【科学技術振興機構】平成14年度　研究年報／医療・情報産業における原子・分子レベルの現象に基づく精密製品設計・高度治療実現のためのゲノム情報活用基盤技術の確立

・	がんやウィルス感染症に対して有効な革新的医薬品開発のための糖鎖機能の解明と利用技術の確立
・	個人の遺伝情報に基づく副作用のないテーラーメイド医療実現のためのゲノム情報活用基盤技術の確立
・	医療・情報産業における原子・分子レベルの現象に基づく精密製品設計・高度治療実現のための次世代統合シミュレーション技術の確立
・	情報処理・通信における集積・機能限界の克服実現のためのナノデバイス・材料・システムの創製
・	非侵襲医療システム実現のためのナノバイオテクノロジーを活用した機能性材料・システムの創製

・	環境負荷を最大限に低減する環境保全・エネルギー高度利用の実現のためのナノ材料・システムの創製
・	遺伝子情報に基づくたんぱく質解析を通した技術革新
・	先進医療の実現を目指した先端的基盤技術の探索・創出
・	新しい原理による高速大容量情報処理技術の構築
・	水の循環予測及び利用システムの構築
・	技術革新による活力に満ちた高齢化社会の実現
・	大きな可能性を秘めた未知領域への挑戦
・	分子レベルの新機能発見を通じた技術革新
・	脳機能の解明
・	環境にやさしい社会の実現
・	資源循環・エネルギーミニマム型社会システムの構築


戦略目標医療・情報産業における原子・分子レベルの現象に基づく精密製品設計・高度治療実現のための次世代統合シミュレーション技術の確立

１．名称
	医療・情報産業における原子・分子レベルの現象に基づく精密製品設計・高度治療実現のための次世代統合シミュレーション技術の確立
２．具体的な達成目標
	計算機内で微視的（ミクロ）現象から巨視的（マクロ）現象までを統合的に解析することで、２０１０年頃を目処に、物質材料・デバイス等の原子・分子レベルの現象に基づく精密製品設計開発や、細胞内タンパク質の挙動解析、生体機能シミュレーションによる高度治療等を可能とする、統合解析シミュレーション技術の実用化を目指し、以下を達成目標とする。
	・	マルチスケール・シミュレーション技術の確立原子・分子のミクロスケール、無数の原子・分子を扱うマクロスケール、その間のメゾスケールの現象全体を統合して解析するマルチスケール・シミュレーション技術の確立。
	・	マルチフィジックス・シミュレーション技術の確立熱、構造、流体、化学反応、電磁気的現象等の連成現象（マルチフィジックス現象）を統合解析できるマルチフィジックス・シミュレーション技術の確立。
	・	ネットワーク上に分散した多数のソフトウェア・データベース等を有機的に統合し、複雑問題を解析するシステム構築手法(データベースシステム技術等)の確立 ―ネットワーク上に分散した大規模データに自由にアクセスし、データを収集・分析可能とするデータベースシステム技術の確立。 ―複雑現象が連成して同時並行的に生じる事象の並列シミュレーション技術（タスク並列技術、収束化技術　等）の確立　等。
	・	革新的アルゴリズムの開発逆問題解析、高速最適化計算手法（収束化技術等）の確立　等。
３．目標設定の背景及び社会経済上の要請
	近年のコンピュータ、ネットワークの驚異的進歩を背景に、ミクロ現象からマクロ現象にいたる多様な現象を統合的に解析できる技術が確立すれば、ナノ材料や生体高分子機能等を物理化学の法則に基づき正確に把握でき、開発に精密性が求められるナノデバイス設計や精度の高さが恒常的課題として求められる最適治療が可能になる等、医療・情報産業における精密製品設計・高度治療等の飛躍的発展を実現できる。これにより、研究開発や医療現場における高い成功率・スピード化を実現し、ナノ、バイオ市場の拡大速度を加速するとともに、製品化に至るまでの開発ステップの簡略化、治療期間の短縮化等による時間的・経済的な効率化が図られる。また、高度なシミュレーション技術には、スパコン、サーバー、データベース等の計算資源をネットワーク上に共有化するための技術開発や環境整備が不可欠となることから、次世代のIT基盤への貢献も期待でき、社会的・経済的な波及効果は極めて大きいと考えられる。　以上の理由から、当該目標の達成に向けた研究開発を推進することに対し、社会的、経済的要請が大きいと判断した。
４．目標設定の科学的裏付け
	シミュレーション技術は、従来の理論、実験とは異なる新しい研究手法を実現し、科学技術のブレークスルー・国際競争力の強化に資する基盤技術として、その重要性が高まっている。欧米では、従来から積極的な取組みが進められており、特に、米国では、ASCI(Accelerated Strategic Computing Initiative)プロジェクト（※１）等の国家プロジェクトの中で、コンピュータの高速化とともにシミュレーション技術の研究開発が集中的に行われている。　　また、現在のシミュレーション技術は、流体や構造の特定の物理現象の解析、量子化学計算に基づくミクロ現象の解析、古典論に基づくマクロ現象の解析等に止まっており、ミクロからマクロにいたる多様な現象を統合的に解析できるシミュレーション技術は確立されていない。　我が国は、実用シミュレーションソフトウェアでは大きく遅れを取っているものの、研究者の基礎的研究の水準では、欧米と互角、一部では優位な分野もある。例えば、量子化学計算を用いたタンパク質の機能・構造解析では、我が国は１００残基（１５００原子）以上の大規模タンパク質の電子計算に成功して世界をリードしており、循環器系の血流のシミュレーション技術では世界の最高水準にある。更に、新しいアルゴリズムや並列計算技術等の研究も進めらており、タンパク質の機能解析等、特定の研究テーマにおいては、統合シミュレーション技術の研究も取組まれはじめている。　また、地球シミュレータの本格的運用やスーパーSINETの整備が進む等、必要なハードウェアの環境が整いつつあるとともに、Grid技術等、ネットワーク上の計算資源を共有化するミドルウェア技術の研究も急速に進展している。　　　以上の理由から、当該戦略目標の達成に向けた研究開発を推進するために十分な科学的ポテンシャルがあると考えられ、当該目標の下、国内の最高峰の研究者の総力を結集し、研究の体系的取組みを行うことで、技術の飛躍的進展が期待できる。　（※１）１９９４年～２００４年の１０年間に約１，４００億円を投入し、超並列コンピュータの実現と大規模シミュレーション技術等開発を目標とした米国家プロジェクト。
５．重点研究期間
	平成１４年度から１６年度までに研究体制を順次整備しつつ、１研究課題は、概ね５年の研究を実施する。（なお、優れた研究成果を挙げている研究課題については、厳正な評価を実施した上で、研究期間の延長を可能とする。）

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研究領域

研究総括

「シミュレーション技術の革新と実用化基盤の構築」

土居　範久
（中央大学理工学部　教授）

この研究領域は、計算機科学と計算科学が連携することにより、シミュレーション技術を革新し、信頼性や使い易さも視野に入れて、実用化の基盤を築く研究を対象とするものです。
具体的には、物質、材料、生体などのミクロからマクロに至るさまざまな現象をシームレスに扱える新たなシミュレーション技術、分散したデータベースやソフトウェアをシステム化する技術、また、計算手法の飛躍的な発展の源となる革新的なアルゴリズムの研究や、基本ソフト、情報資源を取り扱いやすくするためのプラットフォームあるいは分野を越えて共通に利用できる標準パッケージの開発などが含まれます。

□越塚誠一 　（東京大学大学院工学系研究科　助教授）
「粒子法によるマルチフィジクスシミュレータ」　（676ｋｂ）

□斎藤公明 　（日本原子力研究所計算科学技術推進センター　主任研究員）
「放射線治療の高度化のための超並列シミュレーションシステムの開発」　（122ｋｂ）

□土井正男 　（名古屋大学大学院工学研究科　教授）
「多階層的バイオレオシミュレータの研究開発」　（170Kｂ）

□西田晃 　（東京大学大学院情報理工学系研究科　助手）
「大規模シミュレーション向け基盤ソフトウェアの開発」　（105ｋｂ）

□渡邉聡 　（東京大学大学院工学系研究科　助教授）
「ナノ物性計測シミュレータの開発」　（122ｋｂ）