2022S2-001
マルチスケールX線顕微法のデジタルツイン解析による高度化

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●基本情報
　●実験責任者：木村　正雄（高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所）
　●課題有効期間：2022/4〜2025/3
　●実験ステーション：AR-NW2A,19A/B,15A1,9A,9C,12C,AR-NW10A
●関連課題：2019S2-002（X線顕微鏡を中心とした航空機材料の機能マッピング）
　　　　　　2016S2-001（多次元マルチスケール計測による航空機用構造材料の耐熱性・耐環境性向上のための材料へテロ構造因子の解明）
　　　　　　2015S2-002（航空機用構造材料の耐熱性・耐環境性向上のための材料へテロ構造因子解明）

●課題の概要
　近年のX線顕微鏡の技術発展は著しく、マルチスケール＆マルチモーダルの多次元データが比較的容易に得られる様になった。得られる多次元データは、データサイズそのものが膨大であるだけでなく、データに様々かつ膨大な情報が内在されているという両方の意味でまさにビッグデータである。そのために、目的に沿った情報を引き出すためには、人間による手作業だけでは限界がある。
　そこで、本課題では、PFで進められている様々なX線顕微法を駆使して得られたマルチスケールの機能マッピング計測について、具体的な出口や応用を設定した上で、X線顕微法のビッグデータから情報を最大限引き出すための方法論を確立することを目標とする。具体的には、X線顕微法により得られたフィジカル空間での情報と、サイバー空間でのモデル計算（シミュレーション）に基づく情報を双方向でやりとりするデジタルツイン(Digital Twin)の観点から解析を進め、材料開発や地球科学に展開するための方法論を高度化することを目的とする。
　具体的には、[A]フィジカル空間で様々なX線顕微鏡を用いて、多様な材料系（CFRP構造材料、海洋プレート連続コア、LIB(電池)）の機能を可視化する。そして、[B]サイバー空間で有限要素法（FEM）や応用数学（パーシステントホモロジー）により、多次元データから特徴量を抽出する。[A]+[B]を組み合わせたデジタルツイン解析によりX線顕微鏡データからの情報抽出を実現する。

●成果発表
　●論文

• "Rational partitioning of spectral feature space for effective clustering of massive spectral image data"
  Yusei Ito, Yasuo Takeichi, Hino Hideitsu & Kanta Ono
  Scientific Reports, 14 (2024) 22549.
• "Mesoscale mechanism of damage in fracture process zone of CFRP laminates simulated with triaxial stress state-dependent constitutive equation of matrix resin"
  Sota Oshima, Yuji Seryo, Masao Kimura, Masaki Hojo
  Composites Science and Technology, 257 (2024) 110837.
• "Microwave-enhanced catalytic conversion of fatty acid ester to olefins by Na-ZSM-5"
  Shunsuke Ota, Jun Fukushima, Ken’ichi Kimijima, Masao Kimura, Noriyuki Igura, Noriyasu Tezuka, Takashi Sato, Hisahiro Einaga, Shuntaro Tsubaki
  Chemical Engineering Journal, 497 (2024) 154737.
• "Finding “Trigger Sites” of Reactions Among Heterogeneous Materials from X-ray Microscopic Big Data Using Persistent Homology"
  Kimura, M., Obayashi, I., Kido, D., Niwa, Y., Gao, X., Akagi, K.
  TMS 2024 153rd Annual Meeting & Exhibition Supplemental Proceedings, (2024) 784.
• "Nano-to macroscale In Situ observation of microcrack formation in carbon fiber-reinforced plastic under loading using synchrotron transmission X-ray microscopy"
  Masao Kimura; Toshiki Watanabe; Sota Oshima; Yasuo Takeichi; Yasuhiro Niwa; Rumi Kitazawa; Tomohiro Ishii; Yuji Seryo; Masaki Hojo
  AIP Conf. Proc., 2990 (2023) 020008.
• "Persistent homology analysis with nonnegative matrix factorization for 3D voxel data of iron ore sinters"
  Ippei Obayashi, Masao Kimura
  JSIAM Lett., 14 (2022) 151.
• "Oxidation-induced nanolite crystallization triggered the 2021 eruption of Fukutoku-Oka-no-Ba, Japan"
  Kenta Yoshida, Akira Miyake, Shota H. Okumura, Hidemi Ishibashi, Satoshi Okumura, Atsushi Okamoto, Yasuhiro Niwa, Masao Kimura, Tomoki Sato, Yoshihiko Tamura & Shigeaki Ono
  Scientific Reports, 13 (2023) 7117.
• "Persistent homology analysis with nonnegative matrix factorization for 3D voxel data of iron ore sinters"
  Ippei Obayashi, Masao Kimura
  JSIAM Lett., 14 (2022) 151.