意味を含め、各地下壕出入口を中心に悉皆的な踏査を行った。(4)については、過去に回収されていた日吉キャンパス内の軍事遺跡関係遺物の分類や注記等の基礎的整理を実施。併せて、艦政本部地下壕、航空本部等地下等、その他小規模地下壕のこれまでの調査記録の整理にも着手した。(5)としては、まずは発掘調査報告書に記録された軍事遺跡についてのデータを集めた。(6)としては、キャンパス内の戦前・戦後の写真、図面をリストアップし、キャンパスの被災状況等が読み取れる資料を中心にデジタル化を行った。(7)については、文献史料の収集のほか、日吉台地下壕保存の会の2002年以前の会報を、会の許可を得てPDFに加工し、公開に向けての準備を進めた。(8)としては、地下壕の情報を知る方のインタビューを実施した。以上の調査は、24年度以降も継続するが、いずれも学術的な調査成果の蓄積が進んでいない軍事遺跡研究における基礎資料として重要な意味をもつことは疑いない。25年度は、過去2年度から引き続き、1.日吉キャンパス一帯の軍事遺跡の現況調査、2.過去の調査記録の整理、3.日吉キャンパス一帯の軍事遺跡関係の写真・図面・記録類の収集、4.軍事遺跡のデータベース作成、5.軍事遺跡関係者からの情報収集を実施したほか、6.大倉精神文化研究所における海軍の諸活動に関する調査、7.軍事遺跡の保存・活用方法に関する調査を新たに加えた。1については、キャンパス内の地上で確認できる遺構の測量をほぼ終了させることができたほか、日吉寄宿舎の戦時下の痕跡に関する調査も実施した。2としては、主にキャンパス外の艦政本部地下壕と矢上台の小規模地下壕の調査記録の整理を行った。3では、慶應義塾内の事務部門の倉庫を調査し、新たに状態のいい1955年印刷の地下壕の測量図と、これまで知られていなかった1975年測量の図を発見した。これらについてはデジタル化まで完了している。また、過去に地下壕の調査に関わった業者・個人から写真や記録類の提供を受けることもできた。4においては、東京湾西岸地域の発掘調査報告書に記載された遺構・遺物のデータ収集がほぼ完了した。5では、引き続き過去の調査記録の収集とそのデジタル化を進め、合わせて、地下壕勤務経験者や慶應義塾大学卒業生から、地下壕建設前後の慶應義塾や日吉の状況に関する聞き取り調査を実施した。6では、日吉キャンパスと同様、大戦末期に海軍が移転してきた大倉精神文化研究所の調査・研究を加えることで、方法論と研究成果の共有が可能になった。最後に7としては、今後の軍事遺跡の保存・活用方法を考えるため、千葉県館山市における軍事遺跡の現状を調査した。25年度は最終年度であるため、以上の調査・研究と並行してこれまでの成果をまとめる作業も進め、その成果の一部を『慶應義塾大学日吉キャンパス一帯の戦争遺跡の研究』(A4版、124頁)として刊行した。24年度は、考古学的調査として1.連合艦隊司令部地下壕の3次元測量データの整理と分析、2.日吉台一帯の軍事遺跡の現況調査、3.過去の調査記録・出土遺物の整理、4.軍事遺跡のデータベース作成、歴史学的調査として5.写真・図面のデジタル化、6.日吉台一帯の軍事遺跡関連の文献史料の収集とデジタル化、7.軍事遺跡関係者からの情報収集を実施した。

1については、23年度に測量した点群データから壕内の3次元モデルを構築し、壕内の平面図、立面図、各種断面図を作成した。そのうえで、床面の高低差や、坑道同士の接続関係、壁や天井の構造、コンクリートの流下方向などの分析を行い、地下壕の形態に込められた意味、構築技術や構築過程等について検討した。また、モービル・マッピング・システムによって、地下壕一帯の地上部分の3次元測量も実施した。2としては、海軍省人事局地下壕の出入口一帯を対象に、現況の確認と震災後設置の基準点を用いた測量を行った。3においては、過去に収集された日吉台一帯の軍事遺跡関係遺物の観察、実測等の記録化を進めるとともに、艦政本部地下壕、航空本部等地下壕、その他の小規模地下壕等で過去に実施された調査の記録をまとめた。4としては、23年度に引き続き、発掘調査報告書に記録された軍事遺跡についてのデータを中心に収集した。5では、23年度と同様、慶應義塾内保管の写真、図面の収集とデジタル化に力を入れたほか、塾外の団体や個人が所有する写真の調査も行い、デジタルデータの作成と保管の許可が得られたものからデジタル化を開始した。6でも、前年度から継続して、文献史料の収集と、日吉台地下壕保存の会会報等、過去のインタビューの記録が掲載された史料のデジタル化を進めた。最後に7としては、地下壕の情報を知る方のインタビューと、保存の会会員をはじめとする、軍事遺跡関係の情報を持った方々からの情報収集を行った。一部当初計画を変更したものの、おおむね計画通りに研究を進めることができた。また、当初計画になかった調査も幾つか実施することができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。発掘調査を現況調査にする等、一部当初計画を変更したものの、おおむね計画通りに研究を進めることができた。また、MMSによる地上の測量等、当初計画になかった調査も幾つか実施することができた。当初の計画に沿って研究を実施することが基本となる。ただ、地下壕の出入口等の位置、構造の確認にあたっては、小規模な発掘で充分把握できることが判明したため、当初予定していた表面波探査ではなく発掘調査に変更することにしたい。ただし、次年度は、海軍省気象部が活動していた大倉精神文化研究所の調査・研究を加える予定である。また、次年度は研究の最終年度となるため、これまでの調査成果をまとめた報告書の刊行が大きな目標となる。
Thrombopoietin応答チューニングを基軸とした試験管内造血幹細胞増幅法

サイトカイン「Thrombopoietin (TPO)」は造血幹細胞の増殖・維持・分化を司ることが知られているが、どのようにこれらの機能が制御されているかは未だに不明である。本研究ではTPOシグナルが“エネルギー代謝制御"によって、自己複製分裂誘導用にチューニングされるという仮説のもと、TPOが機能を使い分ける機構を明らかにする共に、未だ確立されていないex vivoにおける造血幹細胞の維持・増幅の実現を目指す。
シミュレーション技術を活用した中学校技術科の教材開発と評価

近年,生産技術や情報技術が発達し,設計段階において様々な現象を製作前にシミュレーションすることが可能となってきた。これに伴い,試作数を低減し,問題解決の質を高めることができるようになった。これらの技術の発達が,人間が行う作業の軽減,能率や生産性の向上,自動化の実現とともに,生活や産業などに変化をもたらす1つの要因である。そこで,中学校技術・家庭科の技術分野の学習内容を鑑み,コンピュータシミュレーションを利用したものづくりの授業を行うことで,情報技術がものづくりの問題解決の質を高め,現代の生活の向上や産業を発展させたことを体験的に学習出来ると考え,教材を開発し,授業実践を通じて評価した。研究初年度は,(1)ソフトウェアの開発,(2)ソフトウェアの精度検証,(3)指導案の作成の3項目に取り組んだ。【ソフトウェア開発】中学校の技術科教育に関する授業時数を考慮すると,構造設計に関する時間はほとんどとれないのが現状である。そのような中,ソフトウェアの操作学習に時間を割くことは現実的ではない。そこで,本研究で開発するソフトウェアは,インタラクティブな操作性を有することに特徴を持たせた。例えば構造変更を行うと同時に,その構造の変形状態と応力の分布状態が示され,強度評価を行うことが可能とした。今年度は構造解析,特に剛性解析と振動解析に焦点を当て,剛性解析については荷重に対する変形量と応力分布,振動解析については共振周波数と振動モードを表示できるようプログラムを開発した。また,剛性解析については,位相最適構造を算出できるよう,材料使用量に制約条件を設けた最適設計プログラムを構築した。【開発したソフトウェアの精度検証】開発したソフトウェアの検証のために,実際に構造模型を作成し,実験を行った。ここでは,実際の授業実践を想定し,中学校で用いられることの多い木材とプラスチック材料(アクリル)を用いて模型を作成し実験を行った。その結果,たわみ,共振周波数ともに誤差10%以下と十分な精度を有することが確認できた。【授業案の作成】開発教材を用いた授業案を検討した。ものづくりの設計段階に焦点を当て,ものづくりの設計学習においてシミュレーション技術を援用することの意義や利点,問題や課題についても検討し,授業案に反映させるよう試みた。また,現代社会のものづくりにおいて欠かせない存在となっているシミュレーション技術についても気付き,その役割について理解できるような授業構成となるよう工夫した。【ソフトウェアの精度・機能の向上】研究初年度に開発したソフトウェアの計算精度と機能の向上に取り組み,さらに代表的な木材や金属材料の物性値データベースを利用できる仕組みを構築した。まず,各部材に生じる応力と強度の関係について視覚的理解を深められるよう,従来は座標軸系に対応した応力表示であったのを,主応力表示できるように機能を追加した。また,近年自動車用などの構造材料としても注目されている繊維強化複合材料を対象に理論解と比較することで,静的挙動解析の精度を検証し,異方性材料に対して本ソフトウェアの精度を検証し,有効性を明らかにした。また,機能面では,中学校技術分野の授業に利用されることの多い木材の物性値や,工業高校などでも利用できるよう代表的な金属材料の物性値をデータベースとして構築し,ソフトウェアの新たな機能として追加した。【教員を対象とした教材の評価と改善】教員研修を利用して本教材の評価を行った。その結果,地域の課題である地震に対する防災と日々の生活を結びつけた教材として活用した方が好いこと,また,大きな構造物だけでなく身近な製品設計にもこのような構造設計の考えが活用されていることを学習内容として含むことなどの新たな視点が得られた。そこで,授業案の検討において,防災の視点や実際の製品設計への活用などの内容を含めるとともに,ソフトウェアには地震応答解析機能などを追加することを検討することとした。防災の視点を授業に導入した案を作成することとした。また,シミュレーション技術が技術や社会において果たしている役割についての内容と学習活動の展開について検討し,作成した。中学校技術・家庭科の技術分野を対象とした,設計学習を支援するシミュレーション教材を開発し,現代のものづくりにおいて欠かせない役割を果たしているシミュレーション技術について学習し,技術リテラシーの習得を目標とした授業実践を行いその成果について検証した。まず,ソフトウェアの開発について述べる。中学校の技術科に関する授業数を考慮すると,構造設計に関する学習時間はほとんど確保できないのが実情である。そこで,本研究ではインタラクティブな操作性を有し,ユーザビリティを考慮したユーザーインタフェースとなるよう構築した。中学生を対象に実践した結果,開発したソフトウェアを活用するための操作学習に要する時間は約5分程度であり,1モデルの設計から評価までを数分で完了できることが確認できた。また,精度についても,剛性を定量的に評価できる精度を有することを実験との比較により明らかにした。次に,中学校技術科の授業計画を立案し,実践を行った。特に,シミュレーション技術を導入した事による教育効果とともに,構造設計に関する知識について調査した。その結果,構造と強度の関係に関する基本的知識については習得できていることが確認できた。また,シミュレーション技術を援用して設計学習を行うことで,多くのモデルの設計・評価を行うことができるため,試作レスで設計学習に試行錯誤して取り組めること,またCAEに代表される現代のものづくり技術についても関心を持ち,授業内で対象とした製作物以外にもシミュレーション技術を活用して設計されていることに関心を持つことが分かった。以上のように,本開発教材の活用を通じて,構造と強度について学習できるとともに,現代のものづくり技術を支えているシミュレーション技術の役割についても学習できるといえる。

近年,生産技術や情報技術が発達し,設計段階において様々な現象を製作前にシミュレーションすることが可能となってきた。これに伴い,試作数を低減し,問題解決の質を高めることができるようになった。これらの技術の発達が,人間が行う作業の軽減,能率や生産性の向上,自動化の実現とともに,生活や産業などに変化をもたらす1つの要因である。そこで,中学校技術・家庭科の技術分野の学習内容を鑑み,コンピュータシミュレーションを利用したものづくりの授業を行うことで,情報技術がものづくりの問題解決の質を高め,現代の生活の向上や産業を発展させたことを体験的に学習出来ると考え,教材を開発し,授業実践を通じて評価した。【ソフトウェアの精度・機能の向上】研究初年度に開発したソフトウェアの計算精度と機能の向上に取り組み,さらに代表的な木材や金属材料の物性値データベースを利用できる仕組みを構築した。まず,各部材に生じる応力と強度の関係について視覚的理解を深められるよう,従来は座標軸系に対応した応力表示であったのを,主応力表示できるように機能を追加した。また,近年自動車用などの構造材料としても注目されている繊維強化複合材料を対象に理論解と比較することで,静的挙動解析の精度を検証し,異方性材料に対して本ソフトウェアの精度を検証し,有効性を明らかにした。また,機能面では,中学校技術分野の授業に利用されることの多い木材の物性値や,工業高校などでも利用できるよう代表的な金属材料の物性値をデータベースとして構築し,ソフトウェアの新たな機能として追加した。【教員を対象とした教材の評価と改善】教員研修および中学校での授業実践を通じて開発教材の評価を行った。その結果,強度設計ソフトウェアについては教師の演示用、生徒の実使用に十分な機能を備えていることを確認できた。一方で課題として、地域の課題である地震に対する防災と日々の生活を結びつけた教材として活用した方が好いこと,また,大きな構造物だけでなく身近な製品設計にもこのような構造設計の考えが活用されていることを学習内容として含むことなどの新たな視点が得られた。そこで,授業案の検討において,防災の視点や実際の製品設計への活用などの内容を含めるとともに,ソフトウェアには地震応答解析機能などを追加することを検討することとした。技術教育地域の課題である地震に対する防災と日々の生活を結びつけた教材として活用した方が好いこと,また,大きな構造物だけでなく身近な製品設計にもこのような構造設計の考えが活用されていることを学習内容として含むことなどの新たな視点が得られた。そこで,授業案の検討において,防災の視点や実際の製品設計への活用などの内容を含めるとともに,ソフトウェアには地震応答解析機能などを追加することを検討する。
バクテリアの推進機構に関するマイクロ理工学的研究

微小世界の生物、バクテリアの運動を観測することにより、その世界の物理的特徴を明らかにすることを目指し、実験的、理論的研究を進めた。理論的研究として、バクテリアが遊泳する環境の粘度を高分子添加により上げたときに遊泳速度が上昇する現象を説明するために、流体力異方性仮説に基づくモデルを構築した。このモデルは、べん毛に働く流体力の、法線方向成分と接線方向成分の比率が、高分子濃度に依存するという仮説に基づくもので、高分子添加に伴う単毛性細菌の遊泳速度上昇を説明できた。当初は、この流体力異方性仮説の正否を確かめるため、高分子を添加したときのべん毛回転数と遊泳速度を測定し、べん毛の推進効率(指標として、"遊泳速度とべん毛回転数の比"に着目)が、高分子にどのように影響されるかを調べる予定であった。しかし、高分子添加に伴うビブリオ菌の生理活性変化の影響を取り除くことができず、期間内に良好なデータを得ることはできなかった。その一方で、レーザー暗視野顕微鐘を用いて、回転中のべん毛形状が変化しているかどうかを調べることができるようになった。べん毛の直径が2030nmしかないことに加え、その回転が非常に速いため(実験対象としたビブリオ菌の極毛の場合、室温で毎秒700回転程度)、従来の方法ではべん毛形状を記録するのは困難であった。本研究では、レーザー暗視野照明と、CCDカメラの電子シャッターを併用することにより、この困難を克服することができた。測定する形状パラメータとしては、べん毛らせんピッチだけでなく、らせん半径を測定する方法を確立することができた。その結果、ビブリオ菌のべん毛は、高速で回転中も、数%程度の変形しかしていないことが明らかになった。遊泳中のべん毛変形による推進効率変化は数%以下と見積もられ、べん毛が安定なスクリューとして機能していることが確かめられた。バクテリアの推進に関して観測される、従来の理論では説明できない現象(バクテリアが遊泳する環境の粘度を高分子添加により上げたときに、遊泳速度が上昇する)を解明することを目指し、実験的・理論的研究を開始した。実験的研究として、単毛性のビブリオ菌を対象に、回転中のべん毛が変形しているかどうかを調べた。レーザー暗視野顕微鏡を用い、べん毛らせんピッチが、遊泳速度やべん毛回転数に依存して変化する様子を観測できた。観測されたピッチの変化率は、最大で5%程度であった。理論的研究としては、マイクロ世界に特有な上記現象を記述するための流体力学的モデルを構築した。特に、従来理論では等方的なものとして扱われてきた流体力が、マイクロ世界では異方性をもつという仮定(流体力異方性仮説)を取り入れた。べん毛に働く流体力の、法線方向成分と接線方向成分の比率が、高分子濃度に依存するとして構築したモデルにより、高分子添加に伴う遊泳速度上昇を説明できることが分かった。今後は、流体力異方性仮説の正否を確かめるため、形態の異なる高分子を添加したときの、べん毛回転数と遊泳速度を測定し、べん毛の推進効率(指標として、"遊泳速度/べん毛回転数"に着目)が、高分子にどのように影響されるかを調べる。添加する高分子としては、線状のPVP(ポリビニルピロリドン)、メチルセルロース、ならびに球状のフィコールを使用する。あわせて、バクテリア遊泳速度に対するべん毛変形の影響についても評価する。

微小世界の生物、バクテリアの運動を観測することにより、その世界の物理的特徴を明らかにすることを目指し、実験的、理論的研究を進めた。実験的研究としては、レーザー暗視野顕微鏡を用いて、回転中のべん毛形状が変化しているかどうかを調べた。べん毛の直径が2030nmしかないことに加え、その回転が非常に速いため(実験対象としたビブリオ菌の極毛の場合、室温で毎秒700回転程度)、従来の方法ではべん毛形状を記録するのは困難であった。本研究では、レーザー暗視野照明と、CCDカメラの電子シャッターを併用することにより、この困難を克服することができた。特に今年度は、べん毛らせんピッチだけでなく、らせん半径を測定する方法を確立することができた。その結果、ビブリオ菌のべん毛は、高速で回転中も、数%程度の変形しかしていないことが明らかになった。遊泳中のべん毛変形による推進効率変化は数%以下と見積もられ、べん毛が安定なスクリューとして機能していることが確かめられた。理論的研究としては、バクテリアが遊泳する環境の粘度を高分子添加により上げたときに遊泳速度が上昇する現象を説明するために、流体力異方性仮説に基づくモデルを構築した。このモデルは、べん毛に働く流体力の、法線方向成分と接線方向成分の比率が、高分子濃度に依存するという仮説に基づくもので、高分子添加に伴う単毛性細菌の遊泳速度上昇を説明できた。さらに今年度は、菌体自身がらせん型をしたスピロヘータやらせん菌に対してモデルを拡張し、高粘度領域まで遊泳速度が上昇し続けるという現象の説明を試みた。
豊かな国際協調性と企画力を持った技術者を育成するためのICT活用に関する研究

本研究は,技術者として必要な資質な,高度なICT技術力や,豊かな国際感覚と国際協調力,プロジェクトの企画・評価力を育成するために,いくつかの実践を通して学習活動を行った。(1)もの作りをテーマにした外国の機関との共同学習の企画(プロジェクト)の立案ロボットをテーマにした共同学習のための企画立案を行った。小学生から大学生レベルまで様々な学年に応じた学習ができるように教材設定を行った。(2)プロジェクトに基づいた共同学習のための教材作成日本と外国の教育機関で共通で利用できるように,C言語を使った学習システムを開発した。(1)の方針に基づいて学生にPICを搭載したロボットを開発させた。(3)語学力やコミュニケーション能力を育成する検討テレビ会議システムや電子メールを活用して学習者のコミュニティ作りを行い,双方向コミュニケーションシステムを構築した。英国の教育機関との定期的な交流を行い,学習者の意識がどのように変化するかを調査した。(4)ICTによる共同学習で育成できる力とカリキュラム上の位置づけに関する検討実践を通して得られた学習者のアンケート結果をもとにして,学習課題に関する認識やICTの重要性,プレゼンテーションの必要性の意識が有意に高まることが分かった。(5)実験を取り入れた情報分析能力を高めるための実践プログラミング知識がなくとも,ロボットカー制御を行うことができるシステムを開発した。外国の学生にも参加させて,プログラムの相互評価や制御方法に関する共同学習を実施した。本研究は,技術者として必要な資質な,高度なICT技術力や,豊かな国際感覚と国際協調力,プロジェクトの企画・評価力を育成するために,いくつかの実践を通して学習活動を行わせた。もの作りをテーマとして外国の教育機関との共同活動のプロジェクトの企画から,実施,評価に至るまでをICTを活用する。さらにネットワークを使って遠隔からの制御ができるような学習環境について検討を行い,可能であることを確認した。また,英国の共同学習をする対象校と協議をして学習プランを作成した。また,学習者がコンピュータからデータ入力をして,簡単にロボットをコントロールできるように配慮するよう指導した。さらに,このようなコントロールを通して,ロボットに関して総合的に学習できるように,e-Learning教材の開発に着手した。(3)語学力やコミュニケーション能力を育成する観点から,テレビ会議システムや電子メールを活用して学習者のコミュニティ作りを行い,双方向コミュニケーションシステムを構築した。テレビ会議を活用して,共同で課題解決を行うための学習コミュニティのあり方について検討した。さらに,複数の教育機関をテレビ会議システムや電子メールで使ってリンクして,学習コミュニティを確立するために必要な環境について検討をした。本研究は,技術者として必要な資質な,高度なICT技術力や,豊かな国際感覚と国際協調九プロジェクトの企画・評価力を育成するために,いくつかの実践を通して学習活動を行わせた。1.ICTによる共同学習で育成できる力とカリキュラム上の位置づけについて検討した。実践を通して得られた学習者のアンケート結果をもとにして,共同学習を進める時にどのような能力を育成することができるかという点について検討をした。その結果,学習課題に関する認識やICTの重要性,プレゼンテーションの必要性の意識が有意に高まることが分かった。共同実践研究を行っている英国北アイルランドの教師,研究者と議論を深め,共同で行うことのできる学習内容について議論を行った。特にロボットを使いながら数学的な考察を深め,実験結果について考察する学習は大変有効であることがわかった。そこで,これらの教材開発について共同で検討して,双方で使用できる学習内容を提案することができた。

2.実験を取り入れた情報分析能力を高めるための実践を行った.実験を取り入れた学習活動を行った。プログラミング知識がなくとも,ロボットカー制御を行うことができるシステムを開発した。外国の学生にも参加させて,プログラムの相互評価や制御方法に関する共同学習を実施した。事前に日本の学生と外国の学生がそれぞれ学習を進め,考察結果の共有を行った。さらに,外国の学生と高専の学生が実際にロボットカーの走行実験を行い,成果を再修正,再構築する方法を採用した。3.技術者として必要な企画・評価能力との関連性についてまとめた。高専と外国の学生がいくつかのテーマについて,ICTを利用した学生間交流を行った。学生のコミュニケーション能力はどの程度育成することが可能か,また,企画能力や評価能力をどの程度高めることが可能かを分析した。
非侵襲的脳刺激法を用いた視覚障害患者の脳視覚野可塑性研究

網膜、視神経変性疾患患者の脳視覚視路の可塑性について、MRI、非侵襲的脳刺激法(TMS)を用いた研究である。中心視野障害をきたす変性疾患患者のMRIデータは取得できたものの、脳刺激に対する患者の抵抗は強く正常人のみのパイロット研究にとどまった。しかし、正常者でも脳刺激による閃光覚の再現性に個体差があり、ナビゲーションを用いて第1次視覚野にTMSの刺激を行うことは可能であったが、閃光覚を評価することが困難であった。そのため変性疾患患者の対象を比較的有病率の高く、中心視野障害をきたす加齢黄斑変性疾患の患者に広げ、視覚障害者の脳視覚神経路の構造学的変化を調べるためdiffusionMRIの撮像を行った。それらMRIデータを解析したところ、正常人と比較した加齢黄斑変性患者の視索、視路でのFractional anisotropyは有意に低下していることがわかった。この結果は既報の他の変性疾患でも同様の所見であったが、さらに視野偏心度毎に解析を行ったところ、中心視野障害を有する加齢黄斑変性患者の中心視野の視放線のFractional anisotropyは有意に低下していた。視力とFractional anisotropy値が相関している視放線上の解剖学的場所も捉えることができた。これらの結果は昨今のiPS細胞を用いた視覚再建治療の際に網膜再建のみでの加療でなく、脳内の視路の再建も考慮する必要があることも考えられた。これらをまとめた英語論文を2018年6月にBrain Stracture and Functionに掲載することができた。視覚再建は網膜機能機能回復を目標としている。視覚入力の途絶が大脳視覚野の変性または異常な可塑性を誘導してしまった場合、網膜機能回復のみで視覚を再建することは困難である。ヒト成人における視覚神経回路が変性するのか、再構築されるのか、または発症以前の構築を保存しているのかは、視覚再建治療の有効性の根幹に関わる重要な問題である。本研究では視覚入力が途絶した視覚野を非侵襲的に刺激して患者の視覚体験を計測することで、機能面から視覚神経回路の特性を評価し、今後の視覚再建治療の有効性予測に関して貢献する。本年度は経頭蓋磁気刺激法(TMS)を患者ならびに正常群に施行する前のパイロット研究を行った。TMS刺激をより正確に被験者の視覚野に到達させるため、ナビゲーションシステムを導入した。ナビゲーションシステムは被験者、リファレンス、カメラ、TMS刺激装置等の位置関係が極めて重要であった。その環境設定を整えることがおおよそでき、再現性も確認できた。また、視覚体験の評価方法も検討し、今後は正常群でのTMS刺激を行っていく予定である。TMS刺激をスムーズかつ安全に対象者に行えるようナビゲーション等の環境設定を行っていた。再現性の確認や刺激の至適強度を決定するための調整に時間を要した。また、刺激装置はより安全に行うため、他科の協力を得て行っている。そのため時間的制約もその一つの要因となった。難治性眼疾患により視覚入力を途絶した視覚神経回路が変性するのか、再構築されるのか(可塑性)、それとも発症以前の構築を保存しているのか(安定性)は、iPS細胞を用いたような将来の視覚再建治療のために重要な問題である。その理由は、視覚神経回路の構築状態により治療の有効性が全く異なることが予想されるためである。眼疾患罹患後の視覚神経回路の安定性・可塑性・変性に関しては、現在も議論されているところであり、視覚再建治療施行前に明確にすべき問題であると考えられる。本研究の目的は、中心暗点を有する難治性眼疾患患者の脳視覚野を非侵襲的に刺激することで、視覚神経回路の機能面での性質を評価する。今年度では中心暗点を有する被験者の病変投射領域への経頭蓋磁気刺激法による刺激によるデータ収集予定であった。患者対象の刺激前の正常者でのパイロット研究では多くの課題が実際には存在していた。MRIナビゲーションシステム導入し、刺激部位の正確性の向上を図ったが、被験者とリファレンスのアタッチメントが既存のものでは、後頭部の刺激には邪魔になり独自にアタッチメントを開発する必要があった。刺激する部屋には空間的な制約があり、刺激装置やMRIナビゲーション設置に工夫が必要であった。刺激方法の設定にも多くのパラメーターがあり、確実かつ安全な刺激設定にも苦渋した。また被験者の刺激に対する抵抗感が強く、同意が得られていないが現状である。患者研究が困難なため、両眼中心視野障害をきたす疾患の対象を拡大する必要があった。変性疾患は稀な疾患で絶対数が少ない。加齢黄斑変性疾患は後天性であるが両側の中心視野障害をきたす比較的発症頻度の高い難治性疾患である。同時に他の研究で加齢黄斑変性患者のMRI撮像し、視放線の組織特異性変化をdMRI画像解析にて認めたことを第5回視野学会で発表し、現在英語論文提出中である。正常被験者での刺激をスムーズの行える設定についての検討が、他科との共同研究のため時間的、空間的な制約があった。さらには刺激に対する恐怖感による患者ならびに健常者の募集が難航している。中心視野障害をきたす変性疾患患者のMRIデータは取得できたものの、脳刺激に対する患者の抵抗は強く正常人のみのパイロット研究にとどまっているのが現状である。

脳刺激による閃光覚の再現性に個体差があり、評価が困難であった。そのため本年度は変性疾患患者の対象を比較的有病率の高い網膜変性である加齢黄斑変性疾患の患者に広げ、視覚障害者の脳視覚神経路の構造学的変化を調べるためdiffusionMRIの撮像を行った。それらMRIデータを解析したところ、正常人と比較した加齢黄斑変性患者の視索、視路でのFractional anisotropyは有意に低下していることがわかった。この結果は既報の他の変性疾患でも同様の所見であったが、さらに視野偏心度毎に解析を行ったところ、中心視野障害を有する加齢黄斑変性患者の中心視野の視放線は有意に低下していた。視力とFractional anisotropy値が相関している解剖学的場所も捉えることができた。これらをまとめた英語論文を現在提出中である。変性疾患の対象を広げることでdiffusion MRIで判明した視覚障害者の脳視覚視路の構造的変化が実際に機能的変化をきたすかはTMS刺激による研究が重要となってくるため、患者対象研究を進めていきたいと考えている。正常者でも脳刺激による閃光覚の再現性に個人差があり、その評価に苦渋している。患者の脳刺激に対する抵抗は強く患者対象研究が進行していないため。網膜、視神経変性疾患患者の脳視覚視路の可塑性について、MRI、非侵襲的脳刺激法(TMS)を用いた研究である。中心視野障害をきたす変性疾患患者のMRIデータは取得できたものの、脳刺激に対する患者の抵抗は強く正常人のみのパイロット研究にとどまった。しかし、正常者でも脳刺激による閃光覚の再現性に個体差があり、ナビゲーションを用いて第1次視覚野にTMSの刺激を行うことは可能であったが、閃光覚を評価することが困難であった。そのため変性疾患患者の対象を比較的有病率の高く、中心視野障害をきたす加齢黄斑変性疾患の患者に広げ、視覚障害者の脳視覚神経路の構造学的変化を調べるためdiffusionMRIの撮像を行った。この結果は既報の他の変性疾患でも同様の所見であったが、さらに視野偏心度毎に解析を行ったところ、中心視野障害を有する加齢黄斑変性患者の中心視野の視放線のFractional anisotropyは有意に低下していた。視力とFractional anisotropy値が相関している視放線上の解剖学的場所も捉えることができた。これらの結果は昨今のiPS細胞を用いた視覚再建治療の際に網膜再建のみでの加療でなく、脳内の視路の再建も考慮する必要があることも考えられた。これらをまとめた英語論文を2018年6月にBrain Stracture and Functionに掲載することができた。公募を募り、まずは正常群でのTMS刺激を開始し、データ収集を行う。その後患者での刺激も開始し、比較結果を学会や英語論文によって発表する予定である。中心視野障害をきたす対象疾患を拡大し、公募を続け正常者との比較結果を検討できる症例数を増やしていく予定である。その結果を国際学会ならびに英語論文にて発表予定である。
導波型ドメイン反転構造電気光学変調器による極限広帯域光サイドバンド生成とその応用

本研究の目的は新しいドメイン反転構造電気光学変調器を開発し、超広帯域の光サイドバンド生成を追求するとともに、導波型構造の採用により、従来のものとは格段に優れた性能の周波数コム発生器、波長多重光源、コンパクトフェムト秒光パルス生成器を実現することにある。導波型の採用により変調効率の大幅な向上、駆動電力の低減、デバイスの小型化を図るとともに、分極反転の空間形状変化でマルチパス並列変調器構成が可能で、従来にない全く新しい超高速光制御デバイスを考案することも研究課題になっている。そこで、まずパルス制御型の高精度分極反転技術の確立を目指した。従来の直流電圧印加型とは異なり、反転用印加電圧パルス波形、電荷量を制御することにより、より正確な反転形状を達成する見通しを得ている。今後は定比の良質結晶の採用との相乗効果でさらに、良好な分極反転を達成できる見通しである。これは、マルチ導波路や空間分布型変調器のように幅広の変調デバイスには特に重要となる。超広帯域のサイドバンド生成と周波数コム発生器、波長多重光源への応用に関しては、導波型構成に加えて変調電極を工夫し、電気的にも共振構成として一層の変調高効率化を得ている。これにより、高変調指数をCW変調動作で得ることが可能となり、より安定な広帯域CWサイドバンドが生成可能になった。さらに、また、通常の位相変調で得られるサイドバンドがベッセル関数状で平坦性に難点があったが、斜め周期分極反転を変形した変調器構成を新たに考案し、平坦性が格段に良いサイドバンド生成を可能とした。また、非周期分極反転により単一結晶の進行波電気光学変調器に比べ、-1dB変調帯域が6倍ほど広帯域となる超広帯域変調器の構成にも成功している。この他、超広帯域サイドバンド生成用位相変調器と群遅延分散回路を1枚のチップ状に集積しこれだけでCW光をピコ秒に直接変換する集積デバイスについては、現在のところは予備実験段階であるが、あと、群遅延の最適化を図れば、当初の目的が達成できる見通しである。本研究では、新しい導波型のドメイン反転構造電気光学変調器を用いて、10THzオーダの極限的な広帯域光サイドバンド生成を追究するとともに、超広帯域光サイドバンドを応用することで、従来のものに比べて格段に性能の優れた光周波数コム発生器、波長多重光源、コンパクトフェムト秒光パルス生成器を実現することを目指して研究を進めた。1.高精度のドメイン反転構造作製技術の追究ドメイン反転構造を作製する際の前処理・後処理、および反転プロセスにおいてパルス電圧印加と微小反転電流のモニタを行なうことにより、ドメイン反転による電気光学結晶のダメージの低減を図った。2.導波型ドメイン反転構造位相変調器の設計と試作導波型光変調器の変調電極の曲がり部分における変調マイクロ波信号の損失を抑えた新しいタイプの電気光学位相変調器の設計・試作を行なった。さらに、電極の厚さを従来デバイスの約2倍とすることで、変調電極での導体損失の低減を図った。これらにより、高効率変調動作、高変調指数変調動作のための見通しを得ることができた。3.動作実験試作したデバイスの変調周波数特性を測定したところ、設計周波数付近で高い変調作用を示す帯域動作変調特性を得た。この結果より、試作デバイスはドメイン反転構造を利用した擬似速度整合導波型電気光学変調器として動作することを確認した。さらに、高い変調作用が得られた変調周波数において大振幅信号を投入して、広帯域サイドバンド生成を試みた。

給電系の問題などで超広帯域光サイドバンドを得るにはまだ至っていないものの、従来デバイスに比べて格段に高効率な光サイドバンド生成を行なわせることに成功した。本研究の目的は新しいドメイン反転構造電気光学変調器を開発し、超広帯域の光サイドバンド生成を追求するとともに、導波型構造の採用により、従来のものとは格段に優れた性能の周波数コム発生器、波長多重光源、コンパクトフェムト秒光パルス生成器を実現することにある。導波型の採用により変調効率の大幅な向上、駆動電力の低減、デバイスの小型化を図るとともに、分極反転の空間形状変化でマルチパス並列変調器構成か可能で、従来にない全く新しい超高速光制御デバイスを考案することも研究課題になっている。そこで、まずパルス制御型の高精度分極反転技術の確立を目指した。従来の直流電圧印加型とは異なり、反転用印加電圧パルス波形、電荷量を制御することにより、より正確な反転形状を達成する見通しを得ている。今後は定比の良質結晶の採用との相乗効果でさらに、良好な分極反転を達成できる見通しである。これは、マルチ導波路や空間分布型変調器のように幅広の変調デバイスには特に重要となる。超広帯域のサイドバンド生成と周波数コム発生器、波長多重光源への応用に関しては、導波型構成に加えて変調電極を工夫し、電気的にも共振構成として一層の変調高効率化を得ている。これにより、高変調指数をCW変調動作で得ることが司能となり、より安定な広帯域CWサイドバンドか生成可能になった。さらに、また、通常の位相変調で得られるサイドバンドがベッセル関数状で平坦性に難点があったが、斜め周期分極反転を変形した変調器構成を新たに考案し、平坦性か格段に良いサイドバンド生成を司能とした。また、非周期分極反転により単一結晶の進行波電気光学変調器に比べ、-1dB変調帯域が6倍ほど広帯域となる超広帯域変調器の構成にも成功している。この他、超広帯域サイドバンド生成用位相変調器と群遅延分散回路を1枚のチップ状に集積しこれだけでCW光をピコ秒に直接変換する集積デバイスについては、現在のところは予備実験段階であるが、あと、群遅延の最適化を図れば、当初の目的が達成できる見通しである。
行列模型および超膜理論による、超弦理論の非摂動ダイナミクスの解析

素粒子の統一理論として提案されている超弦理論に関する研究を行った。超弦理論は重力の量子化のこれまで最も有力な試みであるため、ブラックホールや宇宙初期などの強い重力が関与した物理現象に重要な示唆を与えると考えられている。しかし、超弦理論は、弱結合における摂動論によってしか定式化されておらず、強結合領域における非摂動ダイナミクスの解明が重要な課題となっている。近年、超弦理論は見かけ上重力を含まない理論と等価であるということが明らかになり始めた。特に、5次元反ドジッター時空上の超弦理論と共形不変な4次元超対称ヤン・ミルズ理論との等価性(AdS/CFT対応)に関しては、様々な証拠が得られている。私は、このAdS/CFT対応に関して以下の二つの側面からの研究を行った。また、AdS/CFT対応を応用して、宇宙論を、重力を含まない理論によって記述することを目指した研究を行った。超弦理論によると、我々の宇宙は、不安定な時空の崩壊によって出来た開いた宇宙であることが予想されているが、そのような時空における重力場の相関関数が、重力を含まない共形不変な場の理論の相関関数として解釈できることを示した。(L.Susskind教授(スタンフォード大学)、B.Freivogel氏(UCバークレー)、C.Yeh氏(スタンフォード大学)との共著論文` A Holographic description of Multiverse'を準備中。)重力を含む4つの力の統一理論の候補としての超弦理論の研究を行った。超弦理論は、現在のところ、相互作用が弱い場合の摂動論による定式化しか確立していないが、その非摂動的定式化は、宇宙の起源等に関して重要な示唆を与えると考えられ、重要な課題となっている。私は、超弦理論の基本的自由度を明らかにし、摂動論を超えた理解を得ることを目標に、超弦理論と、重力を含まないゲージ理論が、ある極限で等価であるという仮説(ホログラフィー原理)に関する研究を行った。AdS時空上の超弦理論と共形不変な4次元超対称Yang-Mills理論との等価性(AdS/CFT対応)に関しては、近年盛んに研究され、さまざまな証拠が得られている。私は、そのような対応はより一般の場合に成り立つと考え、Dブレーン解背景上の超弦理論と、共形不変性を持たない超対称Yang-Mills理論の等価性について調べた。この弦理論は、準古典極限において、時間に依存した質量を持つ理論になるが、私は、その量子化の方法を開発し、共形不変性を持たない場合のホログラフィー原理を定式化した。(Physical ReviewおよびNuclear Physicsに発表。)自然界の4つの力の統一理論として提案されている超弦理論に関する研究を行った。超弦理論は重力の量子化の有力な試みであり、ブラックホールや宇宙初期などの強い重力が関与した物理現象に重要な示唆を与えると考えられている。しかし、超弦理論は、弱結合における摂動論によってしか定式化されておらず、強結合領域における非摂動ダイナミクスの解明が古くからの重要な課題だった。特に、5次元反ドジッター時空上の超弦理論と共形不変な4次元超対称ヤン・ミルズ理論との等価性(AdS/CFT対応)に関しては、盛んに研究され様々な証拠が得られている。私は、このAdS/CFT対応に関して様々な側面から研究を行った。京都大学理学部の浅野雅子氏と共同で、一般の次元の理論へのAdS/CFT対応の拡張に関して詳しく調べ、Nuclear Physicsに発表した。この論文では、共形不変性の無い場合に、超弦理論とヤン・ミルズ理論の間にどのような定量的関係があるかを明らかにした。平成16年9月より平成17年3月まで、米国スタンフォード大学に滞在し、同大学の研究者と共同研究を行った。S.Shenker教授と共同で、結合定数が小さいヤン・ミルズ理論に対応する超弦理論の性質を調べた。この研究は、AdS/CFT対応の証明を与えることを目標にしている。また、L.Susskind教授と共同で、宇宙創成を記述する理論的枠組を与えることを目指して、膨張する宇宙(ドジッター時空)を、重力を含まない理論によって記述する試みを行った。

(L.Susskind教授(スタンフォード大学)、B.Freivogel氏(UCバークレー)、C.Yeh氏(スタンフォード大学)との共著論文` A Holographic description of Multiverse'を準備中。)