本センターの大規模計算機システムを活用している研究者の皆様をピックアップし、そのご研究内容を映像で紹介します。



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vol.13 単一分子電気伝導の第一原理計算

研究者|大戸 達彦
所 属|大阪大学 大学院基礎工学研究科 助教

1つの分子が電極間に架橋された「単一分子デバイス」の開発は、電子輸送がどのように起こるかを分子・原子レベルで理解し、有用な分子デバイスの設計にとって重要な分子設計指針を引き出すことにつながると考えられている。単一分子デバイスの挙動の理解のためには、どのような分子架橋構造のとき、どの程度の電気伝導度が得られるかを理解する必要があるが、デバイスのサイズが非常に小さいため、実験的のみから1つの分子の架橋構造を特定することは困難である。本研究では第一原理計算を駆使し、複雑な構造を持つ分子の架橋構造を推定する試みを行なった。分子の両端に電極原子を配置する必要があるため計算コストが高く、サイバーメディアセンターのOCTOPUSのような大型計算機を用いる必要がある。データ科学的な手法を組み合わせることで、第一原理計算を行う構造の絞り込みを行うことに成功した。この手法は、今後様々な分子デバイスの架橋構造と電気伝導度の関係性を調べる上で有用になると考えている。

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vol.12 エンジン壁面熱損失の高精度予測に向けて ~脈動乱流における熱伝達機構の解明~

研究者|小田 豊
所 属|関西大学 システム理工学部 准教授

自動車エンジンに代表される往復動式内燃機関では燃料の燃焼によって生じる熱エネルギーのうち20~30%が冷却損失として失われます。冷却損失とはエンジン構成部品を冷やす際に壁面を通じて冷却水が受け取る熱エネルギーの割合であり,エンジン出力に寄与しないことから燃費向上のためには最小限に留める必要があります。本研究では,ピストンの往復運動によって生じるエンジン内部の複雑な熱流動を「強い加減速の繰り返しと壁面熱伝達を伴う脈動乱流」とみなし,高精度な乱流シミュレーション手法を適用することで,脈動乱流における壁面熱伝達のメカニズム解明に迫りました。このようなシミュレーションを通じて現在設計で広く利用されている計算モデルの限界を明らかにすることは,より高精度に熱損失を予測できる計算モデルの構築に資すると考えています。

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vol.11 水処理膜を透過する水やイオンの分子シミュレーション ~計算機シミュレーションによる分子機能予測~

研究者|石井 良樹
所 属|兵庫県立大学 大学院情報科学研究科 特任講師

水処理技術は、安全安心な水を確保し、持続可能な社会を実現するために、必要不可欠なものです。そのような膜を透過する分子の性質を理解するため、我々はスーパーコンピュータを用いて、ナノ材料のなかの水分子やイオンの動きを解き明かそうとしています。本研究から、量子化学計算と分子動力学計算を駆使して水分子の環境を正確に再現することで、水分子がどうしてナノ材料の中を拡散しやすいのか、が新たに分かってきました。

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vol.10 超伝導の磁場誘起chiral転移と常磁性電流 ~軌道磁化と磁場との結合が織りなす現象~

研究者|兼安 洋乃
所 属|兵庫県立大学 大学院理学研究科 物質科学専攻 助教

超伝導は電子がペアを成す状態であり、電子ペアのスピンと軌道の性質から多彩な磁化・電流現象を現します。その一つに、軌道による自発的磁化をもつchiral状態が挙げられます。何故、超伝導状態において軌道による自発磁化が生じるのか、その理由は明らかではありません。このchiral状態の本質を探るために、軌道磁化と磁場の結合によるchiral現象をGinzburg-Landau方程式の数値解析で調べています。解析から、磁場中のchiral安定化の特徴として、磁場誘起chiral転移と常磁性電流、chirality反転(軌道磁化反転)が示されます。これらの現象は距離について変化した超伝導状態で、軌道磁化と外部磁場が常磁性結合することにより生じます。このような磁場中のchiral超伝導の距離依存性を調べるために、サイバーメディアセンターのSX-Aurora TSUBASAのVector並列処理が威力を発揮します。

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vol.09 キャビテーション乱流の数値解析

研究者|岡林 希依
所 属|大阪大学 大学院工学研究科 機械工学専攻 助教

液体の流れにおいて圧力が飽和蒸気圧より低下すると、泡の発生・消滅が短時間に生じます。この現象をキャビテーションといい、ポンプや舶用プロペラなどの流体機械に様々な悪影響を及ぼします。国内では、特にロケットエンジンの液体水素ターボポンプ内の流れ解析に対する要求を契機として、キャビテーション流れの数値計算が発展してきましたが、最も基本的な翼周りの流れでさえ、揚力係数などの定量的な再現は困難です。本研究では、翼周りのキャビテーション流れの数値解析において、非常に微細な乱流渦を解像することで、揚力の再現性を向上させることができました。細かい乱流渦をとらえるような計算は大規模になりがちですが、スーパーコンピュータSX-ACEによって高速に行うことができています。

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vol.08 病気を制御する遺伝子解明のための時系列シングルセルデータ解析

研究者|加藤 有己
所 属|大阪大学 大学院医学系研究科 医学専攻 ゲノム生物学講座 助教

生体組織や器官は細胞集団から構成されていますが、それらで発現している遺伝子を細胞1つ1つ(シングルセル)に分解して調べることができるようになりました。細胞は特定の細胞型へ徐々に変化する分化という過程を経て最終的な形になります。このような時間経過で遺伝子発現がどう変化しているのかを追うことが重要です。例えば、正常なマウスと病気のマウスから取得した時系列シングルセルデータを比較し、病気を制御する遺伝子は何かといった疑問を、コンピューターを使って解明することができると考えられます。本研究では、互いに関連のある2つの実験系から得られるシングルセルデータから、分化の軌道を効率よく比較するツールを開発しました。https://github.com/ykat0/capital

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vol.07 データ分析の高速化と社会実装

研究者|Chonho LEE
所 属|大阪大学 サイバーメディアセンター 先進高性能計算機システムアーキテクチャ共同研究部門 特任准教授

我々は、大規模計算機システムおよび先進ネットワークの運用・利用を通じて蓄積されたサイバーメディアセンターの経験とノウハウを中核とし、高性能ビッグデータ分析を可能とする計算機プラットフォームの構築、ユーザ視点でのより実用的な社会ソリューション創出を目指した研究を実施しております。本動画では、大規模計算機を活用した実践例として、(i)歯科臨床現場における病変の検知・診断・治療補助、(ii)生態調査研究における個体識別、(iii)原爆投下の現実を語り伝える活動の一つとして行った白黒画像のカラー化など、機械学習やAI技術を用いた多種多様なアプリケーションを紹介します。(https://www.aca.cmc.osaka-u.ac.jp/

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vol.06 リアルスケール社会シミュレーション

研究者|村田 忠彦1,原田 拓弥2
所 属|1関西大学 総合情報学部 教授, 2関西大学大学院 総合情報学研究科

社会シミュレーションはノーベル経済学賞の受賞業績の1つにもなるほど注目されていますが,抽象度の高いシミュレーションが多いことが指摘されてきました.私たちは,実際の環境や人口を対象としたリアルスケール社会シミュレーションを実現するため,人口合成に取り組んでいます.公開されている都道府県・市町村・町丁目の統計やさらに細かな基本単位区の範囲の統計を用いて日本の全人口を合成してきました.以下のリンクから合成人口の利用をリクエストしていただけます.http://www.res.kutc.kansai-u.ac.jp/~murata/rsss-distribution/

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vol.05 心臓の興奮伝播シミュレーション

研究者|稲田 慎
所 属|森ノ宮医療大学 保健医療学部 / 臨床工学科 教授

心臓の不整脈は,心臓内における電気的興奮伝播の異常と関連がある.特に,心室における不整脈は突然死につながる可能性がある.しかしながら,電気的興奮伝播の異常がどのように不整脈の発生や維持に影響を与えているかについての詳細は不明である.不整脈の発生や維持のメカニズムを検討するための手法として,心臓内の電気現象をシミュレーションにより解析する方法が挙げられる.本研究では,約2000万のユニットで構成した,大規模で解剖学的に詳細な心臓モデルを構築した.シミュレーションは,サイバーメディアセンターのスーパーコンピュータSX-ACEを使用して実行した.本研究で行ったシミュレーション結果より,右室流出路における電気的興奮伝播の異常が心室性不整脈の発生や維持に影響を与えていることが明らかとなった.我々は,コンピュータシミュレーションが心臓の複雑な電気現象や不整脈などの疾患を治療するための新たな手法を検討する上で有用なツールであると考えている.

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vol.04 縦渦導入型ストラットのシミュレーション

研究者|比江島 俊彦
所 属|大阪府立大学 大学院工学研究科 航空宇宙海洋系専攻 航空宇宙工学 助教

次世代型超音速旅客機や宇宙往還機の開発のカギとなるのは,空気を取り入れる超音速エンジンすなわち超音速燃焼ラムジェットエンジンの実現であります。しかしながら,燃焼器内の気流の滞留時間は極めて短く1/1000秒のオーダーになります。この条件の下で,どうやって効率よく空気と燃料を混合し燃焼させるかが大きな課題となっています。本研究では,混合に効果的な縦渦導入型ストラットを使ってこの問題を解決しようとしています。このような高速,高温,高圧となる厳しい環境での物理現象の解明にはスーパーコンピューターによる計算が大いに役に立ちます。