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中華王朝における婚姻に基づいた外交について―遼・金・西夏・元を中心に―

とすれば、婚姻に基づいた外交政策は、非漢民族いわゆる北方諸族によって建国された王朝において盛んに行使された「北方的」な性格を有するものであったと結論付けられる。遼代で行われた近隣諸国に対する公主降嫁の事例では、ほぼ一貫して国際情勢を自らに有利に導く外交政策の切り札として利用している。かつての世界帝国として君臨していた唐の外交政策を継承すると同時に、遼独自の方針をも存在していたということが垣間見える。近隣諸国に対して公主降嫁を行うことを全く否定的に捉えることなく、当時の東部ユーラシアにおける国際関係を遼の統率の下で効果的に機能・持続させるための重要な一手段として婚姻に基づいた外交政策を実施したのである。婚姻に基づいた外交政策は、非漢民族いわゆる北方諸族によって建国された王朝において盛んに行使された「北方的」な性格を有するものであったと結論付けられる。この科研を申請した当初には遼・西夏・金・元における婚姻に基づいた外交政策の実態について解明する予定であったが、予想していた以上に遼では様々な近隣諸国と婚姻に基づいた外交政策を実施していたことが判明したため、前年度より目標を遼における婚姻に基づいた外交政策の実態を研究するように修正した。平成27年度には遼から最も多くの公主が降嫁された西夏の事例について、また、それに引き続き、その他の国々への公主の降嫁事例について見ていく予定であり、こうした点を踏まえると概ね順調であると思われる。中国古代近世外交史今後は遼から最も多くの公主の降嫁が実施された西夏の事例について詳細に分析し、また、それに引き続き、その他の国々への公主の降嫁事例についても詳細に分析する予定である。ともに現在既に執筆中もしくは研究・考察中である。当初の計画では、慶暦2(1042)年、北宋と遼との間で以前に取り決められていた盟約を改定する交渉に関してのみ考察を行う予定であった。しかし、実際に研究を進めていくうち、遼が建国する以前、即ち、契丹と呼ばれていた時代に唐から盛んに和蕃公主の降嫁を受けており、それが如何なる意味を有していたのか?如何なる変容を遂げていったのか?についても解明する必要性があることが判明したため、時代を遡って詳細に追究することに成功した。更に、続く五代諸朝と建国以降の遼との関係についても、従来の研究ではあまり注目されてこなかった「甥舅(婿と舅)関係」の有する意味についても解明する必要性があることが判明したため、時代を遡って詳細に追究することに成功した。このように、遼の建国前後の時代を通じ、遼が有していた外交戦略の理念及びその展開の過程を考察してきた。そこでは、唐代における和蕃公主の降嫁事例を踏まえてこの記憶・経験を活かし、五代諸朝及び北宋と関係を結ぶにあたって遼自らが優位に立てるよう、外交政策としての婚姻を巧妙に駆使している現実が顕著に示されていたことを、当初の計画よりも一層精緻に分析することが出来た。平成26年度は唐代の事例を中心に見るということでそれほど書籍などを購入する必要も生じなかった。また同じ理由により、調査等にいく必要性もあまり生じなかった。なお、前年度に既に研究に必要な機器等を購入していたため、平成26年度にはそれほど新たに機器を購入する必要が生じなかった。現在までの成果を受け、今後は遼が近隣諸国に対して行った公主降嫁の事例について考察することとする。具体的には、遼から西夏に対して幾度も公主降嫁が行われている。西夏は1113世紀の東部ユーラシアにおいて北宋・遼と共に三つ巴で対峙した国家である。
ラミニンα1,腎細胞癌の新規癌胎児性抗原

ラミニンα1がヒト腎細胞癌において、新規の腫瘍マーカーならびに標的分子となりうるかを検討した。ラミニンα1高発現腎細胞癌において、インテグリンα4が同様に高発現していた。抗ラミニンα1抗体もしくはshRNAにより、ラミニンα1高発現腎細胞癌の腫瘍増殖抑制を認めた。しかし、血清中もしくは尿中のラミニンα1の安定した検出はできなかった。ラミニンα1は腎細胞癌における新規標的分子となりうる。「研究の目的」は、ラミニンα1が腎細胞癌の新規腫瘍マーカーや治療標的分子となりうるかを検討することである。細胞外マトリックスであるラミニンは、基底膜の主な構成成分である。このうちα1サブユニットは胎児組織でのみ発現し、成体組織では発現していない。我々は、特定の腎細胞癌でラミニンα1が高発現していることを確認した。ラミニンα1が新たな癌胎児性抗原として、臨床応用をめざす。「研究実施計画」の準備段階として、ラミニンα1の機能解析をするために、簡便で安価に、かつ安定してラミニンα1の検出を行うことをとして行った。生体内でラミニンはα、β、γからなる3量体から構成されている。例えば、ラミニン1はα1β1γ1で構成されている800kDa近い巨大なたんぱく質である。まず、ポジティブコントロールとして、ヒト胎盤からラミニン1を精製したものを用い、ウエスタンブロットを行った。還元もしくは非還元下、あるいはペプシン処理などの実験環境の設定は非常に厳格に行う必要があった。結果、ラミニン1は、少なくともウエスタンブロットでは3量体では検出されず、多くは1量体で検出された。生体内でもラミニンα1が1量体もしくは2量体の形で存在する可能性が示唆された。機能解析上、またはマーカーとして検出するためには、巨大な複合体より単量体のほうが、より簡便に行えると考える。また、単量体でも何らかの機能を有している可能性もあり、今後の研究の発展性につながる。しかし、血清中では不純物が多くラミニンα1の検出には至っていない。今後、より純化した測定法の開発が要求される。「研究実施計画」ラミニンα1のノックダウンによりin vivo動物モデルで腫瘍形成能の抑制が認められた。また、機能解析においてラミニンα1の変動とともに結合蛋白であるインテグリンの変動が認められた。このことより腎細胞癌においてラミニンα1は機能的役割を担っていることが推測された。また、一部の腎細胞癌患者血漿中で、ラミニンα1が単量体で検出された。通常、生体内でラミニンはα、β、γからなる3量体で構成されている。α1β1γ1のサブユニットで構成されるラミニン1もしくは、α1β2γ1からなるラミニン3である。過剰なラミニン1もしくは3が、細胞外で分解修飾を受け、単量体であるラミニンα1となるか、もしくはラミニンα1単量体自体が高発現し、独自の機能を持つことが推測される。腎細胞癌において、ラミニンα1単量体が、独自の機能を持つことはこれまで報告がなく、探求することは意義がある。対応する結合蛋白の同定をふくめ複合的作用を解明する。いぜん腎細胞癌患者血漿中のラミニンα1の検出感度は低く、高感度の検出方法の確立が必要である。このうちα1サブユニットは胎児組織でのみ発現し、成体組織ではほとんど発現していない。「研究実施計画」ラミニンα1のノックダウンによリヒト腎細胞癌の腫瘍形成能の抑制が認められた。ラミニンα1の制御に伴い、結合蛋白質であるインテグリンの変動が認められた。このことより、ラミニンα1は腫瘍形成能における直接ならびに間接的な役割を担っていると考えられた。

しかし、ラミニン1は少なくともウエスタンブロットにおいて、多くは1量体もしくは2量体で検出された。腎細胞癌において、ラミニンα1は単量体もしくはβ1やβ2ないしγ1との2量体が、独自の機能を持つと考えられた。血漿中のラミニンα1の検出は、純化や感度の上で困難であり、腫瘍マーカーとしての臨床応用の確立には至らなかった。ラミニンα1を高発現している腎細胞癌にたいする抗ラミニンα1によるの分子標的治療としての可能性が示唆された。
サブミリ波ジャイロトロンを光源とする遠赤外領域開発研究の推進

(1)遠赤外領域の基礎技術の開発研究I)パルス動作する従来のジャイロトロンに替わる小出力CWジャイロトロンを両大学で開発し,周波数及び出力の安定性を計り,宇宙観測用及びESR用光源としての高クォリティ出力を得た.また,ジャイロトロンの広い分野への応用のために,出力の周波数変調及び振幅変調を成功させた。II)YBCO-BiO系酸化物高温超伝導体を用いたミリ波サブミリ波領域の高感度低雑音受信器の開発を行った。III)準光学伝送系によりジャイロトロン出力をガウシアンモードに変換して高効率で伝送するシステムを製作しジャイロトロン出力の多方面への応用を可能にした。(2)ヘリカル装置LHD(核融合科学研究所)の散乱計測核融合科学研究所との協力により,ジャイロトロンを光源とするサブミリ波散乱計測装置を同研究所のLHD装置に設置し,低周波密度揺動の測定を行うための準備を完了した。また,同研究所との協力によりプラズマ計測用準光学ジャイロトロンの開発をおこなった。シドニー大学は,これらの研究に必要なジャイロトンの設計の面で貢献した。(3)サブミリ波ESRの研究ジャイロトロンを光源とし,パルス磁場発生装置を用いたサブミリ波ESR装置を開発し,Zero splitの大きい物質のESRの研究,ジャイロトロンの高出力を生かしたESRの非線形現象の研究を行った。また,Fe-SiO_2の磁性の研究をサブミリ波ジャイロトロンを光源とするESR測定によって行った。福井大学で行った実験の結果を両大学が協力して解析した。(4)サブミリ波ジャイロトロンを光源とする高品質セラミックの焼結福井大学において,CW動作するサブミリ波ジャイロトロンを用いたセラミック焼結装置を開発し,企業との協力により,高品質セラミックの開発を行なうための準備を完了した。(5)サブミリ波ジャイロトロンの新医療技術への応用研究ジャイロトロン出力を高効率伝送し,局所加熱による新医療技術開発のためのカテーテルの開発を行った。(6)ジャイロトロンを光源とする遠赤外領域開発研究の総合的推進に対する検討と3年間の研究成果を取り纏め,今後の遠赤外領域開発研究を展望し,福井大学,シドニー大学の寄与と将来計画についての検討を行った。1.遠赤外領域低損失高純度モード伝送技術の開発楕円筒面と放物筒面とからなる準光学的アンテナを開発し,ジャイロトロンの円形導波管モード出力を直線偏光モードに変換し,同時に集光することに成功した。このアンテナは,プラズマ散乱計測装置に組み込まれ,現在核融合科学研究所のCHS装置の計測のために用いている。また,発生した電磁波ビームを整形することにより,断面が円形形状のビームを生成し,ガウシアンビームに類似したハンドリング技術を確立した。一方,シドニー大学では,このアンテナで集光された直線偏光ビームを再び円形導波管内に入射し,導波管内にHE_<11>モードを励起して,低損失で伝送するために用いている。2.核融合プラズマのサブミリ波散計測福井大学で開発したサブミリ波ジャイロトロンGYROTRONFU IIを光源とするサブミリ波散乱計測装置を製作し,核融合科学研究所のCHS装置に設置して,プラズマ中に自然励起されるドリフト波の測定を行い,その検出に成功した。ドリフト波はプラズマ閉じ込めに悪影響を与える波動であるので,その制御が必要であり,本測定はそのための情報を得るために必要である。

得られた結果を反射法による測定結果と比較し,両者のよい一致を得ることができた。これは,両測定結果の高い信頼性を保障するものと評価される。3.サブミリ波ESR装置の開発と応用福井大学で開発したミリ波ジャイロトロンGYROTRON FU I及びサブミリ波ジャイロトロンGYROTRON FU IVAを光源とする広帯域ミリ波サブミリ波ESR装置を完成し,周波数範囲65250GHzを覆うことに成功した。この装置を用いて,1)DPPHの単結晶試料と粉末試料のESRの共鳴線幅の相違について,実験的研究を行い,2)ルビーのESRの角度依存性の実験結果から,構造定数Dの検討を行った。4.高出力サブミリ波に対する誘電体の非線形応答シドニー大学において,ジャイロトロンの高出力を用いて,各種物質の誘電率の測定を行い,非線形応答の観測し,結果を解析して,その機構を考察した。5.サブミリ波ジャイロトロンの振幅変調及び周波数変調ジャイロトロン出力の振幅変調及び周波数変調は,ジャイロトロンを広範囲の研究のために,光源として用いるために重要である。福井大学では,シドニー大学との共同研究として電子銃の陽極変調による出力の振幅変調と電子ビームエネルギーの変調による周波数変調の研究を行った。(1)酸化物高温超伝導体を用いた高感度低雑音受信器の開発YBCO-BiO系酸化物高温超伝導体のジョセフソン効果を用いたミリ波サブミリ波領域の高感度低雑音受信器の開発を行なった。福井大学において,実験的研究を行い,両大学でその結果の検討を行ない、両大学の協力により,ジョセフソン素子のネットワークのモデル化と機構解明の研究を行なった。(2)ヘリカル装置LHD(核融合科学研究所)計測のための散乱計測装置の開発福井大学で開発したジャイロトロンを光源として,準光学的伝送系を用いたヘリカル装置LHD(核融合科学研究所)計測のためのサブミリ波散乱計測装置を開発した。プラズマへのガウシアンビームの入射角を変化させ空間的掃引を可能にすると共に,散乱角を変化させて測定できるようにする予定である。(3)セラミック焼結技術の開発従来のセラミックに比較して,緻密な構造を持つ高密度高強度のセラミックが可能となるジャイロトロンを用いた焼結技術の開発研究を行った。現在のミリ波領域で開発された技術を、将来サブミリ波領域に拡張することを試みる。(4)宇宙観測用及びESR用光源としてのCWジャイロトロンの開発パルス動作する従来のジャイロトロンに替わる小出力CWジャイロトロンを両大学で開発し,周波数及び出力の安定性を計り,宇宙観測用及びESR用光源としての高クオリティ出力を得るための実験的研究を行った。これらの研究を実施するため、福井大学からシドニー大学へ4名の研究者を派遣した。(1)ヘリカル装置LHD(核融合科学研究所)の散乱計測核融合科学研究所との協力により,平成10年度に開発したサブミリ波散乱計測装置を同研究所のLHD装置に設置し,低周波密度揺動の測定を行うための準備を完了した。
微少環境の変化に伴う椎間板性疼痛の発現とそのメカニズムの解明

【目的】NG2プロテオグリカン(以下、NG2)は細胞膜貫通型プロテオグリカンであり、細胞周囲マトリックスの主要成分であるVI型コラーゲンと結合し、細胞膜上で成長因子に対する受容体の役割をも果すことが知られており、細胞-マトリックス間相互作用の働きをしている。また、この物質は中枢および末梢神経系においては、軸索再生を調節するターゲット分子として注目されている。そこで、我々は、NG2が椎間板の細胞周囲微小環境に発現し、椎間板変性の進行と関連性を有し、さらに腰痛(椎間板性疼痛)の制御因子であると仮説した。この仮説に対し研究を行い、以下の結果を得た。【結果】平成18年度:免疫組織学、Western blotにてヒト椎間板にNG2蛋白の発現を確認し、NG2 mRNAの発現もRT-PCRにて確認された。免疫組織学的にNG2は細胞周囲マトリックスに存在することが観察された。さらに、NG2の発現レベルは、初期と比較し進行した変性椎間板で増強していることが判明した。平成19年度:ラット坐骨神経内において、侵害受容繊維(C繊維)の走行とNG2の発現を免疫組織学的に比較検討した。NG2は無髄シュワン細胞において発現され、C線維を取り囲むように存在していた。ラット足底皮膚および椎間板組織においても、侵害受容繊維はNG2蛋白に取り囲まれて存在していた。また、NG2の発現は、神経損傷後の軸索再生持に増強していた。【考察】椎間板性疼痛(腰痛)の原因となりうる、侵害受容繊維(C繊維)はNG2の発現と同一分布を呈し、神経組織から椎間板組織へと走行していた。椎間板組織では、椎間板細胞自身がNG2を産生しており、変性の進行に伴いその発現を増強させていた。椎間板変性にともなうNG2を含む微小環境の変化が、侵害受容線維(C線維)の発芽、再生に関与し、椎間板性疼痛を含む腰痛に大きく関与する可能性を示した。【目的】椎間板組織は比較的少ない細胞数に豊富な細胞外マトリックス有する。その中で細胞周囲微小環境が細胞外マトリックスの恒常性を保つ上で重要な役割をしている。NG2 proteoglycan(以下NG2)は、細胞膜貫通型プロテオグリカンであり、近年、軟骨、骨でその発現が確認されている。また、NG2は細胞周囲マトリックスの主要成分であるVI型コラーゲンと結合し、また細胞膜上で成長因子に対する受容体の役割をも果すことが知られており、重要な細胞-マトリックス間相互作用の働きをしている。そこで、我々は、NG2が椎間板の細胞周囲微小環境に発現し、さらに椎間板変性の原因と大きな関連性をもつと仮説した。本研究の目的は、まず、椎間板でNG2の発現を確認し、さらに椎間板変性の初期および進行期におけるNG2の発現を比較検討することである。【方法】ヒト死体脊椎より椎間板組織を採取し、髄核、線維輪細胞を分離培養(単層およびアルジネート3次元培養)した。NG2蛋白の発現は、免疫組織学およびWestern blotにて確認し、NG2 mRNAの発現はRT-PCRにて確認した。また、NG2の発現部位においては、抗β1-integlin,抗Keratan sulfate,抗type VI collagen抗体との2重免疫組織学手法にて検討した。

さらに、椎間板変性度の初期および進行期の椎間板組織(5個体)を同一個体内にて採取し、NG2の発現レベルをWestern blotにて比較検討した。【結果】培養椎間板細胞において免疫染色の結果、強いNG2の発現を認めた。また、Western blotにてNG2蛋白の発現を確認し、NG2 mRNAの発現もRT-PCRにて確認された。さらに、NG2はβ1-integlinが発現する細胞膜とKeratan sulfateが存在する細胞周囲マトリックスの間に存在することが観察された。また、VI型コラーゲンとは同一分布を示した。さらに、NG2の発現レベルは、5個体いずれにおいても、初期と比較し進行した変性椎間板でその発現が増強していた。【結論】今回、我々はNG2がヒト椎間板の細胞周囲微小環境において発現すること確認した。そして、NG2は進行した変性椎間板組織において、その発現を増強させていた。NG2は椎間板変性の進行に対し、反応性に細胞周囲微小環境を補う働きをしている可能性を考えた。我々は,ヒト椎間板組織におけるNG2プロテオグリカン(以下,NG2)の発現を調べ,その発現レベルは変性の進行と共に増強することが判明した(平成18年度)。そこで平成19年度は,末梢神経(ラット坐骨神経)でのNG2発現を検討した。さらに,椎間板に分布し,腰痛の原因となる侵害受容線維(C線維)の走行とNG2の発現を比較検討した。【結果】有髄神経線維束の間隙に,核を有する細長いNG2陽性細胞は束を形成し存在していた。2重蛍光免疫組織学的手法による検討により,NG2陽性細胞はSl00の発現は認めなかったが,GFAPおよびGAP43と同一分布を示した。また,CGRPおよびIB4陽性神経線維の走行はNG2の発現と同一分布を示した。また,ラット足底皮膚においては,CGRPおよびIB4陽性線維は表皮基底層下まで,NG2陽性細胞に取り囲まれていた。【考察】神経内膜をteased fiber化することにより,有髄および無髄線維はそれぞれが分離されNG2発現細胞を詳細に観察することが可能となった。NG2は無髄シュワン細胞において発現され,C線維を取り囲むように存在していた。NG2の発現は,侵害受容線維(C線維)の発芽,再生に関与し,腰痛を含む疼痛に大きく関与する可能性を考えている。
ストーム堆積物の相変化と堆積機構

海浜から陸棚までの,様々な深度,環境のもとでのストーム堆積作用,特に堆積物の相変化と堆積機構の解明と,ストーム作用の地層記録への保存ポテンシャルについて調査研究を進めた.対象とした地層は,いづれも新第三紀中新世のもので,山陰-北陸区に属する北但層群村岡累層,瀬戸内区の地層である唐鐘累層,南海区の三崎層群竜串層である.村岡累層の研究では,ストーム堆積物が主として複合流,特に直進成分の影響が強い状況下で形成されたことが明らかとなった.また,ストーム堆積物は堆積相のスペクトラムをなしており,ストーム堆積物が細粒化,薄層化するにつれて振動成分の影響が弱くなる傾向が認められる.このスペクトラムはストーム波浪限界深度をはさんでの,ストーム堆積物の相変化を表わしていると考えられる.さらに,厚い砂岩層の直上には厚い泥岩層が重なることが多く,沿岸部での砂の集積能力が十分でなかったため規模の大きなストームの後にはストーム作用が地層に記録されにくいような,非平衡状態が一定期間続いたとを物語っている.唐鐘累層の研究では,ストーム作用の記録が地層中に保存されにくい上部外浜堆積物を検討した.その結果,ストーム期の海浜浸食と,ストームによって沖合へ運ばれた物質がストームの減衰段階から静穏期にかけて沿岸州を作りつつ陸方向へ再動付加されていった過程が明らかとなった.ストームのピーク時から静穏期にかけての海浜の回復過程を復元した.三崎層群竜串層については,浅海砂州の形成過程,特に砂州堆積におけるストーム作用の役割を検討した.そして,竜串層下部の浅海砂州堆積物にはストーム作用の記録が卓越しているが,砂の集積による砂州の形成は本質的には河川流もしくは河川流と引き潮流の複合作用によって起こったこと,ストームは砂州の既存堆積の再動にのみ深く関わっていたことを明らかにした.海浜から陸棚までの,様々な深度,環境のもとでのストーム堆積作用,特に堆積物の相変化と堆積機構の解明と,ストーム作用の地層記録への保存ポテンシャルについて調査研究を進めた.対象とした地層は,いづれも新第三紀中新世のもので,山陰-北陸区に属する北但層群村岡累層,瀬戸内区の地層である唐鐘累層,南海区の三崎層群竜串層である.村岡累層の研究では,ストーム堆積物が主として複合流,特に直進成分の影響が強い状況下で形成されたことが明らかとなった.また,ストーム堆積物は堆積相のスペクトラムをなしており,ストーム堆積物が細粒化,薄層化するにつれて振動成分の影響が弱くなる傾向が認められる.このスペクトラムはストーム波浪限界深度をはさんでの,ストーム堆積物の相変化を表わしていると考えられる.さらに,厚い砂岩層の直上には厚い泥岩層が重なることが多く,沿岸部での砂の集積能力が十分でなかったため規模の大きなストームの後にはストーム作用が地層に記録されにくいような,非平衡状態が一定期間続いたとを物語っている.唐鐘累層の研究では,ストーム作用の記録が地層中に保存されにくい上部外浜堆積物を検討した.その結果,ストーム期の海浜浸食と,ストームによって沖合へ運ばれた物質がストームの減衰段階から静穏期にかけて沿岸州を作りつつ陸方向へ再動付加されていった過程が明らかとなった.ストームのピーク時から静穏期にかけての海浜の回復過程を復元した.三崎層群竜串層については,浅海砂州の形成過程,特に砂州堆積におけるストーム作用の役割を検討した.そして,竜串層下部の浅海砂州堆積物にはストーム作用の記録が卓越しているが,砂の集積による砂州の形成は本質的には河川流もしくは河川流と引き潮流の複合作用によって起こったこと,ストームは砂州の既存堆積の再動にのみ深く関わっていたことを明らかにした.新第三紀の山陰-北陸区に属する北但層群村岡累層と瀬戸内区の地層である唐鐘累層のストーム堆積物を対象に調査研究を行なった。研究遂行途上で村岡累層の研究により多大な知見を得ることが見込まれたため、重点をそちらに置いた。唐鐘累層の本格的研究は次年度に回す。以下に村岡累層から得られた成果を記す。村岡累層のストーム堆積物は、厚さ、粒度組成、内部堆積構造とも変化に富む。単層ごとの解析の結果、村岡累層のストーム堆積物に5つのタイプが識別された。これらは互いに明瞭に区別されるわけではなく、タイプAから順にタイプEへ連続するスペクトラムをなす。タイプA:振幅の大きなハンモッキー斜層理を示す、厚さ1540cmの極細粒細粒砂岩で、振幅成分の卓越する複合流から堆積したと考えられる。タイプB:振幅の小さい低角度のハンモッキー斜層理を示す、厚さ20cm程度までの極細粒砂岩。このタイプの砂岩は振動成分の小さな、直進性の強い複合流の堆積物とみなされる。タイプC:厚さ315cmの極細粒砂岩シルト岩で緩やかにうねる平行葉理を示し、上部に非対称リップル葉理を伴う。このタイプはTb-d、Tbcタ-ビダイトに類似し、波浪による振動作用の影響が極めて弱かったことを示している。タイプD:厚さ27cmの、非対称リップル葉理を示すシルト岩から弱い葉理を持つシルト質泥岩への級化層でTcdタ-ビダイトとみなされる。

タイプE:弱い葉理をもつ厚さ3cm以下の級化シルト質泥岩で極めて弱い懸濁流からの細粒物質の沈積を示す。以上の諸特徴から、村岡累層のストーム堆積物が主として複合流の産物であること、特に直進成分の影響が強い状況下で形成されたことが想定される。また、タイプAからタイプEへと、より細粒化・薄層化するとともに振動成分の影響が弱くなる傾向がある。これはストーム波浪限界深度をはさんでの、ストーム堆積物の相変化を表わしていると考えられる。昨年度に引き続き新第三紀の山陰-北陸区に属する北但層郡村岡累層の研究を進めるとともに,瀬戸内区の唐鐘累層,南海区の三崎層群竜串層についても検討を加えた.その結果,海浜から陸棚までの,様々な深度,環境のもとでのストーム堆積作用,特に堆積物の相変化と堆積機構の解明と,ストーム作用の地層記録への保存ポテンシャルについて新しい知見を得た.村岡累層の研究では、ストーム堆積物が主として複合流,特に直進成分の影響が強い状況下で形成されたことが明らかとなった.また,ストーム堆積物は堆積相のスペクトラムをなしており,ストーム堆積物が細粒化,薄層化するにつれて振動成分の影響が弱くなる傾向が認められる.このスペクトラムはストーム波浪限界深度をはさんでの,ストーム堆積物の相変化を表していると考えられる.さらに,厚い砂岩層の直上には厚い泥岩層が重なることが多く,沿岸部での砂の集積能力が十分でなかったため規模の大きなストームの後にはストーム作用が地層に記録されにくいような,非平衡状態が一定期間続いたことを物語っている.唐鐘累層の研究では,ストーム作用の記録が地層中に保存されにくい上部外浜堆積物を検討した.その結果,ストーム期の海浜浸食と,ストームによって沖合へ運ばれた物質がストームの減衰段階から静穏期にかけて沿岸州を作りつつ陸方向へ再動付加されていった過程が明らかとなった.ストームのピーク時から静穏期にかけての海浜の回復過程を復元した。三崎層群竜串層については,浅海砂州の形成過程,特に砂州堆積におけるストーム作用の役割を検討した.そして,竜串層下部の浅海砂州堆積体にはストーム作用の記録が卓越しているが,砂の集積による砂州の形成は本質的には河川流もしくは河川流と引き潮流の複合作用によって起こったこと,ストームは砂州の既存堆積物の再動にのみ深く関わっていたことを明らかにした.
フォトンカウンテイングによる複合材料界面領域の力学的解析

複合材料あるいは複合材料のマトリックス高分子の微視的な破壊過程を検討するために、変形と破壊における分子鎖切断に伴うフォトンの検出を行うことで解析した.変形や破壊によるフォトンの放出は極微弱であるために、検出装置そのものが問題と成る.本研究では、光電子倍増管を用いて、走査型電子顕微鏡の試料室中に検出装置と試料負荷装置を組んだ後、その基本装置特性を調べることから始めた.その結果、ダ-クカウント特性をまず検討し、試験片の変形によるフォトンの放出が検出できることを確認した後、各種高分子および複合材料としてそれらの非相溶ブレンド試料を対象に実験を行った.非晶性高分子としてはポリカーボネート(PC)、およびポリフェニレンエーテル(PPE)およびこれらのゴム粒子添加試料について変形開始から破壊までの応力変化とフォトンの発生状態を求めた結果、とくにブレンド物においては発光がクレイズの発生と対応することを明らかにした.また、単体では変形とともにフォトンの数が増加し、降伏および破壊点でピークを持つこと、破壊後もテイリングを有することが明らかになった.また、結晶性高分子としてはナイロンおよびポリオレフィン類について同様な検討を行った結果、ナイロンについては基本的には非晶性高分子と類似した結果が得られたが、吸水することでフォトンの発生は大きく減少した。ポリオレフィンについては変形と破壊に伴う発光は認められなかった.熱硬化性樹脂であるエポキシについては未反応のエポキシ基の存在によりフォトンの発生数が影響を受けることが明らかとなり、変形より架橋密度などを推定するのに有効であることが明らかとなった.複合材料あるいは複合材料のマトリックス高分子の微視的な破壊過程を検討するために、変形と破壊における分子鎖切断に伴うフォトンの検出を行うことで解析した.変形や破壊によるフォトンの放出は極微弱であるために、検出装置そのものが問題と成る.本研究では、光電子倍増管を用いて、走査型電子顕微鏡の試料室中に検出装置と試料負荷装置を組んだ後、その基本装置特性を調べることから始めた.その結果、ダ-クカウント特性をまず検討し、試験片の変形によるフォトンの放出が検出できることを確認した後、各種高分子および複合材料としてそれらの非相溶ブレンド試料を対象に実験を行った.非晶性高分子としてはポリカーボネート(PC)、およびポリフェニレンエーテル(PPE)およびこれらのゴム粒子添加試料について変形開始から破壊までの応力変化とフォトンの発生状態を求めた結果、とくにブレンド物においては発光がクレイズの発生と対応することを明らかにした.また、単体では変形とともにフォトンの数が増加し、降伏および破壊点でピークを持つこと、破壊後もテイリングを有することが明らかになった.また、結晶性高分子としてはナイロンおよびポリオレフィン類について同様な検討を行った結果、ナイロンについては基本的には非晶性高分子と類似した結果が得られたが、吸水することでフォトンの発生は大きく減少した。ポリオレフィンについては変形と破壊に伴う発光は認められなかった.熱硬化性樹脂であるエポキシについては未反応のエポキシ基の存在によりフォトンの発生数が影響を受けることが明らかとなり、変形より架橋密度などを推定するのに有効であることが明らかとなった.
SMA繊維によるCFRP製圧力容器の耐圧強度の向上と損傷同定

本研究ではSMA(形状記憶合金)繊維を用いて、CFRP製圧力容器の耐圧強度の向上と容器の簡便な損傷同定手法を確立することを目的に平成13年度と14年度の2年間行われたが、以下に研究成果の概要を示す。1.SMA繊維による耐圧強度の向上を確認するため、まずアルミ中空円筒の内圧試験を行い、0.3%の圧縮ひずみ与えたSMA繊維をアルミ中空円筒の周方向に巻いた場合の破断ひずみは、巻かない場合に比べて66%増加し、耐圧強度の向上を確認した。2.CFRP円筒を成形し、SMA繊維をCFRP円筒に巻き付けてその耐圧強度を求めたが、この場合も巻き付けない場合に比べて耐圧強度が上昇する。しかし、等方性アルミ中空円筒の場合と違って、CFRP製の円筒の耐圧強度と破壊モードは円筒成形時のCFRP材の配向角、SMA材の巻き角度の関数となり、最適なCFRP配向角とSMA繊維の巻き角度を明らかにする必要性を示した。3.SMA繊維を巻いたCFRP製圧力容器を逆変態温度以上に加熱して行った耐圧実験結果、SMAに記憶させた圧縮ひずみを利用した容器のひずみデータは、CFRP製圧力容器単体、SMA繊維を巻いただけの圧力容器(逆変態温度以下で実験)のひずみデータよりも小さくなり、SMA繊維によるタガ締め効果が確認できた。4.素線径1.0mmの方が素線径0.5mmよりタガ締め効果が大きい。さらに、素線径1.0mmのSMA繊維を巻いたCFRP製圧力容器(逆変態温度以上)の破裂圧力は圧力容器単体の値に比べて25.5%向上し、本研究の主要な目由が達成できた。5.SMA繊維によるCFRP製圧力容器の耐圧強度の向上を解析的に明らかにするために、CFRP圧力容器をSHELL要素、SMA繊維はBEAM要素を用い、SMA繊維の記憶した圧縮ひずみを線膨張係数と負の温度でモデル化したFEM解析は実験結果と良い一致を得た。このFEMを用いて、CFRPとSEMの両巻き角度をパラメータとした最適設計の角度を得ることで圧力容器の耐圧強度を一層向上させることができる。またこのFEMはCFRP製圧力容器内部の損傷を同定する簡便な手法の確立にも貢献する。本研究の成果は、韓国複合材料学会に2002年度春季講演会での招待講演、日本材料学会や日本機械学会の講演会で発表さら、内外に広く公表された。本研究の目的はSMA(形状記憶合金)繊維を用いて、CFRP製圧力容器の耐圧強度の向上と容器の簡便な損傷同定手法を確立することである。1年目の今年度は、圧力容器の耐圧強度を向上させるために、以下に示す項目について研究成果を得た。

1.SMA繊維による耐圧強度の向上を確認するため、まず等方性アルミ中空円筒の加圧試験を行い、高温(460°C)で30分間の加熱よって0.3%の圧縮ひずみ与えたSMA繊維をアルミ中空円筒の周方向に巻いた場合の耐圧強度は、巻かない場合に比べて66%増加し、耐圧強度の向上を確認した。この理由は、中空円筒の周方向に巻いたSMA繊維の圧縮応力が加圧により生じた周方向引張り応力を軽減したためで、破断方向も周方向応力による中空円筒の軸方向の破断から軸方向応力による中空円筒の周方向の破断に変化した。2.フィラメントワインディング装置を用いてCFRP円筒を成形し、SMA繊維をCFRP円筒に巻き付けてCFRP円筒の耐圧強度を求めたが、この場合も巻き付けない場合に比べて耐圧強度が上昇することを実験的に明らかにした。しかし、等方性アルミ中空円筒の場合と違って、耐圧強度の増加量及び破壊モードは円筒成形時のCFRP材の配向角、SMA材の巻き角度の関数となり、最適なCFRP配向角とSMA繊維の巻き角度を明らかにするため、実験を継続中である。3.SMA繊維によるCFRP製圧力容器の耐圧強度の向上を解析的に明らかにするために、CFRP円筒をSHELL要素、SMA繊維はBEAM要素を用い、SMA繊維の記憶した圧縮ひずみを線膨張係数と負の温度でモデル化した解析を有限要素法で行い、実験結果と比較的良い一致を得た。本年度の主要な成果は日本機械学会第8期関東支部講演会及び日本材料学会第31回FRPシンポジウムで講演発表され、近日中に材料学会に投稿予定である。近年,大気汚染の問題からLEV(Low Emission Vehicle)が各種開発されている.これらの中でZEV(Zero Emission Vehicle)を目標とする燃料電池自動車が注目されており、燃料の圧縮水素ガスを貯蔵する高圧水素容器の検討がなされている。車載する水素貯蔵容器の特性として走行距離の問題から軽量,高耐圧容器が望まれている。本研究では軽量化に優れた既存の炭素繊維強化プラスチック(Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP)製の圧力容器に圧縮応力を付与した形状記憶合金(Shape Memory Alloy, SMA)を巻きつけ、タガ締め効果による耐圧強度の一層の向上を図ったが、その評価を実験及び有限要素法の解析を用いて行った。研究対象として考えた圧力容器は、6061アルミライナー、CFRP層とGFRP層で構成されている酸素呼吸用の圧力容器(容量2リットル)で、口金部、ドーム部と円筒部の構造からなる。耐圧及び破壊実験と有限要素法の解析との比較・検討結果から次の事柄が明らかになった。(i)(1)圧力容器だけの場合、(2)SMAワイヤーをただ巻いただけの圧力容器(変態温度以下)、(3)SMAワイヤーを巻いて記憶させた圧縮応力を作用させた場合の圧力容器(変態温度以上)について、それぞれに内圧15MPaまで与え、ひずみを比較した結果SMAによるタガ締め効果が確認でき、実験結果は有限要素法の結果と良い一致を見た。(ii)素線径0.5mmと素線径1.0mmのSMAワイヤーを巻いた圧力容器(変態温度以上)の耐圧実験の結果を比較すると、胴部中央の4chでは素線径1.0mmのSMAを巻いた方がひずみをより抑える事が確認でき、形状記憶合金によるタガ締め効果は素線径が大きい方がより期待できることを明らかにした。(iii)素線径1.0mmのSMAワイヤーを巻いた圧力容器(変態温度以上)は圧力容器単体の破壊圧力と比較すると耐圧強度は25.5%向上し、SMAによるタガ締め効果を明確に示した。本研究の成果は日本材料学会の第32回FRPシンポジウムで公表され、日本機械学会2003年度年次大会で公表予定であり、近日中に論文として日本材料学会もしくは日本機械学会に投稿する。
統合的神経機能の制御を標的とした糖鎖の作動原理解明

本新学術領域「統合的神経機能の制御を標的とした糖鎖の作動原理解明」の研究目標は、神経機能を制御する「糖鎖機能ドメイン」から受容体、下流の分子動態、統合的な神経機能に至る制御機能の解明である。そして、糖鎖研究と神経研究の融合・連携により、「神経糖鎖生物学」という新たな学問領域の創生を目指すことを大目的としてH23に発足した。中間報告においても有機的な連携が進められているとの高評価を受けた。期間終了に際して、「新しい学術の創生」の成否を自己点検する客観的な情報として、1.融合研究進展の状況、2.国際化の推進、3.若手研究者育成の評価、4.アウトリーチ活動を主要注目点とし、これまでの活動に関する情報を、収集、整理、分析し、これらの結果を総括することが本研究の目的であった。結論として、「新学術領域『神経糖鎖生物学』最終シンポジウム」の開催ならびに前期・後期両方の公募班メンバーと計画班メンバーとの連絡網によって、十分な情報の収集ができ、本新学術領域の総括ができた。融合研究進展の状況調査及びアウトリーチ活動担当の北川を研究分担者とし、融合研究進展の状況調査担当の岡、国際化の推進担当の柚崎、小松、高宮、若手研究者の育成担当の戸島、古川、吉田を連携研究者に置き、まず、事後1年を含めた研究活動や成果は別途報告書としてまとめるために各班員から収集した。その結果、研究成果の進捗を確認した。情報収集とアウトリーチのために「新学術領域『神経糖鎖生物学』最終シンポジウム」を平成29年3月3日4日に名古屋で開催した。ここには、計画班、前期・後期の公募班、評価者、班友が一堂に会し、さらに一般公開とし一般の研究者も参加した。特に若手研究者の発言が従前の通り多く活発な議論があり、参加者のほとんどがこれまでの研究総括をポスターで行い、議論を交わした。新ジウムの終了後も若手を中心に深夜まで活発な交流が続いた28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。
光誘起相転移における格子歪みダイナミクス

スピンクロスオーバー(SC)系などが示す光、温度、圧力など様々な刺激による相転移機構において、格子変形に伴う歪みで生じる弾性相互作用による協力的効果の解明が重要である。我々は、二次元SC系において、これまで知られていない臨界現象や新たな相が存在することを理論的に示した。また、関連するある種の長距離相互作用系における有限サイズ効果による帯磁率の発散的振る舞いの機構を解明した。さらに光照射後の高スピン状態の生成ダイナミクスを調べる計算方法の開発を進めた。光誘起相転移を示すスピンクロスオーバー(SC)系においては、その状態変化の過程で、バイブロニックなカップリングを通して分子の構造変化と電子状態変化が連動するため、格子変形に伴う歪みにより弾性相互作用が生じるが、この弾性相互作用の性質は非自明であり、協力現象の発現に重要であることが分かっている。これまでの我々の研究で、格子と短距離相互作用の種類によって、弾性相互作用の協力的効果が大きく異なることが分かっている。今年度は、スピンクロスオーバー三角格子系に焦点を当て、短距離相互作用と格子自由度(弾性相互作用)の競合、協力にによる秩序化の性質について詳しく調べた。温度変化によってLow spin (LS)相、High spin (HS)相の二相共存線上を変化させた時に現れる臨界現象の解析を行った。Ising系に、LSとHSの分子の大きさの違いを考慮した弾性相互作用を導入してSC系のモデルを構築した。次近接相互作用をもつ反強磁性イジング三角格子系においては、double Kosterlitz-Thouless (KT)転移が起こる事が知られているが、それに格子の自由度を加えたSC系のモデルにおいては、その弾性相互作用の実効的長距離相互作用としての効果のために、臨界現象の特徴が変化することを見いだした。弾性相互作用が比較的弱い場合は、KT相は存在し、その高温側において弾性相互作用の効果は現れずKT転移が起こるが、低温側では、弾性相互作用の効果によりKT転移とは異なる転移が起こることが明らかになった。そして、その相転移点では、新しいクラスの臨界現象が起こっている可能性を示した。このほか、3次元系の解析にも着手して研究を進めている。光などの外部刺激で状態変化するスピンクロスオーバー(SC)系において、フラストレーションと弾性相互作用の相乗あるいは競合の効果が起こる場合についての相転移、臨界現象の理論解析をさらに進めた。その結果、この2次元SC系が示すBerezinskii-Kosterlitz-Thouless(BKT)中間温度相における端点(高温側と低温側の相転移点)の性質に関して、新しいユニバーサリティーを持った2次転移(低温側)とBKT転移(高温側)が起こり得る事を明らかにし、BKT中間相端点の相転移の性質に新しいシナリオがあることを見出した。更に、2段階相転移を示SC系の相転移機構と光誘起相の性質に関して、レンヌ大の実験グループと共同研究を行い、実験的検証と理論解析を行った。中間温度相においては、HS-HS-LS-LSのオーダーを持つストライプ構造が現われる事、光誘起high spin (HS)相からの緩和は2段階で起き、局所的なHS-HS-LS-LSオーダーが見られること、ANNNI-like modelを用いて実験的特徴をよく説明出来ることなどを明らかにした。また、フロリダ州立大との共同研究において、反強磁性様相互作用と長距離相互作用を有すSC系のモデルの解析を行い、中間的な強さの長距離相互作用の場合に、短距離力あるいは長距離力単独では出現しない非自明な相と臨界点(critical endpointおよびmean-field critical point)が現われる事を明らかにした。BKT中間相は2次元融解現象などで見いだされているが、SC系におけるBKT中間温度相の性質の解明、特にその相の端点における新しい相転移現象の発見は、SC系の相転移機構の理解を深めるばかりでなく、相転移・臨界現象の基礎研究においても重要な進展である。実験研究者との共同研究ではHS-HS-LS-LSなど新しいパターンをもつSC系の相も見つかっており、SC系の光誘起現象や相転移研究に新たな進展がある。弾性相互作用の実効的長距離性の発現の機構は、格子の対称性や共存する短距離相互作用の種類に大きく依存して変わることが、我々の研究で明らかになってきた。光誘起現象の更なる理解に向けて我々が開発したスピン状態変化と格子緩和のタイムスケールの差を考慮した「ハイブリッド法」の拡張を引き続き進めている。上記の研究、開発は、実験研究者と協力して行っている。光などで誘起される相転移を示すスピンクロスオーバー(SC)系の相転移および臨界現象においては、格子歪みによる弾性相互作用がSC秩序形成に重要な役割を果たすこと、そして、その弾性相互作用が、状況により長距離相互作用としての性質を持つことを明らかにしてきた。本年度は、その長距離相互作用の理解を深めるため、フラストレート相互作用を持つ反強磁性Ising三角格子系において、副格子内外それぞれに長距離相互作用を持つモデルの相転移、臨界現象の解析を行った。この系は、パラメータ領域により2種類の相変化を示す。温度と共に無秩序相、部分無秩序相、3副格子フェリ磁性相、2副格子フェリ磁性相へ変化する場合と、無秩序相から2副格子フェリ磁性相へ変化する場合がある。バルクでは無秩序相から2副格子フェリ磁性相への転移において、帯磁率は発散しないが、有限サイズ効果によって帯磁率の発散的振る舞いが起こる事、その原因が部分無秩序相と2副格子フェリ磁性相の構造(縮退)にある事、等を明らかにした。またそれらの相転移現象は、一般化6状態

クロックモデルの長距離相互作用モデルのあるパラメーター領域で起こる物理として捉えられることも明らかにした。また、パルスレーザー照射後に見られるSC系のelastic step現象に関して、アレクサンドル・ヨアン・クザ大学の理論グループおよびレンヌ大の実験グループと共同で、mechanoelastic modelにおけるモデル化を行い、光照射後の高スピン相の生成において弾性相互作用が協力的に働く動的な特徴を捉えることに成功した。これは、この現象に関する初の理論的研究である。スピンクロスオーバー(SC)系などが示す光、温度、圧力など様々な刺激による相転移機構において、格子変形に伴う歪みで生じる弾性相互作用による協力的効果の解明が重要である。我々は、二次元SC系において、これまで知られていない臨界現象や新たな相が存在することを理論的に示した。また、関連するある種の長距離相互作用系における有限サイズ効果による帯磁率の発散的振る舞いの機構を解明した。さらに光照射後の高スピン状態の生成ダイナミクスを調べる計算方法の開発を進めた。光スイッチングを示すスピンクロスオーバー(SC)系には、様々な結晶構造や格子を有するものがある。その中で、三角格子系に関する実験も行われているが、その場合、相互作用が強磁性様であり、Hish spin (HS)相かLow spin (LS)相のみが秩序相形成に関与する。三角格子系での反強磁性様な相互作用に関しては、実験、理論の研究は無く、その性質を明らかにすることは、SC系の新たな物性研究に重要であると考えられる。今回、我々は、その反強磁性様な相互作用がある系の理論的研究において重要な進展があり、これまで知られていない臨界現象を見いだした。HS相、LS相、LS-HS交替相が絡む相転移の性質は、これまで研究されてきているが、今回のフェリ様相が絡む相転移の性質が明らかになったことで、SC系の光誘起現象や相転移研究の新たな展開が期待できる。また、弾性相互作用の実効的長距離性の発現の機構は、格子の対称性や同時に存在する短距離相互作用の種類に大きく依存して変わることが、我々の研究で明らかになってきた。それに加え、新しい臨界現象を示したことは、統計力学における相転移・臨界現象の基礎研究においても重要である。研究計画に示した3次元系へのシミュレーション手法の拡張には着手しており、いくつかの系で試験している。また、我々が開発した、スピン状態変化と格子緩和のタイムスケールの差を考慮したハイブリッド法も、光誘起現象への適用へ向けて改良を行っている。上記の研究、開発は、実験と協力して行っている。格子歪みに由来する弾性相互作用と共存する相互作用の相乗、競合の効果が秩序形成に及ぼす機構についてさらに調べる予定である。相図を明らかにしSC転移のパターンの分類を行う。我々が開発してきたハイブリッド法を更に拡張し、光励起後のスピン状態の秩序変数および格子変形の時間依存性の相違を調べる。elastic stepなどの機構について考察する。3次元系の理論解析を進める。
「ゆらぎ」を用いて外乱に高速に適応する動的ネットワークに関する研究

本研究は,個々の計算資源は乏しいが膨大な数の移動ノードで構成される動的ネットワークにおいて,ノードの故障や外部からの攻撃などの外乱によって不安定な状態に陥ったネットワークを高速に復旧するための基盤技術の確立を目的とする.このような動的ネットワークにおいて外乱が引き起こす異常状態から自律復旧を行う頑健なアルゴリズムは,多くのタスクについて実現不可能であるか,(実現できても)復旧時間が長く外乱発生のたびにシステムが長期間不安定状態に陥ることが多い.本研究は,外乱からの復旧完了後であってもわずかな確率で再度異常状態に陥る「ゆらぎ」を許容することをアプローチとして,動的ネットワークにおいても高速かつ頑健なアルゴリズム群を実現するための基盤技術を確立することを目指すものである.本研究によって,動的ネットワークの外乱に対する耐性を汎用的にかつ著しく高めることが期待できる.初年度である本年度では,本研究の主題,すなわち動的ネットワークにおいて外乱に対して頑健かつ高速なアルゴリズムを設計可能であるかという問いを当初の目論見通り肯定的に解決することに成功した.具体的には,近年盛んに研究が行われている個体群モデル(population protocols)と呼ばれる動的ネットワークの計算モデルにおいて,多くの既存アルゴリズムが依拠する最も重大かつ基本的な問題のひとつであるリーダ選挙問題(ネットワークを構成する多数のノードのうち,ただひとつのノードにリーダという役割を与える問題)を頑健かつ高速に解くアルゴリズムを設計することに成功した.また,同モデルにおいて,頑健性は持たないものの,現時点で世界最速のリーダ選挙アルゴリズムを設計することにも成功した.この成果は,先に述べた頑健なリーダ選挙アルゴリズムをさらに高速化できる可能性があることを示唆している.本研究の初年度である平成30年度において,上記概要で述べたとおり,すでに本研究の主題である学術的「問い」に解を与え,個体群モデルにおいてネットワークの外乱(ノードの故障やノードの参加・離脱)に対して頑健かつ高速なリーダ選挙アルゴリズムを設計することに成功した.高速性について具体的に述べると,既存の頑健なリーダ選挙アルゴリズムのうち最も高速なアルゴリズムがノード数nに比例した実行時間(O(n))を要するのに対し,新たに提案したアルゴリズムはノード数に関する対数多項式時間(O(log^3 n))で計算を完了する.これは,簡単に言えば,これまで数時間を要した計算を数十秒で実行するような劇的な改善であるといえる.この結果は,brief announcementとしては分散コンピューティング分野における最難関国際会議(DISC 2018)で発表を行い,regular paperとしては同分野の主要な国際会議のひとつであるOPODIS 2018で発表を行った(ともに査読付き).また,個体群モデルにおいて,外乱に対して頑健ではない通常のリーダ選挙を実現するにあたり,既存の最も高速なアルゴリズムよりもさらに高速なアルゴリズムを設計することに成功した.具体的には,これまでのどの既存研究も達成できなかった,対数時間(O(log n))で計算を完了するアルゴリズムの設計に成功した.本モデルにおいてはどのようなアルゴリズムも対数時間未満でリーダ選挙問題を解くことは不可能であることが証明できるため,この提案アルゴリズムは,理論的にこれ以上改善しようのない最速のリーダ選挙アルゴリズムであることがいえる.この結果をまとめた論文はpreprintとしてはすでに一般公開しており,現在国際会議に投稿中である.上記を踏まえ,本研究は当初の計画以上に進展していると言える.上述の通り,動的ネットワークにおいて外乱に対して頑健かつ高速なリーダ選挙アルゴリズムの実現については平成30年度で既に達成した.次年度以降は,このリーダ選挙アルゴリズムをもとにして他の問題についても同様に頑健かつ高速なアルゴリズムの設計を試みる.また,「現在までの進捗状況」の項目で触れた,頑健性は持たないものの理論上最速(対数時間)でリーダ選挙を実現するアルゴリズムの存在は,頑健性を持たせた場合でも対数時間(O(log n))でリーダ選挙を実行できる可能性を示唆しており,その実現可否を考究することは本研究にとっての新たな課題のひとつとなった.平成31年度は優先的にこの新たな課題に取り組む予定である.本研究は,個々の計算資源は乏しいが膨大な数の移動ノードで構成される動的ネットワークにおいて,ノードの故障や外部からの攻撃などの外乱によって不安定な状態に陥ったネットワークを高速に復旧するための基盤技術の確立を目的とする.このような動的ネットワークにおいて外乱が引き起こす異常状態から自律復旧を行う頑健なアルゴリズムは,多くのタスクについて実現不可能であるか,(実現できても)復旧時間が長く外乱発生のたびにシステムが長期間不安定状態に陥ることが多い.本研究は,外乱からの復旧完了後であってもわずかな確率で再度異常状態に陥る「ゆらぎ」を許容することをアプローチとして,動的ネットワークにおいても高速かつ頑健なアルゴリズム群を実現するための基盤技術を確立することを目指すものである.本研究によって,動的ネットワークの外乱に対する耐性を汎用的にかつ著しく高めることが期待できる.初年度である本年度では,本研究の主題,すなわち動的ネットワークにおいて外乱に対して頑健かつ高速なアルゴリズムを設計可能であるかという問いを当初の目論見通り肯定的に解決することに成功した.具体的には,近年盛んに研究が行われている個体群モデル(population protocols)と呼ばれる動的ネットワークの計算モデルにおいて,多くの既存アルゴリズムが依拠する最も重大かつ基本的な問題のひとつであるリーダ選挙問題(ネットワークを構成する多数のノードのうち,ただひとつのノードにリーダという役割を与える問題)を頑健かつ高速に解くアルゴリズムを設計することに成功した.また,同モデルにおいて,頑健性は持たないものの,現時点で世界最速のリーダ選挙アルゴリズムを設計することにも成功した.この成果は,先に述べた頑健なリーダ選挙アルゴリズムをさらに高速化できる可能性があることを示唆している.

本研究の初年度である平成30年度において,上記概要で述べたとおり,すでに本研究の主題である学術的「問い」に解を与え,個体群モデルにおいてネットワークの外乱(ノードの故障やノードの参加・離脱)に対して頑健かつ高速なリーダ選挙アルゴリズムを設計することに成功した.高速性について具体的に述べると,既存の頑健なリーダ選挙アルゴリズムのうち最も高速なアルゴリズムがノード数nに比例した実行時間(O(n))を要するのに対し,新たに提案したアルゴリズムはノード数に関する対数多項式時間(O(log^3 n))で計算を完了する.これは,簡単に言えば,これまで数時間を要した計算を数十秒で実行するような劇的な改善であるといえる.この結果は,brief announcementとしては分散コンピューティング分野における最難関国際会議(DISC 2018)で発表を行い,regular paperとしては同分野の主要な国際会議のひとつであるOPODIS 2018で発表を行った(ともに査読付き).また,個体群モデルにおいて,外乱に対して頑健ではない通常のリーダ選挙を実現するにあたり,既存の最も高速なアルゴリズムよりもさらに高速なアルゴリズムを設計することに成功した.具体的には,これまでのどの既存研究も達成できなかった,対数時間(O(log n))で計算を完了するアルゴリズムの設計に成功した.本モデルにおいてはどのようなアルゴリズムも対数時間未満でリーダ選挙問題を解くことは不可能であることが証明できるため,この提案アルゴリズムは,理論的にこれ以上改善しようのない最速のリーダ選挙アルゴリズムであることがいえる.この結果をまとめた論文はpreprintとしてはすでに一般公開しており,現在国際会議に投稿中である.上記を踏まえ,本研究は当初の計画以上に進展していると言える.上述の通り,動的ネットワークにおいて外乱に対して頑健かつ高速なリーダ選挙アルゴリズムの実現については平成30年度で既に達成した.次年度以降は,このリーダ選挙アルゴリズムをもとにして他の問題についても同様に頑健かつ高速なアルゴリズムの設計を試みる.また,「現在までの進捗状況」の項目で触れた,頑健性は持たないものの理論上最速(対数時間)でリーダ選挙を実現するアルゴリズムの存在は,頑健性を持たせた場合でも対数時間(O(log n))でリーダ選挙を実行できる可能性を示唆しており,その実現可否を考究することは本研究にとっての新たな課題のひとつとなった.平成31年度は優先的にこの新たな課題に取り組む予定である.当初計画よりも早期に研究成果に恵まれ,初年度における対外発表による旅費経費が計画額を超過したため,初年度購入予定だった物品(シミュレーション解析用計算機)の購入を断念した.この調整の結果,3万円強の差額が生じた.差額は微少であるので,次年度以降,概ね計画通りに助成金を使用していく.