hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
位相感応型光中継増幅技術の研究

光利得が入力光の光位相に依存する光増幅器である位相感応型光増幅器の基本性能パラメータとパラメトリック増幅媒質(シリカ光ファイバ及び疑似位相整合ニオブ酸リチウム結晶導波路)のデバイスパラメータの依存関係と、これらを中継増幅器としてBPSK/QPSK多中継光ファイバ伝送系に適用した場合の再生中継間隔の延伸効果を理論的に明確化した。また、励起光位相同期系の位相誤差によるパワペナルティも明確化した。更に世界で初めて、励起光位相制御に光位相同期ループ回路を適用して位相感応増幅効果を実証した。位相感応型光増幅器(PSA)を中継増幅器として用いるWDM多増幅中継光ファイバ伝送システムの伝送性能を明確化するため、PSAとして用いる光パラメトリック増幅器の光増幅性能、各中継PSAの励起光位相同期回路に求められる基本要求条件、BPSK信号の多PSA中継伝送の基本性能を理論的に明確化した。(1)WDM信号光パラメトリック一括増幅回路構成技術の検討:パラメトリック利得媒質として、分極反転ニオブ酸リチウム光導波路と高非線形光ファイバについて、非線形係数、相互作用長等の利得媒質パラメータと、同相成分利得、直交位相成分減衰、帯域幅等の増幅特性の関係を理論的に検討し、基本的な関係を明確化した。特に、利得飽和効果が信号品質向上をもたらす可能性を定量的に明らかにした。(2}光位相同期回路構成法の検討:PSAは励起光との厳密な光キャリア位相同期系において実現できる。我々が提案している光周波数同期網の考え方の基本として開発した光周波数基準コムに励起光源を同期させるためのPLL回路を試作開発し、位相誤差35mradの良好なPLL引込特性を達成した。さらに、3km高非線形ファイバを用いて、PSA基礎実験を行なったところ、増幅現象を確認できた。また、励起光と信号光の平均位相の誤差が伝送特性に与える影響について理論検討し、位相誤差の分散とPSA多中継伝送リンクの符号誤り率劣化の関係を明確化した。(3)PSA中継増幅による再生中継間隔の評価:BPSKシングルチャネルPSA多中継伝送シミュレーションアルゴリズム及びプログラムを作成しPSAの性能と再生中継間隔の関係を明確化すると共に、WDM伝送路ファイバにおける波長チャネル間クロストークの基本アルゴリズム、PSAにおけるWDM増幅アルゴリズムの基本部分を検討した。これらの成果は、今後の多値光位相変調信号のWDM多PSA中継伝送の性能を検討するための基礎となる成果である。本年度は以下の検討を行った。(1)WDM信号パラメトリック一括増幅回路構成技術の検討:非縮退光パラメトリック増幅(OPA)を適用した位相感応増幅(PSA)法において、パラメトリック媒質として高非線形ファイバと周期分極反転強誘電体結晶導波路を用いた場合の利得特性と波長チャネル間クロストークを数値計算により求めた。また、QPSK変調光に対する非縮退OPAによるPSAの基本増幅特性を数値計算により得た。更に、BPSK信号光に対してPLL制御励起を適用し、高非線形ファイバを用いた縮退パラメトリック型位相感応増幅実験を実施し、初期的データを得た。上記のWDM信号の一括PSAの定量的検討は世界で初めてであり、今後の基本設計技術につなげていく。(2)光位相同期回路構成法の検討:12.5Gbit/sまで動作可能なBPSK変調信号用decision-directed homodyne detection回路を試作開発し、動作を検証した。その後PSA励起を実現するためループフィルタを調整して光VCOたる光周波数シフタへ帰還させて動作させたところ、十分な位相同期状態を確認できた。当初目標を達成しており、今後伝送実験へ展開する。(3)PSA中継増幅による再生中継間隔の評価:QPSK信号光に対して、非縮退OPAを適用したPSAを中継増幅器とするシングルチャネル多中継伝送系について、信号対雑音電力比の劣化と符号間干渉により制限される再生中継間隔を数値シミュレーションにより検討し、従来型増幅中継器を適用した場合の数倍以上の延伸効果の可能性を得た。(1)WDM信号パラメトリック一括増幅回路構成技術の検討:前年度の検討によりWDM信号を低い波長間クロストークで増幅できる可能性が高いことが分かった周期分極反転強誘電体結晶導波路について、波長間クロストークを一層低減化する構成法を理論的に検討した。数値計算の結果、導波路中に信号光帯域と励起光のみを透過する光バンドパスフィルタを挿入する手法により10dB程度波長間クロストークを抑圧できる可能性を明確化した。また、PSA多段中継時に累積する光振幅雑音を抑圧するため光非線形サニャック干渉計を振幅抑圧回路として用いる方法を検討し、その適用範囲を明確化した。(2)光位相同期回路構成法の検討:前年度までに開発したディシジョンドリブン光位相同期回路と、動作パラメータを最適化した光周波

シフタ駆動回路からなるPSA励起光位相制御回路と非線形光ループミラー構成のPSA利得部と組み合わせて、位相感応増幅実験を実施した。その結果、励起光ON/OFF利得を確認した。これは光位相同期ループ回路のみを用いたPSK信号のPSA増幅では世界で初めての実験結果であり、今後の実用的なPSA回路構成技術の確立につながるものである。(3)PSA中継増幅による再生中継間隔の評価:QPSK信号のPSA多中継増幅伝送系における、各PSAの励起光位相誤差の累積によるパワーペナルティを理論的に評価し、各PSAの励起光位相制御部に求められる許容位相誤差を明確化した。PSA多中継伝送系における位相誤差の影響を明確化したのは世界で初めてである。検討課題(1)、(2)、(3)について平滑するとほぼ当初計画とおり進展している。具体的にはWDM信号の一括PSA増幅および、多中継伝送系の再生中継間隔に関する理論検討部分については、当初計画では、計算に取り入れないこととした要因についても、シミュレーションに取り入れやや前倒しで検討した。一方、実験的検討についてはPSA動作の基本データを得たものの、当初期待した利得は得られなかった。24年度が最終年度であるため、記入しない。(1)一括増幅回路構成技術:所定の増幅特性を得るために要求される光パラメトリック媒質の材料パラメータと励起回路条件を詳細に検討し、一括増幅回路の基本設計法の確立に結び付ける。(2)光位相同期回路構成法の検討及び項目(1)と合わせた実証実験:光QPSK信号に対して非縮退光パラメトリック増幅に適用するためコスタスループ型励起光位相同期回路を検討する。更に、非縮退光パラメトリック増幅回路と組み合わせて、QPSK信号の位相感応型光増幅の原理実証実験を行う。(3)PSA中継増幅による再生中継間隔の評価:信号劣化要因として、波長チャネル間クロストークを加えて位相感応型光増幅多中継伝送特性をシミュレーションにより明確化する。
オリンピック・レガシーとしてのスマート・ベニュー整備

公共部門の役割を前提とし、郊外に立地する体育施設単機能型中心で整備されてきたこれまでのスタジアム・アリーナから、民間投資を呼び込み、多機能複合化するスタジアム・アリーナ(スマート・ベニュー)を整備する社会的要請が大きい。本研究は、オリンピックレガシーとして「スマート・ベニュー」を整備するための実践的示唆を得ることを目的とした。過去のオリンピック競技会場の後利用や欧米の先進的なスタジアム・アリーナの実地調査を実施し、「スマート・ベニュー」実現するうえでの重要な要素を抽出した。本年度は、過去のオリンピック・パラリンピック競技大会の競技会場や選手村、プレスセンター等の大会終了後の後利用(レガシーモード)について、ロンドン、シドニー、ソウルをケースに実地調査を行った。特に、IOCから「将来の開催都市のためのレガシーのブループリントを作りだした」とも評されるロンドン、あるいはロンドンが多くの参考にしたシドニーの事例は、施設の大会仕様よりもレガシーモードこそが熟慮すべき事柄であることを教訓として与えてくれた。約50年という施設の耐用年数を考えると、スポーツイベントの開催日数はその1%にも満たない。そのためスポーツイベントを契機に新設される施設は、「レガシーモードという土台を前提に、大会開催に必要な要件を添える」という発想を常に持つべきであると考えられた。そのためには、設計段階から運営組織や主要テナントが参画できるような設えを整えることが重要であった。これは施設をスマート・ベニューに近づける複合化や多目的化を円滑にするだけでなく、イベントプロモーターなどの使用者にとっても有益であると考えられる。ただし、ハード面の充実だけでは見かけ倒しになってしまい兼ねないため、積極的なプログラム開発や、行政による戦略的なイベント誘致へのコミットメントを両輪で行ってこそ、後世にとっての負担になることなくポジティブなレガシーとして継続的な発展が可能となるということが明らかとなった。本年度は、過去のオリンピック・パラリンピック競技大会の競技会場や選手村、プレスセンター等の大会終了後の後利用(レガシーモード)について、バルセロナ、メルボルンをケースに実地調査を行った。1992年バルセロナオリンピックのメインスタジアムは1929年のバルセロナ万博の会場としてモンジュイックの全体整備の一部として計画された。1975年フランコ政権の交代により都市の再開発が加速し、バルセロナオリンピック招致を含めた再開発の長期計画の一部として改修が行われた。現在の稼働日数は年間100日程度。数年前まではエスパニュールFCのホームグラウンドであった。スポーツイベント開催の他、興行、CM撮影などに使われている。1956年メルボルンオリンピックのメインスタジアムは、1853年に建設されたクリケット場をオリンピックモードとして改築したものである。その後、2006年のコモンウェイスゲームズの会場としても利用され、現在ではクリケット、オーストラリアンフットボール、コンサートの会場となっている。施設を運営するMelbourne Cricket Clubには11万人の会員がいるため固定収入が確保されており、会員のウェイティングリストは20万人以上に上る。国立スポーツ博物館が併設されており、興行日以外の収入源となっている。海外実地調査は予定通り遂行したが、国内の社会調査に関しては再考をしている。本年度は、リオデジャネイロとワルシャワにて実地調査をした。これまでの調査で明らかになっていたとおり、競技施設に関してオリンピック・モードと大会が終わったあとのレガシー・モードを峻別して必要最小限のラインを見極める重要性が改めて認識された。また、2012年UEFA欧州選手権の開催をきっかけに建て替えられたワルシャワ国立競技場は、天然芝の養生管理するよりも、サッカーの興行の際に都度レンタルする方が費用対効果が高いと分析し、天然芝の常設を中止している。開閉式屋根と相まって、コンサートやその他のイベントの開催頻度を高められる点は、スマート・ベニューの管理・運営上の示唆に富んでいる。海外実地調査を優先させているため。本年度は、科学研究費の助成の最終年度に当たるので、研究のとりまとめを行った。これまで調査を行った国内外のスタジアム・アリーナ事例を参考に、「スマート・ベニュー」を実現するうえでの主なポイントを以下のように分析・整理した。(1)年間を通じた賑わいの創出のための多機能・複合化、(2)利便性の高い立地、(3)公共交通の複数駅・複数路線に接していること、(4)天候に左右されずに観客が快適に観戦するための屋根、(5)国際競技連盟等が求める映像クオリティを満たす演色性の高い照明、(6)トラックが乗り入れ設営・撤去が容易となる均しコンクリートの土間、または稼働率を高めるための人工芝の使用、(7)多様な席種、(8)エンターテインメント性を高めるためのハイビジョンや最新のサウンドシステムの導入、(9)入場ゲートの電子化、およびバックヤード動線の最適化、(10)混雑解消による飲食収入増・物販の多品種少量生産、(11)女性トイレの充実、(12)客単価を高め収入増につながる富裕層向けのホスピタリティ、(13)アーティストの出演インセンティブを高めるステージ・音響・楽屋。わが国では全国に60件を超えるスタジアム・アリーナの改築・新築の構想や計画がある。奇しくも、スポーツ庁はスポーツの成長産業化に向けての起爆剤としてスタジアム・アリーナ改革に着手し、プロフィットセンター化を目指すこととなった。本研究で得られた知見・研究成果の社会実装を加速する。

本研究は、オリンピックレガシーとして「スマート・ベニュー」を整備するための実践的示唆を得ることを目的とした。過去のオリンピック競技会場の後利用や欧米の先進的なスタジアム・アリーナの実地調査を実施し、「スマート・ベニュー」実現するうえでの重要な要素を抽出した。海外実地調査は予定通り遂行した。国内の社会調査の研究デザインを再考しているため、当初の予定よりやや遅れいている。引き続き、競技会場や選手村等の後利用について網羅的・体系的な整理をするために、過去のオリンピック開催都市を訪問する。資料の収集や実地調査を通じて、競技会場の後利用における以下の内容を明らかにする。1レガシーモードの実態、2レガシーモードのタイプ、3レガシーモードの整備手法、4レガシーモードのファイナンス(資金調達等)、5レガシーモードの事前計画、6レガシーモードの工夫や課題、7施設概要。来年度は最終年度であるため、これまで得られたデータや情報を集約して総括をする。29年度が最終年度であるため、記入しない。スポーツ政策引き続き、競技会場や選手村等の後利用について網羅的・体系的な整理をするために、過去のオリンピック開催都市を訪問する。予定していた社会調査を実施しなかったため。予定していた調査を行わなかったため。予定していた社会調査の実施ができなかったため。次年度の海外実地調査に充当する。次年度の出張費に計上する。調査デザインを再考し、適切に使用する。
金融不安定性仮説の理論的研究

本研究では,H.P.ミンスキーの金融不安定性が生じるメカニズムをケインズ型動学モデルを用いて理論的に分析し,次の3点を明らかにした。第一に,企業の設備投資が内部留保に強く制約されるとき,内部留保率の低下は資本蓄積率の低下と負債資本比率の増加をもたらす。第二に,経済に対する負のショックが企業の負債資本比率を一旦上昇させると,企業の金融構造は比較的健全な「投機的金融」からリスキーな「ポンツィ金融」へと自動的に移行する性質をもつ。第三に,労働供給制約がかかるという意味での長期においては,企業の金融構造は「投機的金融」と「ポンツィ金融」の間を循環する。平成25年度は,欧米で進行していると言われる「金融化financialization」現象の長期的なマクロ経済的効果に分析の焦点を当てた。より具体的には,「金融化」のもとで株主価値の最大化を志向した所得分配が顕著に観察されていることを踏まえ,企業の内部留保率の低下などが企業の金融構造や経済成長率に与える影響を簡易的なケインズ型マクロ動学モデルを用いて分析した。主要な分析結果は,以下のようにまとめられる。企業の設備投資が内部留保に強く制約されるような状況のもとでは,内部留保率の低下は短期的にも長期的にも資本蓄積率の低下と負債資本比率の増加をもたらす。また,経済に対するマイナスのショックが企業の負債資本比率を一旦上昇させると,企業の財務状況は「投機的金融」と呼ばれる比較的健全な金融構造から「ポンツィ金融」と呼ばれるリスキーな金融構造へと自動的に移行していく傾向を持つことを明らかにした。このような不健全な財務状況から脱するためには,金融政策を通じて貸出金利を抑制することが効果的であることを解析的に示した。また,研究期間全体(平成2425年度)では,H.P.ミンスキーの金融不安性がどのような条件のもとで生じうるかを明らかにした。先行研究の多くはモデル上の発散過程と金融不安定性を同定し,企業の金融構造がより危険な状態へ移行する条件を必ずしも解明しなかった。それに対して本研究では,ネガティブなショックが一度与えられると経済が金融不安定化する内在的な傾向を有すること(25年度),及び,労働供給制約がある経済では一定の条件のもとで景気循環が生じ,企業の金融構造が脆弱化したり健全化したりする局面が交互にあらわれること(24年度)を,解析的手法と数値分析を用いて示すことができた。本年度は,労働供給制約をともなうケインズ型マクロ動学モデルを構築し,H.P.ミンスキーの述べるところの金融不安性がどのような条件のもとで生じうるかを分析した.また,その研究成果を国際学会および国内研究会で報告した.先行研究では,労働供給制約を考慮しないケインジアン・モデルを用いて,ミンスキーの金融不安定性仮説を記述するという,いわゆる短期分析が主流であった.これに対して本研究では,労働供給制約があるという意味での長期を視野に入れており,資本蓄積率,負債資本比率,資本・効率労働比率という3つの変数が内生的に変化するモデルを構築した.モデル分析の結果,労働供給制約がある経済では,一定の条件のもとで景気循環が生じ,企業の金融構造が脆弱化したり健全化したりするプロセスが交互にあらわれることが明らかになった.本研究の具体的な分析結果は,次の通りである.第一に,企業の設備投資が当期の内部留保に強く制約されるという現実的な仮定をおくと,資本蓄積率の調整速度が十分に大きいならば,マクロ経済の定常均衡は安定になる.その一方で,調整速度が十分に小さいなら,定常均衡は不安定に,中間的な値をとるときには,リミット・サイクルが生じることが明らかになった.第二に,企業の金融構造は定常均衡においてはミンスキー的な意味で「投機的金融」になるが,定常均衡に至る移行過程においては,それは「ポンツィ金融」に一時的に至るか,あるいは,「投機的金融」と「ポンツィ金融」の間を交互に循環する.第三に,配当性向が低いことや自然成長率が低下していることが,循環の幅が大きくさせることを,シミュレーション分析によって明らかにした.このことは,実体経済が弱い場合には,金融的にも経済が不安定化することを意味している.ミンスキーの金融不安定性仮説の核心は,どのような企業もその金融構造が健全な状態からリスキーな状態へと移行する傾向を内在的にもつことを指摘した点にある.しかし,同仮説に関する先行研究では,金融構造が脆弱化するメカニズムについてはあまり考慮されず,マクロ経済の不安定化プロセスが金融不安定性仮説そのものであると同定されていた.これに対して,申請者の平成24年度のモデル分析は,ケインズ型動学モデルをベースにして,どのような条件のもとで金融構造が脆弱化するか(「ポンツィ金融」に至るか)ということと,どのような条件下で経済が金融的に不安定化するかということを,同時に分析できるフレームワークを構築した.

この点において,申請者の研究はミンスキーの直観的理解を忠実に理論化していると言える.また,平成24年度には,貸出金利にかかるリスク・プレミアムを内生化したモデルを構築する予定であり,それらの原型はすでに構築されている.ただし,モデルの複雑化ゆえに解析的に分析できない部分については,現在はシミュレーション分析で補っている状況である.この点については,研究の申請段階で予想されていたので,十分に対処可能である.以上をまとめると,研究の進展はおおむね順調である.金融不安定性仮説に関する多くの先行研究では,内生変数は負債資本比率だけであり,ミンスキーの金融不安定性仮説において最も重要な役割を担う「貸出金利」は一定であると仮定されている.このことを踏まえ,平成24年度における申請者の研究では,貸出金利にかかるリスク・プレミアムを内生化したモデルの原型を構築した.その際,モデルが複雑化しているため,解析的手法を一部放棄することになった.また,平成24年度の研究では,企業の金融構造の性質が,定常均衡とそれに至る過程とのあいだで大きく異なることが明らかになった.言い換えれば,比較静学分析だけでなく,移行動学分析(定常均衡に至るまでのプロセスの分析)も検討に値するテーマであることが明らかになった.したがって,平成25年度の研究では,解析的手法を補完する意味でも,移行過程を分析する意味でも,シミュレーション分析をベースに研究を推進する必要がある.研究成果が得られた段階で,国内外の学会で報告し,かつ,査読付き雑誌に投稿したいと考えている.ミンスキーの金融不安定性仮説に関する研究の一部は,経済学説史の研究領域において蓄積されている.申請者の所属機関では,該当する学史研究者がいないため,所属機関外の専門家を招聘し,知識の提供およびモデルの妥当性に関するコメントを受ける必要がある.そのため,研究費の一部を謝金として使いたい.また,同仮説に関する研究の一部は,所属機関でダウンロードできる論文の形態だけでなく,書籍の形でも多く公表されている.そのため,研究図書費が必要であるさらに,次年度の研究成果を学会(最低年1回)や査読付き雑誌に公表するために,旅費と英文校正費用が必要である.
酸素添加装置(人工肺)として異種動物肺を利用することに関する研究

生体肺のもつ長所を保存し、しかも耐久性を高め、抗原性をなくした人工肺を作ることを目標に、以下の諸研究を行った。1.摘出遊離肺の機能評価装置の開発:摘出遊離肺を酸素化血によって潅流保存し、間歇的に静脈血を潅流して各々の時点における気道抵抗、肺動脈圧、ガス交換能などを総合的評価できる装置を考案、開発した。2.保存肺の機能評価:1.の装置を用いて、摘出保存肺のガス交換能を経時的に評価し、至摘保存条件を検討した。単純浸漬保存家兎肺では、48時間保存で機能は良好に保たれたが、72時間保存では有意に低下した。4.異種血液の潅流とガス交換能:生体肺を種を越えて人工肺として利用できるか否かについて検討した。犬摘出肺を用いて家兎血に対するガス交換能を検討した結果、十分にガス交換能が保たれることが判明した。5. ^1H-MRIによる肺の画像診断:保存肺、移植肺の機能保存度の非侵襲的判定方法として、MRIによる評価を試みた。即ち、ガス交換能に影響する肺水分動態を、MR画像から評価した。家兎保存肺から得られた各種パラメーターは、肺水分量の指標である湿/乾重量比と相関した。以上の結果から、固定条件が適切であれば、固定肺でも新鮮肺に匹敵するガス交換能が保持されること、異種肺でもガス交換能を発揮すること、肺のガス交換能の低下は水腫性変化によるair-blood barrierの肥厚に起因するが、これを非侵襲的に検出するにはMRIが有効であることが判明した。今後は肺の固定法の改善をはかるベきであり、微量の固定液も遺残させない方法もしくは物理学的固定方法の開発が必要である。1)異種動物肺を人工肺として用いる場合の固定法の至適条件について検討した。主として組識学的な所見からすると、各種固定法のうち0.625%グルタ-ルアルデヒド溶液による灌流固定が最も適しているとの結果が得られた。2)摘出肺の生理学的機能を評価するためのモデルを開発し、肺機能の評価には、換気動態・循環動態およびこれらの結果としてのガス交換能を指標とすることとして、図1に示したような装置を考案した。すなわち、実験には家兎を用い、貯血槽Bから肺に酸素化血を定常的に循環させておき、毎1時間に2分間ずつ貯血槽Aの静脈血を肺に灌流させ、肺の酸素化能の推移をみる方法である。3)その結果、摘出肺の酸素化能および肺コンプライアンスは灌流3時間後から急速に低下すること、そして超微形態学的にもこの時点でAーB barrierの浮腫化がみられることが明らかとなった。4)目下、固定肺についての同様の検討を進めると共に、定常流と拍動流との灌流方法による差異、肺表面血流量の変化についても検討している。異種動物の肺を人工肺として用いることを終局の目的として研究を進めているが、本年度は家兎の固定肺に関して検討を行った。潅流装置には昨年度に作製したものを若干改良し、摘出新鮮肺と固定肺との両者について、保存時間の長さが肺機能の低下に及ぼす影響について検討した。方法:摘出した家兎の心肺ブロックについて、われわれの装置を用いて左肺潅流実験を行った。摘出肺は藤村液:Ep_3液で4°C単純浸漬保存した。新鮮な肺および一定時間保存された左肺を1時間毎に1分間静脈血で潅流し、ガス交換能、肺動脈圧、気道内圧などを測定した。

保存時間は、I群:0時間(摘出直後)、II群:24時間、III群:48時間、IV群:72時間とした。換気や潅流の条件は昨年と同様である。実験結果:1)われわれの考案した摘出肺潅流装置はin vitroにおける肺の機能を経時的に評価するのに適しており、デ-タ-の再現性の点でもすぐれていた。2)摘出肺のガス交換能は前記の保存条件で48時間までは比較的良く保たれているが、72時間を経ると大幅に低下する。3)気道内圧についてみると、72時間保存肺では実験開始当初から他の肺に比して高値を示し、肺組織の弾性が低下していることが示唆された。考察:家兎の新鮮肺を冷却単純浸漬保存で保存した場合、ガス交換能は48時間までは比較的良好に保たれる。固定肺において、これ以上長時間に亘ってガス交換能が保存できるか否かを検討し、また、良好な機能を得るための条件を求めることが今後の最大の課題である。I.異種動物の固定肺を人工肺として用いる際の至適条件を決定する目的で、昨年度までに作製した灌流装置を用いて検討した。1.肺を未固定で保存した場合1)単純冷却浸漬保存では48時間保存が限界であり、組織学的に末梢血管の閉塞が確認された。そこで、肺血管の狭小化を防ぐ目的でPGEI(プロスタダクランディンE1)を用いた所、血管拡張作用により肺血管抵抗を減弱することが確認された。しかし、その作用が強く副作用としての肺水腫を惹起し易く、その至適量を決定することが困難であった。2)室温、体温等の温阻血状態におかれた肺は再灌流時に活性化酸素が発生し、血管内皮細胞を傷害することにより肺水腫に陥るといわれている。そこで、摘出肺を室温、体温で1時間ないし2時間放置した後に灌流実験を行った。その結果、肺機能が温存されるのは、室温で1時間が限界であることが確認された。さらに、この活性酸素を抑える効果があるSOD(Superoxide dismutase)を用いて、これら肺について灌流実験を行ったが、その効果は確認されなかった。体外循環でのSODの至適量については未だ決定されておらず、われわれも投与量を変更して、さらに実験を試みるつもりである。2.固定肺の灌流実験肺は、その特徴が動的臓器であることから柔軟性が要求される。しかし、一旦固定するとその柔軟性が損なわれるため換気、血流が充分量得られない。そこで、本年度は、PGEIを灌流し、低濃度のパラフォルムアルデヒド、グルタ-ルアルデヒド液を用いて灌流固定した。さらに換気量を未固定の場合の1/4とし、換気回数を2倍にした。その結果、昨年度は全く循環し得なかったが、本年度は3時間の灌流が可能になり、この間比較的良好な酸素化能が得られた。II.本年度は、上記灌流実験に加えて肺の再灌流障害に関して、肺胞上皮細胞、血管内皮細胞等について細胞骨格に及ぼす障害の程度を電子顕微鏡的に検討した。今年度は、昨年度までに完成した遊離肺機能評価システムを用いて、肺のガス交換能を可及的良好に保つ固定法、異種生体肺を酸素添加装置として応用する方法などに関して研究を行なった。また、異種肺移植開発の基礎研究として、本研究に関連して移植肺の機能評価についても検討した。とくに非侵襲的方法であるMRIによる評価に関しては、将来この方面の中心的な検査法になると思われるので、重点的に研究した。1.固定肺のガス交換能:新鮮肺よりも固定肺の方が長期使用に耐えるのではないかとの推定のもとに、ガス交換能の検討を行なった。固定には、10%formalin、0.625%glutaraldehydeおよび4%paraformaldehyde+0.325%glutaraldehydeの3種類を用いた。
温度感受性リポソームを用いた脈絡膜新生血管へのアクティブドラッグターゲティング

【目的】我々は温度感受性リポソームを用いて網脈絡膜へのドラッグデリバリーシステムの眼科領域での応用に取り組み、網脈絡膜微小循環を画像解析評価するシステムを確立することを目的とした。【方法】温度感受性のリポソームにCarboxyfluorescein(CF)を含有させラットの尾静脈より静注し、アルゴンレーザーを観察光として蛍光造影を行いCCDカメラにてビデオに録画した。また、家兎眼に塩基性線維芽細胞増殖因子を含浸させた生体分解性ゼラチンマイクロスフェアを用いて作製した脈絡膜新生血管に対して、デキストランと金属結合させたインターフェロンβを静注することにより、薬物動態とその効果を蛍光眼底造影及び組織学的検査を用いて評価した。【結果】レーザー照射部位から周辺部に広がる限局した脈絡膜毛細血管領域が造影された。組織学的検討及びELISA検査によって、脈絡膜新生血管にインターフェロンβが効果的に集積していることを確認した。また、インターフェロンβの薬物送達により、脈絡膜新生血管の縮小を確認することができた。【結論】我々はラットの脈絡膜毛細血管の葉状構造をin vivoで示すことができた。温熱用レーザーは脈絡膜動脈を温め、放出された蛍光物質がその動脈の栄養する毛細血管領域に流入すると考えられる。さらにインターフェロンβのアクティブドラッグデリバリーシステムにより、脈絡膜新生血管に対する選択性を高め、抗血管新生作用により、治療効果を上げることに成功した。この手法を応用することにより加齢性黄斑変性症などのヒトの脈絡膜疾患において脈絡膜循環を生体内で観察でき、新しい治療法の開発に役立つものと考えられる。【目的】我々はSL-PDT(Topcon)(スリットランプ型光線力学治療装置)を用いてラット眼底に持続的局所レーザーを照射し脈絡膜血管造影を行い、得られた造影像からラットの正常脈絡膜循環とその解剖学的構造との関係を評価することを試みた。【方法】温度感受性のリポソームにCarboxyfluorescein(CF)を含有させラットの尾静脈より静注した。SL-PDTは3波長のレーザーを備えたスリットランプ型光線力学治療装置で、810nmの温熱用レーザーをラット眼底局所に様々なパワーで持続照射し、リポソームの内容物を脈絡膜で放出させた。488nmのアルゴンレーザーを観察光として蛍光造影を行いCCDカメラにてビデオに録画した。【結果】レーザー照射部位から周辺部に広がる限局した脈絡膜毛細血管領域が造影され、その形状は葉状手掌状であった。レーザーが同じ部位に照射されている間同じ領域が造影され続け拡大も縮小もされなかった。温熱用レーザーのパワーを上昇させるとより視神経乳頭に近い部位から始まるより広い領域を造影することができた。【結論】我々はラットの脈絡膜毛細血管の葉状構造とその中で機能する圧勾配をin vivoで示すことができた。レーザーのパワーを上昇させるとより視神経乳頭に近い血管径の大きい動脈を温めることができ、その栄養するより広い毛細血管領域を造影できる。この手法を応用することによりヒトの脈絡膜疾患において脈絡膜循環を生体内で観察でき、新しい治療法の開発に役立つものと考えられる。

また、家兎眼に塩基性線維芽細胞増殖因子を含浸させた生体分解性ゼラチンマイクロスフェアを用いて作製した脈絡膜新生血管に対して、デキストランと金属結貧させたインターフェロンβを静注することにより、薬物動態とその効果を蛍光眼底造影及び組織学的検査を用いて評価した。【結果】レーザー照射部位から周辺部に広がる限局した脈絡膜毛細血管領域が造影された。組織学的検討及びELISA検査によって、脈絡膜新生血管にインターフェロンβが効果的に集積していることを確認した。また、インターフェロンβの薬物送達により、脈絡膜新生血管の縮小を確認することができた。【結論】我々はラツトの脈絡膜毛細血管の葉状構造をin vivoで示すことができた。温熱用レーザーは脈絡膜動脈を温め、放出された蛍光物質がその動脈の栄養する毛細血管領域に流入すると考えられる。さらにインターフェロンβのアクティブドラッグデリバリーシステムにより、脈絡膜新生血管に対する選択性を高め、抗血管新生作用により、治療効果を上げることに成功した。この手法を応用することにより加齢性黄斑変性症などのヒトの脈絡膜疾患において脈絡膜循環を生体内で観察でき、新しい治療法の開発に役立つものと考えられる。
バイオフィルムにおける界面性状の最適化による高効率ガス吸収機構の構築

大気環境の自然浄化技術の飛躍的発展を目的に、ガス状物質が微生物の基質として取込まれるまでの物質移動過程に着目した詳細な観察・検討を行う。本研究は、ガス状基質を積極的に取込むために、微生物相表面を覆っている液膜に対して微生物が何らかの能動的な界面性状の改変を行っている、との仮説の下に実施する。想定している機構は、「界面の物性変化に伴う物質移動抵抗の低下」と「特異的なガス状物質取込み機構の界面での発達」の2つに大別されるが、微生物が体外に分泌する物質によるそうした効果の有無を、分泌物質の精製と、それを既知濃度で微生物界面に付与したVOC(揮発性有機化合物)ガス吸収実験により検証する。
信頼できる機関を仮定しない空間統計データ構築技術の開発

平成30年度では,以下の成果を上げた.(1)分布推定法として最も有望な従来手法である反復ベイズ法の分布推定誤差を,Rilstoneらの理論に基づいて補正する手法をプライバシー分野のトップ国際会議兼国際誌PETS/PoPETs2018で発表した.また,PWS勉強会(PWS Seminar 2018)にて本内容に関する招待講演を行った.(3)トレース(移動履歴)に対する再識別攻撃を行うアプローチとして,テンソル分解に基づく再識別攻撃が,少量の学習データで特に有効なアプローチとして知られている.このアプローチの精度を上回る新しい再識別攻撃の方法を確立し,国際会議ISITA2018で発表した.本研究では,ユーザのプライバシーを考慮した位置情報サービスの普及促進に向けて,信頼できる機関(TTP: Trusted Third Party)を一切仮定しない「空間統計データ構築技術」の研究を推進している.この技術は,「各ユーザの位置サンプルに(ノイズ付与などの)加工を施す段階」と「大量の加工済み位置サンプルから,空間統計データを構築する(加工前の位置情報の分布を推定する)段階」に分けることができる.前者の位置情報加工メカニズムについては,従来よりrandomized responseや二次元ラプラスメカニズムなどが提案されている.後者の分布推定法については,従来より逆行列法や反復ベイズ法などが提案されている.平成28年度では,後者の分布推定法を開発した.具体的には,最も有望な従来手法である反復ベイズ法に着眼し,これよりも高精度な分布推定法を開発した.反復ベイズ法は,EM(Expectation Maximization)アルゴリズムに基づいて,加工前の位置サンプルの分布を推定する手法であり,サンプル数に依存せずに最尤推定と等価であることが知られている(逆行列法もサンプル数が十分大きいときに最尤推定となるが,小さいときは最尤推定とならず,非常に精度が悪い).しかし,最尤推定はサンプル数が小さいときにバイアスが0ではなく,(逆行列法よりは精度が高いものの)推定精度に改良の余地が残されていた.そこで,反復ベイズ法のバイアス(有限サンプルにおける二次バイアス)の期待値を求め,それを推定値から差し引くことで補正を行う「バイアス補正付き反復ベイズ法」を開発した.実データを用いた評価実験を行い,サンプル数が小さいときに大幅な高精度化が可能であることを明らかにした.従来よりも高精度な空間統計データの構築を可能とする分布推定法を開発し,実験的に有効性を明らかにすることができたため.本研究では,信頼できる機関(TTP: Trusted Third Party)を仮定しない「空間統計データ構築技術」の研究を推進している.この技術は,各ユーザの位置情報にノイズ付与などの加工を施すメカニズムと,大量の加工済み位置情報から元の位置情報分布を推定する分布推定法から構成される.前者のメカニズムについては,randomized responseや二次元ラプラスメカニズムなどが提案されており,後者の分布推定法については,逆行列法や反復ベイズ法(Expectation-Maximization reconstruction法)などが提案されている.平成29年度では,空間統計データを構築するための分布推定法で成果を上げた.具体的には,最も有望な従来手法である反復ベイズ法の分布推定誤差を,Rilstoneらの理論に基づいて補正する手法のブラッシュアップを行った.この手法では,分布推定誤差を推定する上で,フィッシャー情報行列の逆行列を推定する必要があるが,ユーザ数やprivacy budgetが小さいときに,この逆行列の推定値が正確でないという課題がある.この課題を解決するため,分布推定誤差を推定した後,重み係数をかけた上で,反復ベイズ法の推定値から差し引く手法を提案した.この重み係数は,パラメトリック・ブートストラップ法のように,経験分布から人工データを生成し,その人工データに基づくシミュレーションによって最適化した.提案手法の有効性を示すために,2つの位置情報データセットと1つの国勢調査のデータセットの計3つの実データを用いた評価実験を行い,提案手法が反復ベイズ法と比べて大幅な精度向上が可能であることを,全てのデータセットで示した.反復ベイズ法の分布推定誤差を,Rilstoneらの理論に基づいて補正する手法のブラッシュアップを行い,計3つの実データを用いた評価実験によって提案手法の有効性を示した.また,この成果は国際会議での発表を予定している.平成30年度では,以下の成果を上げた.(1)分布推定法として最も有望な従来手法である反復ベイズ法の分布推定誤差を,Rilstoneらの理論に基づいて補正する手法をプライバシー分野のトップ国際会議兼国際誌PETS/PoPETs2018で発表した.また,PWS勉強会(PWS Seminar 2018)にて本内容に関する招待講演を行った.(3)トレース(移動履歴)に対する再識別攻撃を行うアプローチとして,テンソル分解に基づく再識別攻撃が,少量の学習データで特に有効なアプローチとして知られている.このアプローチの精度を上回る新しい再識別攻撃の方法を確立し,国際会議ISITA2018で発表した.今後は,位置情報加工メカニズムに着眼し,精度の観点で最適なメカニズムを開発することを検討している.

今後は,各ユーザのデータにノイズ付与などの加工を施すメカニズムについて,従来手法よりも高精度な手法を提案することを検討している.平成29年度以降,トップ国際会議/ジャーナル論文を何本も投稿することを検討しており,平成29年度以降の学会発表や論文誌掲載料として使用した方が良いと考えたため.理由:平成30年度,トップ国際会議/ジャーナル論文への投稿を検討しており,学会発表や論文誌掲載料として使用した方が良いと考えたため.使用計画:平成30年度の学会発表や論文誌掲載料として使用する予定.平成29年度以降の学会発表や論文誌掲載料として使用する予定.
マウス発生過程の皮膚創傷治癒における様式変化の要因の検討

ほ乳類の胎生早期においては、皮膚損傷後に瘢痕を残さず再生することが知られているが、そのメカニズムの詳細については不明である。本研究では、胎生中期から後期にかけて、創傷治癒過程における血管およびリンパ管の新生様式がどのように変化するかに注目して検討を行った。胎生15日目以前には明らかな管腔構造をもつ血管やリンパ管構造が乏しく、創傷治癒過程においても同様であった。また、胎生15日目以前に創部へ集積するマクロファージはそれ以降のものと比較して大型であり、表面抗原にも相違を認めた。このことから胎生早期の創部では性質の異なるマクロファージが他の機能を補完している可能性が推測された。ヒトやマウスなど哺乳類の皮膚は胎生中期までの時期に損傷を受けても瘢痕を残さずに再生するが、その後、瘢痕を残して修復されるようになる。つまり、fetal-typeからadult-typeの創傷治癒様式へ、数日間のうちにダイナミックな変化が起こる。この変化の中に皮膚再生を実現するための鍵があると考えられる。本研究では、胎生中期までの創傷部位においてリンパ管が比較的豊富に形成される点に着目し、特に発生に伴う血管およびリンパ管構造の変化に着目して皮膚創傷治癒との関連について研究を行った。ICRマウスの胎生13日目、15日目、17日目の胎仔、および出生後1日目の新生仔の背部皮膚に全層切開創を作成し、創傷作成後24時間、48時間の時点で組織を回収して検討した。皮膚の再生が可能な胎生13日目においては、LYVE1陽性のマクロファージが顕著に創傷部位へ集積するものの、明らかなリンパ管の形成を伴わず、また肉芽組織の形成も認めなかった。また、真皮直下に幼弱な血管構造の構築を認めた。胎生期が進むにつれて、LYVE1陽性のマクロファージの減少、F4/80単独陽性の単球の増加とともに、LYVE1陽性のリンパ管が形成されるようになることが分かった。胎生17日目以降の創部においては、マクロファージとともに好中球が集積し、幼弱な血管を伴った肉芽組織の形成を認めるようになった。胎生中期以前の創部では、機能的な血管やリンパ管の新生を伴わず、マクロファージを始めとする幼弱な細胞を中心として創傷治癒過程が統合されている可能性が示唆された。胎生期の進行に伴い、血管やリンパ管の新生が起こり、adult-typeの創傷治癒様式へ移行するものと考えられた。胎生中期以前のマウスの皮膚は、損傷後に瘢痕を形成することなく再生する。それ以後になると瘢痕が必ず形成されるようになる。このfetal-typeからadult-typeへの治癒様式の変換期において、血管やリンパ管の新生がどのように関与しているのかを調べる目的で研究を行っている。これまでの研究により、胎生1315日目までは、成獣の場合と異なり、明らかな肉芽組織が形成されることはなく、真皮直下および皮下組織深層にLYVE1陽性のリンパ管が新生することが分かった。また、胎生中期以前においては、LYVE1陽性のマクロファージが創傷部位に集積する。骨髄由来の単球やマクロファージが皮膚創部に動員され、血管新生の誘導を行うことが報告されていることから、これらが血管やリンパ管の新生に深く関与していることが示唆された。胎生1315日目までに創部組織へ集積するマクロファージが大型で多数の突起を持つ形態的特徴を持つのに対して、胎生17日目の創部で観察されるF4/80陽性の単球/マクロファージはより小型で、円形に近い形態をもつことから、機能的にも胎生期の進行に伴って変化していることが予想される。マクロファージの機能分化については、M1/M2などの分類が有名であるが、今後は細胞表面マーカーや遺伝子発現の解析により、マクロファージのサブタイプがどのように変化するのかについて検討を行う予定である。また、特定の遺伝子変異により血管新生に異常をきたすノックアウトマウスを用いて、創傷治癒過程を観察することにより、fetal-typeの創傷治癒様式の特徴の一端が明らかになると考えられる。胎生期の創傷治癒過程を解析するに当たり、胎児の脆弱な組織を分析する必要がある。回収した組織を免疫染色で観察することはさほど困難ではないものの、さらに細胞を選別したり、その性質について解析したりすることが、組織の量的な問題によって困難な場合がある。今後、技術的問題点を検討し、これらを解決する予定である。今後は更に実験を重ね、まずは介入の標的となる分子の特定を行う予定である。そのためには、妊娠マウスに対する胎児手術を多数行い、組織の解析を行う必要がある。

マイクロアレイによる網羅的解析を行い、その中から候補となるものを抽出することも検討している。未使用額の発生は効率的な物品調達を行った結果であり、翌年度の消耗品や研究物品の購入に充てる予定である。妊娠マウスなど動物購入のための費用、マイクロアレイによる網羅的遺伝子発現解析の費用など、前年度と比較して必要となる経費が増加する可能性が高い。交付された研究費をこれらに充てることにより、成果をあげる予定である。
普遍的湖沼にはどんな原生生物がいるのか

筑波大学構内の池および霞ヶ浦に生育する原生生物相を、光学顕微鏡および分子形質を基に明らかにした。その結果、両湖沼において、600種以上の原生生物が確認された。その中には、本邦でこれまで正式な報告がないものや、新規分類群も含まれた。これにより、本邦の一般的な湖沼で一般的な原生生物相(特に微細藻類相)を種レベルで明らかにすることができた。プランクトン性原生生物の生産者としては珪藻類、緑藻類、クリプト藻、ユーグレナ藻が、低次捕食者としては黄金色藻、ビコソエカ類、ユーグレナ類、キネトプラスト類、繊毛虫、アプソゾア類(広義)が普遍的であった。調査地より定期的な採集、顕微鏡による調査・観察、および株作成と分子形質取得が行えている。調査地からの定期的な採取、光学顕微鏡、電子顕微鏡による調査・観察、および一部について培養株の確立と分子形質の取得を行っており、概ね順調に進展している。今年度は昨年度までのストラテジーの継続と共に、最終年度であることに鑑み、特に分子形質(バーコード配列)の取得に努める。系統分類学今後も昨年度までのストラテジーによって研究を進める。具体的にはサンプル採取、光顕および(必要に応じて)電顕観察、株作成、一部に関して分子情報(特にバーコード配列)取得であり、とくにバーコード配列種の検討を重視する。調査地点の設定、そこからの定期的なサンプル入手、および光学顕微鏡観察による藻類・原生生物相の調査という本研究の基本となるステップは確立できた。またその観察から新規の知見(未確認であった生物の存在など)をえることもできた。またこれらのサンプルからの培養株の確立にも成功している。ただし時間の不足から計画にあった分子情報の取得には至らなかった。基本的なストラテジーについては、昨年度と同じく採集(入手)、観察、株作成であるが、単離法、培養法に関しては検討を行う。また今年度できなかった分子情報の取得に努める。また生態的重要性が高いと思われ得る生物群に関しては(可能性としては緑藻、珪藻、微小鞭毛虫)、他の場所からの採集も含めて特に優先的に情報の取得に努めることも考えている。
被災状況把握と捜索のための小型飛行船群による隊列飛行制御に関する研究

飛行船を誘導制御するには,多くの課題を解決しなくてはならない.動的モデルの構築に関しては,表面摩擦係数などのパラメータを,実験を通して調整した.飛行船下部に取り付けた赤と緑の2個のカラーボールを2台のカメラを用いて撮像することで,良い精度で飛行船の3次元位置と姿勢情報を取得できた.遠隔操作手法においては,送信機内部の回路に計算機から直接電圧を加える方法を検討した.実験で研究成果の確認を行ったところ,3次元軌道追従において満足できる結果を得ることができた.飛行船を誘導制御するには、飛行船の動的モデルの構築、飛行船の3次元絶対位置と姿勢の計測、および3次元軌道追従制御方式の確立が必須である。動的モデルの構築に関しては、数学モデルの基礎が出来上がった。表面摩擦係数などのパラメータ値の絞り込みを行うことが課題である。実機を用いての実験データを収集して解析を行っている。飛行船の3次元絶対位置と姿勢の計測に関しては、飛行船本体に下向きに取り付けた超音波センサをあきらめ、CCDカメラによる画像処理を用いることとした。直径約20センチメートルのカラーボールを2個、飛行船本体下部に取り付け、赤と緑のそれぞれのボールの大きさと2個のボール間距離を測定する。これらの情報から、飛行船の3次元絶対位置と姿勢を計測して、その精度を検証した。カメラからの距離が15メートル以内ならば、十分な精度であることを確認できた。飛行実験を行うには、カメラからの距離を最低25メートルにしなくてはならない。今後、いろいろな工夫を試みる。飛行船の数学モデルの精度、3次元絶対位置と姿勢の計測の精度の向上を目指す。その後、それらの精度を考慮に入れて3次元軌道追従制御方式を決定する。飛行船を誘導制御するには、飛行船の動的モデルの構築、飛行船の3次元絶対位置と姿勢の計測、および3次元軌道追従制御方式の確立が必須である。動的モデルの構築に関しては、平成24年度に新たに購入した飛行船を対象に、平成25年度は表面摩擦係数などのパラメータを、実機実験を通して求めた。直線運動の加減速に関しては、7割程度の一致を見ることができた。これにより、ひとまず動的モデルが完成したと判断した。飛行船の3次元絶対位置と姿勢の計測に関しては、平成24年度の条件「15メートル以内」を平成25年度は「25メートル程度」にするため、画像処理ソフトSURFによる検討を行った。これは、縦横が80cm×100cmの絵をテンプレートマッチングすることで、テンプレート画像の大きさと歪み情報を知り、それに基づいて、3次元の方向と角度を計算することで飛行船の位置と姿勢を取得する方法である。距離計測は満足のいく結果であったが、マッチングの際の僅かな誤差が角度計測の誤差に直結することが分かった。3次元軌道追従制御方式に関しては、ファジイ制御を検討した。動的モデルを用いて制御系を構成し、制御性能を調べた。試行錯誤的に制御パラメータを調整することで、シミュレーション上では満足のできる結果を得ることができた。プロポ(無線送信機)とPCを繋ぐために、プロポのトレーナー機能を使うこととした。また、パルス発生にはPICマイコンを使った。PCの命令をPICとトレーナーコードを介してプロポから送信する。これに基づいて飛行船のプロペラが所望の動きをするはずであったが、動作が不安定であった。原因を追究しなくてはならない。飛行船を誘導制御するには,多くの課題を解決しなくてはならない.動的モデルの構築に関しては,表面摩擦係数などのパラメータを,実験を通して調整した.飛行船下部に取り付けた赤と緑の2個のカラーボールを2台のカメラを用いて撮像することで,良い精度で飛行船の3次元位置と姿勢情報を取得できた.遠隔操作手法においては,送信機内部の回路に計算機から直接電圧を加える方法を検討した.実験で研究成果の確認を行ったところ,3次元軌道追従において満足できる結果を得ることができた.飛行船の動的モデルの構築と3次元軌道追従制御方式の検討が、23年度に計画した課題であった。動的モデルの構築に関しては、これまでに作り上げてきた数式モデルを基本として、現有している飛行船との合わせ込みを行った。数式モデルでは飛行船の全体形状を楕円形としているが、実際には卵型であり、しかも、ゴンドラの存在も無視している。このような近似を、重心軸とプロペラとの距離や表面摩擦係数などの可調整パラメータで吸収した。電気モーターの電圧値とプロペラが発生する推力との関係を非線形関数で表現し、そのパラメータをチューニングした。構築した数学モデルの性能評価を行った。旋回も含めてゆっくりとした動きは表現できるものの、急旋回、急停止に関してはとてもシミュレータと呼ぶことはできないという結果であった。3次元軌道追従を達成するには、飛行船と目標軌道との相対位置もしくは飛行船の絶対位置を入手しなくてはならない。高さ方向の位置を知るために超音波センサを床に向けての実験を今年度も行った。静止状態では高さの測定ができた。しかしながら、移動時には飛行船本体が僅かながらもローリングするために、床で反射してきた超音波をキャッチできないことが多く、高さ検出は不可能であると結論付けた。ロボットアームの手先にCCDカメラを取り付けてのロボット制御技術の研究開発を行っているので、今後はその画像処理技術を使うこととした。制御方法に関しては、絞り込んでいない。当研究室におけるビークル制御として、船舶の操舵制御に一般化最小分散制御、自動車の安定走行制御にスライディングモード制御を適用している。飛行船の誘導制御に適した制御方法を選定し適用することは24年度の課題である。

飛行船を誘導制御するには、飛行船の動的モデルの構築、飛行船の3次元絶対位置と姿勢の計測、および3次元軌道追従制御方式の確立が必須である。動的モデルの構築に関しては、25年度に表面摩擦係数などのパラメータを、実機実験を通して調整することでほぼ出来上がった。飛行船の3次元位置と姿勢の計測に関しては、昨年度までは、飛行船の側面に貼り付けた80cm×100cmの絵を画像処理ソフトSURFでテンプレートマッチングする方法を検討した。26年度では、飛行船下部に取り付けた赤と緑の2個のカラーボールを2台のカメラを用いて捕らえることで、SURFよりもより良い精度で3次元位置と姿勢情報を取得できることを確認した。遠隔操作手法においては、飛行船の送信機に付加されている機能であるトレーナー機能を用いた手法と、送信機内部の回路に計算機から直接電圧を加える手法の2つを検討した。両方の遠隔操作手法を、検証実験を通して比較したところ,前者は検討課題が多く残り実装が困難であるのに比べ、後者は所望した信号を比較的容易に実現できることがわかった。制御系の設計においては、25年度にファジィ制御を用いることで追従性,追従速度共に良好な結果を得られることを確認している。誘導制御システムを実装して実機実験において誘導制御の成果の確認を行ったところ、シミュレーション結果とはわずかに誤差が見られるものの、満足できる結果を得ることができた。首都大学東京知的制御システム分野森研究室制御工学平成23年度までに作り上げてきた飛行船の数学モデルは、平成17年度に首都大学東京の傾斜的研究費で購入したものである。昨年報告したように、平成23年度に駆動部が故障し修理不能となった。当初の予定通り、平成24年度に小型飛行船を一機購入し、新たに購入した飛行船を対象に数学モデルの手直しをしている。数学モデルで用いている表面摩擦係数などのパラメータを求めるためには、実際の飛行船の動きを観測する必要がある。そこで本年度、CCDカメラ、画像処理ボードとレーザー距離計を購入し、実機実験の際のデータ収集に努めた。動的モデルの構築に関しては、十分満足した訳ではないが、空中を飛翔する飛行船の動的モデルにおいて、精度向上の限界を感じたために一旦打ち切ることとした。飛行船の3次元絶対位置と姿勢の計測に関しては、平成24年度は、直径20cm程度のカラーボール2個を取り付けて、このボールの大きさと位置関係を計測した。また平成25年度は、縦横が約80cm×100cmの絵を使って、テンプレートマッチングを行った。どちらも十分な精度を得ることができなかった。ファジイ制御を用いた制御系は、シミュレーション上では動的モデルに対して満足のできる結果を得ることができた。プロポ(無線送信機)とPCを繋ぐことを試みたが、動作が不安定であった。実験途中において、現有している飛行船の駆動部が故障した。この飛行船は、首都大学東京の傾斜的研究費で平成17年度に購入したものである。