hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ライトフィールドカメラを用いた複合現実感及び隠消現実感に関する研究

本研究の目的は,実空間に仮想物体を実時間合成する複合現実感(Mixed Reality; MR)と実空間から実物体を実時間除去する隠消現実感(Diminished Reality; DR)における,ライトフィールドデータの利用方法の模索,手法の提案,実動作するシステム開発を通した実証である.本年度は,就職先の決定に伴い研究終了時期が早まったため,早期にこれまでの成果を学術論文としてまとめることに注力した.具体的には,実物体を視覚的に隠蔽・消去・透過する技術であるDRに関する「ライトフィールドの概念に基づく多視点カメラを用いた手法の開発と評価」を行い,国内外の論文誌や会議へと投稿,採択された.主に,ライトフィールドデータに含まれる視覚的に不要なフェンスを除去する技術や医療用教示映像を作成する際に写る医師の頭部や手を透かして見せる応用技術を報告した.そして,MRに関連して,スポーツ分野における競技者の重心位置推定のために多視点カメラを用いた手法を応用した結果を報告した.上記に加え,留学先にて着手した類似研究,多視点RGB-D画像(カラー画像とカラー画像に位置合わせされた奥行画像の組)シーケンスを用いた画像修復技術(不可視光線情報を周辺領域及び過去の光線情報から推定する手法)の研究も進め,国際会議に採択された.更に,DR/MRにおける研究活動を周辺分野に周知させる目的で昨年度に行った国外での招待講演が評価され,内容を再編集して投稿したOverview論文が国外論文誌へと採録された.また,拡張現実感,コンピュータビジョンと機械学に関する英書を習周辺分野の研究者たちと協力して翻訳した訳本を2冊出版した.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。本研究の目的は,実空間に仮想物体を実時間合成する複合現実感(Mixed Reality; MR)と実空間から実物体を実時間除去する隠消現実感(Diminished Reality; DR)における,ライトフィールドデータの利用方法の模索,手法の提案,実動作するシステム開発を通した実証である.本年度は,DRに関しては「1.ライトフィールドの概念に基づく多視点カメラを用いた手法」の提案を,MRに関しては「2.多視点カメラを用いたカメラ位置姿勢推定法」の提案を目標とし,その研究成果を国内外の会議で発表した.1. DR技術が必要される場面として,作業中に自身の手や把持するツールによって視界が遮られ,作業対象へのアプローチが難しいといったシナリオを設定し,その問題のDR手法による解決を目標として技術開発を行った.提案手法は,既存の多視点画像を用いる任意視点画像生成法を基本として,不要物体(上記の例であれば,ツールやそれを把持した手)を通る光線を再構成しないように拡張することで,その背景が可視化された動画像を生成する.これに関わる光線取得方法のアルゴリズムと実時間性確保のためのレンダリング手法に関する成果を会議で報告した.2.ライトフィールドを用いた直接的なカメラ位置姿勢推定法は現実的ではないため,まずは,固定多視点カメラから推定される3次元位置を逐次計算することで現視点のカメラ位置姿勢推定を行うアプローチをとった.固定多視点画像を想定すれば,現画像との2次元対応を取得することで,その2次元位置に対応する,3次元位置が現フレームで得られる.よって,この2D-3D対応から現視点の位置姿勢を推定した.「研究実績の概要」の通り,基本的には,ライトフィールドカメラやその概念の導入によってDRとMRの性能向上を図るアプローチをとった.また,その成果を国内外の会議及び論文誌に発表した.また,提案手法を実装するにあたって,隠消現実感や複合現実感の適用可能範囲を覆うようなライトフィールドカメラは市場には存在しないため,本研究課題では,多視点カメラを用いてこれを自ら構築した.1. DR処理に必要な基本実装を終えた.基本となるアイデアと内容は会議で発表した.次いで,機能の実証実験と精度評価実験を予定し,論文誌への投稿を予定している.2.現状,アルゴリズムを実証するための実装と実験を終え,論文誌への投稿を済ませた段階である.その他,DRとMRの実問題への応用,DR研究の基盤となり得るデータセット獲得方法の提案,DRおける両眼立体視の問題の抽出と解決方法に関する研究成果を発表した.本研究の目的は,実空間に仮想物体を実時間合成する複合現実感(Mixed Reality; MR)と実空間から実物体を実時間除去する隠消現実感(Diminished Reality; DR)における,ライトフィールドデータの利用方法の模索,手法の提案,実動作するシステム開発を通した実証である.本年度は,対象となる実物体を視覚的に隠蔽・消去・透過する技術,DRに関する「1.ライトフィールドの概念に基づく多視点カメラを用いた手法の評価」とMRのための「2.多視点カメラを用いたカメラ位置姿勢推定法の有効性検証」を目標とした.1に関して,本年度は,定量評価実験を行い,その成果をまとめて国外論文誌や国際会議へと投稿,採択された.また,提案手法を実際に用いる際に問題となるパラメータ設定を簡易化する手法を次いで国内外の会議にて発表した.2に関しては,昨年度に成果をまとめ,論文誌へと投稿していたが,査読段階で有効性が十分に示せていないという指摘を受けたため,これを重点的に取り組むということへと方針転換をした.今年度は来年度にかけての留学を経験し,上記とは別途,多視点RGB-D画像(カラー画像とカラー画像に位置合わせされた奥行画像の組)シーケンスを用いた,画像修復技術(不可視光線情報を周辺領域及び過去の光線情報から推定する手法)の研究も行った.この成果は国際会議へと投稿した段階である.

更に,DR/MRにおける研究活動を周辺分野に周知させる目的で,国外での招待講演,国外論文誌でのDRに関するサーベイ論文の発表,国外論文誌へのOverview論文の投稿等を行った.「研究実績の概要」の通り,昨年度と同様,ライトフィールドやその概念の導入によってDRとMRの性能向上を図るアプローチをとり,加えて,その精度評価を検討し実施した.1.ライトフィールドの概念に基づく多視点カメラを用いた手法の評価:DR技術が必要される場面として,昨年度と同様,作業者視点での不可視空間の可視化に取り組んだ.可視化手法自体は昨年度に実装し終えていたため,本年度は,入力及び真値となる多視点画像シーケンスを撮影し,これを評価用データセットとした.これを用いて定量評価実験を行い,その成果をまとめて国外論文誌へと投稿,採択された.また,提案手法を実際に用いる際に問題となるパラメータ設定を簡易化する手法を次いで発表した.2.多視点カメラを用いたカメラ位置姿勢推定法の有効性検証:昨年度に1と同様の多視点カメラを用いたカメラ位置姿勢推定法を考案,実装した.今年度は,この成果をまとめ,論文誌へと投稿していたが,査読段階で有効性が十分に示せていないという指摘を受けたため,これを重点的に取り組むということへと方針転換をした.本年度はこのデータセット作成用システムを作成し,来年度に向けて準備を整えた.「研究実績の概要」にある留学先での研究成果の投稿に加え,MR・DRに関連して以下を実施した.DR/MR用カメラ位置姿勢推定法の評価方法の標準化に取り組み,評価方針や実績等に関しての活動報告を行った.DR処理された空間における人間の重さ知覚が変化するという現象の検証した.DR/MRの関連技術を用いて,人間には不可視の熱量を可視化する手法を提案した.こうした,DR/MRにおける研究活動を周辺分野に周知させる目的で,国外での招待講演,国外論文誌でのDRに関するサーベイ論文の発表,国外論文誌へのOverview論文の投稿,委員会幹事として国内論文誌/学会誌への寄稿を行った.本研究の目的は,実空間に仮想物体を実時間合成する複合現実感(Mixed Reality; MR)と実空間から実物体を実時間除去する隠消現実感(Diminished Reality; DR)における,ライトフィールドデータの利用方法の模索,手法の提案,実動作するシステム開発を通した実証である.本年度は,就職先の決定に伴い研究終了時期が早まったため,早期にこれまでの成果を学術論文としてまとめることに注力した.具体的には,実物体を視覚的に隠蔽・消去・透過する技術であるDRに関する「ライトフィールドの概念に基づく多視点カメラを用いた手法の開発と評価」を行い,国内外の論文誌や会議へと投稿,採択された.主に,ライトフィールドデータに含まれる視覚的に不要なフェンスを除去する技術や医療用教示映像を作成する際に写る医師の頭部や手を透かして見せる応用技術を報告した.そして,MRに関連して,スポーツ分野における競技者の重心位置推定のために多視点カメラを用いた手法を応用した結果を報告した.上記に加え,留学先にて着手した類似研究,多視点RGB-D画像(カラー画像とカラー画像に位置合わせされた奥行画像の組)
血小板を用いた簡易インスリン感受性試験の開発とその評価

血小板がインスリン感受性臓器の一つであることより、血小板凝集能を測定することによってインスリン感受性が測定しうるかどうかを検討した。Travatiらとは異なり、ヒト血小板凝集能は必ずしもインスリンの濃度依存性に抑制されなかった。つまりインスリンが、血小板内Ca++濃度を低下するのみに働くのではなく、血小板凝集に関連した、3つの酵素を調節して血小板凝集能変化を引き起こすことが明かとなった。さらに、アゴニスト(ADP)の濃度も検討し、至適濃度ADPを予め求め、これを用いるという簡易測定系を確立した。さらに添加インスリンをより生理的な濃度まで低下させた測定系を構築した。その結果、インスリン抵抗性のないと考えられるヒトでは0.063nmol/l(data not shown)から、同じく、ラットでは1.25nmol/lで血小板凝集能が有意に変化することを認めた。つまり、この低濃度域より開始するインスリン感受性測定系が生体内における血小板のインスリンに対する反応性をより忠実に反映ものと考えられた。これらにより、血小板でのインスリン感受性測定の簡易化が可能となり、測定時間の短縮とサンプル量の軽減がもたらされた。また、血小板のインスリン感受性指数とグルコースクランプ法で求めたglucose infusion rate(GIR)値との間にはr=0.779と、極めていう良好な相関性が得られた。さらに他のmetabolic markerとの相関性ではhomeostasis model assessment(HOMA)とr=0.54と有意の相関性を示し、IRI,T cholとも相関した。この検討で用いたHOMAとGIRとの相関はR=0.41であり、本法での測定値の信頼性が確認された。以上のように、我々が開発した血小板による簡易インスリン測定法でのインスリン感受性評価が可能であり、本法が簡便性、再現性にも優れていることより、ヒトへの臨床応用も可能であることが示唆された。インスリン抵抗性(感受性)の評価を簡易化する目的で血小板を用いたインスリン感受性評価法の検討を開始した。従来法であるインスリン感受性評価法がグルコースクランプ法によらなければならない。このため、特定の機材を必要とし、かつ患者を長時間拘束することにより一般的に行いづらい。したがって、如何にして外来患者に対してインスリン感受性を評価するかを本研究の主眼とした。本年度はTravati等が報告した血小板を用いたインスリン感受性評価法の基礎的検討を行った。まず、体重別の健常者でのインスリン感受性を検討した。しかし、本法では食後の中性脂肪の影響を受け、測定値が不確定になることが明かとなったため、測定を空腹時に限定して行った。その結果、報告とは若干異なるものの、インスリン濃度が1000-2000pMでID50が得られることおよび加齢とともにID50が上昇傾向を示すことが確認され、本法の有用性の一端が確認された。このため、対象を患者に移して血小板および従来法でのインスリン感受性の検討を行った。糖尿病患者では服薬、罹病期間、病型等の影響因子が多いことより、インスリン抵抗性が耐糖能異常の原因とされているpolycystic ovary syndrome(PCOS)症例を用い血小板でのインスリン感受性と、グルコースクランプ法でのインスリン感受性の関連性の検討を開始した。症例数は現在10例程度であるが、血小板でのインスリン抵抗性指数(ID50)と体重、食後血糖値、空腹時インスリン値、グルコースクランプ法で求めたインスリン感受性指数(GIR)間に関連性が認められ、今後さらに症例数を増やす予定である。その他、肥満動物モデルでのインスリン感受性と血小板のインスリン感受性の検討も開始したところである。

以上のように、我々が開発した血小板による簡易インスリン測定法でのインスリン感受性評価が可能であり、本法が簡便性、再現性にも優れていることより、ヒトへの臨床応用も可能であることが示唆された。血小板がインスリン感受性臓器の一つであることより、血小板凝集能を測定することによってインスリン感受性が測定しうるかどうかを検討した。Travatiらとは異なり、ヒト血小板凝集能は必ずしもインスリンの濃度依存性に抑制されなかった。つまりインスリンが、血小板内Ca++濃度を低下するのみに働くのではなく、血小板凝集に関連した、3つの酵素を調節して血小板凝集能変化を引き起こすことが明かとなった。さらに、アゴニスト(ADP)の濃度も検討し、至適濃度ADPを予め求め、これを用いるという簡易測定系を確立した。さらに添加インスリンをより生理的な濃度まで低下させた測定系を構築した。その結果、インスリン抵抗性のないと考えられるヒトでは0.063nmol/l(data not shown)から、同じく、ラットでは1.25nmol/lで血小板凝集能が有意に変化することを認めた。つまり、この低濃度域より開始するインスリン感受性測定系が生体内における血小板のインスリンに対する反応性をより忠実に反映ものと考えられた。これらにより、血小板でのインスリン感受性測定の簡易化が可能となり、測定時間の短縮とサンプル量の軽減がもたらされた。また、血小板のインスリン感受性指数とグルコースクランプ法で求めたglucose infusion rate(GIR)値との間にはr=0.779と、極めていう良好な相関性が得られた。さらに他のmetabolic markerとの相関性ではhomeostasis model assessment(HOMA)とr=0.54と有意の相関性を示し、IRI,Tcholとも相関した。この検討で用いたHOMAとGIRとの相関はR=0.41であり、本法での測定値の信頼性が確認された。
電気化学的自己組織化プロセスによる理想フィルターメンブレンの作製

電気化学的自己組織化プロセスによる理想フィルターメンブレンの作製に関し,以下の成果を得た.1.高規則精密濾過フィルター作製の基礎となる陽極酸化ポーラスアルミナの自己組織化条件に関して検討を行ない位,新たにリン酸を電解液として用いることにより,従来知られている構造に比較し,より大きな細孔間隔で細孔が自己組織化的に理想配列をとる条件が見出された.更に,陽極酸化アルミナ皮膜の濾過フィルターメンブレンへの応用に必須なスルホール化技術に関して検討を行ない,機械研磨法をはじめとするスルーホール化技術の確立を行なった.2.細孔が理想的に配列した陽極酸化皮膜の作製法を確立した.Al板表面にモールドを用いたテクスチャリング処理により,陽極酸化時の細孔発生の開始点となる窪み配列を形成し,その後,適切な条件で陽極酸化を行なうことにより,細孔が理想配列した陽極酸化アルミナを得た.更に,スルーホール化を行なうことによりフィルターメンブレンとすることが可能なことを確認した.3.フィルターメンブレンの化学的安定性を向上させることを目的に鋳型プロセスによる金属フィルターメンブレンの作製を行ない,Ni,Ag,Au等の理想細孔配列メンブレンを得た.このほか,ポーラスアルミナメンブレンを加熱処理し,結晶化させることで化学的安定性の向上がはかれることが見出された.4.作製されたフィルターメンブレンの精密濾過特性の評価を行なった.加圧濾過装置により流量の圧力依存性,流量の経時変化特性等について検討を加えた.これらの結果をもとに本フィルターメンブレンの液体透過特性の解析を行なった.更に,各種モデル粒子を用いた精密濾過を実施し,数100nm数10nm範囲の超微粒子を高精度に分離・濾過可能なことを確認した.電気化学的自己組織化プロセスによる理想フィルターメンブレンの作製に関し,以下の成果を得た.1.高規則精密濾過フィルター作製の基礎となる陽極酸化ポーラスアルミナの自己組織化条件に関して検討を行ない位,新たにリン酸を電解液として用いることにより,従来知られている構造に比較し,より大きな細孔間隔で細孔が自己組織化的に理想配列をとる条件が見出された.更に,陽極酸化アルミナ皮膜の濾過フィルターメンブレンへの応用に必須なスルホール化技術に関して検討を行ない,機械研磨法をはじめとするスルーホール化技術の確立を行なった.2.細孔が理想的に配列した陽極酸化皮膜の作製法を確立した.Al板表面にモールドを用いたテクスチャリング処理により,陽極酸化時の細孔発生の開始点となる窪み配列を形成し,その後,適切な条件で陽極酸化を行なうことにより,細孔が理想配列した陽極酸化アルミナを得た.更に,スルーホール化を行なうことによりフィルターメンブレンとすることが可能なことを確認した.3.フィルターメンブレンの化学的安定性を向上させることを目的に鋳型プロセスによる金属フィルターメンブレンの作製を行ない,Ni,Ag,Au等の理想細孔配列メンブレンを得た.このほか,ポーラスアルミナメンブレンを加熱処理し,結晶化させることで化学的安定性の向上がはかれることが見出された.4.作製されたフィルターメンブレンの精密濾過特性の評価を行なった.加圧濾過装置により流量の圧力依存性,流量の経時変化特性等について検討を加えた.これらの結果をもとに本フィルターメンブレンの液体透過特性の解析を行なった.更に,各種モデル粒子を用いた精密濾過を実施し,数100nm数10nm範囲の超微粒子を高精度に分離・濾過可能なことを確認した.平成10年度の研究実施により以下の成果を得た.1.本研究の目的である精密濾過用高性能フィルターメンブレン作製の基礎となる陽極酸化ポーラスアルミナの自己組織化条件に関して探索を進め,今年度新たにリン酸を電解液として用いることにより,従来知られている構造に比較し,より大きな細孔間隔で細孔が自己組織化的に理想配列をとる条件が見出された.今回,見出された条件では,200Vの定電圧条件下で陽極酸化を行なうことにより,間隔500nmで細孔が理想配列したポーラスメンブレンが得られる.本結果は,ポーラスメンブレンの規則化範囲を拡大をはかる上で重要であるとともに,自己組織化の機構を検討する上でも有用な知見である.2.陽極酸化アルミナ皮膜の濾過フィルターメンブレンへの応用に必須なスルホール化技術に関して検討を行ない,機械研磨手法により皮膜底部の閉塞部分の除去が可能なことが確認された.この手法によれば,従来の湿式法によるエッチングに比較し,細孔の拡大を伴なうことなくメンブレンのスルーホール化が可能となる.3.ポーラアスメンブレンの適用範囲拡大を目的に,陽極酸化ポーラスアルミナを鋳型とする転写プロセスについて検討を進めた.本年度は,ポーラスアルミナを母型とし,電鋳技術にもとづき金属ポーラスメンブレンを作製するプロセスを中心に検討を行なった.本年度新たに導入したクリーンベンチを用い転写を実施することにより,ピンホール発生を低減した転写が可能になることが確認された.4.作製されたフィルターメンブレンの精密濾過特性の評価を行なうためのモデル粒子系として,単分散ポリマー微粒子を導入し,フィルター上での補足状況の評価・観察手段について検討を加えた.平成11年度の研究実施により以下の成果を得た.

1.細孔が理想的に配列した陽極酸化皮膜の作製法,およびフィルターメンブレン化法を確立した.Al板表面にモールドを用いることにより,陽極酸化時の細孔発生の開始点となる窪み配列を形成し,その後,適切な条件で陽極酸化を行なうことにより,細孔が理想配列した陽極酸化アルミナを形成した.地金Alおよび皮膜底部を選択的に溶解・除去することにより貫通孔を有するフィルターメンブレンを得た.2.濾過特性の評価に必須な加圧濾過装置を試作し,濾過流量の圧力依存性,流量の経時変化特性等について検討を加えた.これらの結果をもとに本フィルターメンブレンの液体透過特性の解析を行なった.3.各種モデル粒子を用いた精密濾過を実施し,数10nm数100nm範囲の超微粒子を高精度に分離・濾過可能なことを確認した.このほか,微粒子分離実験を通じ,本分離フィルター系が単に粒子の分離だけではなく,微粒の規則配列形成法としても応用可能なことが確認された.ナノメーターサイズの超微粒子を本フィルターを通過させることで,フィルターの規則配列に対応した超微粒子の2次元配列を容易に得ることが可能であり,今後,各種ナノ規則構造形成法としての応用が期待される.4.フィルターメンブレンの化学的安定性を向上させることを目的に平成10年度に引き続き鋳型プロセスによる金属フィルターメンブレンの作製を行ない,Ni,Ag,Au等の金属による理想細孔配列メンブレンを得た.このほか,ポーラスアルミナメンブレンを加熱処理し,結晶化させることで化学的安定性の向上がはかれることが見出された.
自己組織化マップによる観察・実験における科学的思考力と表現力の育成システムの開発

本研究は,子どもの科学的な思考力や表現力を育成することを目指し,具体的な観察・実験を通した自由記述課題の解答を自動で評価するシステムの開発を目的とした。システムは, web版とデスクトップ版の二つである。課題は,観察・実験を動画で提示するもので,小学生用と中学生用,それぞれ12問を作成した。システムの操作は,課題選択,動画による課題の提示,自由記述による解答,自己組織化マップによる評価,ビデオによる解答の解説,といった手順である。システムの利用を通して,生徒の科学的な思考力や表現力を高めることができると考えられた。本研究では,科学的な表現力を育成するために,理科の学習での予想や観察・実験計画,実験結果の考察などにおいて,学習者が自由記述した内容を,web上で自動的に評価するシステムの開発を行うことを目的としている。平成25年度は,大きく次の2点について研究,開発を行った。一つ目は,予想や観察・実験計画,結果の考察に関する理科の映像課題を作成した。小学校3学年から6学年の内容を対象に,内容区分が偏らないように各学年3問,計12問の映像課題とその答えを解説したビデオを作成した。たとえば,ビーカーに水と氷を入れておくと,ビーカーのまわりに水滴がつくことについて,ビーカーから出た水ではないと判断するために,それを示す実験を提示し,なぜこの実験からそう判断できるかを学習者に記述させる課題である。同様に中学校第1学年から第3学年の内容が偏らないように,10問の映像課題とその答えを解説したビデオを作成した。二つ目は,webシステムの枠組みの作成である。システムはWindowsサーバー上で動作するようにasp.netを用いて作成した。作成した映像課題の一つを対象に,約100人の学生に回答させた仮の回答データをもとに,課題選択による動画の提示から,自己組織化マップによる評価と答えについての解説ビデオの参照までシステムの動作を検証し,問題なく動作することが確認できた。とくに,回答の評価については,自分の回答に類似した回答が近くに配置され,自分の回答のセルの色や周辺のセルの色で得点が表示されるとともに,自分の回答の近くのセルをクリックして回答例を参照することによって,評価結果を確認することができた。さらに,webへのアクセスが困難な学校を想定して,同システムのデスクトップ版の作成を行い,同様の動作確認を行った。本研究は、理科の自由記述の課題について、具体的な観察・実験の映像を用いて課題を提示し、web上あるいはスタンドアロンのデスクトップ上で解答を記入することにより、自動で評価するシステムの開発を目的としている。このことを通して科学的な表現力の育成を目指している。平成25年度においては、観察・実験の映像課題を作成するとともに、仮データをもとにシステムを作成し、動作の確認を行った。平成26年度においては、大きく次の2点を行った。一つは、平成25年度に作成した小学校用12問と中学校用12問の理科の映像課題について、附属小・中学校および公立小・中学校に依頼し、子どもの記述解答を得た。システムの動作の関係上、1問につき100人200人の解答が必要であるが、小学校6学年の3問を除き、計21問の課題についてデータを得ることができた。その約半数の課題(10問)について、解答をすべて評価した。評価については、評価基準を明確にして、基本的には、0点から3点の4段階で点数化を行った。システムの自動評価については、自己組織化マップを用いるが、これらの解答とその評価結果は、自己組織化マップ上で色分けして示され、自由記述された解答を評価する際の参考になる。評価したデータについては、システムに組み込み、システムの動作を確認した。一つは、24の映像課題について、解答の際にわかりにくかった点や映像の不明確な点について、映像の差し替えやテロップをつけ加えるなどの修正を行い、システムに組み込む映像の完成版を作成した。本研究は,科学的な思考力や表現力を育成することを目指し,具体的な観察・実験を通した自由記述課題の解答を自動で評価するシステムの開発を目的とした。システムは,web版とデスクトップ版(Windows)の二つである。内容は,1観察・実験の目的に関すること,2観察・実験の方法に関すること,3観察・実験の結果から考察されることの3観点から,学年や分野が偏らないものとした。web版とデスクトップ版の操作は同じであり,1課題選択,2動画による課題の提示,3自由記述による解答,4自己組織化マップによる評価の表示,5解答の参照,といった手順である。評価については,解答事例の点数を0点から3点までの色分けをして,自己組織化マップに配置した。自由記述した自分の解答が,類似した解答事例に位置づけられ,位置づけられた自己組織化マップのセルの色や周辺のセルの色,さらにセルをクリックして表示される解答事例を参照することにより,評価結果を確認できるものである。解答事例は,幅広い解答を得るため,小学校第3学年から第5学年,中学校第1学年と第3学年,高等学校第1学年,大学生第2学年の解答を含めた。任意に入力した解答は,類似した解答事例に配置されており,システムによる評価の妥当性が確認された。システムの利用を通して,科学的に妥当な考え方について,自分自身で評価することにより,科学的な思考力や表現力を高めることができると考えられた。研究成果については,システムのweb版を公開し,デスクトップ版は,理科教育関係者に配布した。

本研究は,子どもの科学的な思考力や表現力を育成することを目指し,具体的な観察・実験を通した自由記述課題の解答を自動で評価するシステムの開発を目的とした。システムは, web版とデスクトップ版の二つである。課題は,観察・実験を動画で提示するもので,小学生用と中学生用,それぞれ12問を作成した。システムの操作は,課題選択,動画による課題の提示,自由記述による解答,自己組織化マップによる評価,ビデオによる解答の解説,といった手順である。システムの利用を通して,生徒の科学的な思考力や表現力を高めることができると考えられた。本研究の計画においては、1年目に映像課題の作成および評価を自動化するシステムの作成を行う。2年目は、作成した半分の課題について、評価のための解答を得る調査と解答の評価を行い、システムに組み込む。3年目は残りの半分について調査と評価を行い、システムを完成させる計画である。平成26年度は、研究の2年目であるが、約9割の課題について解答データを得て、その半分について評価も終了し、システムに組み込んでおり、計画よりもやや進んだ状態で研究は進行している。科学教育今後については、まず、小学校6学年の3つの課題について、調査を行いデータを得るとともに、すでに得ている回答についてもすべて評価を行い、システムの中に組み込む。作成したシステムについては、web上および通常のPC上での動作を確認し、完成版とする。PC上で動作するシステムについては、DVDでの配布を予定していたが、インストールせずにそのままの利用を可能にするため、USBによる配布を行うことにする。配布については、理科教師および理科教育研究者などの理科教育関係者に、研究報告書とともに配布し、その際web版のURLについても知らせる。平成25年度は,小・中学校の映像課題をそれぞれ10問作成する計画であり,その目標を達成した。また,課題への回答を自動評価するwebシステムの枠組の作成を計画しており,その枠組みを作成することができた。動作についても問題ないことが確認できた。さらに,計画にはなかったが,デスクトップ上においても同システムが利用できるように,デスクトップ版を作成し,動作を確認することができた。附属学校や地域学校の協力のもと,小・中学生を対象に,作成した映像課題を提示して記述による回答を得る。各問題とも150人程度の児童・生徒を対象にする。入手した回答について得点化を行うとともに,自己組織化マップ作成のデータ化のために,これまでに開発したソフトを用いて分析を行う。分析結果をシステムに組み込み,システム全体を確立する。完成したシステムについて,小・中学校の児童・生徒,数人を対象に,内容および操作に関する感想を得て改善を図る。システムの開発と活用方法について解説した資料,さらに映像による操作法の解説を作成する。また,システムのデスクトップ版を作成し,これらをすべてDVDに収め,理科教師および理科教育関係者に配布する。
種々の機能をもつデンドリマー脂質の集積化による新規な多機能型遺伝子ベクターの構築

本年度は、これまでに合成したデンドリマー脂質、生体適合性分子であるポリエチレングリコール(PEG)を親水基に導入した機能性デンドリマー脂質および膜融合性脂質とDNAを複合化することによって多機能型遺伝子ベクターを調製し、構造最適化および機能性デンドリマー脂質導入率の最適化を行い、その遺伝子ベクターとしての機能について検討した。極性基末端のアミノ基数が2個、4個、8個、16個の4種類のデンドリマー脂質を用い、これらデンドリマー脂質とプラスミドDNAのカチオン/アニオン電荷比および膜融合性脂質の含有率を変化させて種々の組成の複合体(リポプレックス)を調製した。これらリポプレックスを用いてCV1細胞への遺伝子導入を行い、リポプレックスの遺伝子導入活性とその組成との相関について検討した。さらにPEGを導入したデンドリマー脂質として、極性基に4本のPEGを結合したP4-DL、および極性基に1本のPEGを結合したP1-DLを合成し、これらのPEG脂質を組み込んだリポプレックスの遺伝子ベクターとしての機能について検討した。PEG鎖をもたないリポプレックスの粒径は約800nmであったが、P4-DLを含むリポプレックスでは、P4-DL含率の増加とともにその粒径が減少し、P4-DL含率1mol%以上において約250nmとなった。一方、P1-DLをリポプレックスに含有させた場合、P1-DL含率8mol%以上において粒径は約400nmであった。さらに、これらのPEG脂質を含有するリポプレックスの遺伝子導入活性は、P4-DLを含むリポプレックスの方がP1-DLを含むリポプレックスよりも高い遺伝子導入活性を示すことがわかった。これらの結果から、複数のPEG鎖を有するデンドリマー脂質を用いることで、良好な遺伝子導入活性と粒径を有するリポプレックスが得られることを明らかにした。本年度は、血清中で安定に存在し、かつ血清存在下において高い遺伝子導入活性を有するデンドリマー脂質-DNA複合体の構築を試みた。デンドリマー脂質とプラスミドDNAのカチオン/アニオン電荷比、膜融合性脂質ジオレオイルホスファチジルエタノールアミンの含有率および複合体の形成時間を変化させて種々の組成の複合体を調製し、CV1細胞への遺伝子導入を行い、それらの複合体の遺伝子導入活性とその組成との相関について検討した。血清非存在下において最も高い活性をもつ複合体は、カチオン/アニオン電荷比=5、膜融合性脂質/デンドリマー脂質比=5、複合体の形成時間を10分とすることで得られた。しかし、この複合体は、血清存在下においては、その遺伝子導入活性が著しく低下した。一方、血清存在下で高い活性を示す複合体は、カチオン/アニオン電荷比=4、膜融合性脂質/デンドリマー脂質比=10、複合体の形成時間を30分とすることで得られた。このような複合体の血清感受性は、複合体と血清タンパク質との静電的相互作用に起因するものと考えられる。そこで、ポリアニオン、ヘパリンの添加による、これらの複合体の崩壊について検討した。その結果、血清存在下で活性を失う複合体に比べて、血清存在下で高い活性を示す複合体では、DNAの遊離を引き起こすためにより多くのヘパリンを必要とすることがわかった。このことは、血清存在下で高い活性をもつ複合体が、血清存在下で失活する複合体に比べて、血清中においてより安定に存在することを示している。さらに、本研究で得られた血清耐性をもつ複合体を市販の遺伝子導入試薬と比較したところ、この複合体は、これらの遺伝子導入試薬と比べて血清存在下において、より高い遺伝子導入活性を示すことがわかった。本年度は、デンドリマー脂質の構造最適化のため、新たに疎水基として2本のオクタデシル基を有するデンドリマー脂質を合成した。また、デンドリマー脂質の機能化として、生体適合性分子であるポリエチレングリコールを親水基に導入したデンドリマー脂質、標的細胞への指向性を付与するためにガラクトース残基を親水基に導入したデンドリマー脂質をそれぞれ合成した。これらの脂質を用いてカチオン性脂質-DNA複合体(リポプレックス)を調製し、その遺伝子ベクターとしての機能について検討した。オクタデシル基を有するデンドリマー脂質と従来のドデシル基を有するデンドリマー脂質でリポプレックス形成能とリポプレックスの安定性の違いを調べたところ、ドデシルタイプと比較してオクタデシルタイプは、より高いカチオン/アニオン電荷比でリポプレックスを形成するものの、リポプレックス中におけるDNAのコンパクションの程度は高く、血清タンパクなどのポリアニオンに対して安定であることがわかった。そこで血清存在下において遺伝子導入活性を比較したところ、オクタデシルタイプのデンドリマー脂質からなるリポプレックスはドデシルタイプのリポプレックスと比較して、高い遺伝子導入活性を示すことが確認された。これらの結果は、オクタデシル基を有するデンドリマー脂質がドデシル基を有するデンドリマー脂質より、脂質分子間の疎水性相互作用が強く働いているためであると考えられる。またポリエチレングリコールを導入したデンドリマー脂質をリポプレックスに導入することでリポプレックスの粒径の減少に成功した。さらにリポプレックスの遺伝子導入活性に及ぼす血清の影響について調べたところ、ポリエチレングリコールを含まないリポプレックスが血清存在下で著しく失活したのに対して、ポリエチレングリコールを含むリポプレックスは血清の影響を受けないことがわかった。

本年度は、これまでに合成したデンドリマー脂質、生体適合性分子であるポリエチレングリコール(PEG)を親水基に導入した機能性デンドリマー脂質および膜融合性脂質とDNAを複合化することによって多機能型遺伝子ベクターを調製し、構造最適化および機能性デンドリマー脂質導入率の最適化を行い、その遺伝子ベクターとしての機能について検討した。極性基末端のアミノ基数が2個、4個、8個、16個の4種類のデンドリマー脂質を用い、これらデンドリマー脂質とプラスミドDNAのカチオン/アニオン電荷比および膜融合性脂質の含有率を変化させて種々の組成の複合体(リポプレックス)を調製した。これらリポプレックスを用いてCV1細胞への遺伝子導入を行い、リポプレックスの遺伝子導入活性とその組成との相関について検討した。さらにPEGを導入したデンドリマー脂質として、極性基に4本のPEGを結合したP4-DL、および極性基に1本のPEGを結合したP1-DLを合成し、これらのPEG脂質を組み込んだリポプレックスの遺伝子ベクターとしての機能について検討した。PEG鎖をもたないリポプレックスの粒径は約800nmであったが、P4-DLを含むリポプレックスでは、P4-DL含率の増加とともにその粒径が減少し、P4-DL含率1mol%以上において約250nmとなった。一方、P1-DLをリポプレックスに含有させた場合、P1-DL含率8mol%以上において粒径は約400nmであった。さらに、これらのPEG脂質を含有するリポプレックスの遺伝子導入活性は、P4-DLを含むリポプレックスの方がP1-DLを含むリポプレックスよりも高い遺伝子導入活性を示すことがわかった。これらの結果から、複数のPEG鎖を有するデンドリマー脂質を用いることで、良好な遺伝子導入活性と粒径を有するリポプレックスが得られることを明らかにした。
ナノ分解能磁極分布顕微鏡を用いたテラビット磁気記録媒体の動的微細磁化状態解析

磁気ディスク記録媒体においては、記録ビット長が10nm以下となる超高密度テラビット磁気記録媒体の技術開発が進められている。テラビット媒体実現には媒体磁化の空間的・時間的磁気ゆらぎにより発生する媒体ノイズの低減が最重要課題であり、ナノサイズ空間分解能での動的微細磁化状態解析法が必要不可欠となる。このため、本研究では、1)空間分解能5nm以下のナノ分解能磁極分布顕微鏡の開発、2)ナノ分解能磁極分布顕微鏡を用いた局所ナノ領域での動的微細磁化状態解析法の確立、および3)テラビット磁気記録媒体への動的ナノ分解能磁極分布顕微鏡の適用および微細磁化状態と媒体物性・媒体特性との相関の解明、を目的として以下の結果を得た。1.高保磁力・L1_0型FePt規則合金探針を開発し、磁場中動的観察で空間分解能10nmを得た。更に分解能向上のため、(1)現行の磁気記録媒体をターゲットとして、探針先端の側面部を三角形状および楕円形状に先鋭化した探針、および(2)次世代の低ビットアスペクト比超高密度磁気記録媒体をターゲットとして、探針先端を回転楕円形状に先鋭化した探針、について、その伝達関数を計算し探針の熱ノイズで決定される分解能の理論的限界値を評価した。その結果、楕円形状探針および回転楕円体探針は5nm以下の高い分解能をもつことを明らかとした。現在これら探針の作製を進めている。2.局所ナノ領域での動的微細磁化状態解析を目的として、シンセティックフェリ媒体、パターン媒体等、次世代のテラビット磁気記録媒体材料について、磁場印加MFMを用いて磁場中MFM動的観察を行い、印加磁場方向および強度が異なる像の差分から、局所領域での保磁力マッピングに成功した。このため、本研究では、1)空間分解能5nm下のナノ分解能磁極分布顕微鏡の開発、2)ナノ分解能磁極分布顕微鏡を用いた局所ナノ領域での動的微細磁化状態解析法の確立、および3)テラビット磁気記録媒体への動的ナノ分解能磁極分布顕微鏡の適用および微細磁化状態と媒体物性・媒体特性との相関の解明、を目的としている。本年度は以下の結果を得た。1.ナノサイズ空間分解能実現のために、探針先端の側面部を三角形状および楕円形状に先鋭化した探針について、その伝達関数を計算し分解能を評価した。分解能は探針の理論的熱ノイズを考慮して求めた。その結果、楕円形状探針(楕円探針)は大きな設計自由度をもち、広い範囲で5nm以下の高分解能をもつことがわかった。2.局所ナノ領域での動的微細磁化状態解析を目的として、シンセティックフェリ媒体(SF媒体)について面内磁場印加MFMを用いて磁場中MFM観察を行い磁気クラスターと磁化過程の対応を調べた結果、磁区内および磁区境界部に観察される磁気クラスターの消滅過程を動的に追うことができた。磁気クラスターは磁極集中型→磁気渦型→一端が乱れた磁気渦型、という過程を経て消滅する。また磁化が飽和に近づいても、なおかつ微細な磁区コントラストが観察されることがわかった。この飽和後の異形なコントラストは、試料の凹凸や試料磁化の局所的不均一性に起因するものと考えられる。

テラビット媒体実現には媒体磁化の空間的・時間的磁気ゆらぎにより発生する媒体ノイズの低減が最重要課題であり、ナノサイズ空間分解能での動的微細磁化状態解析法が必要不可欠となる。このため、本研究では、1)空間分解能5nm以下のナノ分解能磁極分布顕微鏡の開発、2)ナノ分解能磁極分布顕微鏡を用いた局所ナノ領域での動的微細磁化状態解析法の確立、および3)テラビット磁気記録媒体への動的ナノ分解能磁極分布顕微鏡の適用および微細磁化状態と媒体物性・媒体特性との相関の解明、を目的として以下の結果を得た。1.高保磁力・L1_0型FePt規則合金探針を開発し、磁場中動的観察で空間分解能10nmを得た。更に分解能向上のため、(1)現行の磁気記録媒体をターゲットとして、探針先端の側面部を三角形状および楕円形状に先鋭化した探針、および(2)次世代の低ビットアスペクト比超高密度磁気記録媒体をターゲットとして、探針先端を回転楕円形状に先鋭化した探針、について、その伝達関数を計算し探針の熱ノイズで決定される分解能の理論的限界値を評価した。その結果、楕円形状探針および回転楕円体探針は5nm以下の高い分解能をもつことを明らかとした。現在これら探針の作製を進めている。2.局所ナノ領域での動的微細磁化状態解析を目的として、シンセティックフェリ媒体、パターン媒体等、次世代のテラビット磁気記録媒体材料について、磁場印加MFMを用いて磁場中MFM動的観察を行い、印加磁場方向および強度が異なる像の差分から、局所領域での保磁力マッピングに成功した。
アレン類の新規閉環反応を活用した環状エーテル類とそのハイブリッド型天然物の全合成

本研究では3年間の研究期間内に、含酸素エーテル環天然物の合成手法の確立と、その合成手法の有用性の実証を目的としている。具体的には1)エーテル環の環サイズと置換基に依存しない汎用性の高い手法を鍵反応として活用して、紅藻由来ハロエーテル体laurencinを合成する。さらに2)開発した合成経路を基盤として5、6、9員環構造を有する一連のハロエーテル類(1,2,4)を合成し、合成手法の一般性を確立する。最後に3)合成手法を利用して、テルペン-環状エーテルハイブリッド天然物sipholenol(5)の最初の全合成を行い、合成戦略の有用性を実証する。の3点に主眼を置き研究を遂行する。そこで、研究の初年度にあたる平成19年度では、上記目的の1)の検証を行った。即ち、環サイズと置換基に依存しない汎用性の高い手法として、電子求引性基内蔵アレン類の分子内閉環反応に着目し、本反応を活用する(±)-lauthisanの合成を行った。その結果、開発した合成経路は、既存の手法と比較して、もっとも良好な全収率を示したため、効率的な骨格構築法の開発に成功したと考えられる。さらに、本手法を活用して紅藻由来ハロエーテル体laurencinの中心構造を有する化合物の合成に成功した。現在のところlaurencinの合成は達成していないが、側鎖部分の構造変換によりlaurencinの合成が可能と考える。今後、本研究の継続によりlaurencinの合成とその類縁体の合成、並びにテルペン-環状エーテルハイブリッド天然物sipholenolの合成により、合成戦略の有用性の実証が可能と考える。
場の理論におけるトポロジー的不変量

場の理論におけるトポロジー的不変量に対する無限サイズ効果が調べられた。時空3次元場の理論の2点関数より定義されるトポロジー的な不変量は,量子ホール効果で重要な働らきをしているが,有限サイズの系や有限の温度の系では,量子化された値からの補正がありうる。ところが,量子ホール効果の系では、局在領域では有限サイズ補正が消失することがわかった。これは量子ホール系での極だった特徴であり,一般の3次元の場の理論の場合では,有限サイズ補正がある。指数関数的に小さくなる、この有限サイズ補正が計算で求められた。これは、有限温度の補正と同様なものである。実際の実験を行なっている有限の資料を使い、厳密に量子化されたe^2/hの値を決めることが,よって,可能であることが明らかになった。
弦理論の非摂動的定式化を用いたDブレーンとブラックホールの解析

超弦理論の非摂動的な側面を研究するため、M理論に集中し、複数枚ブレーンが重なった場合の理論構築を行った。またM理論から導かれる重要な性質として4次元超対称ゲージ理論と2次元の重力理論との対応関係を確立した。弦理論では双対性などの性質に代表される非摂動論的な効果の研究が、重力が強い場所での量子論的な効果などを研究する上で大変重要である。この研究では南部括弧式などで代表されるM理論の新しい対称性を用いた定式化、弦の場の理論などを用いた解析を用いて、双対性などの性質の理解を深めることを主眼とする。本年度は弦理論の非摂動論的な性質を顕著に表すM理論特に複数枚のM2ブレーンの定式化に集中した.M2ブレーンの内部自由度の記述については長い間理解が進展していなかったが2007年に現れたBaggerとhmbertの論文によりLie3代数というLie代数を拡張した内部対称性を用いてN=8の超対称陸を持つ3次元理論が構成できることが示され,一気に理解が進展した.我々はLfe3-代数の研究を中心にして,基本関係式を満たす3代数がA4と呼ばれるBaggerとLambertにより発見された代数以外にはないことをいろいろな観点から議論を行った∠またLie3-代数として南部括弧式を用いた無限次元代数を用いるとBagg甲とLalnbertの作用からM5ブレーンの作用力1導けることを示した.特にM5ブレーン上の自己双対場が現れることが非常に顕著な結果である.さらに負ノルムの生成子をLie3-代数に加えることにより芽常に多くのLie3代数が得られることを示し,この代数を用いてM2ブレーンとD2ブーレンの作用の関係を新しいHiggs機構を導入することにより証明した。この新しい模型は大変多くの注目を集めた.またM理論に特有のブレーンの内部自由度がNの3/2乗のように振る舞う新しい対称性が南部括弧式をカシトオフすることにより得られることを示した.また負ノルム状態が複数入れた場合の理論がM理論をトーラスにコンパクト化した理論に対応することを示し,様々な双対性との関連を議論した.M理論と呼ばれるスーパーストリング理論を統一的に扱う理論におけるブレーンの構造は未だに謎が多い。昨年の研究では3代数と呼ばれる新しい対称性を持つ場の理論を用いて2次元のブレーン,及び5次元のブレーンを統合的に扱う研究が大きく進展し,特に3代数の分類を通じてトーラスコンパクト化を行った時のM理論の構造が,新しい代数を用いて理解されることがわかった。今年の研究では,この立場を更に推し進め,M理論の背景場に起因するRR背景場が対応するストリング理論でどのように現れるのかを具体的に調べた。特にU双対性と呼ばれるM理論に典型的にあらわれる対称性が,3代数の立場でどのように理解できるかを解明した。次に,新たなプロジェクトとしてM5ブレーンの非可換対称性に起因する4次元理論の双対性についての研究を開始した。これは2009年に現れたGaiottoによる4次元理論の双対性を2次元リーマン面を通じて理解する手法を拡張するものである。M5ブレーンがN枚重なったときの対称性についてはまだ様々な議論があり,理解の進展が遅れているが,対応するリーマン面上の対称性がW代数と呼ばれる非線形対称性であることが予想されている。我々はこの考え方を更に推し進めて,より一般的なリーマン面上の点に対応する頂点演算子が非線形代数の表現論の上でどのように理解できるのかを具体的に示した。我々の対応関係は決して完全なものではなかったが,現在行っている研究でより具体的な対応関係を示そうとしている。M理論と呼ばれるスーパーストリング理論を統一的に取り扱う理論において,ブレーンの枚数が複数ある場合の対称性の取り扱いはまだまだ未知の部分が多い。数年前,2次元のブレーンについては私たちの研究によりLie 3代数と呼ばれる新しい対称性変換が本質的な役割を果たしていることがわかった。最近,人々の関心は5次元のブレーンの方に移り,様々な内部対称性の可能性について議論が行われている。我々はnonabelian gerbeという数学的なアプローチを通して,5次元ブレーン上での場の理論の記述を試みている。今のところ,通常のリー代数を用いて一次元次元をコンパクト化した時に現れるD4ブレーンの理論を一般化した形で,定式化を試みている。また,AGT予想と呼ばれる5次元ブレーンを次元還元した際に現れる2次元理論と4次元理論の対応関係について,W代数と呼ばれる拡張された共形対称性を用いた議論を展開し,その問題点をいくつか明らかにした。この研究の目標は弦理論の非摂動的定式化であるが,その一つの有力な選択肢としてM理論があげられる。特にM理論の5次元のブレーンは,弦理論の間の双対性の対応を考える上で基本的な役割を果たしていると考えられる。この5次元のブレーンはこれまでのDブレーンとは違い非可換な2形式場で記述されていると予想されているが,その数学的な理解がこれまではそれほど発展していなかった。私はP.M.Ho氏らとの共同研究で1次元空間をコンパクト化を行うことにより非可換な自己双対

2形式の作用が書けることを発見した。これはこれまでの先行研究に無かった著しい結果である。その後,得られた作用の超対称化を目指して研究を継続している。もう一つの大きな成果は,いわゆるAGT関係式と呼ばれる4次元理論と2次元理論の対応関係に関するものである。これは上と同様に弦理論の双対性に深く関連する分野で,上で述べたM理論の研究をトップダウンとすると,ボトムアップ,すなわち個々の双対性を数学的に厳密に理解しようとするものである。今年の研究成果としては,この2つの理論の間の対応関係の背後にある対称性としてW無限大代数があることを発見したことがあげられる。W無限大代数とは2次元の面積保存変形を記述する変換であり,量子ホール効果などの他分野でも重要と考えられている対称性である。この対称性は4次元理論ではインスタントンモジュライ空間に作用することが理解され,一方で2次元理論では相関関数を厳密に規定する対称性として実現されることが理解できた。本年度は,M理論に現れる5次元のブレーンの非摂動的な性質について継続して研究を行った。主なフォーカスは次の2点である。まず,昨年度に行ったPei-Ming Ho氏らとの共同研究を継続し,重複したM5ブレーン上に現れる自己双対2階反対称テンソル場の定式化を行った。特に数学で研究が進んでいる非可換gerbeとの関係を明らかにし,より一般的なゲージ群とその表現を用いることを可能とした。また,数学者が行っているアプローチでは自由場か位相的な理論しか構成できないことを指摘し,我々のアプローチとの違いをより明確にした。また,超対称な一般化にチャレンジし,いくつかの問題点を指摘した。もう一つの研究方針として,M5ブレーンの6次元の理論を4次元と2次元に分類することにより,4次元ゲージ理論と2次元量子重力理論の対応関係が明確化し,4次元理論の非摂動的な性質を明らかにすることがわかってきている。我々はこの対応関係を厳密に証明することに取り組んでいる。特に理論に含まれるパラメータが特殊な値の場合にはW(無限大)代数と呼ばれる大きな対称性が背後にあり,その対称性に対応する再帰回帰式を分配関数が持っていることを示した。これにより,特殊な場合には対応関係を証明することができた。また一般のパラメータの場合には無限次元対称性を非線形に拡張することにより,同様な再帰回帰式を持つことが示せており,現在論文を準備中である。また,もう一つの弦理論の非摂動的な性質の研究としてAdS/CFT対応があるが,最近CFT側で3点関数の計算が可能となってきた。今年はI.Kostov氏との共同研究で3点関数の計算に現れる数学的関係式を証明することに成功した。今後の研究に活用できることが予想される。M理論の5次元のブレーンの定式化は研究課題の実現への最も難しいステップであったが,今年の研究成果としてその一つの可能性が理解できたことは大きな進展であった。ただし,超対称化などの難しい問題も残っているので全体としての評価は2とする24年度が最終年度であるため、記入しない。M理論の5次元のブレーンの定式化をさらに推進し,超対称性の実現を達成する。これにより様々な次元の理論の間の双対関係が明らかになると考えられる。24年度が最終年度であるため、記入しない。
歪評価に立脚した次世代水素貯蔵システム用表面改質法の構築

水素は金属材料中に容易に侵入し,静的強度や疲労強度などを低下させる水素脆化を引き起こすことが知られている。水素脆化による損傷は,応力腐食割れとともに環境助長割れと呼ばれ,プラントなどの腐食環境下で使用される構造物において発生する。また,近年では,環境負荷低減を目指した水素社会の実現が望まれており,水素を有効利用した燃料電池自動車や定置用燃料電池の実用化が重要課題として注目されている。そのために水素ステーション用貯蔵タンクやパイプラインなどのインフラ設備の整備が必要である。したがって,本研究では表面改質法の一種であるピーニング技術を利用して金属材料表面層に圧縮応力を付与することで外部環境からの水素の侵入を抑制する。2011年度は水素が侵入することで金属材料表面が硬化する現象を利用して、水素添加後のステンレス鋼のピーニング処理材と未処理材の表面硬化を圧子押込み試験により評価し、圧縮残留応力の大小によって水素による表面硬化に差異が現れることを実証した。この結果は、圧縮残留応力により水素侵入・拡散挙動に差異が生じることを示唆している。なお、試験終了2週間後には水素放出によりステンレス鋼は元の硬さまで回復している。また、水素添加したステンレス鋼では疲労負荷応力が低いほど水素により亀裂進展速度が加速され、不安定な進展挙動をとることを実証し、ピーニングを施すことでそれらを抑止できることを実証した。さらに、ピーニングで重ね合わせ処理を行う際に効率的かつ均一に行うため、処理間隔を最適化した。2010年度はピーニングによって導入された圧縮応力の導入深さを梁理論によって従来の手法に比べて簡便に評価する手法を考案した。また水素をチャージした金属を疲労試験に供すと亀裂進展速度が増大することを確認するとともに、ピーニングを施した表面に水素をチャージした金属の疲労き裂進展速度が低下する、すなわち破壊までの寿命が未ピーニング材に比べ大きく延びる、ことを実証した。さらに、実験で得られた結果を考察するために、有限要素法を用いて、圧縮応力付与による亀裂先端への水素侵入および凝集特性を検証し、圧縮応力付与により水素侵入および凝集が大きく低減し、引張応力付与では大きく増大するとともに、凝集する位置に差異が生じることを実証した。