hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
低コスト画像リモートセンシング無人航空機のための軽量ミラージンバル装置の開発

1kgをもつ無人機の基本設計を行い,機体および搭載機器の開発を行った.胴体および主翼には発泡材およびCFRPを用い,ラジコン機器とバラストを搭載して基本的飛行性能の確認を行った結果,ロールに関しては主翼の剛性が高くないため,入力の制限が必要であった.推力に関しては離陸および巡航高度への上昇性能に関しては問題がなかったが,推力変化に伴うピッチアップ傾向が顕著で改善を要した.これは推力軸と重心の位置関係が原因と考えられ,平成27年度に推力軸を変更した新型胴体の設計を完了した.近年低コストなリモートセンシング手段として,無人航空機(UAV)が注目されている.観測用カメラは,機体の姿勢変化の影響を除くためにジンバル機構で支持されるのが通常である.しかしジンバルは重く,小型軽量で低コストというUAVの利点を相殺する.そこで本研究では,機体に固定されたカメラに対し,ミラー光学系だけをジンバルで支持するシステムを新たに提案する.ミラーは軽量のため広帯域の制御が可能となり,本構成は姿勢変化だけでなく構造振動の抑制にも有効であると考えられる.本研究では小型UAVに搭載可能な小型軽量の撮影システムを開発し,ジンバルの逆運動学的関係を導出し,撮影実験により有効性を確認した.ミラージンバル装置に関しては,2自由度ミラージンバル装置を作成し,機構関係の導出を行い,指定したミラーステージ姿勢角とサーボモータ角度との関係を明らかにした.また機体から見た撮影点の方向の情報に基づき,適切なミラー角度を算出するアルゴリズムを決定した.そのため考案した装置の基本的有効性は十分に確認された.またリモートセンシング撮影ミッションのための無人機の開発に関しては,機体構造の設計を行い,組立を行った.また搭載システムに関しても開発,搭載を行い,基本的動作の確認を行った.完成した試作機に仮想ペイロードであるバラストを搭載して飛行実験を行い,基本的飛行性能に関する改善点が明確化された.制御工学,航空宇宙工学ミラージンバル装置に関しては,無人機に搭載可能な程度の軽量化を行った新装置を作成する.またカメラとの結合部や,周辺回路などを作成し,モジュール化を行う.モーター部分に関しては,現在RCサーボを用いているが,将来の動画撮影機能を考慮してコギングの少ない他の形式についても検討する.無人機の開発に関しては,剛性を向上した新主翼の開発および,推力変化がピッチ姿勢に及ぼす影響を少なくするための胴体形状の変更を検討する.ミラー支持機構の決定については計画通り数種の機構を3D CADモデルとして試作し,無人機に搭載する際の重量,サイズ等の制約を満たし十分な動作範囲を持つ機構の決定を完了した.またアクチュエータについても重量を調査し,RCサーボモータの使用を決定した.フィードバック制御系については制御則実装用のハードウェアシステムの作成を完了した.平成15年度中に地上実験用試作ミラージンバル装置および制御用ハードウェアの作成が完了したため,平成26年度以降はミラーの姿勢制御則開発のために必要な機構解析及び運動解析を行い,試作制御則を実装して地上における動作試験を行う.また制御則のチューニングを行う.シンバル装置搭載用の無人機についても平成26年度より開発を開始する.既存のGAV-
疼痛刺激下に出現する末梢性鎮痛活性物質の同定

末梢性疼痛制御物質の存在を想定し、ウサギの皮膚に対する侵害刺激下にクレブス液の皮下灌流を行ない検討した結果、この皮下灌流液中に遊離してくる物質の中に鎮痛活性を有する末知物質を見い出した。この鎮痛活性成分は、侵害刺激を負荷しない時には灌流液中に出現しなかった。侵害刺激負荷時に出現する鎮痛活性成分は、マウスでの熱板法、尾根部圧刺激法による鎮痛検定でいずれも陽性を示し、また、末梢投与でも側脳室投与でも有効であった。この活性成分の分離・精製に際しては、最も感度の良い、側脳室内投与・圧刺激法による鎮痛検定法を用い、各精製画分をスクリーニングした。灌流液を凍結乾燥することにより得た粉末を、脱塩をかねて、Bio-Gel P2カラムを用いて分離し9個の画分を得た。これらの画分のうち、分子量約500付近の画分に強力な鎮痛活性を認めた。この画分の薬理学的な検討を行ったところ、この画分の鎮痛作用は、モルヒネの特異的な拮抗薬であるナロキソンの前投与で消失せず、又、レセルピン,フェントラミン,メチセルジドの前処置でも、この画分の鎮痛作用が影響を受けなかったことから、この画分の鎮痛活性成分はオピオイド系のものでもなく、さらに、生体の疼痛抑制機構を担う、モノアミン系(NA,5-HT)にも関与しない、新しいタイプの内因性疼痛制御御物質であることを示唆している。この画分は、紫外部280nm及び、265nm,210nmにおいて吸収を持たず、ペプチド,核酸関連物質である可能性は薄い。現在、この画分のBio-Gel P2カラムによるリクロマトにより、さらに精製するとともに、薄層クロマトグラフ,高速液体クロマトグラフを用い、分離精製製を行ない、ほとんど単離の状態まで精製が進んでいるが、現時点では同定までには至っていない。今後、フォグマススペクトロメトリーを用いて、構造決定をするとともに、その薬理作用機序の解明を進めたい。
効果的な音声・映像通信回路網開発のための生物学的実証研究

ヒトと同様に視覚・聴覚を優位に用いるセキセイインコを対象として視聴覚機器を用いたコミュニケーションの実験を行った。セキセイインコは機器を通じて実時間で提示される相手個体の映像・音声に対して、類似の行動をとるなど、敏感に反応した。一方で、その反応を事前に録画・録音した動画像の再生に対する反応と比較した場合、それら2つの条件間での違いは限定的であった。つまり、ヒトにおいて一般に成立するこの種の新規な視聴覚機器を用いた実時間でのコミュニケーションは、セキセイインコのような小型動物においてはヒトほど効果的ではなく、通信相手との情報交換という意味においては、その機能は限定的であると考えられる。セキセイインコのコミュニケーションにはヒトのコミュニケーションと類似した数多くの点がある。一般に実験動物としても用いられるげっ歯類とは異なり、これら2つの動物種はともに嗅覚への依存度が少なく、視聴覚情報を優位に用いてコミュニケーションを行う。そのため、本研究課題のうち、当該年度の研究では、通信回線を用いた視聴覚コミュニケーションのモデル動物としてセキセイインコを確立すること、および、セキセイインコのコミュニケーションにおいて用いられる視聴覚情報のすべてをモニターできる系を確立する目的で実験を行った。この実験を行うにあたり、通信回線で接続された二つの防音箱にそれぞれ1羽ずつのセキセイインコを入れ、互いの様子を視聴覚情報としてリアルタイムで提示した。情報の取得には小型CCDカメラと小型指向性マイクを用い、情報の提示には小型液晶ディスプレイと付属のスピーカーを用いた。その際の通信回線に流れたデータのコピーをすべて記録し、それらデータについて解析した。オス-オス、オス-メス、メス-メスの各条件につき、4ペアずつを用いて実験を行った。被験体相互の行動に見られる相関を見るために、解析はMATLAB上で動くオリジナルのプログラムおよび、実験者による行動ラベリングによった。また、ヒトの社会で見られる通信回線を介したコミュニケーションへの依存性と比較するために、社会的な隔離が視聴覚情報に対する注意を喚起するのかどうか検討した。当該年度終了時点において、解析の途中であるが、すべての条件に共通する個体間の行動の同期・同調は見られていない。しかし、社会的な隔離が視聴覚情報への応答を強める傾向が見られたため、今後はこの点に重点を置いた研究を展開する予定である。セキセイインコ用の視聴覚オンラインシステムの構築を終え、実験を開始した。これまでに4羽の鳥を使い、組み合わせを替えながら3条件で鳥の行動の違いを比較した。3つの条件とは以下の通りである。(1)モニターおよびスピーカー越しに2羽の鳥がそれぞれ互いにインタラクションをとれる条件(2)相手がおらず、鳥かごだけが見える条件(3)録画されたビデオが再生される、つまり被験体が相手とのインタラクションをとろうとしても一方向の通信となる、つまりインタラクションが成立しない条件。各条件での鳥の活動はすべてビデオ録画し、それぞれの鳥の動きについて実験者によるラベル付けを行い、これを解析した。その結果、1と3の条件では2の条件よりも明らかに鳥の動き(活動量)が増加することがわかった。そして1と3の条件でも動きのパターンが異なることが観察された。またオスとメスの組み合わせにおいて活動量が最も多くなるということがわかった。これらの違いをより定量的かつ客観的に示すため、実験者によるラベル付けだけでなく、コンピュータによるビデオ映像の自動的な解析も行っている。具体的には、動画像から各フレームを取り出し、それぞれについて縦×横×ピクセルのRGB情報の3次元ベクトルで表し、これを基にフレーム間の差を動きの変化量として、被験体の動きの総量および、被験体間の動きの相互相関を見るプログラムを作成した。現在このプログラムを用いて解析を進めている。また、別のインコの実験群でも同じ実験を行うために10羽の鳥を入手し、装置への馴化および音声の録音などを進めている。これら新たに導入した個体はこれまでの実験個体から隔離された状態で飼育をしており、続く新奇な個体間でのオンラインコミュニケーション実験のために備えている。映像と音声による間接的な双方向通信コミュニケーションに関わる因子を動物心理・行動生態学的手法により解明すること、またその種のコミュニケーションの有用性と問題点を動物心理学の技術を応用して明らかにすることを目的とし、セキセイインコを用いた行動観察およびオペラント条件付け技術を用いた実験を行った。セキセイインコはヒトと同様、視聴覚優位な動物であり、社会性が高く、小型で飼育しやすいため、本研究計画のモデル動物として優れている。当該年度は、別々の実験箱に置かれ、通信回路越しのカメラ・モニターおよびマイク・スピーカーによって相互にコミュニケーションを取ることができるようにした、セキセイインコ個体の間で見られる行動を記録・分析した。当該年度前年までに確立した録画像の変化の評価法に改良を加えた解析システムを用い、また人の目による行動の分類により、個体間の行動に関連があるかどうか、言い換えれば、コミュニケーションがとれているかどうかを評価した。その結果、セキセイインコは通信相手がいる場合に活動的になるということが示された。また、オペラント条件付けの技術を用い、「ボタンをつつくと報酬として相手とのコミュニケーションが取れる」ということを学習させたトリたちが、その報酬を得るためにどの程度ボタンを押すようになるのかを検討した。その結果、「ボタンをつつくとエサがもらえる」という条件と比べた場合、間接的な視聴覚コミュニケーションは報酬としての力が予想以上に弱いということがわかった。このことについては隔離飼育により、いわば「社会的な飢え」を生じさせても目立った変化がみられなかった。

本研究では、ヒトと同様にコミュニケーションにおいて視聴覚情報を優位に使用する鳥類のうち、セキセイインコをスカイプのような視聴覚デバイスを用いたコミュニケーション研究におけるモデル動物として確立することを試みた。そして、確立したモデル動物を用い、そのような現代的なコミュニケーションの生物学的研究を可能にする方法論を提案する可能性を検討した。複数のセキセイインコを別々に入れることができる互いに隔離された実験箱を用意し、それらに小型液晶モニタ、スピーカー、小型カメラ、小型マイクロホンにより構成された視聴覚デバイスを設置し、それら装置を介したコミュニケーションが可能になるシステムを構築した。そして、トリを一定時間その箱の中に入れ、そこで見られる行動すべてを記録・解析した。また、そのようなコミュニケーションがオペラント条件付けにおける強化子として機能するのかどうか、またエサと比較した場合にどれほどの強化力を持つのかを検討した。記録した動画フレームのピクセルデータの差分を取るという方法で被験体の活動量を分析したところ、単なる録画像を提示する条件と視聴覚デバイスを介した実時間でのコミュニケーション条件でその量に違いが見られた。また、行動をカテゴライズして、それぞれのカテゴリの生起頻度を比較したところ、これについても2つの条件の間で違いが見られた。これらの違いは大きなものではなかったが、セキセイインコが視聴覚デバイス上に提示される他個体の録画像とそれらデバイスを通じたインタラクティブなコミュニケーションの違いを知覚している可能性を示唆する結果となった。一方でそのような視聴覚コミュニケーションはエサと比較した場合には強化子としての機能は非常に限定的であるという結果が得られ、また強化力についても録画像とインタラクティブな視聴覚コミュニケーションの間でのに違いは見られないという結果となった。ヒトと同様に視覚・聴覚を優位に用いるセキセイインコを対象として視聴覚機器を用いたコミュニケーションの実験を行った。セキセイインコは機器を通じて実時間で提示される相手個体の映像・音声に対して、類似の行動をとるなど、敏感に反応した。一方で、その反応を事前に録画・録音した動画像の再生に対する反応と比較した場合、それら2つの条件間での違いは限定的であった。つまり、ヒトにおいて一般に成立するこの種の新規な視聴覚機器を用いた実時間でのコミュニケーションは、セキセイインコのような小型動物においてはヒトほど効果的ではなく、通信相手との情報交換という意味においては、その機能は限定的であると考えられる。研究代表者の所属機関変更にともない、実験施設の設置・整備を行う必要があり、実験を年度後半まで行うことができなかったことが理由で遅れが生じている。しかし、整備は当該年度内でほぼ終わり、データもほぼ取り終えたため、最終年度に結果をまとめて公表することが可能であると考えている。実験心理学実験とデータの取得自体はほぼ完了し、予備的な解析も終わっている。
iPS細胞を用いた骨格筋赤筋化のメカニズムの検討とmicroRNAの役割

骨格筋は、強い収縮力を有する白筋と、ミトコンドリアが豊富で持続的運動が可能な赤筋に分類される。ファイバータイプ決定のメカニズムについては不明な点が多い。本研究の目的はiPS細胞を用いて、microRNAによるミトコンドリア量の調節機構を解明する事である。我々はmiR-494がTFAMやFoxj3を介してミトコンドリア量を調節することを発見した。ヒトiPS細胞を骨格筋に分化させるとmiR-494は一過性に上昇した後に急激に低下することが確認された。miR-494の過剰発現はiPS細胞の筋分化を抑制し、ミトコンドリアが豊富な2Aファイバーを減少させる事、酸素消費量を低下させる事を見出した。骨格筋は機能的役割により、瞬間的で強い収縮力を有する白筋と、持続的運動が可能な赤筋に分類される。幹細胞が骨格筋に分化するメカニズムは詳細に解明されているものの、ファイバータイプ決定のメカニズムについては不明な点も多い。本研究の目的はiPS細胞を用いて、microRNAによるミトコンドリア機能や量の調節機構を解明する事である。我々はmiR-494がミトコンドリア調節遺伝子を標的とする事をマウス筋芽細胞にて報告した。平成25年度の研究実績として、1iPS細胞を京都大学iPS研究所より供与いただき骨格筋細胞に分化することを確認した。2iPS細胞の分化の過程でmiR-494発現が大きく変動することを確認した。3iPS細胞の分化の過程で標的遺伝子であるFoxj3,TFAM蛋白質発現が変動することを確認した。現在、分化マーカーを確認しながら骨格筋の赤筋・白金のスイッチングに重要なのか、それとも筋分化そのものに重要であるかどうかを検証中である。また、平成27年度の検討課題として挙げていた3T3L1脂肪細胞の分化過程におけるmiR-494の発現とミトコンドリア蛋白質との関係を検討した。我々の得たプレリミナルな実験結果はmiR-494が脂肪組織においてもミトコンドリア調節を行っている可能性を示唆しており、継続して検討している状況である。平成26年度における申請時の計画は「運動によるミトコンドリア増加におけるmiR-494の役割を明らかにする」ことであった。マウスをswimmingにより持久的トレーニングする事で骨格筋は、質・量ともに変化し、これまでにPGC1-a、mitochondrial transcription factor A (mtTFA)、Foxj3、MEF2等の遺伝子が運動により増加する事を確認している。miR-494mimic試薬をC57BL/6Jマウスの右前脛骨筋に、スクランブルオリゴヌクレオチドを左前脛骨筋に注射する。この事により上記の遺伝子が変化するかどうかRT-qPCR、Western blottingで検証した。この結果、mtTFAのmRNAは変化しなかったが、mtTFA蛋白発現はmiR-494のmimicにより減少することを確認した。平行して電子伝達系のたんぱく質であるMTCOIも減少することが確認された。ミトコンドリア制御に関するマスター因子であるPGC-1や筋分化マーカーであるMyogeninのmRNAには変化がなく、筋分化そのものの変化では無い事が示唆された。平成27年度に実施予定であった脂肪細胞におけるmiR-494の役割について平成26年10月より前倒しで実験を開始している。脂肪細胞の分化モデルである3T3-L1細胞の分化の過程と、ベージュ化刺激によってmiR-494が変化するかを検討中である。骨格筋には白筋(I型)と赤筋(II型)があり、筋肉に占めるミトコンドリア量と筋繊維の質に違いがある。我々は骨格筋系の培養細胞であるC2C12筋管細胞の分化の課程においてmicroRNA494発現が減少し、発現減少によりミトコンドリアタンパク質が逆に増加する事を報告している。本研究の目的はmicroRNA494の骨格筋、脂肪における役割をさらに詳細に検討する事であった。我々は京都大学iPS研究所との共同研究によりヒト骨格筋分化モデルにおいては、microRNA494発現はMyoDによる分化誘導直後には一過性に上昇するものの、その後経時的に減少していくことを見出した。microRNA494の過剰発現により赤筋であるI型の筋繊維であるMyh7の発現には差を認めなかったが、II型繊維の中でもミトコンドリアの多いIIA型の筋繊維であるMyh2は減少する事が分かった。この現象と同様に、microRNA494過剰発現は細胞外セルフラックスアナライザーで計測した酸素消費速度を低下させ、筋繊維の同定に従来より用いられるNADH活性染色でも染色性が落ちることが分かった。さらに、Myh2をsiRNAでノックダウンする事でも酸素消費速度が低下する事から、microRNA494はMyh2の低下を介して細胞内呼吸を調整している事が分かった。これらの成果より骨格筋におけるmicroRNA494のミトコンドリアに対する役割はマウスのみならず、ヒトでも共通して観察されることが分かった。加齢や2型糖尿病モデルにおけるmicroRNA494の役割については現在も研究を継続している。加齢マウスの骨格筋でmicroRNA494発現が多いことを観察しており、サルコペニアの治療標的とならないかどうかについて検討を進める予定である。

我々はmiR-494がTFAMやFoxj3を介してミトコンドリア量を調節することを発見した。ヒトiPS細胞を骨格筋に分化させるとmiR-494は一過性に上昇した後に急激に低下することが確認された。miR-494の過剰発現はiPS細胞の筋分化を抑制し、ミトコンドリアが豊富な2Aファイバーを減少させる事、酸素消費量を低下させる事を見出した。動物実験では、ミトコンドリアGFP発色マウスの繁殖に時間を要し、実験はやや遅れている。しかしながら培養細胞を用いた実験はおおむね順調であり、H25年度に主に実施し、現在も検討しているiPS細胞の結果は、論文投稿準備中である。したがって、H27年度に実施予定であった脂肪細胞分化におけるmiR-494の役割に関する検討を前倒しで実施している。3T3-L1細胞の分化に関しては実験系を確立し、順調にDATAを取得している。動物に寒冷刺激を行い、モデル細胞と比較する予定であるが、動物実験についても既に開始しており、本年度中の完了を期待している。代謝学平成27年度は本研究プロジェクトの最終年度である。H25年度実施のiPS細胞を用いた筋分化の実験は現在論文投稿準備中である。H26年度の研究についてはこれまで取得したサンプルで十分な結果が得られない場合は、動物実験を追加する必要に迫られ、大幅に時間を要する可能性がある。そこで、研究途上ではあるが、H27年度分の実験を前倒しで実施しており、全体としては期限に間に合うように研究を進めたいと考えている。本研究計画終了後の研究発展として、miR-494発現調節の仕組みを解明することが重要と考えており、培養細胞を用いた追加の実験を実施する予定である。平成25年度の到達目標として掲げた内容は70%程度の到達度であるが、平成27年度の到達課題の内容が先行して30%程度進行中であることから、おおむね順調とした。iPS細胞に不幸にもマイコプラズマ感染を来したため、ストック細胞から実験のやり直しをする事となり、平成25年度分の課題が予定どおり進まなかった。本年度はマウスの実験が思ったように進まず、次年度に繰り越すこととなった。また、前年度より継続して行っているiPS細胞を用いた研究で、培養細胞のメンテナンスなどのために人件費が生じた。現在、研究課題に掲げた仮説は妥当であったと考えている。従って、研究計画時に挙げた内容を1つ1つ検討して行く方針である。計画の変更あるいは課題としては、miR-494の過剰発現効率あるいはノックダウン効率が安定させられるかどうか、基礎検討段階である点が挙げられる。またmiR-494以外のmicroRNAについては現段階で手つかずの状態であることから、予定どおりRTqPCRにより検討するのか、micro arrayを用いるのかの判断に迫られている。microRNAの内因補正を何にするかにより結果の解釈が変化する可能性があり、慎重に検討したうえで進めたいと考えている。平成26年度の課題として、マウスの持久的運動における骨格筋ミトコンドリアバイオジェネシスに対するmiR-494mimicの局所筋肉注射の影響を掲げていた。
薬物の耐性依存をモデルとした化学記憶の分子機構

本研究は、薬物耐性・依存を引き起こす、モルヒネ、メタンフェタミンおよびコカインを取り上げ、耐性・依存形成機構を遺伝子レベルから追求することを目的としている。メタンフェタミンやコカインをマウスに反復投与すると、感受性の亢進(逆耐性)が現れる。一度獲得した感受性亢進は、休薬後も保持され、薬物の再投与により、フラッシュバック現象が見られる。ヒトにおいても興奮薬精神病として、妄想や幻覚が現れ、休薬後も持続する。この現象の成因は不明であるが、脳内の特定遺伝子が長期にわたり変化している可能性が考えられる。申請者らは、転写調節因子のDNA結合活性を脳凍結薄切片で鋭敏に検出する新しい方法(in situ DNA-Protein Binding(in situ DPB)法と命名)を開発した。この方法を用いて、アンフェタミンやコカイン慢性投与により、マウス脳内AP-1結合蛋白質活性が、海馬、扁桃体、大脳皮質、視床下部などで、著明に増加していることを見いだした。さらに、慢性投与した動物において、一ケ月休薬後も、AP-1結合活性の増加が維持されていることも見出した。また、モルヒネ慢性中毒の場合には、逆にCRE(cAMP response element)結合蛋白質活性が、扁桃体、大脳皮質、視床下部で、著明に減少していること見いだした。また、この現象は、3週間以上持続することも見いだした。このように、insitu DPB法は、脳局所における薬物による長期の転写調節因子の活性変化を鋭敏に検出できる有効な方法を提供すると共に、薬物耐性依存形成および退薬現象の分子レベルでの研究に新しい方向性を示すものである。
地震波干渉法で探る地震発生と水の関係

現在京都大学防災研究所が近畿地方北部で行っている稠密地震観測ではオフラインで地震波形を連続して現地収録し,これらをほぼ半年に1度回収している。これらに,大学,気象庁,防災科学技術研究所等によるオンライン高感度地震観測網のデータを加えて統合し,現在までに約8年間におよぶ連続波形データが取得されている。連続地震波形データの容量は230GB/月に達する。従来,蓄積されていたデータはオフラインの磁気テープに収録されていたが,本研究では昨年度までにこれらのデータを大容量ストレージ上に転送して,ランダムアクセスによる解析が可能な環境を整えた。また,新たに収録/編集されたデータも順次,大容量ストレージに追加する作業を行った。本研究では,上記の連続地震波形データに地震波干渉法を応用することによって,近畿地方北部の地殻深部に存在するS波反射面について,その詳細な分布範囲や形状を捉えることを目指している。この反射面は極めて高い反射係数を持つことから流体が関与していることが強く示唆されている。その上部で発生している定常的な微小地震活動と反射面に存在する流体との関係を探ることは,地震発生の要因を探る上で重要である。従来の自然地震波形を使った解析は,震源や観測点の分布によって大きな制約を受けていたが,本研究では常時微動を用いることで自然地震分布の制約を排除し,より広範囲で一様な条件下での反射面の検知を試みる。現在までの解析では,顕著な反射波シグナルを検出することには成功していないが,本研究で構築した波形データベースシステムを使用して,今後も,検出力を向上と解析法の改良を続ける予定である。現在京都大学防災研究所で行っている稠密地震観測ではオフラインで地震波形を連続で現地収録し、これらをほぼ半年に一度回収いる。これらに、大学、気象庁、防災科技研等による定常観測網のデータを加え統合し、現在までに約6年間におよぶ連続波形データが取得されている。連続地震波形データの容量は230GB/月に達し、これらを数年間分、自由にアクセス可能なストレージ上に展開し、かつそれらを利用した波形相関処理のため大容量ストレージおよび波形処理装置を購入した。現在までに蓄積されている連続波形データは,オフラインの磁気テープに保存されていたが,それらを自由に解析可能とするため,大容量ストレージ上に転送しランダムアクセスできるようにするなど,解析のための環境を整えることができた。当初計画では,各観測点の自己相関関数を求め,各観測点直下の反射面の有無、最適な周波数帯の選択、反射波検出に必要なスタック期間の長さ等最適のパラメータ等を探り、反射面の形状、存在範囲等についての大まかな知見を得る予定であった。しかし,補助金交付決定が半年遅れの追加採択であったため,大容量ストレージの導入とそれへの連続地震波形データの転送等の解析環境の整備を主に行い,予備的な解析の開始までは至らなかった。補助金交付決定が半年遅れの追加採択であったため,年度後半を通して大容量ストレージの購入とインストールおよび連続波形データのそれらへの転送を行い,大量の連続地震波形データを使った解析の為の環境を整えることに専念し,ほぼ完成させることができた。そのため当初計画にあった予備的な解析の開始までは至らなかった。これらに,大学,気象庁,防災科学技術研究所等によるオンライン高感度地震観測網のデータを加えて統合し,現在までに約7年間におよぶ連続波形データが取得されている。本研究では,近畿地方北部の地殻深部に存在するS波反射面について,地震波干渉法を応用することによってその詳細な分布範囲や形状を捉えることを目指している。平成29年度は,従来の地震観測によって,地殻深部反射面からの反射波が最も顕著に観測される京都府亀岡市周辺の観測点のデータを用いて,連続記録の自己相関関数を求め,それらを長期間にわたりスタッキングすることで,反射波に対応するシグナルの検出を試みた。1時間の連続地震波形に対して1サンプルずつずらしながら最大30秒間の自己相関関数を計算した。それら1時間毎の自己相関関数を,1ヶ月2年間にわたりスタッキングして得られた関数波形から反射波シグナルの検出を試みた。現在までの解析では,顕著な反射波シグナルを検出することには成功していない。今後は,適切なフィルタリングの導入など,解析法を改良することで,検出力を向上を目指す予定である。大容量ストレージ上の連続地震波形データの解析に着手したが,解析に必要な計算プログラムの整備に時間がかかった。自己相関関数解析により,地殻深部反射面からシグナル検出を試みたが,顕著なシグナルの検出には至らず,観測点の選定,解析プログラムの改良など試行錯誤を繰り返している状況にある。

連続地震波形データの容量は230GB/月に達する。従来,蓄積されていたデータはオフラインの磁気テープに収録されていたが,本研究では昨年度までにこれらのデータを大容量ストレージ上に転送して,ランダムアクセスによる解析が可能な環境を整えた。また,新たに収録/編集されたデータも順次,大容量ストレージに追加する作業を行った。本研究では,上記の連続地震波形データに地震波干渉法を応用することによって,近畿地方北部の地殻深部に存在するS波反射面について,その詳細な分布範囲や形状を捉えることを目指している。この反射面は極めて高い反射係数を持つことから流体が関与していることが強く示唆されている。その上部で発生している定常的な微小地震活動と反射面に存在する流体との関係を探ることは,地震発生の要因を探る上で重要である。従来の自然地震波形を使った解析は,震源や観測点の分布によって大きな制約を受けていたが,本研究では常時微動を用いることで自然地震分布の制約を排除し,より広範囲で一様な条件下での反射面の検知を試みる。現在までの解析では,顕著な反射波シグナルを検出することには成功していないが,本研究で構築した波形データベースシステムを使用して,今後も,検出力を向上と解析法の改良を続ける予定である。各観測点の自己相関関数を求める。すなわち、ある地震計における雑微動が周囲に伝播し、地下の構造に反射して再び同一の観測点に戻って来る様子を捉えることになる。各々の観測点直下の反射波の有無、最適な周波数帯の選択、反射波検出に必要なスタック期間の長さ等最適のパラメータを探り、反射面の形状、存在範囲等についての大まかな知見を得る。続いて任意の2点間での相互相関関数による解析を行う。自然地震による先行研究によって、下部地殻反射面の位置および形状は概ね把握されている。反射面の傾きと反射の角度を考慮することで、最も効率よく反射波が捉えられる観測点のペアを選び、これらについての相互相関解析を行う。稠密観測データを用いる本研究では、観測点の組み合わせに柔軟性を持たせることができ、反射波の検出効率を上げることができると考えられる。まず、自然地震解析で既に顕著な反射波を生じる事がわかっている場所において、地震波干渉法によって同一の反射波を捉えられるようにチューニングを行う。その後、自然地震の発生が少ないためにこれまで反射面の存在が知られていない周辺地域でも同様の解析により反射面の有無を確認していく。現在までの解析では,顕著な反射波シグナルを検出することには成功していない。地表における常時微動が,地殻深部の反射面に達して戻るまでの十分なパワーを持っていないことも考えられるが,今後常時微動や反射波の卓越周波数帯域を考慮した適切なフィルタリングを行うことで,検出力を向上させる可能性があり,平成30年以降はそうした丁寧な解析を進めていく予定である。平成28年度は解析システムの構築に必要な装置の調達を主に行い,予備的なデータ解析を行うことは無かった。28年度に使用しなかった助成金は,翌年度にに繰り越し,これら29年度分の追加の装置類を導入するにあたり,有効に使用する予定である。
低放射化フェライト鋼-ステンレス鋼異材溶接継手の中性子照射特性と不均質変形の解明

今年度は最終年度であり追加的な実験及びこれまでの結果の解析、さらに研究のまとめを行った。中性子照射材の衝撃試験により、本研究で試作した低放射化フェライト鋼F82Hと316Lステンレス鋼の異材溶接継手は、ITERあるいは原型炉条件で想定される300°C、0.1 dpaの中性子照射後も、良好な衝撃特性、延性を有することを示した。さらに、中性子照射後の機械特性データを得て、これを有限要素法計算に入力し、異材溶接継手の不均質変形挙動を解析し、接合強度は1540 MPa以上と推定できた。計算で求めた衝撃試験の形状と、実際の照射後試験片との形状を測定し比較した。316L鋼部分では計算で実験をよく再現できたが、F82Hでは誤差が大きくなった。より正確なシミュレーションのためには、試験冶具と試験片との接触点、すなわち支点におけるすべりと試験片の回転を取り入れる必要があることが分かった。一方本研究では、F82Hの熱影響部と思われる位置で局所的に非常に大きな照射硬化領域が新たに発見された。これについては、溶接時の熱負荷で炭化物が分解固溶し、それが照射中に微細高密度に再析出することが原因として考えられる。これを避けるためには照射前の溶接後熱処理であらかじめ炭化物を適切に析出させておくことが有効と考えれる。本研究の範囲では、大きな照射硬化領域は衝撃特性を劣化させなかったが、例えばより高照射量まで継手を使用する場合には、溶接後熱処理条件を再検討する必要がある。一方、先進的な原型炉のブランケットとして、F82Hではなくより高温強度の高い酸化物分散強化フェライト鋼を使用する場合の異材接合についても検討した。フェライト鋼と酸化物分散強化鋼の異材接合材の溶接金属の機械特性、微細組織はフェライト鋼の溶接の場合と同様なので、本研究と同様の溶接条件が適用できると考えられる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。低放射化フェライト鋼ー316Lステンレス鋼の異材突合せ溶接材の製作、溶接後熱処理条件の探索、金相試験を行った。異材溶接材の製作においては、電子ビーム溶接を用いた。フェライト鋼の熱影響部では高温状態における炭化物の分解と、冷却過程でおこる焼き入れで、焼き入れマルテンサイト相が生成し、これもが非常に硬いために継手の衝撃特性が劣化する。この焼き入れマルテンサイト相は、溶接後熱処理で母相中の炭素を適度に析出させれば軟化させることができる。溶接後熱処理条件の探索を行った結果、フェライト鋼の母相全体が焼き戻し過ぎで軟化するのを避けつつ、溶接部の硬さを80%程度回復させる条件として680°C×1時間、また母相全体が焼き戻し過ぎで軟化するのを許容し、溶接部の硬さを100%回復させる条件として750°C×1時間が得られた。一方、非照射材の有限要素法解析と応力分布計算を開始した。これまでの同様の研究では、試験片のみが計算対象であったため、大きな変形を再現することが不可能であった。本研究では、試験片冶具も含めた試験系全体を計算することで、歪量20%までの再現が可能となった。試験治具も含めた計算においては、冶具と試験片の間の摩擦係数が必要である。本研究ではこれを求めるために、異材接合材ではなく母材の試験片を用いて実際に曲げ試験を行い、有限要素法解析でそれを再現するためのフィッティングから摩擦係数を求めることに成功した。核融合炉で想定される照射条件の300°C、0.1 dpaで中性子照射した異材接合材試料において、照射後試験を開始した。照射試料の溶接後熱処理条件は上記の680°C×1時間である。照射後の衝撃特性は良好であることが示された。平成27年度は非照射財の有限要素法解析と応力分布計算を異材接合材に拡張し、衝撃試験で得られる荷重ー変位曲線の再現を試みた。衝撃試験では、異材接合界面で亀裂が発生する際の応力状態を変化させる目的で、試験片サイズを変化させた。1.5 mm×1.5 mm×20 mmのサイズの試験片を用いた衝撃試験に関する計算では、試験片に亀裂が発生する直前まで、有限要素法で荷重ー変位曲線を再現できる見通しが得られた。ただし、実験で得られた荷重ー変位曲線を再現するためには、計算に入力する母材の変形特性データのうち、降伏強度を上昇させなければならないことが明らかとなった。この原因は、母材の変形特性データを取得した引張試験における歪速度よりも、衝撃試験における歪速度が大きいことが原因と考えられる。降伏強度の上昇が妥当かどうかを確認するためには、衝撃試験における母材の変形特性データを取得する必要がある。中性子照射材については、300°C、0.1 dpaの条件で中性子照射した異材接合材試料の評価を継続した。フェライト鋼側の熱影響部に直径50ミクロン程度の照射脆化の著しい領域が確認されたため、その生成機構の検討を行った。その結果、これは溶接後の焼き戻し熱処理の際に母相に残留した固溶炭素が照射下で析出することが原因と推定された。焼き戻し温度を変化させた熱処理実験を行い、焼き戻し温度を高くすることで固溶炭素の残留を解消できる見通しを得た。

中性子照射材について、衝撃試験片後の試料形状の測定を行い、平成28年度に予定している有限要素法計算による計算との比較するためのデータを取得した。平成27年度は非照射の異材接合材の不均一変形を計算で再現できる見通しが得られた。ただし、計算の妥当性を確認するためには、母材の高歪速度における変形特性を実測する必要が生じたので、平成28年度の課題とする。照射材についても、変形量を実測し、計算と比較するための準備を整えた。以上より、追加的な課題は生じたが全体として予定どおり研究が進行している。これまでに、中性子照射材の衝撃試験を行い、ITERあるいは原型炉条件においても異材接合材は構造材として十分な延性を保持することを示した。大きな延性を示すのは、316Lステンレス鋼が低放射化フェライト鋼と比較して大きく変形するためであり、今年度はこの不均一変形を解明するため、有限要素法計算により中性子照射材の変形の再現を試みた。計算に必要な材料データを取得するため、中性子照射材を用いて母材の単純な一軸引張試験を行った。異材接合材についても引張試験を行い、破断位置は316Lステンレス鋼母材であり継手として十分な接合強度を有すること、そして316Lステンレス鋼の変形が低放射化フェライト鋼に比較して大きいことも確認した。一方、計算と実験を比較するために、衝撃試験後の中性子照射材の形状測定を開始した。計算においては、照射材の衝撃試験で得られる荷重ー変位曲線を、亀裂が発生する直前まで再現することに成功した。これにより、衝撃試験では不均一変形によって接合部に負荷される応力は緩和されているものの、接合部で1540 MPaの応力が発生し、これに耐えていることから、接合部は316Lステンレス鋼母材はもちろん、低放射化フェライト鋼母材と比較しても大きな強度を有していることが示された。形状測定においては、316Lステンレス鋼の平均歪みが低放射化フェライト鋼の3.2倍あることが明らかになった。変形の大きな316Lステンレス鋼部分の形状測定は十分な精度で行うことができたが、計算と詳細に比較するためには、電子顕微鏡レベルにて変形の小さな低放射化フェライト鋼部分の形状測定をする必要があり、これを継続している。中性子照射した異材接合材の有限要素法計算まで行い、衝撃試験における荷重ー変位曲線を再現出来た。これにより、当初の課題の大部分は終了し、残る課題は実験との比較のみとなり、残りの期間で十分に研究をまとめることができる見込みとなった。これまでに、300°C、0.1 dpaの中性子照射材の衝撃試験を終了し、ITERあるいは原型炉条件で想定される中性子照射後も、本研究で試作した異材溶接継手は良好な機械特性を有することを示した。さらに、中性子照射後の機械特性データを得て、これを有限要素法計算に入力し、異材溶接継手の不均質変形挙動を解析した。これにもとづくと、衝撃試験時の最大引張応力は溶接金属内で発生し、その大きさは1540 MPaであった。これは衝撃試験で溶接金属が経験した最大の引張応力であり、このことから異材接合材の接合強度は1540 MPa以上と推定できる。実際に衝撃試験後の形状を測定したところ、SS316L母材部分がF82Hよりも大きく変形していることが分かった。計算で得られた試験片形状と、実験との比較を行った。衝撃試験における支点の位置と、応力集中のためのノッチの肩の位置の距離の変化を求めた。計算では、SS316LとF82Hにおける距離の変化、すなわち平均の歪はそれぞれ6.8 %、0.88 %であった。
線形計画法を用いた非線形システムの全解探索アルゴリズム開発とLSI設計への応用

区間解析は非線形方程式のすべての解を求める代表的な方法として知られている.しかし区間解析は一般に計算効率が非常に悪く,問題の次元の増加とともに計算時間が指数関数的に増大するという欠点をもつ.本研究では,区間解析に線形計画法を導入した,非線形方程式の新しい全解探索法を提案した.この方法の基本的なアイデアは,「非線形問題を線形計画問題に置き換えて解く」,すなわち非線形方程式という曲がりくねった世界の問題を平坦な世界に引きずり込んで料理しようというものである.具体的には,非線形方程式を線形等式と線形不等式で置き換え(幾何学的には関数曲線を多角形で囲み),非線形方程式を一旦線形計画問題に定式化してから,それに線形計画法を適用するというものである.この方法の導入により,従来の区間解析では全く解くことのできなかった100変数方程式をはじめとする様々な非線形方程式の全解探索に成功した.この成果については,既に国際会議や外国論文誌等で発表している.また上記のアイデアを区分的線形回路の全解探索問題にも応用し,線形領域数10^<100>の超大規模問題を世界で初めて実用時間内で解くことに成功した.この成果も国際会議や外国論文誌等で発表を行っている.さらに回路シミュレーションと関連して,「非線形回路の安定解に収束するホモトピー法」を開発した.一般に回路方程式の解は安定解とは限らないため,シミュレーションにより得られた解が実際の回路では観測されないという混乱が生じていたが,この方法は大域的収束性をもつと同時に,高い確率で実用上重要な安定解に収束する.その他,高分子化学の研究者との共同研究により,上記のアルゴリズムを用いた高分子溶液の多相平衡の研究に取り組み,実験では測定が困難な様々な興味深いメカニズム(高圧力下での共存曲線の対称性の変化など)を解明することに成功した.区間解析は非線形方程式のすべての解を求める代表的な方法として知られている.しかし区間解析は一般に計算効率が非常に悪く,問題の次元の増加とともに計算時間が指数関数的に増大するという欠点をもつ.本研究では,区間解析に線形計画法を導入した,非線形方程式の新しい全解探索法を提案した.この方法の基本的なアイデアは,与えられた領域に対し区間拡張を用いて非線形関数の上限と下限を求め,非線形関数を補助変数と線形不等式に置き換えることにより線形計画問題を定式化し,それに単体法を適用することにより解の非存在を効率よく判定するというものである.この方法の導入により,従来の区間解析では全く解くことのできなかった100変数方程式をはじめとする様々な非線形方程式の全解探索に成功した.この成果については,既に国際会議や外国論文誌等で発表している.またLSI設計への応用についても検討し,トランジスタの特性を考慮した効率的な線形計画問題の定式化手法を提案した.これにより,様々なトランジスタ回路のすべての解を非常に効率よく求めることができた.さらに回路シミュレーションと関連して,「非線形回路の安定解に収束するホモトピー法」を開発した.一般に回路方程式の解は安定解とは限らないため,シミュレーションにより得られた解が実際の回路では観測されないという混乱が生じていたが,この方法は大域的収束性をもつと同時に,高い確率で実用上重要な安定解に収束する.その他,高分子化学の研究者との共同研究により,上記のアルゴリズムを用いた高分子溶液の多相平衡の研究に取り組み,実験では測定が困難な様々な興味深いメカニズム(三重臨界点近傍における共存曲線の対称性の変化など)を解明することに成功した.区間解析は非線形方程式のすべての解を求める代表的な方法として知られている.しかし区間解析は一般に計算効率が非常に悪く,問題の次元の増加とともに計算時間が指数関数的に増大するという欠点をもつ.本研究では,区間解析に線形計画法を導入した,非線形方程式の新しい全解探索法を提案した.この方法の基本的なアイデアは,「非線形問題を線形計画問題に置き換えて解く」,すなわち非線形方程式という曲がりくねった世界の問題を平坦な世界に引きずり込んで料理しようというものである.具体的には,非線形方程式を線形等式と線形不等式で置き換え(幾何学的には関数曲線を多角形で囲み),非線形方程式を一旦線形計画問題に定式化してから,それに線形計画法を適用するというものである.この方法の導入により,従来の区間解析では全く解くことのできなかった100変数方程式をはじめとする様々な非線形方程式の全解探索に成功した.この成果については,既に国際会議や外国論文誌等で発表している.また上記のアイデアを区分的線形回路の全解探索問題にも応用し,線形領域数10^<100>の超大規模問題を世界で初めて実用時間内で解くことに成功した.この成果も国際会議や外国論文誌等で発表を行っている.さらに回路シミュレーションと関連して,「非線形回路の安定解に収束するホモトピー法」を開発した.一般に回路方程式の解は安定解とは限らないため,シミュレーションにより得られた解が実際の回路では観測されないという混乱が生じていたが,この方法は大域的収束性をもつと同時に,高い確率で実用上重要な安定解に収束する.その他,高分子化学の研究者との共同研究により,上記のアルゴリズムを用いた高分子溶液の多相平衡の研究に取り組み,実験では測定が困難な様々な興味深いメカニズム(高圧力下での共存曲線の対称性の変化など)を解明することに成功した.
シェルター用衣服への応用を目指した超軽量・高強度ナノテキスタイルの創製

本研究では、レーザーエレクトロスピニング(LES)とその後の延伸プロセスによってポリエチレンテレフタレートウェブを作製し、得られたウェブの構造および物性について評価した。その結果、伸長倍率3倍以上でナノファイバーからなるウェブの作製に成功した。また結晶構造を調べた結果、一軸延伸の場合では延伸軸方向に結晶配向が確認されたのに対し、同時等二軸延伸では等方的な配向結晶化が起こることが明らかになり、高強度・高弾性率化およびその他の新機能化に関する指針が得られた。ポリエチレンテレフタレートに関し、LES後に延伸を加えることで、細径化と配向結晶化の促進させる有効なプロセス条件抽出に関する成果が得られた。今後は、得られるシート状ナノテキスタイルの各種機能についてより詳細に評価し、プロセス条件との関係について検討する。H30年度の成果をもとに、ポリエチレンテレフタレートについてLESと延伸を施し、得られるシート状ナノテキスタイルの力学特性や構造についてより詳細に調査し、プロセス条件にフィードバックさせ、最適化と機能探索を図る予定である。
^<121>Sbメスバウアー分光法による超原子価アンチモン錯体の構造化学的研究

ヘキサフルオロクミルアルコール,C_6H_5・C(CF_3)_2・OH(Lと略記)は、超原子価の典型元素化合物を安定化させる二座配位子として有名である。この配位子とアンチモン原子との結合を明らかにすることを目的として研究を行った。^<121>sbメスバウアー分光法に加えて^<127>エメスバウアー分光法も併用して、興味ある知見を得ることができた。これまでに報告されている五配位両銀アンチモン(V)化合物の^<121>Sbメスバウアースペクトルの四種子結合定数(e^2qQ)は、全て負の値であるが、陰性の配位原子3個をもつSbL_2ClとSbL_2Brにおいて、正の値を観測した。当効、ハロゲンが架橋した八面体六配位構造が推定されたが、単結晶X線構造解析から、三方両錐型で架橋塩素は存在しないことが明らかになった。そこで、電場勾配の加成則を適用して、SbL_2ClとSbL_2Brの電場勾配の符号を考えたところ、電場勾配テンリルの各軸をエクアトリアル面内で、Sb-Cl結合に垂直でSb-Cと30゚の方向にとると、メスバウアースペクトルとX線解析の結果が矛盾しないことが明らかになった。アピカル位に二つの陰性な原子をもつR_3SbI_2,Tol_2SbLI(夫々,アピアル結合はI-Sb-I,I-Sb-O)および一つしか陰性子原子をもたないR_4SbI(I-Sb-C)について、アピカルSb-I結合を^<121>Sb,^<127>Iメスバウアー分光法により調べた結果、後者で、よりイオン的になっていることが明らかになった。ph_4SbIのX線構造解析により、Sb-I結合がより長くなっていることが判明した。
定常的機械刺激が誘起する粉粒体の相分離ダイナミクス

大きさや形の異なる複数の種類の粉粒体を容器に入れ、機械的刺激によって擾乱を与えた際に誘起される分離現象の時空間ダイナミクスについて、実験と理論の両面から研究を行った。これまでは、円筒容器内に二種類の粒子を封入し、水平に設置して回転させることで粒子の分離現象を観察した。充填率と回転速度に依存して、粒子が分離して形成するバンドのパターンダイナミクスが複数現れることが分かった。この結果は2015年1月にPhysical Review Eに論文が受理されている。現在は、どのような粒子の組み合わせの時に分離現象がみられるか、明確な条件は明らかになっていない。粒子が分離する条件を定量的に評価するために、準2次元的な砂山の内部に分離した粒子の層が形成される現象における分離パターンと回転ドラムにおける分離の有無の対応関係について、実験を行っている。このほか、鉛直加振する板の上に対掌性のある物体を置いた時の二次元的な運動モードについて、京都大学博士課程2年の久保善嗣氏と共同研究を行っており、今年度はそのモデル化において大きな進歩があった。対掌性のある物体は、棒の両端に円盤がついており、その円盤には穴があけられていて、重心が円の中心からずれるように設計されたダンベル粒子を用いている。鉛直方向に正弦波の振動を与えたときに、その加振強度によってダンベル粒子の重心運動がカオティックなモードから秩序的な回転運動に切り替わるのが観察されている。簡単な力学モデルを用いて、物体の両端についている粒子の運動方程式をたて、指向性のある運動モードの安定性について解析的な議論を行った。この現象は、等方的な励起に対して指向的な運動が実現されるという点で興味深いだけでなく、励起する方向に対して垂直な向きに粒子の運動が駆動されていることから、我々の回転ドラムの系と共通する非平衡散逸系特有のメカニズムがあると期待される。26年度が最終年度であるため、記入しない。大きさや形の異なる複数の種類の粉粒体を容器に入れ、機械的刺激によって擾乱を与えた際に誘起される分離現象(segregation)の時空間ダイナミクスについて実験と理論の両面から研究を行う。定常的機械刺激のもとで、粒子のサイズが10-610-2[m]の間で変化すると、どのように相分離ダイナミクスが変わるのかを系統的に調べる。そのことにより、kBTの熱揺らぎのもとでの相転移や相分離現象との共通点と相違点を明確することが本研究の中心的な課題である。水平に置いた円筒容器に大きさや形の異なる2種類の粒子を封入して回転させると、粒子の分離現象が観察される。この分離パターンの時空間ダイナミクスについて、実験と理論の両面から研究を行った。実験については、円筒容器を開閉式にし、サイズ分離した状態で容器を開けて粉体媒質の内部の分離の様子を直接観察できるようにする。軸周りの回転によって粒子は駆動されているが、軸に平行な向きへの自発的な流れがどのように誘起されるのかについて、特に着目して調べる。これまでの研究で、粉体媒質が円筒の内壁から受けるずり応力が、軸方向の対流に重要であることが示唆される結果を得ており、円筒内部のずり応力のかかり方を変えることによって、粉粒体の分離現象のメカニズムを究明していく。その結果、予期した以上の成果が得られた。粉体媒質への新たなずり応力の与え方として、円筒の内側と外側からずりを与えるために、円筒容器を二重にして実験を行った。これまでの研究で、一重円筒の容器に2種類の粉粒体をほぼ完全に充填させて回転させた場合には、バンドが進行波として現れることが観察されていたが、今回は2重円筒の間にほぼ完全に粒子を充填して容器を回転させ、バンドが定常的に振動する時空間ダイナミクスを得るのに成功した。また、回転速度と充填率を変えることによって、二重円筒系においても一重円筒系高充填の場合と同様の進行波パターンも生じることが分かった。このような振動解は、回転ドラム系に限らず、粉粒体の分離現象において新規の発見であり、どのようなメカニズムで振動が起こるのか、今後さらに詳細を調べモデル化していく予定である。

これまでの研究で、一重円筒の容器に2種類の粉粒体をほぼ完全に充填させて回転させた場合には、バンドが進行波として現れることが観察されていたが、今回は2重円筒の間にほぼ完全に粒子を充填して容器を回転させ、バンドが定常的に振動する時空間ダイナミクスを得るのに成功した。また、回転速度と充填率を変えることによって、二重円筒系においても一重円筒系高充填の場合と同様の進行波パターンも生じることが分かった。また、これらの実験結果について、相分離方程式を用いたモデル化も行った。このような振動解は、回転ドラム系に限らず、粉粒体の分離現象において新規の発見であり、どのようなメカニズムで振動が起こるのか、今後さらに巨視的対流に着目して研究を進める。大きさや形の異なる複数の種類の粉粒体を容器に入れ、機械的刺激によって擾乱を与えた際に誘起される分離現象の時空間ダイナミクスについて、実験と理論の両面から研究を行った。これまでは、円筒容器内に二種類の粒子を封入し、水平に設置して回転させることで粒子の分離現象を観察した。充填率と回転速度に依存して、粒子が分離して形成するバンドのパターンダイナミクスが複数現れることが分かった。この結果は2015年1月にPhysical Review Eに論文が受理されている。現在は、どのような粒子の組み合わせの時に分離現象がみられるか、明確な条件は明らかになっていない。粒子が分離する条件を定量的に評価するために、準2次元的な砂山の内部に分離した粒子の層が形成される現象における分離パターンと回転ドラムにおける分離の有無の対応関係について、実験を行っている。このほか、鉛直加振する板の上に対掌性のある物体を置いた時の二次元的な運動モードについて、京都大学博士課程2年の久保善嗣氏と共同研究を行っており、今年度はそのモデル化において大きな進歩があった。対掌性のある物体は、棒の両端に円盤がついており、その円盤には穴があけられていて、重心が円の中心からずれるように設計されたダンベル粒子を用いている。鉛直方向に正弦波の振動を与えたときに、その加振強度によってダンベル粒子の重心運動がカオティックなモードから秩序的な回転運動に切り替わるのが観察されている。簡単な力学モデルを用いて、物体の両端についている粒子の運動方程式をたて、指向性のある運動モードの安定性について解析的な議論を行った。この現象は、等方的な励起に対して指向的な運動が実現されるという点で興味深いだけでなく、励起する方向に対して垂直な向きに粒子の運動が駆動されていることから、我々の回転ドラムの系と共通する非平衡散逸系特有のメカニズムがあると期待される。26年度が最終年度であるため、記入しない。これまでの実験をさらに発展させ、実験系を2重円筒容器にすることによって、粉体の分離現象における振動現象を新たに発見した。また、充填率と回転速度を変えることで、進行波から振動解への分岐現象が起こることも明らかになった。二重円筒で実験を行った場合でも、一重円筒の高充填の場合と同様の3層構造が観察されたことから、高充填率での定常的なバンドの生成・消滅を伴うダイナミクスにおいて、円筒容器全体の対流にこの三層構造が非常に重要な役割を果たしているものと考えられる。回転ドラムの分離現象について、メカニズムの理解を深める重要な知見が得られたことから、研究は当初の計画以上に進展しているといえる。