Fundamental technologies for using lasers for insitu measurement of the composition of marine particles

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H03810
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: ソーントン ブレア 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (60526789)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 朋子 東京大学, 生産技術研究所, 特任助教 (20806301)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: レーザー分光 / ラマン分光 / ホログラフィック / 化学分析 / 粒子分析 / センシング / 現場計測

Outline of Annual Research Achievements

ワークパケージ1：小型化及び低消費電力化に関して、小型CPU及び制御回路、マイクロチップレーザー、干渉分光と小型カメラをそれぞれ用いた実験を行い単体での性能検証を行った。
ワークパケージ２：粒子特有な光学系の開発および長期適用化のため、8月、シュミット財団が実施したアメリカに置ける実海域調査において、既存システムで実証試験・検討を行った。試験の過程で、当初の予想に反し、同試験中の水中浮遊物のレーザー分光実験には、粒子の種別精度および個体数密度の定量精度を向上させる必要があることが判明した。より正確な粒子計測を行う必要があることから、粒子の分光分析と干渉波イメージングを統合する実験の検討・実施を追加することで、大きさが異なる特定成分の混合された人工粒子が計測可能であることを実証した。
ワークパケージ３：統計解析によるリアルタイム粒子同定及びデータ圧縮手法の開発に関して、これまで干渉波を用いて分光スペクトルへの変換が可能であることを検証した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

パッケージ2について、既存システムで実証試験・検討を行った際、当初の予想に反し、水中浮遊物のレーザー分光実験には、粒子の種別精度および個体数密度の定量精度を向上させる必要があることが判明したため、追加試験を検討し実施する必要が生じたが、試験による検証を進めることで、大きさが異なる特定成分の混合された人工粒子が計測可能であることが実証され、光学系開発を進める機動力となった。それぞれのワークパッケージにおいて必要な開発要素の検証を行うことができ、研究推進を加速できた。

Strategy for Future Research Activity

各パッケージにおいてこれまでに検証された結果を基に、統合的に研究を推進し、小型低消費電で、大きさの異なる粒子の計測を行うことができる光学系を開発し、取得データのデータベースと自動分類解析手法の開発を進めていく。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Southampton/University of Aberdeen(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: University of Southampton/University of Aberdeen
• [Int'l Joint Research] Schemadt Ocean Institute(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Schemadt Ocean Institute
• [Journal Article] Partial least squares regression calculation for quantitative analysis of metals submerged in water measured using laser-induced breakdown spectroscopy (2018)
  • Author(s): Takahashi, T., Thornton, B., Sato, T., Ohki, T., Ohki, K. & Sakka, T.
  • Journal Title: Applied Optics Volume: 57 Pages: 5872-5883
  • DOI: https://doi.org/10.1364/AO.57.005872
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Signal preprocessing of deep-sea laser-induced plasma spectra for identification of pelletized hydrothermal deposits using Artificial Neural Networks (2018)
  • Author(s): Yoshino, S., Thornton, B., Takahashi, T., Takaya, Y. & Nozaki, T.
  • Journal Title: Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy Volume: 145 Pages: 1-7
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.sab.2018.03.015
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Classification and statistical analysis of hydrothermal seafloor rocks measured underwater using laser-induced breakdown spectroscopy (2018)
  • Author(s): Yelameli, M., Thornton, B., Takahashi, T., Weerkoon, T. & Ishii, K.
  • Journal Title: Journal of Chemometrics Volume: Vol.33, No.2 Pages: e3092
  • DOI: https://doi.org/10.1002/cem.3092
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of in-situ LIBS and Raman spectroscopic analysers for exploration of deep-sea hydrothermal vent fields (2018)
  • Author(s): Takahashi, T., Yoshino, S., Takaya, Y., Nozaki, T., Ohki, T., Ohki, K., Sakka, T. & Thornton, B
  • Organizer: SciX, USA
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Measurement of metal grade of ore particles in slurry using laser-induced breakdown spectroscopy (2018)
  • Author(s): Nakajima, Y., Yamamoto, J., Takahashi, T., Dodbiba, G., Thornton, B., Fujita, T.
  • Organizer: OCEANS’18 Kobe, Kobe, Tokyo
  • Int'l Joint Research
• [Remarks]
  • URL: https://schmidtocean.org/artificial-intelligence-guides-rapid-data-driven-exploration/