材料開発を効率化する高分子シミュレーション

高まる機能性高分子実用化のニーズ

多くの原子によって構成されている分子を「高分子」といいます。日本では、白川英樹さんが「導電性プラスチック」を発見・開発してノーベル賞を受賞するなど、かねてから高分子分野での研究成果を多くあげてきました。しかし、機能性のある高分子が発見・開発されても、製品などへの実用化の点では海外企業が一歩進んでいるのが実情でした。

今後、自動車や飛行機などの乗り物や、家電製品、さらには医療薬などにいたるまで、機能性高分子はさまざまな生活シーンで活躍することでしょう。実用化に向けた高分子材料の開発では、長期にわたり多数の実験が繰り返されてきました。

目指す材料を、短期間かつ少ない労力で開発するためのツールとして、原子スケールから目に見えるマクロスケールまでの広い領域を総合的にシミュレーションし開発に生かす技術が求められていました。

このOCTAの商用版として進化を遂げた高分子物性解析ソフトウェアが「J-OCTA」です。プロジェクトでプラットフォームの開発などに参画したJSOL（当時の社名は「日本総合研究所」）が開発・販売しました。マウスで分子の構造を気軽に変えられるなど、とくに視覚面での使いやすさが向上しました。

J-OCTAを用いての成果も出ています。例えば、樹脂材料は、ある温度より下がると材料の物性が急に硬くなりガラスの特徴が発揮されます。分子構造のある一部分を変えると、その樹脂のガラス転移温度がどのくらいになるか、気軽に分子を入れ換えながら予測することができます。
また、樹脂の状態から、その材料が光をどのように屈折させるかといった予測が行われ、自動車のヘッドライトやCDの記録を読み取るレンズなどのものづくりに役立てられています。

また、0.1μmから1mmといった比較的大きなスケールを対象とするMUFFINと、SUSHIなどのより小さなスケールのシミュレーションエンジンとを連携させるのが「GOURMET」および「J-OCTAプラットフォーム」です。

例えば「SUSHI」（動的平均場シミュレータ）というシミュレーションエンジンの計算結果から相分離構造を有すると予測される材料について、今度は「MUFFIN」で力を加えた場合にどう変化するかを見てみる、といったエンジンどうしのスムーズな連携が可能です。

J-OCTAは、コンピュータの画面に描かれている分子構造の図などを直接的に見ながら操作できるGUI（グラフィカル・ユーザー・インタフェイス）の機能が優れています。コンピュータ画面の前で、ミクロの視点で実際の材料を手で扱うような感覚をもつことができます。