hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ナノ熱流体システムの構築を志向した液膜及び固液界面における熱・物質移動の基礎研究

固体のナノ構造(チャネルや修飾表面等)に流体を満たしたものや、生体細胞のように膜で包まれた構造体等、ナノスケールの熱流体を用いてバルク流体にはない特性をもたせた系(ナノ熱流体システム)により熱・運動量・物質の新たな輸送機能を作り出そうとの全体構想の下、基礎研究としてナノ熱流体システムの鍵となる固液界面や液膜・流動性分子膜における熱・物質移動の特性を解析し、その分子スケールメカニズムを明らかにした。ナノスケールの熱流体を用いてバルクの流体にはない特性をもたせた系を、ここでは「ナノ熱流体システム」と呼ぶ。リソグラフィーなどファブリケーション技術を用いて製作した固体のナノ構造(チャネル、平板間の隙間など)に流体を静止状態あるいは流動状態で満たしたものや、例えば生体細胞のように膜で包まれて構造を保つものなど、様々なシステムが考えられる。このようなナノ熱流体システムを用いて熱・運動量・物質の新たな輸送機能を作り出し、革新的な熱流体デバイス(機械)を創成しようとの全体構想の下、基礎研究としてナノ熱流体システムの鍵となる固液界面や液膜・流動性分子膜における熱・物質移動の特性を明らかにするのが、本研究課題の目的である。本年度は、まず、固体壁面に接する液体膜について分子動力学計算系を構築し、液膜内及び固液界面を輸送される熱エネルギーについて、分子間エネルギー伝搬の概念を用いて、その特性を解析し、分子間相互作用のパラメータ、固体分子の配列(結晶面)、固体壁の表面状態(原子レベルの凹凸や配列の乱れ)など支配因子の影響を明らかにした。液体については、単純液体および水について解析を進めており、現在さらに高分子液体についての解析を準備中である。また、固体表面近傍の液体(水)領域における物質輸送特性について解析を開始し、界面近傍で界面垂直方向の物質輸送が著しく減退するなど、特異な現象を観測した。さらに、細胞膜を模倣した水中の脂質(DPPC)二重膜について計算系を構築し、その物質・熱輸送特性を解析する分子動力学シミュレーションを開始した。平成19年度前半には最初の信頼できるデータが得られ始める予定である。本年度は、白金固体壁に接する水または単純液体の液膜についての解析をまとめた。液膜内及び界面を通過する熱エネルギー輸送の特性について、分子間相互作用のパラメータ、固体分子の配列(結晶面)・格子定数、固体壁の表面状態(原子レベルの凹凸や配列の乱れ)など支配因子の影響を整理した。また、分子の配向や分子内運動自由度の影響が顕著な高分子液体の解析を開始した。さらに、水中にリン脂質が形成する二重膜(生体細胞膜のモデル)について、大規模分子動力学解析により、水-リン脂質-リン脂質-水の系における総括的熱伝導率や、それぞれの界面が示す熱抵抗を計測した。最終年度となる本年度は、長鎖分子の代表としてアルカンを対象に、液体中あるいは固液界面において示す熱・運動量輸送特性を解析し、分子長の増大とともにバルク液体中の熱伝導を支配するパラメータが分子間エネルギー伝搬から分子内エネルギー伝搬に移行してゆき、分子量数百程度で支配因子として交代すること、固体壁面でのスリップが長鎖分子ほど大きくなることなどを見出した。また、リン脂質が水中で自己組織化して形成する脂質二重膜について熱エネルギー・運動量輸送特性を解析し、水中・水一脂質界面・脂質二重膜間など各部における輸送抵抗を計測した。これらの解析を総合して、界面輸送現象を支配する分子間相互作用の寄与やこれに及ぼす界面構造の影響を明らかにして、本研究を終了した。
スキルアシストシステムのための6自由度ハイブリッドパラレル機構の開発

デスクトップサイズの機構の開発:人の精緻な作業をアシストするための、作業対象や人と干渉せず、更に、人の作業における視界の妨げにならないデスクトップサイズの機構の設計を行った。まず、平成29年度までに開発した機構を干渉や視界の妨げを防ぐために小型化を行った。特に、昨年度開発が終わらなかったACサーボモータと小径プーリを用いたワイヤ駆動機構は、従来よりも小型で大トルクの市販DDモータを採用し、プーリの径を大きくすることで、小径プーリの問題である、ワイヤとプーリの接触距離の問題を解決し、小型の駆動機構の設計を可能とした。これにより、ワイヤ駆動機構とワイヤ・リンクとが干渉しにくくなり、昨年度設計した機構の寸法比を大きく変更することなく、デスクトップサイズの機構の設計を可能とした。そして、必要なアクチュエータ、機能要素・機械要素の選定および詳細設計を終了した。人の精緻な作業の観察による精緻さと運動の関係の把握:昨年度は計測装置の作業領域が設計したものより小さく、多くのデータを取得することができず、人の作業の精緻さと運動の関係の把握が困難であった。そのため、広い作業領域を有するように計測装置の改良を行った。これを用いて熟練作業者を含む様々な人の運動計測を行い、熟練作業者の運動の特徴を把握した。スキルアシスト運動の計画:スキルアシストを行うためには、人の精緻な運動をロボットで行える必要があるが、人の腕とロボットの自由度の違いにより、人の運動をそのままロボットに行わせることが困難になる場面(特異点に入ってしまい運動させることができない場面)が多々あった。この問題を解決するために、人の運動を目的や運動方向に着目して分類してパターン化し、それぞれのパターンで特異点を避ける運動を作成したうえで、これを組み合わせることでアシスト運動を計画する方法を開発した。三つの同一中心を有するリンクとワイヤからなるハイブリッド2自由度球面パラレル機構を入力とする6自由度パラレルリンク機構の提案と、その設計方法を提案するために、以下のことを行った。1.リンク・ワイヤを組合せたハイブリッド球面パラレル機構を提案した。この機構では、1本のリンクを2本の長さをアクチュエータにより制御するワイヤと、低荷重ばねにより駆動する。これにより、ワイヤパラレル機構でありながら冗長駆動を必要としない機構としている。この機構を3つ組合せる必要があることと、ワイヤ・低荷重ばね・リンクの干渉を避けるために、低荷重ばねは静止節に接続せず、3つの機構のリンクに互いに接続することを提案した。2.中心の一致する三重ユニバーサル関節として、円弧スライダを用いた関節を提案した。円弧スライダは転がり接触とするために、円錐ローラを用いているが、円錐ローラの先端と底面側の速度が異なるために、レールとローラとの間に滑りが発生する。そのため、摩擦抵抗が発生することが考えられる。そのために、試作機を設計・製作し、作業領域を確認するだけでなく、円弧スライダの精度、剛性、摩擦特性を測定するための装置を設計・製作した。3.2自由度球面パラレル機構として、取りうる全ての対偶の組合せとそれらの運動伝達性を評価し、実作業領域の広い機構として、入力対偶を一致させた機構と、全ての節が90°の機構の2種類の機構を提案した。4.全ての節が90°の2自由度球面パラレル機構を入力とする6自由度パラレルリンク機構の試作機を設計・製作し、広い作業領域を有することを確認した。球面パラレル機構の運動伝達性解析は順調であったが、その試作機の設計・製作に時間がかかってしまい、その後に行う予定であった6自由度機構全体としての設計を行うことができていない。また、円弧スライダの性能を評価するために、当初は円弧スライダを試作するだけで評価できると考えていたが、性能評価するための専用の実験装置が必要となり、その設計・製作に時間がかかってしまい、性能評価を十分に行えていない。高機構透明性・高剛性の駆動機構の開発として、支点の位置を能動的に変化さて剛性を調整できる板ばねと複数のプーリ・ワイヤとを組み合わせた可変剛性機構を提案し、2段階で剛性を変化させることのできるシンプルな可変剛性機構を設計・試作した。また、駆動機構にクラッチを用いて出力節とアクチュエータとを切り離す機構として、スプリングクラッチ的に、駆動ワイヤを機能させる機構を提案・設計した。しかし、この機構は複雑で、試作機を製作したものの上手く機能させることができなかった。さらに、高機構透明性と高剛性を両立する方法として、減速機を用いず、径の小さいプーリに複数回ワイヤを巻きつけ、直接ワイヤをモータで駆動する機構を提案・設計・製作し、ワイヤの巻き数と伝達できる力の最大値との関係を把握した。この機構は設計した性能を実現したものの、ワイヤの取り回しが煩雑であり、実験中にワイヤ関係の不具合が多発したため、実用には、ワイヤの取り回しの改良が必要である。人の精緻な作業の観察は、当初はLeapMotionを用いた指先の運動の把握を考えていたが、本機構の対象とする運動としては、動きが小さすぎる為、より大きな動きであり、熟練者の技能により仕上がりに差が出る作業として塗装を選び、熟練者の塗装作業を計測する装置を設計・製作し、運動計測を行った。人の腕の自由度は7であるが、製作した運動計測装置が6自由度であったために、計測中に特異点に入ってしまい計測が中断することがあった。

また、計測したデータを用いてロボットに同じ動きをさせることをシミュレータ上で確認したところ、本研究で開発しているパラレルメカニズムも6自由度であるため、特異点近傍で関節に非常に高速な運動が要求される状態が生じた、運動が困難になることがわかった。精緻さには腕の冗長性が大きな影響を及ぼしていることが再認識された。平成28年度に開発予定であったACサーボモータを用いた試作機の製作が行えていない。これは、この試作機を製作するまえに、設計の問題点を把握するために、単純なラジコン用サーボモータを用いた小形の試作機を設計・製作することはできたものの、この小形試作機により把握できた、剛性の問題、リンクの干渉の問題を解決できていないためである。とはいえ、小形試作機では、設計の有効性の大部分は確認できたため、来年度は、ACサーボモータを使用した試作機を設計・製作する予定である。また、平成29年度に行う予定であった、駆動機構についても、試作機は設計・製作できたものの、ワイヤの取り回しに関していくつかの問題があることがわかり、これを解決する必要がある。さらに、人の精緻な作業の観察についても、観察するための環境がある程度整い、運動計測したものの、計測装置に問題があることがわかり、また、人の精緻な運動をロボットで行ウにあたっての自由度の違いにより問題がることも分かり、これらを解決する必要がある。デスクトップサイズの機構の開発:人の精緻な作業をアシストするための、作業対象や人と干渉せず、更に、人の作業における視界の妨げにならないデスクトップサイズの機構の設計を行った。まず、平成29年度までに開発した機構を干渉や視界の妨げを防ぐために小型化を行った。特に、昨年度開発が終わらなかったACサーボモータと小径プーリを用いたワイヤ駆動機構は、従来よりも小型で大トルクの市販DDモータを採用し、プーリの径を大きくすることで、小径プーリの問題である、ワイヤとプーリの接触距離の問題を解決し、小型の駆動機構の設計を可能とした。これにより、ワイヤ駆動機構とワイヤ・リンクとが干渉しにくくなり、昨年度設計した機構の寸法比を大きく変更することなく、デスクトップサイズの機構の設計を可能とした。そして、必要なアクチュエータ、機能要素・機械要素の選定および詳細設計を終了した。人の精緻な作業の観察による精緻さと運動の関係の把握:昨年度は計測装置の作業領域が設計したものより小さく、多くのデータを取得することができず、人の作業の精緻さと運動の関係の把握が困難であった。そのため、広い作業領域を有するように計測装置の改良を行った。これを用いて熟練作業者を含む様々な人の運動計測を行い、熟練作業者の運動の特徴を把握した。スキルアシスト運動の計画:スキルアシストを行うためには、人の精緻な運動をロボットで行える必要があるが、人の腕とロボットの自由度の違いにより、人の運動をそのままロボットに行わせることが困難になる場面(特異点に入ってしまい運動させることができない場面)が多々あった。この問題を解決するために、人の運動を目的や運動方向に着目して分類してパターン化し、それぞれのパターンで特異点を避ける運動を作成したうえで、これを組み合わせることでアシスト運動を計画する方法を開発した。研究計画では、高機構透明性、高剛性の駆動機構の開発、スキルアシスト法の評価、人の動作観察を行う予定である。
カルシウムによる新規活性制御機構の構造的基盤

植物においては光、塩など様々なストレス因子がシグナルとなり細胞内のカルシウム濃度が上昇する。カルシウムセンサー蛋白質は細胞内のカルシウム濃度の上昇に伴い活性化されシグナルを下流へと伝える。最近CBLという新規な蛋白質が同定され、引き続きCBLの標的蛋白質としてCIPKが同定された。CBL/CIPK経路は塩ストレスなどで深く関与していることが示されており、生理学的な重要性も次々と解明されてきている。一方この経路は高等植物にも広く分布していること、さらにはゲノム研究からCBL,CIPKともに複数存在していることが判明している。これらのことからCBL/CIPK経路の重要性と広範な働きが予想できる。この経路の構造生物学的解明はCBLのカルシウムによる活性化機構、CIPKの認識機構などCBL/CIPK経路の構造的基盤を与えるものと考えられる。シロイヌナズナには10種類のCBLファミリーがあるがCBL2を選び、サンプル調整を行い結晶化に十分量のタンパク質を得、タンパク質の結晶を得ることに成功した。最終的にはモデルの信頼性を示すR因子が20.4%、フリーR因子が24.8%という信頼度の高いモデルを得ることに成功した。カルシウム結合型CBL2はαヘリックスリッチな構造をとっており、分子内に擬似的な二回軸をもっていた。CBLの構造よりCIPKの活性化モデルを提唱した。CBL2は4個のEFハンドモチーフ(EF-1EF-4)を持つが、カルシウムの電子密度が確認されたのは、EF-1とEF-4の2箇所であった。EF-2及びEF-3ではカルシウムは同定できなかったが、内部の密な水素結合のネットワークによって安定化されており、open conformatioをとっていることが示された。本研究はCBLファミリーに属するタンパク質の最初の結晶構造解析である。またCIPK14の複合体構造をめざしサンプル調整を行った。CBLファミリーのうちCBL2を選び、最初にサンプル調整を行い結晶化に十分量のタンパク質を得、タンパク質の結晶を得ることに成功した。カルシウム結合型CBL2はαヘリックスリッチな構造をとっており、分子内に擬似的な2回軸をもっていた。EF-2及びEF-3ではカルシウムは同定できなかったが、内部の密な水素結合のネットワークによって安定化されており、open conformationをとっていることが示された。

植物においては光、塩など様々なストレス因子がシグナルとなり細胞内のカルシウム濃度が上昇する。カルシウムセンサー蛋白質は細胞内のカルシウム濃度の上昇に伴い活性化されシグナルを下流へと伝える。最近CBLという新規な蛋白質が同定され、引き続きCBLの標的蛋白質としてCIPKが同定された。CBL/CIPK経路は塩ストレスなどで深く関与していることが示されており、生理学的な重要性も次々と解明されてきている。一方この経路は高等植物にも広く分布していること、さらにはゲノム研究からCBL, CIPKともに複数存在していることが判明している。これらのことからCBL/CIPK経路の重要性と広範な働きが予想できる。この経路の構造生物学的解明はCBLのカルシウムによる活性化機構、CIPKの認識機構などCBL/CIPK経路の構造的基盤を与えるものと考えられる。前年度にCBLファミリーの一つCBL2の構造解析に初めて成功しその構造的特徴を明らかにした。今年度はCIPKの認識機構を明らかにするためCBL結合ドメインであるNAFドメイン並びにNAFドメインに含まれるペプチドとの共結晶化を目指した。ペプチドは21アミノ酸および24アミノ酸のものを外注し調整した。一方NAFドメインは数ステップの精製段階を経て十分な精製度の蛋白質を得ることができた。精製したCBL2とNAFドメインを混合しゲルろ過クロマトグラフィーにより複合体を分取した。現在までにNAFペプチドとの共結晶化において結晶が得られている。しかし構造解析するには不十分なのでさらなる条件検討を行っている。
合併が低費用航空会社に与える影響に関する実証的研究

平成30年度は、第一に2010年のユナイテッドとコンチネンタルのケースに焦点をあて分析を行った。そして、ユナイテッドが合併後に多くの路線で競争的行動をとった可能性、競合するフルサービスキャリア(FSC)がユナイテッドとコンチネンタル競合路線において非競争的行動を見せた一方、他の路線において、競争的運賃設定行動をとったこと、低費用航空会社(LCC)が多くの路線で競争的運賃設定を行っていた可能性を示唆した。合併後、市場支配力を強め、非競争的な行動をとるとする既存研究の結果と異なる理由として、他社のM&Aが相次ぎ、ユナイテッドは市場支配力をある程度強めたものの、他社の競争的行動を警戒し非競争的運賃を設定できなかった可能性が考えられる。第二に、将来的に合併につながる可能性のあるFSCとLCCの提携について予備的実証研究を行った。アメリカン(FSC)とジェットブルー(LCC)の提携を対象とした分析を行ったところ、提携した2社の競合路線において提携企業間の競争的行動が弱まる可能性を示唆した。そして、ジェットブルーが提携後に競争的運賃を設定した路線もあったことから、LCC自身の競争的行動を高める可能性も提示された。その要因として、提携により旅客獲得が容易になり、さらに旅客を増やそうと競争意識が高まった可能性が考えられる。本研究の意義は2点ある。1点目は、既存研究が示したような結果が近年の合併に当てはまらない可能性を示した点である。航空会社の置かれた状況等、様々な要因を考慮し、分析を行う必要がある。2点目は、LCCとFSCとの提携は、LCCにとってはより大きな競争力獲得のための機会となり、FSCにとってはLCCとの競争を弱める手段となることから、両者が今後、提携をより戦略的に行う可能性について示唆した点である。平成28年度において、低費用航空会社(LCC)によるLCC買収の事例であるサウスウエストのエアトラン買収について分析を行った。分析の結果、サウスウエストは、エアトランとの競合路線において、買収後に運賃上昇行動をとったことを示した。また、サウスウエストは4年目までに買収前より高い運賃を設定するような行動をしていない可能性も示唆された。サウスウエストと対峙しているライバル企業の運賃設定行動について、サウスウエストとエアトランの競合路線、買収後エアトランが撤退しサウスウエストが参入しなかった路線において、買収発生直後、運賃上昇行動をとっていたことを示した。これは、エアトランの撤退により競争が弱まり運賃上昇行動をとった可能性を示唆している。全路線においては、2年目のサウスウエストの競争的行動に対抗しているものの、サウスウエストと異なり買収前年と比較して4年目の運賃水準が高くなっている可能性が示された。2年目の競争的行動の際の損失を埋め合わせるための上昇行動の可能性もあるため、今後分析を継続する必要がある。今回の成果については、これまであまり実施されていなかったLCCによるLCC買収について分析を行った点に意義がある。また、サウスウエストが買収実施前に比べ、高運賃を設定せず、ライバル企業が買収実施後に多様な運賃設定行動をとるなどを示し、LCCの買収が運賃上昇をとらせることの他に様々な影響を有する可能性を示唆した点についても意義があると考えられる。従来の計画とは、合併と買収(M&A)の分析対象が異なっているが、データの作成および分析については順調に進展している。本年度は、従来型の航空会社(FSC)の合併に対する低費用航空会社(LCC)の運賃設定行動の変化についての分析を行った。主に、アメリカンとUSエアの合併に焦点を当て、アメリカン、アメリカンと対峙するLCC等のライバルの合併後の運賃設定行動の変化に関して、2009年と2014年のデータを用いて実証的分析を行っている。結果として、アメリカンは合併後にほとんどの路線において運賃上昇行動をとったこと、LCCについては多くの路線において合併後に競争的運賃設定をしていること等を示した。本研究の意義として、第一にあまり実施されていない近年の合併を取上げたことが考えられる。第二に、対象とした合併が、LCCに近い特徴を有していると指摘されたアメリカウエストがUSエアと2005年に合併し、そして2013年にアメリカンと合併するというケースであったということである。このケースを取り上げた本研究の成果はLCCの合併・買収に関する研究に対し、今後、様々な示唆を与えられる。そして、LCCが合併に際し、他の航空会社の運賃上昇に追随しないことを示した点については、合併が発生し、合併企業が市場支配力を強めたとしても、LCCにより競争が弱まらない可能性を示唆している。このことは、産業内におけるLCCの役割を考える上で、今後参考になると考えられる。また、本年度は、大規模のネットワークを有するLCCの参入前後の行動についても分析した。そして、LCCは参入時に強い競争的運賃設定を行わず、状況に合わせ、柔軟に運賃設定をする可能性を示している。この点については、合併により成長したLCCの参入後の行動変化の可能性を示した点に意義があると考えられる。分析の順序は異なっているものの、当初予定していたケースについての分析は順調進んでいる。

そして、ユナイテッドが合併後に多くの路線で競争的行動をとった可能性、競合するフルサービスキャリア(FSC)がユナイテッドとコンチネンタル競合路線において非競争的行動を見せた一方、他の路線において、競争的運賃設定行動をとったこと、低費用航空会社(LCC)が多くの路線で競争的運賃設定を行っていた可能性を示唆した。合併後、市場支配力を強め、非競争的な行動をとるとする既存研究の結果と異なる理由として、他社のM&Aが相次ぎ、ユナイテッドは市場支配力をある程度強めたものの、他社の競争的行動を警戒し非競争的運賃を設定できなかった可能性が考えられる。第二に、将来的に合併につながる可能性のあるFSCとLCCの提携について予備的実証研究を行った。アメリカン(FSC)とジェットブルー(LCC)の提携を対象とした分析を行ったところ、提携した2社の競合路線において提携企業間の競争的行動が弱まる可能性を示唆した。そして、ジェットブルーが提携後に競争的運賃を設定した路線もあったことから、LCC自身の競争的行動を高める可能性も提示された。その要因として、提携により旅客獲得が容易になり、さらに旅客を増やそうと競争意識が高まった可能性が考えられる。本研究の意義は2点ある。1点目は、既存研究が示したような結果が近年の合併に当てはまらない可能性を示した点である。航空会社の置かれた状況等、様々な要因を考慮し、分析を行う必要がある。2点目は、LCCとFSCとの提携は、LCCにとってはより大きな競争力獲得のための機会となり、FSCにとってはLCCとの競争を弱める手段となることから、両者が今後、提携をより戦略的に行う可能性について示唆した点である。本年度については、FSC(フルサービスキャリア)間の合併のケースについて分析を実施し、さらに、サウスウエストとエアトランのケースについても、分析を継続する予定である。今後は、ユナイテッド・コンチネンタルのケース等についての分析を行うと同時に、これまでの研究についてまとめ、合併がLCCに及ぼす影響について、考察していくことを予定している。次年度使用額が生じた理由として、本来予定されていた旅費の支出がなかったことがある。翌年度については、情報収集のための旅費を主な用途としつつ、不足している資料費、英文校正費などの使用を予定している。
フォトニック結晶の実用的作製法の開発と機能フォトニックデバイス応用

本研究は、電子ビーム露光法の本質的欠点を克服すべく、大面積で高スループットなフォトニック結晶用周期構造を作製するための実用的なパターン形成法を開発し、実際に光デバイスに適用することを目的として行ったものでああり、その結果2光束干渉露光法を用いて、直径約40mmの範囲にわたりほぼ均一な周期250-500nmの2次元周期構造の作製技術を確立した。またこの2次元周期構造を用いて、2次元は元より3次元フォトニック結晶を作製し、これらの多次元周期構造を用いた光励起半導体レーザを作製し、実際に分布帰還型モードによるパルス発振を実現した。具体的な成果は以下の通りである。・多重2光束干渉露光法により、2次元までのフォトニック結晶として機能する周期構造を、約30x40mmの楕円状の大面積に高均一高スループットで露光・作製する技術を開発した。・ArイオンミリングとHFによる形状整形、またはCl_2系RIEにより約100cm^-1の高結合係数が達成可能であることを示した。・表面2次回折格子により、面方向への発光効率の約2倍の増強効果を得た。・光励起方向をPC軸に対して回転することにより、約2nmの波長可変特性を得た。・RCWA法により、InGaAsP/InP DBR及びa-Si/SiO_2 3D PCの反射率特性を解析した。前者では無反射入射角が存在するが、後者では完全フォトニックバンドが波長約1000nmの広波長域で得られることを明らかにした。以上の一連の成果は本研究課題で目標としていたものをほぼ包含しており、本研究で取り組んだ干渉露光法の有効性、フォトニック結晶半導体レーザの基本的な有効性を世に示すことができたと考えている。超小型光機能集積デバイスの実現を目指し、初年度である今年度は、まずフォトニック結晶の出発材料となる良好なナノ周期構造の大面積化や機能ナノ周期構造の作製技術の基礎検討並びに一定の作製法の確立を目標とした。まず干渉露光による大面積化は、光学系及びプロセスの最適化を検討し、約3.5cm径にわたる均一性を確立することができた。また、Si基板上にある程度深いナノ周期構造を形成することにより、通常のスパッタ装置を用いても発光素子への適用として十分な数対の3次元フォトニック結晶を実現できることを示した。このSiナノ周期構造を出発材料として、触媒となるPtを堆積し、プラズマCVDによりカーボンナノチューブを周期的に配列することができた。さらに表面プラズモンを用いた光機能素子を目指して、Crを用いた周期500nm及び250nmの金属ナノ周期構造の作成条件を把握した。今後導波特性及び反射特性などについて評価を進めていく予定である。さらに、超小型レーザを目標に、多重量子井戸構造の下部に分布反射多層構造を有するInAlGaAs/InGaAsP/InPウエハ上に干渉露光で1次元または2次元ナノ周期構造を形成し、さらに自己クローニング法により3次元フォトニック結晶を形成した構造について光励起により発光特性を評価し、多次元周期構造の効果による光閉じ込めと光帰還の増強を確認した。レーザ発振を目指して検討を進めている。活性フォトニック結晶を目標に、分子線エピタキシャル成長において1次元ナノパターン形成GaAs基板上へのInAs量子ドットの位置制御技術を検討附し、基板方向依存性や成長条件依存性などを把握し、良好な結果への目途を得た。超小型光機能集積デバイスの実現を目指して、昨年度の実用的フォトニック結晶の作製のための基礎検討を踏まえて、多次元周期構造の作製条件技術の向上及び確立化、さらにデバイス応用の検討を行った。

まず、大面積2次元周期構造が作製が可能な干渉露光法により周期500nmの2次及び250nmの1次回折格子を作製し、その上に通常の高周波スパッタによりa-Si/SiO2からなる多層周期構造を形成し、初期2次元周期構造の深さの確保により実用的なペア数の3次元フォトニック結晶(3D-PhC)の形成を実現した。これをDBR構造付きMQW層に適用し、これまでのフェムト秒光励起からしきい値低下が期待される光パルス励起法の実験系を構築し、現在レーザ発振実現に向けて鋭意検討を行っている。また同時に、より低しきい値化のために下部DBR構造や上部3D-PhCの構造設計を行い知見を得た。他方、上記2次元周期構造基板を用いてプラズマCVD法によりカーボンナノチューブ(CNT)を形成し、多層型ではあるが位置制御の可能性が得られた。他方、CVDによらず実用的なCNTを用いた光機能デバイスを実現すべく、パウダー状CNTをドープした光導波路の作製を試み、作製上の基本的な問題点と光機能動作実現への大きな知見を得た。周期構造を有する実用的光機能デバイスとして、Si導波路上に干渉露光及び電子ビーム露光法による1次回折格子の作製を試み、作製プロセス上の知見を得た。回折格子の深さを稼ぐ必要から作製プロセスの検討を進めている。表面プラズモンを利用した機能デバイスとして金属回折格子付き導波路の作製条件を把握し、基本的光学的特性を測定し、問題点解決の知見を得つつある。位置制御量子ドットについて、加工ナノパターンとドット配列及びサイズ制御の基本結果を得ると共に、一層の均一化の指針を得た超小型半導体光集積回路を実現する上で重要な構成要素となる多次元フォトニック結晶を作製するために、大面積なサブミクロン周期構造を高スループットで作製可能な2光束干渉露光法による2インチ大面積高均一・高効率多重露光技術を確立した。当干渉露光方法とその後の形状整形技術を用いて作成した2次元(2D)サブミクロン周期構造上への3Dフォトニック結晶を、従来のバイアススパッタによる自己クローニング法のみならず通常のRFスパッタ法によっても作製可能であることを示した。さらに、下部にはInGaAsP/InP半導体分布ブラッグ反射器(DBR)、上部には干渉露光を用いて形成した2D周期構造上a-Si/SiO2誘電体3Dフォトニック結晶を装荷したInAlGaAs/InAlAs多重量子井戸(MQW)活性層を有する多次元フォトニック結晶光機能素子を検討した。まず、DBRの効果を検証すべく、有効フレネル係数法及び厳密結合波(RCWA)法により解析を行い、半導体DBRでは32ペア、誘電体DBRでは6ペア程度でそれぞれ約12%の光損失低減効果が有ることを明らかにした。そして、実際には上部は2D周期構造とした素子を用いて、光励起による発光特性を評価した。その結果、パルス光励起により、しきい値光パワーとして約150mW(換算しきい値電流密度約1kA/cm2以下)の低しきい値において、表面2D周期構造の周期で決まるDFB波長に概ね一致した波長(1460nm)でのレーザ発振を実現した。さらに、光励起角度を約5°回転させることにより約2nmの波長可変を達成した。これらの結果により、本素子が光励起により任意位置での共振器形成と波長可変を有する低しきい値超小型集積機能レーザとして有望であることを示した。
電子衝突によるスピン禁制遷移の前方散乱微分断面積における異常性の研究

研究目的:電子衝突による原子分子の励起過程のうちで、一重項→三重項遷移のようなスピン禁制遷移は、ふつう電子の衝突エネルギ-が低く散乱角が大きい場合に起こりやすいと考えられている。事実、Heの1^1S→2^3P遷移の場合には励起微分断面積は比較的低エネルギ-でかつ大きな散乱角で極大値を示すことが知られている。しかしながら、Heの1^1S→2^3S遷移の場合には、比較的高い衝突エネルギ-で小さな散乱角で励起微分断面積が異常に大きい値を示すことが1973年頃Lassettreのグル-プによって指摘されていた。本研究の目的は、ふつう因難とされている0゚近辺の微小角での測定を良い精度で行ない、この型の遷移につき正しい微分断面積を決定するとともに、2^3S遷移のように、一重項→三重項遷移のうちで始状態と終状態の軌道角運動量の変化を伴わない場合に特有の励起微分断面積の振る舞いの一般的特徴を明らかにすることである。研究成果:上記の目的を達成するため、現有の電子エネルギ-損失スペクトル装置を改造して、比較的高い分解能(約1゚FWHM)で測定が出来るようにし、さらに散乱角度の較正を正確に(誤差約0.2゚以内)行ない0゚を含む微小角での測定を行なった。Heー1^1S→2^3S遷移に対する実験結果は次の通りである。1.衝突エネルギ-100、200、および500eVにおいて、散乱角0゚ー15゚の範囲で微分断面積を測定した。例えば、エネルギ-500eVでは、散乱角4゚から0゚までの間に、断面積は約3桁増大し、0.075aCC0^2/srという値に達する。2.散乱角0゚における断面積をエネルギ-100ー800eVの範囲で測定した。200ー800eVでの断面積はLassettreらの値より約1桁大きい。この食い違いは、電子スペクトルのS/N比、角度分解能および角度の信頼度の違いに依るものと説明される。今後は、N_2のX^1Σ_g^+→E^3Σ_g^+など分子における同様の遷移につき研究を進める予定である。
アデノウイルスベクターを用いたIL-6遺伝子導入による間質性肺炎モデル動物の作製

Wisterラットに10^8pfuのlacZ遺伝子組み込みアデノウイルスベクターを経気道的に導入した結果、生理的条件下では増殖性に乏しいII型肺胞上皮細胞や肺胞マクロファージで、少なくとも3週間にわたりlacZ遺伝子発現が持続した。つぎに1.8×10^8pfuのSRαプロモータ支配ヒトインターロイキン6(IL-6)、ヒトIL-6受容体(IL-6R)遺伝子組み込みアデノウイルスベクター、あるいはその混合を経気道的に投与し、それぞれの遺伝子発現とラット肺の病理組織学的変化を検討した。アデノウイルスベクター投与72時間後にはIL-6とIL-6Rの混合投与によって著明なリンパ球浸潤を伴う胞隔炎を認め、さらに肺胞腔内に肺胞マクロファージ(AMφ)の浸出を認めた。一方IL-6あるいはIL-6Rの単独投与やサイトカイン遺伝子を持たない対照ベクター投与ではなんらの組織学的変化も認めなかった。IL-6とIL-6R遺伝子組み込みベクターの混合投与によって惹起された胞隔炎の部分に一致して、IL-6およびIL-6R遺伝子発現がin situ hybridizationで、さらに同タンパクの発現が間接蛍光抗体法や免疫組織染色法でそれぞれ確認された。しかし、病変部分のAMφと一部のII型肺胞上皮細胞のみがこれらのタンパクを強発現しており、肺胞壁に浸潤したリンパ球にはほとんど発現を認めなかった。したがって導入されたIL-6とIL-6Rがラットの信号伝達タンパクを使って宿主細胞に何らかの変化を惹起し、これらの病理学的変化を引き起こした可能性が高いと考え、この病態の解明を試みている。さらにサイトカイン遺伝子導入後長期および頻回投与後の病理学的変化についてもあわせて検討を加えている。
分散知能実現のための頑健・高速・汎用な強化学習アルゴリズムの研究

本年度は,昨年度に引き続いて,不完全知覚問題を含む環境における強化学習アルゴリズムについての研究を行った.強化学習とは,学習の主体であるエージェントが自ら行動し経験を重ねることで振る舞いを獲得する枠組みである.本研究ではこれまでに,不完全知覚問題に対して,複素強化学習とよばれる枠組みを提案している.この枠組みにおいて,複素化された行動価値は価値の大きさだけではなく位相情報を表現することができる.本年度は提案するアルゴリズムの汎用性を高めるための負の報酬の取り扱いに関する研究と,頑健性を評価するための学習可能な条件の導出に関する研究について具体的に取り組んだ.負の報酬とは,強化学習において罰を取り扱うための概念である.一般に報酬とは望ましい行動の選択を助長するための信号である.罰とは望ましくない行動の選択を抑制するための信号である.2種類の信号を使い分けることにより,早く効率的な学習を行うことができる,罰による学習を実現することは,提案手法をより汎用的に用いるうえで必須の技術である.しかし,これまでの複素強化学習の手法では負の報酬(罰)を扱うことを想定しておらず,罰を用いた学習を行うことができなかった.そこで,本研究では,複素強化学習において負の報酬が与える影響を明らかにし,負の報酬を用いるための手法について検討した.次に,学習可能な条件の導出については,アルゴリズムの頑健性を評価するうえで非常に重要な問題である.Q-learningやProfit Sharingなどの従来よく用いられているアルゴリズムの収束性・適用条件が明らかになっているのに対し,提案手法の収束性・適用条件は未知であった.本年度は,いくつかの仮定のもとで,学習者側の条件と環境側の条件についてそれぞれ導出を行った.本年度では,強化学習に関する二つの研究を行った。一つは,測距センサをもつロボットのための状態空間の自己組織化手法に関する研究である。もう一つは,複素強化学習法における学習性能向上のための手法に関する研究である。測距センサをもつロボットのための状態空間の自己組織化手法は,強化学習における「次元の呪い」とよばれる問題を回避するために考案された。「次元の呪い」とは,センサの次元や分解能を増やすことによって学習が進まなくなるという問題である。この問題に対して,測距によって得られたデータを2次元画像に変換し,変換によって得られた画像を自己組織化マップにより分類するという手法を提案した。シミュレーション実験の結果により,提案手法を用いると広大な状態空間における状態を実用上十分少ない数の状態に分類できることが明らかとなった。複素強化学習法における学習性能向上のための手法は,強化学習における「不完全知覚問題」とよばれる問題が発生する環境で学習を行うために考案された。「不完全知覚問題」とは,センサの次元や分解能が不足することによって学習が進まなくなる問題である。不完全知覚問題が発生する環境での学習のために,これまで複素強化学習法を提案してきた。本年度は,この複素強化学習法のなかで,適格度トレースの調整と行動価値の多重化についての検討を行った。適格度トレースの調整や行動価値の多重化のどちらも,「より複雑なタスク」において学習が可能であるという結果が得られた。平成20年度は,平成19度に引き続いて,不完全知覚問題を含む環境における強化学習アルゴリズムについての研究を行った。不完全知覚問題は,ノイズやセンサ精度などの制約によって,学習の主体であるエージェントが実際には異なる状態を同じ状態とみなしてしまう問題である。不完全知覚問題が発生した場合,エージェントは適切な動作の獲得が困難になる。まず,平成19年度検討を行った行動価値の多重化手法を,これまで検討を行ってきた強化学習アルゴリズムとは異なる強化学習アルゴリズムに適用し,評価を行った。行動価値は,ある行動を選択する際の指標である。行動価値の多重化とは,ひとつの行動に複数の行動価値を割り当てる方式である。多重化を行うと,異なる内部参照値に対しても同じ行動を選択できると期待される。実験の結果,不完全知覚問題を含む環境において効率的に多様な行動文脈を学習することが可能であると確認された。さらに,平成20年度は,不完全知覚問題を含む環境において獲得される行動価値の収束値を計算する方法について基礎的な検討を行った。本手法は,行動の選択肢が1つしかないような環境において,簡便な手法によって行動価値の収束値を計算することができる。行動価値を並べたベクトルに対する線形変換として価値の更新を定義し,その固有値から収束値を計算する。この手法が確立されれば,同様の手法によって,複素強化学習における価値である複素行動価値への拡張が期待され,複素強化学習で学習可能な環境のクラスの特定に有用であると期待される。本年度は,昨年度に引き続いて,不完全知覚問題を含む環境における強化学習アルゴリズムについての研究を行った.強化学習とは,学習の主体であるエージェントが自ら行動し経験を重ねることで振る舞いを獲得する枠組みである.本研究ではこれまでに,不完全知覚問題に対して,複素強化学習とよばれる枠組みを提案している.この枠組みにおいて,複素化された行動価値は価値の大きさだけではなく位相情報を表現することができる.本年度は提案するアルゴリズムの汎用性を高めるための負の報酬の取り扱いに関する研究と,頑健性を評価するための学習可能な条件の導出に関する研究について具体的に取り組んだ.負の報酬とは,強化学習において罰を取り扱うための概念である.一般に報酬とは望ましい行動の選択を助長するための信号である.罰とは望ましくない行動の選択を抑制するための信号である.

2種類の信号を使い分けることにより,早く効率的な学習を行うことができる,罰による学習を実現することは,提案手法をより汎用的に用いるうえで必須の技術である.しかし,これまでの複素強化学習の手法では負の報酬(罰)を扱うことを想定しておらず,罰を用いた学習を行うことができなかった.そこで,本研究では,複素強化学習において負の報酬が与える影響を明らかにし,負の報酬を用いるための手法について検討した.次に,学習可能な条件の導出については,アルゴリズムの頑健性を評価するうえで非常に重要な問題である.Q-learningやProfit Sharingなどの従来よく用いられているアルゴリズムの収束性・適用条件が明らかになっているのに対し,提案手法の収束性・適用条件は未知であった.本年度は,いくつかの仮定のもとで,学習者側の条件と環境側の条件についてそれぞれ導出を行った.
ローカリティを考慮した新しい土砂災害リスク評価手法の開発と実用化

大地震や豪雨に伴う土砂災害による被害を低減するために、新しい斜面災害リスクマネジメント実用技術を開発した。地理情報システムGISおよび先端な数値シミュレーション技術DDAを駆使して、斜面崩壊の可能性を示すハザードマップおよび潜在の斜面崩壊による損失を示す斜面災害リスクマップの新しい作成技術を開発し、全国における土砂災害ハザードマップおよびリスクマップを作成した。本研究は、斜面防災力を向上させるために、新しい土砂災害リスク評価手法を開発し、実用的なリスクマップの作成手法を確立して、リスク指標による防災のあり方を提案することを目指すものである。H19年度は以下の研究成果が得られた。1.ローカリティを考慮した斜面崩壊形態を分類した斜面崩壊は地質・地形によって崩壊形態が異なる。また、崩壊形態情報は数値解析モデルの作成、リスクの評価やモニタリングの方法の検討などには欠かせないものである。本研究では、九州をモデル地域としてそのローカリティに関する検討を行い、斜面崩壊形態を分類した。2.新しい斜面崩壌確率の評価手法を開発した斜面崩壊は多くの素因と誘因に支配ざれる。斜面崩壊確率の評価手法は、大別して統計による経験的な手法と力学モデルによる解析手法がある。しかし、既存の手法はいずれも一部の崩壊要因しか考慮されていない。本研究では、まず、数量化II類の手法とDDAの手法をさらに改良し、二つ手法のメリットを最大限に利用した新しい斜面崩壊確率の統合的な評価手法を開発した。3.新しい経済損失の評価手法を開発した従来の防災計画においては、斜面崩壊の発生確率を示すハザードマップに基づき警戒区域などを検討する方が多い。しかし、崩壊規模の大きな斜面や、人口密集や重要な施設を有する地城では、斜面崩壊の発生確率がそれほど高くなくても、一旦斜面崩壊が発生した場合には甚大な損害が生じる。本研究では、経済損失は地域の資産密度に比例することを仮定し、損害率を求めて経済損失を評価する手法を提案した。4)ハザードマップ・経済損失分布マップ・リスクマップを作成した本研究で開発した斜面崩壊確率の評価手法と斜面災害による経済損失の評価手法をGISプラットフォームに適用し、斜面災害に関するハザードマップ、経済損失分布図とリスクマップを効率的に作成するツールを開発した。また、福岡東を対象にハザード・リスクマップ作成し、その作成手順を確立した。H20年度は以下の研究成果が得られた。1.地盤強度の確率分布の同定斜面の崩壊確率の推定には、地盤の強度定数が必要である。本研究は既存の地盤情報(九州地盤データベースや現場測定したデータ)を活用し、一部地域において表面波探査法・簡易貫入法で地盤強度の実測を行い、各種地盤の強度定数の確率分布を同定することができた。精度の高いハザードマップの作成は可能となった。2.斜面防災に有効なリスクマネジメントの適用地震と豪雨の複合影響を考慮した斜面災害リスクの評価手法を確立した。それを2005年福岡西方沖地震による崩壊斜面の復旧へ適用し、リスクとコスト分析および総費用による対策方法の有効性を評価した上、最適な対策計画に有用な情報を提供した。3.ハザードマップとリスクマップの精度に関する検討本研究で開発した斜面崩壊確率の評価手法と斜面災害による経済損失の評価手法をGISプラットフォームに適用し、斜面災害に関するハザードマップ、経済損失分布図とリスクマップを効率的に作成するツールを開発した。北九州市をモデル地域として1kmメッシュと100mメッシュでハザードマップとリスクマップを作成し、メッシュサイズの影響を検討した。さらに、過去20年の斜面崩壊データを用いて作成したハザードマップの精度を検討した。4.土壌雨量指数による斜面崩壊の予測の有効性に関する検討および新しい適応手法の提案斜面災害の多い福岡県北九州市を対象に,17年間年のレーダー・アメダス解析雨量を用いて,25kmメッシュの土壌雨量指数を算出した。各メッシュについて1998年2005年までの履歴順位1位10位までを抽出し、期間中発生した252件の斜面崩壊の発生時間と比較して、既存の土壌雨量指数による斜面崩壊の予知効果を検証し、新しい予知基準を提案した。本研究は、土砂災害リスク評価手法の開発および実用化を目指すものである。H21年度は以下の研究成果が得られた。1.日本全国におけるハザードマップとリスクマップの作成本研究で開発した斜面崩壊確率の評価手法と斜面災害による経済損失の評価手法をGISプラットフォームに適用し、日本全国における斜面災害ハザードマップ、資産マップおよびリスクマップを作成し、行政の斜面防災に関する意思決定に寄与することが期待される。2.ハザードマップとリスクマップの精度向上に関する検討北九州市をモデル地域として1kmメッシュと100mメッシュでハザードマップとリスクマップを作成し、メッシュサイズの影響を検討した。計算効率とマップの精度を両立させるメッシュサイズの組み合わせ方法を確立した。また、斜面崩壊の年超過確率を推定するために、斜面地盤の強度を考慮した「力学的手法」と崩壊履歴データを活用する「ロジスティック回帰分析手法」を組み合わせて新たな斜面崩壊年超過確率の推定手法を開発した。3.リアルタイムのハザードマップの作成手法の開発

貯留タンクモデルを導入し、降雨による地盤内の飽和度を示す浸水割合を時間列で求める手法を提案した。浸水割合の時間変化に伴う斜面崩壊確率を算出し、実際の降雨に即したリアルタイムのハザードマップを作成する手法を開発した。福岡県北九州市をモデル地域としてリアルタイムのハザードマップを作成し、時間雨量の増加とともに斜面崩壊危険域は拡大したことが確認された。特に,普段の崩壊確率がそれほど大きくない地域においては、降雨に伴い崩壊確率が急激に大きくなり、増加比が上位5%の危険区域に入ると、崩壊がよく発生することが分かった。4.土砂災害危険箇所における効率的な避難体制整備のための危険度評価福岡県北九州市においては、「砂防法」に基づき、「急傾斜地崩壊危険個所」、「土石流危険渓流」および「地滑り危険個所」など合わせて1133の「土砂災害危険個所」が検出された。実効性のある警戒避難体制を整備するために、本研究で開発された手法を用いて、指定されている1133の「土砂災害危険個所」における危険度を評価し、危険度ランキングをして、危険度の高い箇所を絞り込むことができた。本研究成果の社会への還元を果たしている。
地域のマイクロイベント情報共有による 住宅団地の交通弱者問題の解決に向けた研究

研究初年度は、今後の方針を固め調査と分析を進める基礎を確立することができた。具体的には、対象領域の意識調査結果収集については、現有設備を含め、主要機器であるタブレットを活用して調査を行う計画であったが、自治体の全面的な協力を得て、調査対象地域の住宅団地への交通意識に関する調査を行う事ができた。また、調査対象地域の住宅団地と関連する交通についての資料収集を行う事ができた。本研究で対象となる住宅団地の資料を収集すると共に、自治会などの関係者へのヒヤリングを行い、住宅団地とその内外の交通に関する問題点を抽出できた。同時に、地域活動情報共有に対する問題点、地域に参加することに対する意識調査も行うことができた。また、基本システムとのデータを共有可能とするための連携用技術を調査し、システム設計、サーバ構築を始めることができた。これらの成果は学会論文として発表済みである。(理由)1)対象領域の意識調査結果収集については、自治体の全面的な協力を得て、調査対象地域の住宅団地への交通意識に関する調査を実行することができた。同様に調査対象地域の住宅団地と関連する交通についての資料収集、自治会などの関係者へのヒヤリングも行い、地域活動情報共有に対する問題点を抽出することができた。2)「ためまっぷ」の技術の拡張については、基本システムとのデータを共有可能とするための連携用技術を調査し、システム設計、サーバ構築を始めることができた。3)移動支援システムのプロトタイプリリースに関しては、社会実験:移動マッチングシステムの要件を定義し、必要機能を実装する必要があり、これは次年度以降の作業であるが、上記の1)の調査結果よりその材料は入手出来ている。また、申請者らが提案システムの運用を視野に入れ設立したNPO法人FIVE(http://www.city.hiroshima.lg.jp/www/contents/1384995381935/)が存在しており、ここを窓口として実地に導入し試験運用を行う道筋はついている。対象領域の意識調査結果収集ができたので、この分析を進め、住宅団地とその内外の交通に関する問題点を抽出し、地域活動情報共有に対する問題点を明確にする。次に「ためまっぷ」の技術の拡張、基本システムとのデータを共有可能とするための連携用技術を調査し、システム設計、サーバ構築を進める。更に移動支援システムのプロトタイプリリースを目指し、社会実験・移動マッチングシステムの要件を定義し、必要機能を実装する。実地に導入し試験運用を行う。最後に、社会実験結果のデータ分析、知識発見:利用者ログやアンケートデータを収集するためのデータベースサーバ及びユーザインタフェースを構築し、基本統計処理や多変量処理により利用者の行動分析を目指し、その結果から、地域コミュニティの活性化に向けての提案システムの効果、交通行動の知識を獲得することを目指す。(理由)

当初、初年次の調査は既存施設タブレット等や紙ベースのアンケート調査を予定していたが、自治体の全面的な協力が得られたため、解析処理に用いるPCとモニターの増設を行い、統計処理作業の効率化を図った。そのため費用的に差が生じた。(使用計画)上記の初年次の調査方法の変更により、解析作業の効率化と次年度以降のシステム開発の方へ予算を振り分ける計画とする。
ナノ金触媒における原子レベル反応場の動的解析

本研究は、ナノサイズの金超微粒子に見られる非常に高い触媒活性の発現機構を解明することを目指し、同触媒が反応している状況を"その場"で電子顕微鏡観察することにより、反応中の挙動を明らかにしようとするものである。そのために、通常、真空中に置かれる電子顕微鏡試料を反応ガス雰囲気にするための装置を開発し、動的観察を行った。『ナノ金触媒の反応場におげる原子構造の動的変化を明らかにし、本触媒の活性メカニズムを解き明かすこと』が本研究の目的である。そのために、"ナノ・ラボラトリ電子顕微鏡システム"の独自開発を目指し研究を推進している。本年度は、周辺技術の確立および触媒反応中その場観察の実施をメインに研究を進めてきた。各項目について以下に詳述する。1.環壌セル隔膜の高耐圧化カーボン真空蒸着にて作製するガス・シール用の極薄膜について、その作製方法を改良し、従来の半分以下の厚さ(約8nm)で2気圧以上の差圧に耐久可能な膜を得られるようになった。2.隔膜の耐侵食コーティング法の開発上記、カーボン隔膜は酸素を含んだ反応ガス中で電子線を照射すると、酸化・侵食・開孔という現象が発生し問題であった。これを抑制するため膜表面に非晶質BN膜をコーティングする方法を確立した。基本は高周波マグネトロンスパッタ法で基板を液体窒素温度に冷却することがポイントであった。また、コーティングにより侵食抑制効果が大きいことを明らかにした。3.反応ガス種によるナノ金粒子構造変化の差異開発したシステムを用いて、ナノ金触媒のガス中その場観察を行った結果、COの酸化反応を起こすガス中では粒子の激しい構造変化が見られたが、反応が起こらないN2ガス中では、同一圧力下でも変化は見られなかった。これにより、触媒反応が構造変化に影響していることが明らかになった。本研究の目的は、ナノ金触媒の活性発現メカニズム解明を目指し、触媒反応が起こっている状況を"その場"で"原子レベル"で直視観察することである。研究期間内において、触媒反応を電子顕微鏡内で起こさせるための"ナノ・ラボラトリ電子顕微鏡システム"を自作で完成させることに成功し、数千Paという、実際の触媒反応が起こっているのに近い状況を再現し、それを観察することが可能となった。その一環として、ガス導入出用の試料ホルダーについて、従来よりもガス導入出のコンダクタンスを10倍にも改善出来る装置を新規発明し、特許を出願した。また、システムの要たる反応ガス・シール用の隔膜も非常に耐久性の高いものを開発し、これに別材料のコーティングをすることで更なる強度向上に成功している。この手法についてもすでに特許出願中である。本装置を用いた観察の結果、ナノ金触媒は反応中に形状を大きく変化させていることが明らかとなった。これは従来の触媒とは異なる振る舞いであり、非常に有意義な成果と言える。さらに、形状変化はナノ金粒子の上部のみで、担体との接合部付近はほとんど構造変化していないことも分かった。この結果は、ナノ金粒子と担体とが非常に強い相関を有していることを示唆しており、高い触媒活性の発現に寄与しているものと予測される。上記の成果は、特許、論文、国内外の学会で発表し、非常に高い評価を得ており、招待講演も依頼されたものであり、今後も本分野でのメインストリームとして注目されるものと自負するところである。