hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ATP放出性Maxi-Clチャネル関連分子の解析

Maxi-Cl(マキシアニオンチャネル)は200-500pSの大きなシングルチャネルコンダクタンスとlinearでsymmetricalなI/V関係を特徴とするアニオンチャネルである。また様々な生理学的または病態的局面においてチャネルポアを通して細胞外へのATP放出をおこなうATP放出性チャネルとしても知られる。我々は最近、マウスC127細胞においてMaxi-Cl電流の発生やそれに伴うATP放出に重要だと考えられる分子、MAC-1=SLCO2A1を新規に同定した。本研究は同定された分子がMaxi-Clチャネルのポアを構成する成分であるか、それとも制御因子であるかを明らかにすることを主目的としている。また、これまでMaxi電流の存在が報告されている様々な細胞においてもSLCO2A1がそれらの電流の発生に関わっているか、つまりSLCO2A1の発現とMaxi機能(電流の発現やATP放出)の発現の間に普遍性が存在するかを示すことも目的としている。30年度はこれまでにMaxi電流の存在が報告されている細胞を含む種々の細胞株(L929, Mouse embryonic fibroblast: MEF, mouse C6 glioma cell)を用いて、SLCO2A1の発現とMaxi電流の発生及びATP放出との関連性について調べた。内在性のSLCO2A1発現と電流の発生、ATP放出の間には正の相関がみられた。しかし、SLCO2A1の発現をsiRNAによりノックダウンした場合に、SLCO2A1の発現と電流量の間に相関がみられない細胞があり、またATP放出に関してはこれまでのところ全く相関が観察されず、仮説と矛盾が生じている。これらの結果の一部は、30年度3月に第9回FAOPS大会においてポスター発表を行った。また、この研究に関連したレビューを共著者として2報発表した。SLCO2A1はプロスタグランジントランスポータとして働くことが知られている分子であるが、我々はプロスタグランジントランスポータとしての機能を阻害する数種の薬剤がMaxi電流ブロッカーとして働くことを示している。種々の細胞株を用いて電流の観察をおこなう際には、これらの薬剤による効果も観察している。またチャネルのイオン選択性についても観察している。L929細胞はSLCO2A1の発現量が他の2種の細胞株より多く、電流量も多い。siRNAによるSLCO2A1のノックダウンで電流量が減少し、また上記ブロッカーの電流抑制効果も観察され、イオンの選択性についても以前示されたMaxi-Clのそれと同様であることなどから、L929細胞に発現している電流はSLCO2A1が関与するMaxi-Cl電流であると考えられる。しかしながら、低浸透圧刺激誘導性ATP放出に関してはSLCO2A1のノックダウンにより放出量が減少せず、寧ろ若干ではあるがその量が増加した。MEF細胞ではSLCO2A1のノックダウンによりATP放出量が大きく増えた。ATP放出量の計測にはデリケートな実験操作が要求されるため、何度も実験を繰り返したが仮説に沿う結果は得られなかった。しかしATP放出はMaxi-Clの持つ生理的に重要な特性であり、この矛盾については必ず理由を明らかにしなければならない。このことが30年度の実験計画の進捗を妨げた大きな原因となった。今年度行う予定だったSLCO2A1変異分子の解析は殆ど進めることが出来なかった。これらのことから、研究期間を一年延長した。【5.研究実績の概要】に記載のように、この課題の主目的は「Maxi-Clチャネルのポアを構成する成分であるか否かを示す」と「SLCO2A1の発現とMaxi機能の発現の間に普遍性が存在するか」である。前者に関しては、2017年度に一定の成果を出し、データの一部を論文として発表もしているのだが、さらにこの結果をサポートするデータを得るためにSLCO2A1変異分子の解析は今後も続けて行う必要がある。SLCO2A1変異分子については既に十分な数の変異体を作成しているので、今年度はそれらを用いた電気生理の実験を集中的に行なう。一方で、「SLCO2A1の発現とMaxi機能の発現の間に普遍性が存在するか」を示す実験は仮説と異なる実験データが得られ、その為に進捗が遅れているのでこの状況を打開しなければならない。特にSLCO2A1のノックダウンによるATP放出量の増加という現象は必ず何らかの原因を見出さなければならない。考えられるのはMaxiチャネル以外の、別のATP放出経路が代償的に働いてしまうという可能性である。低浸透圧刺激誘導性ATP放出の放出口として考えられるのはヘミチャネルであるPANNEXIN 1が挙げられる。今後、PANNEXIN 1のノックダウン、PANNEXIN 1とSLCO2A1のダブルノックダウンをおこない、それらがATP放出に及ぼす効果を検証する。またチャネルを通らない小胞からのATP放出経路も考えられるので、それらの阻害剤の効果も検証する。なお、2019年度は研究計画の最終年度に当たるので、少なくとも年度の後半からは論文の作成等、成果の発表作業も並行して行うよう努めたい。また様々な生理学的または病態的局面においてチャネルポアを通して細胞外へのATP放出をおこなうATP放出性チャネルの候補としても知られるが、その分子実体は不確定な状態が続いている。我々は最近、マウス細胞においてMaxi-Cl電流の発生やそれに伴うATP放出に重要だと考えられる分子を新規に同定した。

本研究は同定された分子がチャネルのポアを構成する成分であるか否かを明らかにすることを主目的とし、以下の実験を計画した。1)ゲノム編集技術を用いたMax-1ノックアウト(KO)細胞系の作成及び解析。Max-1のKOがMaxi-Cl機能に与える影響をパッチクランプやATP放出実験により解析する。3)Max-1特異抗体の作成。特異抗体を作成し、ノックアウト細胞を含む種々の細胞においてMax-1分子の発現とMaxi-Cl電流との間に普遍的な関連性が存在するか調べる。平成28年度の実績の概要は1)についてはKO細胞系列を作成する細胞種を選択し、予備実験を行った、2)Max-1変異分子の作成に関しては予定に従って進めた、3)については予定通りMax-1タンパクのC末端配列を抗原としてポリクローナル抗体を作成した、となった。よって2)、3)の計画については必要な準備がおおむね整ったと考える。実験計画1)については遅れている。28年度はMax-1KO細胞を作成するにあたって、Maxi-Cl電流を豊富に発現しているマウスL929細胞株を選択した。しかしこの細胞はクローニングの為に限界希釈して単一細胞で培養すると増殖せずその後死滅することがわかった。その為、現在この計画は進展していない。計画2)についてはおおむね順調に進んでいる。SCAM法を行うにあたっては、Max-1タンパクの膜貫通領域のアミノ酸、本研究では主に荷電アミノ酸をCysに置き換えるのだが、事前に内在性のCysを他のアミノ酸(Ser)に置換する必要がある。通常のPCRを介した変異導入やDNA assembry法を利用して現在、内在性のCys/Serの置換は殆ど終了している。またSCAM法によらないMax-1変異分子も作成し、その一部については電気生理学的な解析を始めた。計画3)についてはおおむね順調に進んでいる。抗体を作成するにあたってはC末端のアミノ酸配列を抗原として選択した。その後、専門の業者に依頼してポリクローナル抗体を含む抗血清を作成した。作成した抗血清を用いてウエスタンブロッティングを行ったところ、細胞に強制発現させたMax-1タンパクを認識した。一方で、内在性のタンパクはこれまでのところこの抗血清では検出出来ていない。しかし、以前、Max-1に関連する他の実験において市販の抗体を3種類、購入して試したがあるが、いずれも強制発現させたMax-1タンパクすら認識しなかったことを考えると今回の抗血清作成は悪い結果ではないといえる。Maxi-Cl(マキシアニオンチャネル)は200-500pSの大きなシングルチャネルコンダクタンスとlinearでsymmetricalなI/V関係を特徴とするアニオンチャネルである。
アレルゲンの細胞内消化ペプチドによる免疫調節機構の解明と経口免疫療法への応用

これまでの成果から、腸上皮細胞基底側に排出されたカゼイン(CN)分解断片は、T細胞受容体および/あるいはB細胞受容体(抗体)に結合する抗原エピトープを含み得るサイズであると判断し、アレルギー患者血清抗体が認識するエピトープの存在の有無を調べるために、抗体に結合するペプチドをLC-MS/MSで定量解析する実験系の確立を目指した。アレルギー患者血清とCN細胞内消化産物での本実験の前に、マウス抗血清とCNの酵素消化産物を用いて予備実験を行った。特異性の異なる種々のプロテアーゼによるCN消化産物に含まれる多様なペプチド群のLC-MS/MSでの定量プロトコルを作成した。同時に消化分解ペプチドをCN特異的マウスIgGと反応させ抗原エピトープを含むペプチドを免疫沈降させ、酸性緩衝液を用いてペプチドを抗体から遊離させLC-MS/MSにより同定を試みた。免疫沈降物からのペプチドの遊離と分画の効率が悪いためか、未だ細胞から放出される抗原ペプチドを同定できるレベルの検出感度に到達できていない。この分析系の確立と平行して経口負荷試験陽性(少量の牛乳を飲むことで即時型の症状が誘発される)牛乳アレルギー患者血清(32検体)についてCNおよびそのコンポーネントに対するIgE抗体価を測定し、CNの細胞内消化産物ペプチドと結合するIgE抗体解析に適した血清のスクリーニングを行った。その結果、個体差が大きいものの平均値として、CNに対するIgE抗体価はラクトグロブリンおよびラクトアルブミンのそれぞれ10倍および50倍程度の高値を示し、さらに、as1-およびb-CNがIgE結合の主要コンポーネントであることが明らかとなった。LC-MS/MSによる高感度検出定量系が確立でき次第、これらの患者血清を用いてIgE結合性CNペプチドを分離し網羅的に解析・同定を進める予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。食物アレルギーにおいて、吸収されたペプチド断片が減/脱感作を誘導してアレルゲン摂取に耐性を獲得する場合がある。反面、感作を増強して一層過敏な体質になるリスクもある。このような二面性を持つアレルゲンペプチド断片の腸管吸収と免疫調節の機構解明を目指す。腸上皮細胞の細胞内消化により生成し基底側に放出される(体内に吸収される)アレルゲンペプチド断片を生化学的に同定し、その中からT細胞エピトープを含むペプチド断片を選抜して免疫調節作用を明らかにする。今年度の研究により、多孔性膜上で培養、分化させたヒト腸上皮細胞株Caco-2が細胞内消化して基底側に排出するカゼイン成分のトリプシン分解断片の同定、定量に成功した。具体的には、回収した培地を、限外ろ過分離膜により分画し、分子量の大きい画分についてはTCA沈殿法によりペプチド断片を濃縮して、トリプシン、キモトリプシン等による酵素分解によりさらに低分子ペプチドとし、常法によりnanoLC-MALDI MS/MS分析およびMascot検索(Matrix Science)、ProteinPilot検索(AB SCIEX)により同定した。また、低分子量のペプチド断片についても、培地からODSカラム/チップを用いて回収し、プロテアーゼ処理をしないで直接LC-MS/MS分析に供し、カゼイン添加の有無によるMSスペクトルを比較解析し、カゼインペプチドと推定される複数のピークを確認した。さらに定量的質量分析法を用いて、各カゼイン成分由来のペプチド断片の定量に成功し、細胞内消化で生成する優勢なペプチドの解析への展開が可能となった。多孔性膜上で培養、分化させたヒト腸上皮細胞株Caco-2が細胞内消化して基底側に排出するカゼイン成分のトリプシン分解断片の質量分析による同定、定量に成功した。それらの多くは抗原エピトープを含むに足る大きさのペプチドであり、今後のエピトープ解析での成果が期待できる。このエピトープ解析は計画よりやや遅れているが、細胞内消化により生成し放出されるカゼインペプチドの定量的解析が可能となったことは、想定以上の進展であり、総合的に、おおむね順調に進展していると判断した。腸上皮細胞により消化・排出されたカゼイン由来ペプチド断片の検出と同定を試みた。前年度の研究では、腸上皮細胞層の基底側培地に放出されたカゼインおよびそのペプチド断片をさらに酵素限定分解して得られたペプチドをnano-LCで分離した後にマトリックスイオン化型の質量分析を用いて検出と同定を試み、カゼインの2種類のコンポーネントに由来する2種類のペプチドの同定に成功した。同定されたペプチドの数と種類が想定より少なかったため、マトリックス型の分析ではイオン化しにくいペプチドが存在する可能性を考え、今年度はイオンスプレー/LC-四重極イオントラップ型の質量分析による同定と相対定量を試みた。精製カゼインのトリプシン消化ペプチドを標準サンプルとして分析し、カゼインの4種のコンポーネントのそれぞれについてポリペプチド全長の半分強の配列をカバーするペプチドの同定に成功した。同定したカゼイン分解ペプチドのプロダクトイオンの情報をもとに同定されたプリカーサーイオンを選抜し、未知ペプチド混合物からカゼイン由来ペプチドを同定、相対定量する方法を構築した。この分析システムを用いて腸上皮細胞層の基底側培地に放出されたカゼインおよびそのペプチド断片について分析した結果、4種のコンポーネントそれぞれに対して設定した2種(総計8種)のペプチドのうち、3種のコンポーネントに由来する総計7種のペプチドを同定することに成功した。

一方、鶏卵アレルギー原因抗原であるオボムコイドについても同様に質量分析による検出・同定を試みたが、同定できるペプチドが少なく有効ではなかった。おそらくオボムコイドは5本の糖鎖と9つの分子内ジスルフィド結合を持つため質量分析では同定しにくいと考え、また、上記のようにカゼインでの分析が展開できそうであっため、カゼインに絞って研究を進めた。多孔性膜上で培養、分化させたヒト腸上皮細胞株Caco-2が細胞内消化して基底側に排出するカゼイン成分について、四重極型質量分析と相対定量解析システムを用いて、カゼインを構成する3種のコンポーネントに由来するペプチド断片の同定と定量に成功したことにより、本研究課題の主目的の主要部分は達成できたと考えている。最終年度において、さらに同定できるペプチドの数を増やし、抗原エピトープとの配列比較解析を進め、研究を完成させられるものと思われる。一方、鶏卵アレルギーの原因抗原であるオボムコイドについては、その結合糖鎖や分子内ジスルフィド結合の問題があり、質量分析が難航している。以上を総合的に勘案しておおむね順調に進展していると判断した。これまでの成果から、腸上皮細胞基底側に排出されたカゼイン(CN)分解断片は、T細胞受容体および/あるいはB細胞受容体(抗体)に結合する抗原エピトープを含み得るサイズであると判断し、アレルギー患者血清抗体が認識するエピトープの存在の有無を調べるために、抗体に結合するペプチドをLC-MS/MSで定量解析する実験系の確立を目指した。アレルギー患者血清とCN細胞内消化産物での本実験の前に、マウス抗血清とCNの酵素消化産物を用いて予備実験を行った。特異性の異なる種々のプロテアーゼによるCN消化産物に含まれる多様なペプチド群のLC-MS/MSでの定量プロトコルを作成した。同時に消化分解ペプチドをCN特異的マウスIgGと反応させ抗原エピトープを含むペプチドを免疫沈降させ、酸性緩衝液を用いてペプチドを抗体から遊離させLC-MS/MSにより同定を試みた。免疫沈降物からのペプチドの遊離と分画の効率が悪いためか、未だ細胞から放出される抗原ペプチドを同定できるレベルの検出感度に到達できていない。この分析系の確立と平行して経口負荷試験陽性(少量の牛乳を飲むことで即時型の症状が誘発される)牛乳アレルギー患者血清(32検体)についてCNおよびそのコンポーネントに対するIgE抗体価を測定し、CNの細胞内消化産物ペプチドと結合するIgE抗体解析に適した血清のスクリーニングを行った。その結果、個体差が大きいものの平均値として、CNに対するIgE抗体価はラクトグロブリンおよびラクトアルブミンのそれぞれ10倍および50倍程度の高値を示し、さらに、as1-およびb-CNがIgE結合の主要コンポーネントであることが明らかとなった。LC-MS/MSによる高感度検出定量系が確立でき次第、これらの患者血清を用いてIgE結合性CNペプチドを分離し網羅的に解析・同定を進める予定である。初年度の研究により、定量的質量分析法により放出されたカゼイン分解ペプチドを同定し定量する分析系を確立できたため、今後も、ペプチドの同定と定量を中心にして先に進める。
ＡＬＭＡで探るＡＧＮフィードバックの物理化学過程：ＳｉＯ分子を使った新診断手法

採用第2年度目に行った、活動銀河NGC 1068の中心200 pc以内の領域において発見された卓越したSiO分子の物理的起源の考察により、AGNのX線卓越領域(XDR)よりもアウトフローやジェットによる非等方的な強いショックによる可能性が高いことが明らかとなった。そこで、他の近傍銀河のAGNでもXDRの寄与と無関係に同様のSiO分子の卓越が確認されるかどうかを確かめるため、NGC 1068とX線光度が2桁以上小さい近傍銀河NGC 1097に対するALMA望遠鏡によるSiO分子輝線観測を提案し、これは高優先度の提案として採択された。しかし、本年度中に観測が完了せず、次年度前半に完了する可能性が高いため、採用終了後に解析を進めるとともに、次期観測サイクルにおいても引き続き観測提案を行う予定である。そのため採用第3年目では、これまで同時並行で進めてきた観測時のオフ点(参照スペクトル)の取得が不要で観測効率の大幅な改善が期待される、周波数変調観測による新しいミリ波サブミリ波分光観測手法(FMLO法)の開発に注力した。本年度では、(1)天体観測時に高確率で混入する地球大気分子由来の輝線スペクトルを解析によって分離・除去可能であること、(2) FMLO法による観測・解析結果が従来のスイッチング法と矛盾ないことを疑似観測(シミュレーション)と天体観測の両方で確認し、最適な周波数変調の取り方(周波数変調パターン)の指針を得ること、(3) FMLO法はスイッチング法に対して単位観測時間あたり約1.7倍の感度、言い換えると約3倍もの観測効率の向上を達成することを実証した。以上より、将来の電波望遠鏡に求められるより高感度・高効率な観測を実現するための開発として、観測手法と解析手法の観点から実質的な感度向上が可能であることを実証した。29年度が最終年度であるため、記入しない。本年度はケーススタディとして、すでにALMA望遠鏡サイクル2において観測提案が採択されていた近傍の代表的な活動銀河NGC1068の一酸化ケイ素(SiO)の複数回転遷移輝線の観測結果を解析した。データ解析には研究経費に計上した高性能データ解析用コンピュータ(Mac Pro)を用いた。解析の結果、SiOのすべての輝線が十分な信号雑音比(SNR)で検出された。SiOのすべての輝線はNGC 1068の活動銀河核(AGN)の周囲に等方的に分布しているのではなく、AGNの東側のノット(以降E-knot)に偏って分布していることが明らかになった。提案した新診断手法では、X線卓越領域(XDR)によってSiOが卓越する場合はAGNに対して等方的に分布することが予想されたため、以降はE-knotのSiOはジェットやアウトフローによるショックによって生成されたと仮定し、ボルツマン図によるSiO存在量と回転温度の推定を行った。その結果、E-knotのSiOは2つの異なる回転温度を持っていることが明らかとなった。同様に求めた一硫化炭素(CS)の柱密度から、CSに対するSiOの存在量[SiO]/[CS]を計算するとおよそ0.3となった。これは他の近傍銀河の値(<0.1; Aladro et al. 2015)に対して大きく、E-knotのSiOの存在量が顕著に増大していることが明らかとなった。また、他の観測によるアウトフローの分布との比較から、SiOが卓越するE-knotは鉄イオン([Fe II])でトレースされる狭輝線領域(NLR)アウトフローの縁と空間的に重なっている(Barbosa et al. 2014)ことが明らかとなった。以上より、NGC 1068ではAGNからのアウトフローやジェットによる強いショックの影響が見えていることが明らかとなりつつある。本年度に予定していたNGC 1068のケーススタディは、ALMA望遠鏡サイクル2によって採択され、すべてのデータが本年度中に申請者の手元に届いたため、当初予定していた解析を問題なく行うことができた。ただし、ALMA望遠鏡の観測時期の都合により、4輝線のうち2輝線(SiO J=6-5, J=5-4)が2015年度開始以前に、残り2輝線(SiO J=3-2, J=2-1)が2015年度後半にデータが得られたため、すべての輝線を利用した解析及び考察は2015年末から2016年始にかけて集中的に行った。そのため、研究成果の国際会議での発表は終えているものの、学術論文は次年度の前半での出版に向け執筆途中である。採用第1年度目に行った活動銀河NGC 1068のSiO複数輝線を用いた解析により、NGC 1068の中心200 pc以内の領域ではSiOの存在量が他の近傍銀河に対して顕著に増加しており、AGNからのアウトフローやジェットによる非等方的な強いショックの影響が見えていることが明らかになりつつあった。一方、X線卓越領域(XDR)によるSiOが卓越の可能性を棄却するための議論が十分に進められていなかった。そこで、採用第2年度目は先行研究の他波長観測結果やショックモデルとの比較により、卓越したSiO分子の物理的起源について考察を進めた。(1)軟X線とSiO輝線強度の空間分布の比較、(2)ショックモデルによるSiO回転温度の解釈、を行った結果、NGC 1068の卓越したSiOの物理的起源はXDRよりもショックによる可能性が高いことが明らかになった。

また、研究課題と同時並行で、観測時のオフ点(参照スペクトル)の取得が不要で観測効率の大幅な改善が期待される、新しいミリ波サブミリ波分光観測手法の開発を進めている。採用第2年度目では、第1年度目で制御システムの仮搭載を行った南米チリのASTE望遠鏡に再度渡航し、本搭載と評価試験、実際の天体信号による試験観測、さらに解析パイプラインの開発を行った。その結果、オフ点不要で天体信号スペクトルが取得可能であることを確認し、新しい強度較正手法の考案により、従来の解析パイプラインだけでは実現されなかった、天体信号強度の正しい推定が可能になった。NGC 1068の卓越したSiOの物理的起源はXDRよりもショックによる可能性が高いことが明らかになった。この成果は国際会議で口頭、ポスター発表を終え、現在出版に向けて論文執筆中である。さらに、XDRの影響が小さいと思われる他の近傍銀河のAGNで同様のSiOが卓越するかどうかを確かめるため、ALMA望遠鏡サイクル4において、NGC1068とX線光度が2桁以上小さなNGC1097を対象に15-30 pc分解能のSiO (6-5)観測を提案し、採択された。ただし、サイクル内に観測が実行されなかったため、採用第3年度目において引き続き観測提案を行う予定であるためである。採用第2年度目に行った、活動銀河NGC 1068の中心200 pc以内の領域において発見された卓越したSiO分子の物理的起源の考察により、AGNのX線卓越領域(XDR)よりもアウトフローやジェットによる非等方的な強いショックによる可能性が高いことが明らかとなった。そこで、他の近傍銀河のAGNでもXDRの寄与と無関係に同様のSiO分子の卓越が確認されるかどうかを確かめるため、NGC 1068とX線光度が2桁以上小さい近傍銀河NGC 1097に対するALMA望遠鏡によるSiO分子輝線観測を提案し、これは高優先度の提案として採択された。しかし、本年度中に観測が完了せず、次年度前半に完了する可能性が高いため、採用終了後に解析を進めるとともに、次期観測サイクルにおいても引き続き観測提案を行う予定である。そのため採用第3年目では、これまで同時並行で進めてきた観測時のオフ点(参照スペクトル)の取得が不要で観測効率の大幅な改善が期待される、周波数変調観測による新しいミリ波サブミリ波分光観測手法(FMLO法)の開発に注力した。本年度では、(1)天体観測時に高確率で混入する地球大気分子由来の輝線スペクトルを解析によって分離・除去可能であること、(2) FMLO法による観測・解析結果が従来のスイッチング法と矛盾ないことを疑似観測(シミュレーション)と天体観測の両方で確認し、最適な周波数変調の取り方(周波数変調パターン)の指針を得ること、(3) FMLO法はスイッチング法に対して単位観測時間あたり約1.7倍の感度、言い換えると約3倍もの観測効率の向上を達成することを実証した。以上より、将来の電波望遠鏡に求められるより高感度・高効率な観測を実現するための開発として、観測手法と解析手法の観点から実質的な感度向上が可能であることを実証した。NGC 1068ではAGNからのアウトフローやジェットによる強いショックの影響が見えていることが明らかになりつつある。ただし、アウトフローの分布との関連を詳細に明らかにするためには、現状の空間分解能の2倍以上(15 pc以下)の観測が必要である。
音声データベースと韻律ラベリングおよび音声入出力評価手法の国際的統一に関する研究

本研究は、音声データベース・韻律ラベリング・音声入出力技術評価の国際的協調・統一を目的として世界各国の指導的研究者の協力の下に共同研究を行い、下記の成果を収めた。(1)国内外における研究進捗状況の調査及び主要研究者との意見交換平成810年度の3ヶ年間に、米・英・仏・独・オランダ・スペイン・ギリシア・オーストラリア・中国・韓国・香港において、国内・外の研究分担者・協力者とともに世界各国における当該技術の調査を行い、研究を積極的に推進すると同時に、国際的協調に関する討議を行った。なおこれと対応して国内における研究協力体制の整備を行った。(2)関連研究者の研究発表・討議・意見交換の場としての国際会議の計画と実行本研究の国外分担者をつとめる欧州の研究者が中心となり、研究代表者が国際諮問委員となって、当該分野の研究発表・討議・意見交換の場としての『言語資源・評価国際会議』を企画し、平成10年5月にその第1回をグラナダで開催した。また、日本語・中国語・韓国語等の東アジア諸言語を対象として、関連技術の協調をはかるため『東アジア諸言語の言語資源・評価』に関する第1回の作業部会を同じく平成10年5月に開催した。いずれも今後、国際研究集会として定期的に開催されることが決定している。(3)当該分野の技術の国際的協調・統一のための作業部会の開催と意見交換平成810年の3ヶ年間に、各年1回の作業部会を開催し、音声データベース・韻律ラベリング・音声入出力技術評価に関する中央協調委員会(略祢COCOSDA)を永続的に設置して活動を続けることが決定した。平成8年度は研究の初年度として、まず国内および海外の技術の現状を十分に把握するとともに、海外の研究分担者との連絡を密にし、国際的協調のための基礎を築くことに重点をおき、以下の実績をあげた。(1)音声データベースと韻律ラベリング、音声入出力評価に関してすでに多くの実績のある欧・米はもとより、欧米の言語とは大きく異なる非印欧語圏、特にアジア圏の日本・中国・香港・韓国における研究の現状を調査し、国際的協調の可能性を検討した。(2)上記(1)の検討の結果をふまえ、フィラデルフィアにおける音声言語処理国際会議に研究代表者ほか分担者3名が出席し(分担者3名が本研究費による派遣)、海外の関連研究の調査、関連研究者との討議を行うとともに、10月7日に同市において第1回の作業部会を開催し、データベースと韻律ラベリング、入力技術評価、出力技術評価のそれぞれに関して、国際的な協調、共通化、標準化の可能性につき討議し、更に検討すべき問題点を明らかにした。(3)アジア圏の諸言語に関しては、10月に研究代表者を中国および韓国に派遣して、さらに詳細な調査を行い、国際的協調に関して関連研究者との意見交換を行った。また、韻律ラベリングに関しては、平成9年3月に研究代表者を米国および欧州に派遣してさらに詳細な調査を行った。(4)上記の調査の結果にもとづき、平成9年3月に香港においてアジア圏の諸言語の音声データベースおよび入出力評価に関する予備的な作業部会を開催し、研究代表者ほか2名が出席して中国・韓国の関連研究者らと、さらび研究代表者がアテネにおける欧州音声通信・技術会議の委員会に出席して、主として欧州の分担者らと、いずれも討議を行って、今後さらに検討すべき事項を明らかにした。(1)平成8年度の研究成果および討議の結果をふまえ、音声データベース・韻律ラベリング・音声入出力評価手法に関する国内の共同研究を進めた。(2)平成9年1528日に研究代表者をヨーロッパに派遣し、まずアムステルダムにおいて第2回作業部会に関する準備打合せを行い、つぎにアテネにおいて開催された韻律に関する国際シンポジウム、およびロードスにおいて開催されたヨーロッパ音声通信・技術会議において本研究の成果の一部を発表するとともに、世界各国における関連の研究の調査および関連研究者との意見交換を行った。

さらに9月24・25日に同地において本研究の国外分担者・研究協力者多数の参加のもとに第2回作業部会を開催し、各国・各地域における研究の進捗状況の報告・問題点の討議・今後の研究の進め方に関する意見交換を行った。なお、上記のヨーロッパ音声通信・技術会議および第2回作業部会には研究分担者板橋も派遣により参加した。(3)平成9年11月に国外研究分担者・協力者が来日した機会をとらえ、本研究のテーマに関するシンポジウムを東京において開催し、特に非欧米言語圏としての日・中における音声データベース・ラベリング・入出力評価に関する研究発表と討議を行った。(4)平成9年12月に研究代表者を米国に派遣し、サンディエゴで開催された米国音響学会会議およびマサチューセッツ工科大学において研究調査を行うとともに、米国の研究分担者・研究協力者との意見交換を行った。(5)平成10年3月に研究代表者を仏・英・米国に派遣し、それぞれの国における研究分担者と研究調査を行い、また、今後の研究の進め方に関して意見交換を行った。(1)平成9年9月に開催した第2回作業部会、およびその後の国内における討議の結果、得られた方針にもとづいて、音声データベース、韻律ラベリング、音声入出力評価手法に関する国内の共同研究を進めた。(2)東アジア諸言語の音声データベース及び入出力評価に関する作業部会を筑波大学において開催し、特に欧米諸言語との差異に基づく諸問題に関して討議を行った(平成10年5月18・19日)。(3)欧州の研究分担者の所属する諸研究機関を訪問して、共同研究の円滑な推進をはかるとともに、スペイン・グラナダ市で開催された言語資源及び評価において関係研究者と意見交換を行った(平成10年5月24日6月1日)。(4)米国の研究分担者・協力者の所属する諸研究機関を訪問して、共同研究の円滑な推進をはかり、また第3回作業部会に関する準備打合せを行った(平成10年6月、7月、8月)。(5)オーストラリア・ジェノランケーブスの第3回ESCA/COCOSDA音声合成作業部会において、音声入出力技術評価に関する共同研究の成果を発表し、討議を行った。さらにシドニー市において1998年音声言語処理国際会議が開催される機会に、第3回の作業部会を開催し、本研究の国内外分担者・協力者多数の参加のもとに、日・欧・米の検討結果と成果の取りまとめに関する意見交換を行った(平成10年11・12月)。(6)米国・マサチューセッツ工科大学及びドイツ・ベルリン工科大学(米国・欧州音響学会合同会議)において、米・欧における研究結果の最終的な把握と、成果の取りまとめに関する討議を行った(平成11年3月)。
高精度形状モデルを基盤とした小惑星地質活動の解析

本研究では,小惑星高精度形状モデル構築手法の確立,小惑星3次元地理情報システムの構築などの技術的目標を達成させる事で,小惑星イトカワのデータ解析の基盤を構築し,イトカワを代表とするrubble-pile小惑星の実態を明らかにすることを目指した.その結果,SPC法とSfM法を組み合わせた迅速かつ高精度の形状モデル構築手法を確立した他,小惑星向け3D-GISの開発に成功した.これらの基盤を活かしつつイトカワ探査データの解析を進め,表面の衝突地形の分布から,数Myr前にイトカワの全球を更新するイベントが起きていた可能性が示唆された.これは,イトカワの回収試料の分析結果とも矛盾しない.平成25年度は以下の3つの技術開発課題を解決するソフトウェア開発とその検証作業を行った.技術開発課題(1)小惑星高精度形状モデル構築手法の確立,技術開発課題(2)小惑星表面形状と表面アルベドマップの同時推定手法の確立,技術開発課題(3)高精度形状モデルを基盤とした小惑星3次元地理情報システムの構築.技術開発課題(1)では,はやぶさ初号機の画像データセットなどを用いて,オープンソースソフトによる小惑星形状推定を試み,その精度検証を行うとともに,はやぶさ2における観測計画へのフィードバックを行った.その結果,bundlerとPMVS2による形状推定手法は,探査ミッション初期のモデル構築に十分使用可能であることがわかった.技術開発課題(2)では,データ取得時の日照条件の制約が現実的なレベルまで緩和された新しいPhotometric stereo法による表面形状と光散乱モデルの同時推定手法を開発し,試験実装を行った.技術開発課題(3)では,既存の小惑星3次元地理情報システムを改良し,小惑星表面地質の分布が解析可能となるようにすることができた.さらに,当初は平成26年度に着手する予定であった科学的目標の解決に向けたデータ解析を開始している.その結果,小惑星表面の重力ポテンシャル分布と表面地質の関係が明らかになりつつある.また,主成分分析法を用いて,宇宙風化度の地域差の分布の把握を行うことも始めている.平成26年度は計画に掲げた技術的課題のうち,小惑星用三次元地理情報システムの開発と,小惑星高精度形状モデルの構築方法の確立に重点を置いて取り組んだ.小惑星用三次元地理情報システムは昨年度までに開発していたソフトにさらに改良を加え,解析作業に必要な機能の追加を行い,さらに実用性のあるソフトウェアとして完成度を上げることができた.また,これまで開発していたソフトはJavaによるスタンドアロン動作の版であったが,今年度はこれに追加して,基本機能が共通のウェブアプリ版をJavaScriptとOpenGLを用いて開発した.これによってより柔軟にデータの閲覧と解析が行えるようになる.小惑星高精度形状モデルの構築方法については,Shape-from-Shading法,Photometric Stereo法,ボクセルベース形状復元法の3つの手法について検討を進めている.このうち,Shape-from-Shading法による形状復元精度の3Dスキャナと模型を用いた検証が昨年度からの持ち越し事項となっていたが,今年度実施することができた.ただし,その結果として模型の画像セットを複数準備して条件を変えた検証を行う必要があることも明らかになり,これは次年度に実施を目指すこととなった.科学的解析では,昨年度から着手している小惑星表面の重力ポテンシャル分布と表面地質の関連に関する解析とマルチバンド画像データを用いた主成分分析による宇宙風化度の解析を引き続き実施している.平成27年度は,3つの技術開発課題「小惑星高精度形状モデル構築手法の確立」,「小惑星表面形状と表面アルベドマップの同時推定手法の確立」,「高精度形状モデルを基盤とした小惑星3次元地理情報システムの構築」の完成と,その成果を活かした2つの科学的目標の解決「イトカワを構成するrubbleのサイズ頻度分布の解明」,「宇宙風化度の地域差の分布の把握と天体全体の地質構造・地質活動に関する理解」に取り組んだ.技術開発課題のうち,一項目と二項目については海外の小天体ミッションで導入されているStereophotoclinometryと,これまで検討を進めていたStructure-from-Motion法を組み合わせて適用することで,短期間で高精度の形状モデルを構築できる目処を得た.また,ほかに検討を進めていたPhotometric Stereo法とボクセルベース形状復元法についても精度の検証を行った.三項目についても前年度より引き続きツールの開発を続け,小惑星の地理情報,地形情報に基づく解析結果を形状モデル上に直接記録できる機能の追加を行った.科学的解析も進め,小惑星イトカワ表面の衝突地形の分布などから,イトカワ表面の年代を推定し,イトカワ形成史を記述することができた.形状モデルでも明らかな通り,イトカワ表面は多数の粗粒物質に覆われており,通常の天体表面での衝突地形形成についての知見を直接適用することは難しいが,模擬物質を用いた衝突実験からイトカワ表面での衝突クレータ形成のスケーリング則を調べ,表面年代の推定に用いた.その結果,数Myr前にイトカワに全球的に表面を更新するイベントが起きていた可能性が示された.これはイトカワの回収試料の分析結果とも矛盾しない.イトカワを構成するrubbleのサイズ頻度分布には十分な制約を与えることができていない.これは今後の課題である.本研究では,小惑星高精度形状モデル構築手法の確立,小惑星3次元地理情報システムの構築などの技術的目標を達成させる事で,小惑星イトカワのデータ解析の基盤を構築し,イトカワを代表とするrubble-pile小惑星の実態を明らかにすることを目指した.その結果,SPC法とSfM法を組み合わせた迅速かつ高精度の形状モデル構築手法を確立した他,小惑星向け3D-GISの開発に成功した.

これらの基盤を活かしつつイトカワ探査データの解析を進め,表面の衝突地形の分布から,数Myr前にイトカワの全球を更新するイベントが起きていた可能性が示唆された.これは,イトカワの回収試料の分析結果とも矛盾しない.計画と比較して実施時期の前後が生じているものの,全体としては順調に進展しているものと考える.27年度が最終年度であるため、記入しない。惑星科学技術的課題の中で小惑星高精度形状モデルの構築方法の確立については,Shape-from-Shading法は手法としての確立はほぼ完了しているため,今後は精度評価を進める.Photometric Stereo法はLambert則を用いた多視点照度差法が完成間近であるため,今後はより現実的な光散乱モデルの取り込みを目指す.ボクセルベース形状復元法は平成27年度に実画像を用いた検証を目指している.科学的解析では,これまでの準備の集大成として,開発済みの小惑星用三次元地理情報システムを用いて小惑星イトカワ表面の地形的・地質的特徴をマッピングすることで内部構造に関するエビデンスを抽出し,rubble-pile天体の構造を明らかにする研究に着手する.技術開発課題(1)に関わる3Dスキャナと模型による形状推定手法の精度検証は,3Dスキャナの調達が遅れ,また取得データの解析に予想以上の時間を要しているため,平成25年度中に完了できていない.一方,技術開発課題(3)の成果を受けての小惑星表面地質の分布の解析は当初の予定よりも前倒しで開始できている.全体としてはおおむね順調に進展していると評価している.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。技術開発課題(1)に関わる3Dスキャナと模型による形状推定手法の精度検証は,データ取得までは完了しているため,解析を進めて今年度中の完了を目指す.また,技術開発課題(2)に関わる部分では,新しいPhotometric stereo法の完成を目指す.技術開発課題(3)の小惑星3次元地理情報システムの改良は引き続き実施して,2つの科学的目標(イトカワを構成するrubbleのサイズ頻度分布の解明,宇宙風化度の地域差の分布の把握と天体全体の地質構造・地質活動に関する理解)の達成のための解析を進める.27年度が最終年度であるため、記入しない。
光電子機能を有するポリペプチド性情報変換分子モデュ-ルの組立と機能制御

本研究は、タンパク質の高度な機能の本質、つまりポリペプチド鎖の立体構造とそれにより高度に配向化された機能団という特徴を化学的に模倣し、光電子機能材料の基盤となるポリペプチド性光電子機能分子モデュ-ルの組立を行うことを目的とする。本目的達成のために、分子レベルより立体構造制御したポリペプチドと光機能性官能団とのハイブリッドを設計、合成する。今回、光誘起電子移動能を有するトリスビピリジルルテニウム錯体ポリペプチドハイブリッドの設計合成を行なった。設計:電子移動を可能とするポリペプチド分子素子の開発を目指し、両親媒性のαーヘリックスペプチドとトリスビピリジルルテニウム錯体により構築された超2次構造上にアントラキノンービオロ-ゲンを配置したハイブリッドペプチド1を設計した。ペプチドは、2分子膜に埋設することを考慮し、Leu,SerとAibよりなる両親媒性のαーヘリックス21ペプチドを設計した。21アミノ酸残基のαーヘリックス長は、リン脂質2分子膜の疎水部の厚さ(約30A)に相当する。本ハイブリッドにより形成されたヘリックスール-プーヘリック超2次構造上でルテニウム錯体からアントラキノンを介してビオロ-ゲンへの分子内電子移動を行わせることを期待した。合成:ヘキサペプチドを液相法により合成後、フラグメント縮合により21ペプチドとした。この21ペプチドのカルボキシル末端にNーアミノエチルーN'ープロピルビオロ-ゲンをWSCーHOBt法により縮合した後、2本のβーAla残基を有するトリスビピリジルルテニウム錯体とBOP試薬により縮合し、目的のハイブリッドペプチドを得た。コンホメ-ション:CDスペクトルより、1は、MeOHおよびSDSミセル中においてαーヘリックス構造をとっていることが分かった。光誘起電子移動反応:1を卵黄レシチンベシクル中に取り込ませ、光照射(λ>420nm)したところ、ルテニウム錯体(ー0.88V vs.SCE)からアントラキノン(E_<red>=-0.72V vs.SCE)を経てビオロ-ゲン(E_<red>=-0.42V vs.SCE)へ2分子膜透過型光誘起電子移動反応が認められた。ポリペプチド電子素子としての発展が期待される。
無転位シリコンカーバイド成長に向けた表面改質と高分解能非破壊解析

炭化珪素(SiC)はSiの限界を超える次世代パワー半導体として期待されており、電力や自動車の省エネルギーを目的として活発に研究開発が行われている。問題とされていた直径1μmを超える大型サイズの結晶欠陥も近年大幅に改善されている。しかしながら、市販のSiCウエーハは1cm^2あたり転位が10,000ケ以上存在する。そのため試作した素子特性の均一性と信頼性が問題となっている。結晶欠陥低減への道を拓くために、本研究では「SiC表面改質」と「転位伝播機構の解明」を行った。1)転位伝播機構の解明:電子線起電流(EBIC)法に独自の工夫を行い、従来に比べ1桁以上の高い解像度(1μm)で結晶欠陥を検査できる技術を開発した。加速電圧10kVにおけるEBIC像では0.5μm間隔を開けて並んでいる結晶欠陥を判別でき、検討目標の1μm以下を達成した。本手法は非破壊で簡便な欠陥評価手法であり、基底面転位の伝播機構について詳細な解析を行った。2)SiC表面改質:SiCエピタキシャル成長前の表面改質は熱エッチング法により行った。結晶欠陥(転位)を選択的にエッチングすることに成功し、エッチピット形状について詳細な解析を行った。熱エッチングは塩素と酸素ガスを用いた。950°Cのとき、エッチング速度は4H-SiC Si面で約0.5μm/hであった。熱エッチングでSiCを削れることは古くから知られていたが、エッチピットが形成されることが料明したのは本研究が世界で初めてである。エッチングした表面に化学的気相堆積(CVD)法を用いてSiCをエピタキシャル成長した。結晶欠陥をEBIC解析した結果、基底面転位は貫通転位に転換されていることが判明した。基底面転位を低減できたので、SiC素子を作製したとき電気特性の信頼性が大幅に改善できると考えられる。本年度計画した下記の二項目について述べる。1.高分解能・電子線起電流法の開発シリコンカーバイド(SiC)中の結晶欠陥の非破壊解析は電子線起電流(EBIC)装置が増設されている走査型電子線顕微鏡(SEM)を用いて行った。目標は1μmより細かな結晶欠陥を識別できる分解能をEBIC法で得ることである。高分解能に向けて、電子線の加速電圧とEBIC信号を収集する電極金属を検討した。高分解能EBIC像を得るために、20kV以下の加速電圧を検討した。10kVのEBIC像で特に結晶欠陥(黒点)が明瞭になった。5kVまで下げるとEBIC像は不鮮明になり、3kVで判別できない像になった。加速電圧10kVにおけるEBIC像では0.5μm間隔を開けて並んでいる結晶欠陥を判別でき、目標の1μm以下を達成した。電子線の侵入長(深さ)は電極材料の密度に反比例するので、これまで使っていたニッケル(8.9g/cm^3)より密度が低いチタン(4.5g/cm^3)をEBIC信号収集電極金属に用いた。Ti電極でもNiと同様に結晶欠陥を観察でき、電極材料の密度依存性は見られなかった。2.SiCのエッチングと成長陽極化成を使った方法ではエッチング形状が不鮮明であり、結晶欠陥が明瞭に現れなかったことが判明した。そこで結晶欠陥がより鮮明に現れる熱エッチング法をあわせて行った。

950°Cのとき、エッチング速度は4H-SiC Si面で約0.5μm/h、C面で40μm/hであった。Si面ではエッチピットが鮮明に現れ、C面ではヒロックが形成された。熱エッチングでSiCを削れることは古くから知られていたが、エッチピットやヒロックが形成されることが判明したのは本研究が世界で初めてである。エッチングした表面に化学的気相堆積(CVD)法を用いてSiCをエピタキシャル成長した。成長前後の結晶欠陥をEBIC解析した結果、基底面転位は貫通転位に転換されていることが判明した。基底面転位を低減できたので、SiC素子特性の信頼性が大幅に改善できると考えられる。1.SiC非{0001}面の表面改質と選択成長陽極化成を使った方法では結晶欠陥が明瞭に現れなかったので、{0001}面で明瞭に結晶欠陥が現れた熱エッチング法を用いて表面改質を行った。熱エッチングは塩素と酸素ガスを用い、9001000°Cで530分保持した。非{0001}面のエッチング速度は{0001}面からのオフ角度に比例し、(0001)Si面に近づくほど遅くなった。(1-100)面では積層欠陥が顕著に現れた。また非{0001}面ではエッチング速度に異方性があり、SiCの晶癖が如実に現れることを世界で初めて示した。エッチングした非{0001}面上に従来と同じ1500°Cで結晶成長したとき、ファセットが多数発生したことを確認した。そこで温度を100°C上げて行うと、原子レベルで平坦なSiCを得ることができた。これは温度上昇に伴って原料のマイグレーションが促進されたことによると思われる。2.転位の伝播機構の解明昨年度、開発した高分解能な電子線起電流(EBIC)法を用いて、転位の伝播機構を検討した。SiCではc軸(成長方向)に貫通する転位が課題であるため、エッチングとEBIC観測を繰り返して10μm深さまで行った。多くの螺旋および刃状転位は基板から伝播していることを確認した。基底面転位はc軸と垂直方向に伝播するが、"結晶成長の初期段階ではc軸方向に転換できる"、"転位が分解し2つ以上に増える"、"2つ以上の転位が合成して減る"場合があった。これらの伝播はエッチングによる表面改質の条件と結晶成長の条件に強く依存する傾向があった。今後、エッチング条件と成長条件を検討し、無転位SiCの実現に向けた研究を進める。
植物のシュート形態を模擬した多方位ソーラー発電システムのコンパクト化に関する研究

植物のシュートモデルを模擬して,太陽電池モジュールの配向と分散配置を工夫することで,設置スペースのコンパクト化を試みた。そこで,多種の植物シュート形態を,一日での日射受光量の最大化目的の下で最適化して,太陽電池モジュールの配置を計画した。数値実験の結果から,分裂葉を持つ植物シュートの受光面は,平板タイプの太陽電池モジュールに比べて設置スペースは大きく削減できることを明らかとした。季節や時刻で変化する,太陽位置に影響を受けにくいソーラー発電システムを計画するのに,多様な形態を持つ植物シュートを参考にする。この植物シュートを模擬した受光システムでは,従来の平板タイプの太陽電池モジュールと比べて設置スペースを小さくできると考えられることから,都市部や住宅街でもソーラー発電システムが普及するものと予想され,温室効果ガス排出量の低減につながるという意義を持つ。そこで本研究では,植物シュートと日射の受光量の関係を数値解析によって調査した。本年度の研究では,多様な葉形状のふく射形態係数をモンテカルロ法で解析し,非線形で多変数である植物シュートの最適化には,遺伝的アルゴリズムを導入した。この解析アルゴリズムを用いて,多種の植物シュート形態の受光特性を数値解析により最適化して,任意時刻での日射の受光効率の改善を試みた。本年度は,植物シュート形態を模擬した太陽電池モジュールの分散配置について調査した。夏季の太陽の位置は,仰角・方位角共に移動範囲が広く,一方,冬季では仰角・方位角の移動範囲が狭いことから,植物シュートで日射を最大に受ける最適形態は,受光面(葉)の仰角が小さくなるように配置される。ただし受光面が複数ある場合,重なりを避けるために方位角を広くとるように配置される結果が得られた。さらに,受光システムの設置スペースのコンパクト化に関する検討として,数値実験で得られた植物シュート形態の最適解に基づいて,受光面を分散配置するときのソーラー発電システムを評価した。また,従来の平板タイプの太陽電池モジュールの設置スペースと,これらの結果を比較して,提案システムの優位性を明らかにした.夏季の太陽の位置は,仰角・方位角共に移動範囲が広いが,一方で,冬季では仰角・方位角の移動範囲が狭いことから,植物シュートで日射を最大に受ける最適形態は,受光面(葉)の仰角が小さくなるように配置される。ただし受光面が複数ある場合,重なりを避けるために方位角を広くとるように配置される結果も予想される。そこで,「植物シュートを模擬した受光面の受光量試験」として,このような特徴を持つシュート形態の受光量を,数値実験によって明らかにした。さらに,植物のシュート形態と,受光量及び指向性の関係を,葉での光の反射および透過成分を考慮して解析した。次に,「設置スペースのコンパクト化に関する評価」として,上で述べた数値実験から得られた,植物シュート形態の最適解に基づいて,受光面を分散配置したときのソーラー発電システムについて,設置スペース(受光密度)を評価した。本年度は,受光面の温度抑制効果に関する実験に着手しており,数値実験で確認した,「主脈の折り曲げ」や「葉密度の偏分布」による受光面の温度上昇の抑制効果を,受光面の表面温度と照度の測定実験で確認している。この結果から,既製の結晶型太陽電池モジュールを分散配置する場合の,発電効率の低下量の見積もりを実施中である。なお,本年度に本研究で得られた数値実験の結果は,論文により広く公表した。本研究では,太陽電池ジュールの配向を,植物のシュートモデルを模擬して分散配置することで,ソーラー発電システムの効率改善と設置スペースのコンパクト化を試みるものである。研究の目的は,数値シミュレーションにより植物シュートの特徴をソーラー発電システムに取り入れて,設置スペースのコンパクト化,太陽電池モジュールの向きと太陽の位置による発電効率の指向性の緩和,そして太陽電池モジュールの温度上昇の抑制を実現することである。そこで,(1)多種の植物シュート形態を数値解析により最適化して,任意時刻での日射の受光に有効である太陽電池モジュールの分散配置について計画し,(2)これらは平板の平板タイプの太陽電池モジュールと比べて省スペースであることを明らかにし,(3)植物の葉で行われている,「主脈の折り曲げ」や「葉密度の偏分布」などの温度上昇を抑える工夫を模擬して,太陽電池モジュールの温度上昇が抑制されることを検討した。本研究の学術的な特色は,植物シュートと日射の受光量の関係を明らかにする点であり,多様な葉形状のふく射形態係数をモンテカルロ法で解析して,さらに,非線形で多変数である植物シュートの最適化には,遺伝的アルゴリズムを導入した。この大きな理由は,太陽位置に影響を受けにくい,指向性の小さな受光面の配置を計画できるからである。