hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
海綿細胞の凝集に関する研究-複合糖質の構造について-

広島県尾道市外向島にて採集した二種の海綿Haliclona permollisimilis及びHaliclona permollisについて以下の研究を行った.1.凝集促進物質の単離及び精製:海綿をトリプシン含有Ca^<2+>-Mg^<2+>FreeEDTA含有人工海水中で処理し,遊離細胞を得た.人工海水中に遊離した粗凝集因子を硫安沈澱,セファロース4Bクロマトグラフィー,CMセルロースクロマトグラフィーを組み合わせて精製を行いつつあり,現在,その凝集活性,化学的性状等の検討を行っている.2.海綿細胞の脂質組成について:Haliclona permollisimilisの細胞よりクロロホルムーメタノール(2:1)にて総脂質の抽出を行い,更にFolch分配により分離精製をした.下層画分を,クロロホルム,アセトンメタノール(9:1)及びメタノールを溶出溶媒とするイアトロビーズカラムクロマトグラフィーにより,中性脂質,糖脂質およびリン脂質に分離し,各画分についてTLC,GC等により分析を行った.その結果, Haliclona permollisimilisの脂質は,二種のリン脂質,一種の糖リン脂質,七種の糖脂質より構成されていた.またFolch下層に回収される糖脂質画分にはシアル酸は検出されず,ガングリオシドの存在は認められなかった.糖脂質画分については更にイアトロビーズカラムを用いて単離精製し,セレブロシドをはじめ数種の糖脂質の構造を決定した.3.海綿細胞の凝集に関与する糖蛋白質の糖鎖構造を決定するためには,高感度かつ迅速なオリゴ糖の分析が必須であるため,紫外線吸収試薬P-アミノ安息香酸エチルエステル(ABEE)を用いる分析法を確立した.糖蛋白質よりヒドラジン分解で糖類を切り出し,これを直接ABEE化し, Bio-Gel P-4クロマトグラフィー, OPSカラム及びAmide-80カラムを用いるHPLCにより分析すると数ピコモルの感度でオリゴ糖の分離分析が可能であることが明らかになった.更にABEE誘導体は, FAB-MS分析に適していることを明らかにした.広島県尾道市外向島にて採集した二種の海綿Haliclona permollisimilis及びHaliclona permollisについて以下の研究を行った.1.凝集促進物質の単離及び精製:海綿をトリプシン含有Ca^<2+>-Mg^<2+>FreeEDTA含有人工海水中で処理し,遊離細胞を得た.人工海水中に遊離した粗凝集因子を硫安沈澱,セファロース4Bクロマトグラフィー,CMセルロースクロマトグラフィーを組み合わせて精製を行いつつあり,現在,その凝集活性,化学的性状等の検討を行っている.2.海綿細胞の脂質組成について:Haliclona permollisimilisの細胞よりクロロホルムーメタノール(2:1)にて総脂質の抽出を行い,更にFolch分配により分離精製をした.下層画分を,クロロホルム,アセトンメタノール(9:1)及びメタノールを溶出溶媒とするイアトロビーズカラムクロマトグラフィーにより,中性脂質,糖脂質およびリン脂質に分離し,各画分についてTLC,GC等により分析を行った.その結果, Haliclona permollisimilisの脂質は,二種のリン脂質,一種の糖リン脂質,七種の糖脂質より構成されていた.またFolch下層に回収される糖脂質画分にはシアル酸は検出されず,ガングリオシドの存在は認められなかった.糖脂質画分については更にイアトロビーズカラムを用いて単離精製し,セレブロシドをはじめ数種の糖脂質の構造を決定した.3.海綿細胞の凝集に関与する糖蛋白質の糖鎖構造を決定するためには,高感度かつ迅速なオリゴ糖の分析が必須であるため,紫外線吸収試薬P-アミノ安息香酸エチルエステル(ABEE)を用いる分析法を確立した.糖蛋白質よりヒドラジン分解で糖類を切り出し,これを直接ABEE化し, Bio-Gel P-4クロマトグラフィー, OPSカラム及びAmide-80カラムを用いるHPLCにより分析すると数ピコモルの感度でオリゴ糖の分離分析が可能であることが明らかになった.更にABEE誘導体は, FAB-MS分析に適していることを明らかにした.
育児困難な乳幼児の孫をもつ祖父母に対する孫育児支援方法の開発と検証

育児困難な乳幼児の孫をもつ祖父母特有の孫育児における体験が「孫の疾病や障がいに強い衝撃にもがき苦しみ、徐々に回復・安定へと向かいつつも希望と落胆の間を揺らぎ続け、息子/娘夫婦を支える立場に身をおき続け、常に気遣い見守る」ことから、「ありのままを受け止め自分らしく孫育児を行い、家族間の情緒的きずなや家族機能の安定に自分自身が関与していると認識できる」ことをめざした孫育児支援プログラムを開発し実施した。プログラムにより、孫育児を通して自己実現ができているとの認識が強化されることを確認した。「育児困難児をもつ祖父母の孫育児の実態把握【研究I】」のデータ収集及び分析を行った。研究対象は9名の育児こんな字の育児に参加している祖父母であり、男性3名女性6名であった。データ収集方法は半構成的面接法であり、孫の障がいや疾病がわかってから今日までの経過、孫育児への参加状況、親たちとの役割分担の現状、親たちに対する思い、孫に対する思いなどを尋ねた。孫の障がいや疾病の受容プロセス、親たちと孫に対する思い、家族に対する思いを抽出し要約し、類似した要約を集約してカテゴリー化した。更に要約を経時的に配置し、祖父母の受容プロセスのパターンと特徴を記述した。祖父母たちは孫の障がいや疾病を受容する中でもがき苦しむが、親たちを思いやり、親たちの受容を優先するために自らの感情の表出を抑制したり、親たちに同調するという特徴が導き出された。現在は、グループ間で分析の妥当性の検証を行っている。「アジア諸国の孫育児及び孫育児支援に関する情報収集【研究II】」では、アジア以外の育児困難児の祖父母の体験に焦点をあてた文献を入手し、日本と諸外国の文化的視点及び育児困難児の年齢や障害の種類による特徴を検討し、本邦における祖父母の体験の特徴を検討した。育児困難な孫の育児における体験が、【最初の衝撃】、【希望と落胆の揺らぎ】、【孫育児への寄り添い】、【娘/嫁の心理的安寧の見守り】、【息子/娘夫婦の家族機能支援】、【自己実現】にカテゴリー化されたことから、育児困難児の祖父母特有の体験が「孫の疾病や障がいに強い衝撃を受けて苦しみ、徐々に回復・安定へと向かいつつも希望と落胆の間を揺らぎ続け、一方で、息子/娘夫婦を直接的・間接的に支える立場に身をおき続け、常に息子/娘夫婦を気遣い見守る」ことから、「ありのままを受け止め、自分らしく孫育児を行い、家族間の情緒的きずなや家族機能の安定に自分自身が関与していると自ら実感し価値づけられる」ことをめざした看護が必要であると考え、ナラティヴ・アプローチによる孫育児支援プログラムを開発した。プログラムのゴールは、A.孫育児力向上、B.家族関係調整、C.自己実現の3側面から、自分自身の価値を認識することとした。研究機関内にプログラム評価を実施するのに十分なサンプルが得られなかったことから、プログラムを継続し、先行研究で開発した「孫育児自己評価票」のプログラム前後の比較と、孫育児及びプログラムに対する対象者の主観的評価の質的分析を重ねていく予定である。「育児困難児をもつ祖父母の孫育児の実態把握【研究I】」として、「育児困難な乳幼児をもつ祖父母における孫育児の実際とQOLとの関連」を実施した。育児困難児を「疾患や障害、成長発達上の問題により、出生直後から連続する育児上の困難を有する乳幼児。日常生活や養育において特別の配慮を有し、親が主たる養育者となって在宅で養育されている児」と定義し、乳幼児期にある育児困難児の孫をもち、主たる養育者である孫の親と共に、孫育児に日常的に参加している祖父母であり、研究参加の同意が得られた者を研究対象とした。調査内容は、基礎的情報として、年齢、性別、職業の有無、健康状態、家族構成、孫の年齢(月齢)、健康状態、孫育児の頻度と内容、孫育児の実際は、孫育児の内容、孫育児に伴う感情、孫に対する思い、家族に対する思いを調査する。QOLは、QOLの程度とQOLに関連する事項とした。調査方法は、質問紙法と半構成面接法によることとした。今年度は、研究計画立案、研究倫理審査委員会への申請と承認、面接ガイドの作成、研究協力施設への依頼と事前打合せを行った。研究対象候補者を抽出し、研究依頼を行って研究対象者数名を決定した。「アジア諸国の孫育児及び孫育児支援に関する情報収集【研究II】」では、文献検索により、アジア諸国の孫育児の実態及び孫育児支援の有無と内容について情報を収集した。【研究I】は研究対象者を計画どおりに得ることができ、順調に終了した。【研究II】では、文化的に類似しているアジア諸国を念頭に置いていたが、アジア以外の諸国に検索範囲を拡大することで、逆に日本の文化的特徴がクリアになり、育児困難児をもつ祖父母に特有の体験を描くことができた。今年度は研究目的

1「育児困難児の孫をもつ祖父母の孫育児の実際と自己のQOL向上につながる孫育児実践という目標の達成状況、及び目標達成を左右する要因を明らかにするという最初の段階の研究を終了する予定であった。しかし、当初予定していた「育児困難児をもつ祖父母の孫育児の実態把握【研究I】」の研究協力施設から協力の辞退があったため、新たに研究力施設を探さなければならなくなり、調査の実施に遅れが生じた。今年度は孫育児新方法の試案を作成し、実施・評価を行う。研究メンバーが所属する医療機関2施設においての施行が予定されており、現在はそのプログラムを詰めている段階である。障がいや疾病の告知直後から継続的に家族支援を行う中で、祖父母単独、あるいは祖父母を含む家族全体へのアプローチを行い評価する。「育児困難児をもつ祖父母の孫育児の実態把握【研究I】」では、今年度中に新たな研究協力期間が得られ、研究対象者も決定している。研究計画が完成し、研究倫理審査委員会の承認も得られているため、5月以降に研究依頼とデータ収集を行っていく予定である。アジア諸国の孫育児及び孫育児支援に関する情報収集【研究II】では、収集した文献整理を継続すると共に、専門家への聞き取り調査を並行して行っていく予定である。上記ふたつの成果を統合し、「孫育児支援方法の試案作成【研究III】」に着手していく。プログラム実施のための交通費、謝金、施設使用料、印刷費、等を計上する。データ整理として、逐語録作成のための謝金等を計上する。研究成果発表のための旅費、学術集会参加費を計上する。【研究I】では、インタビュー調査にかかる交通費、謝金、データ整理(逐語録作成等)を実施するために旅費、謝金等を計上する。特に昨年度使用する予定であった繰り越し分の研究費を【研究I】に充てる。【研究II】資料収集と整理、聞き取り調査にかかる交通費、謝金、データ整理(逐語録作成等)を実施するために旅費、謝金等を計上する。【研究III】では、交通費、会議費を計上する。
発話ロボットの音声学習における脳機能モデルの再現と発声障害のシミュレータの構築

本研究において、人間と同等の発声器官をエアポンプ、人工声帯、声道共鳴管、音響アナライザなどを用いて全て機械的に構成し、聴覚フィードバック学習によって自律的に音声を獲得、生成することができる発話ロボットを構築した。特に声道部は柔らかいシリコーンゴムを用いており、これを柔軟に制御することによって特定の音響を生成できることを示し、ソフトロボット構築の観点からその有効性を考察した。最終年度は、機械式発話システムが聴覚フィードバックによる模倣学習によって音声を獲得する課程について、人間の脳機能を再現した学習モデルを構築し、その有効性を検証した。小脳、皮質視床、大脳基底核から成る、音声の聴覚フィードバック学習の脳内ネットワークに着目し、これを計算機モデルとしてFPGAに実装した。小脳は、脳内において知覚と運動機能の統合を行う機能を司り、音声の生成においては聴覚から得られる音声知覚情報を元に、発話器官の動作生成をおこなうための制御信号を作り出している。そこで、発話タイミングの認知と生成に着目し、小脳ネットワークの計算機モデルを構築した。本モデルは、人間の発話から、その発話速度発話長および各音素の発声タイミング、抑揚を認識し、ニューロネットワークの発火パターンからロボットの発話制御信号を自動生成するものである。人間との音声対話実験において、人の発話速度、抑揚を認識し、それに応じて適応的に同様の発話速度と発話長、抑揚を持つ音声を作り出すことが可能となった。更に脳内ネットワークの大規模化を進め、話者の個人性の表出や、声真似、多言語の特徴的音響の再現など、より高精度に人の発話を再現できることを確認した。また、発話障がい患者の音声特徴をロボットに再現させることにより、その原因を、構音動作と脳障害の両面から特定するためのロボットシミュレータの開発もおこなった。人間の発声は大きく分けて、声帯振動による音源の生成と、共鳴によるホルマントの付加という、2つの働きによって構成されている。初年度となる本年度は、人間の発声器官に対応する機能を、それぞれエアポンプ、人工声帯、調音用共鳴部、マイク、音響解析部によってメカニカルに再現した発話ロボットを構築した。特にこれまでに実現が困難であった摩擦音や破裂音の生成のために、歯および口唇の開発と実装をおこない、生成音声の明瞭度の向上を目指した。人間と同等レベルの発話動作の再現のためには、口内部において100cm/secの動作速度が必要となる。モータによる発話器官の駆動では充分な速度とトルクが得られないため、空気圧によるバルーンアクチュエータの検討をおこなった。明瞭な音声生成のためには、50mm程度の動作範囲において1mm精度の位置決めが必要であり、未だ検討中である。更に、発話ロボットが聴覚フィードバックによる模倣学習によって音声を獲得する課程について、人間の脳機能を再現した学習モデルの提案をおこなった。小脳、皮質視床、大脳基底核から成る、音声の聴覚フィードバック学習の脳内ネットワークに着目し、これを計算機モデルとして実装を進めた。皮質視床は間脳の一部位を占め、聴覚からの入力情報を大脳新皮質へ中継する役割を担っている。この信号を元に、大脳は音声を解釈し、言葉や声の特徴の理解をおこなっている。また大脳基底核は、大脳皮質と視床、脳幹を結びつけている神経核の集まりであり、音声学習における運動調節や認知機能を担っている。これら3つの脳機能を再現した自己学習機能の提案をおこない、計算機モデルとして構築を進めた。研究初年度となる27年度は、人間の音声生成器官と等価な発話機構を持つロボットの構築と、聴覚フィードバック学習による自律音声獲得を可能とする脳機能モデルの検討の遂行であり、下記の通り、ほぼ順調に進めることができた。発話ロボットの構築については、全てメカニカルな機構とそれを制御するモータによって、計算機を介して適切な発話動作を再現し、人間に近い音声を作り出すことに成功した。特にこれまでに困難であった摩擦音と破裂音について、人間の生体器官に近い材質と形状で作成した歯と口唇を実装することにより、これらの音声の生成を可能とした。被験者による聴取実験により、充分に音声の生成が可能であることも示した。ここで、モータによる制御においては、メカニカル機構部の動作速度が充分に上がらないため、子音音声が不明瞭であるという問題がおこった。より人間の発話に近い速度を実現する目的で、空気圧を使ったアクチュエータの実験をおこなった。その結果、動作速度については目標を達成できたが、発話器官の精密な位置決めが未だ困難であり、次年度も引き続き検討をおこなう。更に、自律音声獲得のための脳機能モデルの提案と、計算機モデルとしての実装を進めた。発話ロボットが人間の音声の模倣学習によって自己の音声を獲得する課程について、小脳、皮質視床、大脳基底核から成る、音声の聴覚フィードバック学習の脳内ネットワークモデルを提案し、これら3つの脳機能を再現した学習モデルの構築を進めた。本年度は、FPGAを使って本モデルをロボットの音声学習制御部に実装し、動作確認まで終えた。音声を入力することにより、音響信号から神経伝達パルス列を生成し、脳内ネットワークモデル内で共有できることを確認した。次年度からは、音声獲得の高速オンライン学習および実時間発話制御システムを実現していく。

人間の発声は大きく分けて、声帯振動による音源の生成と、共鳴によるホルマントの付加という、2つの働きによって構成されている。研究2年目となる本年度は、発話ロボットに摩擦音や破裂音の生成のための新機構とその制御手法を実装することにより、発声障がい患者の不明瞭音声ならびに、外国語の発話再現をおこなった。新機構により、人工声帯と声道部の動作速度が上がり、また動作位置制御も大幅に向上した結果、不明瞭音声の原因となる発話動作の再現が可能となり、更に子音優位で高速な発話動作が要求される英語、ドイツ語、ベトナム語の発話も実現した。更に、発話ロボットが聴覚フィードバックによる模倣学習によって音声を獲得する課程について、人間の脳機能を再現した学習モデルを構築した。小脳、皮質視床、大脳基底核から成る、音声の聴覚フィードバック学習の脳内ネットワークに着目し、これを計算機モデルとしてFPGAに実装した。小脳は、脳内において知覚と運動機能の統合を行う機能を司り、音声の生成においては聴覚から得られる音声知覚情報を元に、発話器官の動作生成をおこなうための制御信号を作り出している。本研究ではまず、発話タイミングの認知と生成に着目し、小脳ネットワークの計算機モデルを構築した。本モデルは、人間の発話から、その発話速度発話長と各音素の発声タイミングを認識し、ニューロネットワークの発火パターンからロボットの発話制御信号を自動生成するものである。人間との音声対話実験において、人の発話速度、抑揚を認識し、それに応じて適応的に同様の発話速度と発話長、抑揚を持つ音声を作り出すことに成功した。今後は、脳内ネットワークの大規模化を進め、より高精度に人の発話を再現できる計算機モデルを構築していく。研究2年目となる28年度は、人間の音声生成器官と等価な発話機構を持つロボットの構築において、摩擦音や破裂音の生成のための新機構とその制御手法を実装し、更に聴覚フィードバック学習による自律音声獲得を可能とする脳機能モデルを組み込むことにより、下記の通り、ほぼ順調に進めることができた。人間と同様の発話を可能とする機械モデルの構築については、より高精度で俊敏な動作を行うための位置・速度制御機構を実装することによって、計算機制御により適切な発話動作の再現が可能であることを示した。特に、発声障がい患者の不明瞭音声ならびに、外国語の発話の再現まで可能とし、被験者による聴取実験により、充分に音声の生成が可能であることも示した。これらは従来の機械式音声生成の研究においては成し遂げられなかった成果と言える。更に、自律音声獲得のための脳機能モデルの提案と、計算機モデルとしての実装を進めた。発話ロボットが人間の音声の模倣学習によって自己の音声を獲得する課程について、小脳、皮質視床、大脳基底核から成る、音声の聴覚フィードバック学習の脳内ネットワークモデルを提案し、これらの機能を再現した学習モデルの構築とFPGAへの実装をおこなった。人間の発話から、その発話速度発話長と各音素の発声タイミングを認識し、ネットワークの発火パターンからロボットの発話制御信号を自動生成できることを示した。次年度は、より高精度に人の発話を模倣して再現する機構を実現し、新しい音声インタフェースとしてのロボットの評価を行っていく。
ナノ狭窄電子系構造体薄膜の作製とそのストレージデバスへの適用

電流狭窄型巨大磁気抵抗効素子(以下,CCP-GMR素子と略す)や強磁性ナノ狭窄磁壁型抵抗素子(以下,NCMR素子と略す)は,高密度磁気記録用の再生素子として,0.20.3Ωum^2程の中素子抵抗かつ高MR変化率の磁気抵抗素子特性を実現可能である,著者らが新たに開発したスピンバルブ型の素子である.本研究では,これらの磁気抵抗素子特性と,ナノ狭窄構造体中に自己組織化的に形成されるナノメータサイズの金属伝導体部(導電チャネル)および絶縁体部の伝導特性,導電チャネルの面内径との関係に着目し,導電チャネルの直接観察およびチャネル抵抗の直接計測を行い,磁気抵抗特性の向上の指針を得るためのConductive AFMによる導電チャネルの真空中その場計測法を確立した.また,この計測法を用いて,導電チャネルの形成メカニズムのモデル化を行い,導電チャネル部の伝導特性と磁気抵抗率の関係を明らかにした.自己組織化材料・プロセスの研究と磁気ヘッド素子の試作・評価・解析法の開発の一部(素子化・評価)を行った。自己組織化によって形成される導電チャネルを含む1nm級の極薄酸化物の形成メカニズムについて調査を行った。具体的には、これまでに蓄積された実験結果をもとに、Co_<1-χ>Fe_χ(χ=0.1、χ=0.7)、Cr/Co_<1-χ>Fe_χ、Al/Co_<0.9>Fe_<0.1>、Al/Cu、Ta/Co_<0.9>Fe_<0.1>の各表面における酸化過程と導電チャネルの形成過程(Ta以外は自然酸化、Taはイオンアシスト酸化)をその場観察法(In-Situ AFM/STM)、磁気測定、MR測定、XPS、TEMなどの分析・観察法を用いて調べた。そこで得られた酸化物の形成過程(Al原子の表面への移動、酸化物の形成・凝集)、酸化物の構造と磁性などの結果をもとに、ナノ狭窄構造体となる導電チャネルを含む1nm級の極薄酸化物層の形成メカニズムのモデル化を行った。モデルより示された1nm級の導電チャネルを含むナノ狭窄構造体の開発指針は、表面での酸化物形成能の高いAl、Cr、Siなどの極薄酸化物層の形成と表面における酸化物形成反応、Alなどの物質移動、還元反応の制御にあり、結晶粒の微細化に加えて、加熱(処理)温度と酸素の供給が重要な制御パラメータとなることを明らかにした。さらに、観察に成功しているコンタクトモード(電流モード)の原子間力顕微鏡(c-AFM)のその場観察より得られた導電チャネル径(w)と電流値の関係(AFM短針の先端径より小さい範囲では電流はW^2に比例)より、単一の導電チャネルの抵抗計測が可能との考えに立ち、単一の強磁性導電チャネルの抵抗・磁気抵抗効果測定装置の作製を行った。計測回路(電子回路)上の各抵抗値の検討を行い、抵抗計測には新たな回路設計を完了し,実際にナノコンタクトのMR効果(磁気抵抗効果)を直接計測する装置を組み上げた。これらの抵抗計測およびMR効果の直接計測により,モデル化を行った各系の材料選択および最適化を行うことを可能とした。磁気ヘッド素子の試作・評価・解析法の開発の一部(素子化・評価)と自己組織化材料・プロセスの研究とを行った。そこで得られた酸化物の形成過程(Al原子の表面への移動、酸化物の形成・凝集)、酸化物の構造と磁性などの結果をもとに、ナノ狭窄構造体となる導電チャネルを含む1nm級の極薄酸化物層を作製し、コンタクトモード(電流モード)の原子間力顕微鏡(c-AFM)のその場観察を行った。導電チャネルの抵抗計測を可能とするために、計測回路(電子回路)上の各回路パラメータ(LCR値等)のシミュレーション検討を行い、最適化を行った。また、実際の回路においても過渡応答や高周波応答も本計測法において有効であることを確認した.これらの抵抗計測の直接計測のために必要な高導電性かつ鋭敏なプローブ(プローブ先端径はおよそ10nm前後の径をもち,プローブ顕微鏡の分解能に比例する)の最適化のために、種々のプローブの試験を行った。材料としては、文献調査の結果、Ptもしくは、PtIrのPt系金属のコートプローブかダイアモンドに不純物ドープを施した導電性コートを施したプローブが優れていることが分かった。実際に、PtIrコートのプローブとダイアモンドコートのプローブにおいても、1nm級の導電チャネルのAFM観察に成功した。電流狭窄型巨大磁気抵抗効素子(以下,CCP-GMR素子と略す)や強磁性ナノ狭窄磁壁型抵抗素子(以下,NCMR素子と略す)は,高密度磁気記録用の再生素子として,0.20.3Ωum^2程の中素子抵抗かつ高MR変化率の磁気抵抗素子特性を実現可能である,著者らが新たに開発したスピンバルブ型の素子である.

本研究では,これらの磁気抵抗素子特性と,ナノ狭窄構造体中に自己組織化的に形成されるナノメータサイズの金属伝導体部(導電チャネル)および絶縁体部の伝導特性,導電チャネルの面内径との関係に着目し,導電チャネルの直接観察およびチャネル抵抗の直接計測を行い,磁気抵抗特性の向上の指針を得るためのConductive AFMによる導電チャネルの真空中その場計測法を確立した.また,この計測法を用いて,導電チャネルの形成メカニズムのモデル化を行い,導電チャネル部の伝導特性と磁気抵抗率の関係を明らかにした.
関節軟骨におけるグリコサミノグリカンの質量分析による網羅的解析法の開発

グリコサミノグリカン(GAG)は2種類の単糖が交互に繰り返す基本骨格に硫酸化、エピマー化などの修飾を有する、ヘテロ性の高い糖鎖である。変形性関節症(OA)、ムコ多糖症、動脈硬化症、癌などの疾患や加齢に、質的もしくは量的変化を介する、GAGの機能変化が関係していることがわかっている。OAの研究を進めるために、これまで申請者がタンパク質の修飾の解析に用いてきた方法である質量分析法を応用し、軟骨組織におけるGAGの網羅的解析のための方法の確立をめざした。1.異性体を分離することのできるカラムを使ったLC分離の後、selected reaction monitoring(選択反応モニタリングSRM)モードでのタンデム質量分析を行うことで、コンドロイチン硫酸系、ビアルロン酸、ヘパラン硫酸系、ケラタン硫酸系からなるGAGの二糖17種類の標品を使って高感度に一斉測定することに成功した。この方法を用いて長鎖GAG標品を酵素処理し、生成してくる二糖を定量することにより、従来法と同様の結果が得られることを確認した。この方法を関節軟骨に応用して、軟骨中のGAG11種類が一斉解析できることを示した。特に生物学的に重要性をもつと考えられている過剰に硫酸化された二糖をSRMモードで検出したのは初めてである。→「第59回日本質量分析総合討論会」、「第23回生物学技術研究会・第34回生理学技術研究会」において発表した。この方法は、同じくGAG定量の必要のあるムコ多糖症の診断に使用できる可能性があり、その研究を行っている研究室や、関心をもつ企業から照会を受けている。2.さらにGAG遊離末端部とタンパクとの結合部に由来する二糖を測定する系を確立した。→「第36回日本医用マススペクトル学会年会」において発表した。
プルキンエ細胞シナプス後部におけるカルシニューリン依存的入力認識機構の解明

【概要】小脳のプルキンエ細胞は興奮性および抑制性入力に対し、それぞれ棘突起型非対称性シナプスおよび樹状突起型対称性シナプスを形成するが、この入力依存的なシナプス結合様式がどのような分子機構によって実現されるかは不明な点が多い。本研究では、興奮性シナプスの長期抑圧に関わるカルシウム依存的脱リン酸化酵素として知られているカルシニューリンに着目し、「プルキンエ細胞シナプス後部にはカルシニューリン依存的な入力認識機構が存在し、入力選択的なシナプス後部形成に関わっている」という仮説を立て、この実験的証明のためにカルシニューリンB1サブユニット(CNB1)分子欠損マウスを用いた形態学的・電気生理学的解析を行った。これまでの研究から、CNB1が小脳のプルキンエ細胞のおよび抑制性介在ニューロンに発現しており、CNB1の分子欠損が抑制性終末ープルキンエ細胞棘突起間の異所性シナプス形成を有意に増加させることを明らかにしてきた。【平成30年度の研究成果】これまで解析に用いてきたCNB1lox/lox::GluD2cre/+マウスではプルキンエ細胞だけでなく抑制性介在ニューロンでもCNB1分子欠損がみられた。そこでシナプス後部におけるCNB1の機能を検討するために、In Utero Electroporation法を用いてプルキンエ細胞特異的CNB1ノックダウンを行ったところ、遺伝子導入細胞では有意なCNB1の発現消失が認められ、抑制性終末密度の有意な増加が認められた。以上の所見はシナプス後部のCNB1が抑制性神経支配を制御していることを強く示唆しており、当該研究の作業仮説を支持するものであった。本研究課題ではシナプス形成過程における入力認識機構の解明を目的として、CNB1分子欠損モデルマウスを用いて、その興奮性および抑制性回路形成、シナプス後部の分子発現を形態学的・生理学的解析により明らかにしていく。その解析項目は以下の5項目に大別される。1CNB1特異抗体を用いたCNB1発現局在解析2CNB1欠損プルキンエ細胞における興奮性、抑制性シナプス結合様式の発達変化3興奮性、抑制性シナプス後部分子発現の定量的解析4抑制性、興奮性入力応答の電気生理解析5協調運動機能の検討。平成30年度ではこれらの解析項目がほぼ予定通り終了し、その成果は国際学会でも報告されており、本研究計画は概ね順調に進行していると考えられる。本研究課題では小脳におけるプルキンエ細胞スパインの入力認識機構の解明を目的として、CNB1欠損モデルマウスにおける興奮性および抑制性回路形成、シナプス後部の分子発現を形態学的・生理学的解析により明らかにしていく。平成30年度はプルキンエ細胞特異的CNB1ノックダウンマウスを対象として山崎美和子先生(本研究課題研究協力者、北海道大学・准教授)の協力を受け、上記解析項目4抑制性、興奮性入力応答の電気生理解析を行い、並行して2CNB1欠損プルキンエ細胞における興奮性、抑制性シナプス結合様式の発達変化3興奮性、抑制性シナプス後部分子発現の定量的解析を行う予定である。【概要】小脳のプルキンエ細胞は興奮性および抑制性入力に対し、棘突起型非対称性シナプスと樹状突起型対称性シナプスによる異なるシナプス結合様式を示すが、この入力依存的なシナプス結合の発達形成機構については不明である。本研究では、プルキンエ細胞シナプスの長期抑圧や精緻化に関わる分子として知られているカルシニューリンに着目し、「プルキンエ細胞シナプス後部にはカルシニューリン依存的な入力認識機構が存在し、入力選択的なシナプス後部形成に関わっている」という仮説を立て、この実験的証明のためにカルシニューリンB1サブユニット(CNB1)分子欠損マウスを用いた形態学的・電気生理学的解析を行った。【平成29年度の実績】形態学的手法を用いて以下の所見を得た。1CNB1特異抗体を用いたCNB1発現局在解析を行い、CNB1が小脳のプルキンエ細胞の棘突起および抑制性介在ニューロンの細胞体および神経終末に発現していることを明らかにした。2CNB1lox/lox::GluD2cre/+マウスを用いて、CNB1欠損プルキンエ細胞における興奮性、抑制性シナプス結合様式の発達変化を調べたところ、抑制性終末ープルキンエ細胞棘突起間の異所性シナプス形成が生後2週の発達期小脳でも有意に増加しており、その割合は成体マウスのものとほぼ同等であることが明らかとなった。以上の結果はプルキンエ細胞あるいは介在ニューロンに発現するCNB1が発達小脳における興奮性終末ープルキンエ細胞スパイン間のマッチングに重要であることを強く示唆しており、当該研究の作業仮説を強く示唆するものであった。本研究課題では小脳におけるプルキンエ細胞スパインの入力認識機構の解明を目的として、CNB1lox/lox::GluD2cre/+マウスを用いて、その興奮性および抑制性回路形成、シナプス後部の分子発現を形態学的・生理学的解析により明らかにしていく。その解析項目は以下の6項目に大別される

平成29年度ではこれらの解析項目の内、12が予定通り終了しており、その成果は第40回日本神経科学大会等で報告されており、本研究計画は概ね順調に進行していると考えられる。【概要】小脳のプルキンエ細胞は興奮性および抑制性入力に対し、それぞれ棘突起型非対称性シナプスおよび樹状突起型対称性シナプスを形成するが、この入力依存的なシナプス結合様式がどのような分子機構によって実現されるかは不明な点が多い。本研究では、興奮性シナプスの長期抑圧に関わるカルシウム依存的脱リン酸化酵素として知られているカルシニューリンに着目し、「プルキンエ細胞シナプス後部にはカルシニューリン依存的な入力認識機構が存在し、入力選択的なシナプス後部形成に関わっている」という仮説を立て、この実験的証明のためにカルシニューリンB1サブユニット(CNB1)分子欠損マウスを用いた形態学的・電気生理学的解析を行った。これまでの研究から、CNB1が小脳のプルキンエ細胞のおよび抑制性介在ニューロンに発現しており、CNB1の分子欠損が抑制性終末ープルキンエ細胞棘突起間の異所性シナプス形成を有意に増加させることを明らかにしてきた。【平成30年度の研究成果】これまで解析に用いてきたCNB1lox/lox::GluD2cre/+マウスではプルキンエ細胞だけでなく抑制性介在ニューロンでもCNB1分子欠損がみられた。そこでシナプス後部におけるCNB1の機能を検討するために、In Utero Electroporation法を用いてプルキンエ細胞特異的CNB1ノックダウンを行ったところ、遺伝子導入細胞では有意なCNB1の発現消失が認められ、抑制性終末密度の有意な増加が認められた。以上の所見はシナプス後部のCNB1が抑制性神経支配を制御していることを強く示唆しており、当該研究の作業仮説を支持するものであった。本研究課題ではシナプス形成過程における入力認識機構の解明を目的として、CNB1分子欠損モデルマウスを用いて、その興奮性および抑制性回路形成、シナプス後部の分子発現を形態学的・生理学的解析により明らかにしていく。その解析項目は以下の5項目に大別される。1CNB1特異抗体を用いたCNB1発現局在解析2CNB1欠損プルキンエ細胞における興奮性、抑制性シナプス結合様式の発達変化3興奮性、抑制性シナプス後部分子発現の定量的解析4抑制性、興奮性入力応答の電気生理解析5協調運動機能の検討。平成30年度ではこれらの解析項目がほぼ予定通り終了し、その成果は国際学会でも報告されており、本研究計画は概ね順調に進行していると考えられる。本研究課題では小脳におけるプルキンエ細胞スパインの入力認識機構の解明を目的として、CNB1lox/lox::GluD2cre/+マウスを用いて、その興奮性および抑制性回路形成、シナプス後部の分子発現を形態学的・生理学的解析により明らかにしていく。平成30年度は研究計画通り、山崎美和子先生(本研究課題研究協力者、北海道大学・准教授)の協力を受け、上記解析項目4抑制性、興奮性入力応答の電気生理解析を行い、並行して3興奮性、抑制性シナプス後部分子発現の定量的解析5協調運動機能の検討を行う予定である。
環境刺激の構造化による発達障害児の生活環境整備手法の検証と整備モデルの構築

昨年度に発達障害児の療育施設において実施した発達障害児の色嗜好を取入れた構造化の検証実験結果の詳細分析を実施した。より有意な分析結果とする為、分析過程において被験者の個別データが必要と考えられた場合は随時、施設職員及び被験者の保護者へのヒアリングより被験者の日常的な嗜好、療育の進行状況、施設での療育的対応などのデータを補いながら分析を行った。本課題内にて実施した複数回の検証実験結果を比較分析することにより療育施設内における発達障害児の居場所選択の傾向は1「空間定位型」2「色選択型」3「個別手掛り型」の3つに大別できることを明らかにした。加えて、発達障害児の個々に異なる場所選択の手掛かりとなる環境刺激を把握することは、頻繁にレイアウト変更が発生する個別療育施設などにおいて特に重要であり、これらを考慮することにより、施設内のレイアウト変更時などにおける発達障害児の混乱を抑えることが可能であることを明らかにした。又、従来の物理的・視覚的構造化手法への発達障害児の嗜好色の導入効果については嗜好色により場所選択を促すことが可能であることが確認できた。しかし一方で嗜好色が発達障害児に与える心理的効果・影響は着色範囲や室内移動時や着座作業という動作状況、更には直前の活動や心理状況により異なることが明らかとなった。上記の結果を本課題の成果として論文にまとめ、国内における日本建築学会及び日本福祉のまちづくり学会で発表を行った。これらに加え、海外における取組との比較を行う為、デンマーク・オランダの施設を視察し、現地の施設職員及び設計技術者との意見交換を行った。これにより得られた知見を踏まえ、再度のデータ見直しを実施し、本課題の精度を高める作業を実施した。まとめた知見を本課題の成果として国際学会へ投稿し、国際的な場で発表を行った。本研究は発達障害(児)をテーマとしており、療育・教育分野などの多岐分野との連携に加え、より実践的な研究アプローチである為、児童発達支援センターなどの療育実践施設の協力が不可欠であった。その為、本年度は施設訪問を含めた関係者との打合せを精力的に実施し、研究協力体制を構築した。施設訪問時には施設職員へのヒアリングを実施し、現状施設の課題から、次年度以降に実施する検証実験の研究フレームの検討を行った。加え、協力施設を通じて発達障害を持つ子どもとその保護者に対し、本研究の趣旨説明及び協力依頼を行い、承諾を得られた保護者及び発達障害を持つ子どもに対し、「色に対するイメージ調査」と「ハウスパズルを用いた空間認知調査」を実施した。調査を個別調査とすることにより、各保護者に対して具体的なヒアリングが可能であった。これらの調査により色に関しては、保護者が考える子どもの色イメージ・嗜好と実際に子どもが持っている色イメージ・嗜好とでは差異があることを明らかにした。空間認知調査では、「領域優位型(ライン沿い型・面展開型)と「事物優位型」があることを明らかにした。個別差が大きいとされる発達障害を持つ子どもの特性であるが、本研究では個別調査の手法を用いたことにより、包括的な調査手法に比して多くの時間を要したが、個別の事象・特性を踏まえた有用な知見を得ることができた。これらの成果を日本建築学会大会に論文投稿した。上記の一連の取組成果を踏まえ、次年度以降の具体的な研究方法の検討を進めている。本研究で取り扱う発達障害(児)は、社会的にもその配慮の必要性が指摘されているが、関連分野が多岐に渡ることに加え、倫理面での配慮、更には子どもを対象とすることから、より慎重な研究推進が必要である。その為、研究協力者及び多岐分野の研究者などに対する十分な説明を行い、本研究への理解を頂き、研究協力体制を構築する為に時間を要したが、逆に、今後の研究推進に向けての課題解決が図られ次年度以降はスムーズな調査実施が可能である。又、本年度に実施した「色に対するイメージ調査」と「ハウスパズルを用いた空間認知調査」の調査計画時に、発達障害を持つ子ともを対象とした調査において想定される問題点を抽出すると共にこれらへの対応策を関連分野研究者や研究協力者を含めて議論・検討し、調査を実施した。調査後には、調査時の問題点の有無を確認・共有し、その都度対応策を検討した。これら一連の取組は発達障害を持つ子どもを対象とした調査ノウハウの蓄積となり、次年度以降の調査においても活用することができる。これら次年度以降の調査を視野に入れた、慎重な調査計画の作成及び実施に当初計画より時間を要した為、当初計画では本年度実施予定であった海外先進事例施設を次年度に実施するという研究スケジュールの調整を行った。海外先進事例視察の実施は次年度としたが、国内を含めた先進事例に関する資料収集などは実施している。加え、本年度の調査計画時の打合せ時に、次年度実施する療育実践施設での環境導入調査の概略議論を進めており、海外先進事例視察時期の調整は本研究における全体研究スケジュールには大きく影響しない為、次年度についても当初計画に基づき研究を実施する。当該年度では、発達障害児の特性を考慮した生活環境整備に関して特に発達障害児の色嗜好を活用した環境整備の有効性を検証する為、実際の教育施設に発達障害児の色嗜好を考慮した環境事物を導入し、「選択性」及び「誘目性・わかりやすさ」の2つの視点から検証実験を行った。施設検証に先立ち、対象となる発達障害児8名を対象に、前年度に実施した発達障害児の色嗜好・イメージを把握するためのヒアリングと同じ手法により色嗜好を把握する調査を実施した。

そこから得られた結果を基に6名の高機能児には対象となる発達障害児が好きな色・嫌いな色・白色に着色した3つの個別学習ブースを用意し、その選択傾向を確認した。知的障害を伴う2名については、施設内での活動の内容及び順番を示すスケジュールボード内のもっとも注目してほしい場所に対象とする発達障害児の好きな色を着色したスケジュールボードを設置し、着目の度合い、活動移行のスムーズさ、設置前後における状態の変化などを施設職員の観察評価により確認した。着色した個別ブースの選択傾向確認では、ブースの着色範囲・選択時のブースまでの距離を含めた位置関係などの景況の有無を再度検討する必要があると思われるが、好きな色に着色されたブースを選択した発達障害児では、明確な選択理由を発語により確認できたことから一定の効果は得られたと考えられる。スケジュールボードの検証では両名共に活動移行がスムーズになったとの施設職員の評価を得られた。又、長期的検証実験として2ヵ月間継続的に利用・評価していただいた結果、初回に比べると色への反応は小さくなったように感じられるが、効果は継続しているとのことであった。上記の取組から、これまでの構造化に色嗜好を導入することによりその効果を高めることができることを確認できたことは今後の生活環境整備の検討していく上で重要且つ新しい視点につなげる結果が得られた。研究初年度に研究協力体制の構築を行えた結果、円滑に協力施設の承諾を得ることができた。又、居力施設の代表者、施設長を含め施設職員の方々が新たな取り組みに対し非常に前向きな施設であった為、検証実験に向けた打合せのスムーズであり、様々な意見交換を行いながら計画を進めることができた。その中で、実際の施設内で問題となっている・施設職員が問題であると感じていることを改善する為の方法を検証する内容を検証実験に加えたことが、より円滑且つ前向きな検証実験につながったと考えている。被験者は協力施設の利用者であったが、協力施設及び研究代表者らが計画書を基に説明することにより、円滑に研究協力の承諾を頂くことができた。加え、検証実験中及び実験後に施設職員との意見交換会の場を設け、検証内容を振り返ることにより新たな課題発見と今後の方向性を検討することができた。前年度に療育施設にて実施した検証実験から得られた結果・知見を基に、更に信頼性及び汎用性の高い知見を得る為に同施設にて検証実験を実施した。今年度の検証実験は前年度の検証実験後に施設職員・保護者への報告会及び意見交換会により得られた課題を整理するとともに、新たな仮説を検証する為、検証方法の改善を行い具体的には下記の2項目の検証を実施した。1.前年度実施したトランジションエリアにおけるスケジュールボードに子どもの嗜好色を用いた検証を発展させ、色の変更と着色位置の変更により、その効果を検証した。結果、療育プログラムにおける動作学習段階において子どもの嗜好色を用いることによる効果が確認された。2.前年度実施した個別学習ブースへの着色によるブース選択について、着色範囲を拡大した検証とブースの平面的空間量を変更し、選択傾向を確認する検証を実施した。着色範囲については前年度の帯状着色から側面及び正面パネル全面への着色とすることにより、ブース選択時において子どもの視界に入る色情報量を増加させる意図によるものである。
韓国テグ市を通る空気塊が降水にもたらす汚染の解明

同じ空気塊が韓国テグ市を通過するときに降水をもたらし、その後日本の各地で降水を持たした場合の日本の降水の汚染状況を調査した。韓国での降水はテグ市に加えてインチョン市でも採集することができたので合わせて解析を行った。その結果、同じ空気塊が韓国で一度降水をもたらし、その後日本の各地で降水をもたらした場合は、大陸起源の非海塩型硫酸イオン濃度が各地の年間平均値よりも低下した。また、同じ空気塊が韓国で降水をもたらさず、その後日本の各地で降水があった場合は非海塩型硫酸イオン濃度が各地の年間平均値よりも高かった。したがって韓国で一度降水があると、日本の降水の汚染に関して大陸の影響が少なくなる(洗浄効果)ことが確認された。この結果の一部は名古屋における分析化学討論会で発表した。さらにインチョン結果を加えて解析した結果について、分析化学討論会(和歌山)、国際会議アジアアナリシス(マレーシア)において発表予定である。さらに、降水の汚染機構を明らかにするためには、前段階である霧の汚染機構を解明する必要がある。そのため、同時に霧の汚染機構についても研究を進めた。その結果は論文として2報出版され、1報は投稿中である。
人間共存ロボットの衝突安全動作に関する研究

衝突安全性と協調作業性の両面から,要素技術とシステム統合化技術を見直すことにより,人間共存のための新しいロボット設計論,および生活環境に適用可能な実用的行動規範を導出した.これらの有効性は,全体システムが安全に人間との協調作業を遂行できたことにより実証的に示した.成果の要点を以下に示す.設計論:人間共存ロボットの安全設計・制御パラメータを体系化した.パラメータの導出・整理に際しては,作業中に生じうる衝突状況や作業性維持のためのマニピュレータ動作などを図式化した衝突安全技術マップを考案・利用した.このマップにより,ロボット本体の設計手法,人間-ロボット共存系の標準的環境設計手法,作業シナリオ生成手法などを容易に得ることが可能となった.行動規範:アクチュエータレベルの対策に加えて,関節および全身レベルでの安全行動規範を構築した.関節レベルでは受動柔軟性を利用して衝撃などの外乱が加わった際にも安全性を維持可能な動作制御系,全身レベルでは手先に与えられた作業拘束を考慮しつつ協調作業性と衝突安全性を両立可能な接触行動制御系を開発した.これらの統括部として,人間-ロボット間の接触状態,環境状況,および作業内容を表すパラメータ群から行動を決定する内部モデルを考案した.実装と評価:「機構と制御による2重構造安全対策」に基づく身体メカニズムと接触状況認識機能を備えた緩衝カバーを開発し,人間共存ロボットWENDYシステムとして統合した.このシステムは,受動柔軟関節を含む80以上のアクチュエータと100以上のセンサを持ち,開発した行動規範を用いて物理的インタラクション方法を決定する.評価実験は,手先作業精度と緩衝機能の両立,運搬移動中の衝突回避や接触力制御など,基礎的な動作から実際的かつ難易度が高い作業まで幅広く行った.以上の結果,統合システムが衝突・接触安全を実現していることを確認できた.衝突安全性と協調作業性の両面から,要素技術とシステム統合化技術を見直すことにより,人間共存のための新しいロボット設計論,および生活環境に適用可能な実用的行動規範を導出した.これらの有効性は,全体システムが安全に人間との協調作業を遂行できたことにより実証的に示した.成果の要点を以下に示す.設計論:人間共存ロボットの安全設計・制御パラメータを体系化した.パラメータの導出・整理に際しては,作業中に生じうる衝突状況や作業性維持のためのマニピュレータ動作などを図式化した衝突安全技術マップを考案・利用した.このマップにより,ロボット本体の設計手法,人間-ロボット共存系の標準的環境設計手法,作業シナリオ生成手法などを容易に得ることが可能となった.行動規範:アクチュエータレベルの対策に加えて,関節および全身レベルでの安全行動規範を構築した.関節レベルでは受動柔軟性を利用して衝撃などの外乱が加わった際にも安全性を維持可能な動作制御系,全身レベルでは手先に与えられた作業拘束を考慮しつつ協調作業性と衝突安全性を両立可能な接触行動制御系を開発した.これらの統括部として,人間-ロボット間の接触状態,環境状況,および作業内容を表すパラメータ群から行動を決定する内部モデルを考案した.実装と評価:「機構と制御による2重構造安全対策」に基づく身体メカニズムと接触状況認識機能を備えた緩衝カバーを開発し,人間共存ロボットWENDYシステムとして統合した.このシステムは,受動柔軟関節を含む80以上のアクチュエータと100以上のセンサを持ち,開発した行動規範を用いて物理的インタラクション方法を決定する.評価実験は,手先作業精度と緩衝機能の両立,運搬移動中の衝突回避や接触力制御など,基礎的な動作から実際的かつ難易度が高い作業まで幅広く行った.以上の結果,統合システムが衝突・接触安全を実現していることを確認できた.医療福祉の場面や家庭内では,人間と行動空間を共有して直接サポートすることができる人間共存ロボットの導入が求められている.このような人間共存ロボットには,周囲の環境や人間の動作にあわせて安全に作業を遂行する能力が重要となる.一方で従来研究では,ケーススタディで得られた知見をそのまま組み合わせてロボットに適用するにとどまっているため,人間の安全性と作業性を両立した行動を実現することが困難であった.このように,人間を含む複雑な環境にあわせながら作業を遂行するという高度な行動を実現するためには,システム全体を有機的に結合するための統合化技術を開発することが不可欠である.そこで本研究では,ロボットの要素技術とシステム統合化技術を安全性と作業性の両面から見直すことによって,安全性と作業性を評価基準としたロボット設計論の構築,実環境下での協調作業に適用可能な実用的な行動規範の導出,および開発した人間共存ロボットによる人間との協調作業を実現することを目的とする.本年度は,人間共存ロボットの安全性の中でも衝突安全対策に着目し,人間との衝突時および衝突後の動作生成に必要なパラメータを導出・整理すると同時に,WENDYの環境・衝突状況認識能力を向上するためのセンシング・システムを開発した.具体的には,以下の2つの項目を並行して行った.1.衝突安全パラメータの導出:本研究では人間共存ロボットの安全対策を体系的に扱うために,作業工程分析で用いられる特性要因図の考え方をロボット設計に導入した.また,人間との協調作業中に生じうる衝突状況の分類,作業性を維持するためのマニピュレータ動作の整理を行い,衝突安全のための衝突処理動作の決定に必要な計測・制御パラメータを導出した.

具体的には,内界センサで検出可能な衝撃力,荷重作用時間などの情報と,衝突時の人間とロボットの相対位置・速度などの外界情報をパラメータとして取り上げ,それらに応じてマニピュレータが行うべき衝突処理動作あるいは実現すべき制御モードを明確化した.2.人間共存ロボットのハードウェア開発:本研究で既に提案している「機構と制御の2重構造安全対策」の設計論に従って,研究プラットフォームとしてこれまでに開発したWENDYの身体メカニズムに付加することが可能な緩衝カバーの開発を行った.具体的には,衝撃緩衝能力(衝突安全性)に加えて人間ーロボット間の物理的インタラクション(協調作業性)を規定するために必要となる接触部位や作用力ベクトルなどを検出するために,6軸力センサとFSR(圧力センサ),および粘弾性素材(Memory-foam)を組み合わせた構造を有した前腕部搭載用緩衝カバーを開発した.この緩衝カバーの装着に伴う荷重増加と回避動作速度の向上を考慮して,WENDYの肩・肘部のアクチュエータの高出力化を図った.また,WENDY統合システムの有機的な結合を視野に入れた分散処理センシングサブシステムを構築した.本年度は,システム統合および評価を考慮しつつ,昨年度行った2つの研究項目を個別に発展させる中間段階的な研究を展開した.研究成果を以下に示す.1.人間-ロボット協調作業時の衝突発生状況の分析衝突安全研究を実際に人間共存ロボットに適用するためには,どのような作業状況で人間とロボットが衝突するのかという,より本質的な問題に着目する必要がある.そこで,提案した特性要因図による作業状況分析手法および衝突安全技術マップを利用し,人間-ロボット協調作業時の衝突発生状況を分析した.具体的には,実際的な状況分析手法である事故鑑定工学と作業・動作分析を本手法に導入し,衝突発生状況の分析および因果関係の整理を行った.さらに,この分析結果に基づき,ロボット本体の設計手法に加えて,人間-ロボット共存系の標準的環境設計手法,およびロボットの行動規範となる作業シナリオ生成手法を提案した.2.双腕接触検出カバーの開発および腕部・体幹部追従動作生成の実現人間とロボットの協調作業時には,ロボットの任意の部位に対して人間が接触することが考えられる.このとき腕部などの特定部位のみではなく,ロボットの身体ハードウェア全体をより積極的に利用しなければ外力を受け流しきれない状況も想定される.そこで,本年度はこれまでに提案してきた前腕・上腕部接触検出カバーの設計手法を応用し,双腕接触検出カバーを開発した.また,安全性のみならず作業性の観点からも追従動作の役割を分析し,カバー上の任意部位への接触に対する腕部・体幹部追従動作生成アルゴリズムを新たに開発した.さらに,これらを組み合わせた制御システムを用いて簡易的な人間-ロボット接触実験を行うことで,作業時に与えられるマニピュレータの位置・姿勢に関する拘束条件を維持しつつ,接触力に応じた良好な追従動作が実現できることを確認した.本年度は,人間-ロボット間の物理的インタラクションを衝突と接触の2局面に大別し,各項目についての研究を行った.また,これまでに開発してきた人間共存ロボットのシステム統合・評価を行うことで,最終的な目標である衝突・接触安全技術の体系化を試みた.以下に各項目の内容を示す.1.衝突・接触安全制御衝突安全性に関しては,これまでハードウェア・アクチュエータレベルでの対策を提案してきたが,本年度は更に関節レベルと全身レベルでの安全制御系を構築した.