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IT21の会 第257回(令和2年12月度例会議事録)

日時：2020年12月4日(金) 18:30～20:30
開催方法：オンライン会議方式　参加者38名(講師含む)
配布資料：なし
議事：
18:30-18:35 事務連絡、資料確認
18:35-20:30 メインテーマ講演、質疑
20:30-20:35 今後の予定
20:35-21:00 オンライン懇親会

概要：
1. 富田会長挨拶
2. メインテーマ講演
　講演タイトル「スーパーコンピューター富岳時代の産学連携」
　講演者：鷲津 仁志氏（兵庫県立大学大学院　シミュレーション学 教授）

2.1 講演内容：
1)兵庫県立大学は、2004年に姫路工業大学、神戸商科大学、県立看護大学を統合して出来た。
理学部のSpring 8の成功を受け、京コンピュータの設置に合わせ同じ敷地にシミュレーション学研究科を作った。
来年2021年4月に情報科学研究科に改組予定。

2)「計算科学」は「データ科学」に対して第３のパラダイムと呼ばれており、理論と実験の融合でコンピュータの中で実験する。
物理法則等を組み合わせて複雑な理論を組み上げるボトムアップの方法である。
「データ科学」は第４のパラダイムで、データ在りきでやってゆく。法則や理由はわからなくても分類や予測等できる。
（第1、第2は理論と実験）

3) (紹介ビデオ)。情報科学研究科は、高度データサイエンティストを養成するデータ科学コース、スパコンを駆使する研究開発者を養成する計算科学コース、
人口や医療分野応用を目指す人口医療科学コース、セキュリティ技術者養成の情報セキュリティ科学コースの４つで先端ＩＴ人材を養成する。

4)講師の研究室では粒子の計算をやっている。電子レベルから分子・原子の集まりなどマルチスケールの粒子計算。金型に詰めた鉄粉など、結合シミュレーションはまだまだ研究の余地がある。

5)研究室メンバーは、軸受大手３社、県立大と他大学、高専などから来ている。学生は機械専攻、材料専攻、物理、バイオ、電気電子、プログラミングなどから来て、研究室でコンピュータシミュレーションをして、自動車会社、ソフト、材料等に就職している。

6)企業との共同研究のやり方として、特任教授の給料を出してもらうお金のかかるもの、社会人博士としてきてもらう授業料分だけのものなど、役に立つ研究・シミュレーションをやるようにしている。一方、お金にならない研究は学生にやってもらうようにしている。４つ目のパターンとして若手の研究員を企業から派遣してもらい、学生の先生になってもらう。

7) 講師のテーマの研究には学生にもお金を払っている。

8) 学生に集まってもらうため「良い会社に就職できます」ということを最大の売りにしている。理由は、講師自身が生命理工学部の出身で就職で苦労したため。

9) 分子シミュレーション屋は就職できない。ほとんどが大学か公的研。一方、トポロジーは就職できる。就職先もいろいろあるので、学生にもこちらを勧めている。食えるということは滅茶苦茶大事なこと。
コンピュータシミュレーションは大変危険で、その解消のため、理系のための就職マニュアルを執筆中。就職偏差値No.1企業の採用担当と一流企業に旧帝大並みの就職実績を実現した経験から書く。特に重要なのは、役に立つ分野(機械、電気、材料など)と役に立たない分野(基礎物理、バイオなど)があるということ。役に立つ分野はピンポイントのご縁就職など出来るのに対し、役に立たない分野はポテンシャル就職しかない。〇〇大卒の△△出身だから活躍出来るだろうのポテンシャルがほとんど。ポテンシャル就職しないで博士を取るとさらに就職が難しい。日本では役に立つ分野で修士を取って就職すればよい。企業研究所に入ってから博士を取れる。役に立たない分野でも、修士までなら就職ができる。

10) 豊田中央研究所では、摩擦を研究するトライボロジをやっていた。トライボロジは機械と材料の２つ分野がある。
2008～2010年のトヨタショックの要因の一つには、湿度でポリマー膨潤を起こしたアクセルペダルの問題があった。アクセルペダルはエンジンに直結しなくなったので機械部品から電気部品になったが、トライボ材料工学的な観点が必要だった。

11) 摩擦に関するトライボロジでは、流体（液体）潤滑と境界（固体など）潤滑がある。それぞれマクロとナノでの解析が出来る。
ナノトライボロジの計算方法は、電子状態あるいは原子レベル(分子動力学法)の計算となる。電子状態の計算は各メーカーの材料分析で〇〇スペクトル、NMRなどで行われてきて多数派なので就職も多く、お金にもなる。
しかし摩擦は多数の原子がひしめき合って動く時の状態なので、正しいのは原子レベルの計算の方。日本のメーカーではほとんど研究されておらず、日立、出光(少し)程度だった（米のGM、フォードはやっていた）。そこで分子動力学の計算を始めた。分子動力学では原子を箱に入れて運動方程式を解く。その結果、液体になったり、固体になったりする。普通のシミュレーションでは最初に状態を決めておくが、分子動力学では計算結果として状態が出てくる。
ここに添加剤を加えると表面に膜を作り固体的になる。運動方程式の力場がリアルだと、原子の動きもリアルになる。このような関数の組を入れ、さらに原子と分子をまたぐような非結合性の関数の組も入れて原子への働きを同時に計算する。非常に重たい計算となるため、スパコンが要る。

12) 鉄と油の摩擦を計算して統計処理すると、どの油の摩擦が大きくてどの油の摩擦が小さいか順序がわかり、どんな油が良いか予想して分子設計が出来る。こういう分子の形にすれば摩擦が大きくなるとわかる。また、原子・分子間の運動量移動を解析することでその理由もわかる。こういうことがわかると、お金になる。
今まで実験で当てずっぽうにやっていたことが、シミュレーションをやることによって分子構造の候補の絞り込みが出来る。

13) 京コンピュータを作るためのプロジェクトに2003年から参加した。2006年からの次世代スパコンのプロジェクト、2012年からの京都大学（文科省）ECIBにも参加。
京コンピュータが出来る前に京コンピュータで何が出来るだろうかということをやった。例えば油膜の厚さが小さい(5nm系)と界面ですべりが起こる。現実の油はもっと大きいので、分子科学研究所のスパコンを１ヵ月(国プロのため無償だが費用を払った場合3000万円）で借りて計算した。鉄を滑らせると、鉄に近い所ではくっついて、真ん中は自由に動く、反対側は滑りが発生しないという結果だった。

14) 鉛筆の芯がなぜ低摩擦かは私が解明した。鉛筆の芯のグラファイトがポテンシャルの山を登らない熱回避運動をするため低摩擦となる。これがわかることで、エンジンオイルの添加剤に入れているMoDTCTをグラファイトと同じような構造にして低摩擦にしている。油性剤についてもエンジオイルの種類によってベースにくっつくスピードが異なることや、鉄を圧延する際にどのような油をかけたらよいかが計算できる。

15) 最近の研究室では、こういうことが出来ますということを学生に研究させて、後から企業との共同研究につなげている。

16) 学生以外の研究員はもう少し難しい摩擦の研究を行っている。例えば、ECMOではタンパク質がくっつかないポリマーコーティングを研究することでECMOの寿命を伸ばすなど。

17) スパコンは京が出る頃までは日米の争いだったが、その後中国が出てきた。ここ5年は中国製のCPUで世界一になるなど本気を出してきた。
    実は富岳は100京ではなく、42京。1コア当たりの性能は4倍。アーキテクチャーはSPARCからARMに変わっている。富士通の凄いのはCPUノードを6次元につなぐ技術。

18) スパコン上で動かすソフトも、今ではオープンソフトで動くものを作れるようになった。

19) 有限要素法の研究論文は1990年代がピークだったが、分子動力学はこれからということでまだ伸びている。

20) 電気デバイスは結晶構造を決めれば電気特性の予測ができる。一方、油やポリマーといったソフトマターは原子配列ではわからないので、機能性材料の開発をNEDOで今やっている。こういったマテリアルインフォマティクスは、これからといったところ。

21) 圧電材料を使ったアクチュエータ材料、誘電エラストマのシミュレーションの研究もやっている。京コンピュータで高分子の分子構造をランダムに数百生成して電場がかかった時の誘電率（電気抵抗）を計算する。これを機械学習にかける。まだまだ２０年後位の技術。

22) 他には水の中で役に立つ水圏機能材料の研究などやっている。金属などの材料は水が嫌い。ポリマーなどの製造工程も有機溶媒の中が多いが水の中でできないか。ステントをポリマーで覆って血液の接着しにくくすれば、ECMOに使える。シミュレーションだけで何かやるのは減ってきて、実験に分析屋として加わることが増えてきている。

23) 今年度から洋上の風車のブレード、増速機、歯車などをメンテナンスフリーにする技術、新しい潤滑油の研究も行っている。

質疑応答
Q1. 科学の高尚なことなのにダジャレが多い。
A1. 京の予算でやられてから、スパコンの広報に予算がつくようになった。それで広報誌の名前を「京算百景」として、スパコンがどのように役立つかいろいろなケースを載せている。「富岳」になった時、ここから取ったとすぐわかった。

Q2. 物理定数の領域を化学に結び付けるマルチスケールについてお伺いしたい。（ポリマーは物理学者が中心になってモデル化してきたため、実験化学者にとって不満が多い）
A2. 官能基のモデルを量子計算の段階から入れるなどしてケミストリーにも優しいモデル化を進めている。流体に混ざるプラスチックなども、レオロジーのシミュレーションになってから物理になり官能基について忘れてしまう。溶媒和という言葉も物理屋は嫌うが、シミュレーションに溶媒和や官能基などを入れるよう頑張っている。
なお、生体融合性高分子は千に近いモノマーの数だが、官能基を入れなくても計算できるようになってきた。なお正しさに関して官能基毎にどういう風に水がついているかを実験と比較して、こういう分子構造にすると水がこういう風につきやすい特性に変わるというストーリーにすると特許になったりする。

Q3. 分子動力学でポテンシャルをどう決めているのか？
A3. 説明したトラクションフルードの分子動力学は20年位前からの研究で、この頃はポテンシャルを決めるのが大変難しくて、タンパク質などに使われているポテンシャル関数をそのまま入れた。最近はまず構造を決めてからDFT計算を回しMD(分子動力学)を回しを繰り返し、収束計算して部分電荷を求めている。

Q4. タンパク質の挙動解析は分子動力学で計算可能か？
A4. 実はタンパク質から逃げている。就職が滅茶苦茶悪い。薬は低分子を作ればよい。しかしコロナの薬でmRNAを薬そのものにしている。DNAが薬になってくると、DNAとプロテインの相互作用が大事になってくる。タンパク質の計算が実用になる。

A5. 金属面の摩擦では、何を見るためにこんな大きな実験をやった？
Q5. 実は400nmまで計算する必要はなく、100nmで収束することは確かめていた。厚さが1umということで、近い400nmまでやった。

Q6. よく汚れを落とす溶剤の研究にも使えそうですが？
A6. 正にその通り。

Q7. MIの教師データは何でしょうか？
A7. 実験結果を用いることも可能だが、高分子のマテリアルインフォマティクスでは京コンピュータで計算した結果を用いている。

Q8. スーパーコンピュータは何を研究するのが得意か？
A8. 神戸市全体の地震被害予測、台風やゲリラ豪雨予測、日本の株式会社300万社の財務データから連鎖倒産の予測、コロナで東京封鎖したら東京より周辺の産業の方がダメージ大とのシミュレーション結果などの実績がある。自然現象から経済学まで計算できる。何故スパコンを作るかと言うと、京コンピュータの先代のお偉いさんが言うには「10年後の景色、どういう学問が出来るかを事前に知ることが出来る。そのために要る」で一番納得した。
なお京コンピュータが入っていた部屋に富岳が入り、京コンピュータは分解された。

3. 初参加者の自己紹介2名。

4. 連絡事項
・アンケートに協力をお願いします。アンケート後にCPD参加票を発行します。

・次回以降の予定
　01/08(金) 18:30ｰ20:30　東京ウィメンズプラザ または ZOOM
　　　　メインテーマ: 「DX時代に向けたアジャイルビジネスのQMS構築」 （講師：廣瀬 守克 氏（技術士（総合技術監理・情報工学・経営工学）
　02/05(金) 18:30ｰ20:30　東京ウィメンズプラザ または ZOOM
　　　　メインテーマ: 「地方創生カレッジの紹介（仮）」 （講師：重田 勝介 氏（北海道大学准教授）

5. 会長閉会挨拶