東京大学産学連携プロポーザル

ジェットエンジン、ターボ機械等の研究を行っているこの研究室では、これら機器内部で起きる高速流の解析に必要な実験施設、装置を豊富に有するとともに、充実した計算機環境を利用した数値流体解析が可能で、多くの研究実績を有している。これらをもとに、ジェットエンジン、ターボ機械等流体機械内部で起きる不安定流れ、それに伴う異常振動等に関しての解析が可能である。

この研究室では、地震断層の動的破壊現象に注目し、地盤（岩石）の破壊解析のための数値手法の開発を行っている。これまで境界積分方程式法に基づく数値計算コードを開発し、従来困難であった複雑形状断層の動的破壊解析を実現した。また、新たな境界積分方程式法の定式化を提案し、形状自由な破壊計算法の適用を不均質媒質中に拡張しつつある。 鉱山開発や土木事業など岩石破壊メカニズムに関する数値的な解析、動力学的震源モデルを用いた強い揺れの予測解析などに関連する技術者との共同研究を行う準備がある。

この研究室では文書や画像などの多様なドキュメントを対象に、組織が有する知識（ドメイン知識）を機械可読な形で記述することで、計算機による情報抽出を支援するシステムの開発を行っている。適用事例としては、デジタルアーカイブで公開されている歴史史料と歴史研究者が有する知識の関連付けによる研究プロセスの改善や、情報システム企業が有する設計文書と設計知識の関連付けによる業務の効率化がある。

この研究室では、顕微鏡でリアルタイム観察しながら、微細構造物の組立・接合作業を行うシステムを開発しているが、その応用として、10μmm～10nm程度の微細構造物を対象として、実際に破壊実験を行い、力学特性の評価や内部構造の観察を行っている。物体の物性や構造などは、理論的な推定や数値計算などさまざまな方法で評価することが可能であるが、実物を使って直接的な評価は不可欠である。 たとえば、染色体の内部構造を解明することを目的として、凍結乾燥した染色体の断面作製作業を行った。図1に機械的に破断させた染色体の断面写真を示す。ビーム加工による切断面では内部構造にダメージが残るのに対して、機械的に切断した断面には内部構造を表すパターンが観察できることを示した。また破断面の形状から、クロマチンファイバが染色体の軸と垂直方向の層状に折り畳まれていることを示した。 その他にも、図2に示すように、直径30nmの酸化タングステンのナノワイヤを電子顕微鏡下で撓ませて破断させ、ツール先端の変形量からナノワイヤのヤング率や破断強度を求める研究なども行っている。

ソフトウェアの信頼性を高めるため、本研究室では、「高階モデル検査」「型理論」などをはじめとする理論計算機科学を駆使してソフトウェアや暗号通信プロトコルを自動検証するための理論およびそれに基づく自動検証ツールの研究を行っている。 現在重点的に取り組んでいる「高階モデル検査」は、ハードウェアやソフトウェアを数学的にモデル化し、網羅的に検証する技術として注目されてきた「モデル検査」をより強力にしたものであり、本研究室において世界に先駆けて実現された検証技術である。本研究室ではこの高階モデル検査手法の改良を進めるとともに、その応用として、プログラムの全自動検証ツールの構築などを行っている。 　

工場、配送センター、倉庫等の環境において物流作業を司る搬送システム設計を目指した研究を進めている。具体的には、搬送機としての無人搬送車(Automated Guided Vehicle, AGV)やフォークリフト、クレーン等の行動則設計、台数設計等が研究課題となる。解導出に際して、この研究室が提案する設計法（動作計画理論とネットワーク最適化理論、共進化的計算を組み合わせた方法）はこれらの問題への対応に有効であり、これを実際の物流設計に役立てたいと考えている。

火山噴火による被害を軽減するためには、噴火の性質を十分に理解して防災計画の策定や避難を行うことが必要である。しかしながら，火山噴火は発生頻度が低いため、火山近傍に居住する者でも噴火に遭遇した経験に乏しく、噴火災害についての知識が十分ではないことが多い。我々の研究グループでは、非専門家でも容易に溶岩流・火砕流・降下火砕物の簡易シミュレーションが実行出来るシステムを構築して、自治体防災関係者の啓発や学校での火山学習に役立てられるよう，システムの普及をはかっている。このシステムは通常のパソコン上に既存のフリーウエアを組み合わせてつくられており，10万円以下の経費（パソコン代）だけで作成可能である。

世界的に持続可能な水産業が求められているが、生物学的な知見が不十分で、かつ利用可能なデータも大きな誤差を含むという不確実性のため、水産資源の適切な評価や管理は依然として困難である。近年、統計学的手法やコンピュータ・シミュレーションによって資源評価や資源管理の妥当性を検討する試みが注目されている。現在実施されている資源評価の精度はどの程度か、あるいは現実の不確実性の下で本当に資源管理は可能であるのか、といった点に対し定量的な評価が可能である。そして、不確実性に対し頑健な評価や管理方法の開発を可能とする。 この研究室では、我が国周辺の水産資源の評価や管理に関して統計学的手法やシミュレーションを用いて研究している。水産庁や関連する研究機関からの依頼により、マサバやスルメイカなどの資源量の推定、資源管理方法の修正・改良を提言している。

この研究室では、nmからmmスケールといった微視的な機構に支配される重金属の固液平衡、移動、反応現象と、数mから数十mオーダーの空間的広がりを有する汚染物質拡散現象の両者を直結するために、マルチスケール型モデルの開発と統合システムの構築を行っている。実環境に見られる多様な地盤条件（pHや酸化還元状態、地盤の種類、地下水流など）のもと、セメント固化処理土の長期安定性と六価クロムの溶出挙動について、統一的な枠組みで予測するシミュレーション技術の構築を目指すものである。 　現在開発を進めている３次元有限要素法を用いた熱力学連成解析システム（DuCOM）は、節点自由度として温度、間隙水圧、ガス分圧、および様々なイオン種の濃度などを逐次解いていくものである。各自由度の解は、支配方程式である熱エネルギー保存則および水分・気体・イオンなどの質量保存則を満足することが求められる。ここで相互依存性を考慮するにあたって、各々の質量保存則を構成するサブシステム内で個別に解き、十分に微小な時間間隔のもと、各システムで得られる出力値を連成させながら計算を実施していくスキームを採用している。微視的な現象に立脚したセメントの水和進展、空隙構造の形成、クロムの移動・固定化モデルの連成により、実験条件に応じた初期条件と境界条件を入力するのみで、統一的な手法によって溶出挙動が追跡可能となったと言える。この手法を用いてタンクリーチング試験の再現解析を行ったところ、セメント添加量が増加し養生日数が延びるにつれ、水和反応により形成される硬化体構造が緻密にあり、外部への六価クロム溶出量が抑えられることが表現された。

この研究室ではコンピュータを使いやすくするためのユーザインタフェースの研究を行なっている。特に電子カルテの手書きによる新しいインタフェースを開発している。 患者と対面してコミュニケーションをとりながら行う、あるいは迅速性を必要とするような医療現場でのカルテ記載システムとして、迅速な入力と入力者の医療判断を支援することを目的としたペン入力に最適化されたインタフェースの開発を進めている。 このシステムでは、手書きの診療録記載を行うメイン画面と、外部から入力されたデータを時系列で表示する(熱型表)サブ画面の、２つのディスプレイを利用する。手書きカルテ部分は、縦に長い巻物のイメージとして提示され、ユーザは自由に手書きの文字や図を描くことができる。画面は３分割されており、中央の縮小図で過去の記載を参照しながら新しい記載を行うことなどが可能である。プロブレムやオーダーについては、手書きの記載では不十分なため、全画面に表示されたリストから選択する方式を提案している。その他、記載内容を選択して消去・拡大・縮小する機能、過去のカルテの一覧表示機能、手書き文字認識を利用した計算機や３次元シェーマ描画機能などを実装している。