非平衡熱力学研究会

  1. 非平衡熱力学シミュレータの開発
    (ただいま整理中)


  2. 生命創発シミュレータの開発
    メタ生命工学」とは、生命の創発原理や形態形成原理を解明し、それを広く工学に応用する研究です。本研究が対象とする世界は、ナノスケールとマクロスケールの間のメソスケール系を対象とします。生物はこのメソスケール系における自己組織化現象を利用して細胞などの複雑な機構を生み出しています。一方でこの系の現象を工学的に利用できていない原因の一つは、この領域におけるコンピュータシミュレーション手法が確立されていない(連続体力学が使えない、分子動力学では対象が大きすぎる)ためと考えられます。本研究室ではセルオートマトンモデル(以下CAモデル;ここには格子ガスモデル(LGA)、格子ボルツマン法(LBM)を含む)を階層構造にすることにより、メソスケール系のシミュレーションシステム「メソスケール・シミュレータ」を構築することを一つの目標としています。CAモデルは、情報演算や物質の形状・構造を空間的に明示できるとともに、特にLBMは熱力学の法則や化学反応則との対応をとりつつ、メソスケール系の非平衡熱現象や自己組織化現象の再現が可能であり、ミクロの現象とマクロの現象を結ぶためのツールとして有効な手法であると考えられます。本研究室では、「メソスケール・シミュレータの構築」と、これを用いて「細胞形状の自己組織的形成シミュレーション」の研究を行っています。熱力学法則や有限の反応規則の組合せで人工細胞が創発され、自己複製する過程をシミュレーションで示すことを目指しています。また同時に最小細胞(プロトセル)の人工的な合成のための道程を明らかていきたいと思っています。本提案の階層型CAモデルにより、メソスケール系の「基礎方程式」、「時空」、「機能」の各知見を統合する新しいツールを提供することができると考えられる。さらに本シミュレータの構築は、人工的な製造物の生産にも大きく貢献できると考えています。

    図 生命の起源をコンピュータシミュレーションで探る


  3. 文明工学の研究
    文明工学」とは、筆者が提案した概念です。人類の知を結集することで次にくる文明のパラダイムシフトを「設計」できると考えられます。衰退していく日本の憂鬱な未来予測ではなく、未来の社会システムを自ら設計する方法を本書で提案するものです。著著システム工学で描く持続可能文明の設計図 ~ 文明設計工学という発想 ~』(2014年6月刊行、大学教育出版)では、以下のポイントを述べています。エネルギー(エントロピー、セクセルギー)、生物進化など、理科系のなじみのある事柄から文明の在り方を考えてみることを意図しています。

①一つ一つの文明の誕生・発展・衰退の過程を生物に対比してとらえ、「文明の進化」という観点から文明を見直してみる。生物の世代交代が進化には不可欠であるように、様々な文明の誕生・崩壊も人類社会の進化にとっては必然的なものである。

②カンブリア紀の生物進化の爆発のように、進化は時として不連続である。文明も個々の文明の興隆・衰退の中で、農業革命、産業革命のように、大きなパラダイムシフトが起こってきた。さらに地球の歴史を俯瞰すると、生物も文明の進化も「加速」していることがわかる。次の大きなパラダイムシフトが近づいていることが予想される。

③文明を生物的視点で考える視点をさらにすすめ、生物のエネルギー過程、物質循環過程と同様に、文明もエネルギーと物質の流れで考えてみる。また、生物の自己組織化能力という視点を文明・社会にも適用してみる。

④文明をエネルギーと物質の流れで考えることができれば、工場のプラントや情報システムを考えるときの「システム設計」という手法を用いることができ、この方法で、次の文明を「設計」する方法を提案する。

⑤日本をケーススタディとして、次の文明である「太陽と海の文明」を設計してみる。数値的な詳細設計はまだ困難であるが、概念設計(ラフデザイン)を示すことができる。新しい文明は、太陽エネルギーや海洋エネルギーをベースに今より一桁大きいエネルギーを使える文明である。また自己組織化機械の実用化により、人間に代わって付加価値を自動的に創出できる文明である。