複雑化するものづくりのニーズにMathWorksができることとは?

　

　2014年10月29日、MathWorks主催のMATLAB EXPO 2014が都内で開催された。いつもの通り午前中は基調講演、午後はテクニカルセッションという構成である。今年の基調講演は東京工業大学の藤田政之教授と、MathWorks本社のSameer Prabhu氏が務めた。今回はこのPrabhu氏の基調講演と、さらに午後にPress Meetingという形で質疑応答の時間があったので、その際の内容も併せてレポートしたい。

　 Photo01:Industry Marketing DirectorのSameer Prabhu氏

　氏はまず昨今のトレンド(Photo02)と2009年のトレンド(Photo03)を並べた上で、Googleのトレンド分析で頻度を示したのがこちら(Photo04)である。その一方で、主要な地域別にGDPにおける研究開発費の割合を示したのがこちら(Photo05)である。

　 Photo02:個別の説明は不要かと思うが補足しておけばMOOCはMassive Open Online Courseの略。基調講演の最後でこれに繋がった

　Photo03:Social ComputingとかSmart Phones、SaaSなど見慣れた言葉が並ぶ

　 Photo04:SaaSにしてもSocial Computingにしても、それが当たり前のものになったら誰も改めて話題にしないということでもある

　Photo05:日本が3%を超えているのもすごいが、中国の追い上げもすごい。が、そうした個別の国の状況を論じている訳ではない

　氏が言いたいのは、MathWorksは短期的なトレンドを追いかけるのではなく、より長期的な変革に対してアドレスしてゆく、ということである。物事がより複雑化し、しかも開発サイクルが短縮されてゆくという現状に対してどうアドレスしてゆくか、それに関するMathWorksの答えが、次の4項目である(Photo07)。以下、一項目ずつ細かく事例を挙げながら説明して言った。

　Photo06:といってもトレンドを無視するという訳でもないが、これは後述

　Photo07:ちなみにこのスライドそのものは後のPress Meeting時のものであるが、1枚に要約されていて判りやすいのでこちらで紹介した

　まず「Algorithms in everything」である。いまや日々の生活において身の周り全てのものにアルゴリズムが実装されているといっても過言ではない。一方、ここ10年で急速にデバイスの処理能力が向上し、より複雑で大規模なアルゴリズムを実装することが可能になってきている(Photo08)。

　 Photo08:これは生産される半導体のトランジスタ数を人口で割った数字。2015年には一人当たり1700億個のトランジスタを所有できる計算になる

　アルゴリズムを形にするためのツールとして、MATLAB/Simulink/Stateflowという同社の製品が利用できるという話であるが(Photo09)、ここで昨年発表されたMATLAB R2013bに追加されたMATLAB System blockについて少し触れた(Photo10)あと、あらためてMATLABの機能についての説明があった。

　 Photo09:同社の主力製品としては、MATLAB、Simulinkに加え、状態遷移を表現するStateflowもある

　Photo10:MATLAB System objectをそのままSimulinkに取り込める仕組み。一旦メモリにBufferして、ついでStream Processingを掛ける形になるようだ

　たとえばPhonakの補聴器(Photo11)はMATLABのDSP System Toolboxを使って実装されているが、他にも様々なToolboxがFunction Librariesの形で同社から提供されている(Photo12)。

　 Photo11:これはSonovaのPhonak Audéo Vというモデル

　Photo12:オプション製品一覧はこちらにあるが、MATLABのオプション製品だけで現時点で10分野54製品がラインアップされている

　これを利用すると、たとえばADAS向けの様々な機能が同社のToolboxで実現できるようになる(Photo13)。ちなみに開発にあたっては、こんな形(Photo14)でシミュレーション環境を使いながらアルゴリズムの開発と検証を行う訳だが、独コンチネンタル社によればMATLABを利用することで開発効率を改善し、コストを下げながら信頼性を上げることに成功したとしている(Photo15)。

　Photo13:このスライドは何枚かの連続したものの最後で、ここでは信号認識機能とか車線認識/制御、それとアクティブヘッドライト制御が可能になる、という例を示したもの

　Photo14:これは今年7月にドイツで開催されたMATLAB EXPOで発表された、信号認識システムの開発に関する独コンチネンタル社の講演の事例

　Photo15:もちろんこれは独コンチネンタル社による評価である

　高度な知識や時間を要するアルゴリズムのパラメータ・チューニング作業を改善する為のアプリケーションが、今年3月発表されたRelease 2014aで追加された「Control System Tuner App」となる(Photo16)。これはパラメータ設定を行いチューニングする様子を動画で紹介したので、スライドが無いのだが、下側のオレンジ色の波形からチューニングを行う際に、実際は大変な工数がかかるが、「Control System Tuner App」は、より容易に所望の特性にチューニングすることをサポートしてくれる。

　あくまでもアルゴリズムを考えるのはユーザであるが、それを実装したり検証したりする作業にフォーカスしてこれを手助けできる事をここでは強調した。

　Photo16:これはSimulinkと連動する形で、パラメータの最適化を自動的に行うことで目的の特性を得られるようにするものである

ビッグデータ解析にも対応したMATLAB/Simulink

産総研と東大、リチウムイオン電池が充放電する際の正極の電子状態を観測

　

　産業技術総合研究所(産総研)と東京大学は11月25日、リチウムイオン電池が充放電しているときの正極材料の詳細な電子状態を、軟X線発光分光法を用いて解明したと発表した。

　同成果は、産総研 エネルギー技術研究部門 エネルギー界面技術グループの周豪慎研究グループ長、朝倉大輔研究員、細野英司主任研究員、東大 物性研究所の原田慈久准教授らによるもの。詳細は、国際電気化学会の速報誌「Electrochemistry Communications」のオンライン版に掲載された。

　今回の研究では、充放電時の軟X線発光分光測定のために、有機電解液とリチウム負極を備えたリチウムイオン電池の正極を分析するための特殊な電池セルを開発した。この電池セルを用いて、マンガン酸リチウム正極中マンガン原子の充放電時の電子の出入りの様子を解析した。なお、軟X線発光分光測定は、大型放射光施設SPring-8の東大アウトステーションBL07LSUにおいて行われた。

　そして、マンガン酸リチウム正極中のマンガンの酸化還元反応が明らかになり、これまで困難だった、マンガン-酸素間の結合性や、Mn3+とMn4+の比率の情報などを得ることができたという。

　今回の成果により、既存材料を用いたリチウムイオン電池の充放電機構の詳細が明らかになることで、次世代の電極材料開発に貢献することが期待されるとコメントしている。

　(左)SPring-8 東大アウトステーションBL07LSUと(右)今回開発した分析用電池セルの外観

キヤノン、マンモグラフィ用カラーディスプレイを開発

　

　キヤノンは11月26日、マンモグラフィ用カラーディスプレイを開発したと発表した。

　乳がん診断においては、検査部位の微細な変化まで確認できるよう、診断画像を高画質・高精細に表示できるディスプレイが求められている。現在、2Dやトモシンセシスのマンモグラフィ画像はモノクロで表示されるのが一般的となっている。しかし、超音波などの検査方法では、しこりなどの組織の硬さを色の変化で示すためにカラー画像が使用されており、モノクロとカラーの両方の画像を表示することのできるディスプレイのニーズが高まっている。

　今回、開発されたのは、高画質・高精細で高いモノクロ表示性能を持つ30型1000万画素(4096×2560画素)対応のマンモグラフィ用カラーディスプレイである。独自の高画質技術を医療画像の表示に生かしたディスプレイを開発することで、今後の医療の発展に貢献できると考えているという。

　なお、キヤノンでは、詳細な仕様や価格は未定だが、2015年中に、同ディスプレイを製品化し、医用ディスプレイ市場に新規参入することを目指しているとコメントしている。

　マンモグラフィ用カラーディスプレイ

IMS、有機半導体のドーピング効率を100%にするドーピング増感効果を発見

　

　分子科学研究所(IMS)は11月18日、有機半導体に不純物を極微量加えるドーピングの効率を100%にすることに成功したと発表した。

　同成果は、IMSの平本昌宏教授、新村祐介CREST研究員らによるもの。科学技術振興機構(JST)のCREST(研究領域名「太陽光を利用した独創的クリーンエネルギー生成技術の創出」)の一環として行われた。詳細は、米国物理学協会の応用物理学誌「Applied Physics Letters」のオンライン版に掲載された。

　シリコンに代表される無機半導体は、ドーピングによって自由自在にn型化、p型化することができ、その際、加えた不純物の個数に対する発生した電子の個数、すなわち、ドーピング効率は100%であることが知られている。一方、有機半導体のドーピング効率は10%以下で、仮に不純物を10個加えても、そのうちの1個にしか電子を発生させることができなかった。

　研究グループは、典型的な有機半導体として、フラーレン(C60)と無金属フタロシアニン(H2Pc)から成る共蒸着膜(C60:H2Pc)に、ドナー性ドーパント分子(Cs2CO3)をドーピングした系について、ケルビンバンドマッピング法によって発生した電子数を測定した。すると、H2Pcの単独膜や、C60の単独膜の約10%に比べて、C60:H2Pc共蒸着膜(比率1:1)は約50%まで増大した。さらに、共蒸着膜中でのH2Pcの比率を増やしたところ、その比率が99%に達するまでドーピング効率は増え続け、97%に達したという。このように、共蒸着膜にドーピングすることでドーピング効率が増大する”ドーピング増感効果”が起こっていることが発見した。これは、有機半導体においても、加えた不純物10個のすべてが電子を発生し、無機半導体と同じ効率100%でドーピングができるようになったことを意味している。この”ドーピング増感効果”は、高性能の有機太陽電池や有機デバイス作製の基盤となる技術であるとコメントしている。

　ドーピング効率とC60:H2Pc共蒸着膜のH2Pc比率との関係

岡山大など、世界で初めて成体腎臓の幹細胞から腎臓構造の再現に成功

　

　岡山大学はこのほど、成体腎臓から取り出した幹細胞を用いて、試験管内での腎臓構造の再現に世界で初めて成功したと発表した。

　同成果は同大学病院腎臓・糖尿病・内分泌内科の喜多村真治 講師、槇野博史 病院長、杏林大学医学部薬理学教室の櫻井裕之 教授らの研究グループによるもので、11月24日(現地時間)に米・科学雑誌「STEM CELLS」に掲載された。

　同研究グループは大人のラットから採取した腎臓幹細胞を三次元培養することで、立体構造を持った腎臓構造体の作製に成功した。腎臓構造体は本物の腎臓の構造の最小構成単位であるネフロン構造を有しており、機能も一部確認された。

　腎臓構造体 全体像

　成熟個体の細胞から腎臓構造体を作製できれば、創薬やオーダーメイド治療、動物愛護の観点から動物実験に変わる動物実験代替の臓器モデルになり得る可能性がある。また、幹細胞から腎臓構造再構築のメカニズムを詳細に検討することにより、腎不全の新たな治療や移植可能な臓器作製が期待されるという。