SDGsの分類 研究テーマ 自然科学 学科の分類 工学部一般教育科 第一原理計算で解き明かす原子核の姿 工学部 一般教育科 核物理研究室 明孝之 准教授 原子核分子動力学第一原理計算 元素の源となる原子核は陽子と中性子から構成され、それらの間に作用する「核力」によって結合します。核力はパイ中間子とよばれるミクロな粒子を陽子と中性子の間で交換することにより生じます。本研究では、この特徴を持つ核力が原子核の性質にどのような影響を与えるのか調べています。 背景と目的 原子核は、構成粒子である陽子と中性子(核子とよばれます)の間にはたらく核力によって結合する量子多体系です。核力は、湯川秀樹氏によって提唱された「パイ中間子」とよばれる粒子を核子間で交換することで説明される、とても強い引力です(図1)。本研究では、このパイ中間子を起源とする核力が原子核の構造に与える影響を調べています。特に核力をそのまま用いて原子核の構造を調べる「第一原理計算」を数値的に行っています。原子核の第一原理計算は世界中で精力的に行われていますが、核力の扱いは一般的に難しいため、結果は炭素12(陽子6個と中性子6個)までにとどまっています。原子核は300個程度の質量数(陽子と中性子の数の総和)まで存在しますが、重い原子核は最先端の理論でも計算が不可能であり、代わりに現象を再現するモデル化が導入されています。したがって、より大きな質量数を含めた原子核全体の性質を、その結合の基本原理である核力から解き上げ、解明することは原子核物理の大きな目標となっています。 図1: 陽子と中性子間のパイ中間子交換の概念図 内容 本研究では核力を扱う新しい原子核の理論を提唱しています。原子核を記述するためのベースとなる模型には「分子動力学」(Molecular Dynamics, MD)を用います。この理論では、陽子と中性子がパイ中間子を交換することで生じる特徴的な引力である「テンソル力」(非等方性をもつ)に注目し、原子核の内部でテンソル力の効果を受けた陽子・中性子の運動を適切に記述します。実際に小さな質量数の原子核に適用し、精密計算を再現することを確かめました(図2)。今後はこの新理論をより重い原子核へ適用することで、核力から原子核を理解し、さらに原子核自身の新奇な構造を探っていく予定です。 図2: 新しい原子核理論「TOAMD」によるHe原子核の結合エネルギーの収束計算 新規性 本研究ではパイ中間子の交換から生まれる核力の特徴である「テンソル力」を扱う原子核の理論を構築しています。核力を直接扱う理論は一般的に質量数が小さい原子核に制限されます。一方、本研究の理論ではテンソル力の効果を効率的に取り入れる工夫がなされており、より大きな質量数への適用が可能であると見込まれます。原子核の形は球形だけはなく、例えば変形したり、複数のα粒子(He原子核)に分離した分子的な状態も存在します(図3)。特に分子的状態は恒星内部における元素の生成過程の理解に重要です。本研究では、核子(陽子、中性子)をガウス関数型の波束で表した分子動力学(MD)を用います。核子を表す波束が近づいたり離れたりすることで、分子的な状態の原子核を容易に記述することができます。 図3: 炭素12(12C)が励起した3α状態(ホイル状態という)の概念図 用途・効果 原子核物理学:量子多体系である原子核の構造を、核力を用いてより基本的な観点から解明します。多体基礎理論:物理学や化学等の分野で扱う多粒子系の現象において、粒子間にはたらく多体相関を記述する基礎理論の発展につながります。 研究者INFO: 工学部 一般教育科 核物理研究室 明孝之 准教授 研究シーズ・教員に対しての問合せや相談事項はこちら 技術相談申込フォーム
日置 和昭 降雨量観測に基づく土砂災害発生危険度予測・監視に関する研究 都市デザイン工学科の地盤領域(地盤防災研究室、地盤環境工学研究室)では,近年多発する豪雨や来たるべき巨大地震により山腹斜面や土構造物が崩壊する危険度を予測・評価するためのさまざまな研究を行っています.このうち,降雨量観測に基づく土砂災害発生危険度予測・監視に関する研究を紹介します.
尾崎 敦夫 意思決定支援向けAI・マルチエージェント・シミュレーション技術 近年、交通・監視・管制・指揮等の分野では、AI(人工知能)技術の適用により、システムの自動化・高性能化が推進されています。このようなシステムでは、現況を正確に「認識」し、次に起こる状況を高速に「予測」して、「実行」に移すことが求められています。しかし、危機管理などのミッションクリティカルなシステムでは、「実行」(意思決定)までを全てAIに託すには多くの技術的・運用的課題があります。このため、このようなシステムでの意思決定を支援するための研究開発に挑んでいます。
井上 雄紀 ROSを基盤とした研究、開発用の移動ロボット 移動ロボットの開発では、信頼性確保のために新規モジュールの開発は上位の各種ソフトウェアモジュール、スタック、ツール群を含めると膨大なコストとなる。ROSを活用することで、きちんと動作する、独自ハードウェアロボットの実装が容易となる。なお、移動ロボットの独自のハードウェアとロボットシステムとの間のドライバは、当然開発が必要となる。PSOCによりその部分の抽象化共通化を目指す。
木原 崇雄 高速A/D変換器の非線形性を改善するデジタル補正技術 直接RFサンプリング受信機はA/D変換器(ADC)で数GHzのRF信号を低速のデジタルデータに変換している。この受信機の消費電力を十mW程度に減らせれば、無線端末用集積回路に応用可能となり、その開発コストと市場投入までの期間を軽減・短縮できる。電圧制御発振器(VCO)を用いたADCは高速変換と低消費電力動作を両立できるが、VCOの非線形性により発生する不要波が分解能を低下させる。本展示では、デジタル回路で不要波を低減させることでADCの高速変換・低消費電力動作を実現する技術を紹介する。
淀 徳男 人と共存可能なマイコン制御高輝度多色LED照射型植物工場の開発 将来の世界人口予測から40年後の2060年には世界の人口は100億人を突破すると予想される。100億人を越えると今の食糧生産事情では、全ての食糧を賄うことは不可能であると考えられる。特に日本では各国と比べて38%という食糧自給率の低さから将来の食糧問題は熾烈となる。また、さらに温暖化から、通常の屋外での農作物の生産力は低下することから、屋内での高効率の農業生産技術、特に人と共存可能な高生産力の植物工場が必要となる。
長森 英二 培養骨格筋の機能的アッセイ技術 生体の骨格筋機能や疲労を定量的に計測することは個人差による困難を生じやすい.そこで,培養骨格筋細胞の活性張力を簡便かつ繰り返し評価可能な技術(特許第5549547号)を開発した.
河村 耕史 石油を作る微細藻類の遺伝資源 バイオ燃料化が期待される微細藻類の1種(ボトリオコッカス: Botryococcus braunii)の遺伝資源を収集している。主に日本各地の湖沼とインドネシアのカリマンタン島内の熱帯泥炭湿地や湖沼から200株あまりの野生株を単離した。同時に、増殖性能やストレス耐性などの観点で有能な株のスクリーニングを実施:高温耐性を持つOIT413株(京都の湿地で単離)、増殖性能の高い熱帯産株などが得られている。
地嵜 頌子 組合せデザインの深層学習への応用 深層学習においてドロップアウトと呼ばれる手法が用いられている. これは多層型 ニューラルネットワークにおいて, その層ごとに一定の確率でノードを無効にして学習 を行う手法である. 訓練データに過度に適応した学習をしてしまう過学習と呼ばれる 現象に対して有用であるとされ広く使用されている. ドロップアウトを用いたとき, 各 ノードの使用頻度のばらつきは小さくなるが, 層間の辺の使用頻度のばらつきは大きく なる. 本研究では, ドロップアウト法において辺の使用頻度を一定にするような組合せデザイン (dropout design) を定義し, 関連する組合せ構造についてまとめ, その構成法について提案する.
川田 進 アジアの宗教紛争・民族問題と安全保障 1991年以降、中国、インド、ネパール、ミャンマー、カンボジア、ラオス、タイ等で、宗教問題や民族紛争に関する現地調査を継続してきた。主要なテーマは「チベット問題」と「イスラーム紛争」である。「宗教NGO」という視点から、穏健な「宗教ネットワーク」「民族コミュニティ」形成の糸口を明示し、紛争解決の有効な方策を提示する。日本社会が抱える弱点の一つは、「民族問題やイスラーム社会への理解不足」である。一連の研究が、テロ事件の背景や海外在住邦人の安全確保など、日本の安全保障及び民間企業・個人が海外で活動する際の安全確保に資することを目指す。
大森 勇門 発酵食品中のアミノ酸分析 アミノ酸にはL体、D体と呼ばれる光学異性体が存在します。長年、我々ヒトはD-アミノ酸を利用しないと考えられてきました。しかし分析技術の発達に伴い、D-アミノ酸がヒトの生体内で重要な機能を有していることが明らかになってきました。またD-アミノ酸を用いて食品の呈味性や生理機能を向上させた商品も開発されています。我々の研究室ではD-アミノ酸の食品利用を目標に、発酵食品や食品に関係する微生物中のアミノ酸解析を進めています。
神田 智子 ユーザの視線行動に適応した エージェントの視線行動の開発と評価 シャイな人間は対話相手の視線に敏感であり,注視されることを嫌うということが示されている.本研究は実験参加者の視線行動に適応するエージェントの視線行動の開発と評価を目的とする.具体的には,対話中のユーザの視線行動をアイトラッカーで取得し,過去15秒間にユーザがエージェントの目を注視していた割合を基に対話エージェントがユーザの目を注視する割合を適応させ,ユーザと類似した凝視量を保ちながら視線行動をとる対話エージェントを開発した.評価実験では,シャイなユーザグループに対話のストレスの軽減効果および対話エージェントへの親近感の向上効果が見られた.
長田 昭義 緑藻類の交流インピーダンス計測技術の開発 現在、低コストで高効率的なオイル生産をめざして生物学・農学面からの実証研究が先行する中、複雑化した緑藻類の培養過程の解明に必要な計測評価技術が必要と考える。そこで、オイル産生緑藻類の高増殖・量産化効果を検証する計測評価技術として、電気電子分野の計測装置を活用した交流インピーダンス計測法を提案する。第一段階として、クロレラ培養の増殖過程における周波数特性について評価・議論し、本計測技術の定量解析への適用性について検証した。
大塚 生子 日常会話における差別の(再)生産について 「ヘイトスピーチ」という語はこれまで、街宣活動やオンラインの掲示板などで不特定多数の人々に向けて発せられる、特定のアイデンティティを有する人々への差別的言語行動に対して用いられてきた。しかし、偏見や差別が人々の日常会話において談話を通して(再)構築されることを鑑み、本研究では個人間会話というミクロレベルでの差別の実践を問題とする。本研究では実際の会話の談話分析を通し、日常会話における差別は、「差別は悪である」という社会通念・規範よりも、相手との人間関係を良好に保つという相互行為上の規範が優先されるために起こるということを論じた。
吉田 準史 音を下げる。そして、音を活かす。 我々の周りには声や楽器、飛行機の音など様々な音があります。同じ音でも心地よい音もあれば騒音もあります。製品音は騒音と捉えられやすい音ですが時には、製品の状態を知る有効な手がかりになります。このことを踏まえ我々は製品音に着目し、その音全てを低減対象とせず、必要な成分と下げるべき成分に分別しようとしています。下げる音には、そのメカニズムを的確に把握する技術を構築しています。そして必要な音に対しては、その音を選び出し状態認知を手助けする方法も検討する等、音が持つ可能性を踏まえた技術開発を進めています。
笠原 伸介 低濁度原水の薬注撹拌制御に関する研究 近年、活性炭処理水など凝集性粒子をほとんど含まない低濁度水を対象にPACl注入を行い、急速砂ろ過を運用する事例が増加している。このような状況では、連続的に流入する凝集フロックではなく、突発的に流入する非凝集性粒子への対応を意図した運用、すなわち濁質捕捉効果の高いAl集積層をろ層内に速やかに形成することが重要と考えられる。 本研究では、急速ろ過層が有する固液分離の仕上げ機能を最大限に引き出すための凝集操作要件を明らかにするため、薬注後のGT値がAl集積層の形成と非凝集性粒子の阻止率に及ぼす影響を検討した。
小松 信雄 移動体の制御に関する研究 自動車や飛行機などの移動体の制御に関する位置計測システム,誘導制御システムの構築を目指して研究を行っている.位置計測システムについては,加速度計,ジャイロ,画像処理を用いた計測を融合し,移動体の位置を瞬時に計測することを目標にしている.誘導制御については,移動体の3次元的位置姿勢を制御するため,制御システムの動的特性を推定する同定を行ない,安定化制御を実現することを目標にしている.
米田 達郎 双児宮の名称変化 語彙の変化をヒトが意図的に起こすことは一般的にはない。自然に変化していくものである。しかし、十二宮の名称は明治になってから学術的に変化する。これはギリシア神話とも密接に結びつくかとも思われるが、何よりも世界基準に合わせるということもあると思われる。ここでは、双児宮の名称変化について、幕末から明治にかけて陰陽宮・双兄宮・双女宮が双児宮へと変化する過程を記述的に確認しつつ、双児宮へと名称変化した背景について考察する。 本研究では、理科学語彙の歴史的な変化を取り上げているが、それは生活語彙・教育語彙の変化ともいえる。多方面に派生する研究の一側面である。