hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
初等教育課程における住環境教育の形成過程と在り方に関する基礎的研究

小学校の教科教育における学習内容のほか、建築教育の一環で行われる環境学習等を対象として1990年代以降を中心に文献・ヒアリング調査等からデータ収集と分析を行い、持続可能な建築や都市の構築に資する住環境教育の初等教育課程における現在の位置づけおよび持続的な在り方に向けた課題を整理した。また、循環可能な資源とされる木と住まいを扱う住環境学習を事例に適応上の課題を抽出した。持続可能な建築や都市の構築に資するような「住環境学習」に対して、初等教育課程における新たな位置づけを検討することを目指し、地球環境問題が一般に顕在化した1990年代以降を中心に、教科教育における学習内容のほか、エネルギー環境教育や建築教育の一環で行われる環境学習等を対象として文献調査・ヒアリング調査を中心にデータ収集と分析を行った。また、本年度は循環可能な資源とされる木を扱う住環境学習を事例として、有識者へのヒアリング調査等を行うとともにESDとの関連性についても検討した。我が国では自然環境に加え、地球温暖化、省エネルギーに関する学習が主に環境学習として行われ、特に省エネルギーに繋がる住まい方や住まい等をテーマとする「住環境学習」については2002年から導入された総合的な学習の時間の中で推進事業やモデル事業の一環として実施されてきた傾向がある。このため現状では一過性の傾向は否めず、教科教育で扱うような持続可能な学習には位置づけられていないことが分かった。また、元来「住」に関する学習内容は家庭科に位置づけられるが、その時間数が極めて少ないことに加え、先述の通り総合学習として環境問題の観点から住まいや都市が扱われたため、家庭科における「住環境学習」の学習根拠が不明確にされてきた状況が窺えた。一方、木をテーマとした場合、新学習指導要領への改訂前から「森林保全」「林業」等の学習要素が国語・理科・社会に盛り込まれているが、循環する資源として木や木造の建物を捉える観点は家庭科の「住」分野にもみられず、初等教育課程で扱う難しさが窺えた。改訂後の家庭科の教科書において「住環境学習」の扱いが顕著となったものも認められたが、多様な「住環境学習」を持続的に扱うためには総合学習における位置づけの他、家庭科の「住」分野と他教科との連携が容易に可能となる事例の提示や仕組みづくりも課題といえる。地球環境問題が顕在化した1990年代を視野に入れつつ、住環境教育(建築教育、環境教育、住教育)の国内先行事例調査および文献調査から、その形成過程に関わる資料収集を行った。特に炭素固定の概念も含めた木質資源の教科教育での扱われ方にも注目して調査を進めた。また、文献調査の補完調査として、教育や教育施設政策分野の専門家との意見交換を行い、住環境教育の国内動向を把握することで今後の課題を整理した。採択年度に新たな職務につき予想以上に本務のエフォートが増したこと、及び、震災対応の課題が緊急に生じたことで当研究課題に対するエフォートが当初の予定より下がったため。今年度開催される国際会議に合わせ、住環境教育に関する国内事例調査結果の取りまとめを行うとともに、海外事例調査も実施する。海外事例については、住環境教育形成の背景と現在の定着状況・課題をアンケート調査により把握する。・国際会議参加・事例収集(IFHE2012参加費、メルボルン、4泊6日渡航費):40万円・国内会議参加・事例収集(日本建築学会参加費、名古屋、3泊4日渡航費):7万円・海外事例調査費(文献複写費、調査シート翻訳費、知識提供謝金2人):10万円・研究補助:8万円・研究成果投稿費:2万円
認知科学に基づくネットコモンズを活用した相補教授型アクティブ日本画学習法の開発

1研究目的近年、日本画教育におけるデジタル教材の有用性について検討してきたが、実際の高校における授業の場において受講者が使用するタブレットPCの数の確保・操作性の問題など様々な課題を抱えてきた。しかし、現任校においても生徒のスマートフォン普及率は、ほぼ100%に近い実態がある。そこで、個人所有のスマートフォンに着目し、それらを活用した学習法の開発ができないかと考えた。本研究では、主に個人所有のスマートフォンを活用しながら「個」の学習進度に応じた日本画学習における「学習ピース」を指定されたHP上から取り出し、鑑賞や表現方法の内容や手法を相補教授的に学び、自己表現活動へとつながる一連の教育教材を開発・実践することを目的とする。2研究の方法本研究を実施する場所は勤務校(専門学科:美術科)の日本画専攻授業とし、特に「鑑賞と表現の連動性」について留意し、受講者の鑑賞活動と表現活動が行き来できるように授業過程を工夫しながら、ネットコモンズを活用したHP上の演示資料画像・調査課題等を随時読み込むことによって学習する一次的活動としての「個」と、表現活動を行う上で絶対的に生じる教師間や生徒間との言語・体感活動を通した二次的活動としての「相補」を複層的に捉え、学習者の長期記憶への強化を図っていく。3研究の成果通常の授業者が準備する演示資料やPP資料の他、受講者の個人所有のスマートフォンを活用してデジタル教材に触れさせ、試行授業を試みたが、画面の大きさや接続環境・容量・即時性などの他、使用頻度・時期ついても検討する必要性を感じた。しかしながら、まず自ら行動をおこそうとする能動的な姿勢は、得られた学習ソースをまずは吸収しようとする「知と感」が働き、自らの学習進度の習得状況に応じてそれらを他者に伝える・教えることにつながる多くの相補的な「情意」が発動されることもわかった。今後も継続的に本研究の教育教材の開発・改訂を進め、自己形成時期に必要とされる「自己理解・他者理解」を含んだ互恵的な日本画学習の在り方について更なる研究・実施及び検証を進めたい。
疎林はどのように疎林か。また何故。－乾燥地植林のための個木インベントリ－

西オーストラリア疎林の個木分布状況を解析するとともに、分布の幾何学形状の統計的解析手法について検討した。前者については、画像解析による個木の位置情報取得について、ほぼ目処が立つところまできた。後者については、一般極値分布(generalized extreme value extribution, GEV)の指数(extreme value index, EVI)を求めるための手法を提案した。新手法はこれまでの手法と計算コストは変わらないが誤差は小さく、最尤法のより良い近似となる。本研究は,乾燥地植林に関連して,疎林のキャラクタリゼーションを行い,植林好適地の発見につなげようとするものである.このため, [1]個木位置をデータベース化し, [2]数学,統計学的にその点分布を指標化し, [3]疎林が疎林となった要因を解析する.さらに, [4]作業を自動化して大規模な解析を行う.期間内に研究手法および大規模化のフィージビリティを明らかにする,ことを目標とする.2016年度の成果は, [1]については,画像処理として, Deep Learningなどの手法をいろいろと試している段階である.また,画像解析用に専用コンピューターを導入し,計算の高速化を図っている.[2]については,統計的手法が重要である.その中でも, Extreme value theoryやノンパラメトリック手法などの現代的な統計手法を用いる計画だが, 2016年度は, Extreme Value Index (EVI)のパラメーター推算法としてのMaximum Product of Spacings法の改良法を考案した. EVI推算には,パラメーターの領域によっては最尤法が使えず,標準的な方法が確立されていないが,今回考案した方法は広いパラメーター領域で従来法にくらべてバイアス,バリアンスが小さく,標準的手法の候補として期待できると考える.また,この方法のプログラムをPythonパッケージとしてまとめた.この結果は国際誌に投稿中である.また,個木データ位置の解析については,東京大学環境数理スタディグループを通じて,数学者と手法の議論を行うなど,数学的観点からの検討をすすめている.[3], [4]についてはまだ手付かずである.2016年度は,研究の一環としての統計的解析手法について,新たなパラメーター推算法を考案したが,この手法を使えるようにするまでに時間がかかってしまった(ほぼ7ヶ月をこの問題にあてた).しかし,この手法を含め,データ解析に関するノウハウはかなり蓄積してきた.GEVのパラメーター推定においては、パラメーターの値によっては最尤法が使えないなど、定番の手法がない。諸手法の中ではmaximum product of spacings (MPS)法がほとんどの場合に収束し誤差も比較的小さいため、我々も種々の統計パラメーター推定をMPS法で行ってきた。MPSは、順序統計にもとづく経験分布関数のスペーシングの積を最小にするものであり、最尤法の密度関数の代わりに分布関数を使うものと解釈できる。我々は、このスペーシングの積について、両端の2つのスペーシングをその平方根で置き換えることにより、誤差(バイアス)を大幅に減らすことができることに気がついた。MPS法では(サンプル数+1)個のスペーシングの積を取るが、我々の手法では、実質上サンプル数に等しい数のスペーシングの積をとることになる。このことにより、理論的にも最尤法と親和性が高くなり、推算値の分布への中心極限定理の適用も、より自然である。結果、MPS法よりも最尤法のより良い近似となる。新方法は、様々なメリットにもかかわらず、推算に要する計算コストはMPSと変わらない。この手法については論文一報を投稿中であり、新たにもう一報準備中である。課題全体としては、予定より遅れることになったが、新たな統計的手法を得たことは大きな成果である。個木データについては,狭い範囲ではなんとかデータ化ができそうなところまできているので,データベース整理と解析を平行して進め,今年度内のフィージビリティ判定を目指す.計画の大幅な変更はない.化学工学約7,000円の残高で,特に急いで購入する物品もなかったので,そのまま残しておいた.小額なので,特に計画に変更なし.
骨髄造血の恒常性維持を担うニッチの動態と機能の解析

造血の恒常性は骨髄に存在するニッチと呼ばれる特殊な微小環境によって高度に制御されており,申請者らのこれまでの研究により,ケモカインCXCL12を高発現する細網細胞(CAR細胞)が,造血幹細胞・前駆細胞の維持に必須のニッチを構成する特別な間葉系前駆細胞であること,およびその形成と維持に転写因子Foxc1が必須であることが明らかになった.そこで次にCAR細胞に特異的に高発現するFoxc1以外の転写因子を探索しEbf3を同定した.まずはEbf3-CreERT2マウスを作製し,このマウスが骨髄ではCAR細胞特異的にCreを発現することを確認したので細胞系譜解析を行った結果,CAR細胞が自己複製し,骨髄の大部分の骨芽細胞と脂肪細胞を生み出す間葉系幹細胞であることを証明した.次にCAR細胞におけるEbf3の機能を解析するため,Ebf3および近縁な遺伝子であるEbf1について,コンディショナルノックアウトマウスを作製し解析を行った.その結果,転写因子Ebf1/3はCAR細胞の骨芽細胞への分化を抑制すること,骨髄腔の維持と造血幹細胞ニッチの形成・維持に必須であることが明らかになった.続いてCAR細胞に必須の転写因子Foxc1およびEbf1/3によって制御される遺伝子や,Foxc1およびEbf1/3の発現を誘導する遺伝子のスクリーニングを培養細胞等を用いた機能解析や移植実験等によって行っている.またCAR細胞がどのようにして発生してくるのかを明らかにするために,Osx-GFPマウス胎児骨組織をソーティングにより分画化後,次世代シークエンス等により解析し,CAR細胞発生に必須のシグナルの探索を行っている。得られた候補遺伝子のいくつかについてはコンディショナルノックアウトマウスの作製を行っており,CAR細胞における機能解析を進行している.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。造血の恒常性はニッチと呼ばれる特殊な微小環境によって高度に維持されていると考えられ,申請者らはこれまでに,骨髄に存在するケモカインCXCL12を高発現する細網細胞(CAR細胞)が,造血幹細胞・前駆細胞の維持に必須のニッチを構成する特別な間葉系前駆細胞であること,およびその形成と維持に転写因子Foxc1が必須であることを明らかにしてきた.そこで本研究ではCAR細胞の機能と動態に着目し,骨髄造血の恒常性がどのようにして維持・制御されているのかを解明することを目的としている.まずは転写因子Foxc1によって制御される,造血の恒常性維持に必須の新規造血制御因子を同定するために,Foxc1コンディショナルノックアウトマウスを用いFoxc1欠損によって変化するCAR細胞の遺伝子発現を解析した結果,Foxc1が制御する可能性のある新規造血制御遺伝子の候補をいくつか同定した.この遺伝子が実際にFoxc1の制御下にあるか否かを培養細胞にFoxc1を強制発現させる等の方法で検討を行っている.また同時にその遺伝子がCAR細胞の造血支持能に重要であるか否かをコンディショナルノックアウトマウスを用いて検討できるよう計画している.次に,造血異常を引き起こす種々の処置によるCAR細胞の変化の解析するため,まずは低容量放射線照射,脱血,LPS等のTLRリガンド投与などの処置の中から,CAR細胞の変容と造血の変化がよく相関するようなモデルを選択するための予備実験を行っている.なかでもCAR細胞のFoxc1発現の変化を来すモデルについてはより有用であると考え,より詳細な条件検討を行っている.転写因子Foxc1によって制御される,造血の恒常性維持に必須の新規造血制御因子を同定するために,Foxc1コンディショナルノックアウトマウスに少ないながらに残存するCAR細胞を単離し,野生型マウスのCAR細胞と遺伝子発現を解析した.その結果,Foxc1が制御する可能性のある新規造血制御遺伝子の候補を複数同定することができた.そこで,この遺伝子が実際にFoxc1の制御下にあるか否かを培養細胞にFoxc1を強制発現させる等の方法で検討を行っている.また同時にその遺伝子がCAR細胞の造血支持能に重要であるか否かをコンディショナルノックアウトマウスを用いて検討するために,floxマウス作成の計画に着手している.次に,造血異常を引き起こす種々の処置によるCAR細胞の変化の解析するため,マウスに低容量放射線照射,脱血,LPS等のTLRリガンド投与などの処置を行い,経時的にCAR細胞を調整すると共に造血の変化を測定した.その際のCAR細胞の遺伝子発現の変化を測定したところ,いくつかの実験モデルにおいては造血の変化との間によい相関が認められた.なかでもCAR細胞のFoxc1発現が一過的に変化するような実験モデルについてはより有用であると考え,より詳細な条件検討を行っている.造血の恒常性は骨髄に存在するニッチと呼ばれる特殊な微小環境によって高度に維持されており,申請者らのこれまでの研究により,ケモカインCXCL12を高発現する細網細胞(CAR細胞)が,造血幹細胞・前駆細胞の維持に必須のニッチを構成する特別な間葉系前駆細胞であること,およびその形成と維持に転写因子Foxc1が必須であることが明らかになった.そこで本研究ではCAR細胞の機能と動態に着目し,骨髄造血の恒常性がどのようにして維持・制御されているのかを解明することを目的としている.初めにCAR細胞に特異的に高発現するFoxc1以外の転写因子として新たにEbf3を同定した.

そこでまずはEbf3-CreERT2マウスを作製し,Creレポータマウスと交配することでこのマウスが骨髄ではCAR細胞特異的にCreを発現することを確認したので細胞系譜解析を行った.その結果,CAR細胞が自己複製し,骨髄の大部分の骨芽細胞と脂肪細胞を生み出す間葉系幹細胞であることを証明した.次にCAR細胞におけるEbf3の機能を解析するためにEbf3および近縁な遺伝子であるEbf1について,コンディショナルノックアウトマウスを作製し解析を行った.その結果,転写因子Ebf1/3はCAR細胞の骨芽細胞への分化を抑制し,骨髄腔の維持と造血幹細胞ニッチの形成・維持に必須であることが明らかになった.続いてCAR細胞に必須の転写因子Foxc1およびEbf1/3によって制御される遺伝子や,Foxc1およびEbf1/3の発現を誘導する遺伝子のスクリーニングを培養細胞等を用いた機能解析等によって行っている.得られた候補遺伝子のCAR細胞における機能を解明するためコンディショナルノックアウトマウスの作製を計画し,造血の恒常性維持に必須の新規造血制御因子の同定を目指している.造血幹・前駆細胞の主たるニッチ細胞であるCAR細胞に特異的に発現するFoxc1以外の転写因子として新たにEbf3を同定した.Ebf3発現細胞に薬剤でCreリコンビナーゼを作用できるEbf3-CreERT2マウスの作製を行い,レポータマウスと交配することでCAR細胞の細胞系譜解析が可能となった.解析の結果,ほとんど全てのCAR細胞は長期(13ヶ月)にわたってレポータ陽性であること,また骨芽細胞や骨髄内脂肪細胞もレポータ陽性になることが明らかになった.次にCAR細胞におけるEbf3の機能を解析するために,Ebf3および近縁な遺伝子であるEbf1について,コンディショナルノックアウトマウスを作製し解析を行った.その結果,CAR細胞でEbf1/3を欠損させると骨髄が骨で埋め尽くされ,造血が著しく障害されることが明らかになった.以上より,Ebf1/3はCAR細胞の骨芽細胞への分化を抑制し,骨髄腔の維持と造血幹細胞ニッチの形成・維持に必須の転写因子であることが明らかになった.転写因子Foxc1およびEbf1/3によって制御される,造血の恒常性維持に必須の新規造血制御因子を同定するため,Foxc1およびEbf1/3のコンディショナルノックアウトマウスから残存するCAR細胞を単離し,野生型マウスのCAR細胞と遺伝子発現を比較した.その結果,Foxc1およびEbf1/3が制御する新規造血制御遺伝子の候補を複数同定した.そこで,これら遺伝子の機能解析を培養細胞に強制発現させる等の方法で検討を行っている.また同時にその遺伝子がCAR細胞の造血支持能に重要であるか否かをコンディショナルノックアウトマウスを用いて検討するために,floxマウス作成に着手している.さらに薬剤(ドキシサイクリン)によってCAR細胞特異的にFoxc1遺伝子の発現を誘導できるようなトランスジェニックマウスを作製しつつある.造血の恒常性は骨髄に存在するニッチと呼ばれる特殊な微小環境によって高度に制御されており,申請者らのこれまでの研究により,ケモカインCXCL12を高発現する細網細胞(CAR細胞)が,造血幹細胞・前駆細胞の維持に必須のニッチを構成する特別な間葉系前駆細胞であること,およびその形成と維持に転写因子Foxc1が必須であることが明らかになった.そこで次にCAR細胞に特異的に高発現するFoxc1以外の転写因子を探索しEbf3を同定した.
静電場中での複合ジェットの安定性と微小粒子・カプセル形成への応用

電場が規定された同軸円筒シース内での粘性液体ジェットの崩壊現象を解析的に調べた.ジェット周囲電場の影響を考慮したジェットの非線形方程式を長波近似を用いて導出し,ノズル出口からジェットが噴出する場合のジェットの崩壊を数値的に調べた.その結果,電気オイラー数Λ(静電力/流体慣性力)と電気ペクレ数Pe(対流電流/伝導電流)のパラメータに依存して,3種類の崩壊モード(ジェッティング,スプレー,スピニング)が現れ,Λの増加やPeの減少とともに,ジェッティング,スプレー,スピニングモードへと遷移していくことがわかった.特に,小さなPeに対して,サテライトドロップが発生するΛの領域があることがわかった.近年,食品,医薬品,繊維などの分野で微小粒子,カプセルや微細ファイバーの需要が高まっており,静電場中での流体ジェットを用いてこれらを形成する試みが主に実験的に行われている.本研究の目的は,単相もしくは,コア部と円筒部からなる複合のジェットにおいて,静電場中でのジェットの不安定化のメカニズムを明らかにし,微粒子化またはカセル化を引き起こすパラメータ領域や,電気,流体特性を解析的に予測することを目的とする.当該年度は,ジェットと同軸にある電導性の円筒シース上で与えられた外部電場の効果を考慮した解析を行った.外部電場はジェット周囲及び内部電場を決定し,ジェット表面に分布する電荷に力を及ぼし,ジェットの崩壊形状に大きな影響を与える.この電場解析の結果とジェット部に対して用いた長波近似により,周囲電場の影響を考慮した非線形のジェットの発展方程式を新に導出した.比較的大きなウェバー数に対して,ノズル先端部より噴出したジェットが不安定性と電場の影響により崩壊する様子を数値解析により種々のパラメータに対して調べ,以下の結果を得た:(i)軸方向電場の増加と流体の電気伝導性の減少につれて,ジェットの崩壊形状は,先端部に大きな液滴を伴うジェッティングモードから,マイクドロップになるスプレーモードを経て,先端部に液滴を伴わないスピニングモードへと遷移する.(ii)ジェットとシース間の距離は主にノズル付近でのテーラーコーン部の形状に影響を与え,シースまでの距離が増加するにつれて電場の影響は弱くなる.近年,食品,化粧品,医薬,製薬工業等の多くの分野で微小粒子やカプセル,微細ファイバーの需要が高まっており,これらを静電場中での流体ジェットを用いて形成する試みが主に実験的に行われている.本研究の目的は,このような静電場中での流体ジェットのうち,単相もしくはコア部と円筒部よりなる複合のジェットにおいて,ジェットの不安定性のメカニズムを明らかにし,崩壊もしくは微粒子化やカプセル化を引き起こすパラメータ領域,素材組み合わせなどを解析的に予測することを目的とする.当該年度は,単層ジェットについての解析を行った.解析ではジェットが長さ方向に電位差のある同軸の金属円筒シース内にある場合を考え,長波近似のもとで得られたジェットの非線形方程式を数値解析により調べた.その結果,ノズルから噴出するジェットの崩壊モードは,表面張力が支配的で大きな液滴が形成されるドリッピングモードと静電力が支配的で先端の細い円錐形状が形成されるコーンジェットモードの二種類であることが示された.さらに,どちらのモードが現れるかは,電気ペクレ数と電気・流体力比の二つのパラメータにより決定され,各々のモードが現れるパラメータ領域が明かになった.さらに,ドリッピングモードで形成される液滴径の大きさは,電気ペクレ数が小さくなければ,電気力が流体力に比べて大きくなるにつれて径が小さくなる.このことは,同時に行った線形解析の結果と定性的に一致するが,線形理論ではどちらのモードが現れるかは判定できない.このように本解析で得られたモードパラメータ領域に関する知見は,これまで主に実験的に調べられてきたモード遷移が,理論的に予測できることを示しており、今後の実験における材料の撰定や現象の予想に大きく寄与できるものと思われる.近年,食品,医薬品,繊維などの諸分野で微小粒子,カプセルや微細ファイバーの需要が高まっており,静電場中での液体ジェットを用いてこれらを形成する試みが,主に実験的に行われてきた.本研究の目的は単相ジェットもしくはコア部と円筒部からなる複合ジェットにおいて,静電場中でのジェットの不安定化のメカニズムを明らかにし,微粒子化もしくはカプセル化を引き起こすパラメータ領域や,電気・流体特性を解析的に予測することを目的とする.当該年度は昨年に引き続き,ジェットと同軸にある電導性の円筒シース上で与えられた外部電場の効果を考慮した解析を行った.特に,ジェットとシース間での電場分布の解析に関して,特異摂動法を用いて,電場分布を界面形状の関数として陽的に表わすことの成功した.そのような結果を用いて,ジェットの発展を記述する方程式を導き,ジェット崩壊に及ぼす外部電場の影響をさらに詳しく調べた.その結果,ジェット崩壊に際して,外部電場の増加とともに,ジェット先端に大きな液滴が形成されるドリッピングモードから,微細な液滴が形成されるスプレーモードに至る過程において以下のことが明らかになった:電気ペクレ数が大きい(ジェット流体の電気伝導性が悪い)場合,外部電場強さの増加とともに先端部に形成される液滴径が次第に減少していく.しかし,電気ペクレ数が小さくなる(電気伝導性がよくなる)と,その移行が不連続になり,大きな径の液滴から小さな径の液滴に突然変わることが分かった.このことは,サテライトの形成によるものであり,主ドロップ間にサテライトが形成されていることで説明されることが明らかになった.

近年,食品,医薬品,繊維などの諸分野で微小粒子,カプセルや微細ファイバーの需要が高まっており,静電場中での液体ジェットを用いてこれらを形成する試みが,主に実験的に行われてきた.本研究の目的は単層ジェットもしくはコア部と円筒部からなる複合ジェットにおいて,静電場によるジェットの安定性メカニズムを明らかにし,微細粒子もしくはカプセル化を引き起こすパラメータ領域や,電気・流体特性を解析的に予測することにある.当該年度は昨年に引き続き,ジェットと同軸にある弱電導性の円筒シース上で与えられた外部電場を考慮した解析を行った.特にジェットとシース間の電場分布の解析に関して,特異摂動法を用い,電場分布を界面形状の関数として陽的に表した.そのような結果を用いて,ジェットの発展を記述する発展方程式を導き,ジェット崩壊に及ぼす外部電場の影響を詳しく調べた.昨年度までに,電気ペクレ数(対流電流の伝導電流に対する比)が比較的大きいとき,電気オイラー数(外部電場によるクーロン力に対するジェット慣性力の比)が増加するとともに,ジェット先端に大きな液滴が形成されるジェッティングモードから,微細な液滴が形成されるスプレーモードへと連続的に至るが,電気ペクレ数が小さくなるにつれてその遷移が不連続であることが示された.本年度はその不連続遷移を詳しく調べた.その結果以下のことが分かった.比較的大きな電気ペクレ数では,まずジェット先端部に微細な液滴が形成され,その後,主液滴が形成され,その状態が交互に繰り返される.しかし電気ペクレ数が小さくなるにつれて,ジェット先端部での微細液滴形成後,主液滴形成のためのジェット変形が十分ではなくなり元の液柱に戻ってしまう.その結果,先端部から微細液滴が繰り返し形成されるだけである.以上のことから,ジェッティングモードからスプレーモードへの遷移のメカニズムが明らかになった.電場が規定された同軸円筒シース内での粘性液体ジェットの崩壊現象を解析的に調べた.ジェット周囲電場の影響を考慮したジェットの非線形方程式を長波近似を用いて導出し,ノズル出口からジェットが噴出する場合のジェットの崩壊を数値的に調べた.その結果,電気オイラー数Λ(静電力/流体慣性力)と電気ペクレ数Pe(対流電流/伝導電流)のパラメータに依存して,3種類の崩壊モード(ジェッティング,スプレー,スピニング)が現れ,Λの増加やPeの減少とともに,ジェッティング,スプレー,スピニングモードへと遷移していくことがわかった.特に,小さなPeに対して,サテライトドロップが発生するΛの領域があることがわかった.単相ジェットのサテライト形成に関する研究に多大な時間を割いたため,本年予定していた複合ジェットに関する解析があまり進んでいない.しかし,本解析によりサテライト形成が明らかになったことから,どのような条件でサテライト発生が抑えられるかを推測でき,外部電場や電気特性によりサテライト形成がコントロールできる可能性を示せた.流体力学複合ジェットに関する解析を引き続き行う.原理的にはこれまで行ってきた解析手法を用いるが,円筒部の解析に時間がかかるとみられる.また,複合ジェットの関してすでにある数値解析コードに電場による影響を考慮する必要がある.単相ジェット周囲の電場解析に予想外の時間がかかった.本解析では,ジェット周囲に同軸の電導性シースを仮定し,シース上での電場が強制力として与えられる.
レーザーレーダーにる空気シンチレーション光減衰長監視システム

10^<18>eV以上の超高エネルギー一次宇宙線の存在やその到来方向は、宇宙線の起源だけでなく、宇宙論の問題の解明への手がかりとなることが期待される。超高エネルギー一次宇宙線が大気中に入射すると、空気シャワー現象を生じ、多数の酸素や窒素の分子を励起し、紫外線領域で大量の微弱なシンチレーション光が発生する。宇宙線望遠鏡計画においては、大口径(3m)の反射望遠鏡を用いてこのシンチ光(紫外線領域)を測定し、10^<18>eV以上の一次宇宙線の高精度の観測が主な目的である。この時、エネルギーの決定精度は、大気によるシンチ光の減衰量に大きく依存する。従って、精度の良い観測を目指すためには、減衰量の正確な測定が不可欠である。大気中を進む光は主に空気の分子にるレーリー散乱や、塵やゾル等によるミ-散乱によって減衰する。我々が開発を行っているのは、紫外線レーザーを大気中に照射し、その紫外線の後方散乱光を反射望遠鏡を用いて観測する事によって、紫外線領域における光の減衰係数を正確に測定するシステムである。一般にはライダーと呼ばれる。後方散乱光は光電子増倍管で増幅の後ディジタルオッシロで測定し、今回購入したコンピュータで処理され、CD-ROM等に記録される。このデータ処理システムの開発や、レーザー光照射システムの開発を終え、ライダーシステムとしての観測を行った。口径10cmの反射望遠鏡による予備的観測により、基礎的データの蓄積を行っている。観測上の制限(晴天が必要)等から現在はまだ予備的な結果ではあるが、高層雲の観測など10km付近までのレーリー散乱、ミ-散乱が観測されている。当初の目的である数10km迄の減衰量の測定を可能にするために、より大口径(30cm)の望遠鏡への改良を予定している。
逆空間走査多元分光による局在機能欠陥の高分解能立体構造／状態分析

本研究では,走査透過型電子顕微鏡に付随する様々な分光法を組み合わせ,同じ場所から同時に他種類のスペクトルを取得し,更にこの大量データを統計的に処理することによって,機能材料のナノ領域の物性分析及び化学イメージングのための手法を開発した.またこの手法を応用して,環境材料,エネルギー材料,磁性材料,生体材料などの実材料中の添加元素の占有サイト,占有率,化学結合状態を明らかにした.これらの成果は従来の回折的手法及び電子顕微鏡の技術ではなしえなかったものである.本研究の目的は,ナノ電子プローブを用いたビームロッキング下での複数電子分光に基づく新しい「立体的かつ定量的」ナノ領域スペクトロスコピーを確立し,表面・界面を含む様々な格子欠陥の局所構造・機能解析に応用することである.本手法は,本来電子顕微鏡が持つ高い角度分解能を利用して,逆空間座標に依存する蛍光/吸収スペクトル情報を収集・解析するため,元素/原子サイト選択的であり,従来の二次元実空間結像/マッピングに比べ高精度の定量性を持つ.本年度はハードウェアとソフトウェアの双方において以下の成果を挙げることができた:(1)複合電子顕微分光走査透過型顕微鏡(複合電子分光STEM)に反射電子検出器を導入し,そのハードウェア仕様が完成した.これによって従来TEM分析の対象外であった比較的厚い試料からの反射電子回折パターンを取得することで,ビームロッキングによるチャネリング条件を取得できるようになり,エネルギー分散及び波長分散蛍光X線分析とカソードルミネッセンスによる元素/サイト選択的分析の適用範囲が拡がった.(2)複合電子分光で得られるデータセットは空間座標または角度座標とスペクトルエネルギー軸を持つ三次元構造になっているいわゆるビッグデータであり,情報抽出には統計学の援用が不可欠である.これまで我々が開発してきた多変量スペクトル分解法は,データに含まれる隠れた成分とその分布を抽出する強力な方法であるが,解の一意性が保証されないという欠点があった.今回データの性質を再検討し,含まれる成分の空間分布に直交性を導入することで効果的に一意解を導き出すことに成功した.以上の基礎的な手法開発の応用として,複雑な構造を持つフェライト材料における微量添加元素の占有サイト定量分析法を確立した.当該年度末までに,懸案であったEELS,EDX,CL検出器の制御システムを統合し,一つのPCプラットフォーム上で同時に同じ回折/照射条件でこれらの分光測定を行うシステムが完成した.これによって複数の分光データからなる多次元データが得られるようになった.また当システムを利用した具体的な成果として以下の項目が挙げられる:(1)ビームロッキングによる電子チャネリング条件下でのEELS/EDX同時測定の実施によって,リチウム二次電池正極材料の陽イオン配列とその価数変化を定量的に捉えることに成功した.この論文は欧文誌Microscopyに6月掲載予定であり,Editor's Choice論文に選定され表紙を飾ることになった.(2)バイオフィルム感染症へのナノ粒子によるドラッグデリバリー機構のSTEM-CL法の応用手法を開発した.ここではナノ粒子に蛍光物質を付与し,それがバイオフィルムに浸透していく様子をTEM-CLによってナノメートル分解能で可視化する事に成功した.その最初の成果を論文として公表した.(3)STEM-EELS法を低摩擦化のための窒素含有非晶質炭素コーティング膜の分析に応用し,新たなナノトライボロジーという分野を切り開きつつある.実際にコーティング材の摺動後の断面を分析することにより表面付近のミクロ構造及び化学状態の変化によって表面が不活性になることが明らかになり,これまでの摩擦の概念を大きく変えつつある.(4)2DビームロッキングEDX分析及び統計処理によってフェライト磁石材料に添加する機能元素不純物の占有サイトを正確に測定する手法を確立した.この成果は欧文誌Microscopyに掲載された.(5)STEM分光スペクトルの情報統計処理法として低ランク行列分解法によるスペクトル分解とその可視化法を開発した.当初の目的通り,一台のSTEM機に装着した複数の分光検出器の制御システムを一つのPCの同一プラットフォームに統合し,STEM機の入射電子方向や回折条件の制御とこれらの分光器の計測を連動させ,同時に多角的な測定情報を同一場所から測定することができるようになった.上記のシステムによって得られた多角的多次元データセットはいわゆるビッグデータであり,機械学習法による情報抽出が有効であることを提案してきた.当年度は,従来当グループが開発した非負行列分解法を拡張し,懸案であった抽出スペクトル間のクロストーク問題及びデータに内在する純スペクトル成分の数をデータ自身から割り出す手法を開発することに成功した.この成果の論文は現在審査中である.また当研究グループ独自の分析手法として電子チャンリングを利用したサイト選択的分析法は,さらなる進化を遂げ,フェライト磁石,次世代航空機タービン用耐熱コーティング,強相関超伝導体など広範な材料分析へと応用が広がりつつある.現在,軽元素不純物のサイト占有率評価において,理論と実験の食い違いが見いだされており,この問題を解決することが喫緊の課題となっている.当該年度末までに,懸案であったEELS,EDX,CL検出器の制御システムを統合し,一つのPCプラットフォーム上で同時に同じ回折/照射条件でこれらの分光測定を行うシステムが完成したことによって複数の分光データからなる多次元データが得られるようになった.当システムを利用した具体的な成果として以下の項目が挙げられる:

(1)ビームロッキングによる電子チャネリング条件下でのEELS/EDX同時測定を用いた微量ドーパントの元素/占有サイト選択的化学状態測定法を確立し,各種の重要な実用材料について従来法では測定ができなかった添加元素の占有サイトが次々に明らかになりつつある.本テーマでProgress in Crystal Growth & Materials Characterization誌(IF=4.85)より依頼論文としてレビューを著した.(2)上記項目で得られたSTEM分光スペクトルからの情報抽出及びその可視化法として低ランク行列分解法によるスペクトル分解法を開発してきたが,当該年度にはスペクトルプロファイルまたは成分スペクトルの空間分布が強く重なりあったデータについても効率よく分解抽出ができる信号補空間サンプリング法(SSS)と名付けたデータ前処理法を開発した.この前処理されたデータにVertex Component Analysis (VCA)法を適用することが効果的であることがわかった.(3)以上の手法の実材料への応用として,(i)次世代ジェットエンジンタービンの耐環境保護膜の開発に重要なセラミックス中の添加元素の占有サイト解析,(ii)人工関節用チタン合金の表面処理による生体親和性を発現する表面化学状態の解明,(iii)強磁性体の磁気角運動量の原子面分解能での測定に成功するなどの成果が挙がった.当初計画に基づき,上記研究実績の概要のように順調に研究成果は推移している.これらはどれも世界的に見ても本研究グループ独自のものであり,まさしくナノスケールでの立体分析が現実のものとなっていると自己評価できる.特に項目(2)に関する国内外の学会招待講演の依頼が多くある現状である.また項目(3)-(iii)では国際的にプレス発表を行い,この分野での分解能世界記録を樹立した.当初カソードルミネッセンス(CL)と電子エネルギー損失分光(EELS)の同時測定を計画していたが,各分光器を駆動・制御するオペレーティングシステムのバージョンが異なるため,残念ながらこの部分の統合ができずにいることが唯一憾まれる.本研究の目的は,ナノ電子プローブを用いたビームロッキング下での複数電子分光EELS, EDX,WDX, CL)に基づく新しい「立体的かつ定量的」ナノ領域スペクトロスコピーを確立し,表面・界面を含む様々な格子欠陥の局所構造・機能解析に応用することである.最終年度にあたり,前年度までのハードウェア及び解析コードの開発が継続されるが,更に以下のように順次手法開発と応用測定を行った:(1)ビームロッキング下での複数電子分光(EELS, EDX,WDX, CL)の応用:次世代航空機エンジン用タービンの耐熱コーティングの添加元素の分析:耐環境コーティングの設計には,添加元素の占有サイトの情報が必要不可欠である.本手法は定量的な占有サイト及び占有率の唯一の測定法である.特に軽元素不純物に対して,定量性の問題を解決した.また更に現在1ミクロン音空間分解能を一桁向上させるために,検出器をPC制御するための新たなスクリプトプログラムの開発がほぼ終了した.これらによってこれまで測定法の無かった酸素空孔の配列を明らかにするにすることに成功した.
対ロボットコミュニケーションにおける感情や態度およびその文化的影響の測定

本研究では、ロボットに関する人の意見・態度およびロボットとの対面場面において喚起される不安感情を測定し、人の対ロボット行動との関連を検証するために、既に開発済みの「ロボット否定的態度尺度(NARS)」に加え、「ロボット不安尺度(RAS)」の開発を行い、その妥当性の検証を行った。また、これらの心理尺度を用いた社会調査および心理実験を行った。まず、RASが十分な内的整合性・妥当性を持つことが、予備調査および本調査によって確認された。また、この調査によって、対ロボット不安における性差の存在が示唆された。さらに、心理実験によって、RASおよびNARSによって測定される対ロボット不安・態度と対ロボットコミュニケーション回避行動との間に関連が認められ、RASおよびNARSが予測妥当性を持つことが確認された。一方、NARSを用いた社会調査においては、どのようなタイプのロボットやタスクを想定するかによって、ロボットに対する否定的態度が異なることが認められた。上記の調査結果を受け、ロボットに対する感情や意見以前に、ロボットと聞いた時に人がどのようなものを想定するかについて文化比較調査を行った。結果として、自律性などの属性の度合い、ロボットが実行するタスク、抽象的イメージに関して、ロボットのタイプおよび国によって想定度合いに差が存在することが認められた。さらに、ロボットの応用の一形態としてのロボットセラピーについて、その研究の現状と問題点に関する心理学的・社会学的考察を行い、ロポットセラピーの可能性と危険性について検討を行った。また、この考察に基づき、社会状況によってこれらの心理療法がクライアントに矛盾状況を引き起こす可能性を想定し、心理実験によって確認を行った。今年度の本研究では、ロボットに関する人の意見・態度およびロボットとの対面場面において喚起される不安感情を測定し、人の対ロボット行動との関連を検証するために、既に開発済みの「ロボット否定的態度尺度(NARS)」に加え、「ロボット不安尺度(RAS)」の開発を行い、その妥当性の検証を行った。さらに、心理実験によって、RASおよびNARSによって測定される対ロボット不安・態度と対ロボットコミュニケーション回避行動との間に関連が認められ、RASおよびN駅Sが予測妥当性を持つことが確認された。さらに、ロボットの応用の一形態としてのロボットセラピーについて、その研究の現状と問題点に関する心理学的・社会学的考察を行い、ロボットセラピーの可能性と危険性について検討を行った。次年度においては、ロボットに関する想定と対ロボット態度・感情との関連に関して、さらなる国際比較調査を実施する予定である。また、対ロボット感情と行動との関連についても、新たな実験を実施する予定である。前年度の本研究で開発・妥当性確認済みのロボット不安尺度(RAS)およびロボット否定的態度尺度(NARS)を用い、今年度はさらに心理実験によって対ロボット不安・態度と対ロボットコミュニケーション回避行動との間の関連の再検証を行った。結果として、RASおよびNARSが予測妥当性を持つことが確認された。また、前年度において、ロボットに対する感情や意見以前にロボットと聞いた時に人がどのようなものを想定するかについて行った文化比較調査を再精査し、自律性などの属性の度合い、ロボットが実行するタスク、抽象的イメージに関して、ロボットのタイプおよび国によって想定度合いに差が存在することが認められた。

また、新たな文化比較調査の準備として、国内において2種の社会調査を行った。これらの結果については、今後論文誌等において発表予定である。さらに、前年度行ったロボット・AIセラピーに対する批判的考察を踏まえ、社会状況がこれらの心理療法においてクライアントに矛盾状況を引き起こす可能性を想定し、心理実験によって確認を行った。また、この実験結果を踏まえ、ロボット・AIセラピーが具体的に危険性を持つ状況を再精査し、前年度考察に対してさらに検討を行った。この検討結果は、査読付き学術論文誌に採択済みである。
エチオピア南西部高地森林域の生態誌と地域住民による内発的森林保全の可能性

本研究はアフリカにおける地域住民による内発的森林資源の保全、及び持続的利用の可能性を検討することを目的としている。今回の調査では野生種のコーヒーノキ(Coffea arabica:アカネ科)が自生する森林において、地域住民の活動が森林にどのような影響を与えているかを確認するために、2年前に森林内の地域住民が大木を伐採した跡地で植生調査を行った。2年前に行った植生調査のデータを分析した結果から、森林に自生する植物の利用及び、蜂蜜の収集活動が、森林内に自生するコーヒーノキの成長を促進しているという仮説を立てたが、今回の調査結果から、森林はもっと複雑な遷移過程を辿っており、その遷移過程には人びとが有用植物として利用する数種の樹木(例えば、Cordia africana:ムラサキ科、Olea welwitschii:モクセイ科)やコーヒーノキ、そしてコロリマ(Aframomum corrorima:ショウガ科)が大きな役割を果たしていることが明らかになった。また、今回の調査で森林に自生するコーヒーノキの性質、コーヒーの市場価格、そして地域住民の労働形態という様々な要素が絡み合って、森林が全て伐採されることはなく維持されていることが明らかになった。これまで、森林保全を検討する際に森林内のごく一部のそして一時的な状態を植生調査からとりあげ、人間が森林に与える影響が述べられてきた。しかし、今回の調査から長期的な森の植生の遷移過程、そしてその遷移過程や森林に自生する植物の性質などが、逆に人間の行動を規制する要素にもなっていることがわかった。この研究は長期的に自然と人間の両方の変化に注目することが、自然保護や人間と自然の共生を考えるうえで重要であることを示す事例を1つ加えることになり、人間が一方的に自然を破壊しているというステレオタイプ的な考えを見直す大きな契機となることであろう。前年度に行った現地調査のデータを分析した結果、森林に自生する植物の利用及び、蜂蜜の収集活動が、森林内に自生するコーヒーノキの成長を促進していることが明らかになった。また、コーヒーノキの成長には庇陰樹の存在が不可欠であるが、地域住民はコーヒーノキを守るために、コーヒーノキ以外の樹木も守り、森林を管理、維持していることが明らかになった。現在、地域住民にとって、コーヒーは換金作物として重要な役割を果たしている。調査の結果、コーヒーが自生する森を持つ農民だけではなく、周辺の村落などに現金獲得の機会を与えていた。また、国内のあらゆる場所からコーヒーを採集に来る季節労働者の存在も明らかになった。これまで、内発的な森林保全を検討する際には、その地域の住民だけが対象にされてきた。しかし、内発的森林保全の可能性を検討する際にはその地域だけを対象とするのではなく、その森林から利益を得ている人々すべてを対象にしなければならないことが、本研究で明らかになった。近年、森林に自生するコーヒーを森林保護の鍵とする研究は行なわれるようになってきたが,いまだ未熟な分野である。特に、森林に自生するコーヒーとそれに携わる人々のローカル・ノレッジを包括して、森林保全を考えるという研究はまったく行なわれていない。この研究はコーヒー生産国の森林保全に貢献するだけではなく、地域住民が持つローカル・ノレッジは日本の森林を今後どのように利用、維持していくかという問題にも貢献できるであろう。またローカル・ノレッジがその地域を超えて、より広い地域に拡散していく過程も、地域住民以外にも注目することで明らかになる可能性もある。
情報技術（IT）を活用した社会インフラの維持管理情報プラットフォームの構築

本研究は、今後さらに重要となる社会インフラ(特にコンクリート構造物)の維持管理を飛躍的に発展させるため、最新の情報処理技術(IT)を活用し、維持管理に役立つツールやソフトウェアの開発、知識やノウハウを共有するための情報プラットフォームを構築し、社会インフラ維持管理の効率化、合理化を図るものである。本年度は、以下の項目について検討を行った。■点検支援モジュールの精度向上:インフラの点検は、目視点検が基本となり、これを支援するため人工知能(AI)の一手法である深層学習(Deep Learning)により、点検画像から変状領域を自動的に抽出し、損傷ランクを判断するシステムを構築している。本年度は、この点検支援モジュールをさらに拡張し、損傷のランク付けだけではなく、損傷ごとにピクセル単位で損傷領域を抽出するSemantic Segmentationが行えるシステムを構築した。その結果、5年ごとの定期点検で、損傷領域が拡がっているかどうかが定量的に判断できるようになった。■統計手法や機械学習による点検データの分析:Neural Networkや自己組織化特徴マップ、Support Vector Machineなどの機械学習手法を用いて点検データを分析できるシステムを構築した。これにより統計的な分析だけでなく、点検データに隠れている有用な知見を得ることができるようになり、点検データの効率的なデータ分析が可能となった。本年度は、点検データを分析するためのシステムを構築したが、データ分析に対する考察が十分に行えておらず、システムの改良等も必要であるため、当初の予定より若干の遅れが生じている。2019年度は、これまでの成果を取りまとめ、維持管理を対象として情報プラットフォームを完成させる。■維持管理情報プラットフォームの全体的な枠組みについての検討山口県ではコンクリートの施工管理記録のデータベース化を行っており、一般に広く公開している。研究代表者は、現在、このデータベースの改良を行っており、新たなデータベースとして公開する予定である。また、山口県では、県の職員自らが橋梁点検を行っており、点検データの蓄積も行われている。そこで、山口県土木建築部の協力のもとで、山口県の施工管理記録データベースと維持管理データベースを統合し、本研究で構想している維持管理データベースの雛形について検討を行った。現在のところ、このデータベースは位置情報による管理は行われていない。■構造物識別モジュールの構築現状では、インフラの管理者が、国や地方自治体、高速道路会社、鉄道会社等、複数に分かれており、維持管理に関する情報が共通のIDによって管理されていない。しかし、日本の社会インフラを効率的に維持管理するためには、国民一人一人がもつマイナンバーのように関係するデータ同士を共通のIDで管理するのが望ましい。そこで、GPSの位置情報を活用した構造物識別技術により、インフラ管理者によらない全国統一のIDで維持管理情報を管理する方法を考案した。このマイナンバーに相当する構造物個別のIDにより、山口県の施工管理記録データベースと維持管理データベースの統合について検討を行った。年度途中の採択であり、遅れが予想されたが、学会での委員会活動で研究を進めていたことから、おおむね順調に進んでいる。■インフラの点検は、目視点検が基本となるが、点検技術者の経験や技術力によってばらつきが生じるため、目視点検では、定量的なデータを蓄積することが困難である。精度の良い点検データを数多く蓄積することにより劣化予測等の精度も高まる。そこで、目視による点検データを効率良く、定量的に獲得するため、点検時に撮影された写真に対して深層学習(Deep Leaning)による先端的画像処理を行い、ひび割れの抽出や計測、変状部位の特定を行い変状図自動作成や過去の点検画像との比較が容易に行えるシステムを構築した。■橋梁等では5年に1回の点検が行われるため、過去画像と現在画像との定量的な比較により、損傷の進行状況をより正確に把握できる。画像同士の比較では異なる位置からの撮影やレンズやカメラの違いなどにも対応できるように、先端画像処理による新たなマッチング技術を開発した。点検時に撮影された点検画像を人工知能の教師データとして用いる。点検画像の入手に手間取ったが、点検画像は今後も随時入手可能であり、特に問題無く概ね順調に進んでいる。■点検支援モジュールの精度向上:インフラの点検は、目視点検が基本となるため、昨年度は人工知能(AI)の一手法である深層学習(Deep Learning)により、点検画像から変状領域を自動的に抽出し、損傷ランクを判断するシステムを構築した。本年度は、この点検支援モジュールの精度向上を図るため、点検データの充実および、複数のDeep Learningモデルを試すことによって精度向上を行った。その結果現在では、90%以上の認識精度となった。

■スマートフォンを活用した点検支援モジュールの構築:スマートフォンの進化は著しく日常的にも多くの人がスマートフォンを活用している。そこで、日々の点検支援業務をより円滑に行うため、スマートフォンを活用した点検支援モジュールのプロトタイプの作成を行った。本年度は遠隔診断モジュールの構築を行う予定であったが、昨年度構築した点検支援モジュールの精度向上を優先的に行ったため、遠隔診断モジュールについては、基本技術の取得にとどまった。そのため、当初の予定より若干の遅れが生じている。本研究は、今後さらに重要となる社会インフラ(特にコンクリート構造物)の維持管理を飛躍的に発展させるため、最新の情報処理技術(IT)を活用し、維持管理に役立つツールやソフトウェアの開発、知識やノウハウを共有するための情報プラットフォームを構築し、社会インフラ維持管理の効率化、合理化を図るものである。本年度は、以下の項目について検討を行った。■点検支援モジュールの精度向上:インフラの点検は、目視点検が基本となり、これを支援するため人工知能(AI)の一手法である深層学習(Deep Learning)により、点検画像から変状領域を自動的に抽出し、損傷ランクを判断するシステムを構築している。本年度は、この点検支援モジュールをさらに拡張し、損傷のランク付けだけではなく、損傷ごとにピクセル単位で損傷領域を抽出するSemantic Segmentationが行えるシステムを構築した。その結果、5年ごとの定期点検で、損傷領域が拡がっているかどうかが定量的に判断できるようになった。■統計手法や機械学習による点検データの分析:Neural Networkや自己組織化特徴マップ、Support Vector Machineなどの機械学習手法を用いて点検データを分析できるシステムを構築した。これにより統計的な分析だけでなく、点検データに隠れている有用な知見を得ることができるようになり、点検データの効率的なデータ分析が可能となった。本年度は、点検データを分析するためのシステムを構築したが、データ分析に対する考察が十分に行えておらず、システムの改良等も必要であるため、当初の予定より若干の遅れが生じている。平成28年度は、「点検支援モジュール」の構築を行う予定である。インフラの点検は、目視点検が基本となるが、点検技術者の経験や技術力によってばらつきが生じるため、目視点検では、定量的なデータを蓄積することが困難である。精度の良い点検データを数多く蓄積することにより劣化予測等の精度も高まる。
磁気レンズによる酸化物超伝導SQUIDのS/N比改善及び生体磁気計測応用

酸化物超伝導体を用いたSQUIDは、その性能が年々向上し、金属超伝導のそれに匹敵する様になり、様々な応用に用いられるようになった。しかし、現状では大がかりなシールドルーム、もしくは磁気シールドが必要である。そこで、SQUID素子の直下に高透磁率材料の円盤を配置し、そこに磁気信号を集束させてSQUID素子に検知させる方法を採った。磁気レンズの高透磁率材料としてパーマロイを用い、大きさは直径5mm厚さ1mmとした。この磁気レンズを用い、微少磁場測定を行った結果、測定信号のS/Nに約3倍の向上が確認できた。この原因として当初は高透磁率円盤が磁気信号を集束したものと考えていたが、計算機シミュレーションの結果、信号磁場の集束効果よりは、磁場信号に垂直方向の磁気ノイズが磁気レンズに集まり、結果としてノイズ成分のSQUID流入を阻止できることがわかった。この磁気レンズを用いることにより、磁気信号のS/N向上はもちろん、大がかりな磁気シールドではなく、簡易シールドで微少磁場測定、特に心磁計測が可能となった。この磁気レンズの問題点としては、磁気レンズに用いたパーマロイの透磁率に周波数依存性があることである。高周波になる程、透磁率が小さくなるので磁場集束効率が落ちることになる。透磁率に周波数依存性の少ない材料を磁気レンズに用いることで、さらなる効果が得られるものと思われる。SQUIDの特性改善のため、高透磁率材料を用いた磁気レンズを考案した。信号源とSQUIDとの間にこのレンズを配置し、測定を行ったところ、S/N向上に成功した。レンズの形状は、円板型とした。S/N向上の理由として、当初この高透磁率材料が、磁気レンズのような働きをしたと考えた。しかし、シミュレーションにより、円板型磁気レンズは信号を増幅する効果は小さく、それよりもノイズが吸収してSQUIDに検知されるノイズ成分が減少し、結果としてS/Nが向上することが分かった。次に、磁気レンズの形状として、円錐型を採用し実験を行った。円錐型磁気レンズにおいても、S/N向上が確認できた。シミュレーションから、円錐型の場合は、ノイズ成分を減少させる効果よりも信号成分を集める効果の方が有効であり、結果S/N向上に有効であることがわかった。従って、磁気レンズの形状を適切な物にすることによって、SQUIDのS/N向上に効果的であることがわかった。言い換えれば、ノイズ除去、信号増幅の用途に応じて形状を最適化することにより、より応用面での使用が期待される。この磁気レンズは、S/N改善に効果があるので、今回のようなSQUIDマグネトメータだけでなく、グラジオメータとの併用も期待される。しかし、磁気レンズは磁場に勾配を与えてしまうので、グラジオメータの併用には検討の余地がありそうである。今後、実験とシミュレーションにより、グラジオメータとの併用を検証する予定である。