2024年度/1AJC048001

【火1】バイオ工学 <後期>

バイオ（生物）を対象として，その行動原理やシステム制御，バイオ生産工学に関わる基礎知識を学ぶ．まず，生物の特徴である成長や集団行動を学ぶ．次に，これまで学んだ機械工学の基礎知識に基づき，植物生産の観点から，それに関連するシステム工学のやや進んだ事項を学習する．特に，植物システムの構造や生化学反応，成長について非線形力学の観点から工学的特性を基礎から理解し，植物工場等の生産工学における生物制御の基礎を修得する．さらには，人工知能などの知識に基づいてコンピュータ・シミュレーションを行う方法を学ぶ．国際的な社会ニーズについても学び，バイオ工学の先端的視点も身につける．

担当教員氏名

福田 弘和

科目ナンバリング

AJCMEE33009-J1 (公大) / BMMEE3B34-J1 (府大)

授業管轄部署

工学部

授業形態

講義

開講キャンパス

中百舌鳥

開講区分

週間授業

科目分類

専門科目

配当年次

3年 (公大) / 4年 (府大)

注意: 配当年次は学部・学科によって異なる場合があるので、UNIPAで確認してください。

単位数

2単位 (公大) / 2単位 (府大)

注意: 実際の単位数は学部・学科によって異なる場合があるので、必ずUNIPAで確認してください。

到達目標

バイオ（生物）を対象として、その生産工学に関わる基礎知識を学ぶ。生物のシステム構造や生化学反応、成長などの基礎を学び、生物システムの数理的記述と制御方法を理解することを目的とする。さらには、人工知能などの知識に基づいてコンピュータ・シミュレーションを行う方法を理解することを目的とする。 具体的には以下の能力を身につけることが到達目標である． １．生物における集団行動などの普遍的な構造やその数理の基礎的な事項を説明できる． ２．生物現象の制御についてその数理の基礎的な事項を説明できる． ３．バイオ生産システム工学の基礎的な事項を説明できる． ４．人工知能などの知識に基づいた生物現象のシミュレーションを説明できる．

各授業回の説明

授業	授業内容	事前・事後の学習内容
第1回	ガイダンス 授業の構成を把握し，学習目標を説明できる． ・生物システムとバイオ生産 ・生体システムのシミュレーション	シラバスを確認しておくこと。
第2回	植物生理学の基礎（1成長） 光合成、成長など植物の生理に対する基礎を総合的に捉え説明できる。	前回の講義内容について適宜確認テストを行うので復習すること。また、事前に配布する資料に基づき予習を行うこと。
第3回	植物生理学の基礎（2概日リズム） 概日リズムの基礎（学術的分類、メカニズム、計測法、応用に関する総合的な知見）を説明できる。	前回の講義内容について適宜確認テストを行うので復習すること。また、事前に配布する資料に基づき予習を行うこと。
第4回	成長の数理 成長に関する数理モデルを説明でき、標準的な解を求めることができる。	前回の講義内容について適宜確認テストを行うので復習すること。また、事前に配布する資料に基づき予習を行うこと。
第5回	生体リズムの数理（1自励振動） 生体リズムの発振メカニズムと数理モデルを説明できる。	前回の講義内容について適宜確認テストを行うので復習すること。また、事前に配布する資料に基づき予習を行うこと。
第6回	生体リズムの数理（2結合振動子系） 細胞集団における生体リズムの動作原理を、数理モデルを用いて説明できる。	前回の講義内容について適宜確認テストを行うので復習すること。また、事前に配布する資料に基づき予習を行うこと。
第7回	生体リズムの数理（3時空間パターン） 位相波やスパイラル波などの代表的な時空間パターンの特徴を説明できる。	前回の講義内容について適宜確認テストを行うので復習すること。また、事前に配布する資料に基づき予習を行うこと。
第8回	生体リズムの数理（4制御） 生体リズムの制御に関する基礎（位相応答曲線、引き込み現象、集団同期率など）を説明できる。	前回の講義内容について適宜確認テストを行うので復習すること。また、事前に配布する資料に基づき予習を行うこと。
第9回	植物の体内時計（1生理学） 葉の就眠運動、光合成、成長などの概日リズムを総合的に理解し、説明できる。	前回の講義内容について適宜確認テストを行うので復習すること。また、事前に配布する資料に基づき予習を行うこと。
第10回	植物の体内時計（2分子生物学） 時計遺伝子群について説明できる。	前回の講義内容について適宜確認テストを行うので復習すること。また、事前に配布する資料に基づき予習を行うこと。
第11回	植物の体内時計（3計測） ルシフェラーゼ発光計、クロロフィル蛍光、色画像計測、RNA-Seq解析など、計測に関わる諸手法について学び、それらの定義と特徴を説明できる。	前回の講義内容について適宜確認テストを行うので復習すること。また、事前に配布する資料に基づき予習を行うこと。
第12回	植物の体内時計（4制御） 結合振動子モデルを用いた制御手法を説明できる。	前回の講義内容について適宜確認テストを行うので復習すること。また、事前に配布する資料に基づき予習を行うこと。
第13回	植物工場システム（1全般） 植物工場の全体構成を説明できる。また技術課題を説明できる。	前回の講義内容について適宜確認テストを行うので復習すること。また、事前に配布する資料に基づき予習を行うこと。
第14回	植物工場システム（2生命制御） 体内時計制御技術を植物工場に導入することの意義と方法を説明できる。	前回の講義内容について適宜確認テストを行うので復習すること。また、事前に配布する資料に基づき予習を行うこと。
第15回	農業システム全般 農業技術の発展の歴史と、今後の課題を説明できる。	事後課題 ・期末テストの勉強を行うこと．
第16回	期末試験	これまで習ったことの確認

事前・事後学習の内容

授業時間だけで講義の内容を理解し、その理解を定着させることはできません。授業の復習はもちろんのこと、予習も必要です。「授業の具体的項目・内容」の欄に、毎回の授業に対応するプリント資料の種類、章などを示していますので、授業前に該当するところを予習、復習して、理解できない項目や説明の箇所を明確にしておいてください。

成績評価方法

到達目標の達成度について成績を評価する．成績を評価する手段として試験と小テスト，レポートを用いる． 期末試験（30％），小テスト（30％），レポート（40％）により総合的に評価する． 総合評価において100点満点中60点以上をC（合格）とする．

履修上の注意

※必ず必携ノートPC（推奨スペック以上）を持参すること． ※部分的にC言語を用いる． ※全ての授業回で「小テスト」や「レポート」あるいはこれらの両方を課す．これらは成績評価に用いる． ※教科書に沿って講義を進めるので，毎回当該部分を読んでおくこと．また，講義終了時には必ず当日の講義箇所をもう一度復習しておくこと．

教科書

特に指定しない。プリント資料を適宜配布する。

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参考文献

巌佐庸，生命の数理，共立出版，2008． 郡宏・森田善久，生物リズムと力学系，共立出版，2011．

オフィスアワー

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教員への連絡方法（メールアドレス等）

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