hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
操作型機械における基本入出力ゲインの自動調整手法に関する研究

傾向を捉えるデータの時間長,ヒストグラムの階級数,BIOGの調整粒度などのシステムパラメータが固定の状況では,性能向上の最大化が図れないことが予想される.そこで,調整前後の操作量・速度ヒストグラム,およびBIOGと作業結果などから,システムパラメータを調整する学習規範を抽出した.具体的には,変更量履歴の時系列分析からフィードフォワードを行い,誤差低減および解の安定化を図るものである.また,調整済みのBIOGに対して必ずしも人間側の順応が得られるわけではないため,操作者側からの適応を促す仕掛けを実装する.目標値と大きくずれる操作領域における操作改善を,作業状況とあわせた情報支援として提供した.さらに,操作者の主観的評価に基づくBIOG調整手法についても有用性を評価した.平成29年度では,駆動関節軸単体での単軸基本規範を構築している.操作履歴を移動ベクトル単位で捉えることで,これまで開発してきた単軸規範の拡張で対応できると考え,駆動軸間の関係性(手先の移動ベクトル)を考慮した複軸協調規範についても検討を行った.平成29年度に行った1次評価実験から得られた知見,および,上記で開発する調整システムを統合して2次最終実験として,速度制御型のマスタスレーブを有するアームシステムを利用した長時間作業による評価実験を行った.タスクは,高速動作が求められるボールの運搬,微細操作が要求されるブロックの積み上げ,複軸の協調操作が求められる掘削の3種類で,素人から熟練操作者まで幅広い被験者に参加頂き,汎用性の評価を行った.その結果,フィードバックを提供することで,作業パフォーマンスの向上度合いが上昇することがわかった.複軸規範を導入することで,違和感の原因となる軸間の大きな異方性を減じさせられることがわかった.平成28年度は,操作者・作業条件・作業機で構成される使用条件の組み合わせにおいて,作業性能の最大化するためのBIOGの形状(傾きや次数)の分析を行った.また,BIOG調整のトリガとなる特徴量の変化について,使用条件への非依存性に留意して抽出を行った.これらを統合して操作ゲインの調整メカニズムを導出した.身体的・精神的に負荷がかかる場合,操作量のヒストグラム(度数分布)の頻度が一部の領域に偏ってしまうと考えられる.これらに共通する調整法則を分析すると,「いかなる状況であっても操作頻度の偏りを解消し,操作量ヒストグラム波形を平準化する」と読み取れる.定式化による解の保証が重要と考え,調整システムを制御系と捉える.満遍なく利用することを表す均等分布となる操作力をばね復帰型レバーに入力すると,レバー位置の応答波形は正規分布となることが分かっている.以上から,大局的傾向を捉えられる「制御変数(操作量ヒストグラム)」を「目標値(正規分布)」へ近づけるための「調整規範」に基づき,「操作変数(BIOG)」を調整するものと捉える.BIOGの形状は,操作入力と動作速度を用いた単調増加関数で表す.無操作の位置から始動点までを不感帯,飽和点(初期速度最大点)から最大操作位置までを飽和帯として設定する.本研究では,可変BIOGの基礎検討を行うため,2つの区分を有する1次関数で表現し,区分の接続点を変傾点と呼ぶ.始動点はシステムの安全性に関わるため,変傾点と飽和点を調整する.導出したルールを実装し,既知条件化で有用性を検証した.大操作の多い作業では,大操作領域の頻度を微操作領域へ移動させるために飽和点を右側へ移動させること,微操作の多い作業では,小操作領域の頻度を飽和領域へ移動させるために,変傾点右下に移動させることが,作業時間および主観的な使いやすさの向上に寄与することが分かった.平成28年度は,使用条件に適したBIOGパラメータの理論的考察に基づき,BIOGの調整メカニズムを導出した.操作者(技能)・作業条件(環境や内容)・作業機(自由度)で構成される使用条件の組み合わせにおいて,作業性能の最大化するためのBIOGの形状(傾きや次数)の分析を行った.また,BIOG調整のトリガとなる特徴量の変化について,使用条件への非依存性に留意して抽出を行った.分析の結果,人間機械システムによらず,「いかなる状況であっても操作頻度の偏りを解消し,操作量ヒストグラム波形を平準化する」という基本制御測を定義した.使用条件が変わっても常にレバーの全操作帯域を満遍なく利用させることで操作感覚が保持され,未習熟作業や未経験作業へのスムーズな適応が期待できる.さらに,導出したルールを実装し,既知条件化で実機実験を行った結果,BIOG調整における基本制御側の有用性を,作業時間や主観的な使いやすさの観点から確認することができた.これらのことから,理論的な考察に基づいた調整メカニズムを導出することができ,平成29年度で取り組むシステム開発に有用となる知見を実機実験から得ることができたといえる.以上から,当研究課題は順調に進捗しているといえる.平成28年度に行ったBIOG調整のためのパラメータや調整メカニズムに関する分析結果を踏まえ,平成29年度は,人間機械系における入出力操作ゲイン調整における課題であった「使用条件の時変性」,および「人間の機械操作に対する学習機序」を考慮したBIOGの自動調整システムの具体化をおよび評価実験を行った.具体的には,操作量ヒストグラム波形を正規分布波形に近づける共通の調整規範を提案した.長時間の作業により構成される各種データのヒストグラム波形は,局所的な変化には大きく影響を受けにくいと考えられることから,BIOGの調整前後で速度ヒストグラム(スレーブシステムの動作出力側)は保持されるという仮説を立てられる.

この仮説に基づき,各波形における差分を埋めるための簡単な面積変換を行うことで,BIOGの調整量に応じた操作量ヒストグラム移動量を定量的かつ一意に推定することができる.操作量ヒストグラム波形を正規分布波形に一致させたときのBIOGが,調整後の新しいBIOGとなる.この調整ルールを数式化することで,駆動関節軸単体での単軸基本規範を構築した.このとき,機械操作に対して違和感を与える可能性のある,極端に急峻な傾きや変傾点前後での急激な傾き変化を避けるため,適切な定義域の設定と違和感を低減するための補正規範を新たに開発した.開発したBIOG自動調整システムを評価するために,実機を利用した長時間作業による評価実験を行った.評価タスクは,高速動作が求められるボールの運搬と微細操作が要求されるブロックの積み上げとした.速度制御型のマスタスレーブを利用した実機実験の結果,BIOG調整によってヒストグラム波形が目標基準波形に整形されること,作業効率が向上すること,主観的な使いやすさが向上することがそれぞれ示唆された.平成29年度は,平成28年度に行ったBIOG調整のためのパラメータや調整メカニズムに関する分析結果を踏まえ,BIOGの自動調整システムの具体化と評価実験を行った.本年度の成果は,BIOG調整システムを以下に示す汎用的な制御問題として捉えることができた点である.大局的傾向を捉えられる「制御量」を,操作性・作業性が改善されると考えられる「目標値」へ近づけるための「調整規範」に基づき,「操作量(BIOG)」を調整するというものである.実機を用いた長期間作業にて評価実験を行い,BIOG調整によってヒストグラム波形が目標基準波形に整形されること,作業効率が向上すること,主観的な使いやすさが向上することを示した点も重要な成果である.また,ヒアリングの結果,BIOG調整に気付いた操作者はおらず,調整によって操作に違和感を覚えるものはいなかった.以上より,提案したBIOG調整手法は簡易的であるもの,人間機械システムにおけるI/Oゲイン調整の要求機能を満たし,作業性および操作性の改善に寄与することが示唆された.実験では,速度指令型ジョイスティックによる油圧マニピュレータの操作を対象にBIOG調整システムの開発を行ったが,基本的な考え方は,その他のHMI(例えば,マスタ・スレーブシステムであれば,操作ヒストグラムをある基準波形に合わせこむように,マスタアームの入力変位に対するスレーブアームの変位量を調整可能)においても応用できると考えている.これらのことから,基本的かつ汎用的な調整規範のフレームワークは理論レベルから実装レベルまで順次構築できており,また,その有用性を実験から定量的に確認することができた.また,平成29年度で取り組むより高次の個人適合型調整システム開発に有用となる成果を得ることができた.以上から,当研究課題は順調に進捗しているといえる.傾向を捉えるデータの時間長,ヒストグラムの階級数,BIOGの調整粒度などのシステムパラメータが固定の状況では,性能向上の最大化が図れないことが予想される.
Ca^<2+>-動員細胞内情報伝達系機能分子の創製

本研究は、セカンドメッセンジャーとして未だ不明な点の多いcADPRが関与する情報伝達機構を開明のためのツール、さらに創薬リード化合物となりうるcADPR類縁化合物の創製を目的とした。cADPRの安定等価体としてサイクリックADP-カーボサイクリックリボース(cADPcR)を既に開発した。cADPcRは、ウニ卵、神経細胞においてはcADPRを凌駕する強力なCa^<2+>動員活性を示すが、T-細胞ではほとんど活性を示さない。この原因をアデニン部のpKa値またはカーボサイクリックリボース部のコンホメーションにあるものと推論し、T-細胞でも有効な類縁体として、N1-4-チオリボース体及びN1-不飽和カーボサイクリックリボース体等を設計し、その合成を計画した。N1-不飽和カーボサイクリックリボース体の合成に成功し、T-細胞でも有効なことを確認した。N1-4-チオリボース体については、基本骨格であるN1-4-チオリボシルアデノシン構造を構築し、さらに鍵段階の大環状構造の構築に成功したので、あとは脱保護を残すのみとなった。合成完了後、生物学的評価を検討する。本研究は、セカンドメッセンジャーとして未だ不明な点の多いcADPRが関与する情報伝達機構を開明のためのツールとして有用な機能分子、さらに創薬リード化合物となりうるcADPR類縁化合物の創製を目的とする。具体的には、従来例のない1)組織・臓器選択的リガンド及び2)標的蛋白質同定のための標識リガンドの開発を目指す。このような組織選択的あるいは標識リガンドは、cADPRの関連する細胞内情報伝達系研究に有効に活用され、細胞生物学研究の進展に大きく寄与するものと考えられる。さらに、組織選択的アゴニストあるいはアンタゴニストはcADPRが関与する細胞内情報伝達系を作用点とする新薬開発のためのリード化合物としても有望である。申請者らは、cADPRの安定等価体としてサイクリックADP-カーボサイクリックリボース(cADPcR)を既に開発した。この原因をアデニン部のpKa値またはカーボサイクリックリボース部のコンホメーションにあるものと推論し、T-細胞でも有効な類縁体として、N1-4-チオリボース体、N1-ジフルオロカーボサイクリックリボース体、及びN1-不飽和カーボサイクリックリボース体を設計した。何れの目的物の合成も、先に確立したフェニルチオリン酸型基質の分子内縮合による大環状構造の構築を鍵とする合成経路に基づき行うが、それぞれのN1-位糖部ユニットの効率的な合成が課題であった。今年度は、N1-不飽和カーボサイクリックリボース体の合成を目的に鋭意研究を進めた。その結果、目的物の合成を達成することができ、現在生物活性の評価中である。

今年度はN1-4-チオリボース体の合成に焦点をあてて研究を進め、基本骨格の構築に成功した。さらに光標識cADPcR類縁体として設計した、(4"R)-及び(4"S)-アジドメチル-cADPRの合成に成功した。現在、生物学的評価を進めている。本研究は、セカンドメッセンジャーとして未だ不明な点の多いcADPRが関与する情報伝達機構を開明のためのツールとして有用な機能分子、さらに創薬リード化合物となりうるcADPR類縁化合物の創製を目的とする。申請者らは、cADPRの安定等価体としてサイクリックADP-カーボサイクリックリボース(cADPcR)を既に開発した。cADPcRは、ウニ卵、神経細胞においてはcADPRを凌駕する強力なCa^<2+>動員活性を示すが、T-細胞ではほとんど活性を示さない。この原因をアデニン部のpKa値またはカーボサイクリックリボース部のコンホメーションにあるものと推論し、T-細胞でも有効な類縁体として、N1-4-チオリボース体及びN1-不飽和カーボサイクリックリボース体を設計した。N1-不飽和カーボサイクリックリボース体の合成を完了したので、今年度はN1-4-チオリボース体の合成に焦点をあてて研究を進めた。その結果、基本骨格であるN1-4-チオリボシルアデノシン構造を構築し、さらに鍵段階の大環状構造の構築に成功したので、あとは脱保護を残すのみとなった。合成完了後、生物学的評価を検討する予定である。
Si(100)、(111)面ステップ ダイナミクスの通電効果

Si(100)面の優勢ドメイン転換をともなったステップ構造変化の機講を解明した。従来のBCF理論に、1)通電に起因する吸着原子のドリフト流、2)ステップ問反撥相互作用、3)ステップ端での吸着原子の補獲連度、4)2×1再構成に基ずく拡散係数異方性、を考慮に入れてステップ配置の時問変化を数値的に調べた結果、以下のことが明らかにされた。1)優勢ドメイン軽換をともなったステップ構造変化は、ドリフト流と拡散係数の異方性に起因する。2)劣勢ドメイン巾は、ステップ間相互作用に基ずく拡散流とドリフト流の釣り合い条件で決定される。3)劣勢ドメインの熱アニ-リングによる回複は、ステップ問相互作用に起因する。4)ステップ上端側と下端側での吸着原子補獲連度の違いにより、1×2ドメインと2×1ドメインの拡張連度および熱アニ-リングで得られる平衝ドメイン巾の違いが説明される。
野生アジアゾウの保全-ヒトと大型動物の軋轢一例として-

2008年度の研究概要2.スリランカでの野外調査(6月8日から9月17日):博士研究の完成にあたり不可欠なデータを収集するためにスリランカ南東部を訪問し、Bundala国立公園周辺に分布する外来植物種の分布拡大に、アジアゾウ、野性ウシ、霊長類が果たす役割について野外調査をおこなった。3.国際ゾウ基金年次集会への参加(11月23日から12月5日):タイ国Nong Noochで開催された国際ゾウ会議に参加し、口頭発表をおこなった。スリランカの政情が不安定なため、当初考えていた計画の実施は困難となった。そのため、研究の目的を、「分断化された景観構造における種子散布者としてのゾウの役割」に修正した。以下に本年度の研究内容を示す。5月:上野動物園にて飼育下のアジアゾウを用いた給餌実験を行い、種子の体内通過時間を調べた。6月8月:ゾウによる消化が種子の発芽能力に与える影響を調べるために、発芽実験を行った。7月:国際学会(ATBC)および中国科学院主催の「種子散布講習会」に参加するために中国を訪問した。7月8月:スリランカにて、飼育下のアジアゾウを用いた給餌実験を行った。なお、種子の特徴が散布に及ぼす影響を明らかにするために、実験には12種の種子を用いた。8月現在:ゾウによる消化が種子の発芽能力に与える影響を明らかにするために、12種の種子12000個を用いて発芽実験を行った。10月現在:給餌実験、発芽実験、ゾウの移動の情報を結びつけるために、ゾウの移動パターンの解析を行っている。この結果から、分断化された景観構造がゾウによる種子散布に与える影響を評価するモデルを構築する予定である。1.ミャンマー中央部におけるアジアゾウの食性と種子散布:4月から約一カ月ミャンマーにて野外調査を行い、飼育下のゾウが周辺森林で何を食べているかを記録した。また、ゾウより趣旨散布されていると思われる植物種を記録した。植物種の同定にあたっては、現地研究者と協同した。その後ただちに大学研究室にて、これらのデータを解析し、論文を執筆。論文はEcological Researchに受理された。2.スリランカ南部におけるアジアゾウに散布される植物種:平成18年度に、現地協力者により採取したゾウの糞サンプルとそこから得られた種子サンプルを確認するため、10月から約一か月スリランカにて野外調査を行った。周辺に生育している植物種とその種子を見本として、糞に含まれていた種子の生物種及びその種子数を特定した。これらの結果に関する論文は、現在準備中である。3.ゾウの体内を通過した種子の発芽率:平成18年度より、スリランカにおいて現地アシスタントの協力を得て、種子の発芽実験を継続している。上記野外調査時にその進捗を確認し、いくつかの指示を与えた。4.ゾウによる種子散布の空間パターン解析:平成18年度に得られたゾウの消化管通過時間と発芽率の実測データから、スリランカとミャンマーの両地域について、空間明示モデルを構築し、ゾウによる種子散布の時空間パターンを推定した。その成果はEcology誌に受理された。
仮骨延長におけるアルジネート膜のGBR膜としての有用性

1)仮骨延長開始1週間対照:仮骨延長開始前のdistraction gap内には密に結合組織が認められたが,仮骨延長によって引き伸ばされ結合組織は疎になっていた.GBR膜:distraction gap上・内にアルギン酸ナトリウムが残存していた.distraction gap内は残存アルギン酸ナトリウムを取り囲むように疎な結合組織が認められた.2)仮骨延長開始2週間対照:両側骨断端に骨芽細胞が認められるがdistraction gap内には線維性組織で満たされていた.骨形成は認められない.GBR膜:distraction gap上にはアルギン酸ナトリウムは依然残存していた.一部の症例では対照に比べ明らかにgapの幅が狭くなっていた.ただ症例によれば残存アルギン酸ナトリウムが炎症を惹起していた.3)仮骨延長開始4週間対照:distraction gapは2週目に比して狭くなっており,distraction gap内は膜性骨化により線維性組織に存在する間質系細胞が直接骨芽細胞に分化し未熟骨を形成していた.GBR膜:distraction gap内に骨新生が認められ2週目よりはその幅や線維性組織の量も減少していたが,2週目ほど対照との差は認められなかった.さらに一部の新生骨はアルギン酸ナトリウムを核にして骨が再生されている像が認められた.本研究の目的は,distractionによって生じたgap内への結合組織の侵入を防ぐ目的で用いたGBR膜がgap内の骨形成を早めるのに有用かどうかの検討である.その結果,今回GBR膜として用いたアルジネート膜は2週目で対照よりは骨形成を促進していたと思われるが,4週目では優位な差はなかったため,GBR膜としてのアルジネート膜の有用性は認められなかった.特にアルギン酸ナトリウムはgap内の骨形成の核になっていたが,逆に炎症を惹起している像が認められ検討課題である.化骨延長術(distraction)による合併症である後戻りや偽関節,さらには新生骨の形態異常などを防止するためにはdistraction gap内での骨再生期間の短縮や確実な骨形成また元の骨形態への再生を図ることが重要となる.そのためにはgap内への結合組織の侵入を防ぐことが必要である.通常骨欠損部への骨再生のために結合組織の進入を防ぐ目的で細胞遮断膜としてGBR膜が用いられているが,この研究はdistractionにおける合併症の防止にGBR膜が有効かどうかを検討することである.GBR膜としては申請者が考案した吸収性で,直接骨欠損部に形成でき骨との機密性に優れているアルジネート膜を用いた.実験は雄ラット頭頂部にL字型の切開選を設定し頭蓋骨を露出する.冠状縫合上を骨切りし,それに直交するように骨延長装置を装着した.そして骨切りによってできた骨欠損部を1%アルギン酸ナトリウムで充満させその上から3%塩化カルシウムを滴下することにより骨欠損上にアルジネート膜を形成した.対照としては化骨延長装置をつけただけの状態とした.骨延長は化骨延長期装着後7日間の待機期間の後,術後8日目より1日1回0.4mmの骨延長を7日間行い合計2.8mmの骨延長を行った.骨延長終了後は骨延長装置を装着したまま保定した.保定1,4週間後に還流固定を行い術部を採取し,パラフィン切片を作製,H-E染色を行った.その結果1週間後で対照との相違は,distraction gapに結合組織の存在がなかったということである.断端よりの骨新生は両群ともわずかにみとめられるのみであった.4週間後では両群ともdistraction gapに島状の骨新生が認められるが骨新生量に関しては両群に明らかな差は認められなかった.1)仮骨延長開始1週間対照:仮骨延長開始前のdistraction gap内には密に結合組織が認められたが,仮骨延長によって引き伸ばされ結合組織は疎になっていた.GBR膜:distraction gap上・内にアルギン酸ナトリウムが残存していた.distraction gap内は残存アルギン酸ナトリウムを取り囲むように疎な結合組織が認められた.2)仮骨延長開始2週間対照:両側骨断端に骨芽細胞が認められるがdistraction gap内には線維性組織で満たされていた.骨形成は認められない.GBR膜:distraction gap上にはアルギン酸ナトリウムは依然残存していた.一部の症例では対照に比べ明らかにgapの幅が狭くなっていた.ただ症例によれば残存アルギン酸ナトリウムが炎症を惹起していた.3)仮骨延長開始4週間対照:distraction gapは2週目に比して狭くなっており,distraction gap内は膜性骨化により線維性組織に存在する間質系細胞が直接骨芽細胞に分化し未熟骨を形成していた.GBR膜:distraction gap内に骨新生が認められ2週目よりはその幅や線維性組織の量も減少していたが,2週目ほど対照との差は認められなかった.さらに一部の新生骨はアルギン酸ナトリウムを核にして骨が再生されている像が認められた.本研究の目的は,distractionによって生じたgap内への結合組織の侵入を防ぐ目的で用いたGBR膜がgap内の骨形成を早めるのに有用かどうかの検討である.その結果,今回GBR膜として用いたアルジネート膜は2週目で対照よりは骨形成を促進していたと思われるが,4週目では優位な差はなかったため,GBR膜としてのアルジネート膜の有用性は認められなかった.特にアルギン酸ナトリウムはgap内の骨形成の核になっていたが,逆に炎症を惹起している像が認められ検討課題である.
リサイクルを目的としたFRPの化学的分解と再生プロセスに関する研究

エポキシ樹脂の主剤および硬化剤の種類を変えて,樹脂硬化物の硝酸水溶液に対する分解性を調べ,樹脂主剤および硬化剤の化学構造と分解生成物との関連性について明らかにした.樹脂のケミカルリサイクルを目的とした場合,メンタンジアミン(MDA)を硬化剤として用いたビスフェノールF型エポキシ樹脂が最適であった.このエポキシ樹脂を4mol/lの硝酸水溶液(80°C)で約150時間分解し,酢酸エチルで抽出した分解生成物を未使用エポキシ樹脂に対して25wt%添加して無水フタル酸で硬化させたところ,抽出物の添加によって曲げ強度が約1.5倍,引張強度が約4倍に向上した.また,示差走査熱量分析(DSC)により,抽出物を添加した場合にも化学構造の均一性が得られていることが示され,さらに,とガラス転移温度が約18°C増加して耐熱性が向上していることが明らかになった.分析の結果,抽出物中に含まれるアミンによって硬化反応が促進され,架橋密度が高くなっている可能性が示唆された.マトリックスにテトラグリシジルジアミノジフェニルメタン(TGDDM)硬化ビスフェノールF型エポキシ樹脂を用いたガラス繊維強化プラスチックについて,前述と同様の方法で分解を行ったところ,樹脂単体が分解する場合とほぼ同じ時間でマトリックス樹脂が分解し,ガラス繊維のみを分離・回収することに成功した.また,FRPを分解して得られた抽出物を用いて,前述の方法と同様に未使用樹脂に添加して無水フタル酸で硬化させたところ,抽出物の含有率が15wt%の範囲では良好なリサイクル品が得られ,曲げ強度も向上した.さらに,3種類のガラス繊維を硝酸水溶液に浸せきしたところ,汎用のE-ガラス繊維は顕著な溶解や強度低下が起こったのに対し,化学用のC-ガラスおよび機械用のT-ガラスについては劣化の程度が小さく,繊維を回収して再利用できる可能性が高いことが明らかになった.エポキシ樹脂の主剤および硬化剤の種類を変えて,樹脂硬化物の硝酸水溶液に対する分解性を調べ,樹脂主剤および硬化剤の化学構造と分解生成物との関連性について明らかにした.樹脂のケミカルリサイクルを目的とした場合,メンタンジアミン(MDA)を硬化剤として用いたビスフェノールF型エポキシ樹脂が最適であった.このエポキシ樹脂を4mol/lの硝酸水溶液(80°C)で約150時間分解し,酢酸エチルで抽出した分解生成物を未使用エポキシ樹脂に対して25wt%添加して無水フタル酸で硬化させたところ,抽出物の添加によって曲げ強度が約1.5倍,引張強度が約4倍に向上した.また,示差走査熱量分析(DSC)により,抽出物を添加した場合にも化学構造の均一性が得られていることが示され,さらに,とガラス転移温度が約18°C増加して耐熱性が向上していることが明らかになった.分析の結果,抽出物中に含まれるアミンによって硬化反応が促進され,架橋密度が高くなっている可能性が示唆された.マトリックスにテトラグリシジルジアミノジフェニルメタン(TGDDM)硬化ビスフェノールF型エポキシ樹脂を用いたガラス繊維強化プラスチックについて,前述と同様の方法で分解を行ったところ,樹脂単体が分解する場合とほぼ同じ時間でマトリックス樹脂が分解し,ガラス繊維のみを分離・回収することに成功した.また,FRPを分解して得られた抽出物を用いて,前述の方法と同様に未使用樹脂に添加して無水フタル酸で硬化させたところ,抽出物の含有率が15wt%の範囲では良好なリサイクル品が得られ,曲げ強度も向上した.さらに,3種類のガラス繊維を硝酸水溶液に浸せきしたところ,汎用のE-ガラス繊維は顕著な溶解や強度低下が起こったのに対し,化学用のC-ガラスおよび機械用のT-ガラスについては劣化の程度が小さく,繊維を回収して再利用できる可能性が高いことが明らかになった.3種類のエポキシ樹脂を成形し、硝酸水溶液中で分解させた。樹脂はメンタンジアミン硬化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、同ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタン(DDM)硬化テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン(TGDDM)型エポキシ樹脂の3種類を用い、硝酸の濃度は4mol/lおよび6mol/lの2種類とした。分解温度は80°Cとした。硝酸以外の酸とアルカリ水溶液については分解速度が非常に遅かった。分解生成物について、サイズ排除クロマトグラフィによる分子量分布の測定と、FT-IRによる化学構造の分析を行った。その結果、ビスフェノールA型エポキシ樹脂に関しては、架橋部のC-N結合が切断され、モノマー相当化合物が回収された。この化合物は、硝酸水溶液を酢酸エチルで抽出することで得られる。また、主鎖の開裂とニトロ化により2,4,6-トリニトロフェノールが生成していることが明らかになった。ビスフェノールF型エポキシ樹脂に関しては、基本的にはビスフェノールA型と同様であったが、硝酸が架橋部のC-N結合をより選択的に攻撃したため、モノマー相当化合物の収率がより大きかった。TGDDM型エポキシ樹脂に関しては、その化学構造の対称性・均一性から、ほぼ単一の化合物が分解生成物として回収され、分析の結果2,4,6-トリニトロアニリンであることが明らかになった。研究結果を総合的に判断した結果、ビスフェノールF型エポキシ樹脂の4mol/l硝酸水溶液中での分解が最も適していると結論付けられた。この場合について実質収率を求めたところ約83%という非常に高い値が得られ、リサイクルの方法として極めて実用的な手法であることを明らかにした。

メンタンジアミン(MDA)を硬化剤として用いたビスフェノールF型エポキシ樹脂を4mol/lの硝酸水溶液(80°C)で分解した場合が、リサイクルという本研究の目的に最も適合していることがわかったので、この条件で硬化樹脂の分解を行った。樹脂は100時間程度で完全に分解した。これを酢酸エチルで抽出し、FT-IR分析およびサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)を行ったところ、樹脂のモノマー構造を残した化合物が酢酸エチル相に存在することが示唆された。そこで、この抽出物を未硬化の樹脂およびMDA硬化剤と種々の配合比で混合し、硬化させた。その結果、未硬化樹脂の比率を下げても硬化するが、硬化剤の比率を下げると硬化しなくなることから、抽出物が未硬化樹脂と同様にふるまっていることが明らかになった。しかしながら、抽出物を15wt%以上添加すると、弾性率の低下は見られないものの、曲げ強度の低下が大きいことがわかった。示差走査熱量分析(DSC)により、添加量が大きい場合にはガラス転移によるDSC曲線のシフトが複数見られ、強度低下の原因が化学構造の不均一性によることが示された。より優れた硬化物を得るため、抽出物を再硬化させる際の硬化剤の種類を変えて検討を行ったところ、酸無水物系の硬化剤を用いた場合に、強度に関してはむしろ抽出物を加えた方が向上することが明らかになった。20wt%の抽出物を加えることにより、曲げ強度は約1.5倍の向上が見られた。抽出物は混合物であり、含有成分の中に硬化促進剤として作用する化合物が存在することが示唆された。抽出物を30%以上加えると、硬化が早すぎるために成形が困難であることが明らかになった。メンタンジアミン(MDA)を硬化剤として用いたビスフェノールF型エポキシ樹脂を4mol/lの硝酸水溶液(80°C)で約150時間分解し、酢酸エチルで抽出した分解生成物を未使用ビスフェノールF型エポキシ樹脂に対して25wt%添加して無水フタル酸で硬化させたところ、抽出物の添加によって曲げ強度が約1.5倍、引張強度が約4倍に向上した。また、示差走査熱量分析(DSC)により、抽出物を添加した場合にも化学構造の均一性が得られていることが示され、さらに、とガラス転移温度が約18°C増加して耐熱性が向上していることが明らかになった。分析の結果、抽出物中に含まれるアミンによって硬化反応が促進され、架橋密度が高くなっている可能性が示唆された。マトリックスにテトラグリシジルジアミノジフェニルメタン(TGDDM)硬化ビスフェノールF型エポキシ樹脂を用いたガラス繊維強化プラスチックについて、前述と同様の方法で分解を行ったところ、樹脂単体が分解する場合とほぼ同じ時間でマトリックス樹脂が分解し、ガラス繊維のみを分離・回収することに成功した。また、FRPを分解して得られた抽出物を用いて、前述の方法と同様に未使用樹脂に添加して無水フタル酸で硬化させたところ、抽出物の含有率が15wt%の範囲では良好なリサイクル品が得られ、曲げ強度も向上した。さらに、3種類のガラス繊維を硝酸水溶液に浸せきしたところ、汎用のE-ガラス繊維は顕著な溶解や強度低下が起こったのに対し、化学用のC-ガラスおよび機械用のT-ガラスについては劣化の程度が小さく、繊維を回収して再利用できる可能性が高いことが明らかになった。
分子標的薬抵抗性の甲状腺癌に対する新規治療の開発

未分化甲状腺癌や低分化甲状腺癌に代表される一部の甲状腺癌は、その予後が非常に不良であり、手術不能例ではこれまで有効な治療法は存在しなかった。近年、癌細胞の増殖に関わるある特定の分子を標的とした、分子標的薬が難治性甲状腺癌の新たな治療法として確立された。その分子標的薬が難治性甲状腺癌に対して一定の治療効果を認めているが、後に急速な腫瘍の増大を認める症例を経験する(エスケープ症例)。これは薬剤に対する耐性を腫瘍が獲得したためで、その機序は明らかとなっていない。本研究では難治性甲状腺癌の分子標的薬耐性の機序を明らかとし、耐性機序を標的とした新規治療法を提案し、その有用性を明らかにする。
生物流体における階層的流れ構造の形成機構の解明

ミドリムシの個体及び集団運動に伴う流れの階層構造形成と情報処理の関係を調べた.特に光勾配の強さに比例した数密度流束の存在を示唆する結果等を得た.これらの結果を基に局在生物対流のモデル方程式を構築し,局在生物対流の再現や,これまでの実験結果で示唆されている,臨界密度近傍での状態の双安定性の再現に成功した.昆虫飛翔解析に関して,階層的流れ構造の自律的な形成過程を研究するために単一渦近似と呼ばれる方法を用いて剥離渦の挙動を低次元力学系で記述する手法を開発し,幾つかの系への応用を試みた.微生物遊泳に関して,ミドリムシの遊泳に伴う流れ構造を測定し,その影響範囲を見積もった.ミドリムシは鞭毛を動かして遊泳するが,鞭毛が生えている方向に泳ぐことが知られており,pullerと呼ばれるタイプの遠方場を形成する.しかし近接場の流れ構造はよくわかっていない.そこで近接場の流れ構造を実験的に取得し,生物対流等の集団運動における臨界数密度との関係を検討した.粒子を混ぜた懸濁液中でミドリムシを泳ぐ様子を高速度撮影し,そのデータをPIV法により解析し,多数の個体の平均を取ることでミドリムシ遊泳に伴う平均的な近接流れ構造を取得した.その結果単体の流れ場は鞭毛と胴体の配置の関係から平均場と比べて揺らぎが大きいことがわかった.この揺らぎ遊泳の方向転換などに影響を及ぼしている可能性がある.またその流れ場の近接構造から体調のおよそ倍程度の領域に流れ場の主要な構造があることを明らかとした.その体積を用いて臨界密度を見積もると,実験的に知られている生物対流の臨界密度と同じオーダーとなった.昆虫飛翔の解析に関しては,流れ構造の自律的な形成過程を研究するため,ピボット周りに運動が可能な平板を一様流中に置いた時の流れ構造を解析し,振幅が異なる振動モードが発現することなどを発見した.本課題に関係する研究の現状の調査および研究内容について議論するために関連研究者を招き「生物流体力学における計測問題」と題する研究集会を2014年11月4日から6日の日程で企画し,京都大学数理解析研究所と共催で開催した.微生物遊泳に関しては,昨年度行った,ミドリムシ周囲の流れを集団平均することで得たマクロな挙動の起源を調べるため,鞭毛運動のダイナミクスと引き起こされる流れを具体的に計測した.微分干渉顕微鏡を用いて自由遊泳するミドリムシを高速度撮影し,特徴的な鞭毛運動を抽出,観察した.特に,ミドリムシの方向転換には,特徴的な鞭毛運動を明らかにした.一方で,直進時の鞭毛運動はミドリムシ胴体周りを回転しているように見えるが,想像していた以上に複雑であり,ミドリムシ周囲のマクロな流れの形成へどのように影響しているかはさらなる研究が必要である.昆虫飛翔の解析に関しては流れ構造の自律的な形成過程を研究するため,平板から発生する剥離渦を一つの点渦で置き換える単一渦近似によるモデルを解析した.このモデルでは剥離挙動を含めた剥離渦の循環の強さや位置のダイナミクスを低次元の系として計算可能である.また,剥離渦の収束点及びそこへ至る初期値の集合を図示することが可能である.この手法を活用することで渦構造の自律的な形成過程の頑健性を解析することができると期待出来る.本課題に関しては国際会議における招待講演を2件行い,関連研究者と課題内容に関する議論を行った.また,本課題に関連する研究の現状調査及び研究内容について議論するために関連研究者を招き,「生物流体における運動の諸相」と題する研究集会を企画し,2015年10月26日から28日に京都大学数理解析研究所と共催し,海外研究者を含む多数の参加者に講演していただいた.昨年度得られた微生物流れの集団平均流れと,よりミクロスケールな流れを関係づける計測が成功しつつある.直進運動に関しては鞭毛運動が複雑であるため特徴的な運動の有無を含めた適切なモデル化に至っていないが,方向転換に関して新しいと考えられるモデルの候補を検討中であり,目的である階層的な流れ構造の形成過程をミドリムシ遊泳について解析できると期待できる.昆虫飛翔については近接的な流れ構造を単純なモデルにより表現することで階層的流れ構造の形成を理解しようと試みている.このモデルでは一つの剥離点からの渦構造を一つの点渦で置き換える単純化を行っているが,遠方場での流れへの影響は少ないと考えられる.ただし遠方場の形成過程を理解するには今後連続的な渦放出や渦の剥離挙動の安定性を考慮する必要がある.微生物スケールの遊泳に関して,ミドリムシの個体遊泳,運動変化,集団運動に至る階層的流れ構造の形成を調べた.高速度撮影カメラと顕微鏡により自由遊泳するミドリムシの特徴的な鞭毛運動を計測した.またその数理モデルを構築し,推進力を見積もった.ミドリムシ個体の運動を撮影し,その結果から統計法則を調べ,運動の継続距離,待ち時間,待ち時間前後の方向転換の分布を調べた.これらは大腸菌に見られる分布とは異なっている.また,それらを取り込んだ確率モデルを作成したうえで自乗平均距離をしらべ,実際のミドリムシの運動と比較した.これらの結果は懸濁液のモデル化の基礎となるべきものである.更に光環境が非一様な場合について,その運動法則をミクロおよびマクロな観点から実験的に調べ,光強度の勾配に応じた運動を定量的に明らかにした.この結果に基いた光環境下での生物対流モデルを解析し,局在対流の再現およびそのダイナミクスを調べた.

昆虫スケールの飛翔に関しては,流れ構造の形成過程を明らかにするため単一渦モデル近似を用いることで,剥離渦の形成過程を解析した.特に剥離渦の動力学を可視化する手法を考案したことで渦構造の自律的な形成過程およびその頑健性の解析に役立てられると期待される.研究期間中には本課題に関連する研究の調査および研究内容の議論を行うために関連研究者を招いて研究会を行った.一度目は2014年11月4日から6日,二度目は2015年10月26日から28日,三度目は2016年10月30日から11月1日で,場所はいずれも京都大学数理解析研究所である.ミドリムシの個体及び集団運動に伴う流れの階層構造形成と情報処理の関係を調べた.特に光勾配の強さに比例した数密度流束の存在を示唆する結果等を得た.これらの結果を基に局在生物対流のモデル方程式を構築し,局在生物対流の再現や,これまでの実験結果で示唆されている,臨界密度近傍での状態の双安定性の再現に成功した.昆虫飛翔解析に関して,階層的流れ構造の自律的な形成過程を研究するために単一渦近似と呼ばれる方法を用いて剥離渦の挙動を低次元力学系で記述する手法を開発し,幾つかの系への応用を試みた.微生物流れの近接流れ場構造については具体的なデータの取得に成功し,集団運動に影響を及ぼす臨界密度を見積もる事ができた.流れ場の大域構造としてはpuller型であること,しかし4つの渦構造が胴体近傍に存在すること,流れ構造の前後に非対称性が見られるなど,遠方場を展開した際にpuller型を表す項だけでなく,更に高次の項が影響していることが示唆される結果となった.昆虫飛翔等の解析に関しては自律的な流れ構造の形成過程の計算を行い,この場合の近接場構造の様々なモードが発現する条件を明らかとした.この他研究集会を企画・開催して議論を行った.微生物遊泳に関しては数値的にミクロ運動を計算し,集団平均としての流れ構造との関係を明らかにする.昆虫飛翔に関しては渦構造の形成過程を取り込んで遠方場構造を解析する.流体物理学微生物流れについては遠方場を展開した際の高次項の影響を見積もることが重要である.遠方場そのものを実験的に取得するには測定精度の問題や顕微鏡の画角の問題があり十分とは言えないため,理論的観点からの研究が必要である.昆虫飛翔の解析に関しては遠方場の解析を目指すため適切な計算コードについて研究分担者との議論を行っており,次年度以降に計算を行う予定である.研究集会に関しては次年度も開催を予定している.平成26年度に出席予定であった国際会議出席費用を他経費で行い,平成27年度の経費を概ね予定通り使用したため.出席予定であった国際会議の出席を他経費にて賄うこととし,その経費を次年度の国際会議出席費用に充てることとしたこと,また購入予定の備品を次年度以降に行うことにしたため.平成26年度支出予定分の国際会議出席費用は,平成28年度に中国及びカナダで開催予定の国際会議に出席予定であるのでその費用に当てる.また,平成28年度に必要な備品購入を行う予定である.情報収集及び研究発表のため,国際会議および国内会議に出席するための費用に充てる.必要に応じて研究分担者との打ち合わせを行い,その旅費に充てる.また必要な備品および消耗品の購入費用に充てる.
新磁気現象を利用した金属系高性能磁心材料の開発

非晶質Fe-Cu-Nb-Si-B薄帯を過時効することにより,ナノ組織中に微量なFe_2Bを析出させた.析出したFe_2Bは磁壁のピニングサイトとなり,薄帯の透磁率を300程度まで低下させることができた.この時の磁気損失は,Mn-Znフェライトコアの3倍程度あるので,開発された薄帯は,エアギャップレスの低透磁率・低損失材料として期待される.開発された薄帯で作製したコアを対称励磁した際には,励磁前に行う安定化のための励磁条件を制御することにより,その透磁率を所望の値に調整することができた.このことにより,本研究で開発したコアでは,エアギャップを有しないにもかかわらず,ユーザが透磁率を所望の値に調整できる.直流重畳時の磁気損失を詳細に検討した結果,直流重畳時には磁気損失が増加することが明らかとなった.そこでこの点を改善するために,組成を変えたコアを作成して直流重畳特性を研究した.その結果,磁化回転型の磁化過程を有するコアにおいては,直流重畳時でも磁気損失が増加しないが,磁壁移動型の磁化過程を有するコアにおいては,直流重畳時に磁気損失が急激に増加することが明らかになった.この結果を踏まえ,磁化回転型の磁化過程を有する低透磁率Fe-Cu-Nb-Si-B薄帯を作成し,これを用いて低透磁率・低損失コアを作成した.この結果,直流重畳時も磁気損失の増加しない低透磁率・低損失コアを作成することができた.このコアは,フェライトコアの約3倍の飽和磁化,ギャップ付きMn-Znフェライトコアに勝る透磁率の直流重畳特性,フェライトコアの2/3程度の磁気損失(100kHz,0.1T,直流重畳時)を有していた.非晶質Fe-Cu-Nb-Si-B薄帯を過時効することにより,ナノ組織中に微量なFe_2Bを析出させた.析出したFe_2Bは磁壁のピニングサイトとなり,薄帯の透磁率を300程度まで低下させることができた.この時の磁気損失は,Mn-Znフェライトコアの3倍程度あるので,開発された薄帯は,エアギャップレスの低透磁率・低損失材料として期待される.開発された薄帯で作製したコアを対称励磁した際には,励磁前に行う安定化のための励磁条件を制御することにより,その透磁率を所望の値に調整することができた.このことにより,本研究で開発したコアでは,エアギャップを有しないにもかかわらず,ユーザが透磁率を所望の値に調整できる.直流重畳時の磁気損失を詳細に検討した結果,直流重畳時には磁気損失が増加することが明らかとなった.そこでこの点を改善するために,組成を変えたコアを作成して直流重畳特性を研究した.その結果,磁化回転型の磁化過程を有するコアにおいては,直流重畳時でも磁気損失が増加しないが,磁壁移動型の磁化過程を有するコアにおいては,直流重畳時に磁気損失が急激に増加することが明らかになった.この結果を踏まえ,磁化回転型の磁化過程を有する低透磁率Fe-Cu-Nb-Si-B薄帯を作成し,これを用いて低透磁率・低損失コアを作成した.この結果,直流重畳時も磁気損失の増加しない低透磁率・低損失コアを作成することができた.このコアは,フェライトコアの約3倍の飽和磁化,ギャップ付きMn-Znフェライトコアに勝る透磁率の直流重畳特性,フェライトコアの2/3程度の磁気損失(100kHz,0.1T,直流重畳時)を有していた.非晶質Fe-Cu-Nb-Si-B薄帯を過時効することにより、ナノ組織中に微量なFe_2Bを析出させた.析出したFe_2Bは磁壁のピニングサイトとなり、薄帯の透磁率を300程度まで低下させた.この時の磁気損失は、Mn-Znフェライトコアあるいは、エアギャップ付きのアモルファスカットコアと同程度であった.また、飽和磁化は約1.35Tとフィライトコアの3倍程度であった.この結果、開発された薄帯は、エアギャップレスの低透磁率・低損失材料として期待される.開発された薄帯で作製したコアを対象励磁した際には、励磁前に行う安定化のための励磁条件を制御することにより、その透磁率を所望の値に調整することができた.エアギャップを有するコアでは、ギャップ長を調整することにより、コアの透磁率をを変化させられることが大きな特徴となっているが、本研究で開発したコアでは、エアギャップを有しないにもかかわらず、ギャップ付きコアと同様な機能を持つことが期待できる.開発されたコアの直流重畳特性は、薄帯が過去に経験した直流磁磁界の履歴に大きく影響された.直流バイアスされた交流磁界を印加するに先立ち直流バイアス磁界と逆方向の直流磁界を印加することにより、コアの直流重畳特性を著しく改善することができた.これを利用することにより、ギャップ付きMn-Znフェライトコアに勝る透磁率の直流重畳特性を有するコアを作ることができた.昨年度のまでの研究で,非晶質Fe-Cu-Nb-Si-B

薄帯を過時効することにより得られるコアは,エアギャップなしで,300程度の透磁率,Mn-Znフェライトコアあるいはエアギャップ付きのアモルファスカットコアと同程度の磁気損失,フェライトコアの3倍程度の飽和磁化を有すことが明らかとなった.また,ギャップ付きMn-Znフェライトコアに勝る透磁率の直流重畳特性を有するコアを作成することにも成功した.本年度の研究においては,まず,直流重畳時の磁気損失を詳細に検討した.その結果,直流重畳時には磁気損失が増加することが明らかとなった.そこでこの点を改善するために,組成を変えたコアを作成して直流重畳特性を研究した.その結果,磁化回転型の磁化過程を有するコアにおいては,直流重畳時でも磁気損失が増加しないが,磁壁移動型の磁化過程を有するコアにおいては,直流重畳時に磁気損失が急激に増加することが明らかになった.この結果を踏まえ,磁化回転型の磁化過程を有する低透磁率Fe-Cu-Nb-Si-B薄帯を作成し,これを用いて低透磁率・低損失コアを作成した.この結果,直流重畳時も磁気損失の増加しない低透磁率・低損失コアを作成することができた.このコアは,フェライトコアの約3倍の飽和磁化,ギャップ付きMn-Znフェライトコアに勝る透磁率の直流重畳特性,フェライトコアの2/3程度の磁気損失(100kHz,0.1T,直流重畳時)を有していた.
材料強度評価のためのマルチスケールモデリングに関する研究

近年の材料の微細化にともなって,微細材料や薄膜に対する有効な強度評価法として,ナノインデンテーションが広く用いられるようになってきた.とりわけ,金属材料に対する押込み試験は最も広く行われており,荷重-変位関係における不安定現象として,弾性変形から押込み荷重一定のまま押込み変位が急激に増大する"変位バースト"が報告されている.しかしながら,変位バーストについて多くの議論がなされる一方で,その詳細なメカニズムはいまだ明らかになっていない.本研究では,まず原子論的手法を用いた解析によって,転位が材料内部の領域で射出されることを明らかにし,さらに押込みによって生成される圧縮応力場によって,そのときの臨界せん断応力が大きく上昇することを示した.また,三次元離散転位動力学法と境界要素法との連結によるマルチスケールモデルを構築し,押込みシミュレーションを行った.その結果,内部に生成された転位綱が押込み荷重に与える影響は小さく,むしろ転位の射出の瞬間に押込み面側に運動する転位双極子による表面ステップがマクロな荷重-変位関係に大きく影響することを示した.そして,エネルギーの釣り合いに基づく数理モデルから,数百もの非常に多数の転位が同時に生成されることによって,変位バーストが引き起こされることを明らかにした.また,近年注目されているナノ多結晶と転位の相互作用に関して,Nudged Elastic Band法を用いて反応の活性化エネルギーを評価した.そして,Σ3対応粒界と刃状転位の相互作用では,転位の単位長さ当たり0.0074[eV/Å]のエネルギーを要することを得るとともに,完全結晶中を運動する転位の抵抗(パイエルスポテンシャル)の約380倍の大きさになることを示した.また,粒界面でDSL転位とステップ転位の分解を観察し,多数の転位の反応によって数十nm程度の粒界移動を引き起こすことを示唆した.近年の微細化技術の発展により,シリコンデバイスやMEMSの基板や配線に用いられる金属材料では,その個々の大きさはナノスケールに達しており,今後さらに微細化が進み2010年には原子レベルに到達するといわれている.このような微小材料では,マクロな構造物では問題とならないような小さな欠陥が材料の破壊を引き起こす直接的な原因となりうるため,材料内部における転位などの欠陥構造の挙動を捉え,系全体に及ぼす影響を明らかにすることは,材料の生成や制御のみならず,今後さらに微細化が進むナノテクノロジー全般を支える上で非常に重要になると考えられる.分子動力学法(MD)は原子レベルの解析に強力な手段であり,本研究では,MDを用いてインデンテーションにおける,転位の射出の臨界せん断応力の同定と近距離の転位間相互作用のメカニズムの解明を行った.しかしながら,MDの解析対象は計算機の性能に強く依存し,現在の最大規模でも一辺数百nmの系を扱える程度である.そこで,MDの結果を含み,転位の運動を陽に追跡することができる三次元離散転位動力学法(DD)の構築を行った.さらに,白由表面や押込みなどの境界値問題の解析を可能にするため,連続体の解析手法との連結を行った.ここで,連続体の手法として,境界積分方程式の解から直接転位の運動に必要な応力場の計算が可能な境界要素法(BEM)を採用し,MD-DD-BEMによるマルチスケールモデルを構築した.MDの結果に加えて転位論を導入することで,押込み下で分解せん断応力が臨界値に達すると,100200個もの転位ループが同時に射出することがわかり,実験で観察される変位バースト現象を解明することができた.近年の材料の微細化にともなって,微細材料や薄膜に対する有効な強度評価法として,ナノインデンテーションが広く用いられるようになってきた.とりわけ,金属材料に対する押込み試験は最も広く行われており,荷重-変位関係における不安定現象として,弾性変形から押込み荷重一定のまま押込み変位が急激に増大する"変位バースト"が報告されている.しかしながら,変位バーストについて多くの議論がなされる一方で,その詳細なメカニズムはいまだ明らかになっていない.本研究では,まず原子論的手法を用いた解析によって,転位が材料内部の領域で射出されることを明らかにし,さらに押込みによって生成される圧縮応力場によって,そのときの臨界せん断応力が大きく上昇することを示した.また,三次元離散転位動力学法と境界要素法との連結によるマルチスケールモデルを構築し,押込みシミュレーションを行った.その結果,内部に生成された転位綱が押込み荷重に与える影響は小さく,むしろ転位の射出の瞬間に押込み面側に運動する転位双極子による表面ステップがマクロな荷重-変位関係に大きく影響することを示した.そして,エネルギーの釣り合いに基づく数理モデルから,数百もの非常に多数の転位が同時に生成されることによって,変位バーストが引き起こされることを明らかにした.また,近年注目されているナノ多結晶と転位の相互作用に関して,Nudged Elastic Band法を用いて反応の活性化エネルギーを評価した.そして,Σ3対応粒界と刃状転位の相互作用では,転位の単位長さ当たり0.0074[eV/Å]のエネルギーを要することを得るとともに,完全結晶中を運動する転位の抵抗(パイエルスポテンシャル)の約380倍の大きさになることを示した.また,粒界面でDSL転位とステップ転位の分解を観察し,多数の転位の反応によって数十nm程度の粒界移動を引き起こすことを示唆した.