hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
深部地下水環境での長半減期核種の移行を支配する物質の解明

現在のHLW地層処分の長期安全評価では、一般的な地下水組成を対象とした熱力学評価から、アクチノイド等の長半減期核種は主として加水分解反応により溶解度が制限され、地中での移行挙動が支配されると考えられている。これに対し近年、幌延や瑞浪の地下研の完成により、我が国でも地下300m以深の実際の処分深度の地下水を雰囲気を乱すことなく採取可能になった。そこで本研究では異なる地質の地下研で深部地下水を採取し、ここにランタノイドやアクチノイドを添加し、分析によりこれら核種の溶解度や移行を支配する地下水成分を明らかにする。
ナノ磁性金属スピンフィルターによる半導体スピンプローブ

半導体中の電子スピンを検出する方法として、従来光学的手法が用いられてきたが、本研究では、スピンエレクトロニクスデバイスへ実装することを念頭におき、より現実的なスピン検出法として、スピンフィルター効果を利用する手法の実現可能性について検討することを目的とする。具体的には、直接遷移半導体GaAs中に励起したスピン偏極電子がFe細線に流入するときに、Fe細線のフェルミエネルギーにおけるスピン依存状態密度により、電気伝導度が電子のスピンに依存する性質を利用して、光電流のスピン依存性に基づいて検討する。A10x絶縁障壁を介したFe細線とGaAs基板との接合試料を、電子線リソグラフィーおよび超高真空蒸着法により作成した。作成した試料に対して膜面に垂直に波長865nmの円偏光を照射し、GaAs中にスピン偏極電子を励起する。励起電子のスピン方向とFeの磁気モーメントの方向との相対関係を光弾性変調器を用いて変化させることで、励起電子のスピンに依存する電気伝導度を計測した。計測したスピン依存光電流は200K付近に特徴的な構造を示し、一方で、無偏光を照射して計測したスピン依存しない光電流は200K付近にプラトーを示した。これらの結果に基づいて、Fe細線によるスピンフィルター効率を求めると、200K付近で極大を取ることが明らかとなった。スピンに依存しない光電流が200K付近でプラトーを示すことから、このスピンフィルター効率の極大はA10x層を介したスピン依存トンネル効果に起因するものであると推察される。しかしながら、スピンフィルター効率は高々2%程度であり、更なる効率の向上には接合界面のより精密な制御が必要であると考えられる。本研究では、半導体から磁性金属に電子が流入する際の電気伝導率が、磁性金属のスピン依存状態密度に依存して変化すること(スピンフィルター効果)を利用して、半導体中に励起された伝導電子のスピンを検出することを目指している。具体的には、超高真空蒸着、リフトオフ法により作製した線幅0.7μmのFe(5nm)/A10x(1.5nm)/GaAs細線試料に対して、GaAsのバンドギャップと等しいエネルギーの円偏光を照射することでGaAs中にスピン偏極電子を励起し、そのスピン偏極電子がFe細線に流入する際の光電流の照射光円偏光度依存性を光弾性変調器を用いてロックイン計測した。円偏光度を変化させることにより励起電子のスピン偏極度を変化させることができるため、光電流の照射光円偏光度依存性はスピンフィルター効果と直接対応する。測定に用いたFe細線の磁区構造を磁気力顕微鏡により観察し、残留磁化状態で細線の端を除いて単磁区構造が保持されていることが確認された。p型GaAs基板上に作成した試料に対して、A10x絶縁層に起因する電流-電圧曲線の明瞭な非線形性が観測され、良好なトンネル障壁が形成されていることが示唆された。この試料に対して円偏光度依存光電流を計測し、照射光エネルギーが1.42eVの時、円偏光度依存光電流のバイアス依存性においてバイアス電圧0.4V付近に明瞭なピーク構造が観測された。一方、照射光エネルギーを高エネルギー側にシフトすると、このピーク構造は消滅した。このことは、照射光のエネルギーがGaAsのバンドギャップと等しいときに大きなスピン偏極度を持つ電子が励起され、その結果、Fe細線に電子が流入する際にスピンフィルター効果によって円偏光度依存性が観測されたと解釈される。より明瞭な結果を得るために低温での計測を進めている。
顔・身体表現から検討するトランスカルチャー下の装飾美

◆国際シンポジウム「イレズミ・タトゥーと多文化共生ー「温泉タトゥー問題」への取り組みを知る」日時:2019年3月30日(土)13:0016:45、会場:TKP西新宿コンファレンスセンター3Bホール研究代表者と協研究力者との4月の打ち合わせ、9月の桑原牧子・山本が合同でおこなった台湾・台東にある国立史前文化博物館での所蔵品調査、中部人類学会談話会、日常的なメールでの討論などを活かしてシンポジウムをおこなった。一般参加者が67名、取材者が30名以上集まった本シンポジウムでは、研究代表者の山本芳美が司会・コメントをした。また、研究協力者のMatt Lodder氏がJapanese tattooing in the contexts of Japonisme in late 19th century Britain」、大貫菜穂氏が「イレズミのかたちと身体の形象との連環」を発表した。また、津村文彦氏がタイ、秦玲子氏がマオリ、山越英嗣氏が日本のストリートカルチャーから、フィールドリサーチに基づいたコメントをおこなった。他分野の研究者・ジャーナリストも招き、芸術学や美術史、現代思想、文化人類学、実務的な視点から現状を検討した。◆中部人類学談話会第244回例会◆「人類学におけるイレズミ・タトゥー研究の新展開」日時:2018年9月22日(土)13:3017:00、会場:名城大学ナゴヤドーム前キャンパス西館DW401教室中部人類学会談話会との共催による研究会である。山越英嗣「「痛み」を通じた共同体の形成千葉市で商店を営む若者たちのタトゥーを事例として」、桑原牧子「イレズミ=ティキの神像・偶像化と模様化ジェル、ラトゥール再考」、津村文彦氏(名城大学外国語学部)「東北タイにおけるサックヤンと憑依」3名が発表、山本がコメントした。人類学の研究者が15名ほど参加した。今年度予定していた研究計画(4月の打ち合わせ、5月の領域会議、9月に研究代表者の山本芳美と協力者の桑原牧子が実施した台湾・台東の国立史前文化博物館に収容されていた岩佐嘉親南太平洋民族資料の調査、中部人類学会研究会、11月の東京外国語大学での研究協力者の大貫菜穂氏の発表、12月の領域会議、3月の国際シンポジウム」をすべて実行・完了したため。今年度の研究計画では、台湾での調査活動を継続する。台湾のパイワン族彫師らと南太平洋の人々との交流がイレズミを軸とした文化復興活動を支えている。国立史前文化博物館での収蔵資料の調査も引き続き実施する。また、研究協力者の大貫菜穂氏は彫師の技法についての調査を実施する予定である。同じく、研究協力者の秦玲子氏によって、8月に来日するマオリのイレズミを軸とした東京での交流活動の調査を実施してもらう。3月に一度、イギリス在住のMatt Lodder氏以外の研究協力者とともに研究会をおこない研究終了とする。アウトリーチ活動としては、沖縄県立博物館・美術館の企画展「台湾展黒潮がつなぐ隣ジマ」に協力する。また、その連携企画展として「沖縄の針突、台湾原住民族のイレズミ」展を同館の企画展示室にて、企画・実行委員会代表の立場で9月か10月に1週間程度実施する予定である。

今年度予定していた研究計画(4月の打ち合わせ、5月の領域会議、9月に研究代表者の山本芳美と協力者の桑原牧子が実施した台湾・台東の国立史前文化博物館に収容されていた岩佐嘉親南太平洋民族資料の調査、中部人類学会研究会、11月の東京外国語大学での研究協力者の大貫菜穂氏の発表、12月の領域会議、3月の国際シンポジウム」をすべて実行・完了したため。今年度の研究計画では、台湾での調査活動を継続する。台湾のパイワン族彫師らと南太平洋の人々との交流がイレズミを軸とした文化復興活動を支えている。国立史前文化博物館での収蔵資料の調査も引き続き実施する。また、研究協力者の大貫菜穂氏は彫師の技法についての調査を実施する予定である。同じく、研究協力者の秦玲子氏によって、8月に来日するマオリのイレズミを軸とした東京での交流活動の調査を実施してもらう。3月に一度、イギリス在住のMatt Lodder氏以外の研究協力者とともに研究会をおこない研究終了とする。アウトリーチ活動としては、沖縄県立博物館・美術館の企画展「台湾展黒潮がつなぐ隣ジマ」に協力する。また、その連携企画展として「沖縄の針突、台湾原住民族のイレズミ」展を同館の企画展示室にて、企画・実行委員会代表の立場で9月か10月に1週間程度実施する予定である。
ボツリヌス神経毒素の結晶構造解析と受容体結合様式の特殊性の解明

C型およびD型に分類される4種の毒素受容体結合ドメイン(Hc)について結晶構造と結合特異性についての解析を試みた。4種のHcのうち、DCモザイク毒素由来のOFD05Hcの立体構造をSe-SAD法にて2.8Aの分解能で決定した。しかし、N末端ドメインのフレキシビリティが高く、良好なモデルを構築することが出来なかった。そこで、N,C末端の各ドメインを別々に調製し、それぞれの構造を分子置換法により決定した上、これらの構造を上記のHcの構造に重ね合わせることにより、全体構造を構築した。明らかになった構造を機知のボツリヌス毒素のHcと比較したところ,本Hcには特徴的な長いループ領域の存在が確認された。このループには硫酸イオンが結合しており、機能発現における重要性が示唆された。また、他のボツリヌス毒素と同様にC末端領域にはポケット構造が存在していた。次に、立体構造をもとに31種類のAla残基置換体とループ領域の欠失変異体を作製し、その受容体結合活性を表面プラズモン共鳴と培養細胞への結合アッセイにより評価した。その結果、ループ領域とポケット周辺への変異導入により、結合活性が著しく減少することが明らかになった。更に、ガングリオシド中に含まれるSialyllactoseとの複合体の結晶構造を3.4Aの分解能で決定した。明らかになった構造において、単糖分子の電子密度が上記のポケット中に確認された。この部位は、他のボツリヌス毒素においてもガングリオシド結合ポケットとして機能することが報告されており、OFD05Hcにおいても同様の機構によりガングリオシドを認識することが示唆された。このことは、変異体解析の結果からも強く裏付けられる。一方、長いループ周辺には有意な電子密度は確認されず、このループが直接ガングリオシドを認識しているかどうか明らかにするためには、より詳細な解析が必要と考えられた。ボツリヌスA型及びB型毒素については、結晶構造が明らかになっており、その構造情報を基に受容体認識機構の解析が進んでいる。しかしながら、C型やD型毒素についての結晶構造は明らかにされておらず、毒素-受容体相互作用の詳細な結合様式の解明には至っていない。そこで本研究ではC型およびD型に分類される4種のHcについて結晶構造と結合特異性についての解析を試みた。各HcをHis-tag融合蛋白として精製し、種々の条件で結晶化を試みたところ、すべてのHcについて結晶化に成功した。この結晶について大型放射光施設(Spring 8およびPF)にてX線回折データを収集したところ、DCモザイク毒素由来のOFD05Hcについては2.8Aの回折データを得ることができ、そこから構造決定に成功した。すでに明らかとなっているA型およびB型のHcと比較すると、OFD05Hcは一部共通した構造を有している一方で、ガングリオシド認識に関与すると予想される領域は異なる構造をしており、それを構成するアミノ酸も他の型とは異なることが考えられた。また、Biacoreを用いてOFD05Hcのガングリオシドへの結合性について検討したところ、典型的なC型配列を有するCB-19HcがGD1b、GT1bに結合するのに対し、OFD05HcはGM1a、GD1a、GQ1bに高い親和性を示し、ガングリオシドへの結合特異性についても他の型とは異なる性質をもつことがわかった。今後、これらの結合に関与すると予想されるアミノ酸残基についてアラニン置換体を作製し、結合様式について明らかにしてく予定である。
東南アジア後発国における国際競争環境の激化と農村の貧困削減戦略に関する研究

本研究では、まず、Value Chain分析の視点から、カンボジア、ラオス、ミャンマー、タイにおける貿易の自由化と、農業・農村への影響に関する情報収集を行い、収集したデータを用いて、農産物価格の上昇が、農村の貧困層に及ぼす影響について分析した。そこでは、所得決定関数の推計結果から、天水田地帯における芳香米の普及は、貧困削減に貢献するが、一般的なコメ価格の上昇は、最貧困層に負の影響を及ぼす可能性があることを明らかにした。このことは、経済統合が、必ずしも貧困層に恩恵をもたらすとはいえない事を示している。次に、貿易自由化の影響は、所得だけではなく、農民の社会的厚生にも影響すると考えられるので、別途、農村世帯における子供の、教育、健康・栄養状態に関するデータを収集し、先の家計調査データと合わせて、グローバル化による農産物価格や雇用環境の変化が子供の教育、健康や栄養状態にいかなる効果があるのかを分析した。分析結果は、このような変化が、必ずしも、貧困世帯の子供の教育や健康に正の影響を及ぼすとは限らないことを示唆している。以上の成果の一部は、以下の研究業績一覧に示す文献に発表されている。今年度は、Value Chain分析を行うために必要な、価格データ、生産費、流通マージン、税関手数料、精米・製粉手数料、インフォーマルな国境手数料等の数量的データを収集するために、カンボジアのコンポンスプー州、タケオ州、シェムリアップ州、ラオス、ビエンチャン県において実態調査と収集した数量的データについてのデータ・ベース作成を行った。また、これまでに、カンボジア、ラオス、タイにおいて、すでに収集済みのデータを用い、これら3カ国における米の農家庭先価格と小売価格、あるいは、国境価格を比較することにより、以下の諸点を明らかにした。(1)カンボジアの場合、農産物の関税はゼロであるにもかかわらず、輸出ライセンス制や税関職員・警官による汚職により、タイやラオスに比べ生産費が低いにもかかわらず、農家手取り価格が低く、このため、農家の収益は必ずしも高くないこと。(2)したがって、もし、税関職員や警官の汚職が削減され、精米、輸送等、ポスト・ハーベスト技術が向上するなら、農家の手取り価格は、大幅に増加し、それによって、カンボジア農村における貧困改善の有力な手段になりうること。(3)ラオスにおける最大の輸出農産物である黄牛の場合、その粗放的生産技術により、生産費は極めて低いにもかかわらず、黄牛輸出に関する、輸出ライセンス制やラオス政府によるインフォーマルな規制が、牛の国内価格を押し下げ、農家手取り価格および、農家収入を抑制していること。以上のように、H17年度における主要な研究成果は、Value Chain分析により、政府による不透明な介入が、農産物の国境価格を歪め、農家所得を押し下げる大きな要因になっていることを明らかにしたことである。なお、これらの研究成果の一部は、以下に示す業績等において公表している。本年度は、昨年度収集したカンボジア関係のデータの分析、および、ミャンマー、タイにおける貿易の自由化と、農業・農村への影響に関する情報収集を行った。カンボジアにおいては、収集した家計調査のデータを用い、農産物価格の上昇が、農村の貧困層に及ぼす影響について分析した。そこでは、所得決定関数の推計結果から、農産物価格の上昇によって最貧困層に負の影響が及ぶ可能性があることを明らかとなった。この結果は、本年中に学会で報告する予定である。また、貿易自由化の影響は、所得だけではなく、農民の社会的厚生にも影響すると考えられる。そこで、別途、農村世帯における子供の、教育、健康・栄養状態に関するデータを収集し、生の家計調査データと合わせて、農産物価格や雇用環境の変化が子供の教育、健康や栄養状態にいかなる効果があるのかを分析した。この成果の一部は、神戸大学・国際協力研究科のWorking Paperとして刊行されている。ミャンマー、タイについては、当初予定していたインテンシブな、国境地域での聞き取り調査が困難であったため、各国の研究者から二次資料収集を行うに留まった。二次資料の分析によると、ミャンマーについては、従来からの主要農産物供出制度は廃止されたものの、軍事政権による、農産物の低価強制買い上げ、輸出入規制は、依然実施されており、以前と変わらない状況であるが、その一方で、ミャンマー、タイ両国とも密貿易が横行し、実質的に貿易の自由化が進展しているという実態が明らかとなっている。
アラニルtRNA合成酵素のtRNA認識および校正反応機構の構造基盤

アラニルtRNA合成酵素(AlaRS)は遺伝暗号翻訳の過程でアラニンをアラニンのtRNA(tRNA^<Ala>)に結合する。AlaRSはアクセプターステムに保存されたG3:U70塩基対を認識することでtRNA^<Ala>を選択するが、その認識機構は未解明である。本研究では、AlaRS-tRNA^<Ala>複合体の結晶構造を解明した。AlaRSは独特な結合様式でtRNA^<Ala>を取り囲んでいて、アクセプターステムの主溝と副溝の両側から相互作用している。G3とU70は非対称的な塩基対を形成し、主溝側にUの4-カルボニル基、副溝側にGの2-アミノ基が対を作らずに突き出し、保存されたAsn359とAsp450がそれぞれ相互作用している。次にG3:U70塩基対をA3:U70塩基対に置換した不活性型複合体の結晶構造を決定した。野生型の複合体ではCCA末端が活性部位へ向かっているのに対して、不活性型複合体ではアクセプターステム全体の結合様式が変化し、CCA末端は活性部位に向かうための狭い道を通れず到達しない。Asn359やAsp450をアラニン置換(N359A, D450A)したが、アミノアシル化活性にはあまり影響しない。しかし、D450A変異体はG3:U70をワトソン-クリック型塩基対に置換したtRNAを野生型AlaRSに比べて効率的にアミノアシル化する。これはアクセプターステムの結合に柔軟性が生まれたためだと考えられる。AlaRSはG3:U70塩基対とワトソン-クリック型塩基対の構造の違いによってアクセプターステムの結合様式を変え、ワトソン-クリック型塩基対を排除することでG3:U70塩基対に依存した特異的なtRNA選択を達成している。アラニルtRNA合成酵素(AlaRS)はtRNAA^<Ala>にアラニンを結合する。このとき、tRNA^<Ala>のアクセプターステムにあるG3:U70塩基対を特異的に認識することで、tRNA^<Ala>と他のtRNAを区別している。またG:U塩基対は、対称的な塩基対を形成するワトソン□クリック型塩基対とは違って、不対称な塩基対を形成する。これまでに得られていた古細菌由来のAlaRSとtRNA^<Ala>の結晶構造からtRNA^<Ala>の特徴的な結合様式、およびG3:U70塩基対の相互作用様式が明らかにされていた。本研究では、より詳細な結構造解析と生化学的な変異体解析から、AlaRSがG3:U70塩基対を認識するメカニズムを明らかにした。G3:U70塩基対と相互作用するアミノ酸残基であるAsp450とAsn359をアラニン置換した変異体AlaRSは、野生型のAlaRSと比較してほとんど変わらないアミノアシル化活性を有していた。しかし、G3:C70置換体tRNA^<Ala>に対してアミノアシル化活性を有するようになった。つまり、変異体AlaRSはG3:U70とG3:C70の厳密な区別をできず、G3:U70に対する特異性を失っていた。この結果は、得られた構造情報を説明できる。AlaRSはG:U塩基対の不対象性と相補的な形をした相互作用表面を持っており、この表面がG3:U70塩基対の主溝、副溝の両側から相互作用していた。この溝は対照的な塩基対を形成するワトソン□クリック型塩基対と立体障害を起こしてしまう。Asp450やAsn359をアラニン置換すると、この立体障害を避けることができる。すなわち、AlaRSはG3:U70塩基対を持たないtRNAを立体障害によって排除することで、tRNA^<Als>を厳密に区別していた。

これはアクセプターステムの結合に柔軟性が生まれたためだと考えられる。AlaRSはG3:U70塩基対とワトソン-クリック型塩基対の構造の違いによってアクセプターステムの結合様式を変え、ワトソン-クリック型塩基対を排除することでG3:U70塩基対に依存した特異的なtRNA選択を達成している。
情報検索システムにおけるプライバシー保護に関する研究

ビッグデータのうちでも特に有用な個人データの利活用が注目されているが、個人データのプライバシー保護は法律的にも義務付けられており、十分な利活用を実現するためには、プライバシー保護の技術を援用することが必須である。この研究では、プライバシー保護技術として、密度比推定への差分プライバシーの適用、差分プライバシーの理論的拡張、購買履歴データに対する匿名加工アルゴリズム、ダミー質問追加による質問意図の秘匿、質問への回答からのプライバシー漏洩対策、準同型性公開鍵暗号を用いるプライバシー保護技術の各々に対して、新規技術を提案し評価した。(1)サンプリングデータを用いた場合の差分プライバシー:元々のデータをそのまま用いずに、類似のデータ分布を持つ仮想的な分布を密度比推定と呼ばれる方法を利用して生成することによってプライバシー保護する方法を提案した。ここで、元データからのサンプル率を下げると、所定のプライバシー保護強度を確保するために必要な差分プライバシーにおいて加算する雑音を低下させることができることをシミュレーションで確認した。つまり、当初の計画通りサンプリングによってプライバシー保護の強化と有用性の確保を両立できることを示した。(2)差分プライバシーの拡張:差分プライバシーを包含するモデルとしてGibbs事後分布を提案した。しかし、従来の差分プライバシーでは加算される雑音はラプラス雑音の利用にほぼ限定されるなど汎用性に乏しかった。そこで、雑音加算された分布としてGibbs事後分布を用いることを提案した。元の分布と雑音加算された分布のKLダイバージェンスが有界となる条件を、利用するデータ数、Gibbs事後分布を規定する逆温度パラメターによって定義できた。この条件は概略、損失関数がL-リプシッツ、事前分布の対数が強凸であるとまとめられる。当初の計画通り、サンプリングが情報検索の対象となるデータベースにおけるプライバシー保護に効果があることを実験的に立証できた。また、差分プライバシーの数理的モデルが必ずしも明確でなく、元データを雑音加算によって歪めることによる損失という問題の解決策として、Gibbs事後分布という概念を使えることを発見した。この発見を推進するために繰り越しを行った結果、Gibbs事後分布を規定するパラメターおよび事前分布と、損失の関係を明らかにするという進展を得、国際会議などで発表できた。(1)サンプリングと差分プライバシーに関しては、サンプリングされたデータとして公開済のデータ、プライバシー保護すべきデータとして要配慮情報の入っているデータを設定し、公開済のデータに対して密度比推定を行って元データを推定する枠組みで検討を進めた。処理過程に差分プライバシーを適用する方法の検討を続けた。密度比推定で用いる既定関数および重みベクトルに差分プライバシーを適用する。差分プライバシーの合成定理により、これらの差分プライバシーは最終結果に加算的に作用してプライバシー保護ができる。まずデータの分布関数に関してはε-δ差分プライバシーを使うことによって、従来手法よりよい近似データを得ることが分かった。また、UCI機械学習リポジトリのAdultデータセットに対する分類タスクを行った結果、PCAによる次元削減を組み合わせてSVM分類で評価したところ、提案手法は差分プライバシーなしの密度比推定と同程度の精度を得ることが確認できた。(2)差分プライバシーの理論的拡張に関しては、前年度に得たGibbs事後分布による拡張の数理モデルの精密化を行い、国際会議NIPSで論文発表した。(3)質問意図の秘匿に関しては、特許データ検索において複数の単語からなる質問の集合にトピックモデル分析手法LSAを適用し,質問意図の秘匿のために加算するダミー単語候補集合を作った。ダミー単語として、質問単語と同一トピック内から類似単語を選ぶ場合、異なるトピックから単語を選ぶ場合を提案し、攻撃者が質問者に関する事前知識を持たない場合は、NTCIR6の特許データベースで実験的評価を行った結果、真の質問単語推定精度が加えたダミー単語数に反比例して低下するという理想的な結果を得た。密度比推定と差分プライバシーを組み合わせる提案手法は、差分プライバシーなしの密度比推定と比較してUCIリポジトリの機械学習評価用データに分類タスクを適用した結果においてほぼ同程度の分類精度を得ることができた。差分プライバシーの理論的拡張に関しては、機械学習の難関国際会議NIPS2016で論文採択、発表という国際的成果をあげた。質問秘匿に関しては、特許検索において、元の質問に加算するダミー質問を生成する方法として質問集合に対してトピックモデルを適用する手法が提案できた。(1)匿名加工アルゴリズム:この検討は、すでに情報処理学会にて2015年から行われている競争型タスクPWSCUPの主催および競技者としての参加によって行なった。PWSCUPでは、匿名加工を、a)データの有用性の維持と、b)匿名加工されデータから元の個人の識別率を低くする、という2つの相反する目的関数をできるだけ同時に満たすような匿名加工アルゴリズムの開発が求められている。本研究の期間に行われたPWSCUP2016、PWSCUP2017においては、対象データは1年間の個人購買履歴データであった。購買履歴データはビジネス利用での価値が高い。そこで、本研究では、購買履歴の匿名加工情報への変換する匿名加工アルゴリズムをPWSCUP2016への参加を通して開発し、本研究の代表者が中心になったチームが優勝(参加15チーム中1位)した。主な成果のアルゴリズムは、有用性を維持するようなクラスタリングでクラスタ数を最小になるようにクラスタ化し、クラスタ内のデータをランダム化することにより、クラスタ内のデータを区別できないようにして個人識別を防ぐものである。PWSCUP2017においては改正個人情報保護法で導入された匿名加工情報作成のガイドラインである個人情報保護委員会規則19条に関する優れた技術的解釈を行い、匿名加工基準賞を受賞した。

(2)質問秘匿に関しては攻撃者が質問者の質問履歴を事前知識として保持する場合を検討し、ダミー質問追加の性能としては50%の推定を許すことが判明した。(3)プライバシー漏洩の監査、検出に関しては、3パーティーに権限を分散しテータ提供者を単独で特定可能ないわゆるビッグブラザーを作らないシステムを提案した。実装の結果,提案フレームワークのオーバーヘッドは高々数10ミリ秒程に収まることを確認した。ビッグデータのうちでも特に有用な個人データの利活用が注目されているが、個人データのプライバシー保護は法律的にも義務付けられており、十分な利活用を実現するためには、プライバシー保護の技術を援用することが必須である。この研究では、プライバシー保護技術として、密度比推定への差分プライバシーの適用、差分プライバシーの理論的拡張、購買履歴データに対する匿名加工アルゴリズム、ダミー質問追加による質問意図の秘匿、質問への回答からのプライバシー漏洩対策、準同型性公開鍵暗号を用いるプライバシー保護技術の各々に対して、新規技術を提案し評価した。当初の計画に沿って、情報検索において検索意図を秘匿する検索方式の検討、実装を行う。具体的には検索意図を表す検索質問が企業秘密であることが多く、その秘匿がとりわけ重要な特許検索における質問秘匿について検討する。さらに、プライバシー保護のための匿名化などの情報秘匿処理を破る強力な攻撃アルゴリズムを考案し、さらにそのような攻撃アルゴリズムに対してどれだけ情報秘匿ができるかを実験的に検証する。質問秘匿に関しては、より強力な攻撃者モデルを想定した対策および評価実験を進める。本年度、得た知見、すなわちビッグデータ利活用の要のひとつとなる改正個人情報保護法で導入された匿名加工情報の作成アルゴリズムの検討に関して、購買履歴データベースに対するプライバシー保護アルゴリズムの開発と提案を競争型タスクPWSCUPへの参加と通して発展させる。29年度が最終年度であるため、記入しない。情報学29年度が最終年度であるため、記入しない。
翻訳合成中の特殊ペプチドの環化を指標とするリボソームトンネルの構造解析

EpCAMに結合するペプチドを用いた癌細胞の標識を行った。抗体では染色できない過密状態の癌細胞でもペプチドはよく浸潤して染色できることを示し、癌細胞の塊を効率的に染色する新たな道具として、有用であることがわかった。より戦略的に細胞死を誘導し、癌を抑制する手法として、lyticペプチドという細胞毒性のあるペプチド配列を、セレクションで得られたペプチドに付加した。その結果、EpCAM依存的な癌細胞の細胞死の誘導が観察され、癌の治療に応用できる可能性を示した。また、ペプチドの環状化の選択性に関する研究を行い、論文を投稿した。ペプチド中にCys残基が二つある場合、ClAc基はいずれかのCys残基と反応したチオエーテル結合およびジスルフィド結合の三種類の結合形成の可能性が考えられる。このようなペプチドの結合形成の選択性を調べるため、モデルペプチドを調製し解析した。その結果、Cys残基が二番目で^<ClAc>Pheに隣接する場合を除き、N末端側のCys残基が選択的に反応してチオエーテル結合を形成することがわかった。二番目のCys残基は隣接する^<ClAc>Pheとは反応できず、C末端側のCys残基と反応することがわかった。さらに、^<ClAc>Pheと三つのCys残基を含むモデルペプチドを調製し、この法則がチオエーテル結合とジスルフィド結合からなる二環ペプチドにも応用できることを示し、この結合形成の選択性がペプチドの配列や長さに依存しないことから、二環ペプチドライブラリーの調製により、新たな創薬シーズが得られる可能性を示した。この結果は、今後セレクションで得られる様々なペプチドにおいて、二つ以上のCys残基が含まれる場合、結合形成を予測する上で、非常に有用な知見となる。また、チオエーテル結合とジスルフィド結合からなる二環ペプチドのセレクションへの応用が期待される。研究を進めて行く中で見い出された問題を着実に解決し、順調に研究を進めることができた。また、研究を進めて行く中で、発見された結果について、より詳細な解析を行うことで、新たな知見を得ることができ、それを論文にまとめることができた。以上から、当初の研究だけでなく、それ以上の研究成果を挙げていると考えられるから。今後は論文をまとめる上で、より詳細な実験を行うと共に、共同研究での成果もあわせて考察し、研究の仕上げを目指す。癌の標識および治療を目指す上で、非常に有用な研究結果が得られており、論文発表に結び付けたいと考えている。MGGGGGDYKDDDDKとMGGGGCDYKDDDDKのペプチドのDNAテンプレートを調製し、翻訳合成の条件検討を行った。終止コドンにアンバーコドン(UAG)を用いたので、翻訳修了後EDTAを加えてリボソームを解離させてペプチドを遊離後、MALDI-TOF-MSにより質量分析した。しかしながら、目的のペプチドの分子量を確認することはできなかった。そこで、正常に翻訳を終了させるために、再構成無細胞翻訳系中にRf1を添加して翻訳したところ、目的のペプチドが得られ、DNAテンプレートは問題なく調製されていることが確認できた。EDTAの添加により、質量分析が困難になったと考えられたため、翻訳合成してEDTA添加後にFlag精製をしてから質量分析を行ったが、改善は見られなかった。現在は原因の特定と質量分析するための条件検討を行い、実験系の構築を目指している。次に、ペプチドのN末端へのクロロアセチルフェニルアラニンの導入とそれによるペプチドの環状化およびβ-メルカブトエタノールとの反応条件の検討を行う予定である。順調に行けば、種々の長さのポリグリシンのペプチドを調製し、ペプチドがリボソールトンネル内で環状化できる最大の長さを見積もる。また、クロロアセチル基とシステイン残基の反応によるチオエーテル結合形成を利用した、特殊環状ペプチドライブラリから、上皮性細胞接着分子(EpCAM)に結合するペプチドのセレクションを行った。EpCAMは癌細胞の増殖や分化、転移に深く関与していると言われており、EpCAMの阻害が癌治療につながると期待される。現在、得られたペプチドを用いて癌細胞の標識及び治療への応用を試みている。

さらに、^<ClAc>Pheと三つのCys残基を含むモデルペプチドを調製し、この法則がチオエーテル結合とジスルフィド結合からなる二環ペプチドにも応用できることを示し、この結合形成の選択性がペプチドの配列や長さに依存しないことから、二環ペプチドライブラリーの調製により、新たな創薬シーズが得られる可能性を示した。この結果は、今後セレクションで得られる様々なペプチドにおいて、二つ以上のCys残基が含まれる場合、結合形成を予測する上で、非常に有用な知見となる。また、チオエーテル結合とジスルフィド結合からなる二環ペプチドのセレクションへの応用が期待される。研究を進めて行く中で見い出された問題を着実に解決し、順調に研究を進めることができた。また、研究を進めて行く中で、発見された結果について、より詳細な解析を行うことで、新たな知見を得ることができ、それを論文にまとめることができた。以上から、当初の研究だけでなく、それ以上の研究成果を挙げていると考えられるから。今後は論文をまとめる上で、より詳細な実験を行うと共に、共同研究での成果もあわせて考察し、研究の仕上げを目指す。癌の標識および治療を目指す上で、非常に有用な研究結果が得られており、論文発表に結び付けたいと考えている。
無細胞系を基盤としたチャネルタンパク質に対する阻害剤の効果評価系の構築

本研究では、コムギ無細胞系を基盤とした電気生理学的手法によるin vitroでのイオンチャネルタンパク質活性阻害剤評価系を構築することを目的として研究を行う。リポソーム添加型コムギ無細胞タンパク質合成法によりリポソーム膜上にイオンチャネルタンパク質を合成し、脂質平面膜法により合成したイオンチャネル1分子の輸送活性を測定する技術を構築する。平面膜とプロテオリポソームの膜融合法や使用する脂質を検討することにより効率的な測定系の構築を目指す。構築した測定系を利用して阻害剤による活性阻害を効率的に評価可能な系の構築を行う。
南西諸島を含む九州南部沿岸域の津波脆弱性の検討

津波生成装置を製作し,海底変形や,流体等の流入に伴う津波生成の水理実験を行なった.そして,レーザ光を用いた新たな水位測定法により得られた津波波形を鉛直積分型の数値モデル及びMPS法を用いた数値モデルによる計算結果と比較した.また,平面方向に拡張した鉛直積分型の数値モデルを過去の南海地震と日向灘地震の津波の伝播解析に適用し,九州南部沿岸域における津波の伝播特性を調べた.更に, MPS法を用いた数値モデルにより,桜島の山体崩壊を想定した場合に鹿児島湾内に発生する津波の数値解析を実施した.津波生成装置を製作し,海底変形や,流体等の流入に伴う津波生成の水理実験を行なった.そして,レーザ光を用いた新たな水位測定法により得られた津波波形を鉛直積分型の数値モデル及びMPS法を用いた数値モデルによる計算結果と比較した.また,平面方向に拡張した鉛直積分型の数値モデルを過去の南海地震と日向灘地震の津波の伝播解析に適用し,九州南部沿岸域における津波の伝播特性を調べた.更に, MPS法を用いた数値モデルにより,桜島の山体崩壊を想定した場合に鹿児島湾内に発生する津波の数値解析を実施した.南西諸島を含む九州南部沿岸域に発生する津波の解明を目的として、底質運動と津波発生過程の相互干渉に関して調べた。すなわち、海底地滑りや海溝部堆積層の運動といった,比較的柔らかい底質の運動が発生する場合の津波生成過程を対象とした。水理実験のための水槽を新たに製作した。底面の一部が電動モータによって動くようにし、海底の変動及び振動を発生させる装置を開発した。また,海底勾配を可変とし,勾配の異なる斜面の複合形式の底面をも用意した。砂や粘土を底面上に積載し,底面の変動・振動の周期や,敷き詰めた砂・粘土の法面勾配及び空隙率といった条件を変えて,海底地滑りや,海溝部に堆積した柔らかい底質の運動を調べた。他方,数値解析のために,3次元数値モデルであるSTOCに,津波生成過程のモジュールを新たに開発・追加することを試みた。本研究によって,柔らかい底質が津波を成長させる可能性があることを確認した。土砂の粒径が細かいと、生成される津波の波長が長くなり、波高があまり大きくならない。底面勾配が大きいほど、津波の高さが大きくなる。土塊が落下する場合、生成直後の津波高さが大きくなるが、その波高減衰率が高く、相対的に大きくない波高に落ち着く。地層条件・地盤運動条件と発生する津波との関係について,今後、定性的かつ定量的に明らかにしていき、こうした危険性のある海域を特定するため、海図及び既存の地質調査結果を調査する必要がある。本研究で作成した津波水槽及び鹿児島大学所有の平面水槽を用いて水理実験を行なった。後者では、基本的な島嶼配置を持つ地形モデル,そして,南西諸島のうちの幾つかの島周辺の海底地形を持つ地形モデルを製作した。地形モデルでは,島の位置関係が変えられるように模型を製作し,新たに製作する貯水タンクから水を流出させることにより,擬似津波を発生させて実験を行なった。新たに開発したレーザ式波高計によって波高データを収集した。また、前者では、海底地形変化が様々に再現できるように、複数のブロックからなる海底を作成し、隆起速度等の実験条件を変えてこれらのブロックを上昇させ、時間経過を考慮した津波生成の水理実験を行なった。そして、底面隆起の速度及び加速度が大きい場合,非線形浅水方程式系を適用すると,津波のtailに発生する短周期波が再現されないことを確認した。更に、地滑りや氷河崩壊を想定して、粒子の突入に伴う津波の生成に関する水理実験を行ない、比較的浅い水域では、底面を沖方向に向かう粒子が津波を増幅させる場合のあること等がわかった。津波生成の数値解析は,変分原理に基づく強非線形波動モデルを用いて行ない,得られた実験結果と比較した。更に、遠地津波を対象として、同数値モデルを用いて1次元数値解析を実施し、非線形浅水方程式系を適用すると,津波の第1波に関して津波高さが過大となり,また、長距離伝播後の第1波の波長が初期水面形の波長に依存しなくなるという現象が再現されないことを見出した。鹿児島県の九州本土、並びに、屋久島及び種子島における、海岸施設の現状調査を実施し、沿岸防災施設の現況を踏査した。他方、変分原理により導出した波動方程式系に基づく数値モデルを平面方向に拡張し、1946年南海地震と、1968年及び1970年日向灘地震に対する断層パラメタを用いた津波の伝播解析を行なった。その結果、一部の島嶼近傍において津波が増幅される可能性のあることが確認された。また、九州南部沿岸域における津波の特性として、これら三者の数値シミュレーションにより、津波が九州東岸全域を襲うこと、反射波が大陸棚上でトラップされて南下すること、また、大隅半島からの反射波は、錦江湾内部に入射せず、種子島方面に向かいやすいこと、そして、水深が周囲より浅い宮崎沖で津波が比較的大きくなること等が得られた。更に、本年度においても、津波の基礎特性に関しての研究を継続して行なった。すなわち、変分原理により導出した表面波・内部波方程式系は、鉛直積分型の方程式系であり、その導出の際に、速度ポテンシャルの鉛直形状を仮定する。従って、仮定において速度ポテンシャルの鉛直形状や密度成層の条件を様々に設定し、津波の生成や伝播に対する流速分布及び密度成層の影響を詳細に調べることが可能である。

ここでは、津波が比較的遠距離を伝播する際の、分散効果に対する流速分布形の影響と、津波の高さに対する海域における密度成層の影響を調べた。また、様々な形態の地変に伴う水面変動に関して、本研究で製作・開発した水槽及び計測機器を用いた水理実験と、購入した計算機による数値解析の結果を比較した。更に、研究当初に適用予定であったVOF法よりも水面の大変形計算に適していると考えられるMPS法を適用し、地滑りに伴う津波生成の数値シミュレーションを行なった。本研究では、桜島の山体崩壊を想定し、それに伴い錦江湾内に発生する津波の数値解析も実施した。
情報力学の研究とその数理的応用

情報力学は,エントロピー理論から端を発した複雑さと力学の融合した理論であり,様々な分野の複雑さを統一的に扱うことができることやその情報の伝達を取り扱うことができるといった特徴を持っている.本年度は,この情報力学の視点から以下のような研究を行った:(1)量子計算では,エンタングルド状態と呼ばれるいくつかの量子状態を重ね合わせた状態を用いるのが特徴となっている.これを用いると因数分解等を高速で行うアルゴリズムを作ることができる.こうしたエンタングルド状態の定式化とそれらの分類を厳密に行った.(2)量子コンピュータに関する研究の一つとして,その光学的モデルとして考案されたFredkin-Toffoli-Milburn(FTM)ゲートにおける状態変化の様子を量子チャネルとして新たに記述し,さらにはその回路の持つ情報伝送の効率を量子相互エントロピー厳密に調べる研究を行った.(3)カオス力学系は情報理論の視点から見ると,複雑な挙動を示すある通信過程と考えることができる.本研究では,情報力学をベースにして新たな尺度(カオス尺度)を導入し,ハイゼンベルグ方程式の時間離散化,古典的なカオス力学系の量子化及び量子系におけるある種の非線形変換等を行うことによって,その対応する量子力学系がカオス的な振る舞いをするかを調べた.(4)患者がAIDSを発症したときに変化すると考えられているCD4値や免疫等の変化の過程を情報力学の複雑さの一つであるカオス尺度を用いて解析し,AIDSの発症時の特徴を調べた.(5)量子場の理論の立場から,量子力学における観測問題やミクロ・マクロ変換の問題に関する研究を行った.以上の研究を通して,情報力学が内包する統一的なものの捉え方が様々な分野を研究する上で非常に有益であることが再確認された.情報力学は,エントロピー理論から端を発した複雑さと力学の融合した理論であり,様々な分野の複雑さを統一的に扱うことができることやその情報の伝達を取り扱うことができるといった特徴を持っている.本年度は,この情報力学の視点から以下のような研究を行った:(1)量子計算では,エンタングルド状態と呼ばれるいくつかの量子状態を重ね合わせた状態を用いるのが特徴となっている.これを用いると因数分解等を高速で行うアルゴリズムを作ることができる.こうしたエンタングルド状態の定式化とそれらの分類を厳密に行った.(2)量子コンピュータに関する研究の一つとして,その光学的モデルとして考案されたFredkin-Toffoli-Milburn(FTM)ゲートにおける状態変化の様子を量子チャネルとして新たに記述し,さらにはその回路の持つ情報伝送の効率を量子相互エントロピー厳密に調べる研究を行った.(3)カオス力学系は情報理論の視点から見ると,複雑な挙動を示すある通信過程と考えることができる.本研究では,情報力学をベースにして新たな尺度(カオス尺度)を導入し,ハイゼンベルグ方程式の時間離散化,古典的なカオス力学系の量子化及び量子系におけるある種の非線形変換等を行うことによって,その対応する量子力学系がカオス的な振る舞いをするかを調べた.(4)患者がAIDSを発症したときに変化すると考えられているCD4値や免疫等の変化の過程を情報力学の複雑さの一つであるカオス尺度を用いて解析し,AIDSの発症時の特徴を調べた.(5)量子場の理論の立場から,量子力学における観測問題やミクロ・マクロ変換の問題に関する研究を行った.以上の研究を通して,情報力学が内包する統一的なものの捉え方が様々な分野を研究する上で非常に有益であることが再確認された.情報力学は,エントロピー理論から端を発した複雑さと力学の融合した理論であり,様々な分野の複雑さを統一的に扱うことができることやその情報の伝達を取り扱うことができるといった特徴を持っている.本年度は,この情報力学の視点から以下のような研究を行った.:(1)量子コンピュータに関する研究の一つとして,その光学的モデルとして考案されたFredkin-Toffoli-Milburn(FTM)ゲートにおける状態変化の様子を量子チャネルとして新たに記述し,さらにはその回路の持つ情報伝送の効率を量子相互エントロピー厳密に調べる研究を行った.(2)量子計算では,エンタングルド状態と呼ばれるいくつかの量子状態を重ね合わせた状態を用いるのが特徴となっている.こうしたエンタングルド状態の分類とその応用についての研究を行った.(3)情報力学の複雑さの一つであるカオス尺度を用いて,TinkerBell Map等の差分方程式や量子系におけるある種の非線形変換等の解析を行った.(4)情報力学の複雑さを用いて数本の塩基配列やアミノ酸配列を同時に比較する技術であるマルチプルアライメントを実行するアルゴリズムの開発の基礎的研究を行った.(5)患者がAIDSを発症したときに変化すると考えられているCD4値や免疫等の変化の過程を情報力学の複雑さの一つであるエントロピー進化率を用いて解析し,AIDSの発症時の特徴を調べた.(6)量子場の理論の立場から,量子力学における観測問題やミクロ・マクロ変換の問題に関する研究を行った.本研究により,量子情報理論,最適値問題,情報遺伝学等の研究を情報力学の視点から統一的に扱うことにより,たとえば,量子通信理論で得られた結果を通信理論だけでなく生命現象や他の物理現象へも応用できることが分かってきた.情報力学は,エントロピー理論から端を発した複雑さと力学の融合した理論であり,様々な分野の複雑さを統一的に扱うことができることやその情報の伝達を取り扱うことができるといった特徴を持っている.本年度は,この情報力学の視点から以下のような研究を行った:

(1)量子計算では,エンタングルド状態と呼ばれるいくつかの量子状態を重ね合わせた状態を用いるのが特徴となっている.これを用いると因数分解等を高速で行うアルゴリズムを作ることができる.こうしたエンタングルド状態の定式化とそれらの分類を厳密に行った.(2)量子コンピュータに関する研究の一つとして,その光学的モデルとして考案されたFredkin-Toffoli-Milbum(FTM)ゲートにおける状態変化の様子を量子チャネルとして新たに記述し,さらにはその回路の持つ情報伝送の効率を量子相互エントロピー厳密に調べる研究を行った.(3)カオス力学系は情報理論の視点から見ると,複雑な挙動を示すある通信過程と考えることができる.本研究では,情報力学をベースにして新たな尺度(カオス尺度)を導入し,ハイゼンベルグ方程式の時間離散化,古典的なカオス力学系の量子化及び量子系におけるある種の非線形変換等を行うことによって,その対応する量子力学系がカオス的な振る舞いをするかを調べた.(4)患者がAIDSを発症したときに変化すると考えられているCD4値や免疫等の変化の過程を情報力学の複雑さの一つであるカオス尺度を用いて解析し,AIDSの発症時の特徴を調べた.(5)量子場の理論の立場から,量子力学における観測問題やミクロ・マクロ変換の問題に関する研究を行った.以上の研究を通して,情報力学が内包する統一的なものの捉え方が様々な分野を研究する上で非常に有益であることが再確認された.
大規模並列アルゴリズムポートフォリオの構築と実行の研究

本研究はロボットの自動行動計画等、難しい組み合わせ最適化問題に対して並列計算資源を効率よく使用するアルゴリズム群(アルゴリズムポートフォリオ)の開発を目的とした。期間中、実行中に挙動を自動的に調整する対応型探索アルゴリズムの開発、及び並列計算におけるプロセッサ間の通信オーバーヘッドを削減する手法に着目した。主な成果として、適応差分進化アルゴリズムの開発及び並列グラフ探索アルゴリズムにおける新たな仕事の分配法の開発等が挙げられる。情報科学
アルミニウムおよびマグネシウム表面への合金プリント法の開発と超軽量材料への展開

アルミニウム合金やマグネシウム合金は、現代工業において幅広く用いられる軽量金属材料であるが、地球環境保全や持続的エネルギー確保に対する社会的な動向に呼応して、より高い特性を発揮することが求められている。また、炭酸ガスの排出削減やエネルギーの消費低減を実現するため、各種車両の軽量化を目指した実践応用が進められている。本研究では、アルミニウムやマグネシウムなどの軽量金属材料に対して、インクジェットプリント法を駆使した、マイクロパターニング技術を基盤として、合金相の表面構造を精密に形成し、人工的に金属組織の幾何学分布を制御することで、優れた機能特性を自在に発現させ得る新規プロセスの構築をめざした。炭酸ガスの排出削減やエネルギーの消費低減を実現するため、各種車両の軽量化を目指した実践的な取り組みが国内外で進められている。その中でも、実用的な軽量金属材料であるアルミニウム合金やマグネシウム合金は、より高い強度特性の発揮もさることながら、地球環境保全や持続的エネルギー確保に対する社会的な動向に呼応して、そのリサイクル性の向上にも厳しい要求が突きつけられている。本研究では、金属微粒子を液体樹脂に分散して調合したスラリペーストを、マグネシウムやアルミニウムなど軽金属基材にインクジェットプリントし、加熱による反応拡散を経て定着させ、高機能化合物をマイクロパターニングする取り組みを進めた。シリコン系硬質合金やニッケル系化合物のラインパターンを形成し、幾何学模様に沿って応力分散を実現することで、部材全体の強度を相対的に向上させるなど、力学特性を自在に制御し得る新規プロセスを構築し、超軽量機能材料創製への展開を図った。学術的な特色としては、軽金属表面に形成する合金パターンに自己相似性を付与し、フラクタル構造による応力分散や意図的な集中を実現させる試みが挙げられる。自己相似性を有しない周期パターンとの幾何学的な差異を検証し、予測計算と実測結果の比較検討により、制御理論の確立を進めた。実際の研究遂行においては、当初計画していた各種アルミニウム合金およびマグネシウム合金に加えて、非強度が高く実用性の高いチタン合金も基材としての検討対象に加えた。実際のチタン合金に対するアルミナイド系化合物のマイクロパターニングにおいては、引張試験片に対して、樹枝状分岐を有するデンドライト型フラクタル構造をマイクロパターニングし、亀裂の発生源となるように意図的な応力集中を導き、部材の破壊過程を制御することに成功した。人工的な破壊起点にセンサを設置すれば、部材の応力状態を瞬時に知ることができると考えられる。炭酸ガスの排出削減やエネルギーの消費低減を実現するため、各種車両の軽量化を目指した実践応用が進められており、更なる高強度化に加えて耐熱性や耐食性の向上が強く望まれている。本申請研究では、アルミニウムやマグネシウムなどの軽量金属材料に対して、希少金属に分類される様々な合金元素を添加し、材料性能を向上させる従来の冶金的手法とは異なり、これまで申請者らが確立してきた、マイクロパターニング技術を基盤として、合金相の表面構造を精密に形成し、人工的に金属組織の幾何学分布を制御することで、優れた機能特性を自在に発現させ得る新規プロセスの構築をめざした。平成23年度における研究遂行の第一段階では、軽金属基板の表面に金属インクを精密にプリントするための、インクジェットシステムを開発した。微細ノズルから金属微粒子を分散した樹脂インクを塗出させるため、微粒子径やノズル孔径を最適化した。平成24年度における第二段階では、プリント金属を基板に定着させるための、加熱ならびに加圧プロセスを確立した。効率良く反応拡散を生じさせる熱処理パターンや、ツール材質の選定を含めて圧縮工程が最適化された。平成25年度における第三段階では、合金の幾何学パターンが発現する特性について、予測計算と実測結果を比較検討した。機能性表面を構築基盤となる基礎理論が確立された。本申請研究における学術的な成果としては、軽金属表面に形成する合金パターンの幾何学デザインにより、強度をはじめ耐熱性や耐食性を制御が可能になった点が挙げられる。予測計算と実測結果の系統的な比較検討により、制御理論の確立が達成された。本研究においては、金属微粒子を分散した樹脂スラリーを原料として、マグネシウムやアルミニウムなど軽金属にインクジェットプリントを施し、加熱や加圧処理を経て定着させ、材料表面に高機能の合金や化合物をマイクロパターニングを行った。シリコン系硬質合金の分布による強度の向上や、ニッケル系化合物の分布による高温耐食性の向上を目指した。

軽量合金に幾何学パターンを有する人工的な表面構造を形成することで、材料特性を自在に制御し得る新規プロセスを構築し、超軽量機能材料創製への展開を図った。学術的な特色は、軽金属表面に形成する合金パターンの幾何学デザインにより、強度をはじめ耐熱性や耐食性を制御できる点である。予測計算と実測結果の系統的な比較検討により、制御理論を確立することを最終目標とした。実際の研究遂行においては、実用化されている各種アルミニウム合金およびマグネシウム合金も基材として検討する範囲に含め、幾つかの材料系と課題について検討を進めた。硬質のシリコン系および銅系共晶合金のパターニングでは、破壊起点となる材料表面の応力状態を制御し、機械的特性の向上を目指した。高温耐食性に優れるニッケル系および鉄系化合物のパターニングでは、比較的靭性の高い金属リッチの合金相を分布させ、応力付加による表面亀裂の発生を抑制し、被覆層の信頼性向上を図った。研究遂行における第二段階として平成24年度の目標に掲げたのは、プリント金属を基板に定着させるために、加熱ならびに加圧プロセスを確立することである。効率良く反応拡散を生じさせる熱処理パターンや、ツール材質の選定を含めて圧縮工程を検討した。度の前半部分では、加熱プロセスの確立を目指し、反応拡散における熱処理条件の最適化を進めた。共晶反応を利用する場合では、シリコンおよび銅粒子インクをアルミニウムおよびマグネシウム基板にプリントし、不活性ガス雰囲気の炉内において、それぞれの共晶点直上に加熱することで、界面付近で固相拡散により融液を生成させた。加熱温度と保持時間を最適化し、熱処理後に得られる合金パターンの寸法精度を向上させた。これに対して、合成反応を利用する場合では、ニッケルおよび鉄粒子インクを金属プリントし、不活性ガス雰囲気で反応温度に加熱することで、溶融金属と基板の間で反応熱による部分的な溶融を生じさせ、制御冷却による凝固を経て化合物や金属立地の合金相を形成した。熱処理後に得られる基板上の化合物と合金の分布割合も最適化した。当初は計画に含めていなかった、チタン合金に対するアルミナイド系化合物のパターニングも試みた。年度の後半部分では、加圧プロセスの確立を目指し、塑性変形における加工条件の最適化を進めた。はじめに、シリコン・銅・ニッケル・鉄などの金属インクを基材に定着させる、圧縮加工用ツールの材質や表面処理法を選定した。機械加工において金属固着の恐れが低いとされるサイアロンセラミックスや、窒化チタンコートを施した工具鋼などを検討した。つぎに、金属プリントしたアルミニウム・マグネシウム・チタン合金などの軽金属基材を常温で短軸圧縮し、塑性変形により元素を固相拡散させ、合金パターンとして定着させた。圧縮加重や加工率の最適化により、合金組織形成とパターニング精度の向上を両立させた。