hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
注視情報の伝達に基づくコミュニケーション支援空間の構築

1.複数人の計測システムの構築まず,単眼のカメラで顔情報計測が可能になる手法を開発した.これまで同様顔の3次元モデルを用い,画像上の見え方の変化(フロー)を6自由度の微小な動きによるフローの線形結合として表現できると仮定し,従来のステレオカメラと同等の精度で3次元的な顔の動き推定を可能とした.次に,モーションキャプチャおよびステレオカメラを用いて複数人の注視(場の注意)を計測するシステムを試作した.場の注意は各ユーザの頭部方向ベクトルの交点として定義され,最小二乗法とM推定を用いて求められる.また,場の注意の表現方法を3次元空間中の楕円体に拡張し,またそれが空間中に複数存在する場合にも推定できるアルゴリズムを開発した.2.注意情報に基づくコミュニケーション支援まず,ミーティングを模した環境にて「しりとり」を行っている4人のユーザの注視対象を推定する実験を行い,「発話者を注視している」状況を正しく自動推定できることを示した.その上で,注視対象を自動撮影する「自動カメラワークシステム」を構築した.次に,遠隔授業の支援を行うために,受講者の行動(筆記状態)を自動認識する手法を開発した.視線情報から注視対象を判別し,ベイズ推定の学習モデルを切り替えることで,約85%の認識率を達成した.このユーザの状態を遠隔地にいる講師に提示する支援も可能とした.最後に,ロボットを用いた遠隔コミュニケーション支援実験を行った.まず計測したユーザの顔情報を顔ロボットに投影するシステムを構築し,表情の伝達の印象評価実験を行い,ビデオチャット等よりも高いインパクト感が得られることを示した.またHRP-2を利用した東京-奈良間の遠隔コミュニケーション実験を行い,遠隔ユーザはロボットの動きを通して広いカメラ視野を得ることができ,またロボットと対面しているユーザはその動きを通じて遠隔ユーザの様子を知ることができることが確認された.1.複数人の計測システムの構築まず,単眼のカメラで顔情報計測が可能になる手法を開発した.これまで同様顔の3次元モデルを用い,画像上の見え方の変化(フロー)を6自由度の微小な動きによるフローの線形結合として表現できると仮定し,従来のステレオカメラと同等の精度で3次元的な顔の動き推定を可能とした.次に,モーションキャプチャおよびステレオカメラを用いて複数人の注視(場の注意)を計測するシステムを試作した.場の注意は各ユーザの頭部方向ベクトルの交点として定義され,最小二乗法とM推定を用いて求められる.また,場の注意の表現方法を3次元空間中の楕円体に拡張し,またそれが空間中に複数存在する場合にも推定できるアルゴリズムを開発した.2.注意情報に基づくコミュニケーション支援まず,ミーティングを模した環境にて「しりとり」を行っている4人のユーザの注視対象を推定する実験を行い,「発話者を注視している」状況を正しく自動推定できることを示した.その上で,注視対象を自動撮影する「自動カメラワークシステム」を構築した.次に,遠隔授業の支援を行うために,受講者の行動(筆記状態)を自動認識する手法を開発した.視線情報から注視対象を判別し,ベイズ推定の学習モデルを切り替えることで,約85%の認識率を達成した.このユーザの状態を遠隔地にいる講師に提示する支援も可能とした.最後に,ロボットを用いた遠隔コミュニケーション支援実験を行った.まず計測したユーザの顔情報を顔ロボットに投影するシステムを構築し,表情の伝達の印象評価実験を行い,ビデオチャット等よりも高いインパクト感が得られることを示した.またHRP-2を利用した東京-奈良間の遠隔コミュニケーション実験を行い,遠隔ユーザはロボットの動きを通して広いカメラ視野を得ることができ,またロボットと対面しているユーザはその動きを通じて遠隔ユーザの様子を知ることができることが確認された.本年度は主に,1カメラ分散型コミュニケーション支援空間の構築,2.複数人の行動計測,3.注視情報に基づくコミュニケーション支援,の3つについて研究を行った.1.カメラ分散型コミュニケーション支援空間の構築ミーティング中あるいは授業中など複数人が集団として協調してタスクを遂行している場合,全員の注視情報が集団として重要な意味を持つ.そこでミーティング環境において複数人の注視を計測するシステムを試作した.具体的には,モーションキャプチャシステム,およびこれまでに開発した単一ユーザの顔計測を行うシステムを拡張することにより複数人のユーザの顔情報を同時に計測するシステムを試作した.また,手形状推定システムに関しては背景更新型の背景差分法を用いることで,従来よりもロバストな手形状推定が行えるようになった.2.複数人の行動計測モーションキャプチャー装置を用いて,各ユーザの頭部の動きを計測することにより,場の注意を推定する手法を開発した.注意点は各ユーザの頭部方向ベクトルの交点として定義されるが,厳密には複数の3次元ベクトルは一般に3次元空間中で交わらないため,最小二乗法やM推定を用いて推定を行う.その結果,視線の代わりに頭部方向を用いても30cm程度の誤差で注視対象を推定できることが確認された.3.注意情報に基づくコミュニケーション支援構築したシステムを用いて,「しりとり」ゲームを行っているユーザの行動を記録し,場の注視対象を推定する実験を行った.その結果,実験中のほとんどの時間で発話者を注視している,というゲームの状況を正しく推定できていることが分かった.その上で,推定した注視対象の画像を全方位画像から切り出すことで,その場の注意対象を自動記録する「自動カメラワークシステム」を構築した.本年度は主に,1.カメラ分散型コミュニケーション支援空間の構築,2.単眼カメラを用いた顔情報計測の二つについて研究を行った.

1.カメラ分散型コミュニケーション支援空間の構築ミーティング環境において複数人の注視を計測するシステムとして,単一ユーザの顔計測を行うステレオカメラシステムを複数台用いることにより,複数人のユーザの顔情報をオンラインで計測するシステムの試作を行った.それぞれのカメラシステムの視野には重なりがないため,カメラキャリブレーションにはトータルステーションを用いた.また,集団としての注意(場の注意)の表現方法を,従来の3次元空間中の点から大きさのある楕円体に拡張し,またそれが空間中に複数存在する場合にも推定できるアルゴリズムを開発した.この結果,ミーティング中の4人の顔や視線情報を30Hzで計測できるようになった.2.単眼カメラを用いた顔情報計測従来のステレオカメラを用いた顔情報計測システムは,n人を計測しようとすると2n個のカメラが必要となりシステムが大きくなる欠点がある.そこで,単眼のカメラで一人分の顔情報計測が可能になる手法を開発した。具体的には,これまでと同様に顔の3次元モデルを用い,画像上の見え方の変化(オプティカルフロー)を6自由度の微小な動きによる見え方の変化の線形結合として表現できると仮定することにより,6自由度の動きを推定する.これにより,単眼カメラを用いても,従来のステレオシステムとほぼ同等の精度で3次元的な6自由度の顔の動き推定が可能であることを示した.本年度は主に,1.手と顔の計測に基づくユーザの状態推定,2.ヒューマノイドロボットを用いた遠隔コミュニケーションの2つについて研究を行った.1.手と顔の計測に基づくユーザの状態推定近年盛んになりつつある遠隔授業中の受講者および講師の支援を行うために,受講者の行動を自動認識する手法に関する研究を行った.特に学習行動の中でも重要度の高い「筆記状態」を対象とし,ベイズ推定を利用した認識を行った.観測としてはサーモグラフを利用して計測した机上の手先位置と,これまでに開発してきた顔情報計測システムを利用した顔向き・視線方向の情報を用いた.視線方向を利用すると,受講者がモニタ上の映像を見ているか机上のノートを見ているかが判別できる.この2つの状態でそれぞれで学習し,認識時には視線情報によりモデルをスイッチングすることで,約85%の認識率を達成した.2.ヒューマノイドロボットを用いた遠隔コミュニケーション自然で円滑な遠隔コミュニケーションを実現することを目指し,ヒューマノイドロボットをコミュニケーションのメディアとして利用することを提案し,計測したユーザの顔情報を遠隔のロボットに投影するシステムを構築した.実験としては,まず顔ロボットInfanoid2を用いた表情の伝達システムによる印象評価実験を行い,ビデオチャット,アバターチャット等よりも高いインパクト感が与えられることが明らかになった.またHRP-2を利用した秋葉原と奈良の間での遠隔コミュニケーション実験を行い,遠隔ユーザはロボットの頭部の動きを通して広いカメラ視野を得ることができ,またロボットと対面しているユーザはロボットの動きを通じて遠隔ユーザの様子を知ることができることが確認された.
ユビキタス分散システムの実行基盤の研究

本研究では、基礎的なソフトウェア技術を研究し、進歩させることで、ユビキタス計算用の基盤ソフトウェアを、ソフトウェア開発者にとって理解しやすく、また使いやすいものにできるようにすることを目指した。具体的には、プログラム変換技術、とくにアスペクト指向プログラミングに基づいたプログラム変換技術を駆使することで、この問題を解決しようと試みた。プログラム変換システムを開発するため諸技術やツールを開発し、特定のソフトウェア基盤の使い勝手を改善するために、専用のプログラム変換システムを従来より少ないコストで用意できるようにした。本年度は、Javassist、Wool、Josh、DJcutterという4種類の基盤ソフトウェアの研究開発をおこなった。これらの基盤ソフトウェアは、昨年度ないしはそれ以前から研究開発をおこなってきたものだが、本年度の研究でどれも一定の完成を見、当該分野の国際会議で論文発表をおこなった。また、Javassistについては一般公開しており、平均して月に500件程度ダウンロードされている。JavassistはオープンソースのJ2EEアプリケーション・サーバであるJBossに組み込まれた形でも配布されているが、こちらは、現在開発者向け早期リリースであるにもかかわらず、平均して月に7,000件以上ダウンロードされている。
細胞の動的挙動にもとづく葉の発生堅牢性とその多様化の機構

本計画の特徴は、(1)発生の初期における細胞分裂活性の加速、また終結段階での減速という位相の変調に着目する点、(2)葉原基における細胞分裂の角度調節やその空間的分布の役割についての、過去の長い論争に最終結論を出す点、そして(3)葉の細胞の個々の形状がどれだけ葉原基全体の形状に寄与しているかを解明する点にある。ひいては葉形態の多様性について、細胞の分裂・伸長の挙動の変調という視点から、一貫した解釈を与える筋道をつけ、永らく議論に決着の付いていなかった形態形成上の諸問題に最終回答を与えようとする点である。さらにはその実現のため、予見を排した、ハイスループットなデータ取得の技法開発も進める。
モデル動物を用いた肺動脈肥厚メカニズムの解析

本研究では、難治性疾患である肺高血圧症の病態生理に密接に関連した病理学的所見として知られる肺動脈肥厚のメカニズムを解明するため、モデル動物を用いて解析した。ヒトT細胞白血病ウイルスI型(HTLV-I)のenv-pX遺伝子を導入したトランスジェニックラット(env-pXラット)では、同週齢の正常ラットに比較して、肺内の中小動脈における血管内膜および中膜の肥厚が認められた。env-pXラットにおける肺動脈肥厚の要因について、env-pX遺伝子を発現するリンパ球が重要であるか、標的組織である肺動脈におけるenv-pX遺伝子の発現が重要であるかを、脾細胞移入実験によって解析したところ、env-pX遺伝子を発現する脾細胞を正常ラットに移入した群において、コントロール群に比べて有意な肺動脈壁の肥厚が認められた。したがって、肺動脈が肥厚するメカニズムにおいては、env-pX遺伝子を発現するリンパ球の存在が発症に必須な因子であることが示唆された。次に、リンパ球と動脈壁の接触には血管内皮細胞が関与していると考えられることから、env-pXラットから血管内皮抗原に反応するリンパ球を抽出して解析した。このリンパ球は、Th1タイプのサイトカイン産生プロフィールを示すCD4陽性Tリンパ球であった。env-pXラットでは、肺動脈局所またはその近傍において、MHCクラスII分子に自己血管内皮抗原を提示した抗原提示細胞にCD4陽性Tリンパ球が結合し、Th1タイプのサイトカインを産生するなどの直接作用や、好中球や好酸球など他の炎症細胞を動員する等の間接作用によって、肺動脈壁の肥厚が誘導されている可能性が考えられた。我々の樹立したヒトT細胞白血病ウイルスI型(HTLV-I)のenv-pX遺伝子を導入したトランスジェニックラット(env-pXラット)では、同週齢の正常ラットに比較して、肺内の中小動脈における血管内膜および中膜の肥厚が認められた。本年度は、env-pXラットにおける肺動脈肥厚の要因について、env-pX遺伝子を発現するリンパ球が重要であるか、標的組織である肺血管におけるenv-pX遺伝子の発現が重要であるかを、脾細胞移入実験によって解析した。疾患発症前のenv-pXラットから脾臓を摘出し、単核球を分離した。これを致死的に放射線照射した同系正常ラットに静脈内投与し、6ヶ月後に屠殺して、肺の所見を病理組織学的に解析した。この結果、env-pX遺伝子を発現する脾細胞を正常ラットに移入した群において、コントロール群に比べて有意な肺動脈壁の肥厚が認められた。リンパ球が肺動脈壁を肥厚させるメカニズムとしては、リンパ球の産生するサイトカイン、細胞増殖因子等の液性因子や、接着分子を介したシグナルの伝達、リンパ球による内皮傷害とその修復機序などが想定される。
骨形成蛋白（rhＢＭＰ－２）を用いた側頭骨の研究

骨形成蛋白(BMP:bone morphogenetic protein)は骨再生を促進する成長因子の一つである。脱灰骨基質を皮下や筋肉内に移植し異所性骨誘導現象を発見され、骨基質中に骨形成を担うタンパク性因子の存在を示唆されBMPと命名された。現在BMPの臨床応用が始まっている。乳突部を含む側頭骨は含気骨に分類され、内部に蜂巣状空洞や感覚器等を有しているが、現在のところ解剖学的構造の特殊性もあり側頭骨でのBMPがどのように働くかについては十分に分かっていない。BMPを用い側頭骨での骨欠損部位に任意の大きさや形の骨再生が可能になれば、今後の中耳手術で有用でないかと考える。真珠腫性中耳炎等での、骨組織の欠損した状態において、生理的な本来側頭骨のもつ機能を再生させるために、この骨形成蛋白をもちい、今迄にない中耳手術の方法の基礎となりうると考える。新時代の鼓室形成術につながると考える。現在、モルモットを用いた側頭骨におけるBMPを用いた再建の研究をしている。我々のグループは、動物(モルモット)側頭骨の含気モデルを作ることに世界ではじめて成功し、側頭骨の含気化のシステムを解明すべく、含気化の因子の実験にとりくんだ。まず含気化した側頭骨を任意に作成することができるようになり、また、そのように含気化させる因子を解明し、良好な結果が得られて、今後の側頭骨の再建、聴力改善、および臨床応用への大きな道筋ができた。平成30年度は国際学会、国内学会に発表し、今までの結果をまとめたものを有力英文雑誌に投稿した。鼓室形成術や乳突削開術後の側頭骨欠損部の再建に対して、以前より軟骨、筋膜、骨片、骨パテ等が再建材料として用いられてきた。しかしそれぞれ問題点があり、現在側頭骨における骨再建法は確立されていない。またこれらの再建法では、骨組織の骨化、吸収というリモデリング能を有する生理的な正常骨にはらない。そのため現在組織工学的手法を用いた骨組織の再建が注目されてきている。生理的な骨形成を期待できるものとして、骨形成蛋白: rhBMP-2 (rh Bone morphogenetic protein -2)が注目されている。25年度は、この骨形成因子を用い実験した。実験方法は、モルモットに対し側頭骨全体を削開し、担体に投与薬物を浸透させこれを埋め込み閉創する。骨組織を再生させる際、rhBMP-2の担体として、I型アテロコラーゲンを使用する。処置一定期間後マイクロCTにて評価する。次年度からの実験の方法を確立することを目標に努めた。結果は、rhBMP-2投与したものでは、処置後経時的にマイクロCTを用いて測定し、側頭骨の再生することに成功した。今回、骨形成因子投与による骨再生過程を同一個体で経時的に観察が可能となり、マイクロCTは極めて有効であることが確認できた。この実験を行うことにより、将来rhBMP-2を使用する中耳手術法が一般化し、標準的手術治療方法になることが期待される。その結果、中耳手術後の聴力の改善、さらにはcavity problemsも防ぐことができ、多くの中耳疾患の有効治療につながることが期待される。平成27年度は、この骨形成因子を用い追加実験を施行した。27年度は、人間の側頭骨の手術に準じた方法をとった。モルモット側頭骨を人間での臨床に即し、中耳根本術に準じた削開術を施行。実験方法は、モルモットに対し側頭骨を手術にそくし削開し、担体に投与薬物を浸透させこれを埋め込み閉創する。評価方法は、昨年度と同様に、骨組織を再生させる際、rhBMP-2の担体として、I型アテロコラーゲンを使用する。結果は、rhBMP-2投与したものでは、処置後経時的にマイクロCTを用いて測定し、側頭骨の再生することに成功し、客観的に評価でき、今後の臨床応用に向けた道筋ができた。当初の計画通り、モルモット側頭骨全体を中耳根本術に準じた削開術の補法で、rhBMP-2を使用することにより、側頭骨再生することができた。今後の臨床応用に向けた道筋ができたため。

しかしそれぞれ問題点があり、現在側頭骨における骨再建法は確立されていない。またこれらの再建法では、骨組織の骨化、吸収というリモデリング能を有する生理的な正常骨にはらない。そのため現在組織工学的手法を用いた骨組織の再建が注目されてきている。生理的な骨形成を期待できるものとして、骨形成蛋白: rhBMP-2 (rh Bone morphogenetic protein -2)が注目されている。平成28年度は、この骨形成因子を用い追加実験を施行した。28年度は、前年度と同様に人間の側頭骨の手術に準じた方法をとった。モルモット側頭骨を人間での臨床に即し、中耳根本術に準じた削開術を施行。実験方法は、モルモットに対し側頭骨を手術にそくし削開し、担体に投与薬物を浸透させこれを埋め込み閉創する。評価方法は、昨年度と同様に、骨組織を再生させる際、rhBMP-2の担体として、I型アテロコラーゲンを使用する。人間の側頭骨の手術に準じた方法をとり長期成績を検討した。再建後の長期成績は良好で、再建部位の安定していることを、CT上で確認できた。良好な結果が得られて、今後の聴力改善、および臨床応用への大きな道筋ができた。この実験を行うことにより、将来rhBMP-2を使用する中耳手術法が一般化し、標準的手術治療方法になることが期待される。その結果、中耳手術後の聴力の改善、さらにはcavity problemsも防ぐことができ、多くの中耳疾患の有効治療につながることが期待される。当初の計画通り、モルモット側頭骨全体を中耳根本術に準じた削開術の補法で、rhBMP-2を使用することにより、側頭骨再生することができた。長期実験も順調に進み、今後の臨床応用に向けた道筋ができたため。骨形成蛋白(BMP:bone morphogenetic protein)は骨再生を促進する成長因子の一つである。脱灰骨基質を皮下や筋肉内に移植し異所性骨誘導現象を発見され、骨基質中に骨形成を担うタンパク性因子の存在を示唆されBMPと命名された。現在BMPの臨床応用が始まっている。乳突部を含む側頭骨は含気骨に分類され、内部に蜂巣状空洞や感覚器等を有しているが、現在のところ解剖学的構造の特殊性もあり側頭骨でのBMPがどのように働くかについては十分に分かっていない。BMPを用い側頭骨での骨欠損部位に任意の大きさや形の骨再生が可能になれば、今後の中耳手術で有用でないかと考える。真珠腫性中耳炎等での、骨組織の欠損した状態において、生理的な本来側頭骨のもつ機能を再生させるために、この骨形成蛋白をもちい、今迄にない中耳手術の方法の基礎となりうると考える。新時代の鼓室形成術につながると考える。現在、モルモットを用いた側頭骨におけるBMPを用いた再建の研究をしている。実験は、昨年度と同じく、ハートレイ系白色モルモットで、鼓膜正常のものを使用した。側頭骨の含気モデルを作ることに世界ではじめて成功した。側頭骨の含気化のシステムを解明すべく、含気化の因子の実験にとりくんだ。再建部位をCT上確認し、耳管機能が大きな因子であることを確認できた。良好な結果が得られて、今後の側頭骨の再建、聴力改善、および臨床応用への大きな道筋ができた。29年度は国際学会に発表し、現在査読のある有力英文雑誌に投稿済みである。当初の計画通り、モルモット側頭骨全体を中耳根本術に準じた削開術の補法で、rhBMP-2を使用することにより、側頭骨の含気モデルを作ることに世界ではじめて成功した。
スンクスにおける異数染色体を特徴とするラインの育成に関する研究

スンクスのNAG,OKI,BAN,NJの各ラインでは染色体数が2N=40,スリランカ産由来のSRIでは2N=30であった.スリランカ産はいままで東海岸のTrincomaleeで採集されたものが2N=32という報告があるだけだったが,西海岸では2N=30の集団が生息していることが明らかになった.2N=40と2N=30の核型を比較すると,共通する常染色体は9対で,このうちA群に分類したメタ型染色体4対(m1,m2,m3,m4)およびサブメタ型染色体1対はその特徴ある形態から容易に同定できる.B群に分類した4対の染色体は小さなアクロ型またはサブアクロ型であった.C群に分類した染色体は2N=40の核型ではアクロ型10対,2N=30核型では大きなメタ型が5対であった.この相違はSRIとNJとの交配から得られたSNJでも確認でき,常染色体の腕数が共に48であることから,ロバ-トソン型癒合によっているものと考えられた.すなわち2N=40の核型のC群アクロ型10対が,2N=30の核型では大きなメタ型の5対に変化したため常染色体としては10本減少したものである.2N=40のNJと2N=30のSRIとの交配からSNJを育成した.その結果F_1では2N=35となり,交配方法によって2N=30から2N=40の範囲で分離させることができた.このことはF_1では2N=35の配偶子が生産される減数分裂の段階でN=15から20に分離することを示している.こうして現在ではSRIとNAGとの交配群からSNラインを育成しており,それぞれ相異なる染色谷を持ったラインが育成できるようになった.またSRIラインの関しては繁殖成績が芳しくないので,NAGとの交配からバロッククロスによって2N=30のラインの育成も併せて行っている.スンクスでは全ての型の染色体を有しており,マウスのようにアクロ型しか有していない動物に対して,ヒト染色体のモデルとしてはより適しているとも考えられる.スンクスのNAG,OKI,BAN,NJの各ラインでは染色体数が2N=40,スリランカ産由来のSRIでは2N=30であった.スリランカ産はいままで東海岸のTrincomaleeで採集されたものが2N=32という報告があるだけだったが,西海岸では2N=30の集団が生息していることが明らかになった.2N=40と2N=30の核型を比較すると,共通する常染色体は9対で,このうちA群に分類したメタ型染色体4対(m1,m2,m3,m4)およびサブメタ型染色体1対はその特徴ある形態から容易に同定できる.B群に分類した4対の染色体は小さなアクロ型またはサブアクロ型であった.C群に分類した染色体は2N=40の核型ではアクロ型10対,2N=30核型では大きなメタ型が5対であった.この相違はSRIとNJとの交配から得られたSNJでも確認でき,常染色体の腕数が共に48であることから,ロバ-トソン型癒合によっているものと考えられた.すなわち2N=40の核型のC群アクロ型10対が,2N=30の核型では大きなメタ型の5対に変化したため常染色体としては10本減少したものである.2N=40のNJと2N=30のSRIとの交配からSNJを育成した.その結果F_1では2N=35となり,交配方法によって2N=30から2N=40の範囲で分離させることができた.このことはF_1では2N=35の配偶子が生産される減数分裂の段階でN=15から20に分離することを示している.こうして現在ではSRIとNAGとの交配群からSNラインを育成しており,それぞれ相異なる染色谷を持ったラインが育成できるようになった.またSRIラインの関しては繁殖成績が芳しくないので,NAGとの交配からバロッククロスによって2N=30のラインの育成も併せて行っている.スンクスでは全ての型の染色体を有しており,マウスのようにアクロ型しか有していない動物に対して,ヒト染色体のモデルとしてはより適しているとも考えられる.1.新しい実験動物の開発のために,食虫目トガリネズミ科ジャコウネズミ属の一種であるジャコウネズミ(実験動物名スンクス)に注目し,地域集団ことのライン育成をおこなっている。このうちで1984年に入手したスリランカ産のもの(SRIライン)は染色体数が30本であり,本邦産の染色体数40本とは異なっていた。そこで我々が1973年依頼育成してきた長崎産(NAGライン)と比較しながら研究を行った。2.染色体数30を特徴とするSRIラインは灰白色の毛色を呈し,裸出している吻部や尾,四肢の指などの皮膚には色素が少なかった。色素の多いNAGラインとの交配実験ではこの形質は明らかに遺伝性でありその遺伝様式は常染色体性不完全優性を示した。また体のサイズは長崎産のものより大きかった。3.SRIラインは繁殖成績は悪く,多数回の交配でも妊娠しないものが多く,また妊娠出産しても哺乳せず,食殺するものも多かった。NAGとSRIとの交配ではF1,もどし交配,F2,ともに子が得られ生殖隔離は見られなかった。

しかしながらSRI側への戻し交配F2では妊娠しないもの,成長のよくないもの,行動の異常を示すものが多く見られた。4.SRIラインにおける染色体の減少はNAGラインにおける20のアクロセントリック染色体がロバ-トソン型転座(癒合)によってメタセントリック染色体に変化したもので腕数はともに48で同じであった。SRIラインとNAGラインとの交配群には染色体数2N=30から2N=40までの個体が得られた。SRIラインへもどし交配すると2N=31から34,2N=40へもどし交配すると2N=33から38の個体が得られ,異数染色体を特徴とするラインの育成が可能になった。ラインにおける染色体数各ライン1ー8個体について核板9ー24を調べた.その結果,NAG,OKI,NJ,BANは約80ー90%が2N=40であった.SRIはX染色体を欠失していた雌1を除き,全て2N=30であった.常染色体の形態による分類染色体数2N=40のライン間では差異は観察されす,メタ型が8,サブメタ型が2,サブアクロ型およびアクロ型が28であった.一方,SRIではメタ型が18,サブメタ型が2,サブアクロ型およびアクロ型が8,計2N=30であった.腕数は48で同数であった.両核型に共通して観察されるメタ型,サブメタ型をA群とした.A群の5対はメタ型4対をm1,m2,m3,m4,サブメタ型をsm1とした.これらの常染色体は他の常染色体から明確に判別できた.m1:長腕の動原体近位部および中央部分が濃く染色される.m2:短腕の動原体近位部が濃く染色される.m3:動原体が中心よりややずれている.m4:最も小さく,完全なメタ型である.sm1:長腕の末端部に二次狭窄が存在する.B群には小さな4対のサブアクロ型およびアクロ型染色体が含まれるが,これらは動原体部位が濃く染色された.残りの染色体をC群としたが,染色体数2N=40の核型では10対のサブアクロ型およびアクロ型染色体であり,2N=30の核型では大きなメタ型が5対であった.SRI(2N=30)とNJ(2N=40)との交雑群の核型染色体数の異なるSRIとNJとの間でF_1,F_2,BC_1個体を得ることができた.F_1個体では2N=35であった.F_2個体では2N=33,34,35,37,38が分離して得られた.SRIへのバッククロス(BC_1)によって得られた個体には2N=35,37,38があった.F_1,F_2,BC_1で得られた個体をみてみると,SRI(2N=30)とNJ(2N=40)との間で共通するA群,B群の染色体が存在したが,C群に分類した染色体は数,形ともに異なっていた.常染色体の腕数は同じ48であった.
エネルギ回生型準能動的制振システムの性能予測と最適化手法の確立

構造物の振動を効率よく減衰させるSSDIと呼ばれる手法の最適化の研究を行った。この手法は振動する圧電素子に取り付けた圧電素子の電極に、スイッチとインダクタ(コイル)から成る回路を取り付け、このスイッチを振動に同期してON、OFFすることにより極めて高い効率で振動を減衰させる。しかし、圧電素子とインダクタの最適な組み合わせの研究等は皆無に近い状態であった。本研究では様々な圧電素子とコイルの特性の測定と実験から、本制振手法の性能を算出できるモデルを作成し、制振性能の最大化に向けた最適化手法を確立した。制振性能が4倍以上となるケースを含めて、具体的な数例について最適化の効果を数値計算で示した。振動の位相に応じたタイミングで、振動する構造物に取り付けた圧電素子に蓄えられた電圧の極性を、圧電素子にコイルを短時間接続することにより反転させ、効率的に制振を行うエネルギ回生型準能動的制振システムを構成する圧電素子とコイルの設計と組み合わせの最適化に向けて研究を行った。この制振システムが散逸するエネルギは、上記の電圧反転前後の電圧比(以降電圧反転係数と呼ぶ)に大きく依存し、この電圧反転率は圧電素子とコイルを含む回路の等価抵抗に依存することから、上記最適化のためにはこの等価抵抗の値を設計変数の関数として知る必要がある。そこで計画通り、種々の圧電素子とコイルの、定常正弦波入力に対する等価抵抗を実測し、これらを表現する数学モデルを作成した。次に電圧反転係数を十分な精度で測定する回路と手順を確立したうえで、種々の圧電素子とコイルの組み合わせについて電圧反転係数を実測した。その結果、板状の圧電素子については、下記の場合を除き、電圧反転時の等価抵抗は上記定常正弦波入力に対する等価抵抗で代用できることを見出した。例外は電圧反転時の電気的振動と、圧電素子や構造の局所的な高次振動との連成が強い場合である。更に、この連成が強い場合を除外し、与えられた圧電素子とコイルの組み合わせについて、圧電素子の板厚/面積比とコイルの導線の長さ/断面積比の最適値を解析的に求め、更に圧電素子とコイルへの質量の最適配分についても定式化を行った。積層型圧電素子は、一部に上記と異なる結果が得られていて、更に詳しい検討を要する状況にある。振動の位相に応じたタイミングで、振動する構造物に取り付けた圧電素子に蓄えられた電圧の極性を、圧電素子にコイルを短時間接続することにより反転させ、効率的に制振を行うエネルギ回生型準能動的制振システムを構成する圧電素子とコイルの設計と組み合わせの最適化に向けて研究を行っている。この制振システムが定常状態で散逸するエネルギは、上記の電圧反転前後の電圧比(以降電圧反転係数と呼ぶ)に大きく依存し、この電圧反転係数は圧電素子とコイルを含む回路の等価抵抗に依存することから、昨年度は、種々の圧電素子とコイルを組み合わせた実験から、板状の圧電素子について上記等価抵抗を表現できる数学モデルを構築し、これを用いて圧電素子のインピーダンス適合と圧電素子とコイルへの質量配分についての最適化を定式化し、解を示した。今年度はこれを以下のように発展させた。・上記の等価抵抗の数学モデルは、電圧反転時の電気的振動と構造の高次振動の連成が強い場合には有意な誤差を生じることが認識されていたが、現実的な構造の制振の場合にはこの連成は比較的弱く、上記モデルが広く適用できることを示した。・様々な最適化の具体例を示し、上記の最適化が定常状態でのエネルギ散逸率を最大化するものであるにも拘わらず、自由振動の場合にもその制振効率が本最適化により大幅に向上する例なども示した。・以上(昨年度成果を含む)を纏め、この分野で権威のある学術誌に投稿した。・一部の積層型圧電素子については、昨年度作成した等価抵抗の数学モデルでは有意な誤差が生じることが昨年度から認識されていた。今年度実施した諸試験結果から、その理由が垣間見えてきたが、その数学モデルを構築するためには本研究計画立案時には想定していなかった綿密で広範な実験を行う必要があると考えられ、現時点では構築に至っていない。本件は来年度に継続して行う計画である。板状圧電素子については最終目標に到達した。一部の積層型圧電素子の等価抵抗の挙動が、板状圧電素子のそれと異なる点については、今年度実施した様々な追加試験結果から、圧電素子の誘電率の電界強度依存性に依るところが大きいと判断するに至った。これは、一部の積層型圧電素子の層厚が薄いために、比較的低い印加電圧でも非線形性が表れた結果と考えられるが、研究計画策定時には予期していなかったことである。圧電素子の非線形性を十分な精度で論じるためには予定していなかった種々の試験を実施する必要があることから、そのモデル化や最適化には至っていない。

この制振システムが定常状態で散逸するエネルギは、上記の電圧反転前後の電圧比(以降電圧反転係数と呼ぶ)に大きく依存し、この電圧反転係数は圧電素子とコイルを含む回路のインピーダンスに依存することから、種々の圧電素子とコイルを用いた実験結果より、板状の圧電素子とコイルについてそのインピーダンスを表現できる数学モデルを構築し、これを用いて圧電素子の板厚/断面積比、圧電素子とコイルへの質量配分等についての最適化を定式化し、解を示した。この成果は学術誌に発表した(現時点では未だonline版のみ)。更に、定常状態を想定した本最適化が、現実には過渡的な自由振動等の制振性能の向上にも有効であることを示した。しかし、一部の積層型圧電素子については、上記数学モデルは有意な誤差を生じることをも見出した。その理由を追求した結果、当初想定していなかった圧電素子の非線形性によるとの確信に至った。そこで、研究計画を拡張して、上記の制振システムの性能予測と最適化の目的のために必要な範囲で当該圧電素子の非線形性を測定してモデル化し、その非線形性をも含めた最適化を目指すこととした。そのために研究期間も1年延長した。板状圧電素子については目標を達成した。しかし、一部の積層型圧電素子については、本研究で作成した数学モデルでは表現できない挙動を示すことが判明した。様々な検討の結果、その原因は、当初想定していなかった圧電素子の非線形性が表れた結果であると考えるに至った。そこで、研究計画を拡張して、上記の制振システムの性能予測と最適化の目的のために必要な範囲で当該圧電素子の非線形性を測定してモデル化し、その非線形性をも含めた最適化を目指することとした。そのために当初予定していなかった非線形の測定やモデル化などに時間を費やさざるを得なくなり、進捗の遅れが生じた。振動する構造物に取り付けた圧電素子に蓄えられた電圧の極性を、振動の位相に応じたタイミングで圧電素子にコイルを短時間接続することにより反転させることにより、振動エネルギを電気エネルギとして蓄え、更にその電気エネルギを制振に利用する、所謂エネルギ回生型準能動的制振手法はこの10余年の間に適用性の高い制振手法に育ってきた。本研究では、その手法の高い性能を十分に引き出すために、圧電素子やコイルの最適な選定及びそれらの最適組み合わせ、さらには圧電素子等そのものの最適化について研究を行った。この制振システムが定常状態で散逸するエネルギは、上記の電圧反転前後の電圧比(以降電圧反転係数と呼ぶ)に大きく依存し、この電圧反転係数は圧電素子とコイルを含む回路のインピーダンスに依存することから、種々の圧電素子とコイルを用いた実験結果より、板状の圧電素子とコイルについてそのインピーダンスを表現できる数学モデルを構築し、これを用いて圧電素子の板厚/断面積比、圧電素子とコイルへの質量配分等についての最適化を定式化し、解を示すとともに、最適化により制振性能が数倍となる具体例をも示した。更に、積層型圧電素子を用いた一部の実験結果は上記のモデルでは有意な誤差が生じることも明らかになり、今年度は、研究期間を1年延長して原因を調査した。その結果、圧電素子を比較的高電界強度(数百kV/m)下で使用した場合には、当初想定していなかった圧電素子の非線形性による影響が有意となることを見出したので、各種非線形性の測定を行い、数学モデルに取り込んだ。これを用いて実用上実測値と一致する電圧反転係数を算出できることを示すなど、非線形性の影響下での最適化への道筋をつけた。これにより当初計画以上の成果を上げることができた。構造物の振動を効率よく減衰させるSSDIと呼ばれる手法の最適化の研究を行った。
門脈圧亢進症における脾腫の分子メカニズムおよび肝脾相関の解明とその臨床応用

肝硬変症における門亢症の一因の肝内抵抗に関して、脾臓との関係に注目し、その分子的メカニズムの解明を目的とした。(1)ヒト肝硬変症例における脾臓でのpreproendothelin-1(ppET-1)、Endothelin converting enzyme(ECE)、Transforming growth factorβ1(TGFβ1),Tumor necrosis factor α(TNFα)のmRNAの発現に関してrealtime PCR法を用いて検討を行ったところ、肝硬変の脾臓においては、非門亢症症例の脾臓に比べ、ppET1の発現が有意に高値であった。胆汁性肝硬変モデルを用いて行った検討においては、開腹群1.81±0.5pg/mlであるのに対して、BDL群4.17±0.62pg/mlと有意に高値を示し(p<0.05)、BDLに脾摘を行った群では、有意差はないものの低下傾向を認めた(3、38±0.53pg/ml,p-0.056)。脾臓の免疫染色を行ったところ、BDL群では開腹群に比べ有意にET-1の高発現を認めた。BDL群では、開腹群に比べ、肝組織中のRhoA、RockIIの発現が有意に高値で、脾摘を行うことで、その発現が有意に低下することが分かった(p<0.05)。Rho kinese活性においても同様にBDL群では、開腹群に比べ、肝組織中のRhoAの活性が有意に高値で(p<0.01)、脾摘を行うことで、その活性が有意に低下することが分かった(p<0.05)。脾臓由来のET-1が肝星細胞を収縮させ、肝内抵抗を増加させ、肝内の微小循環に影響を及ぼしている可能性が示唆された。肝硬変症に伴う脾腫の形成、肝脾相関に関しては未だ十分に解明されていない。日常臨床では硬変肝では脾臓を摘出すると肝機能が改善することや脾腫症例で脾動脈血流量は増加していることなど、これまでのうっ血による脾腫の形成では説明できない部分も多く、脾臓(脾腫)が門脈圧亢進症に対して積極的に関与している可能性が示唆される。我々は、著明な脾腫をきたすことで生じる特発性門脈圧亢進症患者の脾内において、preproendothelin-1(ppET1)、endothelin converting enzyme(ECE)、transforming growth factorβ(TGFβ)、tumor necrosis factorα(TNFα)のmRNAが亢進していることを発表してきた。また肝硬変モデルにおいて脾内は低酸素状態であるということを報告し、低酸素をきっかけとして、HIF1αの誘導、VEGFやET-1の発現亢進が脾腫の原因もしくは進行の一因となっている可能性を報告してきた。以上の研究成果に着目し、肝硬変症においても脾臓では同様の病態が生じている可能性がある。本研究は、門脈圧亢進症における脾機能亢進症の分子的メカニズムの解明とその臨床応用を目的としている。

今年度は、当科にて2005年1月2010年2月に脾摘術を施行した肝硬変症(LC群,n=49)、特発性門脈圧亢進症(IPH群,n=4)、非門亢症群(nonPH群,特発性血小板減少性紫斑病n=4,脾外傷n=2,脾嚢胞n=2,他腫瘍合併切除n=3,その他n=2))症例を対象に、1.脾内におけるppET1,ECE,TGFβ,TNFαのmRNAの発現に関して、それぞれプライマーを作成、実験系を確立し、現在はその定量と解析、および、2.蛋白発現の定量(Western blotting)を行っている。脾臓は肝臓と門脈系を介して連結し肝疾患の進展に伴い、脾臓は増大し、脾腫を呈するが、その成因や詳細なメカニズムは不明である。肝硬変患者に脾摘術を行うと、術後肝機能が改善することは臨床でしばしば経験するが、その詳細なメカニズムに関して詳細は不明である。今回我々は、肝硬変患者における肝脾相関に関して、脾臓と肝内微小循環に注目して研究を行った。結果1.脾摘術を行った肝硬変患者の摘出脾臓を用いて肝内血管抵抗に関与すると考えられる4つの分子(エンドセリン1、エンドセリン変換酵素(ECE)、TGFβ、アンギオテンシン変換酵素(ACE))の脾内でのmRNAの発現に関して、非肝硬変患者と比較したところppET1は肝硬変6.9vs非肝硬変3.4(p<0.0042)、ECEは9.4vs7.7(NS)、TGFβは19.2 vs 16.0(NS)、ACEは0.091 vs 0.091(NS)とET-1のmRNAの発現が肝硬変症例で高かった。結果2.ラット胆汁性肝硬変モデル(BDL群)を作成し、開腹のみの群(開腹群)と比較した。(1)門脈圧はBDL群23.3cmH2Oで、開腹群11.1cmH2Oに対し有意に高値で(p<0.01)、肝組織血流量は、開腹群18.6ml/minで、BDL群13.3ml/minと有意に低下していた(p<0.01)。(2)門脈血中ET-1は、開腹群1.8pg/mlで、BDL群4.2pg/mlと有意に高く(p<0.05)、ET-1の免疫染色にてBDL群では開腹群に比べ有意に脾内ET-1の高発現を認めた。以上より肝硬変では脾臓でET-1が高発現し、門脈を介して肝星細胞を収縮、肝内抵抗を増加させ、肝内微小循環や肝機能に影響を及ぼしている可能性が示唆された。
記憶Ｂ細胞の分化と維持を担う転写因子の同定とその発現制御機構

本研究では、記憶B細胞分化に関わる可能性のある転写因子Spi-Bに着目した。その結果、IgG1+ B細胞でSpi-Bを欠損するマウス(Spi-B cKOマウス)では野生型と比べ、免疫後長期経過後の脾臓中に存在するIgG1+記憶B細胞の数が減少し、二次免疫応答後の血中IgG1抗体価の減少が確認された。一次免疫後の血中IgG1抗体価、及び免疫後初期の脾臓中の抗原特異的IgG1+B細胞数、形質細胞数、胚中心B細胞の数については有意な差がなかった事から、Spi-Bは免疫応答初期における胚中心形成、形質細胞分化には関与せず、記憶B細胞の形成または維持に必要である可能性が示唆された。記憶B細胞はT細胞依存性(TD)免疫応答の過程で、末梢リンパ組織内の胚中心において抗原に高い親和性を持つB細胞が選択され分化する。その後分化した記憶B細胞は生体内で長期に維持され、抗原の再侵入に素早く応答する事が知れられている。しかし、記憶B細胞の分化や維持における分子機構はほとんど解明されていない。本研究は、induced germinal center-like B (iGB)細胞培養系から作成したiMB細胞の分化に関わる転写因子を解析することで、記憶B細胞分化に関与する転写因子を特定する。本年度は前年度の解析結果から記憶B細胞分化に関与する可能性が高い転写因子SpiBに注目してノックアウトマウスを用いた解析を中心に行なった。まず、IgG1型のB細胞特異的にSbiBを欠損するマウス(SbiB cKO)を用い、抗原特異的に誘導されるB細胞や抗体価の解析を行なった。その結果、1次免疫時に上昇する抗原特異的IgG1抗体価や、胚中心形成は野生型(WT)とSpiB cKOマウスで変化が無かった。このことから、SpiBはIgG1+B細胞で免疫応答初期における胚中心形成、プラズマ細胞分化に関与しない可能性が高いと考えられる。一方で、抗原特異的に誘導される記憶B細胞の分化を解析した所、野生型(WT)は長期的に生体内に維持される抗原特異的なIgG1型の記憶B細胞がSpiB cKOマウスで減少しているのが確認され、2次免疫時に産生される抗体価の減少も確認された。これらのことから、SpiBはIgG1型B細胞において、記憶B細胞の分化または維持に関与する可能性が示唆された。本研究は、induced germinal center-like B (iGB)細胞培養系から作成したiMB細胞の分化に関わる転写因子の特定を行う。胚中心様B細胞の著しい増殖、高率のクラススイッチ、また記憶B細胞あるいは長期生存plasma細胞への条件的分化誘導が可能なin vitro実験系である、iGB細胞培養系とマウスを用いたin vivoの実験系を組み合わせた解析を行うことで、記憶B細胞への分化に関わる転写因子の特定と、特定した転写因子の記憶B細胞機能維持への関わりを解明する。本研究では、DNA microarreyにより、iMB細胞になりやすいIgG1+型とiMB細胞になりにくいIgE+型のiGB細胞の遺伝子の発現プロファイルを作成した。その結果、IgG1+型で発現が高い転写因子Gfi1とSpiBを見出した。Gfi1とSpiBは、iGB培養系で過剰発現によりplasma細胞分化を抑制し、さらにSpiBは、knock downによりplasma細胞分化を亢進する結果が得られた。また、SpiB過剰発現iGB細胞から作成したiMB細胞は、コントロールと比較して細胞数の増加が認められたことから、SpiBが記憶B細胞分化に関する可能性が高いことが示唆された。当研究室では現在SpiBノックアウトマウスを入手しており、in vivoでSpiBの機能を解析する用意をしている。本研究では、iGB細胞から作成したiMB細胞の分化に関わる転写因子の特定を行う。胚中心様B細胞の著しい増殖、高率のクラススイッチ、また記憶B細胞あるいはLP細胞への条件的分化誘導が可能なin vitro実験系である、iGB細胞培養系とマウスを用いたin vivoの実験系を組み合わせた解析を行うことで、記憶B細胞への分化に関わる転写因子の特定と、特定した転写因子の記憶B細胞機能維持への関わりを解明することを目標とした。初年度は記憶

B細胞への分化に関わる転写因子の特定と、特定した転写因子の記憶B細胞機能維持への関わりを解明した。本年度の解析結果から、記憶B細胞分化に関わる可能性の高い転写因子、Gfi1とSpiBを特定し、iGB細胞を用いたin vitro解析、iMB細胞を用いたin vivo解析を行った。これらの解析結果からSpiBはplasma細胞分化を抑制し、記憶B細胞分化に関与する可能性が示唆された。現在、詳細な解析を行なうためSpiBノックアウトマウスの解析準備を進めており、当初の計画通りの進行度合いである。記憶B細胞分化に関与する転写因子のエピジェネティックな制御機構の解析は現在進行中で、SpiBの発現機構と、SpiBによる標的遺伝子の発現制御機構を中心に解析を行なっている所である。前年度に引き続き、iGB細胞、iMB細胞を用いたin vitro、in vivo解析を続けるとともに、SpiBノックアウトマウスの解析を中心に行なう。SpiBノックアウトマウスから得られたナイーブB細胞をiGB培養系で培養し、クラススイッチとプラズマ細胞への分化を解析する。さらに、iGB細胞をワイルドタイプのマウス移入し、iMB細胞としての生着の有無を解析する。また、SpiBノックアウトマウスのin vitro解析もあわせて行う。特に、TD免疫による記憶B細胞およびLP細胞の形成について、血清抗体価測定、フローサイトメトリー、ELISPOT法等により詳細に解析する。さらに、同定した転写因子により発現が誘導または抑制される遺伝子を網羅的発現解析により同定し、記憶B細胞およびLP細胞の分化過程における転写因子制御ネットワークを解明する研究へと展開する。さらに、初年度で進行が遅れた記憶B細胞への分化を誘導する転写因子のエピジェネティックな制御機構の解析に関してin vitroで解析を行なう。前年度に引き続き、消耗品については、細胞培養に使用するプラスチック製品、ChIP assayに使用する分子生物学的試薬などを重点的に、購入を予定している。実験動物は、培養用の細胞調整や、iMBの作成に使用するなど、多くの実験で必要となる。常時ある程度の匹数を確保しておくために、購入費用として計上している。また、本プロジェクトは免疫学のみならず多分野の知識を必要とする学際的側面を持つ。従って、学会等での発表を早い時期から積極的に行い、様々な分野の研究者からの意見も参考としながら、研究を進めていきたい。競争の激しい分野であるので二年目の終わりには論文投稿をしたいと考え、予算を計上した。
固体物質中の衝撃波の伝播と破壊過程の理論的研究

衝突破壊現象を理解するためには、固体中を伝搬する衝撃波の減衰過程を知ることが重要である.固体中を伝搬する衝撃波の減衰について、Godunov法による数値計算を行った.ユゴニオ弾性限界までは弾性体として振る舞い、それを越えるとBirch-Murnaghanの状態方程式に従って塑性変形するモデルを採用した.衝撃波を減衰させる効果としては、幾何学的効果と希薄波の追いつきによる効果を取り入れた.その結果、3次元球対称の場合、ピーク圧力は、それがユゴニオ弾性限界より大きいときは距離の3乗に反比例するが、弾性限界より小さいと距離の2.2乗に反比例して減衰することがわかった.これは固体モデルの細部にはあまり依存しない結果である.こうした減衰率は、適当なスケール変換をすれば衝撃波形が近似的に自己相似形をすることから半解析的に求めることができる.一方、破壊の進行過程を追うために破壊の基礎モデルを構築した.これは、Gready Kippの理論を改良したもので、ミクロなクラックの進展条件と、マクロな応力場の変化とをカップルさせたものである.今後はこの破壊モデルを組み入れた数値シミュレーションを行う予定である.また、惑星集積過程に衝突のシミュレーションを応用するため、微惑星の物性を取り入れたモデルを使い衝突破壊のシミュレーションを行った.微惑星は微粒子がvan der Waals力によって結合した集合体と考え、状態方程式を与えた.微惑星同志の衝突を平滑化粒子法によって数値計算した.その結果、構成微粒子のサイズによって破壊の様式が大きく変わることが明らかになった.これは微惑星の引っ張り強度が構成微粒子サイズに反比例するためである.衝突破壊現象を理解するためには、固体中を伝搬する衝撃波の減衰過程を知ることが重要である.固体中を伝搬する衝撃波の減衰について、Godunov法による数値計算を行った.ユゴニオ弾性限界までは弾性体として振る舞い、それを越えるとBirch-Murnaghanの状態方程式に従って塑性変形するモデルを採用した.衝撃波を減衰させる効果としては、幾何学的効果と希薄波の追いつきによる効果を取り入れた.その結果、3次元球対称の場合、ピーク圧力は、それがユゴニオ弾性限界より大きいときは距離の3乗に反比例するが、弾性限界より小さいと距離の2.2乗に反比例して減衰することがわかった.これは固体モデルの細部にはあまり依存しない結果である.こうした減衰率は、適当なスケール変換をすれば衝撃波形が近似的に自己相似形をすることから半解析的に求めることができる.一方、破壊の進行過程を追うために破壊の基礎モデルを構築した.これは、Gready Kippの理論を改良したもので、ミクロなクラックの進展条件と、マクロな応力場の変化とをカップルさせたものである.今後はこの破壊モデルを組み入れた数値シミュレーションを行う予定である.また、惑星集積過程に衝突のシミュレーションを応用するため、微惑星の物性を取り入れたモデルを使い衝突破壊のシミュレーションを行った.微惑星は微粒子がvan der Waals力によって結合した集合体と考え、状態方程式を与えた.微惑星同志の衝突を平滑化粒子法によって数値計算した.その結果、構成微粒子のサイズによって破壊の様式が大きく変わることが明らかになった.これは微惑星の引っ張り強度が構成微粒子サイズに反比例するためである.
真空採液管を用いた高粘性固体サスペンションの流動特性測定システムの開発

流動特性、すなわちせん断速度とせん断応力の関係を測定する方法としてはさまざまな方法が提案され、用いられてきたが、いづれの方法も高粘性固体サスペンションへの適用は困難であり、新たな流動特性測定法の確立が望まれてきた。そこで、著者らが既に開発した真空採血管を利用した血液流動特性測定システムの考え方に基づき、高圧管を用いて逆に加圧して流体を流動させて高粘性固体サスペンションの流動特性を測定するシステムを開発することを目的とした。測定システムは加圧可能なステンレス製ヘッドタンク、壁に圧力タップを設置したアクリル製試験円管、重量測定用電子天秤、信号処理用パソコンからなる。ヘッドタンクで加圧された試験流体は試験円管を流動して電子天秤上の容器に流入する。圧力タップを介して得られる静圧差の経時変化から圧力損失を、試験円管から流出する試験流体の総重量の時間変化から流量を求め、パソコンによって流動特性曲線を描かせる。同測定システムの信頼性を検討するために、ニュートン流体のグリセリン原液の流動特性を実測したところ、測定されたせん断速度範囲においてニュートン流体特有の原点を通る直線で表すことができ、粘度は1.40Pasとほぼ妥当な値が得られたことから、同測定システムは工学的視点から十分利用できる測定システムであることが確認された。ついで、代表的な高粘性固体サスペンションとして、実際上問題となっている石炭-水混合物(CWM)を取り上げ、その流動特性を実測した。その結果、ビンガム流体とみなせたりパワーロ-流体とみなせたり、産地が異なるとCWMの流動特性が異なること、CWMは強いせん断場に置かれると時間と共にその流動特性はニュートン流体の流動特性に近くなる事が明らかとなった。このように、高粘性固体サスペンションの流動特性を工学的視点から十分に利用できる測定システムが開発されたといえる。本年度は本研究の目的の一つである高粘性固体粒子サスペンションの広い剪断速度範囲にわたる流動特性を短時間で精度よく簡便に測定できるシステムのハードウエア部分の製作と試験的な測定を行った。当初は減圧した採液管と大気に開放された試料だめとの間の圧力差によりキャピラリ内にサスペンションを流入させる形式を考えていた。しかしながらその形式では最大の差圧が1気圧未満であるために非常に高粘性の固体粒子サスペンションの場合、キャピラリ内に流入しない問題点が生じたため、それとは逆に試料だめ内をコンプレッサにより加圧する形式に変更し、新たに装置を製作した。測定装置はコンプレッサ、試料だめとなるタンク、そのタンクに接続された内径10mmのキャピラリに対応するアクリル円管、円管両端に設置された圧力センサによって構成されている。測定はタンクにサスペンションを仕込み、コンプレッサで加圧し、円管入口のバルブを開け、試料を円管内に流入させることにより開始される。加圧されているタンク内の圧力の低下に伴って減少する試料の流量の経時変化は円管出口において電子天秤により、円管内の圧力損失の経時変化は圧力センサによりそれぞれ測定され、各々電圧値に変換されてパーソナルコンピュータに送られる。タンク内の圧力が大気圧に等しくなった時点で測定は終了する。この1回の測定結果に基づいて流量の経時変化に対応する剪断速度の範囲の流動特性がコンピュータにより直ちに計算され表示される。試験流体として、ビンガム流体と考えられるCoal Water Mixture(CWM)を用いて測定を行ったところ、広い剪断速度範囲における流動特性を精度よく求めることが可能であることを確認した。来年度はさらに様々な流動特性モデルに対応できるコンピュータソフトウェアの開発を行う予定である。石炭微粒子を水に懸濁させたCWM(Coal Water Mixture)は、固体石炭の貯蔵、輸送等の操作時に生じる環境、安全面等における問題を回避できるため、その実用化が強く望まれている。