平成 12 年度卒業論文発表会
平成 12 年度修士論文発表会
発表要旨集
平成 12 年 2 月 9 日（金）9 時∼16 時 30 分
生物資源科学部３号館２３番教室
島根大学生物資源科学部地域開発科学科
農林システム工学講座
卒業論文発表会：9 時∼12 時 30 分 （発表 12 分，質疑応答 3 分：予鈴 10 分，本鈴 12 分，終鈴 15 分) 発 表 者 論 文 表 題 頁 上 田 晋 也 畜産廃棄物の物流システム 1 福 田 隆 臣 振動式全層破砕機に作用する諸力とトラクタの挙動 2 上 山 浩 行 自然エネルギーを利用した水質浄化の基礎的研究− 貧酸素水域のＤＯ増加を目的として− 3 村 上 真 之 新エネルギーの利用とその課題 −松江市周辺をその対象として− 4 亀 谷 拓 治 雨水利用による屋上緑化システム構築の試み 5 橋 本 志 穂 雨水貯留施設の最適容量の策定方法 6 川 﨑 寿 子 不整地に対応した農業用６足ロボットの歩容形成 7 福 永 征 爾 人工魚による進化の解明 8 水 落 良 典 家畜(牛群)の行動特性のモデル化 9 田 中 知 倫 ストック八重咲き苗鑑別ロボット 10 大 森 千 里 非接触型インピーダンス計測法による食品材料の物性評価 11 河 津 智 子 紫外線照射による噴霧殺菌 ∼紫外線殺菌の液体食品への応用∼ 12 瀧 本 光 輝 利用食品のバイオガス変換システム ∼未利用牛乳のメタン発酵に関する実験∼ 13 修士論文発表会：13 時 30 分∼16 時 30 分 （発表25 分，質疑応答 15 分） 発 表 者 論 文 表 題 安 立 学 自然エネルギーを利用した持続的な水利システムと水環境の 改善に関する研究 叶 玉 紅 雨水利用による屋上緑化システムに関する基礎的研究 岡 和 歌 子 遺伝的アリゴリズムを取り込んだセル・オートマトンによる植 物成長モデル
畜産廃棄物の物流システム
生産機械システム工学分野 上田晋也 （A97507-M） 1．目的 家畜ふん尿は産業廃棄物であると同時に肥料資源である。日本における家畜ふん尿の総排出量 は1996 年度で 8500 万 t と推定され、ふんが 5100 万 t、尿が 3400 万 t である。そのうち堆肥化 処理などで86％が再生利用されており、畑などに還元されているが、未処理での還元、過剰施用 による環境問題が一部地域で発生している。環境保全のために家畜ふん尿を正しく処理し、施用 する循環システムの構築を研究目的とする。 2．研究方法 家畜ふん尿排泄量を把握し、規模算定法により堆肥の生産量、堆肥化処理施設の面積を試算す る。堆肥の施用量と作物の作付け面積から、生産された堆肥をすべて土壌に還元することが可能 であるかを分析する。 3．結果 表 堆肥の生産量(t)と施用量(t/ha) 堆肥の生産量と 施用量を表に 示す。 4．考察 表に示すよう に、土壌へ還元 できずに過剰な 堆 肥 が 全 国 で 44,394,743t もあ る。家畜ふん尿 の資源利用には 堆肥化処理のほか、飼料利用やメタン発酵法などのエネルギとしての利用もある。本研究ではす べてを堆肥化処理し、堆肥として再生利用したが、これらの利用法をうまく活用して再生利用さ れない家畜ふん尿がないようにしなければならない。 乳用牛 肉用牛 豚 合計 施用量 余る堆肥 全国 34,378,670 26,942,330 21,239,966 82,560,966 38,166,223 44,394,743 北海道 16,621,405 3,927,509 1,181,074 21,729,988 3,433,898 18,296,090 東北 3,275,061 4,325,952 3,627,123 11,228,135 8,046,237 3,181,898 関東・東山 5,755,020 3,576,499 5,419,171 14,750,690 6,157,255 8,593,435 北陸 548,999 332,036 636,790 1,517,825 2,831,706 -1,313,881 東海 1,779,513 1,593,772 1,847,982 5,221,267 3,291,406 1,929,861 近畿 1,079,066 1,024,567 208,678 2,312,312 2,423,782 -111,470 中国 1,344,100 1,441,984 542,132 3,328,216 2,237,707 1,090,509 四国 738,308 844,319 826,106 2,408,734 1,546,318 862,416 九州 3,085,751 9,173,674 6,337,784 18,597,208 5,766,184 12,831,024 沖縄 170,379 730,479 619,580 1,520,437 177,446 1,342,991 5．まとめ 現状では、9 割程度が農地等に還元されている。ただし、未処理での還元、過剰施用などによ る環境問題が一部地域で発生している。それらを解決するには、野積みされている家畜ふん尿を 正しく処理し、袋詰し製品化することや貯蔵庫を用い悪臭等の苦情が出ないようにすることが必 要となる。しかし、畜産農家個人では難しいので堆肥センターを利用することが望ましい。堆肥 センターは全国に 2500 ヵ所以上あるが利益は出ず赤字であるのが現状である。自治体の予算で それをまかない、充実させることが、畜産廃棄物の環境問題を解決するための課題となっている。振動式全層破砕機に作用する諸力とトラクタの挙動
生産機械システム工学分野 福田隆臣 （A９７５４３−B） １． 背景・目的 畑は上層部だけ耕耘され、下層部はトラクタなどにより締め固められている。下層部に耕盤が あると排水不良をおこす。そのため、全層破砕機は上層と下層の両方を同時に破砕でき、土層改 良に有効である。しかし、破砕機は振動を加えることによって牽引抵抗が減少するのは認められ ているが、適応可能なトラクタの必要馬力、質量等の限界は明らかではない。そこで、作業中の 作業機に作用している諸力とトラクタの挙動を明らかにし、全層破砕機に適応可能なトラクタの 諸元を明らかにすることを目的とする。 ２． 試験方法 圃場は四国農業試験場を使用し、トラクタは石川島芝浦機械製シバウラD288 型（20.6ｋW）、 作業機は川辺農研産業製SVS-30-B50S を使用した。試験は、シャンクの幅やセンターシャンク を新型と旧型に取り替えて8 回行った。新型のセンターシャンクは、左右のシャンクよりも 前に出ており、旧型のセンターシャ ンクは左右のシャンクよりも後退し ている。測定した項目は、シャンク に作用する力、前後輪の接地荷重、 後輪トルク、滑り率、車輪有効半径、 トラクタの重心、土の硬度、土の含 水比、土の三層分布である。シャン クに作用する力、接地荷重、トルク の測定には歪みゲージを用いた。 図１ 新型の作業機をつけた供試トラクタ ３． 試験結果と考察 作業が定常状態になった時の標準偏差と頻度分布を求めた。データの変動はそれほど大きなば らつきはなく、平均値のあたりに集中していた。したがって、試験の結果や考察には、作業が定 常状態になった時の平均値を使用した。 シャンクが受ける水平力は、旧型3 本ではセンターシャンク、新型 3 本では左右のシャンクで 小さい。つまり、シャンクを3 本使用した場合は、後に配置しているシャンクの方が力を受けに くい。 左右のシャンクが受ける垂直力は、旧型3 本では上向きに、新型 3 本では下向きに作用する。 左右のシャンクに、下向きに垂直力が作用すると前輪の接地荷重が減る。また、シャンクの組み 合わせが同じ場合、左右のシャンクの幅が広い方が、前輪の接地荷重が小さくなる。自然エネルギーを利用した水質浄化の基礎的研究 −貧酸素水域のＤＯ増加を目的として− 水管理システム工学分野 上山 浩行（A97512-Y） 【目的】 水域には自浄作用と呼ばれる、有機物を中心とした汚濁物質が各種作用によって減少する作用 がある。その中において溶存酸素（dissolved oxygen；DO）は、水域での自浄作用において重要 な因子であり、DO の増加は自浄作用を促す。本研究は、この DO 増加を目的とし、エアレーシ ョン、太陽光採光システムを使ってその効果を確かめるべく実験を行なった。また、そのための 電力を太陽光発電、風力発電でまかなうためのシステムの構築を試みた。 【実験方法】 １）太陽光、風力発電による電力を用いてブロア（送風機）を稼動させ、エアストーン（散気板） によるエアレーションを行なった。水槽を用いてのエアレーションと、楽山公園の池を対象とし たエアレーションを行なった。 ２）太陽光採光システム「ひまわり」を用いて、タンク内のオオカナダモの呼吸を予測した DO 増加の実験を行なった。２つのタンクに楽山公園の池から採水した水とヘドロ、オオカナダモ 50[g]をそれぞれ入れ、一方を「ひまわり」で光を照射し、もう一方は光を遮蔽し、この効果を計 測した。 【実験結果】 １）水槽に水道水を入れ、エアレーションを行なった。DO の増加は明らかに見られたが、ブロ ア停止後のDO の定着、曝気効率に問題があった。楽山公園の池を対象としたエアレーションで は、実験開始のDO0.1[mg/l]が、0.6∼0.9[mg/l]に上がった。電気伝導度、ｐH などの変化は見ら れなかったが、攪拌によって濁度が上がった。２）図１のように、光遮蔽のタンクと、「ひまわり」 による光照射タンクのＤＯの時間変化はほぼ同じであり、むしろ光を遮蔽したタンクの方が、Ｄ Ｏが高かった。 各タンクのCOD は、光を照射したタンクが約 20[mg/l]、光を遮蔽したタンクが 50[mg/l]以上と、 違いが現れた。 0 1 2 3 4 5 1 3 5 7 9 11 13 15 17 時間[週] ＤＯ[mg/l] 光照射タンク 光遮蔽タンク 【考察】 エアレーション実験ではＤＯの増加は見 られたが、装置の規模や性能により、池全 体を満足させるまでは上昇せず、今後に課 題が残った。「ひまわり」による実験では、 DO の増加は見られなかったが、COD が減 少した。これはタンク内での物質循環が光 合成により順序よく進んだものと考える。 図１ タンク内のＤＯ変化
新エネルギーの利用とその課題 −松江市周辺をその対象として− 水管理システム工学 村上真之 （A97550-C） １． 目的 この山陰地方にも風力、太陽光、天然ガス、地熱等のクリーンエネルギーが豊富に存在してい る。そこで本研究では、太陽光発電・風力発電の基礎的実験を通じて、この山陰地方の豊富な自 然の恵みを活用する自然エネルギーを中心とした、また、その特徴・立地条件等を活かした新エ ネルギー導入の可能性について検討し、具体的かつ現実的な取り組み内容を明確にすることを試 みた。 ２． 実験及び方法 ① ソーラーパネル・風力発電機によるバッテリーへの充電を行い、バッテリーの電圧と比 重を計測して商用電力によるものと比較した。 ② 地方公共団体において実施されている施策の情報について文献・Ｗｅｂページ等を利用 し、収集・整理を行った。 ③ 松江市周辺の地域特性の整理をし、その地域特性に合った新エネルギー導入の可能性を 検討し、具体的かつ現実的な取り組み内容を明確にすることを試みた。 ３． 実験結果 Fig.１のように、ソーラーパネルを用いた太陽光発電は日射量という条件を満たせば商用電力 によるものに劣らない充電が可能であった。風力発電は風況により大きく左右されるため発電量 が不安定で、太陽光発電に比べると補助程度の効果しかなかった。 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 時間（ｈ） バッテリー電圧（Ｖ） 商用充電器 ソーラーパネル 風力発電機 Fig.１ バッテリー充電実験の結果の比較 ４． 総括 実験によりバッテリーの性能と限界が確認できた。特に風力発電に関しては、本実験に使用し た風力発電機が小型のものであり出力が小さかった点、設置した場所がベランダであったため建 物により西方からの風が遮られていた点から風車の性能・設置場所を改善すればより効率の良い 発電が可能になると思われる。また、出力の不安定さを緩和するため、太陽光等他の電源と補完 しあうようにシステムを構築することが望まれる。新エネルギー導入の具体的なプロジェクトの 検討は「地域特性を活かす」という点ではうまくいったといえる。実際に導入する際には、導入 コスト等詳細な条件について検討する必要がある。
雨水利用による屋上緑化システム構築の試み 水利環境システム工学分野 亀谷 拓治(A97513−X) 1. 目的 現在の地球は温暖化、森林破壊、オゾン層破壊などさまざまな問題が発生している。都市部に おいても大気汚染、ヒートアイランド現象、地下水位の低下、都市型洪水などの都市環境問題が 顕著になってきている。 この都市問題を改善するために今日研究が進められている屋上緑化に着目した。本研究ではさ まざまな都市環境問題の中でも、気温の上昇抑制の効果があるのか立証する為に実験を行った。 また雨水を貯留する事で自然潅水ができるのか、断熱効果、雨水の有効利用を目的としたことに 対しても実験を行った。 2. 実験方法 気温の上昇抑制効果に関する実験では、赤外線で温度が測定できる非接触温度計を使用して、 コンテナに入れた５種類（スポンジ・ヤシ繊維・ヤシ繊維＋スポンジポリウレタンフォーム・軽 量人工土壌）の植栽基盤の表面温度と屋上のコンクリート面の表面温度を比較した。実験は島根 大学生物資源科学部棟でおこなった。 雨水を貯留する効果に関する実験では、コンテナに排水溝を設け、何も手を加えずに育て、実 験前と実験後の生育状況を比較した。 3. 実験結果 それぞれの植栽基盤は、コンクリート面では最高表面温度と最低表面温度の差は27.7℃、以下 ヤシ繊維15.7℃、ヤシ繊維＋スポンジ 16.3℃、ポリウレタンフォーム 14.4℃、スポンジ 15.2℃、 軽量人工土壌 18.1℃と気温上昇の抑制効果を発揮した。また、雨水を貯留する効果に関しても、 自然潅水による植物の生育状態、また雨水における断熱効果はそれぞれの基盤に見ることができ た。総合的に見ると、ヤシ繊維の場合に効果が最も現われていた。 4. 考察 基盤上の植物の生育を比較してヤシ繊維が良かったのは、基盤の密度による違いであると考え られる。また、軽量人工土壌での植物の生育は良いが気温上昇の抑制率は低かった。これは、空 気に触れる面が大きかったため、蒸発率が高くなったのではないかと考えられる。 実験を行ってそれぞれにあまり目立った変化は見られなかった。したがって今後は実験規模の 拡大、屋上という過酷な条件下に耐え得る植物の選択、また今回の実験で効果を示すことができ なかった貯留された雨水の利用法について検討する必要がある。
雨 水 貯 留 施 設 の 最 適 容 量 の 策 定 方 法
水 利 環 境 シ ス テ ム 工 学 分 野 橋 本 志 穂 (A97538-F) 1. 目 的 水 資 源 の 源 は 降 水 で あ る 。 都 市 域 の 水 の 供 給 源 と し て 、 大 部 分 を 都 市 域 か ら 離 れ た 水 源 に 依 存 し て い る 。 水 源 地 の 流 域 に 降 っ た 雨 水 は ダ ム に 貯 留 さ れ る な ど し て 有 効 に 利 用 さ れ て い る 一 方 、都 市 域 へ の 降 水 は 利 用 さ れ る こ と な く 下 水 道 に 収 集 さ れ 、 排 水 さ れ る 。 こ れ ら の 雨 水 は 、 水 資 源 の 有 効 利 用 の 観 点 か ら み れ ば 、 大 き な 損 失 水 量 で あ る 。 こ れ ら の 問 題 に 対 す る 一 つ の 解 決 策 と し て 、 都 市 域 近 辺 に 比 較 的 小 規 模 な 雨 水 貯 留 施 設 を 建 造 す る こ と が 挙 げ ら れ る 。 そ こ で 、 小 規 模 貯 留 施 設 を ど の よ う に 運 用 す れ ば 、 最 適 に 雨 水 を 有 効 利 用 し 、 小 規 模 貯 留 施 設 を 最 適 に 活 用 で き る か に つ い て 、 数 理 計 画 法 を 導 入 し た モ デ ル を 作 成 し 、 種 々 の 条 件 を 仮 定 し た も と で の 最 適 貯 水 容 量 の 策 定 を 試 み た 。 2. 方 法 今 回 は 、 評 価 関 数 が 線 形 で は な い の で DP を 用 い た が 、 DP を 適 用 す る 際 に 生 じ る 「 次 元 の 呪 い 」 を 回 避 す る た め に 、 計 算 効 率 が よ く ア ル ゴ リ ズ ム が 単 純 な DDDP を 使 用 し た 。 貯 水 量 を 状 態 変 数 、 補 給 量 を 決 定 変 数 と し 、 流 入 量 、 使 用 量 な ど の 条 件 を 与 え 、 計 算 期 間 は １ 月 １ 日 か ら １ ２ 月 末 ま で と し た 。 ま ず 、 初 期 試 行 経 路 を シ ュ ミ レ ー シ ョ ン に よ っ て 設 定 し 、 そ の 上 下 に 領 域 の 回 廊 を 設 定 す る 。 そ の 領 域 の 中 で 最 適 化 を 行 い 、 最 善 の 経 路 を 求 め 、 今 度 は そ の 経 路 を 試 行 経 路 と し て 最 適 化 を 繰 り 返 す 。 設 定 し た σ で 評 価 関 数 の 値 が 改 善 さ れ な く な っ た ら 、 σ を 半 減 し 、 最 適 化 計 算 を 繰 り 返 す 。 評 価 関 数 の 改 善 率 が 小 さ く な っ た 時 点 で 反 復 計 算 を 終 了 す る 。 今 回 は ４ 種 類 の σ を 設 定 し た 。 3. 結 果 及 び 考 察 設 定 さ れ た あ る σ で 、 評 価 関 数 は 反 復 計 算 の 進 行 に 伴 い 増 加 す る が 、 あ る 反 復 回 数 で 一 定 の 値 に な る の で 、 σ を 半 減 さ せ さ ら に 反 復 計 算 を 行 っ た 。 こ の 手 順 を σ を 変 え て 何 回 か 繰 り 返 し た の ち 、 評 価 関 数 は 最 後 に は ほ ぼ 一 定 の 値 に 収 束 し た 。 最 適 経 路 は 貯 水 量 が 常 に 満 水 に 近 い と こ ろ で と ら れ た が 、 そ の 理 由 と し て 、 今 回 は 補 給 量 に 制 限 を 加 え ず 、 さ ら に 12 月 末 で 満 水 に 近 づ く よ う に 評 価 関 数 を 設 定 し た た め だ と 思 わ れ る 。 利 得 関 数 、 初 期 試 行 経 路 は あ る 条 件 を 仮 定 し た が 、 実 際 の 運 用 で は よ り 細 か い 条 件 や 、 制 限 が 必 要 と な る の で 、 こ の モ デ ル を 実 用 面 に 適 用 す る に は 、 さ ら に 改 良 が 必 要 で あ ろ う 。不整地に対応した農業用６足ロボットの歩容形成 栽培管理システム工学 川﨑寿子 (A97515-M) １．目的 これまでの平坦な地形での歩容の形成についての研究を踏まえて、傾斜地及び不整地における 直進・旋回歩容を対象にＧＡの可能性を検討する。さらに、ＧＡによる歩容形成をコンピュータ 上に想定した６足歩行ロボットでシミュレーションし、歩容の最適化を図る。 ２．実験方法 【遺伝子コード】 歩容形成のための可動部である脚の付け根部と膝部の動作状態をコード化して遺伝子コー ドとする。１ステップごとに脚が支持脚か遊脚かを６bit で、前後の位置を１２bit で表し、 １０ステップ分で１個体の遺伝子とする。 【遺伝子コードのチェック】 以下の３項目に当てはまるものは歩行に向かないのであらかじめ除くものとする。 ① 支持脚の数が２本以下である。 ② 支持脚は３本あるが片側だけに偏っている。 ③ 支持脚が後ろから前に移動している。 【評価値】 直進：移動距離・機体の安定度・旋回角度・左右へのブレの４点を用いて歩容の評価を行っ た。 旋回：目標角度と旋回角度の差・機体の安定度の２点で歩容の評価を行った。 『旋回』に着目しているため、移動距離や左右へのブレは評価に入れないものとする。 ３．実験結果・考察 図１ 直線歩容の評価値（総個体数400） 0 100 200 300 400 500 600 1 101 201 301 401 501 601 701 世代 評価値 傾斜角度 １０° 傾斜角度 ２０° 傾斜角度 ３０° 傾斜角度 40° 図２ 旋回歩容の評価値（総個体数400） 0 100 200 300 400 500 1 101 201 301 401 501 601 701 世代 評価値 傾斜角度 １０° 傾斜角度 ２０° 傾斜角度 ３０° 傾斜角度 ４０° 直進歩容・旋回歩容とも世代を重ねるごとに進化がみられた。 旋回歩行はどの傾斜角度においても評価値が最適化され、80°前後旋回した。しかし、傾斜角 度が大きくなると機体が不安定になるため、収束した評価値は傾斜角度が大きいほど低くなった。
人 工 魚 に よ る 進 化 の 解 明
栽 培 管 理 シ ス テ ム 工 学 分 野 福 永 征 爾 （
A９ ７ ５ ４ ４ − A）
１ ． 目 的 セ ル オ ー ト マ ト ン や 遺 伝 的 ア ル ゴ リ ズ ム と い っ た 人 工 生 命 の 手 法 を 用 い て 生 物 の 生 き 残 り 戦 略 や 多 様 化 等 を 観 察 で き る よ う な 人 工 生 態 系 （ 本 研 究 で は 人 工 魚 を 用 い た 水 の 中 の 環 境 ） の モ デ ル を 作 成 す る 。 ２ ． 実 験 方 法 ２ ５ ６ ×２ ５ ６ マ ス の セ ル オ ー ト マ ト ン に ラ ン ダ ム で 様 々 な パ ラ メ ー タ を 持 っ た 人 工 魚 を 配 置 す る 。 １ 日 の 基 本 行 動 は 移 動 、 摂 食 、 繁 殖 と す る 。 パ ラ メ ー タ に は 体 の 色 、 ヒ レ の 形 、 口 の 形 が あ る 。 ３ つ の パ ラ メ ー タ は １ 日 の 基 本 行 動 の う ち ２ つ と 関 係 が あ る よ う に し 、 各 々 移 動 と 摂 食 、 摂 食 と 繁 殖 、 繁 殖 と 移 動 の 三 つ 巴 に な る よ う に 設 定 し た 。 例 え ば 体 の 色 は 摂 食 と 繁 殖 に 関 係 が あ り 、 摂 食 の 値 が 高 く な れ ば 繁 殖 の 値 が 低 く な る 。 そ れ ぞ れ 配 置 さ れ た 魚 は 捕 食 し た り 捕 食 さ れ た り し な が ら 世 代 交 代 を 繰 り 返 し 、 最 終 的 に ど の よ う な 性 質 の 個 体 が 生 き 残 る の か 、 ま た な ぜ そ の よ う な 個 体 が 生 き 残 っ た の か を 考 察 す る 。 ３ ． 結 果 １ ） 摂 食 と 繁 殖 に 関 係 の あ る 体 の 色 の 値 は 、 繁 殖 に 有 利 な 色 よ り に 収 束 し た 。 ２ ） 繁 殖 と 移 動 に 関 係 の あ る ヒ レ の 形 は 、 繁 殖 と 移 動 の 両 端 に ２ 分 化 し た 。 ２ 分 化 し た 個 体 は 、繁 殖 に 有 利 な ヒ レ の 形 を 持 っ た 個 体 は 移 動 に 有 利 な 口 の 形 を し 、移 動 に 有 利 な ヒ レ の 形 を 持 っ た 個 体 は 摂 食 に 有 利 な 口 の 形 を す る と い う ふ う に 完 全 に 異 な っ た 戦 略 を と り 、お 互 い の 偏 っ た 性 質 を 他 の パ ラ メ ー タ で 補 い あ っ て い る こ と が 確 認 さ れ た 。 ３ ） 移 動 と 摂 食 に 関 係 の あ る 口 の 形 は 、 体 の 色 や ひ れ の 形 の よ う に 明 確 な 変 化 は 見 ら れ な か っ た が 、 や は り 移 動 に 有 利 な 口 の 形 を 持 っ た 個 体 は 繁 殖 に 有 利 な ヒ レ を 持 ち 、 摂 食 に 有 利 な 口 の 形 を 持 っ た 個 体 は 移 動 に 有 利 な ヒ レ の 形 を 持 っ て 偏 っ た 性 質 を 他 の パ ラ メ ー タ で 補 う よ う な 戦 略 が 見 ら れ た 。 産 卵 方 法 は 産 卵 個 数 が 少 な く 、 産 卵 回 数 が 多 い も の が 多 く 生 き 残 る 傾 向 が 見 ら れ た 。 ４ ． 考 察 結 果 か ら 本 研 究 の プ ロ グ ラ ム に よ っ て 、 目 的 で あ る 生 物 の 生 き 残 り 戦 略 や 多 様 性 を 観 察 で き る よ う な 生 態 系 を モ デ ル 化 で き た 。 今 回 の プ ロ グ ラ ム は 魚 の み で 生 存 競 争 を 行 う モ デ ル と し た 。 今 後 の 課 題 と し て は 実 際 の 生 態 系 に 近 い モ デ ル で 生 物 進 化 や 多 様 化 が 見 ら れ る よ う な プ ロ グ ラ ム の 開 発 が 必 要 と 考 え ら れ る 。家畜(牛群)の行動特性のモデル化
栽 培 管 理 シ ス テ ム 工 学 分 野 水 落 良 典 (Ａ９７５４７−Ｙ) １ ． 目 的 放 牧 家 畜 の 行 動 は 、 そ の 日 の 気 象 条 件 だ け で な く 、 地 形 や 牧 草 の 状 態 、 個 々 の 家 畜 の 行 動 に も 影 響 を 受 け ，複 雑 な 行 動 を 取 る 。そ こ で 、本 研 究 で は 牧 草 地 に お い て 家 畜(牛群) の 行 動 を 観 察 し 、 家 畜(牛群)に影響を与える要因を分析してルール化し、ＣＡによって モ デ ル 化 を 図 る 。 ２ ． 実 験 方 法 ① 観 察 結 果 な ど か ら 牛 群 の 行 動 ル ー ル を 作 成 す る 。 ② コ ン ピ ュ ー タ 上 に ５ ２ ×５ ２ の 二 次 元 配 列 を 作 り 、 こ れ を 仮 想 放 牧 地 と し て 牛 群 の 行 動 を 見 て い く 。 ③ １ 分 を １ ス テ ッ プ と し 、 ２ ４ 時 間 経 過 後 に そ れ ぞ れ の 採 食 量 に よ っ て 体 重 を 増 減 し て い く 。 ④ 牛 群 の 行 動 パ タ ー ン を 見 る た め に そ れ ぞ れ の 時 間 帯 で 移 動 分 布 を 記 録 す る 。 ⑤ １ ヶ 月 間 の 移 動 分 布 お よ び 体 重 変 化 か ら 実 際 の 牛 群 の 行 動 と の 関 連 を 見 る 。 ３ ． 実 験 結 果 実 験 結 果 は 以 下 の 通 り で あ る 。 日 中 傾 斜 の 小 さ い 場 所 を 優 先 し た 行 動 ル ー ル に よ り 、 傾 斜 の 小 さ い 場 所 を 選 び 放 牧 地 全 体 を 移 動 し た 。 日 の 出 、 夕 方 採 食 を 中 心 と し た 行 動 ル ー ル に よ り 、 傾 斜 を 図 １ ヵ 月 後 の 牛 群 の 体 重 変 化 285 290 295 300 305 310 315 320 325 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 day weight 牛１ 牛２ 牛３ 無 視 し た 行 動 を と り 日 の 出 で は 林 の 周 り に 集 中 し 、 夕 方 で は 傾 斜 の 低 い と こ ろ に 集 中 し た 。 体 重 変 化 上 図 の よ う に 体 重 増 減 式 に 基 づ き 、 体 重 の 増 減 が 行 わ れ た 。 ４ ． 考 察 試 作 し た Ｃ Ａ に よ っ て 、 観 察 し た 牛 群 の 行 動 と 同 じ よ う な 行 動 を と る モ デ ル が 作 成 出 来 た 。 し か し 、 牛 の 移 動 に お い て そ れ ぞ れ の 牛 の 個 性 を 反 映 さ せ る こ と が 出 来 な か っ た た め 、 今 後 の 課 題 と し て は そ れ ぞ れ の 牛 の 個 性 を 遺 伝 子 で 作 り 、 行 動 の 際 に 遺 伝 子 に よ っ て 行 動 に 変 化 が 見 ら れ る よ う に し た い 。
ストック八重咲き苗鑑別ロボット
栽 培 管 理 シ ス テ ム 工 学 田 中 知 倫 (A97562-F) 1.目 的 ス ト ッ ク の 八 重 咲 き 苗 の 鑑 別 作 業 は 、熟 練 者 の 技 術 や 経 験 に よ る 手 作 業 で 行 わ れ て い る 。 こ の 場 合 、 鑑 別 の 対 象 と な る 基 準 は 、 苗 の 大 き さ 、 子 葉 の 形 状 及 び 色 の 視 覚 情 報 が 用 い ら れ て い る 。 し か し 、 鑑 別 作 業 を 高 い 選 別 精 度 で 能 率 良 く 行 う こ と が 困 難 な こ と か ら 、 実 際 の 栽 培 に お い て は 、 定 植 に 必 要 な 苗 の 3∼ 4 倍 の 種 子 を 播 種 し 、 確 実 に 八 重 咲 き 苗 と 思 わ れ る 個 体 の み を 残 す 方 法 が 取 ら れ て い る 。 こ の 鑑 別 作 業 の 自 動 化 、 高 精 度 化 を 実 現 す る た め 、 GA(遺 伝 的 ア ル ゴ リ ズ ム )に よ っ て 苗 鑑 別 し 、 移 植 ロ ボ ッ ト の エ ン ド エ フ ェ ク タ で 八 重 咲 き 苗 の み を 別 の 苗 ポ ッ ト へ 移 植 す る ロ ボ ッ ト を 開 発 す る 。 2.実 験 方 法 画 像 処 理 シ ス テ ム は 、 苗 の 画 像 を 撮 る カ ラ − カ メ ラ 、 カ メ ラ か ら の 信 号 を コ ン ピ ュ − タ に 入 力 す る 画 像 入 力 ボ − ド と 画 像 処 理 を す る ノ − ト パ ソ コ ン で 構 成 さ れ る 。 画 像 処 理 に よ っ て で き た ２ 値 画 像 デ − タ か ら 苗 の 葉 面 積 、 円 形 度 、 彩 度 の 特 徴 量 を 求 め る 。葉 面 積 は 7bit、円 形 度 7bit、彩 度 5bit と し て コ − ド 化 し て 、一 点 交 叉 、 突 然 変 異 を 行 う 。 評 価 関 数 は 、 鑑 別 の 正 解 率 と し 、 こ れ が 高 い 遺 伝 子 を 残 す と い う 選 択 処 理 に よ っ て 八 重 苗 と 一 重 苗 の し き い 値 を 最 適 化 す る 。 鑑 別 後 、 移 植 ロ ボ ッ ト で 移 植 す る 。 こ れ は 、 直 角 座 標 マ ニ ピ ュ レ − タ 、 マ ニ ピ ュ レ − タ 制 御 部 、 移 植 用 エ ン ド エ フ ェ ク タ 、 カ メ ラ 、 パ ソ コ ン な ど で 構 成 さ れ る 。 エ ン ド エ フ ェ ク タ は 苗 を 把 持 す る 把 持 部 と 土 を 開 孔 ・ 覆 土 す る 開 孔 ・ 覆 土 部 で 構 成 さ れ る 。 移 植 作 業 は 、 苗 把 持 、 苗 ポ ッ ト ま で の 移 動 、 開 孔 、 挿 入 、 覆 土 の 順 番 で 行 う 。 3.結 果 と 考 察 画 像 処 理 に よ り 八 重 咲 き 苗 の 鑑 別 を す る こ と が で き た 。し か し IO ポ − ト 経 由 で メ モ リ に 転 送 し た 後 、 画 像 処 理 を し た の で 128 株 の 処 理 に か か る 時 間 は 116 秒 に な り 時 間 を 要 し た 。 こ れ を CPU か ら 直 接 ア ク セ ス で き る ボ − ド を 用 い れ ば 高 速 化 は 可 能 と 考 え ら れ る 。 鑑 別 は 葉 面 積 の 基 準 で は 約 66％ の 鑑 別 で あ っ た が 、 GA を 用 い た 鑑 別 に よ り 、 約 90％ の 八 重 咲 き 苗 の 鑑 別 が で き た 。 苗 の 栽 培 は ス ポ ン ジ 栽 培 方 式 を 採 用 し た こ と に よ り エ ン ド エ フ ェ ク タ の 小 型 化 が で き た 。 こ の こ と に よ り 根 張 り が 少 な い 苗 で も 移 植 が 可 能 に な っ た 。 本 研 究 に よ り 現 在 手 作 業 で 行 わ れ て い る ス ト ッ ク の 八 重 咲 き 選 別 が 近 い 将 来 ロ ボ ッ ト に よ っ て 行 う こ と が で き る よ う に な る と 考 え ら れ る 。
非 接 触 型 イ ン ピ ー ダ ン ス 計 測 法 に よ る 食 品 材 料 の 物 性 評 価 農 産 物 性 シ ス テ ム 工 学 分 野 大 森 千 里 （A97510-G） １ ． 目 的 材 料 の 品 質 評 価 を 行 う た め の 非 破 壊 試 験 法 の １ つ と し て 電 気 イ ン ピ ー ダ ン ス ・ ス ペ ク ト ル ス コ ピ ィ 法 （EIS） が あ る 。 食 品 加 工 分 野 に お い て 牛 乳 の 凝 固 や 穀 物 水 分 セ ン サ な ど の 食 材 の 状 態 変 化 を モ ニ タ ー す る 手 法 と し て の 適 用 性 が 検 討 さ れ て い る 。 し か し 、従 来 の EIS で は 電 極 を 直 接 食 品 に 接 触 さ せ て 測 定 を 行 う た め に 食 品 へ の 異 物 や 微 生 物 の 混 入 の 恐 れ が あ り 、 衛 生 面 で の 問 題 点 が 指 摘 さ れ て い る 。 本 実 験 で は 非 接 触 で 食 品 の 物 性 を 知 る こ と が で き る ソ レ ノ イ ド 型 セ ン サ を 試 作 し 、 モ デ ル 液 体 食 品 の 温 度 や 濃 度 、 流 速 が イ ン ピ ー ダ ン ス 特 性 に 与 え る 影 響 を 明 ら か に す る と と も に 、 ソ レ ノ イ ド 型 セ ン サ を 用 い た イ ン ピ ー ダ ン ス 計 測 シ ス テ ム の 食 品 加 工 へ の 適 用 性 を 検 討 し た 。 ２ ． 材 料 と 方 法 ① 実 験 装 置 ： 非 接 触 型 イ ン ピ ー ダ ン ス 計 測 シ ス テ ム（ 液 体 循 環 シ ス テ ム ・ 加 温 部 ・ Z ハ イ テ ス タ ・ ソ レ ノ イ ド 型 セ ン サ ） ② 材 料 ： 水 ・ 食 塩 水 ・ ス ク ロ ー ス 溶 液 ・ 牛 乳 ③ 実 験 条 件 ： モ デ ル 液 体 食 品 の 濃 度(0∼ 50％ )、 温 度 (25∼ 50℃ )、 流 速 (0.03∼ 0.2 Ｌ/ｓ )を 変 化 さ せ な が ら イ ン ピ ー ダ ン ス を 計 測 ④ 食 品 加 工 モ ニ タ リ ン グ：牛 乳 か ら プ リ ン が で き る ま で の イ ン ピ ー ダ ン ス と プ リ ン の 硬 度 の 経 時 変 化 を 測 定 ３ ． 結 果 と 考 察 水 に つ い て は 温 度 の 増 加 と と も に イ ン ピ ー ダ ン ス も 増 加 す る こ と が わ か っ た 。 そ の 他 の モ デ ル 液 体 食 品 に つ い て も 温 度 の 増 加 と と も に イ ン ピ ー ダ ン ス も 増 加 す る こ と が わ か っ た 。 低 濃 度 の 食 塩 水 ・ ス ク ロ ー ス 溶 液 に つ い て は 流 速 の 増 加 と イ ン ピ ー ダ ン ス の 間 に 相 関 が 見 ら れ た が 、 食 塩 水 ・ ス ク ロ ー ス 溶 液 と も に 高 濃 度 に な る と 流 速 と イ ン ピ ー ダ ン ス の 間 に 相 関 は 見 ら れ な か っ た ｡ 牛 乳 に つ い て は 温 度 の 増 加 と と も に イ ン ピ ー ダ ン ス も 増 加 す る こ と が わ か っ た 。 そ の 流 速 と イ ン ピ ー ダ ン ス の 関 係 に つ い て は ２ 次 曲 線 を 示 し た が 、 本 実 験 で は 、 そ の 理 由 を 明 確 に で き な か っ た 。 プ リ ン の 硬 度 と イ ン ピ ー ダ ン ス の 関 係 に つ い て は 、 実 験 開 始 直 後 か ら イ ン ピ ー ダ ン ス の 減 少 が み ら れ 、 凝 固 終 了 時 に お い て イ ン ピ ー ダ ン ス の 減 少 が 停 止 し た 。 モ デ ル 液 体 食 品 の 温 度 ・ 濃 度 ・ 流 速 の 変 化 と 牛 乳 の プ リ ン へ の 変 化 に つ い て イ ン ピ ー ダ ン ス に 応 答 が み ら れ た こ と に よ り 、 ソ レ ノ イ ド 型 セ ン サ に よ る 食 品 の 物 性 変 化 に つ い て の モ ニ タ リ ン グ が 可 能 と 思 わ れ た 。
紫 外 線 照 射 に よ る 噴 霧 殺 菌 ∼ 紫 外 線 殺 菌 の 液 体 食 品 へ の 応 用 ∼ 農 産 物 性 シ ス テ ム 工 学 分 野 河 津 智 子 (A97516-K) １ ． 目 的 水 と 比 較 す る と 液 体 食 品 の 多 く は 色 彩 を 呈 し て お り 、 ま た 多 種 の 栄 養 素 を 含 ん で い る た め ， 殺 菌 の た め に 照 射 す る 紫 外 線 の 透 過 率 は 一 般 的 に 低 く な る 。 そ こ で 液 体 食 品 を 薄 く 流 す な ど し て 薄 層 化 す る こ と に よ り 見 掛 け の 紫 外 線 透 過 率 を 増 加 さ せ る 方 式 が 提 案 さ れ て い る 。 こ こ で は 液 体 表 面 積 の 増 加 と 微 小 化 に 効 果 的 な 操 作 で あ る 噴 霧 方 式 を 採 用 し た 紫 外 線 殺 菌 法 に つ い て ， い く つ か の 液 体 食 品 の 噴 霧 特 性 と 紫 外 線 殺 菌 特 性 に つ い て 実 験 的 に 検 討 し た 。 ２ ． 実 験 方 法 実 験 装 置 ： 液 体 噴 霧 シ ス テ ム 、UV 殺 菌 装 置 （ 紫 外 線 ラ ン プ を ４ 本 設 置 ） 実 験 材 料：液 体 食 品 と し て 市 販 の 透 明 タ イ プ の り ん ご ジ ュ ー ス(シ ジ シ ジ ャ パ ン )， 混 濁 タ イ プ の り ん ご ジ ュ ー ス(カ ゴ メ )，オ レ ン ジ ジ ュ ー ス (カ ゴ メ )，牛 乳 (松 江 乳 業 ) を 使 用 し た 。 ま た 殺 菌 効 果 を 確 認 す る 指 標 と し て ヨ ー グ ル ト （ 共 進 牧 場 ） 由 来 の 乳 酸 菌 を 用 い た 。 実 験 方 法 ： 噴 霧 シ ス テ ム に お け る 各 種 液 体 食 品 の 表 面 張 力 や 密 度 、 粘 性 と い っ た 物 性 値 あ る い は 噴 霧 流 量 を 測 定 し 、 流 量 と 噴 霧 粒 径 の 関 係 を 求 め た 。 ま た そ れ ら に 希 釈 し た ヨ ー グ ル ト を 添 加 し た も の を 供 試 液 と し 、 紫 外 線 ラ ン プ の 照 射 域 内 に 噴 霧 す る こ と に よ り 殺 菌 を 行 っ た 。殺 菌 効 率 は 殺 菌 前 後 の 供 試 液 中 の 菌 体 濃 度 を ATP 濃 度 と し て 測 定 し 、 算 出 し た 。 ３ ． 結 果 と 考 察 噴 霧 特 性 ： 圧 力 に よ っ て 噴 霧 状 態 が 変 わ り 液 の 回 収 率 が 変 化 し た 。 殺 菌 特 性 ： ４ 種 類 の 市 販 飲 料 と 蒸 留 水 を 用 い た 予 備 実 験 の 結 果 、 一 度 の 噴 霧 に お け る 紫 外 線 照 射 で は 十 分 な 殺 菌 効 果 の 得 ら れ な い こ と が 判 明 し た 。 そ こ で 供 試 液 を 繰 り 返 し 噴 霧 し て 紫 外 線 を 数 度 照 射 す る こ と に よ り 殺 菌 効 率 の 向 上 を 図 っ た 。 蒸 留 水 を 除 い て 最 も 高 い 殺 菌 効 果 の 得 ら れ た も の は 透 明 タ イ プ り ん ご ジ ュ ー ス で あ り 、 他 の 液 体 食 品 に つ い て の 殺 菌 効 果 は 見 ら れ な か っ た 。 従 っ て 紫 外 線 透 過 力 の さ ら に 大 き な ラ ン プ の 必 要 性 が 認 め ら れ た 。
