hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
CALETデータ解析システムのリアルタイム化によるトランジェント現象の観測

2015年9月のAdvanced LIGOによる重力波直接検出の成功,そして2017年8月にはLIGO/Virgoが検出した重力波イベントGW170817に対する電磁波対応天体の初同定が早くも実現され,重力波による天文学・物理学は急速な進展を見せている.2019年4月に開始されるLIGO/Virgoの重力波観測ラン3(O3)でも,重中性子星連星あるいはブラックホール・中性子星連星の衝突合体により発生する,短駆動時間ガンマ線バースト(sGRB)と重力波の同時観測が複数例検出されると予測されている.引き続き,sGRBを観測するX線,ガンマ線観測装置による,重力波との同時観測には大きな科学的インパクトがある.2015年10月より国際宇宙ステーションでの観測を開始したCALETは,そのような観測が可能な装置の一つであり,2年間の定常観測を無事終了し,現在も順調に後期運用を続けている.本研究では,CALETの地上システムにリアルタイムデータ解析によるトランジェント現象探索システムを新たに構築することで,GeV領域の高エネルギー成分まで含めたsGRBのガンマ線即時放射と重力波の同時観測を目指す.さらにそのシステムを応用して,1-10GeVの宇宙線電子スペクトルの変動観測と宇宙天気の監視を行う.2018年度は、リアルタイム監視システムのコアとなる60コア並列処理による高次データ作成部を完成させ、稼働を開始した。さらに、30%程度ある衛星不可視時間のデータが1から3時間後に補完されることに対応するため,リアルタイムガンマ線突発天体探索システム用の計算サーバをもう一台導入した。複数回更新される可能性があるL0データと,最新のL0データを遅延なくプロセスするため,2台のサーバを駆使している。CALETのGeVガンマ線観測により突発天体を識別するには、方向決定精度の保証が必須となる.それまでの観測で十分に蓄積されたGeminga, Crab等の"標準光源"からのガンマ線データを用い,姿勢の絶対較正と方向決定精度の監視・評価を行ってデータ解析に反映させた。同様に方向決定のために不可欠な, Point Spread Functionの決定や銀河面からの拡散成分や明るい点源の観測による感度検証結果を、Astrophysical Journal Supplement Seriesにて出版した。2019年4月に開始されたLIGO/Virgoの観測Run3にて,CALETの観測結果をできるだけ早くGCN Circularにて公表することを第一の目標とする.ロボットアーム等の影響を考慮するため完全な自動化は難しいことが判明したが,最も重要な高次データの作成は科学解析用生データ(L0)の受信から1時間以内で作成できるので,迅速なCALETカロリメータによるGeVガンマ線の探索結果公表が可能である.それに加えて、CGBMでトリガーしたGRBに対するGeVガンマ線の自動探索を実現する.2015年9月のAdvanced LIGOによる重力波直接検出の成功,そして2017年8月にはLIGO/Virgoが検出した重力波イベントGW170817に対する電磁波対応天体の初同定が早くも実現され,重力波による天文学・物理学は急速な進展を見せている.継続時間の短いガンマ線バースト(sGRB)は,重中性子星連星あるいはブラックホール・中性子星連星の衝突合体により発生するという説が最も有力であり,実際GW170817もその描像を裏付ける形となった.一方この重力波イベントに伴うGRBは非常に微弱で特殊な例と考えられており,今後の重力波対応天体の観測が重要となっている.この意味で,sGRBを観測するX線,ガンマ線観測装置による同時観測に大きな期待が集まっている.2015年10月より国際宇宙ステーション(ISS)での観測を開始したCALETはそのような観測装置の一つであり,2年間の定常観測を無事終了し,現在も順調に後期運用を続けている.2017年秋に開始される重力波観測のRun3でも引き続きCALETの貢献が期待できる.本研究では,CALETの地上システムにリアルタイムデータ解析によるトランジェント現象探索システムを新たに構築することで,GeV領域の高エネルギー成分まで含めたsGRBのガンマ線即時放射と重力波の同時観測を目指す.さらにそのシステムを応用して,1-10GeVの宇宙線電子スペクトルの変動観測と宇宙天気の監視を行う.2017年度は,計画通りリアルタイムガンマ線突発天体探索システム用の計算サーバを導入し,関連するデータフローの開発を進めた.並行して,過去の観測データとシミュレーションデータを用いた探索感度向上のための研究を行った.また,共通ソフトウェアの開発効率向上を目的として,専門業者の助けを得てリファクタリングを行った.2017年度は,リアルタイムガンマ線突発天体探索システム用の計算サーバを予定通り導入し,関連するデータフローの開発を進めた.現在,リアルタイム監視システムのプロトタイプを稼働させている.また,並行して行った探索感度向上のための研究では,拡散成分の観測による感度の推定,バックグラウンドの理解,Point Spread Functionの導出を行った.CALETは日本実験棟船外実験プラットフォームにおいて最も広い視野を確保できる#9ポートを占有しており、荷電宇宙線の観測には十分な視野を有している.しかし,ガンマ線トランジェントの観測において発見可能性を向上させため,視野を最大化した結果,ISS構造物からのバックグラウンドを考慮することがとても重要なことが判明した.この広角領域での視野遮蔽を考慮してガンマ線候補や感度を算出する手法を開発した.LIGO/Virgoの重力波観測Run2においても,2個目の重力波イベント

GW151226に対するガンマ線探索(Astrophysical Journal Letters, 2016)の手法を発展させ,全ての重力波トリガーに対して探索を行った.中性子星連星の合体で電磁波放射との同時観測が達成されたGW170817に関しても1日以内に解析結果をチーム内に報告している(視野外).重力波に同期するGeVガンマ線はまだ検出されていないので,今後の観測が重要である.2015年9月のAdvanced LIGOによる重力波直接検出の成功,そして2017年8月にはLIGO/Virgoが検出した重力波イベントGW170817に対する電磁波対応天体の初同定が早くも実現され,重力波による天文学・物理学は急速な進展を見せている.2019年4月に開始されるLIGO/Virgoの重力波観測ラン3(O3)でも,重中性子星連星あるいはブラックホール・中性子星連星の衝突合体により発生する,短駆動時間ガンマ線バースト(sGRB)と重力波の同時観測が複数例検出されると予測されている.引き続き,sGRBを観測するX線,ガンマ線観測装置による,重力波との同時観測には大きな科学的インパクトがある.2015年10月より国際宇宙ステーションでの観測を開始したCALETは,そのような観測が可能な装置の一つであり,2年間の定常観測を無事終了し,現在も順調に後期運用を続けている.本研究では,CALETの地上システムにリアルタイムデータ解析によるトランジェント現象探索システムを新たに構築することで,GeV領域の高エネルギー成分まで含めたsGRBのガンマ線即時放射と重力波の同時観測を目指す.さらにそのシステムを応用して,1-10GeVの宇宙線電子スペクトルの変動観測と宇宙天気の監視を行う.2018年度は、リアルタイム監視システムのコアとなる60コア並列処理による高次データ作成部を完成させ、稼働を開始した。さらに、30%程度ある衛星不可視時間のデータが1から3時間後に補完されることに対応するため,リアルタイムガンマ線突発天体探索システム用の計算サーバをもう一台導入した。複数回更新される可能性があるL0データと,最新のL0データを遅延なくプロセスするため,2台のサーバを駆使している。CALETのGeVガンマ線観測により突発天体を識別するには、方向決定精度の保証が必須となる.それまでの観測で十分に蓄積されたGeminga, Crab等の"標準光源"からのガンマ線データを用い,姿勢の絶対較正と方向決定精度の監視・評価を行ってデータ解析に反映させた。同様に方向決定のために不可欠な, Point Spread Functionの決定や銀河面からの拡散成分や明るい点源の観測による感度検証結果を、Astrophysical Journal Supplement Seriesにて出版した。LIGO/Virgoの重力波観測Run3までに自律的探索システムを稼働させることを最大の目標とする.
サルの視覚認識地図と側頭前腹側部及びTE野神経細胞の応答

霊長類において下側頭連合野TE野および側頭葉前腹側部(側頭極皮質・嗅周囲皮質・海馬傍回など)が視覚の認識や記憶に重要であることが示されてきている。本研究の目的は、神経生理学的により詳細にこれらの領域の機能差を明らかにすることである。側頭葉前腹側部においてその前方部(嗅周囲皮質)と後方部(海馬傍回)とにおけるニューロンの視覚応答の性質を比較した。刺激としては、スリット・円・正方形・十字などの単純な刺激、星形・カニッツァの三角形など中程度に複雑な図形、人やサルの顔・果物・道具の写真を用いた。単純な刺激を用い、a)受容野の性質、b)方位選択性、c)方向選択性、d)色選択性、e)図形選択性等を調べた。現在までに得られたデータから、前方部と後方部とで応答性の違いが示されてきている。1)後方部には単純な視覚刺激に対し応答するニューロンが多く存在したのに対し、前方部には複雑な刺激(特定の写真)にのみ応答するニューロンが比較的多くみられた。また、後方部には動きの方向に選択的な応答を示すニューロンもあった。2)前方部のニューロンは非常に大きな受容野を持つのに対し、後方部のニューロンの受容野の大きさは、視野中心に限局したものから大きなものまでさまざまである。過半数のニューロンは記録している半球と反対側の視野の刺激に強く応じる性質を示した。3)後方部には、眼球位置によって発火頻度を変えるニューロンも見られた。以上の結果を解剖学的研究や破壊実験の結果と合わせ考えると、前方部(嗅周囲皮質)はより物体視の機能に、後方部(海馬傍回)は空間視の機能に関与している可能性がある。
耐熱性周期骨格DNAアレイを用いた大規模二次元非周期パターンの構築

DNA分子の鎖を自己集合させて構築したDNAナノ構造体は、ナノデバイスや機能性材料をつくるために、非常に小さな部品をナノスケールの精度で制御して配置するための足場として期待されている。我々は、耐熱性周期構造をもつDNAタイルアレイの上に大規模な二次元非周期のアドレス空間パターンを備えたDNAナノ構造体の足場をプログラマブルに構築する方法の開発を行った。DNAタイルのセルフアセンブリにより構築されたDNAアレイの足場を利用して、ナノ部品をボトムアップ的にアセンブリする技術が10年ほど前に考案された。しかし、このボトムアップ技術を利用したナノデバイスの作製は未だに実現していない。その理由として、マイクロメートルのリソグラフィー技術で作製されたデバイスに接続できるだけの大きさをもつ非周期パターンの足場が構築されていないこと、足場となる構造単位が大きすぎて高密度に分子部品をアセンブリできないことが挙げられる。本研究では、これら二つの課題を解決し、ナノ部品をボトムアップ的にアセンブリしてナノデバイスを構築する技術を確立する。そのために、マイクロメートルの大きさをもつ耐熱性の周期骨格上に任意の非周期パターンでアンチタグDNAを配置したDNAアレイの足場を作製する方法と、骨格分岐構造をもつDNAを利用してDNAアレイの足場の密度を向上させる方法を開発する。本年度は、タンパク質の生合成の仕組みに学んで考案した、mDNAを鋳型としてDNAタイルを連結する方法を用いて、6種類のアンチタグ配列をもつDXABタイルを指定した配列で連結し、大きさが約100nmの耐熱性周期骨格上に非周期パターンでアンチタグDNAを配置したDNA構造体の足場を構築することに成功した。また、新しく開発した3-cyanovinylcarbazole nucleoside(CNVK)を用いたクロスリンク型フォトライゲーションにより、これまで用いてきた5-carboxyVinvyl-2'-deoxyuridine(CVU)よりも高い耐熱性を有し、しかも構造の歪みの少ない二次元耐熱性周期骨格をつくることに成功した。1)核酸類にクロスリンク能力を有するカルバゾールヌクレオシド(CNVK)を粘着末端部位に導入したDXABタイルをセルフアセンブリして構築した周期骨格DNAアレイの耐熱性を調べた。70°Cでも緻密な周期構造が保たれ、cvUの光ライゲーションにより構築した耐熱性周期骨格DNAアレイより、10°C近く耐熱性が向上した。また、その構造をAFMで詳細に観察した結果、DXABタイルを構成する2本のDNA二重鎖の構造まで観察が可能なほど、緻密で頑強なDNA構造体であることがわかった。2)これまでより大きな周期骨格DNAアレイを構築するために、DXABタイルのセルフアセンブリの過程を詳細に調べた。少しずつ温度を変えながら蛍光標識したDXABタイルのセルフアセンブリの様子を蛍光顕微鏡で観察した結果、DNAアレイの形成は1-2°Cの非常に狭い温度範囲で急激に起こること、形成されたDNAアレイ同士の会合も同時に起こること、アレイ同士の会合がアレイの成長を阻害していることがわかった。そこで、溶液内で急激にアレイが形成される温度よりも少し高い温度にDNAタイルの溶液を保つと、孤立した大きなDNAアレイがゆっくりと壁面に形成された。条件を最適化した結果、長軸が50μmという、これまで報告されているDNAアレイとしては最大のものをつくることができた。3)mDNAを用いて周期骨格上に非周期パターンを形成する実験について、二次元目のDNAタイルストリングをアセンブリする反応の改良を行った。4)耐熱性周期骨格・非周期パターンをもつDNA構造体を構築するための耐熱性部品をつくるために、CNVK光クロスリンクによるヘアピン構造の安定化、RNA鎖からなる構造体の安定化を試みた。その結果、様々な核酸構造の安定化にCNVK光クロスリンクが拡張できることを見出した。昨年度までの研究で、カルバソールヌクレオシドを用いた光クロスリンクによりDNAナノ構造体の耐熱性を向上させる方法、DXABタイルにより緻密で頑強な二次元周期骨格を構築する方法、mDNAを鋳型として用いてDNAタイルを非周期パターンで一次元的に配置する方法、DNA鎖が1本だけ結合した金ナノ粒子を調製する方法、その金ナノ粒子の結合の耐熱性を向上させる方法、などを開発した。今年度は、これらの方法を統合して、最終目標である、DXABタイルからなる耐熱性周期骨格上に金ナノ粒子、ストレプトアビジンタンパク質を二次元非周期パターンで配置した構造体をプログラマブルに構築する方法の構築を目指した。はじめに、当初計画のように、二次元目用のmDNAを鋳型としてDNAタイルストリングを非周期パターンで配置する方法を試みたが、不要なDNAタイルストリングの割り込みにより二次元の周期骨格構造が乱されてしまう問題が生じ、目標の構造体の構築が難しいことがわかった。mDNAを鋳型としたDNAタイルストリングの生成は問題なく行くことがわかったので、長いDNAタイルストリングにターンをつくる特殊な骨格タイルを周期的に入れ、それによりDNAタイルストリングを自律的に折り畳む方法を開発した。この方法により、目的である、周期骨格上に二次元非周期パターンをプログラマブルに構築するための方法が完成とた。

また、耐熱性周期骨格の構造を詳しく調べるためにFM-AFMを使用したところ、世界ではじめて、DNAナノ構造体中のDNA二重鎖の詳細な像を得る1ことに成功した。その結果、DNAタイルのレベルでは周期性が十分によく見えるDXABタイルの周期骨格の中に、二つの大きなドメイン構造が存在するころがわかった。DNAナノ構造体の詳細な構造が観察できるFM-AFMは、今後、DNAナノテクノロジーにおいて有力な手段になると考えられる。
き裂波の逆解析による地下き裂形状の推定

1モデルフィールドにおけるき裂波測定実験1-(1)東北大学岩手県東八幡平高温岩体モデルフィードルの人工地下き裂を使って,反射き裂波を測定できるように長いデータ長でき裂波を測定した.また,地下き裂近傍の岩石層に三軸弾性波検出器を固定し,岩石層におけるき裂波の粒子運動を測定した.実験では加圧井と音源-センサの配置を換え,坑井と地下き裂からなる地下き裂システムにおける波動伝搬を総合的に評価できるようにした.1-(2)地上き裂を地上より加圧し地下き裂を段階的に開口させながら測定実験を行い,地下き裂内圧とき裂波の関係を測定した.2地下き裂システムの波動伝搬経路の解析1のデータについて,地下き裂システムの波動伝搬経路を考察し,実体波,き裂波,チューブウエーブを特性した.特に、本実験ではエアガンの放出ガスに起因して速度が低下するチューブウエーブがき裂波の解析を困難にしていることを明らかにした.3き裂波の方向推定き裂波の粒子運動を周波数領域で解析するためにコヒーレンス行列解析を考察した.コヒーレンス行列解析によりセンサの帯域を考慮した解析が可能になる.そして,コヒーレンス行列の最大固有値に対応する固有ベクトルの方向が地殻応力計測やコアサンプルの破断面から推定した地下き裂の方向にほぼ一致することを示した.この解析に設備備品のワークステーション,増設磁気ディスクを使った.1モデルフィールドにおけるき裂波測定実験1-(1)東北大学岩手県東八幡平高温岩体モデルフィードルの人工地下き裂を使って,反射き裂波を測定できるように長いデータ長でき裂波を測定した.また,地下き裂近傍の岩石層に三軸弾性波検出器を固定し,岩石層におけるき裂波の粒子運動を測定した.実験では加圧井と音源-センサの配置を換え,坑井と地下き裂からなる地下き裂システムにおける波動伝搬を総合的に評価できるようにした.1-(2)地上き裂を地上より加圧し地下き裂を段階的に開口させながら測定実験を行い,地下き裂内圧とき裂波の関係を測定した.2地下き裂システムの波動伝搬経路の解析1のデータについて,地下き裂システムの波動伝搬経路を考察し,実体波,き裂波,チューブウエーブを特性した.特に、本実験ではエアガンの放出ガスに起因して速度が低下するチューブウエーブがき裂波の解析を困難にしていることを明らかにした.3き裂波の方向推定き裂波の粒子運動を周波数領域で解析するためにコヒーレンス行列解析を考察した.コヒーレンス行列解析によりセンサの帯域を考慮した解析が可能になる.そして,コヒーレンス行列の最大固有値に対応する固有ベクトルの方向が地殻応力計測やコアサンプルの破断面から推定した地下き裂の方向にほぼ一致することを示した.この解析に設備備品のワークステーション,増設磁気ディスクを使った.
自殺予防教育の一環としての幼年版Death Education Program

幼児(35歳)へのDeath Studyの実施は、当初考えられていた消極的対応から、積極的対応への必然性が確かめられた。幼児の死の概念はまだ曖昧で、さまざまな指標によってその裏づけを行ってみた。その結果、保育所での生活や日常生活での行動変化は少なからず確認することができた。これらのことから、概念形成が曖昧な時期がゆえに死に対する不安や恐怖心がなく、身近なものとして受け入れることができ、死への正しい認識へと導かれることが確認できた。牧、坂田(2003)の調査によって明らかとなった幼児教育現場でのDeath Educationの必要性を具体化するための実践的研究を行うことで,その某本的課顧を見出すことを目的とした。本研究は,幼児が死を具体的かつ身近なものとして捉え,自然に受け入れるための体勢づくりを行い,死の概念形成渦程により確かで正しい介入のありガについて検討していくものである。その一手がかりとして,保育現揚で3歳から5歳児を対象に死と生を中心テーマとした絵本を3つのカテゴリーによって選別し,週1回,約5ケ月にわたりその読み聞かせを行った。同時にそのプロセスを認知の測定(生物、無生物識別の根拠,機能停止要因,不可逆性こ普遍性,死後観)を中心に統制群法を用いて分析した。その結果,実験群に概念形成への直接的影響は認められなかったものの,その前後に明確な差が見られたことから,発達過程に介入することの意義が十分に確認された。また,幼児へのDeath Studyを実践することによる不安、恐怖の誘引にはならないことが各年齢層において明らかとなり,保護者,保育士共々が,本実践へのpositiveな受け入れへと変化したことも,大きな成果として受け止められた。幼児(35歳)に対しする死と生に関する絵本の読み聞かせをもとにした一連の研究によって、発達過程への介入に大きな意義があることが認められた。また、幼児へのDeath Studyの実践が、不安や恐怖を呼び起こさないことも明らかとなった。そこで本研究においては、幼児が死を具体的かつ身近なものとして捉え、自然に受け止めるべく体勢作りを行い、死の概念形成のプロセスに介入し、Death Studyのより具体的かつ確かなものへと導くための検討を行うことを目的とした。方法としては、死と生に関する絵本の中からKJ法によって目的に沿って適切なものを6冊選定した。これらを3歳5歳の保育園児に対して週1回(1回15分)の割合で約5ヶ月間(通算15回)絵本の読み聞かせを行った。これらについて、主に感情、普遍性、機能停止、非可逆性、認知的側面、ないし収録したVTRをもとに分析を行い、検討した。その結果、実施した群としない群に興味ある差異が認められた。とくに3歳児ではその差異が顕著に認められ、実施した群ではほとんど全ての項目で向上し、しない群ではほとんど差が認められなかった。4歳児では両者間にその差異は顕著ではなかったものの、実施しない群に、その前後で下降する項目も見られた。いづれにしても、両群ともにばらつきが多いことが4歳児の特徴であることも伺えた。また、5歳児ではこれらに関する視点は概ね安定していることが確認できた。また、実施群の全ての幼児から恐怖等の反応はなく、むしら「楽しかった」という内省が聞かれ、幼児期早期からのDeath Studyによって、かえって死を自然に、そして具体的に受け入れる可能性が示唆された。今後の課題として、今回試みた絵本のみによるDeath Studyから、更に具体性のある直接体験的な方法への検討も考えていく。前年度まで保育・幼児教育現場での絵本を中心としたDeath Studyに加え、聴診器や生花などの構成要素を使用し、直接体験的実践を行った。その結果、死の概念の発達について、実施群の前後で『不可逆性』において差が見られた。生物と無生物の理解(アニミズム思考)の発達においても、4歳児で2つの構成要素を含むstudyが、生物・無生物の理解を促進させることが明らかとなった。さらに感情理解の発達については、4歳児は死に伴う他者の感情を考える過程、5歳児は物語上においても、主人公の悲しみを理解し、死についてさまざまな感情を統合して捉えていることが明らかとなり、幼児期からのDeath Studyの意義の重要性が認められた。これらの結果は、先行研究によって結果されていた死の概念形成における成熟要因(概ね7・8歳)の内容的要因を位置づけるものであり、単なる自然発生的発達の視点から離れ、さらに積極的な介入による効用の可能性を示唆するものとして意義深い。具体的には、より早期のstudyこそが、死の概念形成にその幅を広げ、豊かな、かつその背景にある生への関心へとつながっていくことが期待される。

同時に、われわれがこれまで行ってきた3歳児に対する3歳児への本Studyの取り組みも、言語表現や理解等の限界があり、明確な結果として提示することはできなかったが、臨床的研究でも明らかにされているように、感情レベル、アニミズム発達等の要因を解明することによって、その必然性・重要性が明らかになると考えている。
仮想化学空間における昆虫の定位行動の解析

本研究者は,球体に動物を乗せてその移動運動を自動的に補償し,その軌跡を記録する「移動運動補償装置」を我が国で最初に完成させている.今回の研究ではその装置をさらに発展させて,昆虫の定位行動の仮想現実実験をおこなった.すなわち,移動運動パラメターの演算結果を空間モデルに参照し,それにもとづいて風や匂いの定位刺激をリアルタイムに制御して,虫を仮想的に設定した目標へと誘導する実験である.ある空間モデルのもと,供試虫を目標に誘導できたならば,そのモデルの妥当性が証明できたことになる.この研究を可能にするためには,装置をより正確かつ高速に制御することが不可欠となり,結局,機器,コンピュータハードウェアの根本的な見直しをおこなった.さらに,リアルタイム制御のためのドライバーソフトウェア,また軌跡の統計処理とグラフィック表示おこなうデータ解析ソフトエアの大幅な機能拡張など,実用に向けての多くの技術的課題を解決した.その結果,高速かつ高分解能で移動運動を補償できる装置が完成し,リレーモデュールによる電磁バルブのリアルタイム制御により,虫の動きに応じた匂い刺激の制御が可能となった.次に,移動運動補償装置を使って,性フェロモンに反応したカイコ雄成虫の羽ばたきがフェロモン源への定位に果たす役割を検討した.翅を処理した個体の軌跡などから,羽ばたきによる前方の雰囲気の吸引が,フェロモン源へのベクトルの取得に決定的役割を果たしていることが示唆された。そこで仮想的に設定した目標を向いた時にだけフェロモンパルスを与える仮想化学空間を設定したところ,翅の有無かかわらず目標への誘導に成功した。このように刺激空間モデルのひとつを実証できたことから,所期の目的は充分に達成することができたものと確信する.本研究者は,球体に動物を乗せてその移動運動を自動的に補償し,その軌跡を記録する「移動運動補償装置」を我が国で最初に完成させている.今回の研究ではその装置をさらに発展させて,昆虫の定位行動の仮想現実実験をおこなった.すなわち,移動運動パラメターの演算結果を空間モデルに参照し,それにもとづいて風や匂いの定位刺激をリアルタイムに制御して,虫を仮想的に設定した目標へと誘導する実験である.ある空間モデルのもと,供試虫を目標に誘導できたならば,そのモデルの妥当性が証明できたことになる.この研究を可能にするためには,装置をより正確かつ高速に制御することが不可欠となり,結局,機器,コンピュータハードウェアの根本的な見直しをおこなった.さらに,リアルタイム制御のためのドライバーソフトウェア,また軌跡の統計処理とグラフィック表示おこなうデータ解析ソフトエアの大幅な機能拡張など,実用に向けての多くの技術的課題を解決した.その結果,高速かつ高分解能で移動運動を補償できる装置が完成し,リレーモデュールによる電磁バルブのリアルタイム制御により,虫の動きに応じた匂い刺激の制御が可能となった.次に,移動運動補償装置を使って,性フェロモンに反応したカイコ雄成虫の羽ばたきがフェロモン源への定位に果たす役割を検討した.翅を処理した個体の軌跡などから,羽ばたきによる前方の雰囲気の吸引が,フェロモン源へのベクトルの取得に決定的役割を果たしていることが示唆された。このように刺激空間モデルのひとつを実証できたことから,所期の目的は充分に達成することができたものと確信する.移動運動補償装置とは、球体の上に虫を乗せ、カメラで検出した虫の位置を一定に保つようにX-Y2軸のモーターで球を回転させて、虫の動きに負帰還をかけ、球の動きを虫の軌跡として記録する装置である。本研究者は,従来のアナログ装置の問題点を解決すべく、数値制御の導入による高速で正確な応答性の実現を目指している。しかし科学研究費を受けて運転に成功した従来の原型装置は、制御機器の性能上の制約から応答性に問題があった。本年度の研究は、制御の要となる高速ビデオトラッカー(G240,応用計測研究所)の導入とドライバーソフトウェア、計測制御ソフトウェア、データ解析ソフトウェア、統計ソフトウエアの開発を中心におこなった。まずビデオトラッカーの導入に当たっては、その性能を充分に生かすために、通信のさらなる高速化を計る必要が生じた。そこで、当初予定していたGPIB回線を、PIOインターフエイスを通したパラレル通信に変更した。それに伴い、ドライバーソフトウェアを新たに開発して最適化を計った。試運転の結果、非常に良好な応答性を確認している。今年度はリレー基盤を使った電磁バルブの制御にまでは至らなかったが、導入したデバイスに対応させた新たな計測制御ソフトウェア上では考慮している。また、虫の軌跡を解析するデータ解析ソフトウェアについては、基本ソフトウェアの変更に伴い、開発環境の整備にまで及ぶ大幅な再構築を余儀なくされた。しかし最終的には移植に成功し、グラフィックスとファイル出力機能などを、さらに強化した。また、本研究に深く関連する、選好性に及ぼす定位刺激の力価検定の方法を確立し、論文発表すると同時に、統計ソフトウェア、PriProbit、を公開した。匂い刺激に対して化学定位をおこなう昆虫は,匂いの濃度をそのパルスの周期,匂いを含む風の物理的刺激などの外部刺激を参照していると考えられる。本研究は,これらの刺激要因からなる仮想的化学空間を制御ソフトウェア上に設計し,供試虫の動きを参照しながらリアルタイムに刺激を与えることで,行動を組み立てているプログラムを実証的に明らかにすることを目的とする。

具体的には,球体の上に供試虫を乗せ,球を虫の動きと逆方向に回転させることで,虫を1点に留めながら移動運動を記録する移動運動補償装置を使用する。この装置によって作られる擬似無限平面上に種々の仮想的な化学空間のモデルを展開して,ソフトウェア上に設定した目標への誘導に成功したとき,そのモデルは実証されたことになる。今年度は,供試虫に刺激を与える送気・試料導入装置を製作し,球体制御プログラムに試料導入関数を組込んだ。試料導入はフォトモスリレーボードを介して風洞直結の電磁バルブを制御しながらおこない,試料導入関数として6モデルを設計したが、そのうち,虫が仮想的目標の方向に向かったときに,フェロモンパルスを発するPulse in Targetモデルによる制御のもと,カイコ♂成虫の性フェロモンに対する定位反応について仮想現実実験をおこない,目標への誘導に成功した。定位するカイコの神経モデルでは刺激の入力とともに左右の転回が反転するflip-flopモデルが提唱されているが、目標へのベクトルの取得については明らかにされていなかった。本来目標に到達できない無翅の♂成虫でもこのモデルのもとでは目標に到達できることから,翅による送風で前方の雰囲気をサンプリングして,フェロモンを感知するとリセットがかかり匂い源に直進する定位プログラムが明らかとなった。このように仮想現実実験の有効性が証明されたので,その内容について年度内に講演し,さらに投稿を準備中である。
高エネルギー密度電子ビーム溶射法の確立に関する研究

本研究では、電子ビーム溶射法の可能性を実証するために、溶接用高エネルギー密度電子ビーム熱源を用いた表面改良法を開発し、従来の溶射技術では困難であったWC-Co系耐摩耗皮膜の緻密な厚膜を高速成膜することを目的とした。熱源には溶接用30kW電子ビーム熱源装置を用い、成膜材料には粒径を揃えた40μm、30μm、及び20μmのWC-12%Co焼結粉末、及びNi-Cr自溶合金粉末を種々の割合で混合した粉末を用いた。まず3mm厚軟鋼基板上に粉末静置法によるWC-Co系皮膜の成膜を試みた。その結果、電子ビームのエネルギー密度を適切に制御することでNi-Cr自溶合金をマトリックスとし極めて緻密にWC-Co粒子が分散したWC-Co系皮膜を800μm以上の厚さで高速成膜することができた。得られた皮膜をX線回折、EPMA、ビッカース硬さ試験、すべり摩耗試験、及び浸漬腐食試験で評価し、皮膜特性について検討した結果、耐摩耗性、耐腐食性ともに十分な特性を有する皮膜が緻密に成膜されていることがわかった。さらに、成膜時における高エネルギー密度電子ビームによる成膜メカニズムについても検討を行った。次いで真空中で作動可能な粉末供給装置を試作開発し、真空中で粉末を連続供給して成膜を行う電子ビーム溶射法の開発を行った。その結果、粉末静置法によって得られた皮膜と同等の緻密なWC-Co系厚膜の真空中での高速連続成膜が可能となった。本年度は3年計画の初年度として1.まずパウダーフィーダを購入し、これに対真空対策、制御用電気部品の装着等の改造を加え、現有の高出力電子ビーム溶接装置の真空チャンバー内に設置した。2.現在この改造パウダーフィーダの真空中での運転試験を行い、真空中で種々の粒径の粉末が安定して供給できる条件をさぐるとともに、最適制御システムを検討している。3.また、金属粉末材料に対する高エネルギー密度電子ビームの照射現象の基礎的知見を得ることを目的として、粒径の異なる各種金属材料粉末に高エネルギー密度電子ビームのエネルギー密度、出力を変えて照射を行い、粉末材料の溶融現象を高速度カメラ等で観察することにより、基礎現象の把握を行うと共に、得られた膜の評価を行っている。4.現在までに以下の知見が得られている。(1)ビームのエネルギー密度が低いと溶融現象が比較的ゆるやかに生じるのに対し、ビームのエネルギー密度が高いほど溶融・蒸発現象は激しく成膜速度も大きくなる。(2)発生する蒸気流に方向性があり、均一に成膜するための施工法の開発が必要である(3)材料の粒径が小さいほど蒸発現象が激しくなるが、粒径が小さいほど真空中での円滑な粉末供給が困難になる。したがって、次年度以降は1.より小さい粒径の粉末まで供給できるようにパウダーフィーダの改良を継続する。2.成膜速度や膜厚の定量測定を行い、電子ビーム条件との関連についてさらに検討を加える。3.粉末の溶融・蒸発現象についてもさらに詳しく現象観察を行う。本年度は3年計画の2年目として1.前年度設置したパウダーフィーダの改良を進め、真空中でも種々の粒径の粉末が安定して供給できる条件を究明した。2.現在金属粉末材料に対する高エネルギー密度電子ビームの照射現象の基礎的知見を得ることを目的とし、高エネルギー密度電子ビームの特性を発揮させるために高融点材料であるタングステン粉末を試料として選定して、電子ビームのエネルギー密度、ビーム電流を変化させて溶融・蒸発現象の解明を行っている。3.さらに、均一に成膜するための基板の駆動装置や昇温装置の検討を行っている。

4.また、これとは逆に試料の蒸発を最低限に抑えることでより効率的な成膜速度が得られる可能性も考えられるので、電子ビームのエネルギー密度やタングステン粒子の粒径を変化させてタングステン粉末の蒸発を抑えて基板金属に融着させることも同時に試みている。5.現在までに以下の知見が得られている。(1)粉末供給ノズルの形状が粉末の円滑な供給に大きく影響することがわかった。特に粒径が小さくなるほど安定な供給が困難になることがわかった。現在ノズル形状を改良することで直径25μmのタングステン粒まで安定に供給することが可能となった。(2)粉末供給ノズルの位置が供給速度と溶融現象に大きな影響を与えることがわかった。現在基板を高速走査することで供給量を増加させることを検討している。(3)電子ビームのエネルギー密度を最適に制御することにより、タングステン粉末の蒸発量を抑えながら融着させることも可能であることがわかった。また、粒径が小さくなるほど必要なエネルギー密度が低くなる傾向にあることもわかった。以上のことより、次年度は1.粉末の溶融・蒸発現象について、高速度カメラを用いてさらに詳しく検討を加える。2.生成した膜の特性評価を行う。3.蒸発させずに溶着させる方法についてもさらに検討を加える。本研究では、電子ビーム溶射法の可能性を実証するために、溶接用高エネルギー密度電子ビーム熱源を用いた表面改質法を開発し、従来の溶射技術では困難であったWC-Co系耐摩耗皮膜の緻密な厚膜を高速成膜することを目的とした。熱源には溶接用30kW電子ビーム熱源装置を用い、成膜材料には粒径を揃えた40μm、30μm、及び20μmのWC-12%Co焼結粉末、及びNi-Cr自溶合金粉末を種々の割合で混合した粉末を用いた。まず3mm厚軟鋼基板上に粉末静置法によるWC-Co系皮膜の成膜を試みた。その結果、電子ビームのエネルギー密度を適切に制御することでNi-Cr自溶合金をマトリックスとし極めて緻密にWC-Co粒子が分散したWC-Co系皮膜を800μm以上の厚さで高速成膜することができた。得られた皮膜をX線回折、EPMA、ビッカース硬さ試験、すべり摩耗試験、及び浸漬腐食試験で評価し、皮膜特性について検討した結果、耐摩耗性、耐腐食性ともに十分な特性を有する皮膜が緻密に成膜されていることがわかった。さらに、成膜時における高エネルギー密度電子ビームによる成膜メカニズムについても検討を行った。次いで真空中で作動可能な粉末供給装置を試作開発し、真空中で粉末を連続供給して成膜を行う電子ビーム溶射法の開発を行った。その結果、粉末静置法によって得られた皮膜と同等の緻密なWC-Co系厚膜の真空中での高速連続成膜が可能となった。
利他的行動場面における若者からの反応が高齢者の心理的発達と行動に与える影響

本研究の目的は,高齢世代が自らの経験や知恵を,次世代が活かせるよう継承する利他的行動場面において,受け手である若者の反応が高齢者の世代性(Generativity)変化にどのような影響を与えるのかについて,明らかにすることであった。高齢者48名(男性)を対象に,知恵の内容×若者の反応を操作した実験を行った結果,高齢者が失敗経験から得られた知恵の“語り"を行った群のみ,高齢者の世代性に対する若者の反応の影響が認められた。本研究により,高齢者が失敗経験から得られた知恵を継承する利他的行動場面において,若者からの反応や態度が高齢者に与える影響の大きさを,実験的に明らかにすることができた。本研究の目的は,高齢者が若者に対して利他的な行動をとる場面において,若者からの反応が高齢者の心理的発達および行動に,どのように影響するのかを実験的に調べることであった。高齢者の心理的発達としては,Eriksonが第VII段階の発達課題として提唱した「世代性(Generativity)」という概念に着目した。世代性は「次世代を教え導くことへの関心」と定義される。利他的行動としては,「高齢者が過去の経験とそこから得た知恵について教える」という「語り」行動を採用した。高齢者34名を対象に,「語り」を行った際の相手の反応(ポジティブ反応・ニュートラル反応)×「語り」を行う相手の世代(若者・同世代の高齢者)を操作した実験を行った。その結果,相手が若者である場合にのみ相手からの反応の影響が認められ,若者がポジティブに反応した場合は高齢者の世代性が向上し,若者への利他的行動が生起する一方,ニュートラルに反応した場合は高齢者の世代性が低下することが明らかとなった。相手が同世代の高齢者である場合は,相手の反応の影響は認められなかった。また,高齢者の「語り」の質的分析を行ったところ,若者がポジティブに反応した場合に,自分自身の失敗経験を基にした教訓の「語り」が多く抽出された。本研究により,これまで調査研究によって提唱されてきた,若い世代からの反応や態度が高齢者の世代性や行動に与える影響の大きさを,実験的に検証することができた。本研究の目的は,高齢者が若者に対して利他性を発揮する場面において,高齢者の心理的発達および行動に,若者からの反応がどのように影響するのかを実験的に検討することであった。「高齢者がなぜ若者を助けたいと感じ,行動するのか」という問いに対する答えとして,これまで,Eriksonの提唱した発達課題である世代性(Generativity)の発達があること,そして高齢者の世代性の発達は,利他的行動の受け手である若者から「感謝された」,「受け入れられた」と感じるポジティブな反応がなければ停滞し,利他的行動が持続しないことを示す理論モデルが提唱されてきた。本研究では実験的手法を用いて,この理論モデルの精緻化を目指した。高齢者が若者に対して利他性を発揮する場面として,高齢者が知恵を活かしたアドバイスを若者に伝える場面を設定し,高齢者の語りに対する若者の反応を操作した実験を行った。その結果,若者が高齢者の知恵の語りに対してポジティブに反応したときのみ,高齢者の世代性が向上し,ニュートラルに反応したときは高齢者の世代性が低下することが明らかとなった。本研究により,利他的行動場面における高齢者の世代性の発達は,若者からのポジティブな反応がなければ停滞することが実験的に示された。高齢者心理学1年目に実施予定としていた実験は予定通り終了し,研究成果を2本の査読付き学術論文としてまとめることができた。また,次年度の実験計画も順調に進んでいる。今後は,これまでの実験で用いた課題の工夫を行い,より妥当性の高い指標を用いる予定である。これまでの実験では,利他的行動の行動指標が利他性をどの程度反映したものであるかが明確ではなかったため,今後はより利他性を反映した指標を工夫し,さらに厳密な実験を行う予定である。次年度のための予備実験を行う予定であったが,1年目の実験が予定よりも長引いたため,未使額が生じた。次年度の本実験のための予備実験を行うため,実験参加者および実験協力者の謝金・人件費,実験課題作成のための物品費に使用する。
磁気変態に伴う拡散速度変化に着目した耐熱鋼の新しいクリープ強化概念の確立

本研究は、強磁性の鉄では常磁性の場合よりも拡散が抑制されることに着目し、磁気変態温度の制御することで使用温度域における拡散速度を低減し、フェライト系耐熱鋼のクリープ変形に対して「磁気変態温度の制御による拡散速度低減」という新たな強化概念の確立を目的とする。さらに、得られた結論に基づいて使用温度における最適組成を決定し、次世代フェライト系耐熱鋼の試作とクリープ強度の評価を行う。
成層圏気球VLBIのフライト実証試験

本計画は申請時には人類がなしえていないブラックホールの存在の観測的実証となるブラックホールシャドウの直接撮像を目指すため、成層圏に気球を用いて電波望遠鏡を打ち上げて成層圏電波干渉計を実現するために、世界で初めての成層圏気球VLBI技術実証観測を行うことである。2016年度は、フライトモデルを完成させ、JAXA大樹航空宇宙実験場でのフライトに臨んだ。しかしながら、放球ウィンドウ期間に放球可能な気象条件とならず、放球台からフライトモデルを外し相模原へ返送した。2017年度は、いくつかのシステム改修をはかり再度JAXA大樹航空宇宙実験場でのフライトに臨んだ。放球前試験やフライトレディネスレビュー等をすべてクリアし、気象条件の整った7月24日の放球が決定した。数時間にわたる放球シーケンスに入り、最終的な放球体制でリリースを待機している際に、気象予報では想定できないほどの急激な地上の風速の上昇によって、放球緊急中止となり、2017年度の放球運用が終了した。フライトモデルは昨年度同様に相模原へ返送した。2018年度も再度いくつかのシステム改修をはかったうえで再々度JAXA大樹航空宇宙実験場でのフライトに臨んだ。放球前試験やフライトレディネスレビュー等をすべてクリアし、フライトレディに至った。しかしながら、このシーズンは長期にわたって気象条件が悪く、再々度フライトが見送られた。フライトモデルは完成しており、修正箇所もないため、JAXA大樹航空宇宙実験場に保管してあり、2019年度のフライトに備えている。2016, 2017年度と同様に、本年度ともにフライトに臨んだ。しかしながら、気球打ち上げウィンドウ期間に打ち上げ可能な気象条件とならず本科研費申請期間ではフライトが実現できなかった。成層圏高周波電波干渉計への道を切り拓くためには、フライトし、技術実証することが最も重要である。すでにフライトモデルは完成し、フライトレディネスレビューを終えた状態でJAXA大樹航空宇宙実験場に保管してある。次年度以降のフライトに臨み今後も本研究を推進していく予定である。本計画はこれまで人類がなしえていないブラックホールの存在の観測的実証となるブラックホールシャドウのと直接撮像を目指すため、成層圏に気球を用いて電波望遠鏡を打ち上げて成層圏電波干渉計を実現するために、世界で初めての成層圏気球VLBI技術実証観測を行う。本年度は、これまで研究代表者らが開発してきた気球VLBIゴンドラのフライトモデルを開発した。搭載機器のうち精密な電子機器は、気密容器といわれる5mm厚のアルミで覆われた容器に入れて、大気圧かつ常温の環境を保持し運用される。気密容器は3台搭載され内部の姿勢センサー、VLBI観測装置、運用計算機、相互結合システムなどの開発を実施した。本年度7月にそのフライトモデルを宇宙航空研究開発機構大樹実験場に移設し、放球台に搭載し、フライトを待った。しかしながら、気球打ち上げウィンドウ期間に打ち上げ可能な気象条件とならず、放球台からフライトモデルを外し相模原へゴンドラを返送した。残念ながら2016年度の打ち上げは実施できなかったが、2017年度の打ち上げ提案を行い夏季に再びフライトを行うことになった。昨年度のフライトモデルの機器構成の再検討を行い、より確実な運用が可能となった。また実際に大樹実験場に移設し、放球台に搭載できたことで、各種インターフェイスが確認できたことは意義がある。とくに通信インターフェイスの確認では、大電流をモーターで発生されているが、モーター駆動状態でも電磁干渉を起こさず放球テレメトリコマンドターミナルとの通信を確認できたことは来年度以降の確実な運用につなげることができた。しかしながら、気球打ち上げウィンドウ期間に打ち上げ可能な気象条件とならず、来年度の打ち上げに延期することになった。本計画はこれまで人類がなしえていないブラックホールの存在の観測的実証となるブラックホールシャドウの直接撮像を目指すため、成層圏に気球を用いて電波望遠鏡を打ち上げて成層圏電波干渉計を実現するために、世界で初めての成層圏気球VLBI技術実証観測を行う。初年度は、フライトモデルを完成させ、JAXA大樹航空宇宙実験場でのフライトに臨んだ。本年度は、昨年度に比べて、いくつかのシステム改修をはかった。アンテナを電波源に追尾させるオートトラッキング機能、観測信号のリアルタイム分光装置、グラフィカルなQU(Quick Look)による運用の効率化などである。再度フライトモデルを相模原キャンパスから移設し、JAXA大樹航空宇宙実験場でのフライトに臨んだ。放球前試験やフライトレディネスレビュー等をすべてクリアし、気象条件の整った2017年7月24日の放球が決定した。フライトできなかったことは気象の問題とはいえ大変残念なことではあるが、フライトシーケンスを経たことで、より本番に近い運用をを確認できたことは来年度以降の確実な運用につなげることができた。初年度と同様に、本年度ともにフライトに臨んだ。しかしながら、気球打ち上げウィンドウ期間に打ち上げ可能な気象条件とならず、最終年度の打ち上げに延期することになった。

本計画は申請時には人類がなしえていないブラックホールの存在の観測的実証となるブラックホールシャドウの直接撮像を目指すため、成層圏に気球を用いて電波望遠鏡を打ち上げて成層圏電波干渉計を実現するために、世界で初めての成層圏気球VLBI技術実証観測を行うことである。2016年度は、フライトモデルを完成させ、JAXA大樹航空宇宙実験場でのフライトに臨んだ。しかしながら、放球ウィンドウ期間に放球可能な気象条件とならず、放球台からフライトモデルを外し相模原へ返送した。2017年度は、いくつかのシステム改修をはかり再度JAXA大樹航空宇宙実験場でのフライトに臨んだ。放球前試験やフライトレディネスレビュー等をすべてクリアし、気象条件の整った7月24日の放球が決定した。数時間にわたる放球シーケンスに入り、最終的な放球体制でリリースを待機している際に、気象予報では想定できないほどの急激な地上の風速の上昇によって、放球緊急中止となり、2017年度の放球運用が終了した。フライトモデルは昨年度同様に相模原へ返送した。2018年度も再度いくつかのシステム改修をはかったうえで再々度JAXA大樹航空宇宙実験場でのフライトに臨んだ。放球前試験やフライトレディネスレビュー等をすべてクリアし、フライトレディに至った。しかしながら、このシーズンは長期にわたって気象条件が悪く、再々度フライトが見送られた。フライトモデルは完成しており、修正箇所もないため、JAXA大樹航空宇宙実験場に保管してあり、2019年度のフライトに備えている。2016, 2017年度と同様に、本年度ともにフライトに臨んだ。しかしながら、気球打ち上げウィンドウ期間に打ち上げ可能な気象条件とならず本科研費申請期間ではフライトが実現できなかった。フライト実証実験は2017年度に延期となり、より確実なシステムでフライト実験に臨む予定である。フライト実証実験は2018年度に延期となる。しかしながら本年度フライトシーケンスを経たことで、より確実なシステムでとなり、万全の態勢でフライト実験に臨む予定である。成層圏高周波電波干渉計への道を切り拓くためには、フライトし、技術実証することが最も重要である。すでにフライトモデルは完成し、フライトレディネスレビューを終えた状態でJAXA大樹航空宇宙実験場に保管してある。次年度以降のフライトに臨み今後も本研究を推進していく予定である。2016年度にフライト実証に向かい、気象条件が整うことを待ったが期間内に気象条件が整わず、放球台に乗ったフライトモデルを解体し、持ち帰った。来年度の放球を実施するために、予算を極力温存したため。(理由)2016、2017年度にフライト実証に向かい、気象条件待ったが期間内に気象条件が整わず、放球台に乗ったフライトモデルを解体し、持ち帰った。2018年度の放球を実施するために、予算を極力温存したため。(使用計画)今年度と同じ目的のために同様のフライトに向かう。そのために、旅費等に使用する予定である。
大規模ナース・スケジューリング問題を効果的に解く階層型進化的計算法の確立

階層型進化的計算アルゴリズムの開発を行った結果,複雑な問題を階層化することにより,従来手法と比較して探索に要する時間を約30%削減することができた.また,開発したアルゴリズムの汎用性についても明らかにすることができた.それに加えて,個体集団を分割することで,探索の効率が改善されると同時に,探索の安定性が向上することを明らかにすることができた.本応募研究では,看護師等の労働負荷を軽減し,質の高い医療サービスを提供することを目的として,大規模なナース・スケジューリング問題を階層的最適化問題として定式化し、効果的に求解する進化的計算法を開発することを目的としている.今年度は,ナース・スケジューリング問題における評価関数の階層化に取り組み,遺伝的アルゴリズムに適用することで,その効果を検証した.具体的には,勤務表における違反数を評価点とし,総合評価点が低いほど良い勤務表とした.また,総合評価点は,各評価条件の評価点の和とした.本研究では,まず,評価条件を3つのグループに分け,優先度の高い階層から順に,グループ1,グループ2,グループ3として,優先度の高い階層の条件が満たされている個体ほど,優秀な個体として扱うこととした.提案手法の有効性を検証するため,従来の評価関数に基づく遺伝的アルゴリズムとの比較を行った.比較した結果,従来手法では違反勤務数を0にはできなかったのに対して,提案手法では違反勤務数を0にすることができた.また,探索手法の1つである粒子群最適化法において,その改良アルゴリズムの開発を行った.具体的には,探索に使用する粒子についても,いくつかのグループに分割し,分割された各グループ内の最良位置を考慮することで,従来手法と比較して探索の効率化を図ることが可能となった.評価関数の階層化および階層型遺伝的アルゴリズムの開発については順調に進んでいるが,知識抽出アルゴリズムの開発が若干遅れている.知識抽出アルゴリズムについては,データ間の類似性の表現方法が数多く存在し,またその計算アルゴリズムも多岐に渡るため,類似性の選定と評価に時間を要している.この状況を鑑みて,データ解析やデータの低次元化の専門家をH28年度から研究分担者として追加することとした.また,階層型遺伝的アルゴリズムの開発についても,おおむね順調に進展しているものの,評価関数を階層化することである程度の有効性を示すことができたことから,評価の階層化と探索空間の階層化をそれぞれの観点から評価する必要が生じたため,階層型探索アルゴリズムの専門家をH28年度から研究分担者として追加することとした.本応募研究では,大規模なナース・スケジューリング問題を階層的最適化問題として定式化し,効果的に求解する進化的計算法を開発することを目的としている.今年度は,最適化問題を効果的に求解するため,様々な最適化手法の融合およびその階層化に取り組んだ.まず,遺伝的アルゴリズムと差分進化アルゴリズムを融合した新たな探索手法を提案した.提案手法では,差分進化アルゴリズムを基盤として,母集団を複数の小集団に分割し,その小集団内において,差分進化アルゴリズムに基づいて世代交代を行う個体と,遺伝的アルゴリズムに基づいて世代交代を行う個体を共存させる.提案手法の有効性をベンチマーク関数を用いて検証した結果,案手法は,従来手法と同程度の計算量を要するものの,従来手法と比較して安定して最適解を発見できることを明らかにできた.次に,遺伝的アルゴリズムと花火アルゴリズムを融合した階層的最適化アルゴリズムを提案した.提案手法では,探索空間を上位と下位の2層に分け,上位層では花火アルゴリズムに基づいて探索点を決定し,下位層では上位層で決定された探索点に基づいて遺伝的アルゴリズムで局所的な探索を行う.提案手法の有効性をディジタル画像の雑音検出器設計に応用しその性能を評価した結果,提案手法を用いることで従来手法と比較して高精度の雑音検出器を設計できることを明らかにできた.また,階層型遺伝的アルゴリズムに改良を加え,多種車両を用いた配送計画問題へ適用し,その有効性を確認した.具体的には,一定回数以上の探索を行った上位層の個体集団に対して,下位層の個体情報を参照してその時点での最優良解をもとに生成した近傍個体を生成することとした.提案手法により,従来手法と比較して効率の良い探索を行うことが可能となった.階層的進化計算アルゴリズムの開発については順調に進んでおり,ベンチマーク関数等においてその有効性を確認しつつ,その改良にも取り組んでいる.特に,今年度は,新たに研究分担者を加えて探索空間の階層化に取り組んだ結果,昨年度と比較して研究を進展させることができた.知識抽出アルゴリズムの開発については,新たに研究分担者を追加したものの,昨年度からあまり進展していないものの,継続的に開発を行う予定である.また,上記で得られた手法をナース・スケジューリングに適用することで,当初の目的はある程度達成できると考えている.本研究の目的は,大規模なナース・スケジューリング問題を階層的最適化問題として定式化し、効果的に求解する進化的計算法を開発することである.今年度は主に,昨年度までに開発した個体の変動を取り入れた階層型遺伝的アルゴリズムの連続空間における探索性能の有効性を検証するとともに,階層型遺伝的アルゴリズムと花火アルゴリズムを融合した探索アルゴリズムの開発に取り組んだ.具体的には,研究代表者と分担者らがこれまでに開発した階層型遺伝的アルゴリズムと個体変動を取り入れた遺伝的アルゴリズムを融合し,これに花火アルゴリズムの探索概念を導入した.ディジタル画像の雑音検出部におけるパラメータ調整に提案手法を適用し,従来手法と比較して,提案手法を用いることで探索の早期収束性能が向上することを確認することができた.また,上記の提案手法を離散的な探索空間に適用するため,花火アルゴリズムの改良に取り組んだ.