hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
家屋内用殺虫剤による防除家屋居住者汚染とその防止方法に関する研究

さらに、1987年以降CHLの代替品として使用されている有機リン系殺虫剤の分析方法を確立し、19防除家屋居住者(内17例は1987年以前の防除)の母乳について、クロルピリホスとピリダフェンチオンの分析を行なったが、いずれも検出限界値(乳脂肪当り0.025ppm)以下であった。
成長ホルモンによる遺伝子発現調節の分子生物学的研究

【目的】マウスsteroid 15αhydroxylase(P450_<15α>)は多くの純系マウスにおいて雄のみに発現しており、下垂体摘出マウスを用いた実験から、雄型の成長ホルモンGH分泌パターン(スパイク状、雄は持続型)がこの発現を調節していることを我々はすでに報告した。我々はin vitro transcription assay等によりP450_<15α>geneのpromoter領域を決定した。本研究では、このGHによる性特異的転写調節を明かにすることを目的とした。【結果】clone p109はHMG box proteinをcodeしていた。clone p109のcodeする蛋白を大腸菌に発現させ抗体を作製した。しかし、肝におけるこのmRNA、および蛋白の発現には性差がなかった。さらにpost-translational modification、特にリン酸化の有無を、抗phosphotyrosine抗体を用いて検討したが、雌雄共にこの蛋白はリン酸化されていなかった。もう1つのDNA結合蛋白であるclone108は、sequenceの結果、マウスreplication factor C、140kDa subunic cDNA(mRFC140)と同一であった。clone108がcodeする蛋白を大腸菌に発現させ、抗体を作製した。そしてマウス肝におけるこのmRNA、および蛋白の発現をNorthern blot、Western blotで検討したが、それらに性差はみられなかった。【結論】我々は、性特異的発現を示すマウスsteroid 15αhydroxylase遺伝子のpromoter領域に結合する核蛋白cDNAを2種cloningした。しかし、これら2種の核蛋白の発現は、mRNA、蛋白レベル共に性差なく、従って我々が予期したGH分泌パターンに影響されなかった。これらの結果は、これら核蛋白はP450_<15α>のbasic expressionには影響するかもしれないが、性特異的発現には関与しないと考えられた。成長ホルモンは成長・代謝促進の上で大きな役割を担っているホルモンであるが、そのレセプター以降のシグナル伝達はほとんど明かにされていない。マウス・ラットでは成長ホルモンの分泌パターンに性差がある。雄ではスパイク状に、雌では持続性に分泌されている。ある種の遺伝子はこの分泌パターンの違いにより調節されている。我々は、多くの純系マウスの肝臓において雌に特異的に発現しているtestosteron 15αhydroxylase(P450 15α)をクローニングし、その発現が雄型の成長ホルモン分泌パターンによって、遺伝子の転写レベルで調節されていることを見い出した。また、各種純系マウスのmRNAレベルを検討した結果、性差の明かでないマウスが発見され、それらマウスの交配実験により、このP450 15αの発現調節には、成長ホルモンの分泌パターンに依存してトランスに働く因子が存在することが明かとなった。さらに、このP450 15α5′上流域に、成長ホルモン応答部位を決定した。本研究においては、この成長ホルモン依存性のtrans-acting因子(DNA結合蛋白)をクローニングし、成長ホルモンの遺伝子発現調節の上で果たす役割を検討した。P450 15aのpromoter領域に担当する2本鎖オリゴヌクレオチドをprobeとしてマウス肝のexpression cDNA libraryをscreeningし、2個のcloneを得た。(p109、p108)p109をGluthathions-transfeverase(GST)exoressuib vectorに組み込み、p109 proteinとGSTのfusion proteinを得、その抗体を作製した。このfusion proteinを用いてSouthwestern blot及びgel shift assayを行ない、結合蛋白であることを確認した。この抗体を用いてマウス雄及び雌の肝核蛋白をWestern blotしたが、p109がコードする蛋白に性差はなかった。p109 insertを用いてNorthen blotを行なったが性差はなかった。p109がコードする蛋白は、p108がコードする蛋白と相互作用することを示唆する結果を得た。今後さらにp109のcharacterizationをすすめる。

しかし、これら2種の核蛋白の発現は、mRNA、蛋白レベル共に性差なく、従って我々が予期したGH分泌パターンに影響されなかった。これらの結果は、これら核蛋白はP450_<15α>のbasic expressionには影響するかもしれないが、性特異的発現には関与しないと考えられた。
3次元グラフェンによる高感度ガスセンサーの開発

吸着分子と表面との界面で引き起こす電荷移動を応答電流の差として検出するガスセンサーは電流値が急激に変化するディラックコーン型電子状態密度を持つグラフェンを有利であり、分子吸着による変化の高感度検出や吸着分子の選択性は吸着分子とグラフェン表面の吸着エネルギーを制御する必要がある。このような背景を下に平成30年度は2次元グラフェンの特性を良く引き継いだ立体的な多孔質構造を持つグラフェンに窒素や燐を化学ドープした試料やグラフェンの格子にナノサイズの穴を空けて化学ドープした試料を作製した。分子吸着エネルギーの制御したグラフェンをそれぞれ別々にガスセンシング部位とし高感度化に向けてガス吸着が試験できるセルと実験系の構築を行った。穴がなく化学ドープされていない多孔質グラフェン、化学ドープを施した多孔質グラフェンと化学ドープを施しかつ穴を空けて欠陥構造を増大させた多孔質グラフェンをガスセンシング部位とし無極性である水素分子を用いてガス吸着実験を行ったところ、水素ガス体積濃度500 ppmであっても抵抗値の変化量が0.05%以下であった。抵抗値の変化量を増大させる(高感度化)ために大きな抵抗値変化が見込める酸化還元などの処理を施したグラフェンでガス吸着試験する必要性が生じた。ハンマー法によって酸化したグラフェンを熱還元することによって酸化還元グラフェンは作製した。熱還元時間を変えた試料の抵抗値の変化量を測定したところ、水素ガス体積濃度500 ppmで0.5%程度の変化を示すことが明らかとなった。このように酸化還元処理を施すことで同一の条件下で無極性可燃性分子の物理吸着の感度を10倍以上向上させることに成功した。平成30年度では、ガス吸着セルおよび複数台のマスフローコントローラーを接続したガス吸着セットアップの構築を終えた。これらのガス吸着実験装置に化学ドープを施した多孔質構造を持つおよび多孔質構造を持つ穴の空いたグラフェンを導入し、擬似四法で電気抵抗を測定した。高純度水素ガスを高純度アルゴンで希釈してガス吸着系に導入したところ、気流下の電気抵抗変化量が非常に乏しかった。これらの結果を受けて抵抗値の変化量を増大させるために試料の改善を試みた。様々なタイプのグラフェン試料を作製しガス吸着実験を行ったところ、立体的な多孔質構造を持つ酸化還元グラフェンは上記の変化量の乏しい試料と比べて10倍以上変化量を増大させることが明らかとなった。水素は無極性分子で極性分子よりも物理吸着が非常に弱いことを考えると、もう少し抵抗値の変化量を増大させなければならないが、抵抗値の変化量を水素ガス体積濃度1 ppmから1000 ppmの間で対数プロットをすると概ね直線的な変化を取っており、水素ガス体積濃度と抵抗値変化(%)は良い応答性を示している。また、抵抗値変化は微量であるが水素ガス体積濃度0.1 ppm程度までガス吸着による抵抗値変化が検出できている状況である。今後は上記の立体的な多孔質構造を持つ酸化還元グラフェンのグラフェン格子にナノサイズの穴を空け化学ドープを施すことにより、更なる高感度化を目指す。また、導入するガス種を変更し化学ドープにより吸着分子の選択性が向上するか取り組む予定である。平成31年度は、1グラフェン格子にナノサイズの穴を空けて化学ドープを施した立体的な多孔質構造を持つ酸化還元グラフェンの作製2上記の多孔質構造を持つ酸化還元グラフェンを用いたガス吸着の高感度化と選択性の検討について重点的に研究を行う予定である。1グラフェン格子にナノサイズの穴を空けて化学ドープを施した立体的な多孔質構造を持つ酸化還元グラフェンの作製については平成30年度ですでに穴を空ける方法を確立していることから、穴の空いた化学ドープグラフェン試料に対して酸化還元処理を施すことで穴の空いた化学ドープ酸化還元グラフェン試料を作製する予定である。21で作製した酸化還元グラフェンを平成30年度で構築したガス吸着セルとガス吸着セットアップを用いて平成30年度と同様の方法で水素分子の吸着測定を行い、抵抗値の変化量から高感度化に貢献している条件を検討する。また、第一原理計算を用いて吸着メカニズムも検討を行う。さらに、ガス種を水素から酸素、アンモニア、二酸化炭素、一酸化炭素、二酸化窒素、一酸化窒素などに変更し、同様の手法を用いて吸着分子の選択性について検討を行う予定である。

抵抗値の変化量を増大させる(高感度化)ために大きな抵抗値変化が見込める酸化還元などの処理を施したグラフェンでガス吸着試験する必要性が生じた。ハンマー法によって酸化したグラフェンを熱還元することによって酸化還元グラフェンは作製した。熱還元時間を変えた試料の抵抗値の変化量を測定したところ、水素ガス体積濃度500 ppmで0.5%程度の変化を示すことが明らかとなった。このように酸化還元処理を施すことで同一の条件下で無極性可燃性分子の物理吸着の感度を10倍以上向上させることに成功した。平成30年度では、ガス吸着セルおよび複数台のマスフローコントローラーを接続したガス吸着セットアップの構築を終えた。これらのガス吸着実験装置に化学ドープを施した多孔質構造を持つおよび多孔質構造を持つ穴の空いたグラフェンを導入し、擬似四法で電気抵抗を測定した。高純度水素ガスを高純度アルゴンで希釈してガス吸着系に導入したところ、気流下の電気抵抗変化量が非常に乏しかった。これらの結果を受けて抵抗値の変化量を増大させるために試料の改善を試みた。様々なタイプのグラフェン試料を作製しガス吸着実験を行ったところ、立体的な多孔質構造を持つ酸化還元グラフェンは上記の変化量の乏しい試料と比べて10倍以上変化量を増大させることが明らかとなった。水素は無極性分子で極性分子よりも物理吸着が非常に弱いことを考えると、もう少し抵抗値の変化量を増大させなければならないが、抵抗値の変化量を水素ガス体積濃度1 ppmから1000 ppmの間で対数プロットをすると概ね直線的な変化を取っており、水素ガス体積濃度と抵抗値変化(%)は良い応答性を示している。また、抵抗値変化は微量であるが水素ガス体積濃度0.1 ppm程度までガス吸着による抵抗値変化が検出できている状況である。今後は上記の立体的な多孔質構造を持つ酸化還元グラフェンのグラフェン格子にナノサイズの穴を空け化学ドープを施すことにより、更なる高感度化を目指す。また、導入するガス種を変更し化学ドープにより吸着分子の選択性が向上するか取り組む予定である。平成31年度は、1グラフェン格子にナノサイズの穴を空けて化学ドープを施した立体的な多孔質構造を持つ酸化還元グラフェンの作製2上記の多孔質構造を持つ酸化還元グラフェンを用いたガス吸着の高感度化と選択性の検討について重点的に研究を行う予定である。1グラフェン格子にナノサイズの穴を空けて化学ドープを施した立体的な多孔質構造を持つ酸化還元グラフェンの作製については平成30年度ですでに穴を空ける方法を確立していることから、穴の空いた化学ドープグラフェン試料に対して酸化還元処理を施すことで穴の空いた化学ドープ酸化還元グラフェン試料を作製する予定である。21で作製した酸化還元グラフェンを平成30年度で構築したガス吸着セルとガス吸着セットアップを用いて平成30年度と同様の方法で水素分子の吸着測定を行い、抵抗値の変化量から高感度化に貢献している条件を検討する。また、第一原理計算を用いて吸着メカニズムも検討を行う。さらに、ガス種を水素から酸素、アンモニア、二酸化炭素、一酸化炭素、二酸化窒素、一酸化窒素などに変更し、同様の手法を用いて吸着分子の選択性について検討を行う予定である。本助成は若手研究における独立基盤形成支援(試行)に採択され、年度の途中で直接経費150万円および間接経費100万円が支給された。新しい試みである独立基盤形成支援(試行)予算の支給
高効率で高出力な弾性表面波アクチュエータの実現に関する研究

弾性表面波モータの環流型ステータ電極の設計について電極設計と配置に関するシミュレータを構築し検討を進めた。反射器の周波数特性の設計値からのずれが,環流特性に大きな影響を及ぼしうることを見いだし,その精細な設計が必要とされることがわかった。環流する波の位相ずれによる環流電力の低下につても計算を行い,数10°の位相回転により環流電力が極端に低下してしまうことを明らかにした。また,モータの動作特性を考えると,駆動電極配置が非対称に配置されている現状のデザインから,対称な配置への変更が可能であるかどうかの検討を進めた。このために,まずは,駆動用IDTと反射電極の基本的な特性を再検討し,反射電極と駆動用IDTとの共振周波数のずれについて,どの程度の誤差が発生しているかを確かめ,その差を小さくすることにより,設計精度を上げるようにした。これらの検討を通し,これまで2つの駆動電極が片側の環流電極近くにおかれた非対称な構造であることに起因した,駆動方向による特性のばらつきを無くすとともに,環流特性に対しても改善を行うように設計をすることの検討を進め,設計上の問題点を明らかにした。スライダ直下を伝搬するレイリー波の位相ずれを極力少なくするためには,位相変化が起こる原理と発生過程を詳細に把握するため,有限要素法による時間応答解析を試みた。シミュレーションの結果,スライダ突起による位相散乱が,スライダへの予圧により大きく変化する様子が再現された。さらに,その定量的な関係について検討を進めるとともに,動作解析からの検討も加えて,そのメカニズムについて考察を行った。その結果,波動の散乱に関しては,突起がステータ面と接触/離脱を繰り返すことにより,周期的な力を受けることで加振されていると考えられ,突起があることにより散乱波が放射することは,ほぼ避けられないのではないかとの見解に至った。また,突起があることで,位相の乱れも大きいことが考えられた。一つの解決策としては,突起を無くした平面のスライダにより動作を実現することが妥当ではないかとの考えに至った。その場合にはスクイーズ膜の影響を緩和するためにスリットを付け,突起を無くしたスライダの安定的な動作条件を検討していく必要があることを今後の課題とした。環流電極のIDTについては,DIDTと呼ばれる構造とすることで,この電極での不要な反射の低減と環流の効率化が図られるはずである。そこで,二つの駆動電極についても普通のIDTをDIDTへと変更することで,この電極での不要反射低減による環流効率の改善と定在波抑制を試みたが,電極全他の設計精度の問題が大きく,効率の改善には至らなかった。また,反射器をSMSA型とすることで,環流効率の改善を行ったデバイスを検討した。この場合,入力電力の10倍程度の環流電力が得られ,環流効率の改善が可能であることがわかった。しかし,実際にモータの駆動を行なうと,スライダを設置したことによる導波路におけるレイリー波の位相変化が大きいためか,良好な駆動をおこなうことができなかった。スライダ実装時の環流効率について検討する必要がある。スライダ直下を伝搬するレイリー波の位相ずれを極力少なくするためには,位相変化が起こる原理と発生過程を詳細に把握する必要がある。

そこで,有限要素法による時間応答解析により,その様子をつぶさに観察することを試みた。まずは,時間応答解析により定量的なデータが得られるように,モデル化の検討を行った。これまでのところ,表面自由の状態でレイリー波の伝搬速度が現実の値に一致するよう空間メッシュに関するモデリングを行なった。また,スライダを設置した状態で,接触と摩擦を含む時間応答解析を行なうパラメータの検討を行った。弾性表面波モータの環流型ステータ電極の設計について再検討を行うために,電極設計と配置に関するシミュレータを再度構築し検討を進めた。この過程で,反射器の周波数特性の設計値からのずれが,環流特性に大きな影響を及ぼしうることを見いだし,その精細な設計が必要とされることがわかった。現状のステータ電極ついてその動作状態を明らかにする必要があることがわかったため,さらに検討を進めている。環流する波の位相ずれによる環流電力の低下につても計算を行い,数10°の位相回転により環流電力が極端に低下してしまうことを明らかにした。また,モータの動作特性を考えると,駆動電極配置が非対称に配置されている現状のデザインから,対称な配置への変更が可能であるかどうかの検討を進めている。スライダ直下における,摩擦駆動面でのレイリー波位相回転については,有限要素法による接触・摩擦を含む時間応答解析によりシミュレーションを行った。現実的な計算機の,計算機容量と速度の問題から,2次元での波動伝搬解析を行った。シミュレーションの結果,スライダ突起による位相散乱が,スライダへの予圧により大きく変化する様子が再現された。特に,低予圧状態では,実験結果でもこれまでに得られているように,位相回転が負になる様子が確認された。スライダが接触していることによる,レイリー波の伝搬速度変化は,高予圧下においては,ステータでの波動伝搬モードの変化によることも考えられ,そのメカニズムに関しては,さらに検討を要する。低予圧下での位相変化メカニズムとは異なることから,位相変化の少ないスライダが実現可能であるかどうか,さらに検討を行う必要がある。弾性表面波モータのステータ電極構造に関して,環流型ステータ電極の2つの駆動電極を,両端にある環流電極の近くへ分離して配置した構造で設計を行うことを検討した。このために,まずは,駆動用IDTと反射電極の基本的な特性を再検討し,反射電極と駆動用IDTとの共振周波数のずれについて,どの程度の誤差が発生しているかを確かめ,その差を小さくすることにより,設計精度を上げるようにした。。これらの検討を通し,これまで2つの駆動電極が片側の環流電極近くにおかれた非対称な構造であることに起因した,駆動方向による特性のばらつきを無くすとともに,環流特性に対しても改善を行うように設計をすることの検討を進め,設計上の問題点を明らかにした。これまで計算機シミュレーションにより検討を行ってきた,スライダ下における伝搬レイリー波の位相回転に関する問題については,その定量的な関係について検討を進めるとともに,動作解析からの検討も加えて,そのメカニズムについて考察を行った。
強相関ディラック電子系磁性体の新規開拓

まず本年度は、多層ディラック電子系の熱電現象の解明を目指し、キャリア濃度を系統的に制御したEuMnBi2単結晶において、ゼーベック係数とネルンスト係数の測定を行った。この結果、2つの熱電係数のキャリア濃度依存性が大きく異なることを見出した。ゼーベック係数の温度依存性はキャリア濃度にほぼ依らず100-150 Kで最大値を取る。この最大値は、p型の母物質からキャリア濃度を減少させると一旦上昇し、その後急激に減少する。この様な振る舞いは、第一原理計算の結果と半定量的に一致し、元素置換による物質設計および熱電性能の最適化が可能であることを実証した。一方、ネルンスト係数はキャリア数の減少に伴い単調に増加(母物質の約5倍まで上昇)することが明らかとなった。この特異な変化は、ディラック電子系の半古典理論(モットの式)でほぼ理解できる。この理論に基づく表式では、ネルンスト係数のピーク値はu/E_F(u:移動度、E_F:フェルミエネルギー)に比例するため、実験結果の傾向と合致する。通常の放物線バンドの系では、E_Fがバンド端に近づくと移動度が低下してしまうが、ディラク電子系ではバンド端でも移動度が落ちない(フィット結果ではむしろ上昇する)ため、ネルンスト係数が大幅に増大したと推察される。さらに従来の反強磁性と異なり、Mnスピンの面内キャントにより弱強磁性となるBaMnX2 (X=Sb, Bi)の量子輸送特性の詳細解明を目指し、(回転)強磁場中において電気伝導測定を行った。この結果、前年度に純良化に成功していたp型BaMnSb2において、ホール抵抗率が明瞭なプラトーを示し、同時に層間伝導度がほぼ消失する(1000分の1以下)振る舞いを見出し、バルク半整数量子ホール効果の観測に成功した。量子化したホール抵抗率を解析した結果、ディラック電子のバレー・スピン分裂などの強相関効果が示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、ディラック電子系磁性体の基本物質であるEuMnBi2を対象に、磁気秩序と強くカップルしたディラック電子伝導の解明を目標に研究を進めた。この結果、反強磁性秩序による二次元的な閉じ込め効果や、それに伴うバルク量子ホール効果の観測に成功し、固体中のスピンによりディラック電子の量子伝導を大幅に制御できることを初めて実証できた。さらに磁場中のランダウ準位に微細構造があることを見出し、層間磁気抵抗効果やネルンスト効果の量子振動現象を利用することで、その微視的起源の解明にも取り組んだ。まず、回転磁場中においてサイクロトロン分裂とゼーマン分裂のサイズ比を変化させた測定から、一部の微細構造の起源が異なるスピン状態の分裂であることを見出し、ディラック電子のスピン偏極状態が実現していることが明らかとなった。またゼーベック係数やネルンスト係数では、電気抵抗率に比べて非常に大きな量子振動が発現することを発見した。この結果、スピンフロップ相においてゼーベック・ネルンスト係数の量子振動の位相差が、グラフェンと同様にpi/4であることが実験的に明らかとなり、磁気秩序により二次元性が非常に強い電子状態が実現していることが熱輸送測定からも実証できた。さらに、上記のような磁気秩序との強いカップリングの基礎物理を明らかにするため、絶縁層の磁気構造の解明も進めた。これに向け、J-PARC BL18(千手)において中性子回折実験を行った結果、まずゼロ磁場中でのMn, Eu副格子の反強磁性秩序構造を解明することに成功した。共鳴x線散乱実験の結果と整合し、Eu副格子では面内は強磁性的、面間は反強磁性的な秩序パターンであり、天然の「スピンバルブ」状態(オフ状態)が形成されていることがわかった。今後は、スピンフロップにより二次元的閉じ込め度合いが上昇する起源解明に向けて、磁場中での回折実験を進める予定である。ディラック電子系磁性体の母物質EuMnBi2の基礎輸送特性の解明をほぼ予定通り進められた上、量子振動測定や中性子回折実験を駆使することにより、磁気秩序とカップルするディラック電子の微視的状態の一部を明らかにできたため。特に後者は、本系の基礎物理の理解だけでなく、今後の物質設計において大きく貢献する成果と見なせる。また新物質開拓の観点からも、元素置換によりキャリア濃度を制御した系や、自発磁化を持つ系等、多彩なディラック電子系磁性体の合成に成功しつつある。まず本年度は、磁性ディラック電子系の基本物質EuMnBi2における、磁気抵抗のメカニズムを解明するため、EuとMnスピンの反強磁性状態の詳細を調べた。磁場中で単結晶中性子回折実験を行い、本物質の磁気反射を観測した結果、未解明であった磁場中(6 T)での反強磁性パターンを決定できた。磁気構造解析により、Euスピンのフロップに関わらず、Mnスピンはほぼc軸方向であることが明らかとなった。これより、スピンフロップに付随する磁気抵抗は、Mnスピンの変調では説明できず、磁気ドメインなどの新奇なメカニズムの関与を示唆する結果を得た。さらに、多彩なディラック電子系磁性体の開拓を目指し、(1)EuMnBi2における元素置換によるキャリア濃度制御、(2)自発磁化を有するBaMnX2系の純良単結晶合成、に成功した。各々の成果の内容は以下である。

(1)EuをGdで部分置換することで、母物質のp型キャリア濃度を大幅に減少させることに成功した。さらに置換量を増やすことにより、n型キャリアへ転換できることも実証した。また、キャリア濃度を減少させた系では、強磁場中で量子極限に到達できるため、N=0, 1のランダウ準位構造を詳細に調べた。この結果、従来のスピン分裂では説明できない新たな分裂構造を発見した。これは、局在スピンとの交換相互作用に加え、電子間相互作用も電子状態に重要な寄与をしていることを示唆し、ディラック点近傍では非自明な強相関状態が実現していることが明らかとなった。(2)BaMnX2の磁性や輸送特性は、これまで文献ごとに異なる報告がなされていたが、我々のグループでは自己フラックス法による純良単結晶の合成に成功し、合成条件のわずかな違いにより、物性が大きく変化することを見出した。この結果、磁化曲線におけるヒステリシスの有無や、キャリアの極性(p/n型)を制御できることを実証した。磁気秩序と強く結合したディラック電子伝導のメカニズム解明に関する研究は、ほぼ予定通り進んでおり、基本物質EuMnBi2において、磁場中の中性子回折により、Euスピンがフロップした反強磁性状態を実験的に解明することができた。さらに物質開発面も着実に進展しており、EuMnBi2における大幅なキャリア濃度制御に加え、自発磁化を有するプロトタイプの合成法の確立にも成功した。特に、前者の成果から得られたディラック点近傍にフェルミエネルギーを調整した系において、バレー分裂構造や異常なゼロエネルギー準位を発見し、電子間相互作用やスピン軌道相互作用の重要性を明らかにできた点は、予想を上回る進展といえる。また、このような強相関効果は、本物質系のディラック電子状態が、ビスマスの二次元層で実現していることを反映しており、炭素からなる従来のグラフェンとは大きく異なる電子・スピン状態が実現していることが期待できる。このため、新しい強相関ディラック電子系として、今後の理論研究や分光学研究へ繋がる成果であったといえる。まず本年度は、多層ディラック電子系の熱電現象の解明を目指し、キャリア濃度を系統的に制御したEuMnBi2単結晶において、ゼーベック係数とネルンスト係数の測定を行った。この結果、2つの熱電係数のキャリア濃度依存性が大きく異なることを見出した。ゼーベック係数の温度依存性はキャリア濃度にほぼ依らず100-150 Kで最大値を取る。この最大値は、p型の母物質からキャリア濃度を減少させると一旦上昇し、その後急激に減少する。この様な振る舞いは、第一原理計算の結果と半定量的に一致し、元素置換による物質設計および熱電性能の最適化が可能であることを実証した。一方、ネルンスト係数はキャリア数の減少に伴い単調に増加(母物質の約5倍まで上昇)することが明らかとなった。この特異な変化は、ディラック電子系の半古典理論(モットの式)でほぼ理解できる。この理論に基づく表式では、ネルンスト係数のピーク値はu/E_F(u:移動度、E_F:フェルミエネルギー)に比例するため、実験結果の傾向と合致する。通常の放物線バンドの系では、E_Fがバンド端に近づくと移動度が低下してしまうが、ディラク電子系ではバンド端でも移動度が落ちない(フィット結果ではむしろ上昇する)ため、ネルンスト係数が大幅に増大したと推察される。
定量メタバーコーディングによる迅速で正確な種多様性評価：群集と環境DNAへの適用

次世代シーケンシングを活用したDNAメタバーコーディングにより,河川底生動物の種多様性を正確かつ迅速に評価する新規的技術を開発する。研究目的は以下3つである。1)DNAメタバーコーディングの正確性を向上させるため,DNAデータベース上の登録種数やDNAマーカー数を迅速に増やす次世代シーケンシングに基づく手法を開発する。2)従来は困難とされていた種ごとの個体数や湿重量の定量評価を可能にする定量DNAメタバーコーディング法を開発する。3)「河川水が伏流する砂州上流端の河床には多様な種の環境DNAが濃縮される」という仮説を検証し,砂州フィルタリング機能を活用した環境DNAの高効率回収技術を開発する。
ヒト肺肥満細胞と好酸球の細胞間相互作用

アレルギー反応の慢性炎症像の形成や増幅に関してリンパ球、肥満細胞、好酸球等の炎症細胞のネットワークの存在が想定されている。本研究ではこのうち肥満細胞と好酸球の細胞間の相互作用に注目してヒト肺の肥満細胞細胞を用いてネットワークの解明を試みることを目的とした。純度99%に精製したヒト肺肥満細胞をSCF(Stem cell factor)と抗IgE抗体存在下で刺激し遊離するIL-5,GM-CSF,TNF-αを酵素抗体法で測定し、それぞれのmRNAの発現はRT-PCR法にて検討した。ヒト肥満細胞はIgE依存性の刺激によってIL-5のみならず356pg/10_6肥満細胞といった、抗CO4+T細胞cell lineから産生されるGM-CSFの約1/5のGM-CSF量を産生する事が明らかとなった。又IL-3もIgE依存性の刺激によって有意に産生された。IL-3,IL-5,GM-CSFは好酸球の活性化作用をもつことが報告されており、IgE依存性の刺激後4-8時間でヒト肥満細胞から遊離されることから、遅発性アレルギー反応への関与が推定される。ベタメサゾン(10_<-8>10_<-6>M)は、ヒト肺肥満細胞から抗IgE抗体刺激によるGM-CSF遊離に対し、濃度依存性に抑制したことより、ステロイド剤のアレルギー疾患に対する作用の一端が示唆された。SCFと抗IgE抗体共存でヒト肺肥満細胞を刺激後24時間培養した細胞上清は好酸球を活性化させECP(eosinophi cationic protein)を有意に遊離させ、この遊離はIL-5,GM-CSF,TNF-αの阻止抗体によって有意に抑制された。このことは肥満細胞と好酸球との細胞間相互作用の存在を強く示唆した。またサブスタンスP刺激によってもヒト肺肥満細胞からTNF-αが産生された。この事実は、非IgE依存性の刺激においても肥満細胞と好酸球との細胞間相互作用が存在することを示唆する。本来アレルギーのeffector cellである肥満細胞からも種々のサイトカインが遊離され好酸球の細胞機能に影響を及ぼし、アレルギーの慢性炎症形成に関与することが推定される。今回私達はIL-5に加えて好酸球に対し活性化作用を持つGM-CSFの産生が抗原刺激後肥満細胞より認められるかどうか、そして産生されたGM-CSF蛋白が好酸球を活性化するかどうかについて検討した。GM-CSF mRNAはIgE依存性の刺激前に認められ、IgE依存性の刺激2時間後その発現量を増加し、24時間後には減弱した。GM-CSFはIgE依存性の刺激4時間後にその細胞上清中にて始めてELISAの感度以上となり24時間後まで増加を認めた。培地単独、SCF単独、抗IgE抗体単独、SCFと抗IgE抗体共存で刺激24時間後にはそれぞれ73(<15183),88(<15237),202(<15681)および356(1521216)pg/10^6肥満細胞(median with range)の遊離を認めた。

免疫細胞化学二重染色法を用いて肥満細胞がGM-CSF蛋白を産生することをまたin situハイブリダイゼーション法を用いて肥満細胞がGM-CSF mRNAの発現細胞であることを確認した。SCFと抗IgE抗体で刺激後24時間培養した肥満細胞上清は好酸球からEosinophil Cationic Protein(ECP)を有意に遊離させ、これはGM-CSFの阻止抗体で有意に抑制された。IL-5,GM-CSFはIgE依存性の刺激48時間以降に遊離されることより、遅発型アレルギー反応への関与が示唆された。SCFと抗IgE抗体で刺激後24時間培養した肥満細胞上清は好酸球からECPを有意に遊離させることより、肥満細胞と好酸球の細胞相互作用が示唆された。アレルギー反応の慢性炎症像の形成増幅に関してリンパ球、肥満細胞、好酸球等の炎症細胞のネットワークが想定されている。本研究ではこのうち肥満細胞と好酸球の細胞間の相互作用に注目してヒト肺の肥満細胞細胞を用いてネットワークの解明を試みることを目的とし、好酸球に対しメジエーター(ECP)遊離、生存率、接着能、遊走能の亢進あるいは抑制を惹起する肥満細胞からの因子を決定することとした。1.ヒト肺肥満細胞におけるIgE依存性刺激による各種サイトカイン産生の解析。純度99%に精製したヒト肺肥満細胞をSCF(Stem cell factor)と抗IgE抗体存在下で刺激し遊離するIL-5,GM-CSF,TNF-αを酵素抗体法で、ヒスタミン遊離量をRlAにて測定した。ヒスタミン遊離量と3種のサイトカイン産生には有意な相関はなかったがIL-5とGM-CSF、IL-5とTNF-α、GM-CSFとTNF-αとの間には有意の正の相関がみられた。しかしIL-5とGM-CSFはIgE依存刺激後はじめて、有為な遊離がみられるのに対し、TNF-αは培養単独にても遊離が認められ、その産生機序の相違が示唆された。2.ヒト肺肥満細胞からのIL-5,GM-CSF,TNF-α産生に対する細胞外マトリックス構成成分の影響。ファイブロネクチン(FN)ビトロネクチン(VN)は細胞の接着、遊走、増殖などの機能と密接な関連がある細胞外マトリックス構成成分である。ヒト肺肥満細胞にFN,VNの受容体の総菜が確認されているのでこれらマトリックスのIL-5,GM-CSF産生に及ぼす影響を検討した。ヒト肺線維芽細胞FN,VNでコートした組織培養プレートでヒト肺肥満細胞をIgEで感作後、抗IgE抗体などで刺激後、サイトカイン遊離量を測定したところ、FN,VNによりIL-5,GM-CSF産生は有意に増強した。この増強作用はIL-5mRNA,GM-CSFmRNAの段階において認められた。本来アレルギーのeffector cellである肥満細胞からも種々のサイトカインが遊離され好酸球の細胞機能に影響を及ぼし、アレルギーの慢性炎症形成に関与することが推定される。
高齢者サービスの利用と満足の研究:評価調査手法の日米協議

1高齢者サービス評価法研究会を開催し、日本の保健・福祉を中心とした高齢者サービス・プログラムの評価の既存の手法(会計監査や行政監察および大蔵主計による査定)についての批判的考察を行い、今後の公的介護保健制度導入を見据えた場合、利用と満足の観点からの評価手法が必要であることを明らかにした。2研究会で社会科学的プログラム評価の手法を、アメリカにおけるサービス評価研究から学んだ。3国連資料により、高齢者サービス評価法についての企画調査の必要性が国際的に高まっていることを確かめた。4カリフォルニア大学ロサンゼルス校の研究者と日本側の研究者で協議を行い、共同研究を行うことを確認した。5高齢者サービス評価の企画調査をさらに進めるために、アメリカ側は環太平洋比較プロジェクトとすることを協議した。6日本側は、この分野の研究を活性化するために、公的介護保健制度に見合った利用と満足の評価尺度の検討を行った。7資料として民間企業の高齢者サービスについての顧客満足度調査の収集と検討を行った。8文献サーベイを行って、日本側の論文、近年のアメリカ側の発刊本、論文データベースからの検索を行った。9これらの企画調査を踏まえて、高齢者サービス評価研究手法の開発を行う場合には、利用者のエンパワメントの視点が重要であることを確認した。10これらの共同研究の成果を報告書にまとめた。
差動増幅型生体認証：バイオメトリクスと回路工学の融合

動的生体認証の精度を向上させるためには、生体情報そのものの変動を吸収できることが望ましい。本研究では、差動増幅回路の仕組みを生体認証に応用することでこの要求の実現を試みる。すなわち、ある1つの動的生体情報に対し、生体情報のセンシングを2点(2箇所あるいは2状態)で行い、2点間の生体情報の差(または比)を求めることによって、生体情報に含まれる生体情報自体の変動を吸収する。その第一歩として、同時刻における2箇所の血流量の比を用いた認証方式の実装、評価を行った。具体的には、血流量単体を用いるのではなく、人差し指と中指の2点間での血流量を測定しそれらの比を用いて個人識別を試みた。一般的に生体情報は曖昧であり、同一人物であっても入力の度に誤差が含まれるため、本人拒否率を抑えようとすると、ある程度の他人受入れを許容する必要がある。この生体認証特有の根本的な課題の解決には、「生体情報の曖昧性そのものを消失させる」という一見不可能な問題を克服するためのブレイクスルーが必須となる。そこで本研究では、生体認証の精度を阻害する主要因となっている生体情報の曖昧性を、生体情報センシングの際に混入する「同相ノイズ」としてモデル化する。そして、アナログ電子回路における差動増幅回路の仕組みを生体情報センシングに融合することによって、生体情報の曖昧性を生体情報自身によって相殺する仕組みを実現する。2点間の生体情報の差分を求めることによって、同相ノイズに相当する環境ノイズを消失させ、差動成分に相当する生体情報のみを精度良く抽出することが本研究の目的である。平成27年度は、生体情報のモダリティとして血流量を例に採り、2点間の血流量の差分成分を利用した生体認証メカニズムのコンセプト(作動増幅生体認証)を検討した。平成27年度は、ある1つの動的生体情報に対し、生体情報のセンシングを2点(2箇所あるいは2状態)で行い、2点間の生体情報の差(または比)を求めることによって、生体情報に含まれる読み取り誤差や生体情報自体の変動を吸収する方法を検討した。そして、その第一歩として、生体情報の変動の相殺に焦点を当て、血流量の比を用いた生体認証のコンセプト設計を行なった。また本研究は、生体情報のコントロールという観点で、微細生体部位の生体情報を用いることによって生体情報自体の任意の再登録を可能にする「マイクロ生体認証」の概念と共通している。そこで、平成27年度はマイクロ生体認証に関しても検討を行なった。これの成果を国内研究会にて発表しており、達成度は「概ね順調に進展している」に区分されると考える。プロトタイプシステムを実装し、実証実験を実施した。少人数の被験者ではあったが、同一ユーザの2点間の血流量の変化には相関があることが確認でき、作動増幅生体認証の実現可能性が示唆される結果が得られた。平成28年度は、作動増幅生体認証のメカニズムを理論的に考察した。差動増幅生体認証のメカニズムが、2点の生体情報の局所高次モーメントスペクルの関係演算を用いた生体認証方式の動作原理を強化したものであることが明らかになった。平成28年度は、複素数で表される2点の生体情報の比をとるこで生体情報に現れる変動を吸収できる仕組みについて考察した。この結果、差動増幅生体認証のメカニズムが、2点の生体情報の局所高次モーメントスペクルの関係演算(内積演算を簡略化した演算)を用いた生体認証方式の動作原理を強化したものであることを明らかにした。そこで、平成27年度は爪をモダリティとしたマイクロ生体認証に関しても検討を行なった。

この生体認証特有の根本的な課題の解決には、「生体情報の曖昧性そのものを消失させる」という一見不可能な問題を克服するためのブレイクスルーが必須となる。そこで本研究では、生体認証の精度を阻害する主要因となっている生体情報の曖昧性を、生体情報センシングの際に混入する「同相ノイズ」としてモデル化する。そして、アナログ電子回路における差動増幅回路の仕組みを生体情報センシングに融合することによって、生体情報の曖昧性を生体情報自身によって相殺する仕組みを実現する。2点間の生体情報の差分を求めることによって、同相ノイズに相当する環境ノイズを消失させ、差動成分に相当する生体情報のみを精度良く抽出することが本研究の目的である。平成27年度は、生体情報のモダリティとして血流量を例に採り、2点間の血流量の差分成分を利用した生体認証メカニズムのコンセプト(作動増幅生体認証)を検討した。プロトタイプシステムを実装し、実証実験を実施した。少人数の被験者ではあったが、同一ユーザの2点間の血流量の変化には相関があることが確認でき、作動増幅生体認証の実現可能性が示唆される結果が得られた。平成28年度は、作動増幅生体認証のメカニズムを理論的に考察した。差動増幅生体認証のメカニズムが、2点の生体情報の局所高次モーメントスペクルの関係演算を用いた生体認証方式の動作原理を強化したものであることが明らかになった。平成29年度は、これらの生体認証方式の原理を検討していく中で、人間の反射を利用した生体認証および爪表面の微細形状を利用したマイクロ生体認証に関する着想に致り、種々の実験および評価を行った。動的生体認証の精度を向上させるためには、生体情報そのものの変動を吸収できることが望ましい。本研究では、差動増幅回路の仕組みを生体認証に応用することでこの要求の実現を試みる。すなわち、ある1つの動的生体情報に対し、生体情報のセンシングを2点(2箇所あるいは2状態)で行い、2点間の生体情報の差(または比)を求めることによって、生体情報に含まれる生体情報自体の変動を吸収する。その第一歩として、同時刻における2箇所の血流量の比を用いた認証方式の実装、評価を行った。具体的には、血流量単体を用いるのではなく、人差し指と中指の2点間での血流量を測定しそれらの比を用いて個人識別を試みた。平成28年度は、平成27年度の研究成果を引継いで、以下の研究を推進する。作動増幅生体認証に関しては、実証実験を通じて提案方式の有効性を評価していく。また、血流量以外のモダリティ、2点間の比を採る方法以外の方式について模索する。更に、作動増幅生体認証を既存の生体認証技術・生体認証基盤に組み込むための方法についても検討していく予定である。マイクロ生体認証に関しては、実証実験を充実させ、認証精度とユーザビリティの両者について評価する。マイクロ生体認証に対する攻撃手法や脆弱性についても検討していく。平成29年度は、平成27-28年度の研究成果を引継いで、以下の研究を推進する。作動増幅生体認証に関しては、実証実験を充実させ、提案方式の有効性評価を継続していくとともに、安全性に関する考察を深めていく。
五十五年体制形成期の政治過程と政党政治-経済と外交を中心に-

表記の課題に関する研究成果の概要は次の3点にまとめることができる。まず、戦後改革における経済復興の実態の考察である。次に、復興の具体的方策をめぐって当時、どのような議論が交わされており、それが政党政治とどのように関わったのかを示すことである。最後に、経済復興における官僚と総司令部との役割を考えることである。「復興期の政党政治」と題する論文は、これらを考える際の事例として軍需補償打ち切り問題に焦点をあて、主として第一次吉田内閣期を中心に分析した。軍需補償打ち切り問題を取り上げる際に問題となる点は、まず政党政治における分岐点ないし対立軸の形成を歴史的に跡付けることである。補償打ち切り問題は、発足直後の日本社会党、日本自由党、日本進歩党の経済運営に対してそれぞれ試金石ともいうべき課題となった。本研究では第一次吉田内閣から片山内閣に至る政党内閣が、経済運営上必ずしも対立的な位置にあったわけではないことを実証した。つまり、自由党といえども直ちに自由経済への復帰を主張した訳ではなかった。次に、この政策課題を通して観察される総司令部経済科学局と日本側経済官庁、主として大蔵省との関係がある。つまり、経済科学局と大蔵省にとって、補償打ち切り政策及び、これによって予想される企業倒産と大量失業への対応は、それぞれの経済政策知識を問われるものであったからである。実態として見れば、占領当局と日本政府とは、政策能力において競合していた、という側面が明らかになった。今後の課題としては、次に片山内閣期の経済運営について貿易政策の実施を取り上げる予定である。この点で、政党間の分岐点が萌芽的に形成されてくる、という見通しがありこれが国際政治上の変容とどのように関連するか、という問題につながってゆくからである。今年度は55年体制を考える際の基礎的資料のひとつとして経済安定本部に関する資料にアプローチし、これと平行して50年代の政治家、経済官僚、財界人の回顧録、インタビューなどの読み込みを行った。55年体制が経済官庁・財界・自民党から成る三位一体であることは既に指摘されて久しい。しかしこれら三者が各々どのような「政治」を構想しつつ提携ないし競合したかという点はいまだに必ずしも明らかではない。この点を踏まえて近年の研究動向をみると、注目すべき点として次のような問題がある。ひとつは、自民党の対抗勢力である社会党に関する新たな研究の進展により社会党の政策形成をめぐる政治過程があきらかになったことである。もうひとつは経済官庁の役割をめぐる戦時体制と戦後の連続性についっての指摘がある。戦後改革の中で内務省が解体されたことに比して経済関連各官庁は役割を増大させた。しかしこの動きは戦時体制下ですでに始まっていたことは周知のとおりである。とりわけ統制経済の必要に伴い、経済体制の一元化が求められた。同時に経済運営をめぐる政治指導の強化が図られその結果、首相権限への集中化がみられたことも指摘されている。しかも経済関連の各官庁は内閣スタッフ組織としての国策統合機関を通して政策調達の経験をつんだ。つまり、のちに高度成長の一翼を担う官僚の役割は戦時体制下の経済運営を通して醸成された側面がある。この点を55年体制形式の政治史の中でどのように位置づけてゆくかを今後の課題と考える。本年度は、研究完成年度となることを考え、55年体制形成期の政党政治における一側面に焦点を絞り、新たな視点の設定を試みた。具体的には1952年に制定された企業合理化促進法に結実した産業合理化構想を取り上げることで、次に示すような新たな知見を得たと考える。企業合理化促進法は、戦後の産業政策の典型的事例として既に経済史の分野で注目されてきた。

その際、主として法案作成過程における政府と企業との関係がテーマとなったことに対し、本研究では「政府」の果たした役割について、さらに立ち入った検討を加えている。つまり「政府」が主として官僚機構における原局体制として把握され、原局と業界との間の相互依存関係をもって「政府・企業間関係」とされてきたことに対し、本研究では「政府」を官僚・政党・内閣のそれぞれのレベルで把握しようと努めた。産業合理化政策は、早くも第1次吉田内閣期から構想され始め、社会党連立内閣である片山・芦田内閣を経て高度成長期までの長期にわたり検討されてきた。この時期を通して明らかになるのは次のような構想の変遷である。つまり第1次吉田内閣期から片山・芦田内閣期には、経済復興における産業構造のあり方について主として農業民主化及び軽工業中心の輸出振興が強調された。これは第2次吉田内閣期以後次第に重化学工業中心の産業構造への転換を図りつつ変容することになる。この過程で注目すべきは業界による政党政治へ期待と官僚統制に対する強い反発である。この事実を踏まえて今後さらなる検討を加えつつ55年体制に結実した政党政治が何であったのかを示したい。
不確実性低減に向けた風洞実験／CFDの状態空間モデルの構築とデータ同化技術の応用

本研究課題では、航空宇宙機設計の高度化を目的とし、既存の空力(流体)設計の道具である実験、数値シミュレーションを統計数理手法「データ同化」の導入により統合化する手法の提案、および、提案手法の実証を行った。実証は、流体解析に残されている大きな課題である、剥離、遷移流れを対象とした。剥離流れに関しては、乱流モデル内のモデルパラメータ値をデータ同化により最適化し、既存乱流モデルでは予測困難であった翼胴部分の剥離予測に成功した。遷移流れに関しては、翼表面の温度計測情報からの表面摩擦係数の推定技術を開発し、様々な計測情報に対する感度解析、および、今後の遷移解析のための風洞の流入乱れ度計測を実施した。本研究課題では、統計数理手法「データ同化」の導入により風洞、CFDを統合化し、最も確からしい設計指標を与える新しい設計技術を提案することを目指している。本年度に取り組んだことは以下の2つである。1.データ同化・プラットフォームの構築・検証宇宙航空研究開発機構(JAXA)で開発が進められている流体解析ソルバー「Fast Aerodynamic Routines (FaSTAR)」への逐次型データ同化手法「アンサンブルカルマンフィルター」、「アンサンブルカルマンスムーザー」、「アンサンブル変換カルマンフィルタ」、「アンサンブル変換カルマンスムーザー」の実装を完了した。また、実装方法として、流体解析ソルバーのリスタートフィアルを利用するデータ同化コードを用意することで、1つの流体解析ソルバーに依存しないデータ同化・プラットフォームの構築を行った。なお、データ同化コードは、非線形観測にも対応させている。2.乱流モデル内のモデルパラメータ値最適化による予測可能性最大化乱流モデルに内在するモデルパラメータの内、経験的・実験的に値が決定されているモデルパラメータに対しデータ同化を適用した。具体的には、航空機の外部流を対象とした流体解析の中で広く使われるMenter SST-2003モデルの乱流粘性係数の評価式中に含まれるa1というモデルパラメータ値を最適化することで、剥離流に対するモデル予測可能性の最大化に成功した。本成果は、航空宇宙分野のトップジャーナルであるAIAA Journalにおいて発表した。当初の計画通り、本年度は、データ同化プラットフォームの構築・検証を達成した。また、実際に、乱流モデルの予測可能性最大化についての成果を創りだし、本研究計画の目標ではある風洞、CFDを統合化した新しい設計技術の可能性を示すことができた。本年度は、以下の2つに取り組んだ。1.遷移乱流モデルの予測可能性最大化に向けた初期検討航空流体解析に残る大きな課題は乱流予測である。特に、剥離、遷移に関しては、物理モデリングの難易度が非常に高く、未だロバストな乱流モデルは構築できていない。本研究課題では、昨年度、剥離流に対する乱流モデルの予測性能最大化に成功している。本年度は、遷移流に対する乱流モデルの予測性能最大化を目指し、提案されている遷移乱流モデル内のパラメータの不確定性について分析を行った。分析は、Menterらによって提案されているIntermittencyモデルを対象に実施し、遷移相関式中に含まれる一部のパラメータ値の調整で遷移位置が大きく異ることを明らかにし、遷移乱流モデルの予測性能最大化に向け環境を整えた。2.温度計測値からの表面摩擦係数の推定航空機周りの複雑流動場中の遷移流れ場の理解は、より低抵抗な機体開発にとって重要である。しかし、航空機がさらされる高レイノルズ数下の遷移現象は、非常に時空間スケールの小さい物理メカニズムであり、計測・計算共にそれ単体での現象理解は非常に難しい。そこで、本研究課題では、データ同化技術を活用し比較的簡単に計測可能な機体表面温度とCFDとを融合させることで遷移メカニズムの解明を目指した。検証は、双子実験と呼ばれる数値実験から実施し、数値実験では、温度計測データから遷移メカニズムの復元に成功した。航空流体解析に残されている大きな課題である剥離流と遷移流の解析技術の高度化として、従来とは全く異なるデータ同化技術の応用を進めている。今年度は、遷移流の解析技術高度化を目指す上での初期検討が中心であったが、高度化実現のための環境を構築でき、順調に進捗している。1.遷移予測における計測情報の感度解析計測・計算共にそれ単体での現象理解が非常に難しい遷移流れ場に対するデータ同化手法として、昨年度に構築した、表面温度計測結果からの表面摩擦抵抗の推定手法を活用した計測情報に対する感度解析を実施した。感度解析のために、数値実験上で、異なるタイプの計測情報を複数用意し、その計測情報が与える表面摩擦抵抗の推定精度を比較した。この結果により、翼中央部の温度、境界層内速度計測情報と比較して、翼の前縁温度情報が表面摩擦抵抗の推定により大きく寄与することを明らかにした。これにより、これまで定性的であった計測情報の感度を定量的に評価した。2.流入乱れ度計測のための風洞実験航空流体解析に残る大きな課題は乱流予測である。昨年度までに、遷移予測に対し、感度の高い遷移乱流モデル中のモデルパラメータを特定した。

そして、今年度は、データ同化によるモデルパラメータ値の最適化を実施する上で重要となる遷移計算における境界条件(流入乱れ度)の計測を実施した。計測には、JAXA調布航空宇宙センター内の高レイノルズ数2次元風洞を用い、計測実施にあたっての風洞試験計画の立案等を実施した。本研究課題では、航空宇宙機設計の高度化を目的とし、既存の空力(流体)設計の道具である実験、数値シミュレーションを統計数理手法「データ同化」の導入により統合化する手法の提案、および、提案手法の実証を行った。実証は、流体解析に残されている大きな課題である、剥離、遷移流れを対象とした。剥離流れに関しては、乱流モデル内のモデルパラメータ値をデータ同化により最適化し、既存乱流モデルでは予測困難であった翼胴部分の剥離予測に成功した。遷移流れに関しては、翼表面の温度計測情報からの表面摩擦係数の推定技術を開発し、様々な計測情報に対する感度解析、および、今後の遷移解析のための風洞の流入乱れ度計測を実施した。本年度、構築したデータ同化プラットフォームを活用し、以下の2つの研究課題に取り組む予定にしている。1つは、乱流モデルで可能性を示したデータ同化技術を更に複雑な物理モデルに適用し、特に、乱流遷移モデルを対象とした研究を進めていく予定である。2つ目は、観測困難な物理量をデータ同化技術で推定する試みである。一般的に、航空宇宙分野は現象の時空間スケールが小さいことから、計測困難なもの物理量が多い。特に、計測困難な表面摩擦係数を計測可能な異なる物理量から推定する研究を進めたいと考えている。遷移流の解析技術高度化を達成するために、計測データの整備を進める予定にしている。計測データが整備され次第、今年度に情報抽出した遷移乱流モデルの不確定性が大きなモデルパラメータに対してデータ同化技術を適用していく予定である。統計的推測、流体工学2015年11月にオーストラリアで開催されたAPISAT2015(航空宇宙関連の国際学会)に出張を予定していたが、当月に発生したパリでの大規模テロを受け、出張を取りやめた。そのことにより旅費として使用予定の経費を次年度に繰り越すことになった。ワークステーション購入費が想定より低く抑えられたため海外の研究機関・大学への情報収集費、今年度の研究計画内で検討している実験経費としての使用を予定している。国際ジャーナル投稿時の英文校正等に使用を予定している