hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
半導体・金属反応を利用したナノ構造の自己形成

シリコンナノ結晶チェインの電気伝導特性測定のために透過型電子顕微鏡観察(ex-situ)可能な電極の作成を行った。ギャップは数百nmである。現在、シリコンナノ結晶チェイン、シリコンナノワイヤがそれぞれ1本ずつ、計2本がこの電極間を橋渡しした状態を実現し、その電気伝導特性を測定することに成功した。その結果、非線形で特異な電気伝導特性を観測した(論文投稿中)。また、シリコンナノチェインをテンプレートとしてこれを銅と加熱し、シリコンナノ結晶の部分的なシリサイド化を引き起こすことにより、シリコン/銅シリサイド/オキサイド・ナノチェインを創成した(論文発表済)。さらに、シリコン/銅シリサイド/オキサイド・ナノチェインの内部ポテンシャル分布を電子線ホログラフィー法により測定することに成功した(論文受理)。テンプレートを利用したナノ構造創成のもうひとつの例として、シリコンナノワイヤを鉄とともに熱処理することにより、ベータ鉄シリサイドナノワイヤを生成することにも成功している(論文準備中)。また、積層欠陥密度に揺らぎのあるシリコンカーバイドナノワイヤを生成し、その内部ポテンシャル分布に及ぼす積層欠陥の影響を、電子線ホログラフィー法により調べた。その結果、積層欠陥の密な部分と疎な部分とでポテンシャルに違いがあることを見出した(論文準備中)。電子ビーム蒸着装置を用いたナノ構造生成も行い、シリコンナノワイヤの生成を確認している。本研究課題では、金属触媒を利用した自己形成シリコンナノ構造であるシリコンナノ結晶チェーンとシリコンナノニードルの生成と物性について研究を行いまた継続中である。これらナノ構造は原料を封入した石英ガラスアンプルを1200°C程度で加熱し、冷却することによって得られるが,これまで加熱中あるいは冷却中いずれのときに生成しているかは不明であった。そこで様々な冷却条件下での生成を調べた結果,これらの自己形成ナノ構造は加熱中ではなく冷却中に成長していることが初めて明らかにとなった。この結果は、冷却スケジュールの選択により生成物の形態を制御できる可能性を示すものである。電子ビームエバポレータ-による原料供給と合わせて、生成時の温度を精密に制御することにより、生成物の形態の制御、さらには新しいナノ構造の創成を目指して実験を継続中である。物性測定に関しては、シリコンナノ結晶チェーンのフォトルミネッセンスと電気伝導特性の測定に成功した。アルゴンイオンレーザー(514.5nm)の励起により、as-grownの試料では約570nmの、また酸化した試料においても570-580nmの発光を得た。酸化した試料でも同じ発光が見られることから、この発光はシリコンナノ結晶チェーンを形成するシリカ中の発光であると考えられる。電気伝導特性測定においては、非線形の階段状のI-V特性を観測した。シリコンナノ結晶チェーンはシリコンナノ結晶と絶縁体であるシリカが周期的に並んでおり、すなわち微小接合が直列に並んでいるとみなすことができる。従って、得られた非線形の特性は、直列の微小トンネル接合に起因するクーロン階段ではないかと考えている。また、走査トンネル顕微鏡によるシリコンナノ結晶チェーンの観察にも初めて成功した。
ポストユビキタス時代のためのレイヤフリー通信フレームワークに関する研究

本研究では,課題1)大規模センサネットワークに対応するプロトコルの開発課題2)高度アドホックメッシュネットワークに対応するプロトコルの開発課題3)情報最適配置のための組み合わせ論アルゴリズムの基礎検討を行った.課題1については,大規模な情報流に対処可能な方式として複数シンクを用いた分配送信プロトコルDispersiveCastを開発した.この方式は,センサーノードから送信されるデータを複数のシンクに確率的に分配する.分配確率を決定する方法として,センサーノード単体で決定する方法と全センサーノードの情報を利用してシンクが決定して各センサーノードに指示を与える方法とを開発した.シミュレーションによる評価の結果,従来方法に比較して,ネットワーク寿命の延長がなされることが分かった.課題2については,片方向リンクが存在するアドホックネットワークにおいて,干渉を避けるルートを構築するルーチング方式を開発した.この方法では,各ノードが受ける干渉量を測定し,干渉量が少ないルートを構築できる.干渉量に応じてルート構築を行う方法として,simple threshold方式,exponential方式等を開発した.典型的な従来方式との性能比較により,提案した方式がスループット向上等の効果があることを明らかにした.課題3については,大量の情報を最適に配置するためのアルゴリズムとして,D-最適計画法を利用して,自然数の分割を用いた効率の良いアルゴリズムを提案した.本成果によって,グリッド計算のための予備検討が完了した.本研究では,課題1)大規模センサネットワークに対応するプロトコルの開発課題2)高度アドホックメッシュネットワークに対応するプロトコルの開発課題3)情報最適配置のための組み合わせ論アルゴリズムの基礎検討を行った.課題1については,大規模な情報流に対処可能な方式として複数シンクを用いた分配送信プロトコルDispersiveCastを開発した.この方式は,センサーノードから送信されるデータを複数のシンクに確率的に分配する.分配確率を決定する方法として,センサーノード単体で決定する方法と全センサーノードの情報を利用してシンクが決定して各センサーノードに指示を与える方法とを開発した.シミュレーションによる評価の結果,従来方法に比較して,ネットワーク寿命の延長がなされることが分かった.課題2については,片方向リンクが存在するアドホックネットワークにおいて,干渉を避けるルートを構築するルーチング方式を開発した.この方法では,各ノードが受ける干渉量を測定し,干渉量が少ないルートを構築できる.干渉量に応じてルート構築を行う方法として,simple threshold方式,exponential方式等を開発した.典型的な従来方式との性能比較により,提案した方式がスループット向上等の効果があることを明らかにした.課題3については,大量の情報を最適に配置するためのアルゴリズムとして,D-最適計画法を利用して,自然数の分割を用いた効率の良いアルゴリズムを提案した.本成果によって,グリッド計算のための予備検討が完了した.
フーリエ変換時間分解ARPESによる電子-格子相互作用の解明

本研究課題の目的は、我々が独自に開発したフーリエ変換時間・角度分解光電子分光により、電子-格子相互作用が密接に関係している電荷密度波転移や超伝導転移を示す遷移金属ダイカルコゲナイド単結晶における、電子-格子相互作用の詳細を解明することにある。さらに、変位励起型コヒーレントフォノン励起機構を利用する事で、光誘起相転移を自在に制御することを試みる事にある。この目的達成のため、極紫外レーザー時間・角度分解光電子分光装置に光パラメトリック増幅器を導入して幅広い波長をポンプ光に使えるようにし、様々な遷移金属ダイカルコゲナイドについてフーリエ変換時間・角度分解光電子分光測定を行う。
ツチガエルの季節的性比シフト:父親による調節仮説と生活史雌雄差仮説の検証

これまでの代表者の研究により、ツチガエル(Rana rugosa)は季節の進行と共にその出生性比を変化させることが明らかないなったが、その生態的原因は、いまだ明確に突き止めるに至っていない。この問題に対し、雌雄の生活史の差が出生時期によって異なるその後の成長を規定していることを実証し、最適性比を経時的に変化させる究極要因を明らかにするのが本研究の目的のひとつである。本年度は、静岡、新潟の両集団で、繁殖期を中心として齢査定のために現地調査を実施し、標識再捕をおこなった。各集団で一定期間ごとにツチガエルの個体を採集し、体サイズを測定するとともに、その足指の一部を切り取り液浸固定して研究室に持ち帰った。足指の切り取りはそのパターンにより個体識別をするためであり、持ち帰ったサンプルは切片標本を作成し齢査定を実施した。これにより標識個体の齢を調べ、雌雄で異なる調査集団の齢構造を解明するのが狙いである。現在複数年分のサンプルのデータ解析を進めており、年変動の様子と繁殖地の気候との関係について解析を継続しておこなっている。平行して画像解析により幼生の成長速度を定量測定するシステムの開発もおこない、短時間に大量のサンプルを効率よく処理する手法の開発を継続している。実証データの収集とともに、理論的側面からの解析も進めており、数理モデルを構築して齢構造をもつ集団での最適性比が季節的に変化する条件を解析的に求め、こういった形質の進化を引き起こす可能性を明らかにすることができた。これらの結果は論文にまとめ投稿しているが、審査の過程で編集者から指摘された問題点を改良することにより、一層頑強なモデルを構築することができた。本年度は本課題での初年度ではあるが、昨年度までの特別研究員奨励費の科学研究費の採択課題からの継続した内容として研究活動を実施した。前半は主に九州大においてSNPを利用した配偶子量解析に取り組んだが、測定機械の制御ソフトの改良や機器の故障などトラブルも重なり、予想以上にサンプルの調整に手間取ったため予定期間内に解析を終えることができなかった。来年度以降引き続き改良して取り組むことを予定している。8月には英国のLeeds大において開催された欧州進化学会で現在までの成果を総合的に紹介した発表を行い、この分野において著名な研究者らと議論を深めることができ、今後の研究の方向付けについてさまざまなアドバイスを得ることができた。この分野の最先端の研究者と直接議論する機会は欧米での国際学会ならではのことである。後半は主に実験的手法を用いて野外集団における出生性比の複数年分の解析を行った。その結果、年によって異なった傾向がえられることが判明した。生息地で環境要因などによる年変動が起きていることが示唆され、野外での複数年に渡る調査の重要性が示された。さらに、3月には数理生物と環境モデリングに関する国際会議に出席して出生性比の生活史モデルを発表し、いくつかの貴重な意見をいただいた。普段接することの少ない数理生物学分野の研究者に研究内容を見て頂くことができ、モデルを改良する上でよい機会となった。この際の参考意見と新たなアイデアを元に現在モデルを改良中で、早急に論文として投稿する予定であり、すでに国際誌の編集長から当該内容での投稿の誘いを頂いている。本年度は、静岡、新潟両集団でのツチガエル個体群の齢構成を解析する為に、5月から8月にかけて生息地で繁殖集団をなす成体を捕獲した。体長、体重などの体サイズデータを取ると共に、繁殖活動への参加の状態を確認し、個体識別のためのマーキングとして足指を欠刻法により数本ずつ切除した。その際に得られた指先を研究室に持ち帰り、凍結ミクロトームを用いて切片標本を作製することで、齢査定を実施した。体サイズ、繁殖への参加状況を齢情報と合わせることで、生活史を推定することができる。現在、その結果を集団ごとにまとめ、それぞれの集団での繁殖パラメーターの特徴を検出すべく解析を行っている。また、幼生期の成長速度について、集団間の違いを検出する為、それぞれの集団で採集した幼生を飼育下で体長測定するシステムを開発し、一定条件下で画像解析を行うことによってツチガエルの幼生の成長速度をある程度正確に評価できるシステムを作り上げる目途をつけることができた。この方法で得られるデータから、適合する成長速度関数を導き、それぞれの集団固有の成長パターンを検出する見込みがついた。この装置を簡略化することで、それぞれの集団での野外での成長度合いを、生息地に出向いて定期的に採集、測定することで評価できるように現在改良中である。8月には、釧路で開催された日本生態学会51回大会において、生活史雌雄差仮説に関する数理モデルの発表を行い、多くの方々から貴重な意見を得ることができた。これらの調査研究と平行して、生活史の雌雄差が進化的に安定条件になるかを検討した論文を国際誌に投稿し、現在審査中である。

各集団で一定期間ごとにツチガエルの個体を採集し、体サイズを測定するとともに、その足指の一部を切り取り液浸固定して研究室に持ち帰った。足指の切り取りはそのパターンにより個体識別をするためであり、持ち帰ったサンプルは切片標本を作成し齢査定を実施した。これにより標識個体の齢を調べ、雌雄で異なる調査集団の齢構造を解明するのが狙いである。現在複数年分のサンプルのデータ解析を進めており、年変動の様子と繁殖地の気候との関係について解析を継続しておこなっている。平行して画像解析により幼生の成長速度を定量測定するシステムの開発もおこない、短時間に大量のサンプルを効率よく処理する手法の開発を継続している。実証データの収集とともに、理論的側面からの解析も進めており、数理モデルを構築して齢構造をもつ集団での最適性比が季節的に変化する条件を解析的に求め、こういった形質の進化を引き起こす可能性を明らかにすることができた。これらの結果は論文にまとめ投稿しているが、審査の過程で編集者から指摘された問題点を改良することにより、一層頑強なモデルを構築することができた。
工学系高等教育において一般教養教育が果すべき役割に関する総合的研究

本年度は、日常的な研究活動に加え、1)第1回編集委員会(平成10年6月4日11日/金沢工業大学において)、及び2)第2回編集委員会(平成10年10月13日17日/ローズ・ハルマン工科大学)を開催した。これらの編集会議で、平成8年11月に開催した第1回ワークショップ並びに平成9年7月に開催した第2回ワークショップの内容(講演録)を再度分析し、これらの成果が本研究課題で目指した目的をある程度達成していると判断し、これらの文書を中心として、成果報告書をまとめることに合意した。これ以外の本年度の研究活動の結果として、次のような事柄を挙げることができる。1)次世紀のエンジニアを育てるための教育には、全く新しいパラダイムが必要であるという認識が、日本の工学教育関係者の間でも、広がっている。日本工学教育協会、日本工学会、日本学術会議などが中心となって、米国のABETを範とした、日本技術者教育認定機構(JABEE)を平成11年6月に発足させる予定である。このJABEEの共通基準は、今後の工学教育における教養教育の役割を方向づける内容となっている。2)この共通基準の中で、特に本課題に関連深いものとしては、「(a)人類の幸福と・福祉とは何かについて考える能力と素養、(b)工学的解決法の社会および地球環境に及ぼす効果、価値に関する理解力や責任など技術者として社会に対する責任を自覚する能力、(c)コミュニケーション能力、(e)自己学習能力」などがある。3) ABETおよびJABEEの認定基準を考慮して、研究代表者は、金沢工業大学における教養教育の目的の私案を作成した。4)教育目標の達成度を測定するための手法は、現在米国でさまざまな方法が考案されている。その中で、有望なものの一つは、ローズ・ハルマンエ科大学で試行されている「Electronic Portfolio」と呼ばれる方法である。平成8年度は、本研究の初年度であるので、基本的な情報収集、特に、米国の工学教育の動向に関する調査を中心に行った。その結果、以下のような知見が得られた。2.上記の新基準に反映されている新しい方向性は、従来にような教育プログラムの教授内容の審査から、そのプログラムを修了した学生の達成度の評価への移行である。従って、ABETの認可を受けようとする全てのプログラムは教育アセスメントのシステムを構築することを要求されている。(1)職業上及び倫理上の責任の理解(2)効果的なコミュニケーション能力(3)工学上の問題解決が与える影響を、社会及び国際世界の文脈で理解することができる広い教養(4)生涯学び続けることの必要性を理解し、実践する能力(5)今日的な問題に対する知識4.今後の工学系高等教育では、上記の目標を認識し、達成できるような一般教養教育カリキュラムが必要である。5.米国では、ローズ・ハルマン工科大学やウ-スター工芸大学をはじめいくつかの大学が、新基準の思想を取り入れた新しい一般教養教育に関する取り組みを始めている。本年度は、日常的な研究活動に加え、1)第二回ワークショップ(平成9年7月7日10日/金沢工業大学において)、及び2)第二回共同運営会議(平成9年11月23日26日/金沢工業大学において)を開催した。また、研究代表者及び本学側共同研究分担者のうち数名は、昨年度ローズ・ハルマン工科大学で開催された第一回ワークショップの成果報告を、本学の全教職員が集まる会議(学部会)において発表し、さらに、その内容をまとめ、本学の教育研究紀要である「KIT Progress」に掲載した。本年度の研究活動の結果として、次のような知見が得られた。1)激変する世界情勢、情報量の爆発的増加、コミュニケーション手段の革新、経済・労働市場のグローバル化などを考慮すれば、新世紀を担うエンジニアの教育には、これまでのパラダイムでは対応できないことが、米国では認識されている。しかし、我が国では、このような認識はまだない。2)日本の新制大学設置の理念である「自由市民を育成するための一般教育」という考えは具現化されず、形骸化・空洞化の道をたどってきた。1991年「大学設置基準の大綱化」の後も、状況はさらに悪化し、「専門教育偏重」がさらに進行している。3)大学教育の理念・目的を真剣に議論し、教育目標の明確化を図り、それを学生並びに教職員全員が共有する必要がある。4)共有された教育目標を基に、その目標達成のために最適なカリキュラムの設計が必要である。その際、人為的な専門/一般などの区別を撤廃し、カリキュラム全体を通しての新しい一般教育(New General Education across the Curriculum)を目指すべきである。5)学生が、達成目標・向上目標を理解し、それをどの程度修得しているかを把握するための教育成果アセスメント(Outcomes Assessment)のシステムの構築が不可欠である。

1)次世紀のエンジニアを育てるための教育には、全く新しいパラダイムが必要であるという認識が、日本の工学教育関係者の間でも、広がっている。日本工学教育協会、日本工学会、日本学術会議などが中心となって、米国のABETを範とした、日本技術者教育認定機構(JABEE)を平成11年6月に発足させる予定である。このJABEEの共通基準は、今後の工学教育における教養教育の役割を方向づける内容となっている。2)この共通基準の中で、特に本課題に関連深いものとしては、「(a)人類の幸福と・福祉とは何かについて考える能力と素養、(b)工学的解決法の社会および地球環境に及ぼす効果、価値に関する理解力や責任など技術者として社会に対する責任を自覚する能力、(c)コミュニケーション能力、(e)自己学習能力」などがある。3) ABETおよびJABEEの認定基準を考慮して、研究代表者は、金沢工業大学における教養教育の目的の私案を作成した。4)教育目標の達成度を測定するための手法は、現在米国でさまざまな方法が考案されている。その中で、有望なものの一つは、ローズ・ハルマンエ科大学で試行されている「Electronic Portfolio」と呼ばれる方法である。
タンパク質電子構造DBシステムの構築

タンパク質電子状態計算において、計算構造モデリングの自動化とQCLO法に基づく電子状態計算の自動化に関する研究開発を行い、タンパク質電子状態データベースへの計算事例追加をより加速させるための基盤技術を確立した。YAML形式の入力ファイルを採用することで、プログラミングなしに安全かつ簡便にQCLO法を利用したタンパク質電子状態計算が可能となった。開発したソースコードはインターネット上に公開済みである。タンパク質のモデリングおよびカノニカル分子軌道計算エンジンの高速化など、タンパク質電子状態計算に関する計算プロセスの自動化に関する基盤研究を行った。タンパク質モデリングの自動化の高精度化として、欠損した水素原子の付加ならびに末端処理、および構造緩和の作業を自動化するプログラムの開発・改良を行った。構造緩和の手法は分子力学法を用いた。力場パラメータが用意されていないヘテロ分子に関しては、半経験的分子軌道法により自動的にパラメータを算出することにより構造緩和を行った。また、カノニカル分子軌道計算エンジンの高速化を目的として、グリッドフリー交換相関計算法の改良を行った。グリッドフリー法は行列演算のみで解析的に交換相関項を算出することができるため、分散メモリ型の並列計算機に適した計算方法である。しかし、グリッドフリー法による交換相関項計算はグリッド法に比べて高精度化が難しく、用いられていなかった。そこでグリッドフリー法を精査し、途中計算で利用する密度の表現行列を高精度化することによって、劇的に計算精度を向上させることができることを見出した。密度の表現行列にのみ専用の基底関数セットを用意することで、既存の密度汎関数計算の計算コストは変えずに交換相関項を高精度化することができた。また、核座標微分計算においても基底関数セットの線形従属性を適切にカットすることで、これまで不得意であったグリッドフリー法における微分計算を改良することができた。タンパク質のモデリングおよび電子状態計算に関する計算プロセスの自動化に関する基盤研究として、自動処理のベースとなるスクリプトを作成した。開発言語としてPythonを使用することで、開発期間を短縮するとともに、計算実行時間の短縮が図れる。Pythonのログ出力モジュールを利用することで、計算経過ならびにデバッグ情報を階層的に出力できるようになった。電子状態計算から得られた局在化軌道の計算などPythonでも計算時間のかかる部分に関しては、C++言語による開発を随時行っており、さらに並列化ならびにアクセラレータを使用することで計算時間の短縮を図っている。タンパク質は巨大分子であるため、分子力学法を用いた構造最適化によってモデリングを行うことが現実的である。しかし分子力学法の力場パラメータは一般的な分子構造用に用意されているため、タンパク質の特異的な構造には適していない。量子化学的なモデリングが部分的にでも適用するために、ProteinDFにグリッドフリー法によるエネルギー勾配計算エンジンならびに構造最適化アルゴリズムを導入した。なお、開発ソースはインターネット上に公開している。タンパク質電子状態計算において、計算構造モデリングの自動化とQCLO法に基づく電子状態計算の自動化に関する研究開発を行った。QCLO法に基づく自動計算シナリオとして、YAML形式の入力ファイルを採用することにより、プログラミングの知識なしにQCLO計算におけるフラグメント分割・フレーム分子作成手順を記録し、シミュレーションの再現性を保持することに成功した。同時にYAML形式ファイルが持つ構造化データを利用することで、QCLO法のフレーム分子・フラグメントを表現し、様々なヘテロ分子における電子状態計算に必要な自由なフラグメント分割を実現した。ペプチド鎖において、各残基の末端処理にアセチル基・N-メチル基を利用することで、計算ステップの大幅な削減を可能にした。また、ヘテロ分子において、任意のフラグメント分割を行うことで発生するダングリングボンドに対し、必要なモデリング・末端処理を実装したことで、安全かつ簡便にQCLO計算を達成することが可能となった。開発したQCLO計算プログラムの実証計算として、ヘテロ分子を含むタンパク質数種に対して計算構造モデリングと電子状態計算を行った。本プログラムで作成された計算構造ならびに電子状態シミュレーション結果は、良好な結果を示した。本研究により、タンパク質電子状態データベースへの計算事例追加をより加速させるための基盤技術を確立した。量子化学計算結果を電子状態データベースとして登録、利用する仕組みに関する基盤研究を行う。まず、タンパク質波動関数データベースの設計・開発を行う。100残基クラスのタンパク質量子化学計算からは1GB以上のデータが作成され、またこの波動関数データから様々な物理量が計算・蓄積できるため、大規模データを蓄積・検索・解析できるデータベースの設計・開発を行う。また、作成したタンパク質波動関数データベースへの登録する波動関数データの作成・追加・更新を順次行う。これら開発したツールおよびプログラムはインターネット上に公開し、また得られた知見をまとめ成果の発表を行う。量子化学次年度使用額が生じた理由としては、まだ初年度で計算データならびにデータベース登録に必要なデータが少なく、想定よりディスク装置の需要が少なかったことが考えられる。次年度以降に請求する研究費を合わせた使用計画として、計算を効率的に進め、計算済みデータ量が増加することによってそれを蓄積するためのディスク装置の購入、ならびに研究成果発表のための学会参加費等に使用することを計画している。
強化学習モデルによるヒトの潜在的な心理状態の予測に基づく共適応ＢＭＩ

ヒトの潜在的な心理状態に応じた柔軟なフィードバック・スキームを提供するリアルタイム共適応BMIアルゴリズムの確立をめざして、BMIデコーダ構築するための強化学習法と心理状態推定のための脳情報表現法を研究開発し、ランプによるBMIフィードバック装置を用いて評価実験を行った。前者については、重み付尤度に基づき、心理状態の次元数とその間の遷移則などに関する最適状態変数モデルの決定、適切な方策モデルの設計、およびそのもとでの強化学習を同時に行う枠組みを確立した。一方後者については、標準的な特徴量抽出法であるCSPを脳信号の被験者間の違いや非定常性に対してロバストにするための様々な一般化を提案した。本研究の目的は、BMI(brain-machine interface)を使用中に学習や疲労などによりヒトの脳活動状態が非定常的に変化することをモデル化することによって、ヒトの潜在的な心理状態に応じた柔軟なフィードバック・スキームを提供するリアルタイム共適応BMIシステム確立することである。その実現のため、本年度は、BMIデコーダを強化学習により構築するための理論的枠組みの整備と、EEG信号からヒトの心理状態を抽出するための情報表現法の研究を主に実施した。被験者とBMIデコーダの2つの要素を含む共適応BMIシステムにおいて、ヒトの心理状態をモデル化するための潜在状態の次元数、およびその間の遷移則などを観測データから適切に定める必要がある。Ueno et al.(NIPS 2012)はより一般的な枠組みにおいて、重み付尤度に基づく方策探索法に対して、上記のようなモデル化における多数の選択肢の中から最適なモデルの決定とそのもとでの強化学習を同時に実行する手法を提案した。このアルゴリズムは共適応BMIの問題にも適用可能である。その実現のため、本年度は、BMIデコーダの強化学習アルゴリズムの開発と実装、非定常なヒトの心理状態をモデル化するための情報表現法の研究、およびオンライン適応BMIシステムの評価実験のために実環境でランプを用いてBMIの結果をフィードバッックするシステムの構築を実施した。昨年度の成果であるUeno et al. (NIPS 2012)の重み付尤度に基づく方策探索法の枠組みをヒトの心理状態に対応する潜在変数を導入した混合型の方策関数に拡張し、潜在変数に関する統計モデルの推定と各モジュールでの強化学習を同時に実行するための理論体系を導出した。さらに、最適な方策パラメータを求める際に用いるQ関数をカーネル近似することにより実用的なアルゴリズムを開発・実装した。これまでの2年間で構築してきたオンライン家電(ランプ)制御BMIを発展させるために、他の被験者のデータを用いて新規の被験者の内部状態推定を行うことができる新しい転移学習法(Morioka et al. NeuroImage 2015)を構築するとともに、実問題に必要な拡張性に富んだモデリングのもとでも良好な学習性能を持つ、Kullback-Leibler(KL)ダイバージェンスに基づく強化学習の一般的な枠組みを提案した(植野,JSAI2014優秀発表賞)。前者は辞書学習に基づき、多人数の被験者のEEGデータを共通パターン、被験者・セッションに固有の変換に分解することで、個人および時間という変動要因に依存しないヒストグラム型の情報表現を抽出する手法であり、共適応BMIにおいてより良い内部状態モデリングが可能となる。さらに、上記の被験者・セッションに固有の変換の類似度を可視化したところ、各被験者内で課題時と安静時の違いが被験者間の差に比べて小さいことが判明したので、新規の被験者が負荷の高いBMI訓練セッションを行うことなく、他人のデータを利用して安静時脳活動計測のみでBMIが可能となる転移学習技術を開発した。一方、JSAI2014の論文では、強化学習をグラフィカルモデルの推論問題へ変換することで、確率推論法からさまざまな強化学習法を導出できることを示し、方策学習の大域解への収束条件を議論し、実用的なモデルにおいても最適な方策の良い近似を与える新しい強化学習法を構築した。この学習法のツールボックスを作成するとともに、共適応BMIに適用するためにモデルと報酬を検討・定式化した。最後に、ランプを用いたBMIフィードバック実験を被験者1名で実施し、精度が向上することを確認した。今後も被験者を増やして検証実験を継続して行く予定である。26年度が最終年度であるため、記入しない。医用工学・機械学習26年度が最終年度であるため、記入しない。共適応BMIのための強化学習の理論的な展開は予定以上に進んでいる。

BMI実験は、分担担当する予定だった兼村氏が大学に移籍したため、代表研究者のみでBMI実験と脳データ解析に対応することとした。共適応BMIのための強化学習アルゴリズムは一部最終年度の研究項目であるヒトの心理状態を表す潜在変数を取り入れた形でのモデルに基づいて開発を行っている。本年度はオンライン共適応BMIシステムの評価のために、実環境とのインタラクションが複雑になるロボットカー制御によるフィードバックではなく、データ取得がより容易なランプを用いたフィードバックシステムを構築することとした。この変更により最終目標の達成にむけより効率的な研究開発が期待される。26年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、ヒトのモデルとしての強化学習システムの洗練化を実施する。なお、BMI実験を分担担当する計画だった兼村が企業研究所から大学へ移籍したため、全体計画に影響の無い範囲内で実験規模を縮小する。今後は、EEG信号の非定常性に関する解析とモデル化をさらに進め、ヒトの潜在的心理状態を考慮した強化学習システムを完成・性能評価するとともに、成果の最終とりまとめを行う。直接経費次年度使用額が0以外であるのは、当初購入を予定していたワークステーションをストレージ機能を主とするサーバ取得に振り替えたためである。直接経費次年度使用額が0以外であるのは、H25年度に2台購入予定であったワークステーションをより高性能なもの1台に変更し、システムを実装する研究補助員を雇用する代わりに、その一部であるフィードバック可視化システム構築の外注に振り替えたためである。最終年度に必要なオンライン共適応BMIシステムの評価を行うためのワークステーション1台を追加購入し、実験データを保存するためのストレージを2台購入する予定である。また、システム実装を完了するために必要な研究補助員雇用もしくは外注を実施する。
ランビエ絞輪特異的糖鎖の時空間的発現の解析とその意義の解明

本研究は、マウス中枢神経のランビエ絞輪に特異的に存在する糖鎖の生理的意義を解明することを目指している。我々は、ボツリヌス毒素由来レクチン複合体の立体構造解析データから、意図して糖鎖結合能を変化させたリコンビナント変異レクチン複合体を作製しており、その内の一つGgがマウス脳のランビエ絞輪に特異的に結合することを見いだした。ランビエ絞輪は、跳躍伝導で重要な役割を果たしてることからその形成不全は様々な神経疾患に繋がることが知られており、またアストロサイト等の結合部位としての役割もあり、この部位の詳細な構造、成分の理解は脳機能研究において重要である。そこで、H30年度はまずGg結合性糖鎖の時空間的発現量の変化、つまり脳内の各部位ごとの発生、発達過程において糖鎖の発現量がどのように変化するかを観察することからはじめた。パラホルムアルデヒドで灌流固定したマウス脳より凍結切片を作製し、ランビエ絞輪の位置を抗caspr抗体で特定してGgの結合量を定量的に解析した。結果は、中枢神経系のランビエ絞輪では部位によって時期は多少異なるものの生後14日目ぐらいからGg結合性糖鎖が観られるようになり、生後30日目ぐらいには9週齢のものとほぼ変わらない程度の発現量であることが判明した。また、パラフィン包埋した試料や脱脂した試料の切片において、ガングリオシドGM3結合性のコレラ毒素とGgとの染色画像を比較検討した結果、Ggは糖タンパク質糖鎖に結合していることが示唆された。研究は当初の計画通り概ね順調に進んでおり、論文として成果を発表する準備も整いつつある。現在、当初の計画通りGg結合性糖タンパク質の同定を試みており、その結果が得られた後も計画通りの手法で糖鎖構造等の解析を進め、その糖鎖、糖タンパク質のランビエ絞輪における生理的機能の解明へと研究を進めていく予定をしている。計画作成当時に購入予定としていた設備機器と同様の機能を備えた機器が学内の他の研究室にあり、それを使わせていただけることになったため購入する必要がなくなり、機器設備費が節約できた。この節約分を次年度の物品費に充当すべく繰越金が生じた。
プトレマイオス朝エジプトにおける在地社会の再編―法・司法戦略・地方エリート―

本年度は、まず昨年に引き続き8月までルーヴェン・カトリック大学にて史料調査を行い、それらの分析を通してプトレマイオス朝エジプトにおける紛争解決の全体像を明らかにすることを目的とした。具体的には、同王朝エジプトのギリシア語嘆願書を中心とする資料の分析をすすめるとともに、近年の同王朝エジプト史研究で重要とされるデモティック(同時代の土着言語)史料の取り扱いについて、同大学のM.Depauw教授の指導を受けた。9月以降は、収集した史資料を整理し分析した。その結果、制度史に偏った従来の研究では見落とされてきた、在地社会の私的な紛争解決の実態とその特徴について明らかにすることができた。すなわち、在地社会において、当事者本人が直接訴える自力救済的性格を帯びた日常的な訴訟行為と、それに対する仲介者としての地方官吏による紛争処理が地方自治に貢献していた。この研究成果は、10月に広島大学で開催された2011年度広島史学研究会大会にて発表した。さらに、デモティックの神殿宣誓史料の分析からは、同王朝以前の法慣習が主にテーベ地方で継続しており、神殿を主体とする紛争解決が成立していたことから、地域内の権力構造を維持した同王朝の秩序維持の特徴を読み取った。このことは同時に、同王朝史研究におけるギリシア語史料とデモティック史料の比較考察の有効性を再認識することにもつながった。これらの研究成果は、12月に京都大学で開催された第10回古代史研究会大会にて発表した。本研究の目的は、法制度の分析に偏りがちであったプトレマイオス朝エジプトの司法を法運用の実践面から解明することである。具体的には、嘆願書を主史料とし、そこから当事者たちが法的執行を要求する諸要因や法意識、さらには制度外にある政治的な権力構造や地域の社会構造を考察する。本年度はまず、アシュートとテーベの裁判事例を取り上げ、嘆願書による訴訟提起から法廷での審理にいたるまでの一連の紛争解決システムを検証し、地域社会における秩序はいかにして維持されたのかを究明した。その結果、嘆願書の受取人である地方役人が調停者としての役割を担う一方で、地域社会の秩序維持には、従来のエリート層である神官層との交渉が不可欠であったことが明らかとなった。その成果の一部に関しては、2009年6月に大阪大学で開催された第14回ワークショップ西洋史・大阪にて報告を行った。さらに、法廷外での紛争解決システムを解明するため、暴力や窃盗などの犯罪に関わる事例を含めて分析を続けている。嘆願の内容と地方役人による処理には、制度だけではなく、民族的対立や警察役人あるいは行政役人と在地住民との複雑な社会関係が反映されている。嘆願書史料の整理と分析は、社会の実情に沿った司法のあり方を明らかにするうえで重要である。2010年2月には、ベルギーのルーヴェン・カトリック大学にてW.クラリス教授の助言を仰ぎ、同王朝の司法、警察機構、嘆願書に関する資史料の収集を行った。これらの成果を学術雑誌に投稿するため、現在論文を執筆中である。前年度に引き続き、プトレマイオス朝エジプト法制史研究の整理と資史料の分析をすすめた。当初の予定通り、2010年9月以降現在にいたるまで、ルーヴェン・カトリック大学(K.U.Leuven)にて、W.クラリス教授からの指導を受けつつ、パピルス学およびデモティック(ヘレニズム期エジプト語)に関する、より専門的な知識を習得するとともに、資史料の収集と考察を深めた。今年度の分析対象としては、従来の研究のように局地的なギリシア語パピルス史料の分析に重点をおくのではなく、デモティック史料の分析を含めたより広範囲な地域社会に焦点をあてた。史料の収集にあたっては、一住民が王や地方役人に宛てるギリシア語嘆願書史料に基づくデータベースを作成し、嘆願者、嘆願書の宛先、紛争あるいは犯罪の種類、要求内容,受取人の返答について分析した。さらに、これらギリシア語嘆願書史料に加えて、デモティックの神殿宣誓史料に基づくデータベースを作成し,宣誓者、宣誓の主題、内容、判決について分析した。従来のプトレマイオス朝エジプト史研究において、嘆願書史料は各分野で幅広く断片的に引用されてきたが、紛争解決システムそのものを取り上げた研究は少ない。これらの分析によって、ギリシア人役人がひろく介入する嘆願システムと地方神殿において伝統的に維持されてきた神殿宣誓システムを紛争解決の一手段に位置づけることができた。今後の課題としては、地域ごとの比較と両システムの関運性を意識し,紛争あるいは犯罪に関わる当事者たちの法意識を考察するとともに、社会構造と照らし合わせた紛争解決のプロセスを解明したい。

さらに、デモティックの神殿宣誓史料の分析からは、同王朝以前の法慣習が主にテーベ地方で継続しており、神殿を主体とする紛争解決が成立していたことから、地域内の権力構造を維持した同王朝の秩序維持の特徴を読み取った。このことは同時に、同王朝史研究におけるギリシア語史料とデモティック史料の比較考察の有効性を再認識することにもつながった。これらの研究成果は、12月に京都大学で開催された第10回古代史研究会大会にて発表した。
眼球運動解析と行動分析アプローチの統合によるHCI認知オペレーション分析方法

本研究は,作業システムにおける問題点や着眼点をうまく発見していくということを狙う経営工学的視点に立脚し,HCI(HumanComputerInteraction)と特徴づけることができる作業・タスクにおける認知的な行動・処理について,眼球運動を含む人間行動データに基づき,特に心的な処理を評価することが可能となる分析方法の構築を目指して実施したものである.膨大かつ多くのノイズを含む人間行動データから,心的処理に関係する情報抽出をいかに効率的に行うことができるかといった点が,学術的にチャレンジングな点であると位置づけることができる.体系だてた方法論の一つの活用例として,特に医療タスクのうち臨床工学技士の行う透析関連業務の内容に着目し,これに合致した形での作業および処理の記述方法として展開することで,眼球運動特性および注意の分配プロセスと習熟との関係について示唆を得ることができた.本研究は,作業システムにおける問題点や着眼点をうまく発見していくということを狙う経営工学的視点に立脚し,HCI(HumanComputerInteraction)と特徴づけることができる作業・タスクにおける認知的な行動・処理について,眼球運動を含む人間行動データに基づき,特に心的な処理を評価することが可能となる分析方法の構築を目指して実施したものである.膨大かつ多くのノイズを含む人間行動データから,心的処理に関係する情報抽出をいかに効率的に行うことができるかといった点が,学術的にチャレンジングな点であると位置づけることができる.体系だてた方法論の一つの活用例として,特に医療タスクのうち臨床工学技士の行う透析関連業務の内容に着目し,これに合致した形での作業および処理の記述方法として展開することで,眼球運動特性および注意の分配プロセスと習熟との関係について示唆を得ることができた.本年度は,HCIにおける代表的タスクの観察実験による眼球運動・行動データの獲得と傾向分析ならびに認知オペレーション記述モデルの検討を行った.ここで得られた成果は以下の5点にまとめられる.(1)認知オペレーションと眼球運動特性およびその評価方法に関する知見の調査・サーベイ:関連する研究成果を調査すると共に,研究代表者の今までの関連研究に対する成果を検討・整理し,HCIの分類との対応の観点から資料としてまとめた.(2)眼球運動・行動データの獲得:HCIの例として臨床工学技士業務を対象に,眼球運動・行動データの獲得と,上記(1)の知見を活用した分析を行った.(3)一連の分析手順(データ獲得,書き起こし,コーディング,パフォーマンス評価)について整理し,臨床工学技士を対象とした分析に向けた枠組み(構築する方法の基礎)として整理した.(4)詳細レベルでの心的処理記述方法の策定:既存の心的処理の記述モデルを参考に,もっとも詳細なレベル(短期記憶内の情報処理レベル)での認知オペレーションの記述方法に関する基本的な考え方についてまとめた.(5)詳細な心的処理の類型化に基づく認知モジュールの定義:上記の(4)で述べた心的処理について,その処理の内容および順序のパターンを整理した.本研究課題は,作業システムにおける問題点・着眼点の発見に資することを狙う経営工学的視点に立脚し,HCI(Human Computer Interaction)と特徴付けられる作業において行われる認知オペレーションについて,眼球運動データおよびこれを補完する行動データの統合により心的処理を評価するための分析方法を構築することを目指し実施している.本年度は,HCIにおける認知オペレーション記述モデルの活用方法の探索と精緻化に関して,特に実践上の問題を明らかにすべく研究を実施してきた.具体的には,実際のHCI作業として医療従事者のタスクを取り上げ,ここで得られる眼球運動・行動データの特徴,そしてそれに影響を及ぼす要因の同定を通して,認知オペレーション記述モデルの活用方法を探索するとともに,モデルの精緻化を行い,以下のような成果を得た.(1)医療タスクのうち臨床工学技士の行う透析関連業務の内容に着目し,これに合致した形での作業および処理の記述方法を構築した.(2)透析関連業務従事中の臨床工学技士から眼球運動および行動データを獲得した.(3)(2)のデータについて,(1)で構築した方法によりデータを視覚化し,分析可能な形へと変換した.そのうえで眼球運動特性および注意の分配プロセスと作業パフォーマンス間の関係について詳細に検討し,作業パフォーマンスへの影響要因に関する示唆を得た.(4)一連の分析手順(データ獲得,書き起こし,コーディング,パフォーマンス評価)について整理し,体系だった分析方法の枠組み(構築する方法の基礎)として整理した.本研究は,作業システムにおける問題点や着眼点をうまく発見していくということに資するような,HCI(Human Computer Interaction)と特徴づけることができる作業・タスクにおける認知的な行動・処理について,眼球運動を含む人間行動データに基づき,特に心的な処理を評価することが可能となる分析方法の構築を目指して実施したものである.膨大かつ多くのノイズを含む人間行動データから,心的処理に関係する情報抽出をいかに効率的に行うことができるかといった点が,学術的にチャレンジングな点であると位置づけることができる.最終年度である本年度は,今まで得られた人間行動データと,そこから意味ある情報を抽出していくために用いた方法(指標,手順,ツール)について体系的にまとめた.具体的には以下の内容を実施した.1これまでの研究で実施してきた分析から得られた結果のうち,HCIと位置付けられる作業の特性と,眼球運動を中心とした人間行動特性の関係について整理した.さらに今までの研究で用いた方法を,分析観点,測定指標,分析手順,そしてそこで用いたツールについてまとめ,体系だった方法論として整理した.

2上記の点を総合し,既往のHCIを中心とした認知的な作業・タスク分析方法論との関連性,新規性について,学術的な観点から評価した.32の中で,特に学術上有意義であると思われる,医療現場で用いることが可能な人間行動分析のための方法論に関する成果については,学術論文としてまとめ発表した.当初の計画において困難が予想されていたが,おおむね計画していたスケジュールに合致していると考えている.24年度が最終年度であるため、記入しない。次年度は最終年であり,今までの成果をまとめ,ここまで用いてきた方法や成果について体系的に整理することが重要となると理解している.これまで行ってきた幅広い研究活動・成果を横断的にまとめるために,関連研究のサーベイを重点的に行う予定でいる.24年度が最終年度であるため、記入しない。
ニーチェにおける道徳批判――１９世紀の細胞学からの影響――

報告者は19世紀の細胞学からの影響に着目して、ドイツの哲学者ニーチェの道徳批判を分析した。注目した点は、彼によれば人間の行為を導出しているのは、「衝動」間の闘争によって決定する最も強い衝動であるということだ。彼はこれらの「衝動」を人間に知覚されるか、または知覚され得るものとして捉えたうえで、それらの「衝動」が生じる部位は脳であると把握していた。一方で、ニーチェは細胞という場所においても「力への意志」という原始的な形式の精神が生じていると考察していた。そのうえで彼は、このような細胞の精神は人間に決して知覚されないとみなしていた。以上の分析によって、ニーチェは人間の内面で生じる複数の「衝動」を、身体における細胞の「力への意志」が闘争を通じていくつかに集約されたものとして解釈していたことが分かった。この研究成果をもとに報告者がさらに研究を推し進めたのは、そのようなニーチェの衝動論が彼の道徳批判といかにして関連付けられていたのかということだ。着目した点は、ニーチェが細胞学者Wilhelm Rouxの適応理論を評価していることだった。Rouxによれば、細胞間の闘争を通じてより外的環境に適応した細胞が生き残り、それらの細胞同士が合生して身体を形成するのだった。ニーチェはこのRouxの適応理論を行為論に応用して、各々の「衝動」が身体を構成する細胞と同数の「力への意志」に分割できるのであれば、そのような「衝動」の本質は利己性にではなく、適応性に求められると考察していた。つまりニーチェの道徳批判というのは、人間の「衝動」を利己的なものとして一括りに否定してしまうのではなく、それぞれの「衝動」を細胞の「力への意志」の集合体と解釈してその適応性を肯定する大胆な試みであったことを明らかにした。28年度が最終年度であるため、記入しない。主な対象とした文献は、彼が善悪の根拠について論じた『善悪の彼岸』と『道徳の系譜』及び晩年の遺稿である。注目した点は、ニーチェによれば人間の行為を導出しているのは、「衝動」間の闘争によって決定する最も強い衝動であるということだ。そのうえで彼は、このような細胞の精神は人間には決して知覚されないとみなしていた。以上の分析によって、ニーチェは人間の内面で生じる複数の「衝動」を、身体における細胞の「力への意志」が闘争を通じていくつかに集約したものとして解釈していたことが分かった。上記の研究成果をもとに報告者が解析に取り掛かっているのは、そのようなニーチェの衝動論が彼の道徳批判といかにして関連付けられていたのかということだ。この観点から彼の思想を取り扱う際には、1人間と自然の関係に加えて、2人間と社会の関係についても着眼している。それぞれの項目について分析を進めて、ニーチェが人間の「衝動」の機能構造に関していかなる議論を展開していたのかを明らかにしていく予定である。そもそもニーチェが自然科学の意義に関していかなる見解を示していたのかを分析したうえで、彼が細胞学者W. Rouxの著書に影響を受けて「衝動」について考察していたことが明らかになったため。上述した1人間と自然の関係、2人間と社会の関係という観点から、ニーチェの道徳批判について引き続き研究を進めていく。
電気泳動法による磁性フェライト材料の傾斜機能化プロセスの開発

電気泳動法は、セラミックスなどの微粒子を含む懸濁液を作製し、基板に電界をかけ、泳動により微粒子を基板上に堆積させるという方法であり、既存の気相法と比較しても装置的に簡素かつ安価で、比較的大きな面積に均一に成膜できる利点がある。電気泳動法に関する研究が多く行われているが、2種類以上の粉体を混合し分散させた懸濁液を用いての電気泳動法は、研究例も少なく、実験による試行錯誤で膜組成を制御しているのが実際である。本研究では、電気泳動法を用いての液相法によるセラミックス系のFGMの合成プロセスの一手法を確立することを目指し、2種類のセラミックス粒子の混合懸濁液を用いた電気泳動法のFGM作製プロセスの応用の可能性を探索した。目的の厚膜は、Zn_xFe_<2-x>O_4の亜鉛フェライトにおいてxの値を制御することで傾斜化された、すなわち、Fe_2O_3から亜鉛フェライト(ZnFe_2O_4)のFGM厚膜とした。さらに、電気泳動プロセスは、溶媒の種類、pHなど様々な要因で、粒子の電着量が変化するので、それらを制御することによる電気泳動法の傾斜化プロセスへの応用も検討した。原料試薬としてγ-FeOOHとZnOを用い、この混合比の異なる3種類の混合懸濁液を用いて電気泳動を行い、傾斜化膜を作製した。作製した膜の断面の組成分析により、作製された膜が、傾斜化していることが確認された。さらに、熱処理後のフェライトとなった膜の組成分析でも傾斜化が維持されていた。2種類の混合電着では、用いた試料の作製状況により電着組成比が異なるが、この電着組成比を調べることにより、目的の傾斜化がこのプロセス手法で行えることが確かめられた。一方、pH制御による傾斜化プロセスも検討した結果、再現性には乏しかったが、pHによる組成制御の可能性が示唆された。
弾性・流れとの連成を考慮した伝熱場の形状最適化に関する基礎的研究

弾性体、熱伝導場あるいは流れ場などの連続体形状を設計対象にした形状最適化問題は、機械構造物を設計する上で重要な問題である。これまでに筆者は、弾性場、熱伝導場、粘性流れ場などの形状決定問題に対して、数値解析法を提案しその手法の有効性を示してきた。これまでの研究対象は、いずれも弾性・伝熱・流れ場が連成しない基本的な問題に対する検討であった。本研究では、これらの形状最適化の研究を、初めて達成を考慮した問題に拡張を試みた。本年度は、次の伝熱と弾性を連成させた熱弾性場、粘性流れ場と熱伝達場を達成させた強制熱対流場の問題に対して検討した。(1)熱弾性場において変位分布を規定する形状同定熱弾性場の部分境界において、実際の熱変位分布が目標とする変位分布に一致するように形状を決定する形状同定問題の解法について検討した。本課題は平成15年度からの継続研究であり、今年度は(a)熱流束境界の考慮、(b)熱伝達境界の考慮、(c)熱伝導率の方向依存性や温度依存性の考慮など、解析プログラムの拡張を行い、解析例から提示した解法の妥当性を確認した。(2)熱弾性場の熱応力最小化を目的とする形状決定本課題は今年度の新規課題であり、熱弾性場において熱応力の最大値を最小化させる問題を定式化し、随伴変数法を使用して形状修正のための感度関数を理論的に導出した。導出した感度関数を用いた解析アルゴリズムを提案し、プログラム開発を行い、簡単な解析例から提示した解法の妥当性を示した。(3)強制熱対流場において温度分布を規定する形状同定上述(1)の熱弾性場問題と同様に、熱対流場の部分領域における温度分布が目標とする分布に一致するように形状を決定する形状同定問題について検討した。本課題は昨年度からの継続研究であり、今年度は(a)熱流束境界の考慮、(b)熱伝達境界の考慮などの拡張を試み、簡単な解析例から提示した解法の妥当性を確認した。弾性体、熱伝導場あるいは流れ場などの連続体領域形状を設計対象にした形状最適化問題は、機械構造物を設計する上で重要な問題である。これまでに筆者は、(i)応力緩和を目的とした弾性体の形状最適化、(ii)損失エネルギーが最小となる粘性流れ場の流路形状最適化、(iii)熱伝導場の部分境界において放熱量が最大となる形状最適化、(iv)熱伝導場における温度分布が、目標とする分布に一致するように形状を決定する形状同定問題などに対して、数値解析法を提案しその手法の有効性を示してきた。本研究では、筆者らが実施してきたこれらの形状最適化の研究を、初めて連成を考慮した問題に拡張を試みた。本年度は主に、伝熱と弾性変形を連成させた次の二つの問題に対して検討を行った。(1)熱弾性場において変位分布を規定する形状同定熱弾性場の部分境界での実熱変位分布と、規定したい熱変位分布との2乗誤差最小化を目的汎関数として設定し、それを最小化するための形状決定問題を定式化した。この問題は、熱変形分布が目標とする分布に一致するように、形状を決定する形状同定問題の一つになっている。次に、Lagrange乗数法あるいは随伴変数法および物質導関数を使用して、形状修正のための感度関数を理論的に導出した。導出した感度関数を用いた解法のアルゴリズムを提案してプログラム開発を行い、二次元問題の解析例から提示した解法の妥当性を確認した。(2)熱弾性場において動ひずみによる変形最小化:剛性最大化を目的とする形状最適化熱弾性場の全領域において定義されたポテンシャルエネルギー最大化問題(剛性最大化を目的とする形状最適化)を取り上げ、上の変位分布規定問題と同様に、形状修正のための感度関数の導出、解法アルゴリズムの提案を行い、数値解析から本手法の妥当性を確認した。また本解析では、汎用有限要素解析プログラムANSYSを用いた解析システムを開発した。これまでに筆者は、(a)応力緩和を目的とした弾性体の形状最適化、(b)損失エネルギーが最小となる粘性流れ場の流路形状最適化、(c)熱伝導場の部分境界において放熱量が最大どなる形状最適化、(b)熱伝導場における温度分布が目標とする分布に一致するように形状を決定する形状同定問題などに対して、数値解析法を提案しその手法の有効性を示してきた。本研究ではこれらの形状最適化の研究を初めて連成を考慮した問題に拡張を試みた。本年度は、次の粘性流れ場と熱伝達を連成させた強制熱対流場、および伝熱と弾性を連成させた熱弾性場の問題に対して検討を行った。(1)強制熱対流場において温度分布を規定する形状同定強制対流場の部分領域において、実際の温度分布と規定したい温度分布との二乗誤差を最小化する形状決定問題を定式化した。この問題は、温度分布が目標とする分布に一致するように熱対流場領域の境界形状を設計する形状同定問題になっている。