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学校等集団生活場に具備すべき地震防災即時対策支援情報システム

本研究は,学校等集団生活場に具備すべき即時地震情報システムを実用レベルにおいて開発することを主目的に3年計画で立案されている.本年度はその第3年目(最終年)として,前年度までに得られているシステムのプロトタイプについて全体構成を再吟味するとともにシステムそのものの実現を目標に研究を進めた.すなわち,1)システムの全体整理:システムの全体構成を判り易くするため,特にソフトウエアに注目し,これを[入力評価,被災推定,対策指針およびそれらの出力]に系統整理し,アルゴリズムの改良を計った.2)『音声』情報の同時的出力:本来は複雑多様な入力地震動を単峰形のカーブで逐次的に近似するアルゴリズムを開発し,地震の感知に始まり,「ゆれ」の最中においても時々刻々の入力変化に即応した音声情報を出力する新たな方式の導入を行った.3)強震動検知・記録装置をPC型処理装置と組み合わせることで,システムの全体を実用に近いレベルで実現した.4)本システムに直接関係する研究と関連(背景)研究のそれと大別し,成果を印刷刊行できるに至った.すなわち,本研究の最終年度として前年度までに実現しているプロトタイプモデルをもとに,システムの全体について系統的に吟味し,問題点を抽出し,必要な改善・整理を行い,システムとしての一体性を高めるための研究を行い,また音声情報の同時的出力を可能とする付加価値化について研究を進めた.この結果,当初目標に近い簡易型システムが具体的に提案できるに至った.研究成果は印刷刊行によって総括される.本研究は,学校等集団生活場に具備すべき即時地震情報システムを実用レベルにおいて開発することを主目的に3年計画で立案されている.本年度はその第3年目(最終年)として,前年度までに得られているシステムのプロトタイプについて全体構成を再吟味するとともにシステムそのものの実現を目標に研究を進めた.すなわち,1)システムの全体整理:システムの全体構成を判り易くするため,特にソフトウエアに注目し,これを[入力評価,被災推定,対策指針およびそれらの出力]に系統整理し,アルゴリズムの改良を計った.2)『音声』情報の同時的出力:本来は複雑多様な入力地震動を単峰形のカーブで逐次的に近似するアルゴリズムを開発し,地震の感知に始まり,「ゆれ」の最中においても時々刻々の入力変化に即応した音声情報を出力する新たな方式の導入を行った.3)強震動検知・記録装置をPC型処理装置と組み合わせることで,システムの全体を実用に近いレベルで実現した.4)本システムに直接関係する研究と関連(背景)研究のそれと大別し,成果を印刷刊行できるに至った.すなわち,本研究の最終年度として前年度までに実現しているプロトタイプモデルをもとに,システムの全体について系統的に吟味し,問題点を抽出し,必要な改善・整理を行い,システムとしての一体性を高めるための研究を行い,また音声情報の同時的出力を可能とする付加価値化について研究を進めた.この結果,当初目標に近い簡易型システムが具体的に提案できるに至った.研究成果は印刷刊行によって総括される.本研究は、学校等集団生活場に具備すべき地震情報システムを実用レベルにおいて開発することを主目的に3年計画で立案されている。本年度はその第1年目として、集団場における既往震害を整理してシステムの全体構成に基礎を与え、システムの基本設計達成を目標に研究を進めた。このため、1)震害時系列分析:関東地震(1923)最近の地震に至る主要被害地震について、集団場での人的・物的被害、関連事後対策等について分析し、本システムが出力すべき情報(内容、方式)についての知見を確実なものとした。この過程で、『音声』による出力情報の重要性、またシステム全体をコンパクトに構成することの有効性を強く認識した。これを前提に、2)システムの概念設計:システムの全体像、ハ-ドウエア・ソフトウエアの全体構成を明らかにし、システム構築への主要過程を単位仕事化した。3)システムの基本設計:ソフトウエアを[入力評価、被災推定、対策指針およびそれらの出力]に4大別し、アルゴリズムを展開した。特に、出力方式については通常の画面表示に加えて『音声』情報も同時的に出力できるべく特段の攻究を行なった。すなわち、本年度は本試験研究において最も基本となるシステムの全体構成を確実にするための研究を進め、次年度以降におけるシステムの実現に向けて、必要な準備の殆んどを達成した。この結果、目的とするシステムが次年度以降の研究期間内に高い実用レベルにおいて具体化できるとの見通しを得るに至った。本研究は,学校等集団生活場に具備すべき地震情報システムを実用レベルにおいて開発することを主目的に3年計画で立案されている.本年度はその第2年目として,『音声』による出力情報の重要性の認識のもとにシステムの全体構成,システムの要となる部分の設計と実現を目標に研究を進めた.すなわち,1)システムの全体設計:ハ-ドウエア・ソフトウエアの全体構成を明らかにし,ソフトウエアを[入力評価,被災進定,対策指針およびそれらの出力]に4大別し,アルゴリズムを展開した.2)『音声』情報の同時的出力:本来は複雑多様な入力地震動を単峰形のカ-ブで逐次的に近似するアルゴリズムを開発し,地震の感知に始まり,「ゆれ」の最中においても時々刻々の入力変化に即応した音声情報を出力する新たな方式の導入について見通しを得た.3)対象(学校,社会施設など)に応じたソフトウエア・デ-タベ-スのモジュ-化についても考察した.

4)本年度購入の強震動検知・記録装置を前年度購入の処理装置と組み合わせることで,システムの一応の全体構成を具体的に実現できた.すなわち,本年度は本試験研究において基本となるシステムの全体構成を確実にするための研究を進め,また音声情報の同時的出力を可能とする研究展開を行い,次年度におけるシステムの完成に向けて,必要な準備の殆んどを達成した.この結果,目的とするシステムが研究基間内に高い実用レベルにおいて具体化できるとの見通しを得るに至った.本研究は,学校等集団生活場に具備すべき即時地震情報システムを実用レベルにおいて開発することを主目的に3年計画で立案されている.本年度はその第3年目(最終年)として,前年度までに得られているシステムのプロトタイプについて全体構成を再吟味するとともにシステムそのものの実現を目標に研究を進めた.すなわち,1)システムの全体整理:システムの全体構成を判り易くするため,特にソフトウエアに注目し,これを[入力評価,被災推定,対策指針およびそれられの出力]に系統整理し,アルゴリズムの改良を計った.2)『音声』情報の同事的出力:本来は複雑多様な入力地震動を単峰形のカーブで逐次的に近似するアルゴリズムを開発し,地震の感知に始まり,「ゆれ」の最中においても時々刻々の入力変化に即応した音声情報を出力する新たな方式の導入を行った.3)強震動検知・記録装置をPC型処理装置と組み合わせることで,システムの全体を実用に近いレベルで実現した.4)本システムに直接関係する研究と関連(背景)研究のそれとに大別し,成果を印刷刊行できるに至った.すなわち,本研究の最終年度として前年度までに実現しているプロトタイプモブルをもとに,システムの全体について系統的に吟味し,問題点を抽出し,必要な改善・整理を行い,システムとしての一体性を高めるための研究を行い,また音声情報の同時的出力を可能とする付加価値化について研究を進めた.この結果.当初目標に近い簡易型システムが具体的に提案できるに至った.研究成果は印刷刊行によって総括される.
「仕様書」の活用による尺度作成スキルの向上と授業プログラムの開発

H21年度は,H19年度とH20年度に行った授業の記録および授業時の学生の会話記録に基づき,教員の説明のしかたで改善すべき点をあらためて検討した。とくに測定の妥当性という概念とその重要性を半年間の講義と実習で会得してもらうということを最優先に据えてこれまでの授業内容を見直した。その結果,具体的な心理尺度を研究例から紹介すること,仕様書の事例を初めに見せること,を授業の初めの方で行うことにした。具体的には,その研究例では測定したい内容をどう定義して,どのような特徴や使用用途を備えさせようとしているのかを研究論文から抜粋し,仕様書を作って与えた。またその心理尺度の項目は仕様書に定義された内容をちゃんと測っているかを学生に検討させ,更にワーディング上の問題点や改善点なども考えてもらった。この準備を行ったことで,項目を集めれば心理尺度ができるわけではないことが,講義で解説するよりも理解できたようだった。また,後に自分たちでオリジナルの尺度を作るときの予行練習ができた。逆に,評定尺度法の説明や注意点,ワーディングや選択肢の並び順による回答の誘導など,調査法としては興味深い知識でも,心理尺度の作成に直接関わらない内容は儒禦プログラムから削除した。H21年度の授業では,チェックリストタイプや,異なる構成概念を包含する総合指標タイプを目指すグループが現れたため,ひとつの構成概念を測定するための尺度との違いを妥当性に絡めて説明する良い機会に恵まれた。この点はこれまで非公式なアドバイスとして行うのみであった。今後の考えられる授業プログラムとしは,授業の初期に研究例を紹介し,その仕様書を示し,「抽象的な構成概念を反映する道具」としての心理尺度という位置づけを行ったのちに,チェックリストタイプや総合指標タイプの例も示して対比させることが考えられる。H19年度の前期は,質問紙や小アンケートの作成や機材の準備,他大学での調査実施の打合せなどの準備作業をおこなった。また,PCや録音機器などを購入,セットアップし,後期からデータ収集の準備を行った。H19年度の後期は,授業を利用して暫定的な授業プログラムを実施した。授業の参加者は14名で,3つのグループを形成した。この授業において,初回に受講者に対して研究への協力依頼を行い,書面によるインフォームド・コンセントを得た。結果として,全員から承諾を得た。また心理尺度や妥当性についてのイメージや予備知識を尋ねる質問紙を実施した。また小アンケートを実施して,授業前に抱いていた尺度作成や妥当性に対する認識を記録した。グループ作業開始後は,討議時の発話をICレコーダーで記録した。ほかに,随時更新される尺度仕様書を,そのつどコピーして保存した。後期の途中,2回にわたって討議風景を写真に記録した。撮影にあたっては,改めて授業参加者の同意を得た。グループや個人に関して収集した資料は個人ごとにポートフォリオにまとめた。録音データはアルバイトに依頼して,テープ起こしをしておいた。また,他大学で心理学を学ぶ2年生に対しても,ほぼ同じ時期に同じ質問紙を実施した。収集したデータは数値ファイル化したほか,質問紙そのものをpdfファイル化した。H19年度は,これらのデータ収集に費やし,データの分析はH20年度の前半に行う。H20年度の前期は,被験者が質問紙に回答するさいの認知的なプロセスに関する基礎的研究を行った。具体的には,回答に用いられる評定尺度法の形式的な違いによる人為的な回答の誘導や,質問項目のワーディング(主語の有無,参照期聞の違いなど)や前後の項目による文脈効果などについての文献研究を行った。H20年度の後期は,H19年度に収集した授業中の学生の会話を分析し,「仕様書」がこちらの意図したように使われたか,妥当性の概念理解を促進していたかについて,検討を行った。この結果と前期に行った文献研究を踏まえ,授業プログラムや配布資料などの改訂を行い,毎週の授業で実践した。授業では,初回に受講者に対して研究への協力依頼を行い,書面によるインフォームド・コンセントを得た。グループ討議開始後は,討議時の発話をICレコーダーで記録したり,小アンケートを実施したりして,尺度作成や妥当性に対する理解の実態を記録した。学生が作成した尺度仕様書や質問項目のリストなどはファイルの形でも提出してもらった。また,毎週の授業が終わるごとに,学生の理解の様子や授業進行上の問題を振り返り,学生が無理なく理解するためにはどうしたらよいかを検討した。そして,最終的に提案する授業プログラム案として,典型的な授業内容と構成,注意点を毎週の授業プランとしてまとめた。これらの収集資料は,グループごとにポートフォリオにまとめた。録音データはアルバイトに委託してテープ起こしを行い,文書としても保存できるようにした。

またその心理尺度の項目は仕様書に定義された内容をちゃんと測っているかを学生に検討させ,更にワーディング上の問題点や改善点なども考えてもらった。この準備を行ったことで,項目を集めれば心理尺度ができるわけではないことが,講義で解説するよりも理解できたようだった。また,後に自分たちでオリジナルの尺度を作るときの予行練習ができた。逆に,評定尺度法の説明や注意点,ワーディングや選択肢の並び順による回答の誘導など,調査法としては興味深い知識でも,心理尺度の作成に直接関わらない内容は儒禦プログラムから削除した。H21年度の授業では,チェックリストタイプや,異なる構成概念を包含する総合指標タイプを目指すグループが現れたため,ひとつの構成概念を測定するための尺度との違いを妥当性に絡めて説明する良い機会に恵まれた。この点はこれまで非公式なアドバイスとして行うのみであった。今後の考えられる授業プログラムとしは,授業の初期に研究例を紹介し,その仕様書を示し,「抽象的な構成概念を反映する道具」としての心理尺度という位置づけを行ったのちに,チェックリストタイプや総合指標タイプの例も示して対比させることが考えられる。
生体系内の熱・物質交換機能と工学的応用に関する研究

生体系における各種エネルギおよび物質の交換機能は極めて精巧で高効率システムであり、その機能解明と工学的応用の検討は興味深い。本研究はその目的に沿って実施されたものである。まず、生体系内における各種熱・物質交換形態の調査から始め、哺乳類・鳥類・魚類については熱・物質交換が行われる主要な場が生体内部の毛細血管からなる末梢組織であり、その内皮細胞の膜を介して行われることがわかった。熱交換の場合には血液が熱媒体として作用するが温動脈と冷静脈とが血管組織を介して対向して流れると共に、両脈流が閉ループを形成し、ループ底部での過大な熱負荷を軽減し、心臓や新陳代謝の負担を軽くしている。この熱交換は太い血管系よりも細い血管系が顕著であるため、血液の微小循環系の血管床の熱移動の把握が重要である。物質交換の場合、熱交換と類似であるが、各種臓器や器官あるいは組織の不均質構造を介して、しかも多くの化学的反応を伴って機能するので、特定イオンとその化学ポテンシャルの大きさによる特異変化や酵素の働きをも考慮した非平衡非可逆熱力学的考察が必要であり、その取り扱いは極めて複雑である。しかし、従来の物質移動論では説明できないだけに極めて興味深い。今後共継続したいテーマである。生体膜の輸送、熱と物質のセンシングと伝達制御機能、能動輸送など、工学的に利用できうるものが多々あり、これらを実用化するには更なる検討を要するであろう。対向流型熱・物質交換のシミュレーションの結果では、高・低両熱源底部を閉ループとし、対向壁で熱移動を許す交換器は実用性が高いと判断される。計測法については、本研究ではホログラフィ干渉法、レーザー誘起螢光法、マススペクトロメターなどを用いて、それらの可能性を検討したが、いずれも可能であると共に超音波を併用するとより効果的であることもわかった。詳細は研究成果報告書に記述されている。昭和61年度の研究実施計画のうち、(1)生体系における各種対向流型熱および物質交換形態の調査および(2)生体系の熱および物質交換形態の整理と体系化については資料収集と調査が進み、ある程度体系化ができつつある。迷網ばかりでなく、上腕部の動・静脈間でも対向流型の熱および物質交換が主流を占めていることがわかり、熱的環境への適応を可能にしている。これは鳥類や漁類にも多くみられる交換機能である。これら対向流型の熱および物質交換形態の基本モデルとして、生体膜を隔壁とするループ状の対向流型流路を考え、そこにおける流れと温度・物質の分布のシミュレーション計算を試み、流れと温度分布に関しては計算がほぼ完了した。しかし血液など体液の非ニュートン性や物質輸送は生体内の定量的物性値が未知であり、来年度以後も継続する。流路内のホログラフィ干渉法による観察と定量的解析はまず水平正方形複合対流助走区間に関して行っており、レーザ光方向に温度分布が存在する場合の積分平均温度の一解析法を開発し、この方法が各種管路内の流れ方向に三次元的温度場がある場合にも適応できるものであり、研究発表を行う予定である。また物質交換に伴う増倍現象機能も生体系では重要であり、その濃縮率を計測する手法として現有の四重極型質量分析計を用いるが、そのためサンプリング気体を分子線として噴出させたときの加速効果と質量分離効果の影響を予め知っておく必要があり、これを系統的実験で調べた。これも発表予定である。

また毛細管内の流れをトレースするため新たにレーザー励起螢光法を導入することとし、まず自由噴流内における挙動から励起螢光強度と各種物理量との相関を調べた。これも発表予定である。生体膜機能は極めて重要な因子であり、外的要因への適応性,センシング,制御系,能動輸送の増倍現象などとの関連を把握すると伴に、これを合成膜との代替の可能性を検討していきたい。昭和62年度の研究実施計画のうち(1)生体系における各種対向流型熱・物質交換形態の調査および分析,(2)生体系における熱・物質交換形態の整理・体系化および解析モデル化については迷網系をはじめ各種器官でみられ対向流型系が主要であり,能動輸送は生体膜とある種の酵素および化学ポテンシャルの交幡作用による制御機能があり,熱および物質交換形態のモデル化はある程度出来つつある.しかし多様性があり一般モデルには一工夫を要しよう.(3)生体系における熱・物質交換の主機能に関する解明のうち, 3・1生体膜における熱・物質的交換機能の解明については前年度から継しているループ型対向流路における数値シミュレーションを行い,物質輸送方程式を導入し,隔壁も生体膜を模し,工学的熱交換器とも比較しながら,その特性を明らかにした.計算は生体膜自体の物性値やその依存性が不詳であり,引き続き検討する必要がある.計測に関してはホログラフィ干渉法による温度場の計測が可能となったので,来年度は三次元温度場や熱伝達率など定量的に評価できるものと思われる.流速に関してはレーザー励起螢光法によるトレーサ法や減衰法を利用することの可能性がある程度明らかになったので,これを生体系内の血管中や胞肺中の流れに応用することを来年度は実施する. 3・2と3・3のセンシング機能と情報伝達系および制御系については後者の伝達系と制御系はある程度解明できつつあるが,センシングについては不明な点が多い.センシングは工学的興味も強いので来年度はとくに解明に努力したい. 3・4能動機能の増倍現象機能の解明は3・1と3・2の結果に負う処が大きいので今後の課題も残っているが,生体膜の特異現象にその体質があるようで,その生起と継続,停止の機能と能動ポテンシャルエネルギの得失機能を明らかにしたい.4.生体系における熱・物質交換システムの検討に関してはブラックボックス的考察から解明している.昭和63年度の研究実施計画は概ね消化したが、煮つめるべき問題は非常に多い。未知な分野だけに調べていくと増々奥が深いことに驚嘆している。1.生体系内の熱・物質交換の主機能に関する機能解明については、先年度の対向流型熱交換モデルを更に押し進め、数値計算も行った。血液を均一流体と見なした場合の取扱い、とくに粘性について重点的に検討した。これはマイクロサーキュレーションが未だ十分本課題に適応できない点を考慮して、また実用性のある高性能熱交換器としての素養を検討するためである。熱・物質のセンシング機能とその伝達系および制御機能は、センサーとしては機械受容器で刺激の大きさによって受容器電位を発生させ、脱分極か段階的反応かによって活動電位のパルスを変えて神経細胞へ伝達し、シナプス結合している細胞間で接続と分岐で外乱と対応しながら情報伝達される。制御機能は熱環境への適応性として現われ、効果器をはじめ能動輸送も促進させる。細胞内外の化学的イオンポテンシャルの差異による各種駆動力は能動輸送の倍増機能とも関連して物質交換には重要である。生化熱力学的検討が更に必要である。
環境ストレスセンサーの開発に関する研究

生体系は外部環境からの各種のストレスに晒された場合,分子から細胞レベルに至る,異なる階層間で,個々の構成要素同士が自己組織的かつ協同的に相互作用し,高度な秩序構造を形成する事により応答する機能(ストレス応答機能)を誘導する.生物・細胞の発現する多様なストレス応答機能を制御して利用する「ストレス応答型バイオプロセス」において,各構成要素(細胞・酵素・タンパク質・細胞膜・生体分子など)のストレス状態やストレッサを識別し,連続的モニタリングするための「ストレスセンサ」の開発が必要とされている.本研究では,リポソームやストレス応答型有機感応膜など生体模倣膜をセンサ素子として利用して,細胞膜の状態や細胞膜界面における各種の環境ストレッサ(変性タンパク質,匂い・香り分子など)をin situで連続的モニタリングできるという特徴を有するストレスセンサシステムを開発した.動的な細胞膜界面のストレス応答機能に着目し,一連の生体膜機能模倣型センサを開発し,ストレスにより誘起される匂い・香り分子など環境ストレッサを識別する手法を確立した.モデル生体膜(リポソーム)固定化クロマトグラフィー(ILC)を用いて,リポソーム-タンパク質間相互作用に加えて,リポソームリポソーム間相互作用を定量的に評価する手法を確立した.また,リポソーム固定化電極を開発し,ストレス応答機能に関わる種々の特異的な状態(モデル生体膜によるタンパク質の失活・再活性化・膜透過,あるいは膜融合など)の検出により,タンパク質の構造異常性を識別する方法を明らかにした.上記の知見に基づいて,ストレス応答型バイオプロセスをモニタリング・制御するための方法論を確立しストレス応答型バイオ生産分離プロセスへの応用例を示した.生体系は外部環境からの各種のストレスに晒された場合,分子から細胞レベルに至る,異なる階層間で,個々の構成要素同士が自己組織的かつ協同的に相互作用し,高度な秩序構造を形成する事により応答する機能(ストレス応答機能)を誘導する.生物・細胞の発現する多様なストレス応答機能を制御して利用する「ストレス応答型バイオプロセス」において,各構成要素(細胞・酵素・タンパク質・細胞膜・生体分子など)のストレス状態やストレッサを識別し,連続的モニタリングするための「ストレスセンサ」の開発が必要とされている.本研究では,リポソームやストレス応答型有機感応膜など生体模倣膜をセンサ素子として利用して,細胞膜の状態や細胞膜界面における各種の環境ストレッサ(変性タンパク質,匂い・香り分子など)をin situで連続的モニタリングできるという特徴を有するストレスセンサシステムを開発した.動的な細胞膜界面のストレス応答機能に着目し,一連の生体膜機能模倣型センサを開発し,ストレスにより誘起される匂い・香り分子など環境ストレッサを識別する手法を確立した.モデル生体膜(リポソーム)固定化クロマトグラフィー(ILC)を用いて,リポソーム-タンパク質間相互作用に加えて,リポソームリポソーム間相互作用を定量的に評価する手法を確立した.また,リポソーム固定化電極を開発し,ストレス応答機能に関わる種々の特異的な状態(モデル生体膜によるタンパク質の失活・再活性化・膜透過,あるいは膜融合など)の検出により,タンパク質の構造異常性を識別する方法を明らかにした.上記の知見に基づいて,ストレス応答型バイオプロセスをモニタリング・制御するための方法論を確立しストレス応答型バイオ生産分離プロセスへの応用例を示した.生細胞と同様のストレス応答挙動を示す「リポソーム」とは、生体由来の両親媒性分子により自発的に形成される細胞様の秩序構造であり、脂質二重膜・超分子集合体である。その母体になる二分子膜構造は主として脂質分子疎水性鎖間の疎水結合により形成され、柔軟な構造をもち、表面におけるストレス変性タンパク質との相互作用・リフォールディング、物質透過の制御、生体分子の可溶化などの生体膜に類似した重要なストレス応答機能を有する。平成12年度では、主としてストレス条件下で変性したタンパク質と、脂質二重膜・超分子集合体との静的・動的な相互作用に関する定量的な知見を蓄積するために以下の2つの項目について検討し、所期の成果を得た。(1)リポソームに刺激応答型の機能性リガンド(スマートポリマー)や生体高分子を複合化させる事により、刺激(環境ストレス)感受性の強い生体膜を模倣した環境ストレス応答機能の発現を達成した。この機能性リポソームについて、既存のCD・UV・固定化リポソームクロマトグラフィーに加えて、細胞膜誘電率動的解析システム(アジレントテクノロジー製)あるいは蛍光分光光度計(日本分光製)を用いて、表面特性や生体分子との動的な相互作用に関する体系的・定量的知見を集積した。またこれに基づいて、複合体形成挙動(平衡状態)および酵素・タンパク質のリフォールディングおよび膜透過過程(動的状態)を定量的に評価する事に成功した。(2)脂質膜・リポソームを共有結合法によりゲルマトリックスに固定化したストレス応答型ゲル担体を調製し、その表面特性,ストレス安定性・応答性を従来法(蛍光法・水性二相分配法等)により評価した上で、コレステロール・バイオサーファクタントなどの生体由来の機能性物質、あるいはリガンド・スマートポリマーなどの機能性合成高分子などにより修飾し、新規に調製された超分子集合体のストレス応答機能を最適化した。生細胞と同様のストレス応答挙動を示す「リポソーム」とは、生体由来の両親媒性分子により自発的に形成される細胞様の秩序構造であり、脂質二重膜・超分子集合体である。その母体になる二分子膜構造は主として脂質分子疎水性鎖間の疎水結合により形成され、柔軟な構造をもち、表面におけるストレス変性タンパク質との相互作用・リフォールディング、物質透過の制御、生体分子の可溶化などの化体膜に類似した重要なストレス応答機能を有する。平成]

2年度では、主としてストレス条件下で変性したタンパク質と、脂質二重膜・超分子集合体との静的・動的な相互作用に関する定量的な知見を蓄積した.平成13年度では、センシングシステムの開発を主眼において下記の2項目について検討した.(1)脂質膜(リポソーム)を固定化したゲル担体を固定相とし、ストレス負荷条件での変性タンパク質との相互作用解析から、モデル細胞へのストレスを誘電率変化より評価するリフォールディングクロマトグラフィーを開発した。このとき細胞膜誘電率・流動性動的解析システム(高感度インピーダンスアナライザー)を用いて、誘電率の周波数特性(誘電スペクトロスコピー)の高速・高精度・非定常測定に測定するシステムを開発した。これにより従来法では定量的な評価が困難であった、ストレス条件での脂質膜と変性タンパク質との相互作用やそれによる細胞膜特性の微細・非定常変化を解析する事が可能となった.(2)最終的にモデル細胞(機能性リポソーム)を固定化した多孔質微小ゲル担体をマイクロセンサープローブとする誘電スペクトロスコピーと、その出力信号の多変数解析・パタン認識をon lineで高速に行えるニューラルネットワークにより処理することによって、定量的・統合的・動的なin situ環境ストレスセンシングシステムを設計開発した。
都市キャニオンにおける放射収支成分と気温・温度の改変に及ぼす街路樹の影響

都市の熱環境の緩和因子として近年注目されている街路樹(緑地)が都市地表面の放射収支成分、とくに下向き放射成分に、さらには気温・湿度に及ぼす影響について、詳細な観測と解析に基づき解明することが本研究の目的である。今年度の研究成果は次の通りである。1.地方の中都市(熊谷・太田市)・薪宿副都心にて、都市キャニオン構造と街路樹について実態調査し、多数地点の天空写真を用いてビル壁面と街路樹の遮蔽率を解析した。市街地の遮蔽率の上限値は中都市で約45%、大都市の旧市街地でもほぼ同程度であったが高層ビル街では街路が広いものの約70%と大きかった。また、街路樹の遮蔽率は昨年調査同様20%以下であったが、高層ビル街では40%に達する地点もみられた。しかし、若干の特殊例はあるものの昨年調査とほぼ同様の結果であることが判った。2.盛夏季(7月下旬8月上旬)の計8日間、及び厳冬季(1月中旬)の1日間、ポロメーターによる葉面蒸散測定(毎正時、日中のみ)、サーモトレーサーによる表面湿度測定(30分ないし1時間毎)、及び気温・湿度・短波・長波放射成分などの詳細な気象観測(5分平均値の連続観測)を東西街路の都市キャニオンにおいて行った。天候・葉面・方位別の葉散量の日変化型を捉えることにより、方位別蒸散は南面が最大で、西、東、北の順に小さくなることなどが判った、日最大値は南面で正午頃、東面で午前、西面で午後に出現する。蒸散の主要決定因子は光量子量(日射)・湿度であり、盛夏季の晴天・正午頃には最大約810μg/cm^2・s(昨年測定した秋季の2倍以上)もあるが、蒸散が周囲気温・温度に及ぼす影響は複雑で微妙であり,鋭意検討中である。しかし、蒸散のため葉温は常にビル壁面よりかなり低温に維持され、下向き放射成分を顕著に抑制しており、放射に対する街路樹の緩和効果は極めて明瞭である。都市(街路)キャニオンにおける放射・熱の振舞いは,最も基本的なキャニオン構成要素として両壁面と道路面を考慮することで論じられてきた。しかし,近年,都市の熱環境の緩和因子として緑地が注目されている。本研究では,キャニオンの重要な構成要素として街路樹を新たにとりあげ,街路樹が都市地表面の放射収支成分,とくに下向き放射成分に,さらには気温・湿度に及ぼす影響について,詳細な観測と解析に基づき解明することを目的としている。本研究のポイントは,キャニオン構成面の表面温度の面的把握と街路樹の蒸散の正確な算定にあると考えている。今年度は初年度であり,葉面蒸散の基準計器として世界的に定評のあるLI-1600スーパーポロメーター(米国LI-COR社製)を導入し,ほぼ当初の計画どおり,研究を進めた。1.東京都心・新宿副都心・柏市・下妻市など規模の異なる数都市にて,キャニオン構造と街路樹との関係を実態調査し,多数点の天空(全天)写真を用いてビル壁面と街路樹の遮蔽率を算定した。筆者の以前の調査例も合せて考えると,市街地の遮蔽率の下限値は約10%とほぼ一定で,上限値は小都市の約3040%,中都市の約4050%,大都市の約75%と都市規模により変動する。しかし,街路樹の遮蔽率は約020%の範囲内にあり,都市規模による差異は小さいことが判った。

2.秋・冬季の計14日間,サーモトレーサーによる表面温度の面的測定,気温・湿度・放射成分などの詳細な気象観測,ポロメーターによる葉面蒸散測定を都市キャニオン(東西街路)と公園で行った。ヤマモモなどの街路樹に使われる常緑広葉樹を主に測定した。蒸散は,樹種・天候・葉面方位・日向日陰・時刻などにより変化し,光量子量・温度に最も影響され,晴天・正午頃には最大4μg/cm^2・Sもあることなどが判った。葉温は常にビル壁温より低温で,下向き放射成分を抑制しており,放射・熱・乾湿に対する街路樹の緩和効果が判明するものと期待している。都市の熱環境の緩和因子として近年注目されている街路樹(緑地)が都市地表面の放射収支成分,とくに下向き放射成分に,さらには気温・湿度に及ぼす影響について,詳細な観測と解析に基づき解明することが本研究の目的である。今年度の研究成果は次の通りである。1.地方の中都市(熊谷・太田市)・新宿副都心にて,都市キャニオン構造と街路樹について実態調査し,多数地点の天空写真を用いてビル壁面と街路樹の遮蔽率を解析した。市街地の遮蔽率の上限値は中都市で約45%,大都市の旧市街地でもほぼ同程度であったが高層ビル街では街路が広いものの約70%と大きかった。また,街路樹の遮蔽率は昨年調査同様20%以下であったが,高層ビル街では40%に達する地点もみられた。しかし、若干の特殊例はあるものの昨年調査とほぼ同様の結果であることが判った。2.盛夏季(7月下旬8月上旬)の計8日間,及び厳冬季(1月中旬)の1日間,ポロメーターによる葉面蒸散測定(毎正時,日中のみ),サーモトレーサーによる表面温度測定(30分ないし1時間毎),及び気温・湿度・短波・長波放射成分などの詳細な気象観測(5分平均値の連続観測)を東西街路の都市キャニオンにおいて行った。天候・葉面方位別の葉散量の日変化型を捉えることにより,方位別蒸散は南面が最大で,西,東,北,樹陰の順に小さくなることなどが判った。日最大値は南面で正午頃,東面で午前,西面で午後に出現する。蒸散の主要決定因子は光量子量(日射)・湿度であり,盛夏季の晴天・正午頃には最大約810μg/cm^2・s(昨年測定した秋季の2倍以上)もあるが,蒸散が周囲気温・湿度に及ぼす影響は複雑が微妙であり,鋭意検討中である。しかし,蒸散のため葉温は常にビル壁温よりかなり低温に維持され,下向き放射成分を顕著に抑制しており,放射に対する街路樹の緩和効果は極めて明瞭である。
糖蛋白のアスパラギン結合型糖鎖生合成に関する遺伝生化学的研究

マウスFM3A細胞から^3H-マンノースを用いたトリチウム自殺法により分離されたG258株は:a)細胞増殖に関して温度感受性(ts)である。また、b)糖蛋白のアスパラギン(Asn)結合型糖鎖生合成に関してtsである。そして、その変異部位は、その前駆体のリピド中間体生合成(LI)の段階にある。すなわち、33°Cでは、完全なLI(Glc_3Man_9Gl_cNA_<c2>-P-P-ドリコール)を合成するが、39°Cでは、Man_3GlcNAc_2-P-P-ドリコール付近で合成が止まる。これまでに、以上のことを明らかにしてきた。本年度は以下の研究を行なった。1)G258株からの細胞増殖に関する自然復帰変異株の分離G258株の上記のa)及びb)の表現型の関連を明らかにすることを目的として、G258株を39°Cで寒天プレート培養、あるいは、液体培養することにより、細胞増殖に関する自然復帰変異株SR-01、SR-11、そして、SR-12を分離した。それらはいずれも、糖蛋白のAsn結合型糖鎖生合成及びLI中間体生合成に関しても復帰していた。復帰変異率は、いずれも10^<-6>以上であった。この結果から、G258株の上記のa)およびb)の性質は単一遺伝子変異に由来することがわかった。これにより、G258株の細胞増殖に関する温度感受性の正常型への形質転換能を指標に、G258株のAsn結合型糖鎖生合成(LI生合成)に関するts変異に相補的な遺伝子あるいはcDNAをクローニングすることが可能になった。2)高温下のG258株におけるLIからの糖鎖の転移能についてG258株は、39°Cにおいては、LIの生合成が中間段階で停止する。その際、その不完全糖鎖のLIからは、糖鎖部分が新生中の蛋白のAsn残基へ転移されないことをVSVのG糖蛋白のグルコシル化を調べる系で明らかにした。3)以上の結果から、G258株は39°Cにおいて、細胞増殖に必須の(糖)蛋白(細胞増殖因子レセプター?)がAsn結合型糖鎖を欠くことにより、その機能を発現できないために、増殖を停止するものと考えられる。
昆虫型マイクロロボットによる高自由度・長距離・小径曲がり穴放電加工システムの開発

本研究の最終的な目的は機械加工では形成不可能な曲線状の穴の創成を可能とするマイクロロボットを開発することである.このマイクロロボットは,穴加工を担う自律的放電加工ユニット,管路内の走行を担う管内自走ユニット,形状の制御を担う方向制御ユニットから構成される.本研究では特に前2者の開発を行い,自律的放電加工ユニットについては,小型化や性能向上および設計法の確立を実現し,管内自走ユニットについては,その具現化と性能検証を行った.本研究の最終的な目的は機械加工では形成不可能な曲線状の穴の創成を可能とするマイクロロボットを開発することである.このマイクロロボットは,穴加工を担う自律的放電加工ユニット,管路内の走行を担う管内自走ユニット,形状の制御を担う方向制御ユニットから構成される.本研究では特に前2者の開発を行い,自律的放電加工ユニットについては,小型化や性能向上および設計法の確立を実現し,管内自走ユニットについては,その具現化と性能検証を行った.本研究の最終目標は,放電加工機能を有する複数の昆虫型管内自走マイクロロボットを開発し,各ロボットに自らが走行する管路自体を自らが行う放電穴加工により形成させながら工作物内を自由に運動させることによって,高自由度・長距離・小径の曲がり穴を複数同時に創成することが可能なデスクトップかつポータブルな加工システムを構築することである.したがって,本研究の具体的な目的は,曲がり穴放電加工用昆虫型管内自走マイクロロボットの開発,および,それらのロボット群による高自由度・長距離・小径曲がり穴放電加工システムの確立となる.本年度は前者について研究を行った,具体的には,曲がり穴放電加工用昆虫型管内自走マイクロロボットは,自律的放電加工ユニット,管内自走ユニット,方向制御ユニットから構成されており,特に,このマイクロロボットの心臓部ともいえる自律的放電加工ユニットについての研究開発を行い,以下に示す成果を得た.(1)自律的放電加工ユニットの動作/加工特性評価システムの開発を目指し,当該ユニットを用いた放電加工中における加工電流と電極の動作を同時にかつ精密に測定できる装置を開発した.(2)開発した測定装置を用いて,自律的放電加工ユニットの加工電流と電極動作の関係を定量的に明らかにすることができた.すなわち,当該ユニットの動作特性の一端を解明した.(3)解明した動作特性をもとに,自律的放電加工ユニットの簡易的な数理モデルを構築した.これによって,実際に当該ユニットを製作し,動作特性の評価実験をせずとも,ある程度の精度で動作特性を事前に知ることができるようになった.すなわち,従来まで当該ユニットの設計は経験的な手法に頼っていたが,それを科学的な手法に置き換えることができた.本研究の最終目標は,放電加工機能を有する複数の昆虫型管内自走マイクロロボットを開発し,各ロボットに自らが走行する管路自体を自らが行う放電穴加工により形成させながら工作物内を自由に運動させることによって,高自由度・長距離・小径の曲がり穴を複数同時に創成することが可能なデスクトップかつポータブルな加工システムを構築することである.したがって,本研究の具体的な目的は,曲がり穴放電加工用昆虫型管内自走マイクロロボットの開発,および,それらのロボット群による高自由度・長距離小径曲がり穴放電加工システムの確立となる.本年度は前者について研究を行った.具体的には,曲がり穴放電加工用昆虫型管内自走マイクロロボットは,自律的放電加工ユニット,管内自走ユニット,方向制御ユニットから構成されており,特に,管内自走ユニットと方向制御ユニットについての研究開発を行い,以下に示す成果を得た.1.管内自走ユニットについては,設計と製作および検証を繰り返し行い,その設計と製作のノウハウを得た.また,「方向制御ユニットについては,概念的な設計を行った.2.管内自走ユニットに利用するアクチュエータに,加工ぐずが含有する放電加工液中で使用が可能であることなど,特殊な環境において動作できなければならない.このような条件を満たすアクチュエータとして,形状記憶合金および圧電素子を候補とし,その両者を利用した管内自走ユニットを設計,製作した.3.形状記憶合金および圧電素子を利用して設計,製作した管内自走ユニットを実際に加工くずが含有する放電加工液中で動作させたところ,所望の性能を発現させることができた.本研究の最終目標は,放電加工機能を有する複数の昆虫型管内自走マイクロロボットを開発し,各ロボットに自らが走行する管路自体を自らが行う放電穴加工により形成させながら工作物内を自由に運動させることによって,高自由度・長距離・小径の曲がり穴を複数同時に創成することが可能なデスクトップかつポータブルな加工システムを構築することである.したがって,本研究の具体的な目的は,曲がり穴放電加工用昆虫型管内自走マイクロロボットの開発,および,それらのロボット群による高自由度・長距離・小径曲がり穴放電加工システムの確立となる.本年度は昨年度に引き続いて前者について研究を行った.具体的には,曲がり穴放電加工用昆虫型管内自走マイクロロボットを構成する3つのユニット,すなわち,自律的放電加工ユニット,管内自走ユニット,方向制御ユニットのうち,特に,管内自走ユニットの研究開発,および,マイクロロボットの制御方法の確立を目指した研究開発を行い,以下に示す成果を得た.1.圧電素子をアクチュエータとして用いた突張機構と伸縮機構からなる管内自走ユニットを開発し,その動作特性をシミュレーションや実機を用いて詳しく調査するとともに,その動作の制御方法について研究した.2.放電加工時に発生し被加工物内を伝播する弾性波を計測することによって放電位置を特定し,これによって被加工物内におけるマイクロロボットの位置をモニタリングする手法について研究した.

本研究の最終目標は,放電加工機能を有する複数の昆虫型管内自走マイクロロボットを開発し,各ロボットに自らが走行する管路自体を自らが行う放電穴加工により形成させながら工作物内を自由に運動させることによって,高自由度・長距離・小径の曲がり穴を複数同時に創成することが可能なデスクトップかつポータブルな加工システムを構築することである.したがって,本研究の具体的な目的は,曲がり穴放電加工用昆虫型管内自走マイクロロボットの開発,および,それらのロボット群による高自由度・長距離・小径曲がり穴放電加工システムの確立となる.本年度は前者について研究を行った.具体的には,曲がり穴放電加工用昆虫型管内自走マイクロロボットを構成する3つのユニット,すなわち,自律的放電加工ユニット,管内自走ユニット,方向制御ユニットのうち,特に,前2者についての研究開発,および,単体としてのマイクロロボットの制御方法の確立を目指した研究開発を行い,以下に示す成果を得た.1.圧電素子をアクチュエータとして用いた突張機構と伸縮機構からなる管内自走ユニットを開発した.2.開発した管内自走ユニットについて,動作特性を調査した.加えて,小型化を行った.3.方向制御ユニットの具体的な設計を行った.4.単体としてのマイクロロボットの制御方法を確立するため,被加工物内において曲がり穴を加工しているマイクロロボットの位置や姿勢をモニタリングする装置を考案,試作した.実験の結果,モニタリングが不可能ではないことを確認した.2011(平成23)年1月1日付にて,研究代表者は大阪大学から徳島大学に異動した.異動先の徳島大学においては,研究室自体や研究を遂行するための環境をゼロから構築しなければならなかったため,思いのほか,研究遂行に費やす時間が制限されてしまった.25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は,方向制御ユニットの研究開発が若干遅れており,単体としてのマイクロロボットの開発には至っていないものの,単体としてのマイクロロボットの制御方法を確立するための基礎となるモニタリング装置については,事前の予想において技術的な困難が予想されたにもかかわらず,一定の成果を出すことができたため,総合的にはおおむね順調に進展したと考えている.異動先の徳島大学における研究を遂行するための環境の構築はほぼ完了したため,研究計画からやや遅れている状況を解消できるよう,研究推進にまい進する.25年度が最終年度であるため、記入しない。3つのユニットについての研究開発と小型化を推進することによって,これらのユニットを統合した曲がり穴放電加工用昆虫型管内自走マイクロロボットの完成とその制御方法の開発を目指す.
長寿命回転式血液ポンプを用いた完全人工心臓システムの構築に関する研究

回転式血液ポンプを用いた完全埋込式完全置換型人工心臓の研究開発を行った。試作したポンプでは動圧軸受による非接触支持を確認できた。ポンプの外径は69mm、高さ35mmでインペラの外径は44mmである。また高効率を実現しさらなる小型軽量化の可能性が示唆された。また経皮的電力伝送システムと接続し動作の確認を行った。成ヤギを用いて急性動物実験を行い正常な血液循環を維持することができた。完全置換型人工心臓は、重症心不全の最終的な治療手段として重要である。感染症の問題や患者のQ. O. Lを考えるとすべてのデバイスを体内に埋め込む小型の体内埋込式の人工心臓が望まれている。米国では完全置換型人工心臓の臨床応用がなされ、最長1年7ヶ月の生存を実現している。しかし、サイズと耐久性の大きな問題が残されており、日本人など小柄な体格の人への埋込も可能で永久使用可能な完全体内埋込型の完全置換型人工心臓を開発する必要がある。そこで新しい構造の回転式血液ポンプ(ヘリカルフローポンプ)を用いて永久使用を目指した完全埋込式完全置換型人工心臓の研究開発を行った。最初に試作した左心用ポンプでは動圧軸受による非接触支持を確認できたが5L、100mmHgを出力するために30Wの消費電力を必要とした。これでは熱影響により溶血、血栓といった問題が生じるのは明白であるためポンプのエネルギー効率の改善が急務となった。2次試作モデルでは流入側の螺旋流路を内側に配置し遠心力による作用を高めると同時に軸受の安定のためにインペラの上面と底面にも動圧軸受けを設置した。前述の条件における消費電力は5Wで、大幅に高効率化できた。これによりモータの出力が小さくすむためにトータルサイズが大幅に小型化できることが示唆された。完全人工心臓は、重症心不全の重要な治療手段として期待される。感染症の問題や患者のQ.O.Lを考えるとすべてのデバイスを体内に埋め込む小型の体内埋込式の人工心臓が望まれている。サイズと耐久性の大きな問題が残されており、日本人など小柄な体格の人への埋込も可能で永久使用可能な完全体内埋込型の完全置換型人工心臓を開発する必要がある。そこで新しい構造の回転式血液ポンプを用いて永久使用を目指した完全埋込式完全置換型人工心臓の研究開発を行った。これでは熱影響により溶血、血栓の問題が生じるのは明白であるためポンプのエネルギー効率の改善が急務となった。急性動物実験では成ヤギ(ザーネン種♀63kg)を用い麻酔下に左心ポンプを左心房脱血、下行大動脈送血にて接続し、右心ポンプを上大静脈と下大静脈から脱血し肺動脈に送血するように接続し両心補助状態でポンプの運転を開始した。その後、心室をクランプして実質的に完全人工心臓として動作させた。結果、流量は左心4L/min、右心3.8L/min、大動脈圧100mmHg、肺動脈圧35mmHg程度で循環を維持することができた。
重なり秩序変数による長距離秩序の研究

研究1:スキルミオンの有効模型の相図と秩序を捉えるための物理量の開発昨年度行った二次元カイラル磁性体中のスキルミオンが示す相転移のさらなる理解を目指し、本年は、実際に斥力相互作用を持つ周期ポテンシャル中の二次元粒子模型の相転移と相図をモンテカルロシミュレーションによって調べた。この模型は周期ポテンシャルが中程度の場合に実際に上記のスキルミオンと同様の秩序を持つことがわかった。その一方で周期ポテンシャルが強い場合、低温で非自明な長距離的な結晶秩序を持つことがわかった。さらに系の秩序のより詳細な特徴づけを行うことを目指し、系が持つ二つの秩序それぞれに対応する剛性率の研究を行った。結晶秩序に対応する剛性率のみでなく、配向秩序に対応する剛性率を与える系の変形を複数考案しシミュレーションによって測定可能な定式化を行った。研究2:三次元空間中のガラス転移を起こす模型の重なり分布関数の研究三次元立方格子上の二成分格子気体模型が低温で起こすガラス転移に重なり秩序変数を適用した。重なり秩序変数は多くのガラス転移の平均場模型における秩序変数だが本研究で用いた有限次元空間中のガラス転移を起こす模型では、緩和時間や比熱など他の物理量が有限温度で異常を示すにも関わらず重なり秩序変数は十分低温においても何ら異常性を示さない。そこで対応する平均場模型のシミュレーションの結果と比較を行った。一成分の平均場模型では低温で重なり秩序変数で捉えられるガラス転移を起こし、同時に比熱にも異常が見られる。しかし二成分の粒子を持つ平均場模型では比熱に異常性を持つにも関わらず重なり秩序変数に異常は見られない。現在、平均場模型を厳密に解くことで配置エントロピーを計算しその結果と既に得られている結果との比較を通して、有限次元系で見られているガラス転移の理解を目指している。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年ははじめに、スピン系において重なり変数を秩序変数として用いた際に検知できる秩序の検討を行った。重なり変数は二つのレプリカそれぞれの波数ベクトル依存の磁化を用いて書くことができる。従って、系が複数の波数ベクトルに依存する磁化で特徴付けられる複雑な秩序を持つ場合であっても、重なり変数を用いればその秩序を検知できる。さらに、重なり変数を用いて相転移の臨界指数を評価した場合に必要な補正が明らかになった。次に、二次元カイラル磁性体におけるスキルミオンが示す相転移の研究を行った。スキルミオンは多数のスピンから構成されるトポロジカルに安定な磁性の渦である。本研究では、二次元カイラル磁性体中のスキルミオンを有効的に二次元空間中の粒子と捉えることで、二次元粒子系との関連から解析を行った。二次元粒子系の融解転移ではKTHNY理論により、位置秩序と配向秩序が重要な役割を持つことが知られている。本研究ではGPUを用いた大規模な並列計算によって二次元カイラル磁性体のモンテカルロシミュレーションを行った。その結果、有限の低温で配向秩序は長距離相関を保つものの、位置秩序は準長距離相関となり、二次元粒子系と同じ固体相であることが分かった。系は連続対称性を持たないため、位置秩序の長距離相関はMermin-Wagnerの定理では排除されないにも関わらず、準長距離相関しか持たないことになる。さらに温度を上げると、二つの秩序が同じ温度で短距離相関となり、液体相へと一段階の融解転移を起こす。この融解転移は通常の二次元粒子系で知られている二段階の融解転移とは異なる。これはスピン格子に起因する周期ポテンシャルの影響であり、実際に周期ポテンシャル中の粒子系に対するKTHNY理論と整合することを明らかにした。本年は、重なり変数を秩序変数として用いて臨界現象を調べた際に現れる臨界指数の評価の補正や、重なり変数の秩序変数としての適用範囲を明らかにした上で、二次元カイラル磁性体が示す相転移の研究を計画していた。研究実績の概要で述べたように、二つのレプリカ間の重なり変数は、それぞれのレプリカの波数依存する磁化を用いて書くことができるため、一般に周期構造が現れ、低温で長距離相関を示す相転移の場合には重なり変数によって相転移を検知できることがわかった。実際にこれを用いることで三次元カイラルらせん磁性体が磁場中で示す相転移の普遍性クラスを決定することに成功した。ところが、重要な秩序変数が二つ存在する二次元カイラル磁性体に用いた場合、明らかに重なり変数ではどちらか一方の秩序しかとらえることができない。従って、このような系では重なり変数のみを秩序変数として考えた場合には相転移の特徴をうまくとらえることはできず、別の秩序変数が必要であると予想される。そこで本研究では二次元カイラル磁性体を、二次元粒子系の理論に基づいて位置秩序と配向秩序の二つから調べることで、相転移と低温での性質を決定することができた。その結果はすでに論文としてまとめたほか、重なり変数を三次元カイラルらせん磁性体へ適用した結果も現在論文として執筆を行っている。そのため、おおむね順調に研究は進展していると言える。

この模型は周期ポテンシャルが中程度の場合に実際に上記のスキルミオンと同様の秩序を持つことがわかった。その一方で周期ポテンシャルが強い場合、低温で非自明な長距離的な結晶秩序を持つことがわかった。さらに系の秩序のより詳細な特徴づけを行うことを目指し、系が持つ二つの秩序それぞれに対応する剛性率の研究を行った。結晶秩序に対応する剛性率のみでなく、配向秩序に対応する剛性率を与える系の変形を複数考案しシミュレーションによって測定可能な定式化を行った。研究2:三次元空間中のガラス転移を起こす模型の重なり分布関数の研究三次元立方格子上の二成分格子気体模型が低温で起こすガラス転移に重なり秩序変数を適用した。重なり秩序変数は多くのガラス転移の平均場模型における秩序変数だが本研究で用いた有限次元空間中のガラス転移を起こす模型では、緩和時間や比熱など他の物理量が有限温度で異常を示すにも関わらず重なり秩序変数は十分低温においても何ら異常性を示さない。そこで対応する平均場模型のシミュレーションの結果と比較を行った。一成分の平均場模型では低温で重なり秩序変数で捉えられるガラス転移を起こし、同時に比熱にも異常が見られる。しかし二成分の粒子を持つ平均場模型では比熱に異常性を持つにも関わらず重なり秩序変数に異常は見られない。現在、平均場模型を厳密に解くことで配置エントロピーを計算しその結果と既に得られている結果との比較を通して、有限次元系で見られているガラス転移の理解を目指している。今後の研究では、一年目に行った二次元カイラル磁性体の有効模型である古典粒子系を用いたさらなる大規模なシミュレーションを計画している。これによって二次元カイラル磁性体の相転移の理解や定量的な評価をさらに深められるだけでなく、古典粒子系の融解転移のKTHNY理論における大きな進展となることが期待される。二次元カイラル磁性体の研究に加え、重なり変数の適用範囲をさらに広げるために、ガラス転移への応用を計画している。ガラスは非周期的な構造を持つため、並進対称性がある場合には重なり変数で秩序をとらえることは難しいと予想される。そこで本研究では、二つのレプリカ間に引力相互作用を導入することで、重なり変数によってガラスの秩序をとらえることを目指す。具体的には、これまでの研究で相転移の存在が示唆されている模型に注目し、そこに現れる遅いダイナミクスが重なり変数でとらえる秩序と相関を持つか否かを明らかにする。また、二時間相関から定義される動的相関長と重なり変数から定義される相関長との関係にも注目する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。