hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
弾性波動の漸近挙動と逆問題

本研究では,弾性体の非等方性および不均質性が弾性波の挙動に及ぼす影響を明らかにすることを目標に,弾性表面波(Rayleigh波)の位相速度に対して,周波数に関する漸近展開式を導いた.この結果は,弾性体の不均質性によって発生する弾性表面波の分散現象を,弾性波動方程式の数学解析により,弾性テンソルをもちいて定式化したものである.またRayleigh波の位相速度と,2つの非等方弾性体の界面近傍を伝播する界面波の位相速度に対して,非等方性に関する一次摂動公式を導いた.以上の順問題解析の結果を,弾性波の観測により弾性体の非等方性と非均質性(残留応力によるものも含む)を決定する逆問題に応用した.本研究では,弾性体の非等方性および不均質性が弾性波の挙動に及ぼす影響を明らかにすることを目標に,弾性表面波(Rayleigh波)の位相速度に対して,周波数に関する漸近展開式を導いた.この結果は,弾性体の不均質性によって発生する弾性表面波の分散現象を,弾性波動方程式の数学解析により,弾性テンソルをもちいて定式化したものである.またRayleigh波の位相速度と,2つの非等方弾性体の界面近傍を伝播する界面波の位相速度に対して,非等方性に関する一次摂動公式を導いた.以上の順問題解析の結果を,弾性波の観測により弾性体の非等方性と非均質性(残留応力によるものも含む)を決定する逆問題に応用した.弾性波動方程式の係数パラメターである非等方弾性テンソルが,P波S波,表面波といった弾性波を記述する弾性波動方程式の解の挙動にどのような影響を及ぼすかを考察した.とくに本研究では,自由境界面近傍を伝播する表面波(Rayleigh波)解をもちいて,Rayleigh波の位相速度に対する弾性テンソルによる摂動と分散の構造を明らかにすることを目標とした.非等方弾性体の波動伝播をもちいて弾性テンソルを決定する逆問題において,弾性波の速度から弾性テンソルを決定する逆公式を直接表示することは,非等方弾性体の複雑さから到底望めない.そこで弾性テンソルからRayleigh波の位相速度を決定する順問題を予測初期値から数値的にくり返し解いて,弾性テンソルの最適解を求めるアルゴリズムが望まれる.逆問題を解くこのような見地からも,Rayleigh波の位相速度に対する精密な順問題解析が重要となる.具体的な研究結果は以下のとおり.1.弾性テンソルが自由境界表面から深さ方向に不均質であるとき,Rayleigh波の位相速度に対して,高周波漸近展開公式(分散公式)の主要項と低階項を導出する手続きを与えた.また境界表面でのRayleigh波解の変位(Dirichletデータ)と表面力(Neumannデータ)との線形関係をあらわすサーフェスインピーダンスは,各項がエルミート行列である高周波漸近展開を有することを示した.以上の成果を国内外の研究集会で発表した.2.ある方向を向いたファイバーで補強された複合材料は,強い非等方性をもった横等方弾性体となる.その表面を伝播するRayleigh波の位相速度は代数方程式を解くことで比較的容易に得られるが,ではファイバーの方向が既知なものからほんの少しずれた場合にRayleigh波の位相速度はどのように摂動するか,あるいは既知の横等方弾性体に微少な残留応力が加わった場合,位相速度はどのような影響を受けるか,という問題をモデルに,Rayleigh波の位相速度の一次摂動について研究成果の速報を寄稿した.1.個々の弾性体材料は等方的であっても,それらを組み合わせた複合材料は容易に非等方性を有し,その性質を我々の生活に役立てている例は多い.たとえば向きづけられたファイバーで補強された複合材料は,強い非等方性をもった横等方弾性体となる.本研究では直交異方性弾性体(横等方弾性体を含む,より広い非等方弾性体の典型例)から微少に弾性テンソルが摂動した場合,および微少な残留応力が発生した場合に,弾性体の自由境界面近傍を伝播する表面波(Rayleigh波)の位相速度が,直交異方性弾性体のときの速度からどのように変化するかを考察した.より具体的には,弾性テンソルの直交異方型テンソルからの摂動部分と残留応力テンソルによるRayleigh波の位相速度の一次摂動を,公式として表示した.一方,弾性体の性質が未知のとき,自由境界表面上でのRayleigh波の挙動を調べることで,弾性体の非等方性,不均質性を決定することは,材料力学,地球物理での重要な逆問題である.この具体例として本研究では,前述の一次摂動公式をもちい,横等方弾性体の等方面を伝播するRayleigh波の速度から,摂動として与えた残留応力の主軸方向,およびその残留応力の主応力和と主応力差を決定する逆問題アルゴリズムを提示した.以上の結果をまとめ国内外での研究集会で発表を行い,また同内容は数学・力学分野の専門誌に掲載を受理された.2.弾性テンソルが自由境界面から深さ方向に不均質である場合に,Rayleigh波の位相速度に対して高周波漸近展開式(分散公式)を求めることを目標とし,本年度は漸近展開式の各項を帰納的に求める手続きを漸近解析により正当化した.この結果を専門誌に投稿する段階へ進むことができた.今後は得られた精密な順問題解析を,個々の代表的な非等方弾性体に適用し,弾性テンソルの不均質同定の逆問題に応用することを計画している.

1.弾性テンソルが自由境界面から深さ方向に変化する不均質弾性体は,自由境界面近傍を伝播する弾性表面波(Rayleigh波)の位相速度が周波数に依存する分散現象を有する.本研究ではRayleigh波の速度が,境界面での変位と表面力との線形関係をあらわす行列サーフェスインピーダンスの特異点となる事実を基礎に,弾性テンソルに含まれる非等方性(残留応力による非等方性も含む)がサーフェスインピーダンスの周波数に関する漸近展開式の第1項にどのような摂動を及ぼすかを一次摂動公式にて表現した.この第1項は,弾性テンソルを境界表面での値に固定してできる斉次非等方弾性体のサーフェスインピーダンスに対応する.漸近展開式の第2項以下に対しても,第1項と弾性テンソルの非等方成分の法線微分をもちいて帰納的に求める手続きを与え,それらの特異点を計算することで,Rayleigh波速度の高周波漸近展開式(分散公式)を導出する手続きを具体化し,数式処理にて実行した.以上の結果は,未だ完成されていない非等方性弾性体におけるRayleigh波分散の厳密な数学解析に寄与するものであり,現在,理論力学関係の国際誌に投稿する段階である.また得られた精密な順問題解析を,個々の代表的な非等方弾性体に適用し,分散現象の観測から弾性テンソルの不均質を同定する逆問題に対する数学解析を計画している.2.異なる2つの半無限非等方弾性体が界面をとおして接続されているとき,界面の近傍では,界面での種々の境界条件に応じて,界面から両法線方向に指数減衰する亜音速の界面波(Stoneley波,Slippery波)が存在する.両側の斉次弾性テンソルの非等方成分(残留応力項も含む)が,これらの界面波の伝播速度にどのような摂動を及ぼすかを公式にて表現した.以上1,2の結果を国際会議(招待講演を含む)にて発表した.1.弾性係数が領域の各点ごとに変化する不均質弾性体においては,自由境界面近傍を伝播する表面波(Rayleigh波)の位相速度は周波数に依存する.これはRayleigh波の分散現象として知られており,これまで多くの観測,数値実験,そして分散現象より弾性体の性質を同定する逆問題解析への応用が研究されてきた.一方,非等方弾性体における分散現象の厳密な数学解析は,未だ完成されていない.そこで半無限非等方弾性体に対する弾性波動方程式において,弾性係数が自由境界面から深さ方向に不均質という仮定の下で,Rayleigh波を記述する時間周期的な漸近解を構成し,位相速度に対する高周波漸近展開式(分散公式)を求めた.とくに後者においては,弾性係数をもちいて分散公式の各項を表現する具体的な手続きを,線形方程式系の求解に帰着することでexplicitに表現することができた.以上の結果をまとめた論稿は,応用解析分野の国際誌に受理された.今後は得られた精密な順問題解析を,個々の代表的な非等方弾性体に適用し,分散現象の観測から弾性係数の不均質を同定する逆問題の数学解析を計画している.2.異なる2つの半無限非等方弾性体が界面をとおして接続されているとき,界面の近傍では,両法線方向に指数減衰する亜音速の界面波(Stoneley波)が存在する.この界面波の伝播速度は,半無限弾性体の非等方性によってどのような摂動を有するか考察し,国内のいくつかの研究集会で研究経過を発表した.一方,界面の境界条件によっては他種類の界面波が生じ,その伝播速度が周波数に依存する分散現象も起こりうる.今後は,界面の様々な境界条件の下で,摂動公式,分散公式を求める統一的解析手法を確立することを計画している.強い非等方性をもった横等方弾性体に対して,Rayleigh波の位相速度に対する一次摂動公式を与え,逆問題への応用を図ることができた.
抗腫瘍性ハイブリッド配糖錯体の分子設計とバイオメカニズムの解明

1.本研究では、光増感剤に高い細胞親和性を持たせ光線力学的療法(PhotodynamicTherapy,PDT)に応用することを目的として、分子中に糖分子を含む水溶性ポルフィリン・クロリンの合成とその細胞毒性の評価を行った。ポルフィリン骨格にはテトラフェニルポルフィリンを選択した。また、連結する糖分子としてN-アセチルグルコサミン、ガラクトースおよびグルコースを選択し、ポルフィリン・クロリン1分子あたり4分子あるいは8分子の糖を結合した以下のような光増感剤の合成を行い、その光照射下での殺細胞効果について検討した。2.目的物の合成は、水酸基を保護した糖連結ベンズアルデヒドを原料にLindseyらの方法によってポルフィリンの合成を行い、各化合物の脱保護を行って、糖連結水溶性ポルフィリンを得た。また、各ポルフィリンを還元して糖連結水溶性クロリンへと導いた。3.化合物のHeLa細胞に対する光毒性の評価を行った。薬剤とHeLa細胞を2時間接触させた後洗浄し、8分間光照射を行った後24時間培養した後の生存細胞数を調べ、光照射のみの時の生存細胞数を100%として化合物の光毒性を見積もった。水酸基を保護されたグルコースを連結した化合物(において、特に顕著な光毒性が観測された。興味深いことに、グルコースを結合した化合物では糖の水酸基の保護によって毒性が高まるのに対し、他の糖を有する誘導体では水酸基の保護の効果はほとんど観測されなかった。8つのグルコース単位を有し、非常に水溶性の高い誘導体はほとんど光毒性を示さなかった。以上のことより光増感剤に導入する糖の種類・水酸基の保護基の有無によって、細胞への取り込み量が変化し、光毒性に大きな影響を与えていることがわかった。現在、糖連結クロリンの光毒性について検討を行っている。
オペークレジンを応用した光重合型コンポジットレジンの色彩整合性

目的半透明のコンポジットレジンの見えかたは、表面、材料内、背景からの各種反射光が関係している。したがって、修復物表面の光沢、材料の透明性と光拡散性、修復物の厚み、そして、背景色の色調が色調適合に影響する。このことからも、デンチン部に光透過を遮断するオペークレジンが必要となる。市販のオペークレジンにおいては遮断性が得られる厚さやレジンへの色調の影響も統一性がなくさまざまであるのが現状である。臨床への応用に際して、厚さが薄く、遮断性があり、かつ、レジンへの影響の少ない統一した色調再現性が得られるオペークレジンの開発が望まれる。そこで、今回新たにオペークレジンを試作し、各種コンポジットレジンの表面色への影響、および、背景色の遮断性を検討した。成績・結論1.各種オペークレジンの遮断性について各厚さの市販オペークレジンは、17色中、厚さ300μm以下で、ΔE_*ab値3.3未満の値を示すものは、BELL FEEL OPAQUER(DB色)のみで、これ以外は薄くかつ遮断性に優れたオペークレジンは存在しない結果となった。試作オペークレジンに関しては、厚さ300μm以上の場合、全て色差値3.3未満の値を示し、優れた遮断性を有していた。2.各種オペークレジンのコンポジットレジン表面色への影響各種レジンへの影響が高いオペークレジンは、市販、試作ともにその色調は象牙質よりもL_*値が高い傾向にあった。3.コンポジットレジンの色調に影響が少ないオペークレジンの歯牙への応用例1mmの深さの窩洞では、選択したレジンシェードと充填後の色調との色差値の範囲は、0.62.9であり、2mmの深さの窩洞の場合では、色差値が0.43.3の範囲であり1,2mmとも3.3未満の値を示し、肉眼的にも許容できる範囲の結果を得た。以上のことから、今回試作したオペークレジンは、コンポジットレジン修復を含む審美歯科治療に有機的に働くものと考える。
蛍光ラットを用いた脂肪移植の実験

蛍の発光遺伝子を組み込んだ遺伝子組み替えラットの脂肪組織を、通常のラットに移植した。術後in vivo imagingsystemを用いて移植組織から発せられるluminescent signalを経時的に観察・定量することにより、生体内における移植組織のviabilityを測定した。ルシフェラーゼ遺伝子組み換えラットの両鼠径部より大腿動静脈を茎とした1.5ccの脂肪弁を挙上し、同系列のルイスラットの左右鼠径に、一方は血管吻合(+)、もう一方は血管吻合(-)で移植した。血管吻合は、顕微鏡下に11-0ナイロン針を用いてend-to-endにて施行した。術後定期的にルシフェラーゼの触媒物質であるルシフェリンをレシピエントラットの陰茎静脈に注射後、Xenogen社のIn Vivo Imaging System (IVIS)を用いて、移植された脂肪組織から発せられるphotonを定量することにより、移植片のviabilityを追跡した。その結果、ルシフェリン静注後に移植された脂肪組織から発せられるphotonは、術後24週までin vivoのまま容易に観測・定量が可能であった。さらに全ての観測点において、顕微鏡下血管吻合(+)の群の方が、血管吻合(-)の群よりも有意に信号強度が強かった。これは、血管吻合による血行再建が移植脂肪の長期にわたるviabilityの維持に大きく寄与していることを示していると考えられた。本実験により、臨床で多く用いられている血管柄付き脂肪移植の有用性が、初めて定量的な実験によって確認された。また、移植された脂肪の変化を、初めて同一動物内において経時的に観測することに成功した。本研究におけるルシフェラーゼ遺伝子組み換えラットとIVISを用いた脂肪移植の実験モデルは、さらなる脂肪移植の実験において非常に有用であると考えられた。Luciferase transgenic ratの鼠径から採取したfree adiposal flapをLewis ratの鼠径部に微小血管吻合を用いて移植した。(FAF群)また、傍精巣上体脂肪からfree fatgraftを採取して、Lewis ratの背部皮下に移植した。(FFG群)移植後は経時的にD-luciferinを静注し、In Vivo Imaging System(IVIS^[○!R])により、移植脂肪組織から発せられるphotonを定量して、移植片のviabilityを追跡した。その結果、FAF群では、flapからのluminescent signalの最大値は観察期間を通じてほぼ一定であった。各観察点におけるsignalの最大値はD-luciferin静注後2-3分後に得られた。FFG群では、graftからのsignalの最大値は、4日目から7日目にかけて急激に増大し、11日目まで一定に推移した後、12日目から17日目にかけて急激に低下した。その後は6週目までほぼプラトーであった。移植後3日目までは、D-luciferin静注後の信号強度の増加はゆるやかであったが、4日目から7日目にかけての間にFAF群とほぼ同じ増加曲線を描くようになり、その時期にgraftへの血流が回復したことが示唆された。また術後12日目のTUNEL陽性細胞数はFFG群の方が有意に多く、FFG群において移植時にCaspase阻害剤を局所投与すると、術後のluminescent signalは有意に高くなった。以上より、free fatgraftの術後吸収には、従来考えられていた虚血によるnecrosisのみではなく、血流快復後のapoptosisも関与していることが示された。これらの新しい知見は脂肪移植の生着率を向上させるためのストラテジー構築において、有用な情報であると考えられる。
ロールズの倫理学方法論の検討とその応用

今年度は、昨年度の研究に引き続き、ロールズの正義理論に見いだされる倫理学方法論についての研究成果を学会発表、及び論文という形で公表した。今年度の補助金は、主に上記の研究の遂行に必要な多数の関連図書の購入に用いられた。まず、昨年度に学会で発表したロールズの「人格の別個性」の主張についての考察をさらに展開し、論文(「ロールズの功利主義批判と『人格の別個性』の問題」)という形にまとめた。この論文では、「功利主義は人格の別個性を真剣に考慮していない」というロールズの主張がどのような意味に解釈されるかという問題を議論の軸に据えることにより、この主張は功利主義に対する「批判」としては不十分であるものの、それは功利主義理論の根底にある独特な「不偏性」概念と、一個人の選択理論の社会への拡張という顕著な方法論的特徴を描き出すものであり、しかもそれはロールズの契約論的な方法論と対照されて初めて意味をなす主張であることを明らかにした。次に、ロールズの契約論的な方法論の特徴についても、昨年度の研究をさらに展開する形で追究し、その成果を日本倫理学会において発表した(「ロールズの契約論と『コミットメントの緊張からの議論』」)。この発表では、まず原初状態で功利原理が却下され「正義の二原理」が採択される主要な理由が「誠実な合意を行なう」という契約条件に由来するものであり、その限りにおいてロールズの契約論は純粋な合理的選択への還元というよりも強い道徳的色彩を帯びていることを指摘した。そしてその点がロールズの契約論を強力に特徴付けており、いわゆるホッブズ型の契約論とは区別された「契約主義」という新たな理論モデルが提示されていることを明らかにした。
有限単純群に関連する離散的幾何の研究

有限群Gを与えるn元生成自由群Fnの正規部分群全体の集合上にFnに自己同型群Aut(Fn)が作用している。その軌道上Aut(Fn)は対称群または交代群であることが多いと見られている。前年度、小さなdegreeの置換群でAut(F2)のorbitを決定していたが、今年度そのorbit上のAut(F2)の作用を決定した。作用は本質的に対称群または交代群となる場合以外に、3次対称群と対称群または交代群のwreath積の場合が確認された。その理由は検討中である。アソシエーションスキームの典型的な例はほとんど群と関係して作られているが、逆にアソシエーションスキームの自己同型群を調べることによって、今までの見方とは異なる群に属する幾何をとらえることができる可能性がある。現在小さなアソシエーションスキームは15点まで分類されているが、コンピュータによる計算が可能な範囲と考えられるので、自己同型を計算するプログラムを作成した。このプログラムは同型判定にも応用できるので、分類の再証明にも利用できる。現在10点までの範囲で計算結果が得られている。特別な性質をもつアソシエーションスキームとの関係で、群のcharacterと共役類の間のある新しい関係が注目されている。その関係式を満たす群はnilpotentであることが最近証明されたが、あまり多くの例は知られていなかった。花木研究分担者はisoclinism性との関連や、群のderived seriesがunboundedになる様な例などを求めた。また、QF-3 algebraに関してDynkin図形がAn(8)、Dn(9)になる場合に関する結果が佐藤研究分担者によって得られた。
薬物設計のための疎水相互作用場の構築

化合物の水とn-オクタノールの間の分配係数(P)は、医薬品、農薬の分子設計や環境汚染物質の疎水性を定量的に表現する尺度として広く用いられている。本研究ではこれまでの成果に基づき、疎水相互作用の定量的尺度であるlog Pについて、理論計算および高精度実測法を併用することによってその要因を原子・電子レベルから明らかにし、その結果に基づき薬物分子周辺の疎水相互作用場を定義し、定量的構造活性相関解析法に組み入れ、創薬等への応用をはかることを目的として、以下の成果を得た。(1)幾つかの有機分子のlog P値(水と各種有機溶媒)について,非経験的分子軌道法-連続体溶媒和理論を適用し,分配のエンタルピー項については溶質-溶媒分子間の静電エネルギー差等,エントロピー項については溶質分子の接触表面積と良好な線型関係が存在することを見出し,分配過程において,溶質分子の水素結合能がその過程に寄与していることを明らかにした。(2)創薬への応用として、log P値から誘導される記述子を開発し、HIV proteaseの阻害剤のvirtual screeningにおいてその有効性を定量的に示した。この結果は、薬物分子とその標的受容体との結合において、疎水性分布の相補性が要求されることを確認するものである。さらにlog Pの応用研究として、母乳と胎児の血漿中の薬物濃度比について、log P値を用いた解析を行い、log PがM/P比と定量的相関があることを見出した。この結果は臨床結果へlog Pの適用可能性を示唆するものである。(3)フロー法(流量比法)による分配係数測定の装置および解析法を確立し、従来のフラスコ振とう法では測定が困難であったフラン誘導体、(1)と関係して水素結合能で興味がある含窒素芳香環化合物の分配係数の測定を行い、今後のlog P-薬物分子の疎水性解析に有用な結果を得た。薬物分子とその標的受容体との相互作用を考えたとき,前者の分子周囲に及ぼす影響として,静電場および立体場は近年のQSARの基本パラメータとなっている。これらの相互作用の他に疎水相互作用が重要であることは知られているが,静電および立体相互作用に比較して,疎水相互作用およびそのパラメータの導出は経験的な方法が現在まで使われてきている。本研究では,疎水相互作用とそのパラメータの理論化学的導出から疎水場の定量的構築を目的として,ab initio MOによる溶媒和計算によるlog Pの予測と解釈,およびフロー法による種々の条件下でのlog P値の測定を行った。種々の構造を有する約200個の有機化合物のlog P_<oct>(n-octanol/H_2O)およびlog P_<CL>(chloroform/H_2O)実測値を目的変数,ab initio MOによるn-octanol(あるいはchloroform)とH_2O中での溶媒和静電相互作用エネルギーの差と溶媒接触表面積を説明変数とする重回帰分析から,良好な相関式を得られ,相関式の2つの係数は,2つの溶媒系での溶媒和静電相互作用エネルギー差を分配のエンタルピー項,接触表面積をエントロピー変化の比例項とする理論式との満足な一致を得た。同時に,水素結合供与体グループでは,エンタルピー項の係数は水素結合に関与しない分子,水素結合受容体グループに比較し著しく異なり,静電相互作用以外の相互作用が存在することが示唆された。上記の水素結合供与体分子であるフェノール誘導体等について,本研究分担者らと種々の分配系でのフロー法によるlog P値の精密測定を行い,それらのlog P値間の相関等の検討を行った。

今後,これらの温度条件等の測定条件による実測値をあわせて,計算・理論と実験両面のアプローチにより,薬物分子の疎水場の定量化を行う予定である。化合物の水とn-オクタノールの間の分配係数(P)は、医薬品、農薬の分子設計や環境汚染物質の疎水性を定量的に表現する尺度として広く用いられている。本研究ではこれまでの成果に基づき、疎水相互作用の定量的尺度であるlog Pについて、理論計算および高精度実測法を併用することによってその要因を原子・電子レベルから明らかにし、その結果に基づき薬物分子周辺の疎水相互作用場を定義し、定量的構造活性相関解析法に組み入れ、創薬等への応用をはかることを目的として、以下の成果を得た。(1)幾つかの有機分子のlog P値(水と各種有機溶媒)について,非経験的分子軌道法-連続体溶媒和理論を適用し,分配のエンタルピー項については溶質-溶媒分子間の静電エネルギー差等,エントロピー項については溶質分子の接触表面積と良好な線型関係が存在することを見出し,分配過程において,溶質分子の水素結合能がその過程に寄与していることを明らかにした。(2)創薬への応用として、log P値から誘導される記述子を開発し、HIV proteaseの阻害剤のvirtual screeningにおいてその有効性を定量的に示した。この結果は、薬物分子とその標的受容体との結合において、疎水性分布の相補性が要求されることを確認するものである。さらにlog Pの応用研究として、母乳と胎児の血漿中の薬物濃度比について、log P値を用いた解析を行い、log PがM/P比と定量的相関があることを見出した。この結果は臨床結果へlog Pの適用可能性を示唆するものである。(3)フロー法(流量比法)による分配係数測定の装置および解析法を確立し、従来のフラスコ振とう法では測定が困難であったフラン誘導体、(1)と関係して水素結合能で興味がある含窒素芳香環化合物の分配係数の測定を行い、今後のlog P-薬物分子の疎水性解析に有用な結果を得た。
変分問題およびその非線型微分方程式への応用

変分的手法により非線型微分方程式の解の存在問題の研究を行った.特に本年度は(1)R^Nにおけるnonlinear scalar field equation,(ii)ハミルトン系の非有界軌道の存在等を主に扱った.(i)R^Nにおけるnonhlinear scalar field equationに関しては,まず軸対称な空間依存性をもつ方程式-Δu+V(|x|)u=u^pの正値解の一意性を考察し,Kwongによる一意性の結果の非常に簡略化された証明を得ることができた.またその一意性の応用として周期ポテンシャルをもつ非線型楕円型方程式-Δu+V(x)u=u^pのあるクラスに対してmulti-bump solutionが存在することを,特に無限個の正値解が存在することを示すことができた.(ii)ハミルトン系に関しては,2体問題型のポテンシャルV(q)-1/(|q|^α)(α>0)に対して無限から来て無限に飛びさる軌道の変分的な構成を考え,与えられたH>0をtotal energyとしてもち,さらに与えられた入射角,出射角をもつ軌道の存在を空間次元Nに関する制限なしでstrong force条件(α>2)の下で示した.ここで空間次元が2のときは回転数を有効に利用することができ比較的容易に証明はなされるが,N 3の場合は異なりR^N\{0}上のループ空間のtopologyに関する考察が必要不可欠となることに注意して頂きたい.なおH=0のときは古典力学における放物軌道に対応し,非常に興味ある問題であるが,その存在は今後の課題としたい.変分的手法により非線型楕円型方程式およびハミルトン系について研究を行った。まず,非線型楕円型方程式については正値解の存在および多重度を変分構造を持つ非線型楕円型方程式系について研究した.従来楕円型方程式系の正値解はLeray-Schauderの写像度等を用いて研究されることが多く,得られる存在結果は空間次元に制限を持つ場合が多い.また存在は示されても多重度は求められない場合が多いように思われる.本研究ではbistable typeの非線型性および変分構造を持った楕円型方程式を考え,正値解の存在および多重度(2つの正値解の存在)を空間次元に関する制限なしで示した.また,ハミルトン系に関してはpotential V(q)が常に負であり|q|0および|q|∞においてV(q)-1/(|q|^2)のようにV(q)が振る舞うとき,total enegyが0の周期軌道が存在することを変分的方法により示した.この結果は従来知られたいたstrong force potentialとweak force potentialの境目にあたるclassのpotentialの性質として興味あるものであると思われる.また関連する状況の下でnon-compactリーマン多様体(R×S^<N-1>,g)上の閉測地線の存在を示した.これらの結果の証明においてはminimax法およびMorse理論が有効に用いられている.変分的手法により非線型微分方程式の解の存在問題の研究を行った.特に本年度は(1)R^Nにおけるnonlinear scalar field equation,(ii)ハミルトン系の非有界軌道の存在等を主に扱った.(i)R^Nにおけるnonhlinear scalar field equationに関しては,まず軸対称な空間依存性をもつ方程式-Δu+V(|x|)u=u^pの正値解の一意性を考察し,Kwongによる一意性の結果の非常に簡略化された証明を得ることができた.またその一意性の応用として周期ポテンシャルをもつ非線型楕円型方程式-Δu+V(x)u=u^pのあるクラスに対してmulti-bump solutionが存在することを,特に無限個の正値解が存在することを示すことができた.(ii)ハミルトン系に関しては,2体問題型のポテンシャルV(q)-1/(|q|^α)(α>0)に対して無限から来て無限に飛びさる軌道の変分的な構成を考え,与えられたH>0をtotal energyとしてもち,さらに与えられた入射角,出射角をもつ軌道の存在を空間次元Nに関する制限なしでstrong force条件(α>2)の下で示した.ここで空間次元が2のときは回転数を有効に利用することができ比較的容易に証明はなされるが,N 3の場合は異なりR^N\{0}上のループ空間のtopologyに関する考察が必要不可欠となることに注意して頂きたい.なおH=0のときは古典力学における放物軌道に対応し,非常に興味ある問題であるが,その存在は今後の課題としたい.
XAFS法による硫化ジメチル及びその酸化途上物質とエアロゾルとの相互作用の解明

当初、本研究では、硫化ジメチル(DMS)のエアロゾルへの取り込みが主目的であったが、この点についてはXANESで分析が可能であることを明らかにするにとどまった。一方で研究の過程で、XAFS法によりエアロゾル中のイオウ、カルシウム、鉄などの元素の化学種解明が可能であることが分かり、本年度はこのような観点から、エアロゾルの化学分析を推進してきた。その結果、主に以下の研究成果を得た。(i)本特定領域研究の重点活動である沖縄県辺戸岬の国立環境研究所辺戸岬大気・エアロゾル観測ステーションでの集中観測に参加し、春季の陸起源のエアロゾルが卓越した試料と、夏季で海洋起源のエアロゾルが卓越した試料を採取し、エアロゾルに含まれるイオウ化学種の同定を行った。その結果、海洋エアロゾルが卓越する夏季では、硫酸イオンが水和した状態で存在し、塩として固定されていない硫酸イオンが多いことが分かった。(ii)イオウ化合物の酸化途上で生成する亜硫酸塩が、夏季に中国青島で採取された試料で一部観察された。その生成要因として、夏季に湿度が高く、SO_2のエアロゾルへの取り込みが促進されたと推察された。(iii)エアロゾル中のカルシウム鉱物として粒径が小さな画分で、シュウ酸カルシウムなどのカルボン酸塩が存在することがXANES法による直接分析から確かめられた。(iv)エアロゾル中の鉄の化学種を鉄のK端XANNES及びEXAFSを測定し、その化学種を同定した。黄砂中にはイライトなどの粘土鉱物が多いが、東に長距離運搬される過程で水酸化鉄の割合が増加することを示唆する結果が得られた。今後、この水酸化鉄が長距離輸送途上で大気中で生成したものかを確かめていく必要があるが、これらの結果は海洋への鉄の溶解を考える上で重要な情報になる可能性がある。イオウとカルシウムのX線吸収端構造XANES)を用いて、酸性のイオウ化合物と黄砂中に含まれる炭酸カルシウムの中和反応を解析した。まずイオウK端のXANESからエアロゾル中でイオウはいずれも硫酸塩を形成しているが、吸収端後の構造から硫酸塩種が分かり、粒径が小さな粒子中のイオウの化学種は硫酸アンモニウム(NH_4)_2SO_4が主であり、黄砂粒子が含まれる大きな粒子中のイオウの化学種は石コウCaSO_4-2H_20が主であることが分かった。しかし、これまでの研究から石コウには、土壊等に存在している石コウが風で舞い上がりエアロゾルとなった成分の他に、炭酸カルシウムが大気中で硫酸などと反応して二次的に生成した2っの成分があると考えられた。そこでカルシウムK端のXANESを調べたところ、黄砂期では、砂漠からの粒子が多いため砂漠の鉱物組成を反映して、殆どのCaが方解石として存在しているが、非黄砂期では石コウの割合が増加していることが分かった。このことは、黄砂期では砂漠から供給される方解石が多いことと、中国では冬に硫酸を生成するSO_2の発生量が一般的に多いことから考えると、非黄砂期では方解石が大気中で硫酸を中和して石コウを生成したと推定できる。このことをさらに確かめるために、ヘリウム転換電子収量法(CEY)iで粒子の表面にあるCa化学種を調べた。黄砂期ではCEYで得たスペクトルは蛍光法で得たスペクトルと類似し、粒子の表面とバルクのいずれでもCaの化学種は主に方解石であったことが分かる。一方非黄砂期では、CEYで得たXANESスペクトルで石コウの特徴が顕著になっており、石コウが粒子表面でより多いと推定された。この結果は、黄砂期では砂漠のCa鉱物の組成がエアロゾル粒子の結果に反映されるが、非黄砂期では大気輸送中に方解石表面で中和反応が生じると考えるとうまく説明できる。

今後、この水酸化鉄が長距離輸送途上で大気中で生成したものかを確かめていく必要があるが、これらの結果は海洋への鉄の溶解を考える上で重要な情報になる可能性がある。
ウイルスリザーバー排除を目指したHIV特異的エフェクター細胞の再探索

HIV/AIDS感染症分野では、多くの基礎研究や臨床試験が行われ、優れた有効性を示す抗レトロウイルス剤が開発されてきたが、未だ完治に至っていない。新たな研究の展開が求められている。本研究では、これまでの研究で期待した結果が得られず、凍結保存していた感染者由来の細胞を用いて、新たなアッセイ系で再評価することで、新しいエフェクター細胞サブセットの探索を試みた。アッセイ系の構築には成功したが、全く新しい細胞サブセットの同定には至らなかった。HIV/AIDS研究では、Off TherapyからFunctional Cureの実現が大きな課題である。しかし、薬剤療法下に残存する少数のHIV感染細胞に対する免疫制御は乏しい。一方、私は感染者由来のCTL研究を続ける過程で、HIV感染細胞に対する傷害活性が弱い細胞、傷害活性が強いが想定した範囲の合成ペプチドでは抗原特異性を特定できなかったもの、HLAクラスIを欠損した標的細胞をHIV特異的に殺傷する細胞など、そのときの目的に沿わなかった細胞を凍結保存してきた。本研究では、こうした「見過ごされた資産」をもとに、これまでに知られていないエフェクター細胞サブセットの同定、あるいは新しいHIV抗原の提示システムの解明を狙った研究に挑む。まずはじめに、HIV感染者由来T細胞の再スクリーニングを実施するため、抗原特異性やHLA拘束性が明確に決められなかった検体を選び、融解後に、再刺激とIL2存在下での培養を試みた。しかしながら、HIV感染細胞に対して強い傷害活性を示す検体が少なかった。拘束性・抗原特異性を前もって考慮しない方が良いと考え、PHA(フィトヘマグルチニン)により増殖刺激を試みたが、PHAの濃度あるいは他の刺激剤への変更を検討中である。同時に、凍結検体の選定の幅を広げて、細胞の調製を進めて行く。並行して、機能解析に用いるアッセイ系の検討を進めた。さまざまなHLAあるいはキメラHLA分子を発現するプラスミドの準備を進めて、ターゲット細胞のバラエティを拡充している。凍結保存して長期間経過したHIV感染者由来の細胞の生存率や増殖能力が悪く、機能解析まで実施可能な検体が当初の想定以上に少ない。HIV/AIDS感染症分野では、多くの基礎研究や臨床試験が行われて来たが、エイズワクチンは未だ効果を発揮するに至っていない。抗レトロウイルス薬剤は、優れた有効性を示して来たが、未だ治癒に向けての戦略を描けていない。抗レトロウイルス薬剤はサブサハラアフリカなどのHIVが激しく流行する地域においても行き渡りつつあるが、それだけに次の課題(Off Therapy)に向けた基礎的な研究が強く求められている。例えば、ヒストンデアセチレース阻害剤で再活性化したウイルス感染細胞に対して、CTL応答が乏しいという報告が相次いでおり、新たな研究の展開が求められている。本研究では、これまで単に凍結保存していた感染者由来の細胞を用いることで、1新しいエフェクター細胞サブセットの探索、2HLAクラスI以外の分子が担う抗原提示の可能性の検討、および、3HLA分子による抗原提示と免疫逃避の解析を目的とした。しかしながら、昨年度までの検討で、これまでに凍結していた感染者由来の細胞を用いたアプローチは成功に至らなかった。そこで本年度は、HLAクラスIに提示された抗原ペプチドを高感度に検出できるT細胞レセプターバイオアッセイ系の構築と改変を行い、HIV Nefによる発現低下を検出可能なほど感度が高いアッセイ系の構築に至った。また、HLA分子による抗原提示からの免疫逃避機序の解析を行い、HLA-AおよびHLA-B拘束性エピトープに対して、HIVによる免疫逃避が異なった影響を示すことを明らかにした。得られた結果は、学会発表および論文としてまとめて報告した。さらに古く凍結済みの検体選びを続けるとともに、場合によっては、治療中のHIV感染者の検体を新たに入手して、スクリーニングするような計画の変更も考慮する。凍結状態から順調に増幅するHIV感染者由来の細胞が当初の想定よりも少なく、次のステップである機能解析に順調に進めることが困難であったため、助成金の使用が計画通りに進まなかった。検討する検体の範囲を広げるなどの工夫を行うことにより、研究の進捗を図る。3か月程度の遅れで、機能解析を進める予定で、助成金の使用計画も3か月程度にとどまる。
時間特異的及び組織・細胞特異的ノックアウトマウスを用いた骨再生過程の解明

21年度は、前年度までの骨幹部にドリルホールを開けた骨・骨髄損傷モデルに加え新たに骨折モテルを作成し、まずは同部位での損傷初期におけるShhの発現をReal time RT-PCR法により検討した。その結果、骨・骨髄損傷モデルではShhの発現はcontrolと比べ有意な上昇が見られなかったが、骨折モデルにおいては損傷2日後にShhの有意な発現上昇が見られた。このことは膜性骨化と内軟骨性骨化が通常通りみられる骨折モデルと髄内骨化がメインである骨・骨髄損傷モデルとではShhの発現が異なると考えられた。この二つのモデルにおける骨修復過程において関連する因子の発現に違いがある可能性があるので、BMP2の発現も検討したところShhの発現と同様で骨・骨髄損傷モデルでは損傷2日後において有意な発現上昇が見られず、骨折モデルでは発現上昇がみられた。ついで、Tamoxifen inducibleのCre-ER(T)-LoxPシステムが骨折モデルでも正常に稼働する事を確認するため、Cre-LoxPによるリコンビネーションが起こった細胞にLacZが発現するように作られたROSA/LacZレポーターマウスを用いて、ROSA/Cre-ER(T)マウスと交配し、Tamoxifen投与後に骨折部位並びにその周辺にLacZが染まることを確認した。ただしこのシステムでは生後5週辺りで損傷を起こし、かつTamoxifenを生後3週目と損傷2日前に前投与した場合にのみ骨折部ならびに周囲骨髄や骨膜の双方にLacZ染色が強く見られた。上記の結果をふまえ生後3週と損傷2日前にtamoxifenを投与し5週で損傷を起こす計画に変更してROSA:ShhcとWtマウスに骨折ならびに骨・骨髄損傷を起こし、Tamoxifen投与後の損傷部位修復過程の継時的変化と遺伝子発現の継時的変化を現在観察中である。19年度の本研究の目的は,骨折後骨再生初期の未分化間葉系細胞に発現するソニックヘッジホッグ(以下Shh)をノックアウトし,骨再生過程を観察すると共に未分化間葉系細胞の骨芽細胞,軟骨細胞への分化過程,血管形成過程を観察することである。Shhの通常のノックアウトマウスは胎生致死であるため,今までは出生後におけるShhの機能は調べることができなかった。申請者らは,Tamoxifen inducibleのCre-ER(T)-LoxPシステムを用いて時間特異的にShhをノックアウトする事を試みている。ROSA/Cre-ER(T)マウスとShh-loxPマウスを入手しそれぞれ現在飼育継代し,これらを交配してROSA/Cre-ER(T)(het):Shh-loxP(homo)マウスを作成中である(ROSA:Shhc)。骨、骨髄損傷は,6週齢の時点で直径1.0mmのドリルホールを左大腿骨中央部全面に開けて骨、骨髄損傷モデルを作成する。まず予備実験としてWild typeでドリルホールを開けて骨、骨髄損傷を起こし骨再生過程を組織学的に検討した。次いでTamoxifen inducibleのCre-ER(T)-LoxPシステムが正常に稼働する事を確認するため,Cre-LoxPによるリコンビネーションが起こった細胞にLacZが発現するように作られたROSAILacZレポーターマウスを用いて,ROSA/Cre-ER(T)マウスと交配し,Tamoxifen投与後に骨、骨髄損傷部位にLacZが染まることを現在確認中である。その後,ROSA:ShhcとWtマウスに骨、骨髄損傷を起こし,Tamoxifen投与後の損傷部位修復過程の継時的変化と遺伝子発現の継時的変化を観察する予定である。20年度の本研究の目的は、骨折後骨再生初期の未分化間葉系細胞に発現するソニックヘッジホッグ(以下Shh)をノックアウトしたマウスに骨・骨髄損傷を起こし、骨再生過程を観察すると共に未分化間葉系細胞の骨芽細胞、軟骨細胞への分化過程を観察することである。

上記の結果をふまえ生後3週と損傷2日前にtamoxifenを投与し5週で損傷を起こす計画に変更してROSA:ShhcとWtマウスに骨折ならびに骨・骨髄損傷を起こし、Tamoxifen投与後の損傷部位修復過程の継時的変化と遺伝子発現の継時的変化を現在観察中である。
物質移動のベクトル制御が可能なゼオライト触媒膜を用いた遂次反応の中間体選択生成

中間体を目的物質として逐次反応を実施する際,反応率と選択率の両者を同時に向上させるものとして,構造体触媒であるゼオライト触媒膜が考えられる。そこで、MFI型ゼオライト膜型反心器を用いてメタノールの反応を行い、中間体であるオレフィンの選択合成(MTO反応)を検討した。緻密な膜は反応率5598%でオレフィン選択率が80%を越えた。この膜の選択性の向上のためには、メタノール供給側の活性点(酸点)を不活性化する必要がある。そこで、最小分子径の異なるシラン化合物を用いて酸点に化学吸着させ、分解することでSi原子を含むコークを生成後、酸化することで酸点上にSiO_2粒子を形成させることで酸点を不活性化した。本法にトリフェニルシランを用いることで、ゼオライト結晶外表面の酸点を選択的に不活性化できることを見いだした。その結果、反応率570%の範囲でオレフィン選択率90%を実現した。さらに、膜透過速度の向上を目的として、ゼオライトナノクリスタルを積層した膜が高い選択性を維持しながら透過速度を向上できることを見いだした。そこで、まずW/Oエマルション技術により約100nmの単分散MFI型ゼオライトナノクリスタルの調製法を開発した。ついで、その結晶を用いて触媒膜を作製し,原料と生成物の膜透過速度の向上を図った。その結果、透過速度を10倍以上に向上できた。さらに、シラン処理することで、芳香族の生成を無視小にできることに成功した。MFI型ゼオライトはナノ数μmの大きさのアルミノケイ酸塩の結晶であり、その結晶内にはベンゼンの最小分子径とほぼ同じ径の細孔を持つため、低級炭化水素やベンゼン等が関与する反応には分子節を示す触媒である。そのため、膜状のMFI型ゼオライト膜は分子篩能を有する触媒膜の特性を示す。この膜を用いて逐次反応を実施すると、膜の長さ方向が反応進行度に影響し、厚さ方向で選択率を制御できる構造触媒として用いることができる。そこで、本研究では、MFI型ゼオライト膜を膜型反応器に適用して逐次反応の中間体選択生成を行い、その結果を基に触媒膜型反応器の反応工学を構築することを目的として実施し、平成13年度は次の成果を得た。(1)ゼオライト触媒の酸点分布と有効径の制御:ゼオライト触媒膜を逐次反応の中間体選択生成を実現するには、膜内に反応を限定する必要がある。しかし、反応物質供給側に面した酸点上でも反応が進行し、透過側の中間体の選択率が低下する。そのため、供給側の酸点を選択的に不活性化する必要がある。そこで、シラン化合物を酸点上に化学吸着して分解後、空気焼成して酸点上にSiO_2ユニットを形成することで酸点を不活性化するシラン接触分解法を開発した。本法に、最小分子径の異なるジエトキシメチルシラン(DES)、フェニルシラン(MPS)、ジフェニルシラン(DPS)、トリフェニルシラン(TPS)を適用した。ゼオライト細孔径とほぼ同じ分子径のDESとMPSは結晶外表面と細孔内の酸点を不活性化するが、DPSとTPSは細孔外表面の酸点を選択的に不活性化することを見いだした。(2)逐次反応の中間体選択的生成反応:メタノールの反応はメタノール→エーテル→オレフィン→芳香族+パラフィンの逐次反応である。そこで、ゼオライト膜を用いてメタノールからのオレフィン生成反応を実施した。その結果、5098%の反応率でオレフィンを80%以上の選択率で得ることに成功した。さらに、DPSで処理すると膜の供給側と透過側の間に差圧をつけなくても選択率の向上が可能であることを実証した。MFI型ゼオライトは0.数数μmの大きさのアルミノケイ酸塩の結晶であり、低級炭化水素やベンゼン等が関与する反応には分子節を示す触媒である。そのため,MFI型ゼオライト膜は分子篩能を有する触媒膜の特性を示す。この膜を逐次反応に適用すると、膜の長さ方向が反応進行度に影響し、厚さ方向で選択率を制御できる。そこで、本研究では、MFI型ゼオライト膜を膜型反応器に適用して逐次反応の中間体選択生成を行い、その結果を基に触媒膜型反応器の反応工学を構築することを目的とする。平成14年度は次の成果を得た。(1)ゼオライト触媒の酸点分布と有効径の制御:ゼオライト触媒膜を逐次反応の中間体選択生成に適用した際に、その選択性を向上させるには、反応物質供給側に面した酸点を不活性化する必要がある。当該研究者は、シラン化合物を酸点上に化学吸着して分解後、空気焼成して酸点上にSiO_2ユニットを形成することで酸点を不活性化するシラン接触分解法を開発している。そこで、最小分子径の異なる種々のシラン化合物を用い、不活性化する酸点の位置制御の可能性を実証した。その結果、トリフェニルシラン(TPS)を用いることで、結晶外表面の酸点を選択的に不活性化することを実証した。そこで、ゼオライト膜を用いてメタノールからのオレフイン生成反応を実施した。

その結果、未処理の膜はオレフィン選択率は80%(従来の充填層は7-50%)であったものが、TPS処理することでした膜は5098%の反応率でオレフィンを80%以上の選択率で得ることに成功した。さらに、DPSで処理すると膜の供給側と透過側の間に差圧をつけなくても選択率の向上が可能であることを実証した。中間体を目的物質として逐次反応を実施する際,反応率と選択率の両者を同時に向上させるものとして,構造体触媒であるゼオライト触媒膜が考えられる。そこで、MFI型ゼオライト膜型反心器を用いてメタノールの反応を行い、中間体であるオレフィンの選択合成(MTO反応)を検討した。緻密な膜は反応率5598%でオレフィン選択率が80%を越えた。この膜の選択性の向上のためには、メタノール供給側の活性点(酸点)を不活性化する必要がある。そこで、最小分子径の異なるシラン化合物を用いて酸点に化学吸着させ、分解することでSi原子を含むコークを生成後、酸化することで酸点上にSiO_2粒子を形成させることで酸点を不活性化した。本法にトリフェニルシランを用いることで、ゼオライト結晶外表面の酸点を選択的に不活性化できることを見いだした。その結果、反応率570%の範囲でオレフィン選択率90%を実現した。さらに、膜透過速度の向上を目的として、ゼオライトナノクリスタルを積層した膜が高い選択性を維持しながら透過速度を向上できることを見いだした。そこで、まずW/Oエマルション技術により約100nmの単分散MFI型ゼオライトナノクリスタルの調製法を開発した。ついで、その結晶を用いて触媒膜を作製し,原料と生成物の膜透過速度の向上を図った。その結果、透過速度を10倍以上に向上できた。さらに、シラン処理することで、芳香族の生成を無視小にできることに成功した。
偏光イメージングカメラによる光沢物体の位置・姿勢推定

画素毎に偏光情報独立な偏光情報が獲得できる偏光カメラを用いることにより、光源環境と物体表面の模様に依存しない偏光方向の情報が獲得できる。本研究では、従来難しいとされてきた光沢物体の位置・姿勢の推定法を開発し、実験によりその性能を明らかにした。実験では、色および形状は既知であるが、内部に不透明な部分をもつ透明かつ光沢性のある物体を対象として、提案法による位置・姿勢を従来法と比較した。本研究では物体の輪郭の位置合わせ効果を狙い、前景と背景を同時に考慮する手法についても提案したので、偏光情報のみを用いた手法とエッジを組み合わせた手法の比較により効果を確認比較した。本研究の目的は、画素ごとに複数の方向の偏光輝度を観測可能な偏光イメージングカメラを用い、従来難しかった光沢性の強い物体の三次元的な位置・姿勢を推定する技術を開発することである。、(1)色および形状が既知の物体の位置・姿勢推定手法の開発と、これらの手法開発を通して、偏光カメラを用いる利点・欠点、精度や安定性、計算量を明らかにすることで拡張現実感用途への応用可能性を示すことを課題として設定していた。具体的に取り組んだのは次の課題である。(1ー1)映り込み除去の効果の確認:従来のModel-based Trackingで用いられるエッジや特徴点が、映り込み除去をすることにより安定して検出されるかどうかを調査した。実験の結果、予想どおり映り込みを除去する方が安定して特徴点が検出されることを確認できた。(1ー3)環境光変化に対する安定性の確認:屋外に配置した光沢物体に対する位置・姿勢推定を実施し、光源環境の変化に対して安定に偏光情報が取得できることを確認した。また、上記課題に加えて、まず偏光イメージングカメラの偏光アレイに対するデモザイキングの効果を調査した。デモザイキングの手法によってどの程度物体の位置・姿勢推定に影響を与えるか調べた結果、線形補間など単純なデモザイキングでも、位置・姿勢の推定誤差が大幅に小さくなることが確認された。(1)色および形状が既知の物体の位置・姿勢推定、および(2)色および形状が未知の物体の位置・姿勢推定、を研究課題として設定したが、研究計画でしめしたとおり課題(2)の難易度が高く課題(1)に注力した。研究課題(1)では、色および形状が既知の物体の位置・姿勢を推定するために従来の法の枠組みで、単一の画像から物体の位置・姿勢を求める手法を開発した。対象物体の形状と模様をそれぞれポリゴンデータとテクスチャとして与える手法で、偏光カメラの利点を検証した。具体的には研究計画のとおり、次の小課題について取り組んだ。(1-1)映り込み除去の効果の確認:画素毎に適切な偏光方向の輝度から光沢物体表面に映り込むパターンを除去することにより、従来のトラッキング手法の性能向上を確認する予定であったが、使用したカメラに搭載された偏光フィルタの問題で、映り込み除去の効果を正確に確認することができなかった。(1-2)輝度勾配と法線方向との併用効果の確認:従来ので用いられるエッジ特徴を手がかりにした手法と偏光情報を併用が安定性が向上することを確認した。計画段階では、エッジと偏光情報の組み合わせによる手法とエッジのみを用いた手法を比較する方針であったが、本研究ではエッジを直接用いるのではなく、前景と背景を同時に考慮することで物体の輪郭の位置合わせ効果を狙ったため、偏光情報のみを用いた手法とエッジを組み合わせた手法の比較により効果を確認比較した。(1-3)環境光変化に対する安定性の確認対象物体の周辺の光源環境を動的に変化させると物体に映り込むパターンが変化する状況下で、偏光情報を用いることで位置・姿勢推定の安定性と精度の向上を確認した。プロジェクタにより動的な光源環境を構築し、内部に不透明な構造を持つ透明物体を用いて確認した。コンピュータビジョン、複合現実感特に大きな問題なく、本年度の研究目的を達成した。計画以上の進展はない。当初の予定どおり研究課題(2)色および形状が未知の物体の位置・姿勢推定、を実施する。具体的には、従来法の枠組みで、複数の画像から画像間の対応付けを行い、対応付けられた点とカメラの位置・姿勢を同時に最適化する手法を偏光カメラの画像に特化して開発し、その利点を明らかにする。(2ー1)偏光を用いた局所特徴記述子の検討:偏光が生じる同一の物体を異なる方向から偏光カメラで撮影した際に、偏光方向を記録した二枚の画像上で対応する箇所(点、エッジ、小領域)を検出するための特徴量を検討する。(2ー2)偏光を用いた大域的位置合わせ法の検討:上記局所特徴のように物体のエッジ部分やテクスチャの境目などではなく、本来偏光を観測しやすい大きく滑らかな領域を利用した画像間の位置合わせ法を検討する。

従来の技術でも同様の事が言えるが、局所特徴の対応付けはノイズやブラーなどの画像の劣化に弱く、研究課題で明らかにされる高い安定性を活かしきれないことが予想されるため、あえて副課題(2ー1)と逆のアプローチをとる。物品費、旅費の計画時からの価格変動のため生じた残金であり特別な理由はない。価格変動等に合わせて柔軟に対処する。特に研究計画を変える予定はない。