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Last Update

25-May-2017

ピリカで化学: MOOC(Massive Open Online Course:世界中の大勢の人々が参加できるオンラインのオープン授業)講義を目指して。

非常勤講師:山本博志 2012.1.12

非常勤講師として呼んでくださったのは横浜国立大学の中村一穂先生。大学院講義「化学プロセス・シミュレーション」を3人で分担しているが、1.5時間を5コマは余りにも少ない。もっと色々な話を講義したい。とも思うが物理的に遠くには行きたくない。そうするとネットで講義するというのは最適なチョイスかもしれない。2014年からは同じく横浜国大の生方俊先生から「先端物質化学特論」4コマ分頼まれ、先日無事終了した。

2014年秋、いきなり大学から、「あなたは9月30日付けで退職したのでサーバー上のファイルを引き上げるように」とメールが来た。これは所謂、「非正規雇用5年を超えると正規雇用に」の対策だろう。べつにどうでも良いと言えばそうなのだが、HPから大学名は削除しよう。肩書き詐称と言われないように。

日本でしか通用しない携帯電話をガラケーというように、日本でしか通用しない労働者をガラレバ(ガラパコス労働者=Labor)というらしい。Pirikaは、MOOC(Massive Open Online Course:世界中の大勢の人々が参加できるオンラインのオープン授業)を(単位はあげられないが)目指している。アメリカのMITなどの授業がオンラインで受講(しかもただで)できる今、どんな大学に在籍しているか?は意味が無くなって行く。コンピュータとネットワーク、後は、やる気さえあれば世界最先端の教育を受ける事ができる。もちろん社会人であっても。世界のその変化について行かれなければ、ガラレバになってしまう。先生であっても同じだ。以前なら「自分は知識があるから先生で、学生は知識が無いので教わる側」という図式が成立した。しかし、インターネットがwikipediaのような”集合知”となった現在、”知っている事”の優位性はもう無い。事実、講義の資料を作る際、”あの本のここらへんに書いてあったよな”と思い出して本を探すよりはネットで調べてしまう。それは学生であっても同じようにできてしまう。先生であれ企業であれ、”知っている事”の優位性の次を考えなくてはならない時代になってしまっている。ガラレバからの脱却はMOOCのようなシステムを使い”集合知”をどのように料理するかにかかっているのでは無いだろうか。

MOOCへの参加は準備が整い次第このページで案内をする。当面は学生のみで、メールアドレスがXXX@.yyy.ac.jpかXXX@.yyy.edu を対象とする。gmail等ははじかれるので注意。(横浜国大のように、acのつかないメールアドレスもある。そうした大学や、無いとは思うが高専、高校生などは別途要相談)
企業の研究者が計算してみたいのなら、商用のソフトウエアーHSPiPを使って欲しい。計算用のデータを入手したい場合には別途連絡して頂きたい。

ソフトウエアー
Zipで圧縮してあるのでパスワードを入力して解凍する。
化学工学の学生も、化学の学生もメインで使うソフトは同じでYMBを使う。

YMB14f

YMB14f(Chromeなどのブラウザー上で分子をお絵かきし、様々な物性を計算するソフトウエアー)お勧めのブラウザーはChromeの最新版。(MacではSafari)HTML5で作成されているので、iPadやAndroidでも動作するかもしれないが未確認。IEはバージョン11を使う事。その際にはツールから互換性表示の設定を行わなくてはならない。(IEバージョン8以下はHTML5未対応、IEバージョン9-10はバグがあり動作保証はできない)

YSB14bはYMBが吐き出した物性値を用いて物性推算を行うソフトウエアー。YMBと同様HTML5で作成されている。MOOC-001、まずはソフトウエアーの使い方を学ぼう


自分でやってみよう。

Heaven helps thoes who help themselves.(天は自ら助ける者を助ける)

個々の物性推算はPirikaのページで紹介している。実際に企業や大学で材料開発するときに、それが何の役に立つのだろうか? 現実の材料を開発する場合には、様々な物性が絡みあって非常に複雑になる。それを解きほぐしてモデル式を組み上げていく能力は非常に重要になってきている。ここでは、こうした物性値をどう利用できるか考えてみよう。座学で先生の教えた事を一言一句間違わずに覚えた所で社会に出たら通用しない。答えの無い所に道を開かなくてはならなくなる。それには自分でやってみるのが一番だ。企業の研究者であれば、自分の一番近い単元だけを計算してみたいと考えるだろう。しかし、学生は一通り計算してみて欲しい。それは大学の研究室での研究は最近非常にマニアックな領域に入り込んでいるからだ。別名、専門技術という言い方もできるが、それが直接役に立つ会社は限られ就職の際の選択肢が狭くなる。また、企業でその研究を一生続けられる訳ではない。何処の会社でどんな研究を進めるにしても一生ものの技術になると思う。

 

このMOOCの目的

研究開発には、最適化したい目的がある。

物性、収率、溶解性、毒性低減、コスト低減、環境対応などなど。

化学系の研究者は、材料、化学物質がどのような側面をもつか、正しく答えられることを要求される。

これとこれとが、こう相互作用して、こういう結果になっているのでないか?という知識に裏付けされた作業仮説を立てる能力

研究開発の高度化と要求されるスピードから、ツール類の利用は避けられない。

ハンドブックからデータを拾い、Excelで計算。それで勝てるか?

YMBというツールを使い、材料、化学物質の側面を理解し、研究目的を最適化するモデルを最短時間で構築する技術を学ぶ。

 

講義資料

一度講義ノートを作ったら、後は毎年それを繰り返す。学生は毎年変わるのだから、それで良いだろう。それも一つの考え方だが、自分はこれまでの授業で本当に色々勉強した。横浜国大生の就職先である化学系企業が、どんな特徴ある材料やプロセスを保有し、世界の中でどういう方向で戦っているかを目のあたりにできたからだ。また、企業はどんな事に興味を持っているのか、学生に何を学んでから社会に出てきて欲しいのか、多くの方からフィードバックを頂いた。これからも勉強させてもらおうと思う。

こんな基礎的な物性を推算するプログラムが何の役に立つのか? 現実の開発はもっとずーっと高度で難しいんだ。ともよく言われる。まー、それほど難しい事をやっている研究者は置いておいて、実際にどういうものなのかやってみよう。先に進む前にMOOC-002、重回帰法の基礎を学んでおこう。プログラムの使い方を学ぶ例題として、まず、MOOC-003、引火点を考えてみよう。引火点の推算方法はpirikaの物性推算の中にあるが、練習がてら推算式を構築してみよう。分子の構造と物性(引火点)の相関をYMB、YSBでとらえる事ができるようになったところでMOOC-005、液晶の相転移温度を考えてみよう。ポリマーであっても、それは適用できる。MOOC-004、フッ素ゴムの設計を例に計算してみよう。次に、日本の化学のお家芸とも言える炭素材料について考えてみよう。LiBや炭素繊維、吸着剤様々な所に使われている。環境関連の研究はさけて通れない。コストアップにつながると考えてはいけない。新しいビジネス・チャンスに満ちている。重要な分離操作として、抽出を考えてみよう。これは溶解性が基本だ。今の日本の化学界ではコスト競争は不可避だ。MOOC-008、プロセスの合理化に対して何ができるか考えてみよう。自分がもと高分子屋のせいもあるがポリマーにはこだわりたい。食品、医薬品、サプリメントにもYMBの利用は有効だ。蒸留について考えてみよう。気分を変えるために、蒸留の際に飛び回る分子をMDで見てみよう。有機EL化合物など。 これは韓国との争いの中でホットな話題だ。化学、化学工学の学生が何ができるか觀ていこう。MOOC-006、E-Inkも最近はカラーのものもできたとか。これにはシリコーン・オイルが使われている。YMBではケイ素化合物は一番精度のでにくい化合物だ。どう言うやり方で問題解決を図るかやってみよう。印刷所で使われるインクの洗浄剤、ジクロロプロパンは胆管ガンの原因物質ではないかと疑われている。そうした溶媒をグリーンソルベントに置き換える試みは色々なされている。アメリカでは、発行部数が1,500部以上の新聞のうち95%が大豆インクを使って印刷を行っている。大豆油の脂肪酸組成はリノール酸約50%、オレイン酸20%強、パルミチン酸約10%、リノレン酸約10%、ステアリン酸約5%と不飽和カルボン酸がほとんどだ。グリーソルベントを製造するプロセスの最適化を考えてみよう。プロセスデータのモデル化が必要になる。安全な溶媒を使ってディスプレー素材や太陽電池素材を塗るインクジェット技術は日本のお家芸とも言える。粘度や表面張力、化学工学の知識は不可欠だ。化学工学の中で最も重要なのは蒸留であろう。これは蒸気圧と温度との関係の学問だ。この技術を持ってすれば”塗る太陽電池”だってお手のものだ。シェールガス革命で炭化水素とその異性体の物性も重要になってきている。化学、化学工学の基礎中の基礎だ。分子軌道法も重要だ。MOPACの環境の構築の仕方Y-Molを使って3次元構造を構築する方法を解説した。このMOPACを使ってラジカル重合を検討してみよう。次は化学工学の単位操作で最も重要な蒸留、それを理解する上で欠かせない気液平衡を学ぼう。医薬品を考える時には水への溶解度が重要だ。しかしそれは結構難しい。場合によると界面活性剤を利用した溶解性の向上が重要になってくる。MOOC-007、界面活性剤や医薬品の水和について考えてみよう。医薬品を合成する際には、合成用の溶媒が体内に入る可能性もあるので使用できる溶媒に制限がある。


製造プロセス、事故解析
ラズベリーケトン、ロドデノール
超臨界抽出
香り
チューインガム
エフェドリン、医薬品
FRP
このようにPirikaで扱う物性化学の基本を押さえると様々な事に使える。最も大事なのは分子間力であろう。 自然現象はただ2つの基本的な力で説明できる。それは愛と憎しみで、愛は物を引き寄せ、憎しみは物を引き離す(紀元前450年、ギリシャ, Empedocles)。これはCharles M. Hansenの、”似た(HSPの)ものは似た(HSPの)ものを溶かす”へと引き継がれて定量的に評価が可能になった。

いろいろ忙しくてさぼっている。2013年までは秋学期の講座で、2014年は春学期で資料をアップロードする余裕が無かった。しかも今年は2つの別の講座の準備が必要だった。やっと余裕ができてきたので再開するつもりだ。

 

メールの書き方講座

何故、資料やソフトを公開するのか