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高エネルギー非平衡状態を利用した熱電材料のナノ構造化と新機能

地球上に豊富に存在する元素で構成され,環境にも低負荷な熱電材料にナノ構造を導入し,その機能による熱電特性の向上の新しいストラテジーを探索した.シリコンにナノ析出を分散させることによる固溶度(キャリア密度)の増大効果,Mg2Siの新しい低温合成法の開発,Mg2Si中で板状に析出物が生成する条件の解明,組成-組織(ナノ構造を含む)-熱電特性の相関を系統的に効率よく調べる手法の開発が本研究の成果として挙げられる.環境低負荷型の熱電材料Si及びMg2Siについて,相変態を利用したナノ構造化を試みた.Mg2SiにSiを添加し,高エネルギーボールミリングを施すことにより,Mg2Si中にSiを強制固溶させることが可能であることを見出した.この状態は非平衡状態であり,大きなSi析出の駆動力が働き,熱処理によりナノ複合体が形成される.Mg2Siは酸素との反応性が高いため,微粉化過程で著しく酸化してしまう問題も,雰囲気の精密制御により解決した.また,母相Mg2Siからの析出物Siの生成・成長過程についてはPhase-Field法によりシミュレートした.その結果,母相Mg2Siから析出するSiの形状は,アイゲン歪みのある場合,初期の球状からレンズ状に変わる.アイゲン歪みのない場合,析出するSiの形状は等方体になる.母相Mg2SiからSiが析出する際に,アイゲン歪みを有効に活用できれば,組織がラス状となりフォノン散乱を活発にして熱伝導を低下させることが分かった.さらに,Mg2SiとSiの界面状態の解明に向け第一原理計算を行い,界面近傍では,Mg2Si相とSi相のどちらも近づく方向に原子が移動することが分かった.すなわち,Mg2SiとSiの界面では非整合界面を作りやすい.Siについては,ドーパントとしてSbを選定し,SbをSi中に強制固溶させる実験を行った.ボールミリングを行い,粉末X線回折図形を調べると,ボールミリング15分では,Sbのピークが確認できるが,16 h後には,確認できなかった.このことは,16 hのボールミリングによりSbがSiに固溶したことを示唆する.室温でのSbの平衡固溶度は1%以下であるため,上記の状態は,Si中にSbが強制固溶した状態である.また,材料の組成-材料組織,組成-熱伝導率の相関相関を効率よく調べるため,微小領域での熱拡散率の測定技術を広い領域(cmオーダー)にわたり適用するための技術を開発した.シリコンの熱電材料としての実用化のためには,熱伝導率が高いこと,キャリア濃度の可変領域が低いことなどを克服しなければならない.そこで,熱伝導率の低下及びドーパント固溶度の増大をともに達成することを目的に,ドーパント元素のナノ粒子をSi中に分散させる研究を行った.ドーパントとしてSb,Bを選び,メカニカルアロイングにより平衡固溶度よりも高い濃度のドーパントをSi中に強制固溶させる実験を行った.ボールミルの過程でSbあるいはBのX線回折ピークの強度は低下し16h後には確認できなくなった.このことは,ドーパント元素のSi中への固溶の可能性を示唆する.粉末試料を放電プラズマ焼結法により固化し,キャリア濃度を測定したところ,焼結時間によっては平衡固溶度より高いキャリア濃度が確認された.これは,Gibbs-Thomson効果による固溶度の増大の可能性を示唆する.Mg2Siに関しては,Biを固溶度以上に添加すると大きい熱伝導率の低下が見られた.ナノ析出物によるフォノン散乱頻度増大の結果と見られる.また,フェーズフィールド法によるMg2Si中のSi析出のシミュレーションにより,アイゲン歪みのある場合,ラス状,ない場合は,球状の析出物となることが明らかになった.これは,歪みをかけることにより析出物の形態を制御できることを意味し熱電特性の最適化のために有用である.また,材料の組成-材料組織,組成-熱伝導率の相関相関を効率よく調べるため,微小領域での熱拡散率の測定技術を広い領域(cmオーダー)にわたり適用するための技術を開発し,PbTe-AgSbTe2系傾斜組成試料の測定に初めて成功した.このようなハイスループット測定を行うバルク試料作製手法として,一方向凝固法ではなくマルチ拡散対を用いる技術も有用であることを確認した.現在までに,SiにBあるいはSbを添加し,高エネルギー非平衡状態を介するプロセスによりBあるいはSbとSiのナノコンポジット構造を導入することに成功した.キャリア濃度の測定では,平衡ドーパント濃度より高いキャリア濃度が測定され,Gibbs-Thomson効果による固溶度増大を示唆するデータを得た.これらは,当初の計画の通りである.また,フェーズフィールド法による組織形成シミュレーションにより,Mg2Si中のSi析出における形態制御の可能性を示唆する結果が得られた.さらに,Mg2SiとSiの界面状態の解明に向け第一原理計算を行い,界面近傍では,Mg2Si相とSi相のどちらも近づく方向に原子が移動することが分かった.これらの計算による研究の進行状況も概ね計画通りである.また,熱物性と組織,組成との関連を効率よく測定する手法として,熱物性顕微鏡により局所的な熱伝導率を測定する手法の検討を行った.測定用のスパッタ皮膜調整の際に生ずる誤差を標準試料を用いて校正する方法を開発し組成分布を持った熱電材料の組成傾斜部の測定を行った.また,周期加熱放射測温法による分布測定についても検討を開始した.

これは,今後,本研究の主たる対象物質にも利用し,効率的な研究の進捗に貢献すると見込まれる.昨年度までに,高エネルギーボールミリングにより過飽和のホウ素をシリコン中に固溶させるための条件を確立し,さらに焼結の過程でホウ化シリコン化合物粒子を微細に分散させることに成功した.本年度は,これらの試料に対しホール効果測定を精密に行った.また,ホウ化シリコン化合物粒子のサイズを定量化した.その結果,1000°Cで10min焼結を行うと最も微細な粒子が分散すること,また,この条件の試料は最も高いキャリア濃度を有し,その濃度は平衡状態図で報告されている固溶度から理論的に導かれるキャリア濃度よりも高いことが分かった.ホウ化シリコン化合物粒子のサイズから,Gibbs-Thomson効果の理論式に照らしてホウ素の固溶度の増大を見積もると20-30%程度の増大が見込まれる.従って,実験結果は,Gibbs-Thomson効果による固溶度の増大の可能性を示唆するといえる.また,熱伝導率はシリコンに対し著しい低下が見られた.フェーズフィールド法による相形成シミュレーションによりMg2Si中のSiの析出粒子がアイゲン歪下ではレンズ状となることが示唆された.このことは,歪により析出物の形状が制御されることを意味する.母相と析出物の界面積は析出物の形状に依存し,この異相界面積は材料中の輸送特性に大きく影響すると考えられるため,本結果は材料のナノ構造制御により熱電特性を最適化する上で大きい意義がある.また,シリコン中にナノ構造を導入するための新たな手法を試みた.一つは,高エネルギーボールミル装置を用いてSiとAl2O3をミリングした後,焼結する方法,もう一つは,予めAlナノ粒子を酸化しBoehmiteのナノファイバーを合成し,ボールミル装置を用いてSiと混合した後,焼結する方法である.いずれの方法で得られた試料においても,Si-Al2O3ナノ複合組織が確認された.当初計画していたバルク熱電材料のナノ構造制御,その特性への影響の解明について順調に進捗している.この中で,ナノ構造化によりキャリア濃度が平衡状態図から予想される以上に高くなる可能性を示唆する大変興味深い結果も得られた.さらに,本研究を遂行していく過程で,熱電材料のナノ構造化の方法としてこれまで取り組んできた手法に加え,新たなプロセスが可能であることが明らかになった.Siは埋蔵量が豊富で毒性が低いことから熱電材料への適用が期待されている.しかし,Siは熱伝導率が高く,ドーパント固溶度が低いため,キャリア濃度が制限されることから熱電性能が低いという課題がある.第二相としてSbを添加し,ギブズートムソン効果を用いてSiのキャリア濃度を向上と本材料の耐用条件を明らかにすることを目的とし,ボールミル法を利用した非平衡プロセスによる試料作製プロセスの検討と熱電特性の評価を行った.SiにSbを3at.%を添加した試料をボールミリングし,非平衡固溶体の粉末試料を作製した.作製した粉末試料を放電プラズマ焼結(SPS)装置で焼結温度を1000°Cとし,焼結時間は変化させ焼結した.作製した焼結体をアニールし,アニール前後の格子定数およびキャリア濃度の測定を行った.焼結時間5minでは1000°Cにおける平衡濃度以上のキャリア濃度を示した.
競争的電力系統における分散電源群のマーケットベースマネージメント

本研究では,電力あるいはそれに付随するサービス・価値を売買するマーケットを用いて,分散電源群の行動を間接的にコントロールするマーケットベースマネージメントの枠組みを検討することを目的として実施した.得られた成果は以下の通りである.1.制御対象のモデル化:大規模集中電源と電力ネットワークからなる制御対象に対して,分散電源群が電力供給の一部を担う状況を想定し,需要家の信頼度が従前と等しくなるように大規模集中電源の最適電源構成を決定する手法を開発した.2.マーケットのモデル化:分散電源およびそれらを群としてまとめた発電事業者が,与えられたマーケット(スポット市場,相対取引市場,エネルギー証書市場,予備力市場)において最適な意思決定を行うモデルを開発した.3.電力市場における分散電源群の役割に関する経済学的分析:分散電源導入が寡占状態の電力市場にどのような影響を与えるかについて経済学的に分析を行った.4.環境価値を売買するマーケットによるマネージメント:エネルギー証書市場をマルチエージェント理論とQ-learningを用いてモデル化しシミュレーションを実行した.5.信頼性価値(予備力)を売買するマーケットによるマネージメント:予備力保障を一般電気事業者が行う形態(供給保障委託モデル)と,市場を通して予備力を確保する形態(リザーブ市場保障モデル)の2つのモデルを想定し,自由化された電力系統において,望ましい供給保障のあり方を検討した.本研究では,電力あるいはそれに付随するサービス・価値を売買するマーケットを用いて,分散電源群の行動を間接的にコントロールするマーケットベースマネージメントの枠組みを検討することを目的として実施した.得られた成果は以下の通りである.1.制御対象のモデル化:大規模集中電源と電力ネットワークからなる制御対象に対して,分散電源群が電力供給の一部を担う状況を想定し,需要家の信頼度が従前と等しくなるように大規模集中電源の最適電源構成を決定する手法を開発した.2.マーケットのモデル化:分散電源およびそれらを群としてまとめた発電事業者が,与えられたマーケット(スポット市場,相対取引市場,エネルギー証書市場,予備力市場)において最適な意思決定を行うモデルを開発した.3.電力市場における分散電源群の役割に関する経済学的分析:分散電源導入が寡占状態の電力市場にどのような影響を与えるかについて経済学的に分析を行った.4.環境価値を売買するマーケットによるマネージメント:エネルギー証書市場をマルチエージェント理論とQ-learningを用いてモデル化しシミュレーションを実行した.5.信頼性価値(予備力)を売買するマーケットによるマネージメント:予備力保障を一般電気事業者が行う形態(供給保障委託モデル)と,市場を通して予備力を確保する形態(リザーブ市場保障モデル)の2つのモデルを想定し,自由化された電力系統において,望ましい供給保障のあり方を検討した.本研究では,電力あるいはそれに付随するサービス・価値を売買するマーケットを用いて,分散電源群の行動を間接的にコントロールするマーケットベースマネージメントの枠組みを検討することを目的としている.今年度に得られた成果は以下の通りである.1.制御対象のモデル化:大規模集中電源と電力ネットワークからなる制御対象に対して,分散電源群が電力供給の一部を担う状況を想定し,需要家の信頼度が従前と等しくなるように大規模集中電源の最適電源構成を決定する手法を開発した。結果として,多数の分散電源群が連系されることにより,系統全体の信頼度が向上し大規模集中電源の予備力を削減できることが確認された.また,発電機事故などによって供給力が一時的に不足したとき,大規模集中電源の予備力発動によってこれを保障する状況を想定し,その際に許容できる追加的費用を算定する手法を開発した.2.マーケットのモデル化:分散電源およびそれらを群としてまとめた発電事業者が,与えられたマーケットにおいて最適な意思決定を行うモデルを開発した.スポット市場、相対取引市場における短期的なエネルギー取引に加えて,エネルギー証書市場を考慮することで再生可能エネルギー発電事業者の行動についてもモデル化した.また,現在価値換算に基づく長期的な収益の評価により,電源新設に関する意思決定についてもモデル化を行った.3.電力市場における分散電源群の役割に関する経済学的分析:分散電源導入が寡占状態の電力市場にどのような影響を与えるかについて経済学的に分析を行った.その結果,大規模電力会社が利益最大化を目的に価格設定をし続けると,将来的に電力価格は分散電源の発電単価並みに下がり,かつ供給量も減少するため大規模電力会社の利益は著しく減少することがわかった.これにより,分散電源は電力市場において大規模電力会社の価格設定に対し,価格高騰の抑制力を持つことが示された.本研究では,電力あるいはそれに付随するサービス・価値を売買するマーケットを用いて,分散電源群の行動を間接的にコントロールするマーケットベースマネージメントの枠組みを検討することを目的としている.今年度は,前年度に開発したマーケットモデルを用いて,分散電源およびそれらを群としてまとめた発電事業者の行動に関するシミュレーションを実行した.このとき,各分散電源が複数の市場に対してどのように入札すればよいかを決定する必要があり,本研究では強化学習の概念を適用した.今年度に得られた成果は以下の通りである.1.環境価値を売買するマーケットによるマネージメント:エネルギー証書市場をマルチエージェント理論とQ-learningを用いてモデル化しシミュレーションを実行した.その結果,エネルギー証書市場の導入により再生可能エネルギー発電事業者がコスト回収できるだけの収入を得ることができること,それに起因する電力価格の増加は証書の取引量が電力の取引量に比べるとかなり小さいことから,あまり大きな影響を与えないことなどがわかった.また,証書の需給バランスが再生可能エネルギー発電事業者の収入に大きな影響を与えることも確認できた.最後に,Q-learningにより学習することで適切な行動をとるための基準が作成され,市場でとるべき行動の一例を示すことができた.

2.信頼性価値(予備力)を売買するマーケットによるマネージメント:予備力保障を一般電気事業者が行う形態(供給保障委託モデル)と,市場を通して予備力を確保する形態(リザーブ市場保障モデル)の2つのモデルを想定し,自由化された電力系統において,望ましい供給保障のあり方を検討した。シミュレーションにより,予備力市場の価格は需要曲線の特性などの市場形態及び,新規参入者が提供することが可能な予備力の上限値に強く影響される結果となった。
非線形ロバスト制御系設計への大域的非線形探索アルゴリズムの適用

双線形行列不等式(BMI)は多変数2次多項式を要素とする対称行列の正定性を判定する問題で、LMIを特別な場合として含み、非線形システムの制御系設計や構造的な不確かさを含むプラントのロバスト制御など多くの応用を持つ。しかし、LMIが凸拘束条件であるのに対し、BMIは非凸でNP困難な問題であるため、数値計算上の困難さは著しく増大する。したがって、大域的な最適性を保証しつつ、かつ、優れた収束性を有するアルゴリズムを導出する事がきわめて重要である。しかし、未知変数が多いBMI問題では、どのような数値計算法によってもあまりにも計算時間が長くなる場合が生じる。このような場合、多少設計が保守的になることを許しても、BMIをLMIに変換して解くほうが実際的であることが多い。また、このためには従来のLMIによる設計理論そのものを拡張しておく必要がある。以上の観点から、本研究では、●LMI問題の拡張、●BMI問題のLMI問題への帰着、●BMI問題の解法、●車両制御への応用、について検討を行い、以下の成果を得た。LMI問題の拡張に関しては、従来の状態方程式の拡張であるディスクリプタシステムのH_∞制御問題の新しい解法を提案した。時間領域拘束条件付H_∞制御問題や多重周期サンプル値系への拡張をおこなった。BMI問題のLMI問題への帰着については、特にパラメータ付LMI(PLMI)として定式化可能な場合について、その数値解法を与えた。BMIに関しては、それが非凸大域的最適化問題の分野で最近盛んに研究されているd.c.制約(凸関数の差で表される制約)の一つであることに着目し、d.c.構造をうまく利用した新しい分枝限定アルゴリズムを提案した。数値計算法の最近の成果を取り入れた制御系設計法として、線形行列不等式(LMI)による方法が多くの実例に適用され成果が得られている。これの自然な拡張が双線形行列不等式(BMI)による方法である。BMIは、多変数2次多項式を要素とする対称行列の正定性を判定する問題で、LMIを特別な場合として含み、非線形システムの制御系設計や構造的な不確かさを含むプラントのロバスト制御など幅広い応用を持つ。ただし、LMIが凸拘束条件であるのに対し、BMIは非凸であり、NP困難な問題であることが知られている。したがりで、数値計算上の困難さが著しく増大し、大域的な最適性を保証しつつ、かつ、優れた収束性を有するアルゴリズムを導出することが重要となる。本研究ではBMIが、非凸大域的最適化問題の分野で最近盛んに研究されているd.c.制約(凸関数の差で表される制約)の一つであることに着目し、d.c.構造をうまく利用した新しい分枝限定アルゴリズムを提案した。また、BMIのある種の問題は一部の変数を可変パラメータとみなすことにより、パラメータ依存型LMI(PLMI)になる。方向性凸の概念を用いてPLMIを通常のLMI変換し、解くアルゴリズムを提案した。応用例として、車の前輪操舵によるスピン回避制御系設計を考え、PLMIの解法を用いてゲインスケジュールドコントローラを求めた。双線形行列不等式(BMI)は非線形システムの制御系設計や構造的な不確かさを含むプラントのロバスト制御など多くの応用を持つ。しかし、LMIが凸拘束条件であるのに対して、BMIは非凸でNP困難な問題であるため、数値計算上の困難さは著しく増大する。したがって、大域的な最適性を保証しつつ、かつ、優れた収束性を有するアルゴリズムを導入することがきわめて重要である。また、場合によっては、多少設計が保守的になることを許しても、BMIをLMIに変換して解くほうが実際的であることがある。

このためには従来のLMIによる設計理論そのものを拡張しておく必要がある。以上の観点から、本研究では、●LMI問題の拡張、●BMI問題のLMI問題への帰着、●BMI問題の解法、●車両制御への応用、について検討を行い、以下の成果を得た。LMI問題の拡張に関しては、従来の状態方程式の拡張であるディスクリプタシステムのH_∞制御問題の新しい解法を提案した。時間領域拘束条件付H_∞制御問題や多重周期サンプル値系への拡張をおこなった。BMI問題のLMI問題への帰着については、特にパラメータ付LMI(PLMI)として定式化可能な場合について、その数値解法を与えた。BMIに関しては、それが非凸大域的最適化問題の分野で最近盛んに研究されているd.c.制約(凸関数の差で表される制約)の一つであることに着目し、d.c.構造をうまく利用した新しい分枝限定アルゴリズムを提案した。
もやもや病におけるＦｏｘｐ３陽性　制御型Ｔ細胞の役割についての検討

もやもや病は両側内頸動脈終末部狭窄と異常血管網発達を呈する原因不明の疾患である。制御型T細胞(Regulatory T cell:Treg)を介した免疫応答の役割を検証した。患者末梢血におけるFoxp3陽性TregをFluorescence activated cell sortingにて健常人と比較し、もやもや病患者においてはFoxp3陽性Tregは低値であることを確認した。疾患感受性遺伝子RNF213遺伝子欠損マウスを用いてFoxp3陽性Tregの発現動態を野生型と比較したが差は認めなかった。もやもや病においてTregを介した免疫応答・自己免疫が役割を演じている可能性が考えられた。もやもや病は両側内頸動脈終末部の進行性狭窄と異常血管網発達を特徴とする原因不明の疾患である。病因の1つとして自己免疫の関与が推察されている。全身の自己免疫疾患のみならず脳虚血の病態への関与が近年報告されている制御型T細胞(Regulatory T cell:Treg)に着目し、もやもや病の病態におけるTregを介した免疫応答・自己免疫の役割解明を目的に研究を行った。もやもや病における疾患感受性遺伝子であるRNF213の遺伝子欠損マウスを用いて検討を行った。マウスの脾臓を検体として用い、Foxp3陽性TregについてFluorescence activated cell sorting (FACS)解析にて野生型マウスと比較検討した。さらに炎症惹起物質であるmuramyl dipeptide(MDP)をマウスに静脈内投与し、その後に脾臓を検体として摘出、Foxp3陽性TregについてFACS解析にて野生型マウスと比較検討した。中枢神経における発現についてはMDP静脈内投与後の脳組織の免疫組織染色を行いFoxp3陽性Tregの発現動態を検証した。結果としてはRNF213遺伝子欠損マウス、野生型マウスともにFoxp3陽性細胞は(CD4陽性細胞の約21%と両群で差を認めなかった。MDP静脈内投与後についてもFACS解析によるFoxp3陽性Treg比率に両群間で差を認めなかった。免疫組織染色については脳実質へのFoxp3陽性細胞の遊走の程度について、RNF213遺伝子欠損マウスにおいては野生型と比較して遊走細胞が少ない傾向があった。もやもや病患者におけるFoxp3陽性Tregを介した免疫応答は、RNF213疾患感受性遺伝子以外の要因も関与していることが示唆された。またマウスとヒトにおけるRNF213遺伝子の役割が異なっている可能性も考えられた。全身の自己免疫疾患のみならず脳虚血の病態への関与が近年報告されている制御型T細胞(Regulatory T cell: Treg)に着目し、もやもや病の病態におけるTregを介した免疫応答・自己免疫の役割解明を目的に研究を行った。マウスの片側頚部総頚動脈閉塞を結さつし、もやもや病に特徴的な頚動脈内膜肥厚・中膜菲薄化ならびに脳虚血を誘導した。虚血脳におけるTregの遊走についてFoxp3の免疫組織染色により検証した。本慢性脳虚血モデルにおいてはTregの遊走は血管周囲に限定され数もわずかであった。さらにもやもや病における疾患感受性遺伝子であるRNF213の遺伝子欠損マウスを用いて同モデル下における頚動脈結さつ部近傍の頚動脈内膜肥厚・中膜菲薄化の程度について野生型マウスと比較検討したところ、RNF213遺伝子欠損マウスにおいては中膜菲薄化が野生型と比較して顕著であった。RNF213遺伝子欠損マウスにおける虚血脳におけるTregの遊走についても野生型と比較検討したが両群ともTregの遊走はわずかのみみとめ差異を認めるには至らなかった。以上よりもやもや病の病態においてTregを介した免疫応答・自己免疫が何らかの役割を演じていることが示唆された。マウス慢性脳虚血モデル、頚部頚動脈結さつモデルを用いてもやもや病を疑似した慢性脳虚血、頚動脈内膜肥厚・中膜菲薄化を予定通り誘導し、確立した条件のもとにFoxp3の免疫染色などの実験を進めることができた。特に頚部頚動脈結さつモデルについては研究発案時には未確立であったがもやもや病に類似した内膜肥厚などを再現性を持って誘導することが可能であった。またもやもや病患者末梢血を用いたFoxp3の評価についても、もやもや病患者においては健常人と比較してFoxp3陽性Tregは低値であることが確認された。一方、マウス慢性脳虚血モデルにおいては予想に反して、虚血脳におけるTregの遊走が限定的であった点で評価が困難であった。

さらに研究計画発案時には入手できていなかったもやもや病関連遺伝子RNF213遺伝子欠損マウスを導入したため、本マウスの遺伝子タイピング、形質評価、野生型マウスとの解剖学的差異の検証などの基礎データ集積に多くの時間を要し、Tregの発現自体の評価に至らなかった面も否定できない。研究計画発案時には入手できていなかったもやもや病関連遺伝子RNF213遺伝子欠損マウスを導入できたことから、本遺伝子変異マウスに対して虚血負荷を加えることで、より実際のもやもや病の病態に近いモデルを用いた研究デザインが可能となった。今後は野生型マウスとRNF213遺伝子欠損マウスの双方を用いて虚血脳へのFocp3遊走、結さつ部近傍の頚動脈内膜肥厚・中膜菲薄化部位におけるFoxp3発現動態についての比較検討を進める予定である。患者末梢血を用いた実験に関しては、Foxp3の発現のみならず、Tregの機能解析を行う予定である。具体的にはもやもや病患者ならびに健常人の末梢血から磁気ビーズを用いてTregを分離し、抗CD3/抗CD28抗体で刺激した同種異個体(allo)のT細胞と共培養し、72時間後にトリチウムの取り込みを比較することにより、もやもや病患者のTregの持つ免疫抑制機能を健常人と比較検討する予定である。さらに手術検体として採集可能な患者硬膜についても今後Foxp3の免疫組織染色を行うことを予定している。該当なし
ケンブリッジ学派の経済思想と優生学

優生思想を評価するパースペクティブを現代にまで拡張することで,それぞれの時代の優生思想を相対化することが可能となる.例えば,ある時代,ある地域において,その当時の思想的位相としては,非優生主義と看做されていたとしても,超時代,超地域というパースペクティブで思想を評価すると幾分異なった解釈となる可能性がある.本研究で取り上げているケンブリッジ学派の中核の一人,A.C.ピグーがそれに該当することが明らかとなりつつある.当時のピグーは,厚生経済学者の旗手として,社会改良,しかも社会の弱者,貧者の福祉を向上させることで,一国全体の厚生を増進させようと奮闘していた.その主眼は,教育や労働衛生といった環境改善に存していた.だが,当然ながら,当時台頭した優生思想はこれに真っ向から異を唱えるものであったし,事実,環境改善に重きを置く,厚生経済学には論難の矛先が真っ先に向けられた.これが当時のコンテキストであり,ピグーは優生思想と真正面から対峙することとなった.とはいえ,ピグーは,先天的な疾病遺伝については,これを断固として場合によっては社会的な力を行使してでも阻止しなくてはならないと力説していた.もちろん,その動機は,純粋に人々特に将来世代の幸福への真摯な配慮にあり,決してエリート主義的,帝国主義的な(当時の典型的な優生主義に内在した)イデオロギーの類ではなかった.そうした,遺伝疾患の予防は,当時としては,医学関係者の間では常識といって良い通念であり,ピグーもそれを奉じていただけであった.ところが,上述のように,拡張したパースペクティブからすれば,当時の,殊更優生思想には与しないと思われた,常識に対してですら,厳しい評価が与えられる.トロンブレイ(1988)によれば,「当時」の医療関係者の殆どは多かれ少なかれ「優生主義者」とされる.ピグーも決して例外ではないことになる.本年は、拙稿(「創設期の厚生経済学の一側面ーピグーと優生思想ー」『経済研究』第65巻第2号、2014年)を発展・拡張する研究を行った。拙稿においては、ピグーと優生学の問題を、創設期の厚生経済学の一側面というコンテキストで検討した。特に、時代の優生学的懸念の中心であった、人口構成比の悪化(逆選択ないし「ダーウィンの危惧」)に対するピグーの見解を詳細に吟味し、結果、彼は当時の優生思想の陣営には与さなかったと結論付けた。これは、ケンブリッジという比較的狭い世界に限定しても、師マーシャルおよび弟弟子ケインズとは異なるピグーの一側面であることを示す。だが、この結論は、あくまでも当時のコンテキストにおいてであって、現代の見地からすれば、断種・隔離を認めたピグーは紛うことなく優生主義者の刻印を押されることになろう。そこで、本年においては、研究主眼を、そうしたレッテルが妥当か否かにではなく、ピグーが断種・隔離を認めた経緯およびその倫理的議論をフォローすることで、同問題に関して彼が援用した規範哲学が現代において如何ほどの含意を持つかを追求することに置いた。具体的な成果は、以下のとおり。まず、ピグーの初期の慈善、救貧に関する議論をフォローしつつ、彼が時の優生問題をどのように意識していったかを検討した。そして、1901年では判断保留であったが、190709年辺りに優生問題に関する一つの判断(断種・隔離)に至ったことを示した。次いで、彼の道徳哲学が優生学に対して持つ多面的な含意を押さえつつ、断種・隔離を唱えた根拠を検討した。上記の成果は、著書(分担執筆)として、次年度以降に出版される見込みである。当初の計画では、資料収集のために、海外出張を予定していたが、論文執筆依頼が入ったため、出張は延期し、論文執筆に専心した。とはいえ、この執筆内容はまさに本研究事業の目的に完全に合致するものであり、実績の生産という面では、進捗が滞ったことには全くならない。研究計画の順番が若干前後しただけであることから、「おおむね順調に進展している」と評価して差し支えない。本年度は,主に,旧優生学を媒介としながら,遺伝的障害と功利主義の問題を考察した.子孫に障害を遺伝させるべきではないという主張は古くから根強いもので,周知のとおり,それはおよそ100年前に,(消極的)優生主義の思想となって,一時,世界的な潮流となった.遺伝的に不適な者を排除するべく,断種や隔離政策が実際に行われた例もあったが,現代の価値観においては,個人の自由や権利を蹂躙した政策であると断罪され,旧優生学自体には既に死亡宣告がなされている.では,その思想全てが亡き者になったかといえば,必ずしもそうではない.近年,遺伝子工学の発展と呼応するかのごとく,新しいタイプの優生思想(リベラル優生主義)も誕生している.これは,旧タイプの反省を踏まえ,個人の自由と権利とに配慮しつつも,人類叡智の産物たる遺伝情報を有効活用することで,人々の人生をより豊かに,より向上させようとすることを基調とする.とはいえ,依然,こうした問題には,道徳,価値判断が不可欠であり,生命倫理は,新しい知見や技術が出現するたびに,新たな問題に直面せざるを得ない.

そこで,生命倫理のみならず,倫理学説一般における一つの学説である功利主義を取り上げ,遺伝と障害の問題を検討した.研究手法としては,歴史的アプローチを取り,実際に旧優生学の関心の対象となった遺伝病理を功利主義思想がどのように捉えてきたか,その論理はどのようなものであったか,何が問題であり,現在に対する教訓とは何であるかを念頭に置きつつ研究を展開した.上述の研究成果は,学術論文,国際学会での報告およびプロシーディングスという形で公開された.夏季の国際功利主義学会(ISUS2016)に出席し,研究報告を行った.また,他にも国際ワークショップで二回報告するなど,研究推進としては質量とも充実していると考えられる.実際に公刊された論文は一本だが,他にも,そうしたワークショップでの報告を基にした論文刊行が準備されつつある.以上より,事業はおおむね順調に進展していると判断される.当該年度は,研究対象をピグーから転じて,他の当時の思想家を取り上げ,社会福祉と優生学との問題を考察した.対象としたのはL.T.ホブハウスである.ホブハウス研究において,彼の優生学議論を明示的かつ詳細に扱った研究は多くはない.実際,ホブハウスの優生学に対する姿勢は,初期(1904年)と後年(1911年辺り)とではかなり異なっていることが分かった.初期においては,ゴルトンのレクチャーに感銘を受けるなど,優生学に親和的とも取れる様子を見せていたが,後年においては,優生学批判を明示的に行うようになった.論考の結果,総じて,ホブハウスは(ピグー同様)当時の優生学特有のイデオロギーとは無縁であったことが示された.ただし,社会的に自立できない者に関しては,結婚,子孫を残すことを制限する旨の発言をしており,この点については評価が分かれることとなる.加えて,優生思想の現代版ともいえる「リベラル優生主義」の分析と,過去の優生主義者,反優生主義者との比較検討も行いつつある.リベラル優生主義は,生殖の問題について,国家や公的な権力による介入,強制を否定するリベラリズムを基調としているものの,過酷な障害が遺伝することが明白である場合,それを単に個人の権利(生殖の自由)として処理することには一定の保留を設けている.周知のように旧優生思想には,劣等な遺伝子を阻止せんとする消極優生学があるが,倫理学的見地からすると,新旧の間で何が異なり,何が共通しているかを冷静に見極める必要がある.それが,ピグーおよびホブハウスらの過去の論者たちの再評価基準にも影響してくると思われる.出版された論文は上記のホブハウス関連の一本であったが,他にも和文と英文の図書刊行(分担執筆)のために執筆も行うなど,今後形にできる研究活動を着実に積み重ねている.優生思想を評価するパースペクティブを現代にまで拡張することで,それぞれの時代の優生思想を相対化することが可能となる.例えば,ある時代,ある地域において,その当時の思想的位相としては,非優生主義と看做されていたとしても,超時代,超地域というパースペクティブで思想を評価すると幾分異なった解釈となる可能性がある.本研究で取り上げているケンブリッジ学派の中核の一人,A.C.ピグーがそれに該当することが明らかとなりつつある.当時のピグーは,厚生経済学者の旗手として,社会改良,しかも社会の弱者,貧者の福祉を向上させることで,一国全体の厚生を増進させようと奮闘していた.その主眼は,教育や労働衛生といった環境改善に存していた.だが,当然ながら,当時台頭した優生思想はこれに真っ向から異を唱えるものであったし,事実,環境改善に重きを置く,厚生経済学には論難の矛先が真っ先に向けられた.これが当時のコンテキストであり,ピグーは優生思想と真正面から対峙することとなった.とはいえ,ピグーは,先天的な疾病遺伝については,これを断固として場合によっては社会的な力を行使してでも阻止しなくてはならないと力説していた.
メディアが情報環境の多様性に及ぼす影響に関する複合的研究

平成16年度研究においては、前年度取得の調査データを用いてマスメディア接触、インターネット等のコミュニケーションメディア利用、パーソナル・ネットワーク(対人ネットワーク規模、所属組織等)の相互規定関係についての分析を進めた。現実データによるこれらの分布パターンを確認すると共に、そこで得られた実サンプルでのマスメディア接触量/パーソナルコミュニケーション量のバランスを、柴内(2003)等で提示したシミュレーションモデルの初期パラメータとして投入し、さらにそのパラメータをコントロールすることによって、メディア利用のバランスが変化したときの特性分布の全体的なパターンの変化について検討を行った。また本年度は結果公表に向けて、先行するコミュニケーションと社会プロセスの相互モデル、すなわち世論変動、伝播、普及などに関する理論・実証研究成果、およびエージェント・ベースド・モデリングによるマイクロ-マクロプロセスに関するコンピュータ・シミュレーション研究を中心とした既存の文献についての網羅的レビュー、および理論的考察を行った。特に精緻化の過程で、社会関係資本(social capital)論における社会的ネットワークとメディア利用(マスメディア、コミュニケーションメディア)の相互影響関係についての議論(Putnum,2000)と本研究に密接な関係があることに着目し、この分野における文献レビューを進めながら理論的関連性について整理検討を行った。本年度は、先行研究の探査を中心とした研究課題の精緻化、およびシミュレーションモデルの検討を行った。先行研究の探査と研究課題の精緻化については、本年度執筆した申請者の既存の研究についてまとめ概説した論文(共著書、東京電機大学出版局より刊行)を踏まえ、詳細な整理検討を行った。シミュレーションの実査に当たっては、まず設備としてUNIX(Linux)ベースの高速なPCワークステーションを設置し、大規模シミュレーションの実行環境を整えた。モデルに関しては、Axelrod(1997)や、その拡張のShibanai et al.(2001)の枠組みを踏襲し、ランダムな特性セットを持ったエージェントを格子状に配置し、周囲(上下左右)との相互作用によって特性の変化を起こすコンピュータシミュレーションを設定した。申請者のこれまでの先行研究において検討した全体の情報を集約して均質な情報を流通させる「マスメディア機構」や、周囲との相互作用のみならず、固定された遠隔エージェントと、またランダムなエージェントとも相互作用を一定の確率で起こす「遠隔コミュニケーション機構」に付加して、特に今年度の研究においては、局所集団のエージェントにとどまらずにコミュニケーションできる固定的ネットワーク(レイヤー)を重層的に付加することによって、「バーチャル・グループ」をはじめとした多重な集団内、集団間におけるコミュニケーションが文化に対してどのような影響を与えうるかを検討し、実験条件としては、各レイヤーにおけるコミュニケーションの生起確率、レイヤーのサイズ、レイヤー数などを操作した。本研究は、これまで社会心理学等において局所的相互作用を前提に検討されてきた集団過程、文化、流行、普及など諸現象の(創発)過程に、メディアが可能にする遠隔他者とのコミュニケーションの導入がどのような影響を与えるかを、適応エージェントシステムに基づくコンピュータシミュレーションを利用してモデル化し、情報技術が社会、文化に対して長期的に果たしうる役割について考察するものである。平成15年度は、シミュレーションモデルに与えるパラメータを、ランダム値、もしくは固定値として単純に投入するのではなく、現実社会における実態と相互規定関係をふまえたものにすることを目指した。具体的には、テレビ等を中心としたマスメディア接触、インターネット等のコミュニケーションメディア利用、社会的ネットワークの規模とローカルなコミュニケーション量等の諸変数に関して、その記述統計量及び分布、相関関係と規定要因についての基本データを得ることを目的として、「日本人の民主主義観と社会資本に関する調査」(2000)をはじめとした既存の大規模公開データの分析を行い、これらのパラメータ群のコンピュータシミュレーションにおける投入方法についての検討および試行を行った。また、上記データ分析において不十分なデータについて独自に補完するため、国内K市において、データ分析選挙人名簿を台帳としたサンプリング調査を企画し、標本抽出計画と調査票策定等の実査準備を完了させた。
概周期運動に対する高効率なパワーアシスト制御法の確立

本研究課題は,ヒトの概ね周期的な運動に対して,高いエネルギー効率を有するパワーアシスト制御法の実現を目的としたものである.本研究では,概ね周期的なトルクの谷間を補うようにアシストトルクを加えることで,トルクの合計値の脈動を抑制することによるエネルギー損失の抑制を検討した.研究期間中は,次の手法(1)適応ノッチフィルタに基づくアシスト法(2)周期外乱オブザーに基づくアシスト法(3)短時間先のヒトの運動の予測結果に基づくアシスト法の確立を検討した.また,各手法を電動アシスト自転車に実装し,バッテリー電圧の降下抑制を検証した。ヒトの力の瞬時値に比例した力を外部から加えるパワーアシスト法は、いかなる運動にも適用できる反面、歩行や自転車のペダリングといった概ね周期的な運動に適用すると、ヒトの力に内在する脈動がアシスト力によって増幅され、結果として速度の脈動が増幅されることになる。移動の際に損失されるエネルギーは速度の2乗に比例しており、速度の脈動が損失エネルギーの増大を招いていることから、本研究はヒトが加える力とアシスト力の合計値が一定となる、エネルギー効率の意味で最適となるアシスト法の構築を目標に研究をおこなっている。まず、本研究の先行研究として構築していた適応ノッチフィルタを用いたパワーアシスト法の実験をおこない、パラメータを固定している周波数整形に基づくフィードバック制御器の場合と比べてペダリング周期の変動にロバストであること、かつ、市販車に採用されている踏力比例制御よりもバッテリー電圧の低下が抑制できることを実証しており、この結果が日本機械学会論文集に掲載された。他にも、周期外乱オブザーバと周波数推定に基づくアシスト法の実験もおこない、適応ノッチフィルタを用いた手法よりもペダリング周期の変動に対して高いロバスト性を有していることを確認し、その結果を国際会議で発表することが決定している。また、本研究課題で検討している時変季節性(TVS)ARモデルに基づく予測法と周期外乱オブザーバを併合したアシスト法を構築し、数値シミュレーションで検証した結果を国内会議で発表した。研究実績の概要でも記した通り、本研究の先行研究として構築していた適応ノッチフィルタを用いたパワーアシスト法や、周期外乱オブザーバと周波数推定を応用したアシスト法を研究協力者が所有する実験用の電動アシスト自転車に実装し、ペダリング周期の変動に対するロバスト性ならびにバッテリー電圧の低下の抑制の面での有効性を実証した。また、時変季節性(TVS)ARモデルに基づく予測法と周期外乱オブザーバを併合したアシスト法を構築し、数値シミュレーションで検証している。以上のことから、アシスト法の研究はある程度進んでいる。一方で、本研究を計画していた当初は実験用の電動アシスト自転車の製作を業者に依頼する予定をしていたが、予算額の減少により自前で実験機を製作するように計画を変更した。市販の電動アシスト自転車を購入し、搭載されているトルクセンサやアシストモータの解析を進めつつ、クランク角を計測する機構を構築しているものの、現状では実験機の完成には至っていない。よって、やや遅れているを選択した。平成28年度は,ゲインスケジューリング型の周期外乱オブザーバを用いることにより概周期脈動を抑制する高エネルギー効率パワーアシスト制御法を検討した.このアシスト法を電動アシスト自転車へ実装し,機械でのペダリングによって得た検証結果が国際会議論文(2016 IEEE 14th International Workshop on Advanced Motion Control)に採録された.現在はこれを発展させた,ヒトによるペダリングで得た検証結果を論文誌(SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration)に投稿中である.これに加えて,時変季節性ARモデルによるヒトの運動予測に基づくパワーアシスト法についても引き続き研究している.また,周期外乱オブザーバに用いられているゲインスケジューリング制御について,計測出力に誤差が含まれる場合へ適用できるように拡張を検討した.これまでに,倒立振子の重心が変動することを想定したモデルを用いて数値シミュレーションで検証しており,この結果を国際会議へ投稿する準備を進めている.これと並行して,実機による検証の準備も進めている.さらに,概周期的な脈動を抑制するという観点で,チューブポンプの吐出量に内在する脈動の抑制についても検討している.現在は,ポンプ内のチューブを圧迫する複数のローラが独立して作動する機構を設計し,試作している.研究実績の概要で述べた通り国際会議や論文誌で研究成果を発表したり,派生した研究が進んでいるものの,主目的である概周期運動に対するパワーアシストに関する研究,特に予測に基づくアシストの検討が遅れているので「やや遅れている」を選択した.平成29年度は,まず,前年度までに提案していたゲインスケジューリング型の周期外乱オブザーバによる,周期脈動抑制のためのパワーアシスト制御法の検証に取り組んだ.この手法に関しては,電動アシスト自転車に実装した実験で得た,バッテリー電圧の降下抑制効果の検証結果をまとめた論文が論文誌JCMSI(SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration)に掲載さている.同じく,変動周期信号の予測についても前年度に引き続き取り組んだ.こちらについては,適応的時変季節性ARモデルにより自転車のペダリングトルクの推定をおこなっており,推定結果を第26回計測自動制御学会中国支部学術講演会で共著者として発表した.これに加え,ゲインスケジューリングという観点では,質量が時変かつ不安定な制御対象を計測誤差が存在する条件の下において,視覚フィードバック制御による安定化についても検討している.

平成29年度は制御設計法ならびにアーム型倒立振子の運動モデルを用いた数値シミュレーションの結果を国際会議ASCC2017(The 2017 Asian Control Conference)で発表した.また,研究期間終了時点では対外発表には至っていないが,制御系の設計法が有する保守性の低減とアーム型倒立振子実機を用いた検証を進めている.同様に期間終了時点では対外発表には至っていないが,周期脈動の抑制という観点ではチューブポンプの吐出量に内在する脈動の抑制について検討し,検証機器を作製した.本研究課題は,ヒトの概ね周期的な運動に対して,高いエネルギー効率を有するパワーアシスト制御法の実現を目的としたものである.本研究では,概ね周期的なトルクの谷間を補うようにアシストトルクを加えることで,トルクの合計値の脈動を抑制することによるエネルギー損失の抑制を検討した.研究期間中は,次の手法(1)適応ノッチフィルタに基づくアシスト法(2)周期外乱オブザーに基づくアシスト法(3)短時間先のヒトの運動の予測結果に基づくアシスト法の確立を検討した.また,各手法を電動アシスト自転車に実装し,バッテリー電圧の降下抑制を検証した。平成27年度に引き続き、短時間先の予測に基づくアシスト法について研究をおこなう。現状では時変季節性(TVS)ARモデルに基づく予測法を用いたアシスト法ならびに、TVSARモデルと周期外乱オブザーバを併合したアシスト法の実験機への実装が済んでいないことから、当面は実装の検討をおこなう。実装ならびに検証が終了した後には、クランク角を振動子と見なして、その変動周期をあらかじめ想定した値に引き込むアシストについて考える。ここでは、短期的な予測結果を用いて、ヒトの運動を先取りしてアシスト力を加えることにより、フィードフォワード制御でペダリング周期の変動の収束を誘導する。その上で、周期外乱オブザーバなどのフィードバック制御と併合することにより、ヒトとアシストモータのトルクを合算した値に内在する脈動の抑制性能の改善ならびに、エネルギー効率の更なる向上を試みる。また、これと並行して本年度も実験用アシスト自転車の製作を継続しておこなう。本年度は,時変季節性ARモデルに基づく予測を用いたアシスト法の検討,ならびに派生した研究の実機による検証について重点的に研究することを予定している.制御工学進捗状況でも記したように、経費の大半を使用して実験用の電動アシスト自転車を製作する予定をしているものの、理論的な検討と並行して進めていることから、平成27年度中に実験機を完成させることができなかった。平成28年度も引き続き、実験機の構築に予算を使用する予定をしている。また、実験機の製作の遅れによるアシスト法の検証の遅延を防ぐため、研究協力者には引き続き実験機を使用させていただけるようにお願いをしている。
大学等における若手研究者の養成に関する政策研究

若手研究者の養成という政策課題に取り組むにあたり、1.職や処遇というストック部分に着目したアプローチと、2.研究費というフロー部分に着目するアプローチがある。ストック部分に着目し助手の処遇や特別研究員の終了後キャリアの分析を行った昨年度の研究成果を踏まえ、今年度は、若手研究者を対象とした研究助成について、民間助成財団をフィールドとして検討を行った。主たる結果とインプリケーションは次の通りである。多くの理系の研究分野では、大学院生やポスドクなどの若手研究者は研究室や講座を単位とする研究グループの一部分となっている。そのため、本来は若手研究者個人を対象としている研究助成金が実質的に研究グループ全体の研究資金とされている例も少なからず見られる。そもそも、特に高価な装置や機器を研究グループで共有しているような研究分野では、少額の研究助成金が申請者の主体的な研究活動を可能にするとは考えにくい。かりにグループ研究への従事が若手研究者にとって不可欠のOJTであるとするならば、優秀な指導者のもとで研究活動を行うことこそが重要であり、そのためには、若手研究者の流動性の向上や優秀な指導的立場の研究者の学術研究環境の改善など、多くの周辺条件の整備が不可決なのではなかろうか。人文社会分野全般に対して研究助成を行う民間財団では、複数の異なる分野の研究者が審査員となっているケースがある。一般に若手研究者が研究計画の段階で「新規な方法論」をアピールすることは非常に困難であり、特に専門分野外の研究者に対しては、どうしても「未知のフィールド」である点が強く印象づけられることになりがちである。文化人類学における特定地域のフィールドスタディや、建築学における特定の地域・時代の建築物を対象とする研究などがこれに該当する。実際には12年という短い助成期間ではデータ収集に終始するケースも多く、助成期間終了時においてさえも、研究計画の評価は難しい。また、人文社会分野では、理系の分野とは異なり研究指導が行われることが少ない。若手向けの研究助成においては、研究資金だけではなく優れた専門家による研究内容に関するアドバイスの提供などについても考えられてよいのではないか。本年度は、若手研究者の養成過程として代表的な位置を占めている大学助手職および日本学術振興会特別研究員に焦点をあて調査・分析を進めた。主たる結果は次の通りである。大学助手職(学部・学科の責任者を対象とする調査)は、国公立大の理系の場合、大学における教育や研究を支えるという重要な職務を担っている。助手の研究時間不足をもたらすこれらの補助的職務のなかには、事務・技術職員が行うべきであると考えられているものも少なくない。さらに、研究費や研究スペースの点でも一般に厳しい環境におかれている。多数の助手が同時に担っている異なる役割、「研究者養成」と「教育研究補助」、「事務処理」の間に生じているコンフリクトは、現在、助手職の研究者養成機能を阻害するという形で顕在化し、問題としても認知されている。助手に求められる職務は質量ともにますます増加することが予想されるなかで、このままでは「教育研究補助者」や「事務人員」という側面からも、助手職は多くの問題を抱えこむことになりかねない。特別研究員制度(終了者の就職状況調査)についてみると、終了者の圧倒的多数がその後常勤研究職となり研究活動を継続しており、このような就職状況調査の結果をみる限り、特別研究員制度は若手研究者の辿る一つのキャリアパスとして有効に機能していると考えられる。ただし、非常勤研究職や準研究職、他のPDFなどによる「つなぎ」の期間を経て、ようやく常勤研究職へと至るケースも少なくない。この「つなぎ」問題は、今後、ポスドク制度の量的拡大にともなってより深刻化する危険性がある。この他にも、分野によっては所属大学を変更することにより終了後の就職状況が悪化しているケースなども見られた。他の条件を無視した機械的な流動化の促進については、再検討の余地があるのではないか。文化人類学における特定地域のフィールド

スタディや、建築学における特定の地域・時代の建築物を対象とする研究などがこれに該当する。実際には12年という短い助成期間ではデータ収集に終始するケースも多く、助成期間終了時においてさえも、研究計画の評価は難しい。また、人文社会分野では、理系の分野とは異なり研究指導が行われることが少ない。若手向けの研究助成においては、研究資金だけではなく優れた専門家による研究内容に関するアドバイスの提供などについても考えられてよいのではないか。