hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
小型魚類を用いた宇宙環境が脳機能・脳構造に与える影響の研究

(1)ゼブラフィッシュを用いて、トランスポゾンを用いた遺伝子トラップ法・エンハンサートラップ法を実施し、細胞・組織・器官特異的に改変型酵母転写因子Gal4FFを発現するトランスジェニックフィッシュを作製した。それを利用して、計画研究瀬原班と共同で、宇宙滞在によって浮き袋で発現量が亢進する遺伝子の発現をGFPにより可視化することに成功した。(2)宇宙滞在により影響を受ける可能性がある脳領域の解析を行った。(i)哺乳動物の扁桃体は情動や情動が関わる記憶・学習に重要な働きをしている。我々はゼブラフィッシュ終脳の特定の神経細胞でGal4FFを発現するトランスジェニックフィッシュを作製し、そのGal4FF発現神経細胞の機能を神経毒素遺伝子の発現により阻害した。その結果、そのGal4FF発現神経細胞が恐怖条件付け学習に必須であること(扁桃体に相当する機能を担っていること)を明らかにした(Lal et al. BMC Biol 2018)。(ii)脳血管近傍に存在する新規細胞群を同定した。それらが血液脳関門形成に関わっている可能性を示した(Galanternik et al. eLife 2017)。(iii)視床下部はホメオスタシス、睡眠、食欲のコントロールに重要な働きをしている。トランスジェニックフィッシュとカルシウムイメージングを利用して、エサなどの視覚刺激が食欲中枢である視床下部下葉を活性化する神経回路を明らかにした(Muto et al. Nat Comm 2017)。(3)計画研究瀬原班と共同で、宇宙滞在2日目、5週目のゼブラフィッシュの脳の解剖を行い、RNA-seq解析を行った。遺伝子プロファイリング解析の結果、TRPN1遺伝子を含め宇宙滞在によって発現が増減する遺伝子を複数同定することに成功した。現在それらの機能について解析を進めている。29年度が最終年度であるため、記入しない。1.特定の細胞・組織・器官を蛍光蛋白質の発現により可視化することができるトランスジェニックゼブラフィッシュ系統の開発を行った。(1)トランスポゾン転移システムを用いた遺伝学的方法論により、特定の脳領域でGal4を発現するトランスジェニックゼブラフィッシュ系統を新規に20系統作製した。(2)計画研究瀬原班と共同で、宇宙滞在によって浮き袋において発現量が変動する遺伝子の発現を可視化するトランスジェニックフィッシュの作製に成功した。2.特定の神経細胞の遺伝子発現プロファイリングを行った。(1)終脳においてGFPを発現するトランスジェニックフィッシュからFACSによりGFP発現細胞を選別し、RNA-seqにより遺伝子発現プロファイリングを行い、神経細胞特異的発現遺伝子を同定することに成功した。(2)瀬原班と共同で、宇宙滞在ゼブラフィッシュの脳のRNA-seqによる遺伝子プロファイリング解析に着手した。3.行動解析アッセイシステムの開発を行った。ゼブラフィッシュの不安行動を解析するための「新規タンク行動解析システム」、情動・恐怖に関連した学習を解析するための「恐怖条件付け学習解析システム」、空間的な記憶、学習行動を解析するための「空間学習解析システム」の開発に成功した。4.脳で発現する遺伝子のCRISPR/Cas9法による遺伝子機能解析を行った。ゼブラフィッシュ終脳特異的に発現する転写因子emx3遺伝子をCRISPR/Cas9法により破壊し、ホモ2倍体が行動に異常を示すことを明らかにした。5.宇宙滞在により影響を受ける可能性がある視床下部領域の解析を行った。視床下部は自律機能の調節、ストレス応答等を司る重要な脳領域である。トランスジェニックフィッシュを用いた機能イメージング解析により、視床下部の摂食中枢、及びストレス刺激に応答する部位を明らかにした。1.当初予定していた脳特異的Gal4発現トランスジェニックゼブラフィッシュ系統の作製に加えて、浮き袋特異的Gal4発現トランスジェニックフィッシュの作製に成功したから。2.特定の神経細胞においてGFPを発現するトランスジェニックフィッシュからFACSによりGFP発現細胞を選別し、RNA-seqにより遺伝子発現プロファイリングを行い、神経細胞特異的発現遺伝子を同定することに成功したから。3.ゼブラフィッシュの行動解析アッセイシステムの開発が順調に進んでいるから。4.脳で発現する遺伝子のCRISPR/Cas9法による遺伝子機能解析に成功したから。5.視床下部の機能イメージング解析により、視覚刺激から視床下部の摂食中枢にいたる神経回路を明らかにし、論文を出版することができたから。(ii)

脳血管近傍に存在する新規細胞群を同定した。それらが血液脳関門形成に関わっている可能性を示した(Galanternik et al. eLife 2017)。(iii)視床下部はホメオスタシス、睡眠、食欲のコントロールに重要な働きをしている。トランスジェニックフィッシュとカルシウムイメージングを利用して、エサなどの視覚刺激が食欲中枢である視床下部下葉を活性化する神経回路を明らかにした(Muto et al. Nat Comm 2017)。(3)計画研究瀬原班と共同で、宇宙滞在2日目、5週目のゼブラフィッシュの脳の解剖を行い、RNA-seq解析を行った。遺伝子プロファイリング解析の結果、TRPN1遺伝子を含め宇宙滞在によって発現が増減する遺伝子を複数同定することに成功した。現在それらの機能について解析を進めている。(1)宇宙滞在によって発現が変動する脳神経細胞関連遺伝子、浮き袋関連遺伝子の破壊実験およびトランスジェニックフィッシュ作製による過剰発現実験を行い、それら遺伝子の機能と表現型を関連づける研究を推進する。(2)ゼブラフィッシュ脳領域特異的遺伝子発現プロファイリングを推進し、宇宙滞在による遺伝子発現変動と遺伝子機能を関連づけるための基盤を構築する。29年度が最終年度であるため、記入しない。
地下水面近傍にある不完全飽和砂質土の液状化特性評価

従来、地下水位以深の地盤は、完全飽和状態にあると仮定し、飽和土供試体を用いた室内試験により液状化の可能性が評価されてきた。しかし、速度検層試験の結果では、地下水面近傍の地盤ではわずかな気泡の混入により飽和度が低下し、それにともないP波伝播速度が低下し完全飽和時の値を示さないことがある。本研究では、地下水面近傍にあるが不完全飽和状態にある地層の、より適切な液状化特性および変形特性を評価することを目的としている。P波速度とS波速度の双方を計測可能なように、発振素子と受信素子を供試体の上下に位置するキャップとペデスタルに内蔵させた三軸試験装置の開発を行なっている。この試験機を用いて、室内試験において飽和状態の推定に使用される間隙水圧係数B値と飽和度Sr、原位置において速度検層試験により計測可能なP波とS波伝播速度との関連を調べている。さらに、P波速度とS波伝播速度を飽和度の指標に用いて、非排水単調載荷三軸試験および非排水繰返し三軸試験を行ない、不完全飽和状態にある砂質土の変形流動特性と液状化抵抗について詳しく調べている。一般に、地盤の液状化強度は地下水中の僅かな気泡の混入により、増大することが知られている。従来、砂質土地盤の液状化判定を行う際、地下水位以下の地盤は、完全飽和状態として扱われてきた。一方、地下水位以下のP波速度は飽和度と共に低下する傾向が見られるので、PS検層により測定された原位置のP波速度をもとに、地下水面近傍における地盤の状態は、必ずしも完全飽和状態ではない場合があると考えられる。よって、この様な地盤状態の液状化強度を過小に評価している可能性がある。しかし、現在原位置における飽和度測定の手段がないのが現状であるため、地盤の飽和状態が液状化強度に及ぼす影響を定量的に評価している例が少ない。本研究では1)供試体のP波速度測定により、砂質土のP波速度と飽和度の関係を明らかにする、2)P波速度により不飽和状態の液状化強度を把握する、という2つを目的として、P波速度測定可能な三軸試験機の開発、およびP波速度の測定後に平均主応力一定条件下における非排水繰返し三軸試験を実施し、液状化強度の評価を行った試験方法は、豊浦砂を空中落下法により作製し、供試体の密度,飽和度を変化させてP波速度,飽和度,間隙水圧係数B値及び液状化強度の定量的な評価を行い、以下の知見を得た。1)P波速度は飽和度と強い相関性があり、原位置の飽和度を知る指標となる。2)飽和度の低下により液状化強度は増加し、P波速度は増加の指標となる。よって、P波速度を指標とすることで、原位置における飽和度を考慮した砂質土の液状化強度をより適切に評価出来ることが明らかになった。従来地下水位以深の地盤は完全飽和状態にあると仮定し、飽和土供試体を用いた室内土質試験により液状化の可能性が評価されてきた。しかし速度検層の結果では、地下水面近傍の地盤ではわずかな気泡の混入により飽和度が低下し、それに伴いP波伝播速度が低下し完全飽和時の値を示さないことがある。本研究では、地下水面以深にあるが不完全飽和状態にある地層の、より適切な液状化特性及び変形特性を評価することを目的としている。昨年度に引き続き、室内三軸圧縮試験機に内臓したP波・S波伝播速度測定装置を用いて、室内試験で供試体の飽和状態の推定に使用される間隙水圧係数B値と飽和度Sr、原位置において測定可能なP波・S波伝播速度との関連を検討した。これより、B値が0.05から1.0に変化するとき、Srは90%から100%に変化し、B値は飽和度の高い領域をより精度良く表す指標となることがわかった。P波・S波伝播速度の速度比Vp/VsとB値の関係は、相対密度に関係なくB値が0のとき速度比は2となる。B値の上昇とともに速度比は増加する。B値が0.95以上になると速度比は8まで上昇する。多孔質弾性理論を用いて導出される速度比とB値の関係を表す理論式と実験結果を比較すると、土粒子骨格のポアソン比は相対密度に関係なく0.35となることがわかった。

昨年度は、非排水繰返し三軸試験から得られる液状化強度とB値の関連を検討した。そこで本年度は、非排水三軸圧縮単調載荷試験により、比較的緩い不完全飽和砂質土の変形流動特性とB値の関連を検討した。これから緩い供試体では、飽和度が低下することにより定常状態・変相状態・準定常状態点などは総じて増加し、収縮的挙動と膨張的挙動の境界はB値に依存することが確認された。また飽和度の低下により残留強度も増加することが確認された。
生分解吸収性材料を応用した機能的顎骨再建法の確立

本研究では顎骨形態と咀嚼機能の同時回復を目的として、ポリ-L-乳酸(PLLA)に着目し、骨髄海綿骨細片(PCBM)移植のための吸収性トレーを開発し、その組織反応、生体内強度変化、PCBMの骨形成過程に対する影響を検索した。また下顎骨再建実験を通して本材の適合方法、人工歯根との併用による新しい再建法の有効性について検討した。その結果、1)本材はダクロンウレタントレーに匹敵する強度と鋏での裁断や加温による整形が可能であるなど優れた操作性を有していた。2)本材は2か月まで安定な組織反応を示し、良好な組織修復が得られた。また3か月以降は、材料の分解に伴う異物反応がみられるが、その反応は軽微で臨床的に充分許容できるものであった。3)PLLAシリンダー内でのPCBMによる骨形成は術後1か月でピークに達し、ほぼシリンダー形態どうりの骨が形成された。4)本材はPCBMの骨形成が完了する2か月までは強度の低下を示さず、以降徐々に強度を低下させ、6か月で0となるど、適度な吸収速度を有していた。5)再建実験では、トレーを下顎下縁からあてがうU字型適合法の場合、4例全例が術後3か月には骨体部の連続性が回復され、より確実な術式と考えられた。6)一方、トレーを下顎上縁からあてがう逆U字型適合法では、4例中3例に良好な顎堤と骨体部の再生が得られ、義歯装用可能な機能的再建法となる可能性が示唆された。しかしこのうち1例にトレーの一部露出が、残る1例に露出、感染がみられたことから、本法ではより薄くて柔軟なトレーが必要と考えられた。7)薄型トレーに人工歯根を組込んだ逆U字型適合法では、5例全例に術後1か月で切除前を上回る顎骨の再生がみられた。また顎堤形態や人工歯根の骨植も良好で、トレー露出や感染はみられなかった。以上、本法は形態と機能の同時回復という顎骨再建の最終目標に新たな道を開くものと考えられた。1)メッシュトレーの素材分子量205,000のポリ-L-乳酸(PLLA)を245°Cで紡糸し、80°Cで延伸した直径0.56mmと0.6mmのモノフィラメント糸を織成して、メッシュトレーを作製した。その結果、トレーの強度は従来のダクロンウレタンメッシュトレーに匹摘し、鋏での裁断や摂氏70°Cの加温によって希望の形態に容易に整形できるなど、優れた操作性が得られた。2)PLLAメッシュの生体内組織反応成犬背部皮下を用い、組織反応を検討した結果、PLLAメッシュは2か月までの創傷治癒過程では、為害性をほとんど示さず、その組織反応は本質的に非吸収性材料の場合と同様であった。また、3か月以降では、材料の分解とそれに伴う異物反応がみられたが、組織反応は軽微かつ限局的であった。3)PLLAメッシュと骨髄海綿骨細片移植(PCBM)の異所性骨化PLLAメッシュシリンダー内部にPCBMを充填し、成犬皮下に埋入した結果、埋入1週目でシリンダー内に骨の新生がみられ、1か月後、骨新生はピークに達し、ほぼシリンダーの形態に沿って骨形成がみられた。4)PLLAの生体内強度変化PLLA

フィラメントを成犬皮下に埋入し、機械的強度の推移を観察した結果、埋入2か月までは強度の低下は全くみられず、埋入3か月まで初期強度の約80%を維持していた。貧食像が出現する3か月以降、強度は急激に低下し、埋入6か月でほぼ0となった。この強度変化は、PCBMによる骨形成期間を充分クリアーするものであり、本トレーがPCBMの形態付与と機能的骨再構築にとって好ましい機械的性質をもつことが示された。分子量205、000のPLLAを245°Cで紡糸し、80°Cで延伸した直径0.56mmと0.6mmのモノフィラメントを織成したメッシュ・トレーを用い、下顎骨再建実験を行った。実験にはビーグル成大10頭を用い、臼歯部下顎骨を長さ2.5cmの区域で骨膜を含めて切除、同部にPLLAメッシユ・トレーを適合・固定し、同犬の腸骨より採取した骨髄海綿骨細片(PCBM)をトレー内に充填した。トレーの適合は、トレーを切除部の下方からU字型にあてがうA法、ならびに、トレーを切除部の上方から逆U字型にあてがうB法の2種類の方法で行い、術後3、6、12か月の治癒状態を肉眼的、X線学的ならびに病理組織学的に観察した。その結果、A法では、5例全例、術後3か月には切除部に骨が再生し、6か月後には母骨との境界部はほとんど判別されなくなった。組織学的には、1年後もトレー内にはその外形に沿って成熟した骨組織が形成されたが、歯槽頂部ではところによって軟組織の陥入がみられた。また、トレーは組織球により貧食、吸収されつつあるが、周囲組織に炎症反応はほとんど認められなかった。一方、B法では、5例中にトレーの露出と感染が、また1例に骨の形成は良好なものの、トレーの一部露出がみられた。しかし、5例中3例では、術後3か月ですでに切除断端は連続し、歯槽頂部では母骨と同じ高さに骨が形成された。6か月後には組織学的にも、ほぼトレーの形態に沿い緻密な骨が形成され、肉眼的に顎堤の形態も良好であった。以上、トレーを舌顎骨下縁にあてがうA法は、顎堤形態の回復は充分ではないが、全例早期に生理的な骨組織による連続性の回復が得られ、より確実な再建法と考えられた。一方、トレーを下顎骨上縁にあてがうB法は、2例に対咬歯による外傷あるいは歯肉粘膜の緊張によると思われるトレーの露出を認めたが、成功例では顎骨の連続性ばかりでなく顎堤形態の回復も良好で、メッシユ厚を調整すれば、より機能的な再建法となる可能性が示唆された。内面に人工歯根の固定装置をもつ薄型PLLAメッシュトレーを開発し、ビ-グル成犬5頭を用いて、人工歯根組込み型トレーと新鮮骨髄海綿骨細片(PCBM)移植による下顎骨再建実験を行った。尚、PCBMの増量材として顆粒状ヒドロキシアパタイト(HAP顆粒)を使用した。その結果、全例経過良好で、術後1か月にはすでに、X線的に活発な骨の新生と下顎骨の連続性の回復がみられ、再建部の新生骨は、上下、頬舌径とも切除前を上回っていた。また、肉眼的に被覆粘膜は正常色を呈し、トレーの露出や感染、HAP顆粒の排出はみられなかった。術後2か月では、新生骨はさらに成熟度を増し、X線的にほぼ正常な骨梁構造が認められ、人工歯根と新生骨梁とは移行的で、人工歯根周囲に被膜の形成を思わせる透過像はみられなかった。肉眼的に顎堤の形態も良好で、歯肉開窓後、露出された人工歯根には全く動揺はみられず、良好な骨植が獲得されていた。術後3か月では、5例中3例で人工歯根辺縁の良好な歯肉治癒を認めたが、2例では辺縁歯肉の軽度の発赤、腫張がみられた。しかし全例、X線的には人工歯根辺縁部に骨の吸収像はみられなかった。
ショートケースライティングによる知識活用学習法の開発

本研究では,ショートケースライティングによる知識活用学習法の開発を目的とする.本年度は,最新の研究動向調査およびケース題材の選定作業を行った.得られた成果は以下である.(1)最新の研究動向調査2018年度教育システム情報学会全国大会(第43回)にて,企画セッション「ICTを活用したPBL(problem / project based learning)の支援」を主宰し,最新の研究動向の調査を行った.このセッションでの発表および参加者とのディスカッションを通じて,本研究の独創性の確認およびICTの支援により本研究課題の効果を高められる可能性を確認することができた.特に,PBLにおいて,社会的コンテキストとの接地を促すICT支援研究は,国内外において着目されておらず,本研究課題が大きく貢献できる可能性を見出した.また,本セッションにて発表した「PBLを支援するICTの整理」が大会奨励賞最終審査ノミネート論文となり,一定の評価を得た.(2)ケース題材の選定作業アスリートのメディア対応トレーニングに関する研究協力者および協力機関を得ることができた.アスリートは自分自身,クラブ,所属協会,オリンピック委員会,自身へのスポンサー,クラブへのスポンサー,大会スポンサー,ファン,一般大衆,マスメディアなど様々なステークホルダーを考慮したメディア対応が求められている.これにSNSが加わることにより,アスリートがファンや一般大衆へメッセージを発信するようになったり,そのメッセージをメディアが再発信するようになったりとアスリートとメディアの関係が複雑化している.こういった状況を受けて,メディア対応の知識教育だけでなく,応用力の教育を伴った教材開発が求められている.本年度はケースの具体的な設計作業に入る予定であったが,計画当初の協力機関での実施が困難となり,新たな協力機関選定を行ったため,研究進捗に若干の遅れが生じている.しかし,具体的な協力機関およびその専門家との協力体制を構築することができたため,次年度はケースの具体的な設計作業に入ることができる.本年度は,アスリートのメディア対応トレーニングに関するケース教材の作成とそのパイロットテストを実施する予定である.これらの活動により,研究課題の一つである“学習要素の埋め込みに着目したケースの設計法および評価法"を開発する.本研究では,ショートケースライティングによる知識活用学習法の開発を目的とする.本年度は,最新の研究動向調査およびケース題材の選定作業を行った.得られた成果は以下である.(1)最新の研究動向調査2018年度教育システム情報学会全国大会(第43回)にて,企画セッション「ICTを活用したPBL(problem / project based learning)の支援」を主宰し,最新の研究動向の調査を行った.このセッションでの発表および参加者とのディスカッションを通じて,本研究の独創性の確認およびICTの支援により本研究課題の効果を高められる可能性を確認することができた.特に,PBLにおいて,社会的コンテキストとの接地を促すICT支援研究は,国内外において着目されておらず,本研究課題が大きく貢献できる可能性を見出した.また,本セッションにて発表した「PBLを支援するICTの整理」が大会奨励賞最終審査ノミネート論文となり,一定の評価を得た.(2)ケース題材の選定作業アスリートのメディア対応トレーニングに関する研究協力者および協力機関を得ることができた.アスリートは自分自身,クラブ,所属協会,オリンピック委員会,自身へのスポンサー,クラブへのスポンサー,大会スポンサー,ファン,一般大衆,マスメディアなど様々なステークホルダーを考慮したメディア対応が求められている.これにSNSが加わることにより,アスリートがファンや一般大衆へメッセージを発信するようになったり,そのメッセージをメディアが再発信するようになったりとアスリートとメディアの関係が複雑化している.こういった状況を受けて,メディア対応の知識教育だけでなく,応用力の教育を伴った教材開発が求められている.本年度はケースの具体的な設計作業に入る予定であったが,計画当初の協力機関での実施が困難となり,新たな協力機関選定を行ったため,研究進捗に若干の遅れが生じている.しかし,具体的な協力機関およびその専門家との協力体制を構築することができたため,次年度はケースの具体的な設計作業に入ることができる.本年度は,アスリートのメディア対応トレーニングに関するケース教材の作成とそのパイロットテストを実施する予定である.これらの活動により,研究課題の一つである“学習要素の埋め込みに着目したケースの設計法および評価法"を開発する.本年度はケースの具体的な設計作業に入る予定であったが,計画当初の協力機関での実施が困難となり,新たな協力機関選定を行ったため,研究進捗に若干の遅れが生じている.そのため,ケース作成用に計上していた予算が次年度に繰り越しとなった.しかし,具体的な協力機関およびその専門家との協力体制を構築することができたため,次年度はケースの具体的な設計作業に入ることができる.
コルク組織が植物の二次代謝系へ及ぼす影響に関する研究

コルク組織の植物の二次代謝系への影響を検討するため、クララのほか、カンゾウ、イヌエンジュ、エンジュ、Casealpinia pulcherrima、ムラサキ、オウレン、アキカラマツ、バイカイカリソウ、スイカズラ、ウチワノキ、レンギョウ、シナレンギョウ、チョウセンレンギョウ、タバコの各培養細胞にコルク組織を添加し培養した結果、前者9種に関しては、二次代謝産物の生産は促進されたが、後者6種に関してはほとんど効果が認められなかった。生産が促進されたもののうちアルカロイド、フェノール配糖体など細胞内に蓄積されるものに関してはその増加量は1.5-2倍にとどまったが、細胞外に蓄積される低極性化合物の場合は、ほぼ3-5倍まで生産は促進された。この効果は、生産系が機能している場合にのみ認められ、de novoによる生産誘導は認められなかった。また、クララおよびカンゾウ培養細胞において促進される化合物のパターンを、酵母エキスによる生産促進現象と比較した結果、この効果はいわゆる′′エリシター′′によるストレス反応の結果誘導される場合とは異なることがわかった。さらに、コルク中の活性促進物質の検索を行うために、コルク組織を、強酸、強アルカリ、各種の加水分解酵素などにより処理することにより活性物質の可溶化を試みた結果、10N NaOH可溶性画分に二次代謝産物生産促進因子が存在することが明らかとなった。この画分には若干のフェノール成分、蛋白質の他、多糖類が存在した。また生産促進効果はコルク組織のみならず、ヒノキ材にも認められたが、脱分化したクララ培養細胞の細胞壁画分には認められなかったことから、植物組織の細胞間接着相もしくは後生的に形成される二次壁に活性本体が存在すると考えられる。以上のことから、植物における二次代謝の生産は、器官分化により形成される化合物によっても制御されていることが明らかとなった。
計算理論的設計による知識抽出モデルに関する研究

本研究の目的はデータマイニングにおける現在の精度限界を打破するための知識抽出モデルの提案と、それに関する理論研究及び実際のシステムの構築である。特に、研究代表者の持つ先端技術である計算幾何学的手法を中心に、計算理論手法による限界突破を目指した。継続中の研究テーマについては研究をさらに進めると共に、過去3年間に行った研究の取りまとめを行った。新たに得られた研究成果については、国内外の会議や研究会にてを発表するとともに、論文に纏めて学術論文誌に投稿をした。以下、新たに得られた結果について簡単に紹介する。昨年までの研究における重要な成果として、ゾーン図に関する結果が挙げられるが、これは点と点の間の3等分線によって描かれる図であった。本年度はこれをさらに発展させ、点と線分の間の3等分線について考え、そのような等分線の一意的存在性を示すと共に、3等分線を効率的に計算するアルゴリズムを提案した。次に、平面上に辺を曲線として描画されたグラフにおいて、辺が交差しない全域部分木を計算する問題を考えた。非交差な全域部分木を持つかどうかの判定はNP困難問題であり、交差数を最小化する問題は近似困難である事が知られている。本研究では、自然なパラメタに対し、パラメトリック計算量(パラメタへの依存度を考慮する計算量)を考察した。対象とするパラメタは、入力されるトポロジカルグラフにおける交差辺対の数、交差辺の数、頂点集合の凸包の内点である頂点数である。また、3-SAT問題への帰着により、この問題に対して計算困難性を示した。本研究では、透明性を保ちながら、この二値化誤差からくる限界を克服するデータマイニングシステムの設計とその理論的解析を行う。このようなデータマイニングシステムは要望されてはいるが、現実化は難しく、独創的な新しいアイデアが必要とされていた。初年度の具体的な成果としては、柔軟な決定木の構築に用いる階層ルールのアルゴリズムの高速化と高次元化である。高次元(多属性)階層化ルールの実現にあたっては、直接的なモデル化を行うと、近似計算すら困難な問題に定式化される。この計算困難性を避けるために計算理論的な考察を行い、それに従ったモデル化とアルゴリズム設計を行う必要性がある。1次元手法の直接的な拡張は多項式時間アルゴリズムにならないという問題点があったが、本研究ではグラフアルゴリズムを用いて任意の次元における高次元ルールの構築を行い、世界に先駆けて発表した(国際会議COCOONにおいて行った発表)事が大きな成果である。また、階層化ルールを用いた決定木のプロトタイプ実装を行い、実験による評価を開始した。さらにインターネットにおける知識抽出の実用的なモデル化の側面から、クラスタリングのアルゴリズムの理論的解析及び実用的定式化の研究を行った。本年度の目標は下記のようなものであった。1.最適関数近似理論の理論限界の追求2.最適化エンジンを含んだエキスパート付き決定木システムの設計と実装:二値属性の場合に知られている陰的な枝刈りの理論を数値属性の場合に拡張する。3.非決定性を含んだ柔軟な決定木システムの設計と理論解析:Nondeterministicな決定木モデルにおける重み付けの最適化を解析し、精度限界の理論を与える。1については、国際論文誌での論文発表を行い、また、サーベイ論文の執筆も行っている。更に、関連した新しいグラフのクラスタリングと高濃度グラフ発見のアルゴリズムを成果として発見した。2,3については、オンライン学習理論の利用を導入し、理論的な誤差評価を行うことに成功した。それに従い、陰的な枝刈りの新しいシステムを開発し、実験による検証も行った。本研究では,透明性を保ちながら,二値化誤差からくる限界を克服するデータマイニングシステムの設計とその理論的解析を行う.平成18年度の具体的な成果目標としては,柔軟かつ実用的なデータマイニング手法の実現と,関連する基礎理論とその利用についての研究を行った.また、全と、博士研究員として参加したAshkan Sami研究員は、WEBデータや医療データなどでの問題への応用研究を行った。さらに、データマイニングで広く従われるクラスタリングのための基礎理論であるボロノイ図についても研究を行い、さまざまな拡張について成果を得た。また、モデル班のメンバーとして,近年のさまざまの新しい計算モデルについてスタディーと研究を行った。特に河原林はグラフマイナーを考慮した最適化アルゴリズムの設計理論について世界的なブレークスルーであると評価の糾、研究を行なった。その一部は本特定領域の経費で招聘したBruce Reed教授との共同研究であり、データマイニングで用いるグラフの視覚化に応用できる非常に優れた成果である。また、徳山と塩浦はパラメトリック複雑度モデルでの計算量の理論と離散凸解析モデルでの計算理論での成果をあげた。本年度の具体的な主な成果としては,間接的なものを含めると、下記のものがある.・柔軟な決定木の構築と実験・階層ルールの一般化に対する計算量の探求と高速アルゴリズムの設計・計算幾何学の最適化理論の研究・WEBデータや医療データにおけるデータマイニングの実用研究・パラメトリック複雑度やグラフマイナーを考慮した新しいモデルでのアルゴリズム設計理論・計算幾何学手法を用いた金融工学における近似アルゴリズムの設計本研究の目的はデータマイニングにおける現在の精度限界を打破するための知識抽出モデルの提案と、それに関する理論研究及び実際のシステムの構築である。

特に、研究代表者の持つ先端技術である計算幾何学的手法を中心に、計算理論手法による限界突破を目指した。継続中の研究テーマについては研究をさらに進めると共に、過去3年間に行った研究の取りまとめを行った。新たに得られた研究成果については、国内外の会議や研究会にてを発表するとともに、論文に纏めて学術論文誌に投稿をした。以下、新たに得られた結果について簡単に紹介する。昨年までの研究における重要な成果として、ゾーン図に関する結果が挙げられるが、これは点と点の間の3等分線によって描かれる図であった。本年度はこれをさらに発展させ、点と線分の間の3等分線について考え、そのような等分線の一意的存在性を示すと共に、3等分線を効率的に計算するアルゴリズムを提案した。次に、平面上に辺を曲線として描画されたグラフにおいて、辺が交差しない全域部分木を計算する問題を考えた。非交差な全域部分木を持つかどうかの判定はNP困難問題であり、交差数を最小化する問題は近似困難である事が知られている。本研究では、自然なパラメタに対し、パラメトリック計算量(パラメタへの依存度を考慮する計算量)を考察した。対象とするパラメタは、入力されるトポロジカルグラフにおける交差辺対の数、交差辺の数、頂点集合の凸包の内点である頂点数である。また、3-SAT問題への帰着により、この問題に対して計算困難性を示した。
セラミックス繊維強化複合材料の摩擦摩耗状態監視システムの研究

ピン・ディスク型摩擦・摩耗試験機を用いて3種類のSiC長繊維強化複合材料ピン(繊維46vol%と33vol%Alマトリックス,繊維45vol%ボロシリケ-トマトリックス)と4種類のセラミックスディスク(ZrO_2,Al_2O_3,Si_3N_4,SiC)を組合せ,荷重W=1.845.29N,摩擦速度6090mm/s,無潤滑下で摩耗試験を行った。このときのAEをピン端面に取り付けたAEセンサによって検出し,動的接触状態と摩耗機構の推定を行った。さらに,摩耗面の微細凹凸の幾何学的形状の変化とAE解析結果との関係についても検討を行い,AEと表面損傷状況との関係を明らかにした。その結果,次のようなことが明らかになった。1.AEのリングダウン計数率は複合材料ピンの比摩耗量の増加とともに増大するのでリングダウン計数率による比摩耗量の定性的評価が可能である。2.摩擦・摩耗中に検出されるAE波は材質の損傷と破損のみでなく,摩耗粉の移着や摩耗粉の介在過程によっても発生する。また,同一の複合材料ピンでも組合せたディスクの材質によって摩耗状態が変化し,リングダウン計数率の発生状況も変化する。3.材質の選択の仕方によっては摩耗面の平均線深さlaや微細条痕の総断面積に対する摩耗粉の排出割合α_bとリングダウン計数率は相関があるため,摩耗面の損傷状況ならびに摩耗粉発生状態などをインプロセスで検出可能である。4.摩耗面の平均線深さlaと微細条痕の平均深さSp/bが増加し,微細突起先端半径r_oが減少するとピンとディスクの比摩耗量は増大する。また,Sp/bが増加すると摩擦係数が増大する。5.α_b摩耗性指数Γが増加するとピンとディスクの比摩耗量が増大する。さらに,α_b・Γによって比摩耗量の定量的評価が可能になった。ピン・ディスク型摩擦・摩耗試験機を用いて2種類のSiC繊維強化金属ピン(繊維46vol%と33vol%Alマトリックス)と4種類のセラミックスディスク(ZrO_2,Al_2O_3,Si_3N_4,SiC)を組合せ,荷重W=1.845.29N摩擦速度80mm/s,無潤滑下で摩耗試験を行った。このときのAEをAEセンサにより検出し,動的接触状態と摩耗機構の推定を行った。さらに摩耗面の微細凹凸の幾何学的形状の変化とAEの解析結果との関係についても検討を行い,AEと表面損傷状況との関係を明らかにした。その結果次のようなことが明らかになった。1.AEのリングダウン数はSiC繊維強化金属ピンの比摩耗量と相関関係があり,リングダウン数によって比摩耗量の定性的評価が可能である。2.AE波は単に材質の損傷,破損のみでなく,摩耗粉の移着や弾性接触によっても発生する。3.材質の組合せによってはその材質の摩耗面の微細凹凸の幾何学的形状とAE発生率には固有の相関関係があるため、それぞれの組合せにおける摩耗面の損傷状況をリアルタイムで検出することも可能である。4.同一のSiC繊維強化金属ピンでも組合せたディスク材質によってその摩耗形態が変化する。例えば,Si_2N_4SiCディスクではディスクの比摩耗量がピンのものよりも大きくなる。一方,ZrO_2,Al_2O_3ディスクではその逆の傾向を示した。5.ピンの微細条痕の総断面積に対する摩耗粉の排出割合αbが大きくなるほどAEのリングダウン数は増大した。

6.Si_3N_4とSiCディスクと組合せたピンでは、ピンの摩耗面の平均線深さlσの増加とともにAEのリングダウン数は増大した。一方,ZrO_2Al_2O_3と組合せたピンでは,lσが減少するほどリングダウン数は増大した。この結果は,摩耗機構の差の検出に利用できることがわかった。ピン・ディスク型摩擦・摩耗試験機を用いて3種類のSiC長繊維強化複合材料ピン(繊維46vol%と33vol%Alマトリックス,繊維45vol%ボロシリケ-トマトリックス)と4種類のセラミックスディスク(ZrO_2,Al_2O_3,Si_3N_4,SiC)を組合せ,荷重W=1.845.29N,摩擦速度6090mm/s,無潤滑下で摩耗試験を行った。このときのAEをピン端面に取り付けたAEセンサによって検出し,動的接触状態と摩耗機構の推定を行った。さらに,摩耗面の微細凹凸の幾何学的形状の変化とAE解析結果との関係についても検討を行い,AEと表面損傷状況との関係を明らかにした。その結果,次のようなことが明らかになった。1,AEのリングダウン計数率は複合材料ピンの比摩毛量の増加とともに増大するのでリングダウン計数率による比摩耗量の定性的評価が可能である。2,摩擦・摩耗中に検出されるAE波は材質の損傷と破損のみでなく,摩耗粉の移着や摩耗粉の介在過程によっても発生する。また,同一の複合材料ピンでも組合せたディスクの材質によって摩耗形態が変化し,リングダウン計数率の発生状況も変化する。3,材質の選択の仕方によっては摩耗面の平均線深さlaや微細条痕の総断面積に対する摩耗粉の排出割合α_bとリングダウン計数率は相関があるため,摩耗面の損傷状況ならびに摩耗粉発生状態などをインプロセスで検出可能である。4,摩耗面の平均線深さlaと微細条痕の平均深さSp/bが増加し,微細突起先端半径r_0が減少するとピンとディスクの比摩耗量は増大する。また,Sp/bが増加すると摩擦係数が増大する。5.α_bと摩耗性指数Γが増加するとピンとディスクの比摩耗量が増大する。さらに,α_b・Γによって比摩耗量の定量的評価が可能になった。
フィコリンによる補体レクチン経路の活性化機構

自然免疫は自己と非自己を区別するという多細胞生物に共通する反応である。自然免疫による生体防御反応は、感染微生物表面のリポ多糖やペプチドグリカンなどが作り出す一定の分子パターンを認識することにより開始される。パターン認識蛋白として働く生体防御レクチンには、マンノース結合レクチン(MBL)などのコレクチンファミリーと近年発見されたフィコリンが知られている。本研究では、血清レクチンであるL-フィコリンとH-フィコリンが、MBLと同様にセリンプロテアーゼMASPと複合体を形成して存在し、レクチン経路の認識分子として働くことを明らかにした。また、レフィコリンがグラム陽性細菌の細胞壁成分の1つであるリポテイコ酸(LTA)やカビ類の細胞成分である1,3-β-D-グルカンに結合し、補体レクチン経路を介して補体を活性化することを明らかにした。一連の成果は、フィコリンが特異的に微生物表面の糖鎖を認識し、補体レクチン経路を介して異物の除去に働くという自然免疫機構の分子基盤の1つを明らかにした。また、本研究ではフィコリンA欠損マウスを作成し、その表現型の解析を進めている。先に作成したMASP-1/3欠損マウスの表現型は、レクチン経路の初動が遅延していること、MASP1がMASP2の活性化にも関与していること、インフルエンザウィルスに易感染性であることなどを明らかにした。さらに、獲得免疫を持たないとされる脊椎動物・円ロ類以下の原始的な動物について生体防御の分子機序とフィコリンの系統発生学的な解析を行うため、両生類のゼノパスおよび無脊椎動物・原索動物であるマボヤからフィコリン様分子を単離した。その構造と機能を解析し、フィコリン、MASPおよび補体系の中心成分であるC3からなる原始的な補体レクチン経路の分子基盤を明らかにした。本研究は、フィコリンの生体内での役割を明らかにするものであり、平成12年度には以下の成果が得られた。A.フィコリンによるレクチン経路活性化:ヒト血清からN-アセチルグルコサミン結合カラムと抗MBLカラムを用いてMBLフリーのFicolin/P35を精製し、このFicolin/P35にMASP-1/MASP-2/sMAPが結合していることをウエスタンブロッティングで明らかにした。血清中においてもFicolin/P35がMASP-1/MASP-2/sMAPと結合しており、補体系を活性化することを溶血活性で明らかにした。これらの結果は、MBLに加えてフィコリンがレクチン経路を活性化することを明らかにし、J.ImmunolのCutting Edgeに掲載された。B.フィコリン欠損マウスの作製:マウスフィコリンのフィブリノーゲン様構造をコードする遺伝子のエクソンを含むゲノムを標的部位としてネオマイシン遺伝子による置換型の相同組み換えをするためのベクターを構築した。これをES細胞に形質導入し、相同組み換えを起こしたES細胞をすでに得ている。現在、このES細胞をマウス胚盤胞へ入れ込み、仮親からキメラマウスを産ませているところで、今後、キメラマウスを交配することで、ヘテロ欠損マウス、更にホモ欠損マウスを作製する。C.下等動物におけるレクチン経路の解析:マボヤ体液からN-アセチルグルコサミン結合カラムを用いて、フィコリンに相当するレクチンを2種類精製した。

精製したフィコリン様レクチンをV8プロテアーゼで切断し、数カ所の部分アミノ酸配列をもとにPCRを行い、PCRで得られた産物をプローブとしてcDNAのクローニングを行った結果4種類のフィコリンが得られ、すでに得られているマボヤMBL様レクチンとは異なり、コラーゲン構造を有することが判明した(J.Biol.Chem.投稿中)。本研究は、フィコリンの生体内での役割を明らかにするものであり、平成13年度には以下の成果が得られた。A.補体レクチン経路の解析:本年度は、補体レクチン経路に関与する新たなセリンプロテアーゼMASP-3をデンマークのグループとの共同研究で明らかにした。この結果から、補体レクチン経路に関与するレクチンと複合体を形成する分子はMASP-1/MASP-2/MASP-3/sMAPであることが明らかとなった(Immunity 15,127,2001)。C.下等動物におけるレクチン経路の解析:マボヤ体液からN-アセチルグルコサミン結合カラムを用いて、フィコリンに相当するレクチンを2種類精製し、そのcDNAのクローニングを行った結果、4種類のフィコリンが得られた(J. Biol. Chem. 276,19959,2001)。本年度は、円口類のヤツメウナギにおいて2種類の新規なレクチンを発見し、その構造と機能を解析中である。また、両生類のゼノパスにおいて4種類のフィコリンの遺伝子をクローニングし、現在、MASPと複合体を形成しているかを解析中である。本研究は、フィコリンの生体内での役割を明らかにするものであり、平成14年度には以下の成果が得られた。A.補体レクチン経路の解析:本年度は、当研究室で作製したMASP-1/3欠損マウス血清を用いて、補体レクチン経路の活性化機構について検討した。まず、蛋白としてのMASP-1とMASP-3が欠損していることを確認し、C4,C2を活性化するMASP-2の活性化におけるMASP-1の役割りを検討した。この結果、MASP-2はそれ自体で活性化を起こすが、MASP-1の存在下ではその効率が著しくよくなることが判明した(投稿準備中)。B.フィコリンの生体内での役割:昨年度はFicolin/P35と類似の構造を持つフィコリン、博多抗原(H-ficolin)が、MASP-1/MASP-2/MASP-3/sMAPと複合体を形成し、補体レクチン経路を活性化することを明らかにした。本年度は、イギリスのと共同研究で抗ガン剤の投与により、免疫力が低下している患者さんにおいてMBLとフィコリンの血中濃度を測定し、生体内での役割を推定した(投稿中)。また、マウスフィコリン欠損動物の作製に着手した。C.下等動物におけるレクチン経路の解析:本年度は、円口類のヤツメウナギにおいて2種類の新規なレクチンを発見し、その一つは、コラーゲン構造を持つMBLであり、興味深いことにもう一つのレクチンは、C1qであった。このことは、補体レクチン経路から古典的経路へ進化したことを示す。また、両生類のゼノパスにおいて4種類のフィコリンの遺伝子をクローニングし(Immunogenetics, in press)、MASPの分子進化について明らかにした(J.Immunol, in press)。
操り空間モジュール化に基づく直接接触不可能物体のピンセットマニピュレーション

家庭,医療,福祉など人間生活に近い場で作業可能な多指ロボットハンドシステムの開発を目指し,ピンセット道具による物体把持・操作法を開発することで,ロボットハンドの機能向上を目的とした.主な成果は,物体操作性評価方法の確立,接触領域が曖昧であっても物体把持を実現できる手法の確立,物体把持に関するデータベースの構築と,それらデータベース検索に基づいて物体把持・操作が可能となる手法の確立,である.家庭,医療,福祉など人間生活に近い場で作業可能な多指ロボットハンドシステムの開発を目指し,ピンセット道具による物体把持・操作法を開発することで,ロボットハンドの機能向上を目的とした.主な成果は,物体操作性評価方法の確立,接触領域が曖昧であっても物体把持を実現できる手法の確立,物体把持に関するデータベースの構築と,それらデータベース検索に基づいて物体把持・操作が可能となる手法の確立,である.家庭,医療,福祉など人間生活に近い場で作業可能な多指ロボットハンドシステムの開発が求められている.しかしながら,現在のところ,多指ハンドは人間の手ほど多くの機能を有することができていないため,その活用の範囲は限られている.本研究では,道具,中でもピンセット形道具に着目し,ピンセット形道具により,直接触ることのできない物体を把持・操るシステムを開発することを目指す.以上のような目的のもとに研究を行い,以下のような成果を得た.1. (1)拇指対抗機能,(2)指リンクや手の平での操り機能,(3)人間と類似の形状,同等の自由度,(4)表面やわらかさ,の機能を持った4本指からなる多指ロボットハンドを設計・開発した.なお,実際に製作したのは,親指,人差し指部のみであり,残りの指政策ならびに指改良は来年度行う予定である.本ハンドは,掴む対象の情報の不確かさを吸収する上で重要な表面やわらかさを持っており,道具把持に最適と考えられる.2.ロボットハンドなど,手先効果機にかかる重力や手先外力の影響を考慮しながら,同時に速度領域で,マニピュレータの可操作性を評価するための新しい手法を開発した.3. 2で開発した手法をもとに,物体を多指ロボットハンドで把持し,操るシステムに関して,把持の保障を行いながら,同時に速度領域で可操作性を議論するための新しい手法を開発した.各アクチュエータに与えられる作動範囲より発生可能速度と発生可能トルクの関係を導出し,その関係をもとに,把持に必要な力を考慮しながら,発生可能な対象物速度の集合を導出した.この集合をもとに,発生可能な対象物速度を評価する新しい指標を開発した.家庭,医療,福祉など人間生活に近い場で作業可能な多指ロボットハンドシステムの開発が求められている.しかしながら,現在のところ,多指ハンドは人間の手ほど多くの機能を有することができていないため,その活用の範囲は限られている.本研究では,道具,中でもピンセット形道具に着目し,ピンセット形道具により,直接触ることのできない物体を把持・操るシステムを開発することを目指す.以上のような目的のもとに研究を行い,以下のような成果を得た.1.前年度開発したロボットハンドに,表面剛性可変の機能を付加した.これにより,ピンセットによる把持,その後の操り,物体の組み付けなど,状況に応じて適切に表面剛性を変えることができる.2.与えられたタスクに応じて,物体をロボットハンドでどのように把持すればよいのかを解析するための把持最適化の方法を開発した.3.物体を多指ロボットハンドで操作するための軌道計画を与える手法の開発を行った.同時に,把持・軌道計画を視覚化するシステムを構築した.これにより,直観的に道具で物体をどのように把持し,操ればよいのか,また,人間がどのように物体を把持し,操るのかを直観的に把握できるようになった.4.柔軟物体を把持し,物体の形状を変化させるシステムを開発した.人間の動作をもとに,柔軟物体を操作するための基本動作を抽出し,それらを組み合わせることで物体を移動し,望みの形状へと変形させるシステムを構築した.家庭,医療,福祉など人間生活に近い場で作業可能な多指ロボットハンドシステムの開発が求められている.しかしながら,現在のところ,多指ハンドは人間の手ほど多くの機能を有することができていないため,その活用の範囲は限られている.本研究では,道具,中でもピンセット形道具に着目し,ピンセット形道具により,直接触ることのできない物体を把持・操るシステムを開発することを目指す.以上のような目的のもとに研究を行い,以下のような成果を得た.1.前年度までに開発した表面剛性可変の機能を持つロボットハンドに,手首部移動機構を付加し,ピンセットによる物体把持だけでなく,ピンセット把持状態のまま,ロボットハンドを移動させることが可能となった.2.接触点位置が曖昧であったとしても物体把持を確実に行うことができる手法を開発した.これにより,ピンセット・対象物間,ピンセット・ロボットハンド間の情報が曖昧であったとしても確実に把持が可能となった.3.ピンセットによる対象物把持に関するデータベース,ロボットハンドによるピンセット把持に関するデータベースを作成し,データベース検索に基づいてピンセットによる物体把持・操作が可能となる手法を構築した.4.関節についているモータの作動範囲をもとに,物体把持における操作性を評価する新しい手法を構築した.ピンセットによる物体把持・操りを実際にロボットに行わせる際,必要となる把持・操り計画ための指標を導出した.
パーキンソン病モデル動物での視床下核刺激による認知機能変化の検討

パーキンソン病(PD)で、運動機能を改善する視床下核脳深部刺激療法(STN-DBS)の、認知機能への直接的影響を検討する目的で、認知機能障害に特化したPDモデル動物を作成し、運動機能に影響されない行動実験でSTN-DBS施行後の認知機能変化を分析する実験系を確立することが、H22年度の目標である。PDの主病態は中脳黒質緻密部ドーパミン細胞の変性だが、中脳腹側被蓋野(VTA)の変性も認知機能に関わるためVTAを選択的に破壊し、認知機能障害に特化したPDモデル動物を作成した。全体の実験系は以下の通りで、現在まで1,2,4,5の行程が確立された。1両側VTA障害モデルの作成8週齢以降のWister ratにステレオ装置を用いて、神経毒である6-OHDA2μg/μlを両側VTA(前後:内耳道点より+3.8mm、左右:正中線より左右に0.7mm、深さ:硬膜表面より7.6mm)に1μl、0.125μl/minの速度で注入.対照(非障害)群は生理食塩水を注入。VTA障害群では動作緩慢、反応性低下が観察され認知機能変化が示唆された。2 3週間後STN-DBS刺激電極の装着ステレオ装置を用いてDBS刺激電極をSTN(前後:内耳道点より+5.4mm、左右:正中線より左右に2.5mm、深さ:硬膜表面より7.7mm)に埋入。3 1週間後、刺激装置にて単発刺激(125Hz,60μsec,0.2mA連続60分間)を1日1回3日間施行6行動実験にて、VTA生理食塩水注入(非障害)群との比較(認知精神機能の変化の有無)、DBS非刺激(非治療)群との比較(DBS刺激影響の有無)を準備中である。
機能性材料を用いたマイクロマシンのための遠隔エネルギー供給システムの研究

マイクロロボットシステムへのエネルギー供給システムに関する研究として,焦電効果及び光圧電効果を持ったPLZT素子を用いた非接触光エネルギー及び情報供給システムに関しての研究を行った.焦電効果は素子の温度変化に比例した電荷を発生する現象で,熱エネルギーに依存し,光圧電効果は紫外線の照射による電荷の発生で熱その他の影響を受けない.そのため,焦電効果と光圧電効果は独立した現象として存在し,供給する媒体を赤外線と紫外線を用いることによって独立した供給が可能である.本研究では,小型でバッテリーの搭載が困難なマイクロロボットシステムや他のエネルギー供給システムではエネルギーの受信ならびに変換のためのシステムを内蔵することが困難なシステムにおいて有利になると考えられる素子単体で受信及び信号の発生ができるPLZT素子を用いたことにその特徴がある.パルス上の熱エネルギーの商社による温度変化から発生する焦電効果によるエネルギー供給と,紫外線による光圧電効果による情報伝達により,本システムは構成され,実験による動作の確認を行った.現時点での実験結果ではおよそ10nA程度の電流の供給と2bps程度の情報伝送が確認でき,これはデバイスを駆動するには十分とはいえないが,これまで研究を行った静電アクチュエータなどのように高電圧でありながら電流を必要としないようなアクチュエータへの応用が可能であるとの結論に達している.また,これらの特性にはPLZT素子の組成やシステムの構成などに改良の余地があることから,材料からのアプローチなどによる特性の改善を行っていく予定である.マイクロロボットシステムへのエネルギー供給システムに関する研究として,焦電効果及び光圧電効果を持ったPLZT素子を用いた非接触光エネルギー及び情報供給システムに関しての研究を行った.本研究では,小型でバッテリ-の搭載が困難なマイクロロボットシステムや他のエネルギー供給システムではエネルギーの受信ならびに変換のためのシステムを内蔵することが困難なシステムにおいて有利になると考えられる素子単体でで受信及び信号の発生ができるPLZT素子を用いたことにその特徴がある.本研究費補助金を受けている期間では物理モデルを用いて光から電気エネルギーを発生するメカニズムの解析を行うとともにオフラインシュミレーターの構築を行った.オフラインシミュレーターではニュー力にお光りの周波数や強度に応じた電荷の発生に関して調べることができた.また,光学システムを用いた実験では紫外線や赤外線の光圧電効果及び焦電効果を特徴的に発生する周波数領域の光を用いて電荷の発生及びそのほかの基本特性に関して調べた.この実験の結果ではシミュレーションに比べていずれの特性地も下回っており,また,資料によるばらつきも大きく,特性の安定化及び向上が課題となった.マイクロロボットシステムへのエネルギー供給システムに関する研究として,焦電効果及び光圧電効果を持ったPLZT素子を用いた非接触光エネルギー及び情報供給システムに関しての研究を行った.焦電効果は素子の温度変化に比例した電荷を発生する現象で,熱エネルギーに依存し,光圧電効果は紫外線の照射による電荷の発生で熱その他の影響を受けない.そのため,焦電効果と光圧電効果は独立した現象として存在し,供給する媒体を赤外線と紫外線を用いることによって独立した供給が可能である.本研究では,小型でバッテリーの搭載が困難なマイクロロボットシステムや他のエネルギー供給システムではエネルギーの受信ならびに変換のためのシステムを内蔵することが困難なシステムにおいて有利になると考えられる素子単体で受信及び信号の発生ができるPLZT素子を用いたことにその特徴がある.パルス上の熱エネルギーの商社による温度変化から発生する焦電効果によるエネルギー供給と,紫外線による光圧電効果による情報伝達により,本システムは構成され,実験による動作の確認を行った.現時点での実験結果ではおよそ10nA程度の電流の供給と2bps程度の情報伝送が確認でき,これはデバイスを駆動するには十分とはいえないが,これまで研究を行った静電アクチュエータなどのように高電圧でありながら電流を必要としないようなアクチュエータへの応用が可能であるとの結論に達している.また,これらの特性にはPLZT素子の組成やシステムの構成などに改良の余地があることから,材料からのアプローチなどによる特性の改善を行っていく予定である.