2020 Fiscal Year Research-status Report
Modeling and Experimental Validation of CO2 Uptake of Multi-Cells in Crassulacean Acid Metabolism
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18K04208
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| Research Institution | Oita University |
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Principal Investigator |
末光 治雄 大分大学, 理工学部, 客員研究員 (50162839)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小西 忠司 大分大学, 減災・復興デザイン教育研究センター, 客員教授 (00225468)
星野 修 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (00303016)
松尾 孝美 大分大学, 理工学部, 教授 (90181700)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | CAM光合成 / 信号分離 / リアルタイム最適化手法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，CAM型光合成(ベンケイソウ型有機酸代謝)の単細胞生理学的モデル(４次微分方程式系)を制御対象として，周波数・位相制御系設計を非線形制御論の立場から研究してきた．特に昨年度から今年度は，細胞同期の仕組に迫るために，実験データとシミュレーションデータの差をうめるための基礎理論に取り組んだ．CO2アナライザとインキュベータで測定できるのは，植物全体の二酸化炭素取り込み量である．このため，細胞単独の内部二酸化炭素濃度を算出することはできず，植物全体の平均化された内部二酸化炭素濃度が推定できるにすぎない．そこで測定が容易な外部二酸化炭素取り込み量から精密モデル内の内部状態やパラメータをどこまで推定できるかをシステム同定の立場から行った．ここでは，慣性項付き勾配法による最適化計算からパラメータ同定を行う手法を提案した．特に今年度は，スカラーの決定変数で有効な最適化器を時間ごとに切り替えて，１つの時間区間では，単一の最適化器で探索することを繰り返すことにより，多変数の決定変数による最適化を行うスイッチング最適化器を提案した．また，川崎らが提案した非線形の減衰項を除去し計算仮定を単純化した方法を採用した．まず，提案手法が有効であることをExtremum Seeking Controlとの性能比較を行った．ついで，2セグメントのCAM細胞の数理モデルに適用し，性能を検証した．さらに，実データに適用するために，大分高専の小西研究室で作成された実験装置の再設計と高性能の二酸化炭素濃度計測センサを装備した実験装置として組みなおし，データ計測を試みた．今年度の本研究の大部分の時間は実験装置の設計と制作に費やした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
実データに適用するために，大分高専の小西研究室で作成された実験装置の再設計と高性能の二酸化炭素濃度計測センサを装備した実験装置として組みなおし，データ計測を試みた．今年度の本研究の大部分の時間は実験装置の設計と制作に費やした．この中で，高精度の二酸化炭素濃度センサが測定中に故障し，その原因を探ったところ，二酸化炭素濃度測定器内での結露にあることがわかった．このため，植物チャンバー内から流入した空気から水分を取り除く必要があるためにサンプリングシステムを設計した. 湿り空気線図を用いた水分除去量の計算,円管の対流熱伝達,配管の圧力損失の計算により配管長さやポンプ性能などの検証をしたが，その結果の妥当性と学会で未公表である．
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| Strategy for Future Research Activity |
植物チャンバー内から流入した空気から水分を取り除く必要があるためにサンプリングシステムによる二酸化炭素濃度測定器の精度の検証とそれに基づく論文の公表を今後行う予定である．
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| Causes of Carryover |
実験装置の設計と制作に時間がかかり，実験データ収集できず，発表も延期した．このため，再構成した植物チャンバー内から流入した空気から水分を取り除くサンプリングシステムによる二酸化炭素濃度測定器を用いた実験を実施するための二酸化炭素ボンベ等の消耗品の購入とそれに基づくデータ収集および論文の発表を今後行う予定である．
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