hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
音楽理論GTTMに基づく作曲・編曲システム

音楽理論GTTMに基づき,音楽的知識が乏しい初心者でも高度な音楽的操作を可能とする作曲・編曲支援システムの実現を目指し研究を行った.具体的には,まず,音楽理論GTTMに基づく自動音楽分析器FATTAの構築を行った.次に,聴取者ごとの楽曲の解釈にも対応した分析結果の出力が可能な楽曲分析器Interactive GTTManalyzerを構築した.さらに, GTTMに基づく編曲作業の一つとして,あるメロディと別のメロディの間にある複数個のメロディをある尺度のもとで順序付けて生成する,メロディのモーフィングを実現した.音楽理論GTTMに基づき,音楽的知識が乏しい初心者でも高度な音楽的操作を可能とする作曲・編曲支援システムの実現を目指し研究を行った.具体的には,まず,音楽理論GTTMに基づく自動音楽分析器FATTAの構築を行った.次に,聴取者ごとの楽曲の解釈にも対応した分析結果の出力が可能な楽曲分析器Interactive GTTManalyzerを構築した.さらに, GTTMに基づく編曲作業の一つとして,あるメロディと別のメロディの間にある複数個のメロディをある尺度のもとで順序付けて生成する,メロディのモーフィングを実現した.我々は,音楽理論GTTMに基づき,音楽的知識が乏しい初心者でも高度な音楽的操作を可能とする作曲・編曲支援システムの実現を目指して研究を遂行している.本年度の主な成果は以下の2点である.・GTTMに基づく音楽分析器の完全自動化我々はこれまで,音楽理論GTTMを計算機実装用に拡張したexGTTMを提案し,GTTMの分析の結果得られるタイムスパン木を獲得するシステムATTA(Automatic Time-span Tree Analyzer)の実装を行ってきた.GTTMの計算機上への実装においては,従来,各ルールが競合し分析が困難となる問題が生じていたが,ATTAでは,調節可能なパラメータを導入し,ルールに優先度を設定することでその問題を解消していた.しかし,それらのパラメータの設定は手作業で行っていたため,パラメータを曲ごと適切に設定するために多大な労力を必要としていた.そこで本年度,タイムスパン木の安定度および拍節構造の安定度に基づき,ATTAのパラメータの値の最適化を行うFATTA(Full Automatic Time-span Tree Analyzer)を提案し,計算機上への実装を行った.FATTAは,楽曲構造分析に関する音楽理論GTTMのグルーピング構造分析,拍節構造分析,タイムスパン木分析および和性解析に関する音楽理論Tonal Pitch Spaceからなるが,本研究では,相互に依存するモジュール全体を対象として,その全パラメータを最適化する問題として定式化した.実験の結果,FATTAはベースラインでのATTAの性能に比べて高い正解率であることを確認した.・GTTMに基づく音楽的操作の実現あるメロディと別のメロディとの中間のメロディを生成する,メロディのモーフィング手法を構築した.FATTAの分析の結果得られるタイムスパン木は,曲中の各音の構造的な重要度を階層的に表示したもので,音楽の深層構造の分析を可能とする.本研究では,メロディの部分簡約法を提案し,タイムスパン木に対して最小上界,最大下界という演算を行うことでメロディのモーフィングを可能にした.我々は,音楽理論GTTMに基づき,音楽的知識が乏しい初心者でも高度な音楽的操作を可能とする作曲・編曲支援システムの実現を目指して研究を遂行している.本年度の主な成果は以下の3点である.・インタラクティブ楽曲分析器の生成:昨年度構築した音楽理論GTTMに基づく自動楽曲分析器では,ユーザの意図を反映した分析結果を出力することは困難であった.楽曲の解釈は個人により異なり複数考えられるため,そのような解釈を出力できるインタラクティブ楽曲分析器を構築した.インタラクティブ楽曲分析器は,分析結果を手作業で編集できるGTTMマニュアルエディタやコード進行の分析結果のインポート機能,分析および手作業による編集の手順を制御するGTTMプロセスエディタなどから成る.・メロディの外挿の実現:昨年度,音楽理論GTTMに基づき2つメロディを内挿するようなメロディを生成する手法を提案したが,本年度は2つのメロディを外挿する(片方のメロディの特徴を強調する)手法を提案し実現した.また,メロディの内挿・外挿をデモンストレーションするためのシステムの構築も行った.今後,作曲・編曲に使用するためのインタフェースの構築を行う.・メロディの予測の実現:即興演奏中のメロディの次の音を予測するシステム「予測ピアノ」を構築した.システムは予測結果をピアノの天板上のLED表示装置に表示する.
新規阻害剤に基づく酸化還元調節酵素を介した発癌分子機序解明

小胞体ストレスタンパク質の一種である標的とした酸化還元調節酵素は、正常細胞に比べ種々の癌細胞株で高発現している。過剰発現系およびRNA干渉を用いたノックダウン解析から、癌化、さらに癌幹細胞形成に重要な役割を果たしていることが判明した。この酵素誘導性の癌化および癌幹細胞形成は各組織で普遍的に起きている可能性が高く、この癌化および癌幹細胞形成メカニズムの解明により新しい創薬シーズの発見や、最終的には癌幹細胞の撲滅・癌根治につながることが期待される。また、次世代シーケンサーを用いた解析から、分化に関与する転写因子だけでなく、複数のミトコンドリア関連タンパク質を制御していることが判明した。小胞体ストレスタンパク質であるEndoplasmic reticulum oxidoreductin1α(ERO1α)は、正常細胞に比べ種々の癌細胞株で高発現している。過剰発現系およびRNA干渉を用いたノックダウン解析から、癌化に重要な役割を果たしているタンパク質であることが報告された。このERO1α誘導性の癌化は各組織で普遍的に起きている可能性が高く、このメカニズムの解明により新しい創薬シーズの発見や、最終的には癌幹細胞の撲滅・癌根治につながることが期待される。ERO1αを有用な創薬標的と見なし、現在報告されている阻害剤を探索したところ、RonらによってERO1α阻害剤の報告がなされていた。この報告は酸化還元についてのみ言及しており、さらに低阻害能、高細胞毒性なために有効な阻害剤とは言い難かった。そこで、1万化合物ライブラリーからスクリーニングを行い、新規ERO1α阻害化合物を同定し、それらの構造展開からRonらの化合物よりも高い阻害活性および溶解性を有する阻害化合物HE-Iを得た。ERO1α過剰発現しているSW480, MDA-MB231細胞を用いて、SP解析、増殖能解析をHE-I添加・非添加時の挙動を解析した。shRNAを用いたノックダウン細胞を作成し、さらに詳細に解析することで、HE-Iによる制癌作用を確認することに成功した。この機能発現がどのような機構によって発現しているか解析するため、次世代シーケンサーを用いたCAGE法、タンパク質間ネットワーク解析のためUPLC/MSを用いた相互作用タンパク質解析を実施している。ERO1αの発現量の多いヒト乳癌MDA-MB-231細胞およびヒト大腸癌SW480細胞を用いて、Dyecycle violetを用いたSP解析、ALDH発現量解析により目的細胞(SP-AF細胞)を調製した。この細胞を用いて、HE-I添加による制癌効果を解析した。この細胞群は薬剤排他能が高いため、元のがん細胞株と同様な挙動を示さず、増殖能を抑える効果は見られたが徐々に効果が減少することが判明した。タンパク質の発現パターンを解析するため、次世代シーケンサーを用いたCAGE法を行う。サンプル調製として、HE-I添加・非添加のSP-AF細胞、HE-I添加・非添加のERO1αノックダウンSP-AF細胞をは最後、mRNAの抽出を完了し、解析に進んでいる。また、直接的なタンパク質間相互作用を解析するため、UPLC/MS/MSを用いた相互作用解析を行う。大腸癌細胞株SW480を用いて、SP-AF細胞を調製し、SW480とそのSP-AF細胞間の発現タンパク質量を二次元電気泳動により解析した。小胞体ストレスタンパク質である酸化還元調節酵素は、正常細胞に比べ種々の癌細胞株で高発現している。この酸化還元調節酵素誘導性の癌化は各組織で普遍的に起きている可能性が高く、このメカニズムの解明により新しい創薬シーズの発見や、最終的には癌幹細胞の撲滅・癌根治につながることが期待される。この酸化還元調節酵素を有用な創薬標的と見なし、現在報告されている阻害剤を探索したところ、すでに阻害剤の報告がなされていた。そこで、1万化合物ライブラリーからスクリーニングを行い、新規阻害化合物を同定し、それらの構造展開から先行化合物よりも高い阻害活性および溶解性を有する阻害化合物HE-Iを得た。この酸化還元調節酵素が過剰発現しているSW480, MDA-MB231細胞を用いて、SP解析、増殖能解析をHE-I添加・非添加時の挙動を解析した。Clisper/Cas9によるノックアウト細胞を作成し、さらに詳細に解析することで、HE-Iによる制癌作用を確認することに成功した。この機能発現がどのような機構によって発現しているか解析するため、次世代シーケンサーを用いたCAGE法により、転写因子活性化情報とタンパク質発現量解析を同時に行い、この酸化還元調節酵素により複数の転写因子が制御されているだけでなく、さらにミトコンドリア局在タンパク質が調節されていることが判明した。また、複数の糖鎖、糖関連酵素が不活性化していることが明らかとなり、ミトコンドリア局在タンパク質の制御と合わせて考えることで、糖新生にも影響を与えている可能性が示唆された。

この酵素誘導性の癌化および癌幹細胞形成は各組織で普遍的に起きている可能性が高く、この癌化および癌幹細胞形成メカニズムの解明により新しい創薬シーズの発見や、最終的には癌幹細胞の撲滅・癌根治につながることが期待される。また、次世代シーケンサーを用いた解析から、分化に関与する転写因子だけでなく、複数のミトコンドリア関連タンパク質を制御していることが判明した。得られた関連タンパク質のmRNA塩基配列から、siRNAを複数作成し、関連タンパク質のノックダウンを行う。細胞はMDA-MB-231細胞株、SW480細胞株を用い、RNA干渉によりノックダウンされたERO1α関連タンパク質の腫瘍形成への効果を解析する。また、関連タンパク質のERO1αによる負の制御がある場合も考慮し、関連タンパク質発現プラスミドを作成し、ノックダウンと過剰発現を使い分けることによって細胞挙動を観察する。具体的には、1フローサイトメーターGallios(Beckman Coulter)を用いて、コントロール細胞と比較することで細胞周期への影響を確認する。2腫瘍増殖能解析には細胞増殖試薬WST-1を用いた生細胞量の測定および創傷治癒スクラッチアッセイにより評価する。3報告例のあるHIF-1、VEGFやケモカインについてはWestern Blotting法やELISAの抗体アッセイにより、発現量の増減を確認する。以上の解析結果からERO1αによる癌化メカニズムの経路を解析する。薬剤排他能への影響を解析するため、HE-Iと他抗がん剤との併用による効果を解析する。薬剤耐性はHoechst33342排出を解析することで評価する。HE-I添加や関連タンパク質の発現量増減により薬剤排泄能が低下していた場合、既存の抗癌剤でも有効に癌幹細胞を細胞死させる。そこで、Hoechst33342の排泄能が低下した細胞群へ、tubulin阻害剤;ノコダゾール、DNA Topoisomerase阻害剤;ドキソルビシンを添加し細胞死解析を行うことで薬剤耐性を無効化しているか評価し、多角的に癌幹細胞化のメカニズム解析を行う。タンパク質・ペプチド化学タンパク質発現パターン解析にマイクロアレイを計画していたが、より精度が高く、付加情報を得られるCAGE法に変更した。ノウハウを蓄積している理研ベンチャーに依頼していたが、納期が思った以上にかかり、時期をずらすことで、迅速な解析を以来可能であったためであり、さらに予算執行状況から、次年度に経理執行可能なように時期をずらした。計上していたマイクロアレイ消耗品をCAGE法の外注に切り替える。
界面活性剤テンプレート法によるナノポーラス炭素-金属酸化物複合体の作製

本研究では界面活性剤テンプレート法によりナノ構造性金属酸化物を合成し,そのナノ細孔内でテンプレートを炭素に変換することでナノポーラス炭素-金属酸化物複合体材料を作製することを試みている。前年度までに,炭素-シリカナノ複合体の粉体および薄膜の合成について検討を行ってきた。本年度は,溶媒揮発法による厚さ数100μmのフィルム状炭素-金属酸化物複合材料の作製について検討した。溶媒揮発法とは界面活性剤を含む金属酸化物のゾルから溶媒を緩やかに蒸発させることにより,界面活性剤によるナノ構造形成と金属酸化物のゲル化を同時に進行させる方法である。界面活性剤セチルピリジニウムクロリド(CPC)とシリカを用いた系では,ヘキサゴナル構造,キュービック構造など秩序性の高いフィルムが作製できたが,炭素の生成量は少なかった。これまでの検討により,界面活性剤の炭化反応は骨格である金属酸化物により触媒効果を受けると考えられる。そこで,シリカよりも酸化還元触媒性の強いチタニアを骨格とし,炭素の生成量を向上させることを試みた。具体的にはチタンテトライソプロポキシド(TTIP),酢酸,水を混合して得られたゾルにCPCを添加し,室温で乾燥することで透明なCPC-チタニア複合体フィルムを得た。これを窒素雰囲気下で熱処理したところ,CPC-シリカ系よりも炭素生成量を増大させることができた。しかしチタニアはシリカと比較してナノ構造の発現,制御が困難であり,シリカとチタニアの複合化などの検討を進めていく予定である。本年度行った研究成果,論文発表等について以下に記す。1.金属酸化物としてシリカ,テンプレート兼炭素源としてPEO-PPO-PEOトリブロック共重合体を用いた系について検討した。シリカの骨格構造中に1%程度のアルミナを含有させることにより,炭素含有率を向上させることができた。この結果をKorea-Japan Symposium on Materials(韓国,済州島,2003年5月)にて報告した。2.界面活性剤セチルピリジニウムクロリド(CPC)のテンプレート兼炭素源としての可能性を検討した。CPCは親水基に炭素原子間sp^2結合を持つため,効果的な炭素への変換が可能であり,規則性ナノ細孔内表面に炭素が存在する炭素-シリカ複合体の作製に成功した。またCPCがナノ細孔内で親水基の炭素化,疎水鎖の熱分解に起因する2段階の重量減少挙動を示すことを明らかにし,それに基づき炭化プロセスにおける最適な温度プログラムについて検討した。それらの結果については現在Microporous and Mesoporous Materials (Elsevier Science)に投稿中である。今後この成果を炭素-チタニア複合体の作製に結びつける予定である。(1)界面活性剤セチルピリジニウムクロリド(CPC)のテンプレート兼炭素源としての可能性を検討した。炭化プロセスにおいてCPCがナノ細孔内で親水基の炭素化,疎水鎖の熱分解に起因する2段階の重量減少挙動を示すことが示唆され,それに基づき炭化プロセスにおける最適な温度プログラムについて検討した。この結果を6th Japan-Korea Symposium onMaterials and Interfaces(別府市,2004年10月)にて報告した。(2)メソポーラス炭素-シリカ複合体薄膜を作製することを試みた。シリカゾルにテンプレートとしてCPC,炭素源としてジビニルベンゼン(DVB)を加え,基板上にスピンコーティングにより製膜し,得られた薄膜を窒素流通下で炭化した。この方法で重要となるのは,CPCの分子集合体内部にDVBを内包させること,および薄膜の乾燥,炭化プロセスにおいてDVBの揮発による損失を抑制することである。以上2点に留意し,製膜前にDVBを重合させて揮発性を抑えることを試み,最適な重合条件(温度,時間)について検討した。また,コーティング液に用いる溶媒について検討した結果,エタノールがDVBを分子集合体内部に内包させるのに適した溶媒であることが明らかとなった。

具体的にはチタンテトライソプロポキシド(TTIP),酢酸,水を混合して得られたゾルにCPCを添加し,室温で乾燥することで透明なCPC-チタニア複合体フィルムを得た。これを窒素雰囲気下で熱処理したところ,CPC-シリカ系よりも炭素生成量を増大させることができた。しかしチタニアはシリカと比較してナノ構造の発現,制御が困難であり,シリカとチタニアの複合化などの検討を進めていく予定である。
唾液を用いた胃・腸管感染症リスク診断応用への可能性の探索

消化管開口部である口腔は、腸管に次いで多くの細菌が常在する組織である。こうした細菌は絶えず唾液と共に消化管へと流出している。口腔細菌、特にう蝕原因細菌であるStreptococcus mutantは強い抗菌活性を持つ抗菌物質、バクテリオシンを産生することが報告されている。本研究は唾液中に含まれる細菌やバクテリオシンが、胃・腸管感染症を起こす細菌にどのような影響を与えているかについて解明する。さらに口腔内細菌の特徴である凝集性、特に他細菌との共凝集による胃・腸管感染症原因細菌への影響についても検討する。Helicobacter pyloriは、ヒト胃内に感染する細菌である。本細菌の付着に関する検討において、外膜タンパク質であるAlpABに着目した。AlpABを欠失した変異株は、バイオフィルム形成能が消失し、ヒト胃細胞であるAGS細胞への付着能も著しく減少した。AlpABは全てのH. pyloriが保有し、その遺伝子配列のほとんどは保存されているものの、AlpBアミノ酸121-146領域においては、これまで遺伝子配列が明らかとなっているH. pylori全てにおいて一致しない。そこで本領域を置き換えた組換え変異体を作成し、その細胞付着能を調べたところ、付着能に多様性が認められた。以上の結果より、H. pyloriの外膜タンパク質であるAlpABの多様性領域は、ヒト細胞への付着性に寄与していることが明らかとなった。S mutansが産生するバクテリオシンSmbおよびMutacinIが腸管感染症原因菌であるC. diffcile、C. perfringensおよびMRSAに抗菌性を示すかについて、C. diffcileはリファレンス株2株および臨床分離株14株、C. perfringensはリファレンス株5株、MRSAは臨床分離株10株を用いて検討した。Smbは、C. diffcileリファレンス株2株および臨床分離株11株(13/16)、C. perfringensは5株(5/5)に抗菌性を示し、MRSAには抗菌活性は認められなかった(0/10)。Smb非産生変異株を使用した抗菌活性試験では、これらの細菌に対する抗菌活性が消失したことから、Smbは多くのC. diffcileおよびC. perfringensに抗菌活性を認めることが明らかとなった。一方でMutacinIは全てのC. diffcile、C. perfringensおよびMRSAに抗菌性を示すことが明らかとなった。H. pyloriの定着に関与する膜貫通型外膜タンパク質AlpBの、株間による一部の遺伝子配列の違いが及ぼす細胞付着能への影響について解析を行った。日本人胃十二指腸潰瘍患者由来臨床分離株であるTK1402は非常に強い細胞付着能を有し、TK1402株のalpBをリファレンス株である26695、NCTC11638、臨床分離株であるTK1029、TK1049やKR2003といった株のalpBに置き換えると、細胞付着能は減少した。AlpBの一部領域の遺伝子配列の違いが細胞付着能に与える影響は、アミノ酸配列の違いにより疎水度が異なることからAlpBの構造に変化が起き、その結果細胞付着能に影響を及ぼすことが示唆された。ヒト口腔は、腸管に次いで多くの細菌が常在し、細菌叢を形成している。また口腔は消化管への入り口でもあり、口腔内細菌は唾液と共に消化管へと流入している。口腔細菌にはStreptococcus mutansに代表されるように抗菌物質(バクテリオシン)を産生する細菌が常在している。バクテリオシンは主としてグラム陽性細菌に抗菌活性を示すことから、これらを産生する細菌が存在するヒトの腸管細菌叢には、グラム陽性細菌が減少していることが推測出来る。本研究は唾液中に含まれる細菌やバクテリオシンが、胃・腸管感染症を起こす細菌にどのような影響を与えているかについて検討した。東京医科歯科大学小児歯科外来受診者20名より唾液および便検体を採取し、唾液由来細菌DNAより、抗菌活性の強いバクテリオシンであるMutacin IおよびIIそしてSmb産生細菌の検出、便検体よりグラム陽性の病原性細菌であるClostridium difficile、C. perfringensの検出をPCRにて行った。バクテリオシン産生細菌が存在する患者は5名、Smb産生が4名、MutacinI産生が1名であった。便検体の結果は、C. difficileは全ての患者でPCR陽性となった。C. perfringensは、S. mutnas陽性患者で63%(5/8)、陰性患者で33%(4/12)と、S. mutans陽性患者で高く検出された。6名の患者唾液および便サンプルはメタゲノム解析を行なった。口腔内バクテリオシン産生細菌の有無による口腔内細菌叢および腸管内細菌叢の違いについて検討を行なったものの、兼対数が少なく、はっきりとしたデータとはなっていない。傾向としては、バクテリオシン産生患者で腸内細菌において、Firmicutes細菌数が減少していた。予定されていた唾液検体由来細菌DNAによる、S. mutansの存在の有無、バクテリオシン産生細菌の陽性陰性判定、そしてバクテリオシン産生細菌の分離は予定通り進められている。また唾液検体のメタゲノム解析は6サンプル行なった。便検体由来の細菌DNAによる、C. difficile、C. perfringensの存在についての判定も予定通り進められている。便検体由来細菌DNAによるメタゲノム解析も行われた。

唾液検体20サンプルにおいて、S. mutans陽性者は8サンプル、40%であった。そのうちSmb産生S. mutansは3サンプル、MutacinI産生S. mutansは1サンプルであった。便検体20サンプルにおいては、C. difficile陽性が20サンプル、C. perfringens陽性が9サンプルであった。メタゲノム解析は唾液・便検体それぞれ6検体行なった。そのうち2件がSmb陽性、1件がMutacinI陽性検体である。結果の詳細は現在解析中であるものの、3件のバクテリオシン陽性検体においてFirmicutes細菌が減少している傾向が認められた。消化管開口部であり、飲食物を摂取する部位である口腔は、ヒト体内では腸管に次いで多くの細菌が存在し、フローラを形成している。口腔内細菌の中には、抗菌物質であるバクテリオシンを産生する細菌が存在していることが報告されている。特にう蝕原因細菌であるStreptococcus mutansは、強い抗菌活性を示すlantibiotics bacteriocinを産生することが報告されている。lantibiotics bacteriocinは口腔内で産生され、唾液と共に消化管へ運ばれる。ペプチドであるlantibiotics bacteriocinは胃酸では不活化されず、抗菌活性を有したまま腸内に達していることが予測できる。S. mutansの代表的なlantibiotics bacteriocinであるMutacin I(III)およびSmbは、腸管感染症原因細菌であるClostridioides (Clostridium) difficileやClostridium perfringensに抗菌活性を示すことを明らかとした。Mutacin IおよびSmb欠損株では抗菌活性が失われることからも、これらバクテリオシンが腸管感染症原因細菌に抗菌活性を示すことが明らかとなった。Helicobacter pyloriは、ヒト胃内に存在する細菌である。本菌の付着に関する研究より、外膜タンパク質であり膜貫通型のタンパク質であるAlpAが、本菌のバイオフィルム形成および細胞への付着に強く関与していることを明らかとなった。またAlpAは、相同性の高いタンパク質であるAlpBと相互に関与し合い、バイオフィルム形成や細胞への付着に関与していることを明らかとした。MtacinIがC. diffcile、C. perfringensおよびMRSAへ実際に抗菌活性を示すかを明らかとするために、MtacinI欠失変異株の作成を行い、その抗菌活性の有無で判定する。さらにS. mutansに限らず、これまで報告されている口腔内細菌が産生する全てのバクテリオシンについても検討を行う。東京医科歯科大学の倫理委員会審査が終了し、患者検体の採取が可能となったことで、5歳前後の患者の唾液および便サンプルの採取を行い、バクテリオシン産生および非産生に群分けを行い、それぞれの腸管感染症原因細菌の存在や比率についての解析を行う。またこれら群間における、唾液および糞便中細菌叢の検討を行う。
2段階モデルに基づく新規パーキンソン病マウスの確立

新規パーキンソン病(PD)モデルマウスを開発するため、ミトコンドリア呼吸鎖複合体Iのサブユニットで且つPD発症感受性遺伝子であるNdufv2ヘテロノックアウトマウスの表現型であるMPTP脆弱性亢進の責任分子候補をプロテオミクス解析で17種同定した。新規常染色体優性遺伝性パーキンソン病原因遺伝子であるCHCHD2は脱共役剤処理で有意に増加することを見出した。CHCHD2ノックアウトSH-SY5Y細胞はミトコンドリア呼吸鎖複合体IVの構成タンパク質とその活性が著明に低下していることを明らかにした。パーキンソン病の新しいマウスモデルを確立する目的でパーキンソン病の発症感受性遺伝子として報告されているミトコンドリア呼吸鎖複合体IのサブユニットであるNDUFV2に着目し研究を実施した。これまでの研究からNDUFV2ノックアウトマウスは胎生致死であること、さらにNDUFV2ヘテロノックアウトマウス(NDUFV2+/-)は野生型と比べ1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP)に対する感受性が亢進していることが明らかとなっている。そこで今年度はMPTPに対する感受性の違いがどのような分子に影響を与えているかを詳細に検討することを目的とし、プロテオミクス解析を実施した。これまでの研究成果より確立されたスケジュールに従って野生型およびNDUFV2+/-マウスにMPTPを急性投与し、最終投与48時間後にマウス脳を摘出した。摘出した脳からパーキンソン病およびMPTP投与モデルマウスの病変部位である中脳および線条体に加え、大脳皮質を分画し、それぞれの分画に対してisobaric tags for relative and absolute quantitation (iTRAQ)法およびliquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS/MS)法を用いて野生型とNDUFV2+/-マウスのタンパク質量の差を測定した。解析の結果、中脳では92種類のタンパク質、線条体では54種類のタンパク質で統計学的に有意な量の差を見出した。申請者はパーキンソン病の新規原因遺伝子を単離した(26年度新学術領域研究研究成果)た。新規原因遺伝子はCHCHD2であり、ミトコンドリアに局在し、電子伝達系の調節因子である可能性が指摘されている。本研究課題のNDUFV2もミトコンドリア複合体Iのサブユニットであるためこの2つの遺伝子はパーキンソン病においてミトコンドリアという場で関連している可能性を検討するため、CHCHD2の遺伝子改変マウスの作出に着手した。CHCHD2遺伝子変異は常染色体優性遺伝性であるため、ヒトCHCHD2のパーキンソン病原因遺伝子変異T61Iを過剰発現するマウスを作出することを計画した。全身に発現するCAGプロモーターと神経特異的に発現するPrPプロモーターの下流に野生型CHCHD2またはCHCHD2-T61I変異体を連結したベクターを構築した。まず、発現を確認する目的で、HeLa細胞に4種類(CAG-CHCHD2-WT, CAG-CHCHD2-MT, PrP-CHCHD2-WT, PrP-CHCHD2-MT)のベクターを強発現し、ウエスタンブロットでその発現を確認した。4種類のベクターとも発現が確認できた。今後マウス受精卵に遺伝子を導入し、ヒトCHCHD2トランスジェニックマウスを作出する予定である。新規家族性パーキンソン病原因遺伝子CHCHD2 (coiled-coil-helix coiled-coil-helix domain containing 2)の病態生理を明らかにする目的で、CHCHD2ノックアウトマウスおよびパーキンソン病患者から同定されたパーキンソン病発症原因変異を導入したCHCHD2トランスジェニックマウスの作出を試みた。モデルマウス作出の前段階として、動物愛護法が定める3R (代替、削減、改善)に基づき、細胞モデルを作製し、種々の解析を実施した。CRISPR/Cas9システムをもちいてHEK293細胞、およびSH-SY5Y細胞のCHCHD2ノックアウトを試みた。いずれの細胞でもおよそ100分の1の確立で両アレルともノックアウトされた細胞の作製に成功した。この細胞に、CMVプロモーター下にヒトCHCHD2を導入した発現ベクターを導入し、細胞増殖、各種ミトコンドリア複合体タンパク質発現量、ミトコンドリア複合体IおよびIVの活性を測定した。その結果、CHCHD2ノックアウト細胞ではミトコンドリア複合体IVのサブユニットタンパク量が著しく低下しており、またミトコンドリア複合体IVの活性も同様に著明かつ有意に低下していることが明らかになった。一方細胞増殖速度は野生型CHCHD2過剰発現により一定の阻害効果が観察された。この結果から、野生型CHCHD2過剰発現は細胞毒性を示す可能性が示唆された。したがって、単純なCHCHD2トランスジェニックマウスではマウスにおけるCHCHD2の生理状態を逸脱し、観察したい病態生理が見いだせない可能性があることが明らかになった。そこで、トランスジェニックマウスの作出を中止し、ノックインマウスの作出を試みることに方針転換した。現在ノックインマウスの作出に向けベクターを構築中である。

新規常染色体優性遺伝性パーキンソン病原因遺伝子であるCHCHD2は脱共役剤処理で有意に増加することを見出した。CHCHD2ノックアウトSH-SY5Y細胞はミトコンドリア呼吸鎖複合体IVの構成タンパク質とその活性が著明に低下していることを明らかにした。当初の計画とは異なる遺伝子改変マウス作出に着手したが、新たに作出に着手した標的遺伝子であるCHCHD2は(1)新規の遺伝性パーキンソン病の原因遺伝子であり、(2)研究代表者が世界に先駆けて単離した遺伝子であり、(3)ミトコンドリアの膜間腔に局在することが明らかになっており、(4) in vitroのノックダウン実験ではミトコンドリア呼吸鎖複合体IVの構成タンパク質群とその活性が低下することが海外の研究グループから報告されている。したがって本研究課題の「新規パーキンソン病モデルマウス作製」という最終目的を達成するために、CHCHD2の遺伝子改変マウスの作出を優先して実施することが最善であると判断した。平成26年度内に(1)ヒトCHCHD2cDNAのクローニング、(2)遺伝子改変マウス作製用ベクター(全身発現と神経特異的発現の2種類)、(3)研究代表者が発見したパーキンソン病の発症原因となる遺伝子変異の導入、(4)コンストラクションを終えたベクターの発現確認(HeLa細胞に強発現しウエスタンブロットで検出)を全て完了し、27年度へ向けて遺伝子改変マウス作出の準備を全て終えることができた。沿って本研究は順調に進展していると言える。分子遺伝学26年度に作製したベクターをマイクロインジェクションによりC57BL/6マウス由来受精卵に注入した後、偽妊娠させたICRマウスの卵管に移植する。マイクロインジェクションにより得られた子マウスをPCR法により導入遺伝子の検定を行いF0マウスを得る。F0マウスと野生型(C57BL/6)マウスを交配させF1マウスを得る。F1マウスを戻し交配すると同時に下記(実験2)のとおり生化学的・形態学的観察、および行動解析を行う。遺伝子改変のみでは表現型が得られない場合の具体的な解析の一例(計画)としてはMPTP投与および脳虚血-再灌流モデルがある。MPTPはドーパミン神経細胞特異的に障害を引き起こす神経毒で広くパーキンソン病のモデルとして使われている。これを作出したマウスに投与し、行動解析、免疫組織学的解析、生化学的解析を行う。しかしながらMPTPはミトコンドリア複合体Iの阻害剤と考えられており、本マウス(複合体IVに関与)との関与が明らかでない。そこで、培養細胞をもちいた先行論文で報告がある、低酸素負荷との関与を観察するために脳虚血-再灌流モデルを作製する。脳虚血-再灌流モデルマウスはC57BL/6Jマウス頸動脈からナイロン糸を挿入し中大脳動脈を閉塞-血流再開することで作成する。さらに脳虚血-再灌流モデルマウス脳切片を用いて免疫染色を実施し、CHCHD2の脳内における分布を観察する。iTRAQ法を用いることで、NDUFV2+/-マウスのMPTP感受性
Ni固溶体合金における特異な異常強化の発現機構の解明

我々はNi-22Cr-8W(at.%), Ni-8W, Ni-5Re合金単結晶に着目することにより,高温において短範囲規則構造(SRO)を起源とする特異な異常強化現象が発現することをはじめて明らかにした.発現する異常強化のピーク温度は, SROの安定性と関連する可能性がある.合金中のSRO制御は,不規則固溶体合金,規則合金のいずれとも異なる塑性挙動を発現させ,室温強度のみならず,高温強度を制御する新たな一方策となり得る可能性があることを明らかにした.我々はNi-22Cr-8W(at.%), Ni-8W, Ni-5Re合金単結晶に着目することにより,高温において短範囲規則構造(SRO)を起源とする特異な異常強化現象が発現することをはじめて明らかにした.発現する異常強化のピーク温度は, SROの安定性と関連する可能性がある.合金中のSRO制御は,不規則固溶体合金,規則合金のいずれとも異なる塑性挙動を発現させ,室温強度のみならず,高温強度を制御する新たな一方策となり得る可能性があることを明らかにした.本年度の研究では,実用化が期待されるNi-Cr-W合金の示す特異な塑性挙動の発現機構,特に単範囲規則構造(SRO)が塑性挙動へ与える寄与を明らかにするため,Ni-24.0Cr-8.OW(at.%)三元系合金に加え,Ni-8.0(at.%)W二元系合金の単結晶を育成し,その塑性挙動評価を行った.(111)[101]単一すべりが発現する[149]を荷重軸とした圧縮試験を行ったところ,Ni-Cr-W合金では降伏応力は,室温から300°Cまで急激に低下するものの,その後ほぼ一定値を示した後,1000°Cにてわずかに上昇する,いわゆる異常強化の発現を示し,また500°C以上の温度域において,応力ひずみ曲線上に顕著なセレーションが発現した.一方,Ni-W合金においては,その降伏応力の絶対値は全温度域でNi-Cr-Wと比較して低いものの,その変化の温度依存性はかなり類似した挙動を示し,やはり1000°Cにてわずかな異常強化を示した.しかし両者の大きな違いとして,Ni-W合金ではセレーションの発現開始温度が約700°C以上と,Ni-Cr-W合金に比べかなり高温側へとシフトした.このことはNi-Cr-W合金でみられる300°C付近からのセレーションはCrに,一方700°C以上のものはWに由来しており,両者の重畳により大幅な高温強度上昇が生じていることが明らかとなった.このセレーション発現温度は,Ni固溶体相と平行する化合物相の熱的安定性の上限温度とかなり良く対応しており,このことは申請者が予測した通り,本合金系における高温強化,異常強化発現が,SROの存在と密接に関連することを強く示唆する結果といえる.さらに低温変形挙動についても,流動応力のひずみ速度感受性がNi-Cr-W三元系ではNi-Wに比べ強い依存性を示す,すなわちより小さな活性化体積を示すことが明らかとなり,SROの発達が転位運動に対するより強い障害となることが,マクロな観点からも実証された.昨年度,Ni-22Cr-8W,Ni-8W(at%)合金にて明らかにした特異な異常強化発現が,短範囲規則構造(SRO)に由来するものであることを明らかにするため,本年度はまず,Niとの2元系において二相分離傾向を示すことからSROを形成しないことが予測される:Ni-Re系に着目し,その塑性挙動の比較を行った.実際にNi-5at%Re単結晶を作製し,まずその内部組織を観察したところ,予測通りSROに起因する散漫散乱の発生は全く認められず,完全に結晶が完全に不規則γ単相からなることが確認された.この単結晶を用い圧縮試験を行ったところ,固溶体強化により,純Niと比較した降伏応力の増大が全試験温度で認められたものの,前述の2合金とは異なり,その値は温度の上昇に伴い単調に低下し,異常強化現象は発現しないことが見出された.さらにNi-Reでは応力ひずみ曲線上にセレーションの発現は見られず,流動応力のひずみ速度依存性はいずれの温度域でも正の値を示すなど,両者の間には大きな差が認められた.これらの事実はまさにSROの有無により,高温変形挙動が大きく変化することを強く実証した結果といえる.さらにこのようなSROが塑性挙動,転位運動挙動に与える影響を調査すべく,DO_<22>構造が発達するNi-25at.%V単結晶を用い,この結晶に1200°Cからの高温焼き入れ,熱処理を施すことにより,規則相の析出形態がSRO,(LRO)から化合物単相へと変化するような結晶を作製し,塑性挙動の比較を行った.この結果,SRO状態では転位の運動により変形が進行し比較的低応力を示すのに対し,熱処理を施し規則構造を発達させると,変形モードが{112}双晶に変化するとともに,降伏応力が劇的に上昇することを見出した.以上のような結果より,合金中のSRO制御は,不規則固溶体合金,規則合金のいずれとも異なる塑性挙動を発現させる可能性があり,室温強度のみならず,高温強度を制御する新たな一方策となり得る可能性があることを明らかにした.
キチンを用いた光学異方性フィルムの液晶構造の制御に関する研究

キチンを塩酸で緩やかに加水分解することにより合成されるミクロクリスタリンキチンは、NH3+の電荷を有し、サスペンジョン系で、キラルネマチック液晶を示す事が知られている。このミクロクリスタリンキチンの表面のカチオンとアクリル酸モノマーがアソシエートするため、ミクロクリスタリンキチン/アクリル酸モノマー/水で構成されたライオトロピック液晶からキャストして得たフィルムにせん断力を加えた後、硬化させたフィルムにおいてグルコース環はせん断方向とは0°、アミド、NHは90°の方向に配向しているのが以前の研究から分かっている。本研究の目的は、この調整された光学異方性フィルムを用い温度を刺激として2D FT-IRより解析し、液晶構造の制御について検討することである。合成時の粘性挙動を解析するため、粘度・粘弾性測定装置を購入し、検討した。光学異方性フィルムの2D FT-IRを検討しているうちに、キチンの熱による構造の変化が起きている可能性が見いだされたため、配向したミクロクリスタリンキチンのみの2D FT-IRを検討した。その結果、3500cm-1前後の領域では1D FT-IRではブロードな吸収しか観測されなかった-OHが、実は5つの吸収あることが分かり、温度上昇により水素結合の状態の違いを観察することができ、その結果[O(6)H...O(6)]分子間水素結合の切断が最初に起こり、[O(6')H...O(7)]、[O(3')H...O(5)]の分子内水素結合の切断が起こることが分かった。これは、今までにX線回析で検討されてきた構造と良く一致していた。また、βキチンを同様に-分析したところ、3515、3376cm^<-1>は分子間水素結合したC(6)OH基、3442cm^<-1>は分子内水素結合したC(3)OH基に由来すると分かった。フリーのOH基のバンドは、3617、1567cm^<-1>に現れ、それぞれC(3)OH基およびC(6)OH基に帰属できた。また、アミド領域においては、1648および1618cm^<-1>にアミド1のバンドが、1564および1538cm^<-1>にアミドIIのバンドが存在し、アミド基の二つのエネルギー状態を示唆する結果となった。このミクロクリスタリンキチンの表面のカチオンとアクリル酸モノマーがアソシエートするため、ミクロクリスタリンキチン/アクリル酸モノマー/水で構成されたライオトロピック液晶からキャストして得たフィルムにせん断力を加えた後、硬化させたフィルムはグルコース環はせん断方向とは0°、アミド、NHは90°の方向に配向しているのが以前の研究から分かっている。

本研究の目的は、この調整された光学異方性フィルムを用い温度を刺激として2D FT-IRより解析し、液晶構造の制御について検討することである。合成時の粘性挙動を解析するため、粘度・粘弾性測定装置を購入し、検討した。光学異方性フィルムの2D FT-IRを検討しているうちに、キチンの熱による構造の変化が起きている可能性が見いだされたため、配向したミクロクリスタリンキチンのみの2D FT-IRを検討した。その結果、3500cm-1前後の領域では1D FT-IRではブロードな吸収しか観測されなかった-OHが、実は5つの吸収あることが分かり、温度上昇により水素結合の状態の違いを観察することができ、その結果[0(6)H【triple bond】0(6)]分子間水素結合の切断が最初に起こり、[0(6')H【triple bond】0(7)]、[0(3')H【triple bond】0(5)]の分子内水素結合の切断が起こることが分かった。これは、今までにX線回析で検討されてきた構造と良く一致していた。キチンを塩酸で緩やかに加水分解することにより合成されるミクロクリスタリンキチンは、NH3+の電荷を有し、サスペンジョン系で、キラルネマチック液晶を示す事が知られている。このミクロクリスタリンキチンの表面のカチオンとアクリル酸モノマーがアソシエートするため、ミクロクリスタリンキチン/アクリル酸モノマー/水で構成されたライオトロピック液晶からキャストして得たフィルムにせん断力を加えた後、硬化させたフィルムにおいてグルコース環はせん断方向とは0°、アミド、NHは90°の方向に配向しているのが以前の研究から分かっている。その結果、3500cm-1前後の領域では1D FT-IRではブロードな吸収しか観測されなかった-OHが、実は5つの吸収あることが分かり、温度上昇により水素結合の状態の違いを観察することができ、その結果[0(6)H...0(6)]分子間水素結合の切断が最初に起こり、[0(6')H...0(7)]、[0(3')H...0(5)]の分子内水素結合の切断が起こることが分かった。また、βキチンを同様に-分析したところ、3515、3376cm^<-1>分子間水素結合したC(6)OH基、3442cm^<-1>は分子内水素結合したC(3)OH基に由来すると分かった。フリーのOH基のバンドは、3617、1567cm^<-1>に現れ、それぞれC(3)OH基およびC(6)OH基に帰属できた。また、アミド領域においては、1648および1618cm^<-1>にアミド1のバンドが、1564および1538cm^<-1>にアミドIIのバンドが存在し、アミド基の二つのエネルギー状態を示唆する結果となった。
高等学校工業科教員の養成・採用・研修に関する実証並びに比較研究

1実施研究の成果は3つに区分される。第一は、課程認定を受けた大学を対象とする工業科教員の養成に関する研究である。課程認定校は138大学あり、工学部系と教員養成系の中学校技術科の教員養成を兼ねたものに分かれる。全課程認定校を対象とした本研究の調査からは、養成カリキュラムにおける「教職に関する科目」の扱いをめぐって各大学に大きな差異があること、また免許取得者数はほぼ横這いであるが、大学による養成数のばらつきが大きいことなどが明らかとなった。2第二は、教育委員会を対象とした工業科教員の採用・研修に関する研究である。全国的動向としては、高校生徒数の減少に伴って、工業科教員の採用数も減少しており、他教科同様の傾向を示している。また欠員をかかえる県も減少している。しかしながら、都道府県によっては、まだかなりの欠員を抱える所もあり、学科や専攻によっては教員を得にくい状況も存在する。さらに、工業科教員採用の特徴は、大学新規卒業者の割合が約三分の一と低く、他は企業等からの転職と実習助手からの任用替えにより充たされている。3第三は、工業科教員を対象とする研修に関する研究である。本研究では、全国の公立工業高等学校397校の工業科教員794名を対象として、養成課程・採用・勤務の概要・研究の要望と実際等について調査を行った。教育内容の革新についての関心が高く、専門分野に関する研修が望まれている。また一方で、生徒の生活指導・進路指導に非常に困難を感じている教員も多い。しかしながら、実態については、有意義な研修機会がないとする教員が少なくない一方で、帰宅後の教材研究や自己研修時間は0分であると回答した教員もまた少なくない点などが注目される。1実施研究は、4つに区分される。第一は、工業科教員の採用に関わる研究である。一方、工業科の教員免許取得者数は、ほぼ横這いであり、採用数からみて教員免許取得者数が絶対的に不足しているとはいえない。しかしながら、工業科教員には、過員相殺の欠員以外に未だに欠員が生じており、質・量ともに工業科教員の採用確保が困難な都道府県が存在する。欠員の存在は、地域的な要因、希少学科等学科の性格などによっても左右される。さらに、工業科教員採用の特徴は、大学新規卒業者の割合が約三分の一ときわめて低いことにある。他は、社会人からの転職と実習助手等からの任用替えにより賄われている。都道府県ごとの工業科教員採用確保の政策は、結果としてこれらの異なった教員供給源に対して個々様々にとられており、その故に対症療法的にならざるをえない側面もあり、教員不足或いは教員の質の確保に成功しているとは必ずしもいえない。2第二は、課程認定を受けた大学を対象とする工業科教員養成に関する研究である。工業科教員の養成は、大別して、工学部と教員養成系学部の中学校技術科の教員養成を兼ねたものに分かれる。養成のカリキュラムおよび学生の動向を含めて調査中である。3第三は、工業高等学校を対象とする工業科教員の研修に関する研究であり、平成8年度に予定している。4第四は、諸外国における技術教育・産業教育の教員制度に関する比較研究である。本年度は、文献収集の段階であるが、技術教育・産業教育の全体的システムの比較から入り、教員制度の各論に入るべく考察を進めている。

全課程認定校を対象とした本研究の調査からは、養成カリキュラムにおける「教職に関する科目」の扱いをめぐって各大学に大きな差異があること、また免許取得者数はほぼ横這いであるが、大学による養成数のばらつきが大きいことなどが明らかとなった。2第二は、教育委員会を対象とした工業科教員の採用・研修に関する研究である。全国的動向としては、高校生徒数の減少に伴って、工業科教員の採用数も減少しており、他教科同様の傾向を示している。また欠員をかかえる県も減少している。しかしながら、都道府県によっては、まだかなりの欠員を抱える所もあり、学科や専攻によっては教員を得にくい状況も存在する。さらに、工業科教員採用の特徴は、大学新規卒業者の割合が約三分の一と低く、他は企業等からの転職と実習助手からの任用替えにより充たされている。3第三は、工業科教員を対象とする研修に関する研究である。本研究では、全国の公立工業高等学校397校の工業科教員794名を対象として、養成過程・採用・勤務の概要・研修の要望と実際等について調査を行った。教育内容の革新についての関心が高く、専門分野に関する研修が望まれている。また一方で、生徒の生活指導・進路指導に非常に困難を感じている教員も多い。しかしながら、実態については、有意義な研修機会がないとする教員が少なくない一方で、帰宅後の教材研究や自己研修時間は0分であると回答した教員もまた少なくない点などが注目される。
人工筋アクチュエータに適したモデルベース制御・管理の統合化技術の開発

本研究では,人工筋アクチュエータに適したモデルベース制御・管理の統合化技術の開発を目的に,平成30年度では,課題(1)柔軟性が調整可能な位置/力制御ロボットアームの開発,および課題(2)経年劣化診断システムの実現に関する研究成果が得られた.まず,課題(1)のロボットアーム開発では,拮抗配置にした人工筋ユニットを制作し,エンドエフェクトの力(回転トルク)と位置(回転角度)を計測また制御可能な検証用計測制御システムを開発した.拮抗配置の人工筋用空気圧バルブに符号反転による制御入力を印加することで,人間の動作(屈伸や腕の曲げ伸ばし)速度より高速な動作を実現できることがわかり,人の動作をアシストできる性能であることを確認した.さらに,力を計測するトルクセンサの代わりにカルマンフィルタを実装することで,センサレス化に成功した.そして,課題(2)に関しては,人工筋の特性差(製品種別など)や,人口筋の繰り返し収縮による人口筋内部のチューブの経年劣化や故障(穿孔)による特性変化を,我々が提案するモデルパラメータで分類できることがわかった(英文誌JCMSI,国際会議CCTA).さらに,これらのモデルパラメータの効率的な推定法(国際会議AIM)や収縮量を計測するレーザーセンサをカルマンフィルタに置き換えたセンサレスPID位置決め制御システムの構築にも成功した.これら,パラメータ情報から得られる診断情報をもとに,センサレスで適切な制御ロジックをチューニングできる制御システムの構築および実装が可能になった.平成30年度の研究課題において,ロボットアームを構成する拮抗配置型人工筋システムの数理モデルは導出できており,その妥当性検証としてカルマンフィルタを用いたエンドエフェクトの力推定値と実験計測値との比較をおこなっている.そして,これら人工筋システムのモデルおよび一連の妥当性に関する検証結果をまとめて,英文誌原稿を執筆中である.ひきつづき,拮抗配置型人工筋システムをもう1ユニット作成してロボットアームを開発している状況である.経年劣化システムに関しては,拮抗配置型人工筋システムの数理モデルをもとにし,様々な動作状況からパラメータ推定値の変化量を計測中である.この計測結果を用い,国際会議CCTA18にて発表したサポートベクターマシーンを用いたモデルパラメータの分類をおこなうための計算機環境構築をすすめている.ここで,モデルパラメータの数がCCTA18で発表したパラメータ数より多いため,学習および分類を円滑におこなうための高速計算機環境が欠かせない.そして,これらのロボットアーム型人工筋モデルおよび経年劣化システムに適した多配置人工筋制御ユニットの基礎設計に取り掛かることが重要である.多配置人工筋制御ユニットの開発:3本の人工筋を用いた無骨格人工筋システムを制作し,そのモデル化と位置/力制御システムの開発をおこなう.つぎに,12本に拡張させた人工筋制御系を作成する.具体的な検討課題は以下の通りである,検討課題(1) 3本・12本の人工筋で構成される無骨格制御ユニットを制作する.これは,人工筋(神田通信工業製φ10)の両端を円状の継手に等間隔に固定させ,垂直に自立させた構造である.検討課題(2)モデル化と傾斜角度/力制御システムの開発をおこなう.厳密なモデル(人工筋1本)と継手構造から幾何的に無骨格人工筋(3本・12本)システムの数理モデルを導出する.検討課題(3)デモ機の製作および研究成果の情報発信をおこなう.研究成果の情報発信の観点から,制御工学の周知を目的にアウトリーチ活動を企画・実施する.経年劣化診断アルゴリズムの開発:平成30年度に実施したモデルパラメータの識別結果を受け,平成31年度末を目処に,人工筋の経年劣化および状態を診断するためのオンラインアルゴリズムを西山悠氏(研究分担者)と共同開発する.検討課題(4)経年劣化の定量評価法を開発する.検討課題(5)状態とパラメータ推定を同時に推定するオンラインアルゴリズムを開発する.本研究では,人工筋アクチュエータに適したモデルベース制御・管理の統合化技術の開発を目的に,平成30年度では,課題(1)柔軟性が調整可能な位置/力制御ロボットアームの開発,および課題(2)経年劣化診断システムの実現に関する研究成果が得られた.まず,課題(1)のロボットアーム開発では,拮抗配置にした人工筋ユニットを制作し,エンドエフェクトの力(回転トルク)と位置(回転角度)を計測また制御可能な検証用計測制御システムを開発した.拮抗配置の人工筋用空気圧バルブに符号反転による制御入力を印加することで,人間の動作(屈伸や腕の曲げ伸ばし)速度より高速な動作を実現できることがわかり,人の動作をアシストできる性能であることを確認した.さらに,力を計測するトルクセンサの代わりにカルマンフィルタを実装することで,センサレス化に成功した.そして,課題(2)に関しては,人工筋の特性差(製品種別など)や,人口筋の繰り返し収縮による人口筋内部のチューブの経年劣化や故障(穿孔)による特性変化を,我々が提案するモデルパラメータで分類できることがわかった(英文誌JCMSI,国際会議CCTA).さらに,これらのモデルパラメータの効率的な推定法(国際会議AIM)や収縮量を計測するレーザーセンサをカルマンフィルタに置き換えたセンサレスPID位置決め制御システムの構築にも成功した.これら,パラメータ情報から得られる診断情報をもとに,センサレスで適切な制御ロジックをチューニングできる制御システムの構築および実装が可能になった.平成30年度の研究課題において,ロボットアームを構成する拮抗配置型人工筋システムの数理モデルは導出できており,その妥当性検証としてカルマンフィルタを用いたエンドエフェクトの力推定値と実験計測値との比較をおこなっている.