hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
バイオミメティクス応用を目指したゆらぎ・行動律速原理による魚行動モデルの構築

バイオミメティクス応用可能なゆらぎ・行動律速原理による魚行動モデルの構築を目指してシステム工学と水産学を融合させた総合的な研究を展開した.様々な実験条件を持つ水槽実験から数学解析可能なデータを抽出することができる遊泳撮像システムと画像解析システムの基礎的技術を確立することができた.これらの実験結果から,漁網やLED光源等の他のオブジェクトに対する魚群の行動パターンを水槽実験と数値実験との比較を通してカオス・フラクタル解析し,魚行動を記述するモデルdx/dt= f(x)activity + bを修正することができ,魚行動を模倣する小型水中ロボットのプロトタイプが製作できた.本研究の目的は,生物から機能や構造を見出して工学に応用するバイオミメティクスの立場から,魚類行動に注目してその適応的生物行動の原理を解明し,その工学的応用の可能性を研究することにある.徳島県近海で採取された魚類を対象とし,その魚群行動の分析をカオス・フラクタル理論を用いて実施することで,魚類の知覚・意思決定・行動の各プロセスを定量的に定式化する.さらに,システム工学的視点に立った魚行動モデルを構築,その一般的な魚行動モデルを実際の漁法や移動ロボット制御に応用することで,魚行動のバイオミメティクス応用に関する有効性を明らかにすることが目標となる.この目的に沿った平成25年度の研究計画に対する実績を以下に示す.1.マアジを供試魚とした水槽実験を実施して個体数3,6,12,24匹の魚群行動の実験データ(各4回試行)が取得でき,動画ファイルの画像解析から基礎的なカオス・フラクタル指数の解析できた.2.民生品のVTRによる撮像システムをやめて,CCDモジュールによるコンピュータ撮像システムを開発し,水中構造物やLED光などの環境刺激を受けた魚群行動計測システムの基礎技術が確立できた.3.水槽実験から取得したカオス・フラクタル指数から行動パターンを分析するとともに魚行動の自発的ゆらぎ項(t,x,individual)を実装した魚群行動シミュレータを開発し,数値シミュレーションできた.その結果,水槽実験結果と定量的に一致させるには個体間と水中構造物との相互作用を引力・斥力のポテンシャル場の設定だけでは十分でないこと等数理モデリングに関する知見を得ることができた.以上により,研究計画の「フェーズ2:水槽実験から解析した魚行動パターンからの魚行動モデルとゆらぎ・行動律速方程式による数理的定式化」と「フェーズ3:実際の漁場フィールドを意識した魚類行動シミュレータの開発」を6割程度達成できた.バイオミメティクス応用可能なゆらぎ・行動律速原理による魚行動モデルの構築を目指してシステム工学と水産学を融合させた総合的な研究を展開した.様々な実験条件を持つ水槽実験から数学解析可能なデータを抽出することができる遊泳撮像システムと画像解析システムの基礎的技術を確立することができた.これらの実験結果から,漁網やLED光源等の他のオブジェクトに対する魚群の行動パターンを水槽実験と数値実験との比較を通してカオス・フラクタル解析し,魚行動を記述するモデルdx/dt= f(x)activity + bを修正することができ,魚行動を模倣する小型水中ロボットのプロトタイプが製作できた.本研究の目的は,生物から機能や構造を見出して工学に応用するバイオミメティクスの立場から,魚類行動に注目してその適応的生物行動の原理を解明し,その工学的応用の可能性を研究することにある.徳島県近海で採取された魚類を対象とし,その魚群行動の分析をカオス・フラクタル理論を用いて実施することで,魚類の知覚・意思決定・行動の各プロセスを定量的に定式化する.さらに,システム工学的視点に立った魚行動モデルを構築,その一般的な魚行動モデルを実際の漁法や移動ロボット制御に応用することで,魚行動のバイオミメティクス応用に関する有効性を明らかにすることが目標となる.この目的に沿った平成24年度の研究計画に対する実績を以下に示す.1.魚種としてマアジを供試魚とした水槽実験を実施して個体数50の群行動を定量的に調べることを目標として十分な資料数(N=64)の実験データが取得できた.2.VTR画像から複雑な魚群行動を解析する計測解析システムを開発し,水中構造物やLED光などの光刺激等の環境刺激を受けた魚群行動のリアプノフ指数と自己アフィン指数を抽出することに成功した.3.水槽実験の結果から個体と群れの行動に対する行動パターンを分析し,魚行動の自発的ゆらぎ項b(t,x,individual)が記述可能な数理モデリングを検討し,魚の個体間そして水中構造物の相互作用を誘引・忌避に関するポテンシャル場を仮定した計算アルゴリズムを構築し,数値実験により水槽実験と定性的に一致する結果を得ることができた.以上により,研究計画の「フェーズ1:徳島県沿岸で捕獲した魚類(アジ,ブリ)を水産研究所で実験,魚類の行動パターンをカオス・フラクタル理論で解析」を達成するとともに,「フェーズ2:解析した魚行動パターンから精密な魚行動モデルを構築し,ゆらぎ・行動律速方程式による数理的定式化」を部分的に達成できた.本研究の目的は,生物から機能や構造を見出して応用するバイオミメティクスの立場から魚類行動に注目して適応的行動を解明し,その工学的応用の可能性を見出すことにある.日本近海で採取された魚類を対象として魚群行動をカオス・フラクタル解析し,魚類の知覚・意思決定・行動を定式化する.さらに,システム工学的視点に立った魚行動モデルを構築,その魚行動モデルを漁法やロボット制御に応用することで魚行動のバイオミメティクス応用の有効性を明らかにする.この目的に沿った平成26年度の実績を以下に示す

.1.柔軟性の高いコンピュータ撮像システムを新たに開発し,複雑な環境刺激を受けた魚群行動の動的計測技術を確立した.マアジの環境刺激に対する行動実験として,漁網とLED光に対する魚群行動データを取得することができ,光刺激に対する魚類行動のカオス・フラクタル解析ができた.2.水槽実験から取得したカオス・フラクタル指数により行動パターンを分析し,魚行動の自発的ゆらぎ項をセルオートマトンで実装した魚群行動シミュレータを開発した.その結果,水槽実験結果と定量的に一致させるため,環境情報に階層化された数理モデルを導入することで,魚類と水中構造物やLED光との相互作用を完全離散化モデルでシミュレーション可能であることを実証した.3.水槽実験と数値シミュレーションを分析することにより,マアジの遊泳行動をBrederの泳法分類に従い模擬できる水中ロボットの開発に着手した.超小型サーボを2軸連結させた全長240mmの魚類水中ロボットの基本設計と柔軟材料を用いた筐体の試作が完了できた。以上により,研究計画の「フェーズ3:魚類行動シミュレーターの開発」と「フェーズ4:移動ロボットへの実装と応用技術の確立」を6割程度達成できたが,実フィールドデータとの比較と移動ロボット実験による応用技術の検証が今後の課題となった.工学・統計的議論が可能な資料数(N=64)の解析データが取得できたが,その画像処理に相当の手間と時間を費やした.さらに,個体数が10匹を超えると現状の個体識別アルゴリズムが破たんする確率が高くなり実験条件によってはN=1しかデータ取得できない場合があるので対策が必要である.・魚群行動の水槽実験で用いる撮像システムをVTRカメラ単体を用いたものから,高精度のCCDモジュールを用いたコンピュータ計測システムに切り替えるため新システムの構築に手間と時間がかかっている.・以上の結果,水槽実験の結果を十分に分析・検討することで構築が可能となる「ゆらぎ・行動律速原理による魚行動モデル」の構築と検証するスケジュールが圧迫されている.・統計的議論が可能な資料数(N=64)のデータを取得できたが,その画像処理と解析に相当程度の手間と時間がかかり,すべてを解析できていない.現状では,N=1の画像処理と複雑系解析を完全に仕上げるのに,研究者が専業的に従事して約3日程度かかっている.・魚群行動の水槽実験で用いてる撮像システムが既存のVTRカメラを用いているので,良質な動画データを取得するの技術的な手間と特殊な撮像テクニックが要求されるため,資料数一回分の水槽実験に手間と時間がかかっている.・以上の結果,水槽実験の結果を十分な分析・検討することで構築が可能となる「ゆらぎ・行動律速原理による魚行動モデル」の数理モデルを仮説検証するタイムスケジュールが圧迫されている.先の項目で遅延していることを補い,本研究をさらに深いレベルで達成するために今後取り組む研究計画を以下に示す.1.水槽実験の実験条件の改善:撮像システムをCCDモジュールを用いたコンピュータ撮像システムに変更したことに合わせて,水槽や水中構造物(漁網)の色や形状を改善,多数匹の魚群行動において個体識別のエラーを極力低減して良質なデータを取得する.2.数値シミュレーションアルゴリズムの改善:現在用いているシミュレーションのアルゴリズムでは水槽実験での魚群の行動パターンを十分に再現できないことがわかったので,
遺伝性ムコ多糖症IVA型(モルキオ病)の病態解析と治療への展開-N-acetylgalactosamine-6S sulfatase(GALNS)欠損マウスによるGALNS機能部位の解明と新たな治療法への展開

本研究のプロジェクトは、ムコ多糖症IVA型(GALNS:N-acetylgalactosamine-6S sulfatase欠損症)のモデル動物を作出し、本症の病態解析および新たな治療法を開発することを目的とした。マウスGALNS cDNAおよびゲノム遺伝子をクリーニングした。さらにゲノム遺伝子断片をNeo+TKベクターに組込み、ES細胞に導入し、positive cloneを得た。現在キメラマウスを作成中である。1)ムコ多糖症IVA型(GALNS:N-acetylgalactosamine-6S sulfatase欠損症)のモデルマウスを作成するにあたって、マウスGalnsゲノム解析を行ったところ、ヒトと同様全長約40kbで、14個のエクソンと13個のイントロンを含んでいた。5′上流領域の塩基配列は、ヒトGALNSはTATAボックスやCCAAT配列はなく、house keeping geneのプロモーター領域に特徴的なGCボックスを4個もっていたが、マウスでも3個のGCボックスが認められた。またヒト遺伝子-254-306bpの52bpはマウスと高いホモロジーが見られた。かく、全エクソン・イントロン境界領域の配列、プロモーター領域の配列、転写開始点を決定した。さらにマウスGALNS遺伝子座位は8番染色体上に存在した。またマウスの数種類の臓器からのmRNAに対してnorthern blotを行い、各臓器におけるmRNAの発現量をみたところ、腎、肺、肝、卵巣、心、脾での発現は認められたが、脳での発現は極めて低く、ヒトと同様の傾向を示した。この結果から、知能障害を認めないムコ多糖症IVA型の病態解析としてマウスが活用できる可能性を確認した。ゲノム遺伝子断片をNeo+TKベクターに組込み、ES細胞に導入し、positive cloneを得た。モデルマウスの誕生に期待したい。研究目的遺伝性ムコ多糖代謝異常症IVA型(GALNS異常症)のモデルマウスを作製し、本症の病態を解析し、新たな治療法を開発することを目的とする。研究成果1.既にクローニングしていたマウスGALNSのcDNAをプローブとして、数種類の臓器からのmRNAに対してnorthern blotを行い、各臓器におけるmRNAの発現量をみたところ、腎、肺、肝、精巣、心、脾での発現は認められたが、脳での発現は極めて低く、ヒトと同様の傾向を示した。2.λFix mouse MSV129ライブラリーを用いて、マウスGALNS遺伝子をクローニングし、24種類の陽性クローンを単離した。さらにSouthern blotとPCR法にて各クローンを解析し114の全エクソンが含まれていることを確認した。現在制限酵素地図を作成し、詳細な構造を明らかにしつつある。またモデルマウスについては、まずはノックアウトマウスの産生から始めて行く計画であり、そのために得られマウスGALNSクローンを利用してマウスES細胞へのターゲティングベクターの構築を準備中である。研究目的ムコ多糖症IVA型(GALNS:N-acetylgalactosamine-6S sulfatase欠損症)のモデル動物を作出し、本症の病態解析および新たな治療法開発研究に供する。本年度は昨年度に引き続きマウスGALNSゲノム遺伝子をクローニングし、その特性を解析した。研究結果1.マウスGALNSゲノム遺伝子はヒトと同様、全長約40kbで、14個のエクソンと13個のイントロンを含んでいた。

2. 5'上流領域の塩基配列は、ヒトGALNSはTATAボックスやCCAAT配列は無く、house keeping geneのプロモーター領域に特徴的なGCボックスを4個持っていたが、マウスでも3個のGCボックスが認められた。またヒト遺伝子-254-306bpの52bpはマウスと高いホモロジーが見られた。3.マウスGALNS遺伝子座位は8番染色体上に存在した。ヒトGALNSは16q24に位置し、Maf,Aprtlなどの近傍の遺伝子配列の結果から、ヒト16qとマウス8染色体の相同性が示唆された。研究目的ムコ多糖症IVA型(GALNS:N-acetylgalactosamine-6S sulfatase欠損症)のモデル動物を作出し、本症の病態解析および新たな治療法開発研究に供する。本年度は、本研究で得られたマウスゲノム遺伝子クローンを用いて、モデルマウス作成を開始した。研究結果1.ゲノム遺伝子断片をNeo+TKベクターに組込み、ES細胞に導入し、陽性クローンを得た。現在キメラマウスを作成中である。ノックアウトモデルマウスの誕生に期待したい。2.ヒトGALNSのNー末端側C79はsulfatase familyで保存されており、active siteとされている。マウス遺伝子の相同部分C76に変異を導入したC79S、C79Tベクターを発現させると、GALNS活性は認められず、活性部位変異のモデルマウスについても作成する意義が見いだせた。3.ムコ多糖症IVA型の遺伝子異常を、GALNS酵素蛋白質構造上での影響を解析することを目的としてGALNS構造モデルを構築した。
高分子材料の表面に付与した酵素固定場としてのポリマーブラシの精密制御

タンパク質あるいは酵素は、生体の機能を発現するために不可欠である。酵素は生体触媒として生体内での化学反応を司る。この酵素反応を自由に取り扱うために、片端が材料表面に固定されもう片端が自由端である高分子、ポリマーブラシを用いる。このポリマーブラシは伸長・収縮が自由にできる"柔らかい"構造をとる。生体触媒である酵素と、ポリマーブラシを融合させて新しい機能的な材料を作成することが本研究の目的である。伸長したポリマーブラシに酵素は高密度で積層でき、かつ柔らかい構造であるため酵素の失活を抑制できる。本申請では、原子移動ラジカル重合法を用いて材料表面への制御されたポリマーブラシの付与を行い、生体分子の固定場としての可能性を探った。活性種の材料表面への固定密度を変化させると、そこから成長するポリマーブラシの密度も変化できる。また活性種からの重合時間を変化させるとポリマーブラシの長さを変化できる。そのため、生体分子の構造を維持しながら分離場あるいは固定場として利用できる。無機材料表面に制御されたポリマーブラシを付与するために、まず、重合開始剤を無機材料(中空SPGおよびシリコンウェハー)に固定した。モノマー(グリシジルメタクリレート:GMA)、錯体リガンド、および錯体形成用金属をメチルエチルケトンに均一に分散させて、そこに重合開始剤導入無機材料を浸漬させて、重合を開始した。重合温度は40°Cに設定した。24時間後、重合を停止させ、溶媒で丁寧に洗浄した。さらに、導入したポリマーブラシにアニオン交換基を導入するために50(v/v)%ジエチルアミン溶液に1.5h浸漬させた。作成したポリマーブラシ導入型中空SPGおよびシリコンウェハーにBovine Serum Albumin(BSA)を固定した。中空SPGではBSA溶液を内面から外面に透過した。するとBSAはポリマーブラジが伸長するために2層で吸着することがわかった。またシリコンウェハーにBSAを吸着させSEMで観察した結果、表面のラフネスが増加することがわかった。原子移動ラジカル重合法を用いて形成したポリマーブラシが生体分子の分離場として利用できる可能性があることがわかった。無機材料表面に原子移動ラジカル重合法によって制御されたポリマーブラシを付与するために、まず、重合開始剤を無機材料(中空SPGおよびシリコンウェハー)に固定した。するとBSAはポリマーブラシが伸長するために2層で吸着することがわかった。またシリコシウェハーにBSAを吸着させSEMで観察した結果、表面のラフネスが増加することがわかった。

作成したポリマーブラシ導入型中空SPGおよびシリコンウェハーにBovine Serum Albumin(BSA)を固定した。中空SPGではBSA溶液を内面から外面に透過した。するとBSAはポリマーブラジが伸長するために2層で吸着することがわかった。またシリコンウェハーにBSAを吸着させSEMで観察した結果、表面のラフネスが増加することがわかった。原子移動ラジカル重合法を用いて形成したポリマーブラシが生体分子の分離場として利用できる可能性があることがわかった。
局所磁化測定法を用いたペロフスカイト型マンガン酸化物における相分離の研究

まず最初に局所磁化を可視化する磁気光学イメージング法の感度改善に取り組み、その過程で高温超伝導体Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+y>の傾斜磁場下におけるジョセフソン磁束量子の可視化、およびその磁場依存性を研究する事に成功した。この手法を用いて、巨視的に相分離を起こす事で知られる(La,Pr)_<1-x>Ca_xMnO_3に対して抵抗と局所磁化の同時測定を行った。巨視的相分離状態では強磁性金属相と常磁性(または反強磁性)絶縁体相とがサブミクロン程度の大きさの領域に分かれて共存する。この状態では強磁性金属領域が連結してパーコレーション的金属絶縁体転移を起こすというモデルが考えられてきた。本研究では転移温度付近での抵抗率の時間変化に対応した強磁性伝導パスの形成・消失を、リアルタイムの画像として観察する事に成功し、パーコレーション的伝導のモデルが適当である事を示した。なお、この結果に関する発表「Simultaneous Study of Local Magnetization and Resistivity in Phase-Separated Manganites」で国際会議LT23ではポスター賞を受賞した。また層状マンガン酸化物La_<2-2x>Sr_<1+2x>Mn_2O_7に対しても磁気光学イメージング法を用いた実験を行った。本研究では、この物質で現れる迷路状磁区に外部磁場を印加する事でストライプ磁区やバブル磁区を実現できる事を見いだした。いくつかのマンガン酸化物で磁壁による大きな磁気抵抗効果が報告されている事から、磁区構造の制御による輸送特性の制御を試みたが、本物質では磁壁誘起の顕著な伝導の変化は見られなかった。より磁壁の抵抗が大きな系において、磁区制御による伝導の次元制御を行う事が今後の課題として残されている。今年度の研究では磁性ガーネット膜をインジケーターとしてペロフスカイト型構造及び層状ペロフスカイト構造を持つマンガン酸化物の局所磁化測定を行った。この手法は数ミクロン程度の空間分解能および数秒の時間分解能で試料全体に及ぶ磁束密度分布を測定する事が可能である。これらの特性を生かしマンガン酸化物における相分離の観測、およびその時間発展に対して研究を進めた。電荷整列を起こすマンガン酸化物にクロムをドープする事で相分離状態を実現する事が可能であり、キャリア数を変えることで磁場誘起絶縁体金属転移の転移磁場を本測定で観測可能な範囲に下げることが可能である。このような観点からPr_<1-x>Ca_xMn_<1-y>Cr_yO_3の単結晶試料を作成し、温度・磁場変化によって起こる金属絶縁体転移近傍における強磁性ドメインの時間発展及び電荷整列ドメインの消失を観測した。その結果、一見試料全体でなめらかに変化しているように見える磁化の緩和過程も局所的には一様な変化ではなく、強磁性ドメインの消失によって特徴づけられる物であることを実証した。このようなドメイン崩壊過程はパーコレーション的絶縁体金属転移の描像を示唆するものであり、現在ドメイン崩壊過程における抵抗率の変化の同時測定を進行しているところである。また、層状ペロフスカイト型マンガン酸化物における研究の中で、バブル磁区の発生を磁場で制御できることを発見した。スピン分極率が大きいマンガン酸化物のドメイン壁における抵抗の詳細については相分離とは別の興味がある。今後の課題として外部磁場による磁区制御を直接観測しながら、同時に抵抗測定を行い、磁壁の抵抗の問題について研究を進めていく予定である。本年度の研究を通してガーネット膜の空間分解能による制限がしばしば問題となることがあった。そこで、より高い空間分解能を持つガーネット膜の作成を現在進行している。
遺伝子コピー数プロファイルによる非浸潤性乳腺・大腸腫瘍の進展リスク予知

乳頭腫を除く乳腺腫瘍のデータは、30年度論文として出版された。大腸では、リンパ節転移(ln)陽性の外科的切除左側大腸癌8例の追加症例も含め、ミスマッチ修復酵素の発現を免疫染色で確認し、MSI陽性例を除外した。48例(腺腫成分のある/ないC+A/C-Aが32例/16例)112サンプルについて、あらためてマイクロアレイデータを解析した結果、染色体変化では4p-がC+AよりC-Aに有意に多く見られたが、これがde novo癌の特徴であるのかどうかを明らかにするために、階層的クラスタ(CL)解析を行うと、全サンプルは4 CLsに別れ、CL1, CL4とCL3の大半がC+A、CL2とCL3の一部がC-Aであった。48例中12例で、同一症例のサンプルが異なるCLsに分かれた。その場合、CL1, CL2, CL4に腺腫ないし粘膜(m)病変が分布し、それらの腫瘍のより進展した浸潤部(i)やlnがCL3に含まれた。また上記の4p-は、CL3に特徴的に見られた。これらのことから、4p-はde novo癌の特徴ではなく、腺腫由来癌が進展し、腺腫成分を失ったものに特徴的であることが分かった。lnはCL2, CL3のみに見られたが、CL2の4例中2例でm成分がCL2に、iやln成分がCL3にあり、腺腫成分は(切除時には)ないものの、late eventが頻発するadenoma-carcinoma sequence型と考えられた。一方他の2例はm成分からln成分までCL2に含まれ、染色体変化がmからlnまでほとんど変わらなかった。このゲノムの安定な一群こそがde novo型の癌と考えられ、その頻度は手術検体の7%であった。ESD材料はCL1, CL3, CL4に分布した。CL3に含まれるESD症例は、他よりもリンパ節転移リスクが高いと予知できる可能性がある。28年度は、乳腺腫瘍については、先行して蓄積していたデータと合わせ、最終的にDCIS 24例、浸潤性乳管癌(IDC)33例、乳頭腫12例の解析を完了した。しかし症例間の結果のばらつきが当初の予想より大きく、これらを2群に分けて再現性を評価することが困難と判断し、すべてを合わせてクラスタ解析を行った。内部対照として同一症例のサンプルが隣接するかどうかを、サイズの大きな遺伝子と蛋白をコードしている遺伝子で比較すると、前者ではすべての症例で隣接する条件を決定できたが、後者では特に転移巣が(late eventsの影響で)原発巣から離れる傾向のため、決定できなかった。そのため、以後はサイズの大きな遺伝子を使うこととした。その結果、各サンプルの遺伝子コピー数プロファイル(CNP)は二つ(AとB)のクラスタに分かれた。AはBよりもIDC/DCIS比、核グレードが高く、Her2陽性のすべてを含み、進展リスクが高いと考えられた。一方、luminal A-likeはBに有意に多かった。AとBの識別に有用な乳癌関連遺伝子を9遺伝子特定した。染色体レベルでは、DCISとIDCの間でCNPの差は(これまでの報告と同様)ほとんどなかったが、クラスタごとに染色体レベルのCNPを比較すると、DCISにはなく、IDCで出現する変化が抽出でき、それはAとBで異なった(この系譜特異性のためにこれまで抽出できなかったと考えられる。)大腸については左側に限定し、手術材料とESD材料各20例を目標に、前者は症例当り3-5サンプル後者は2-3サンプルの採取を続ける一方、MSI陽性例を除外するために、ミスマッチ修復関連抗原の免疫染色を行っている。28年度に解析が終了したのは手術材料12症例32サンプルである。染色体CNPはI型よりも0型がII型に近く、腺腫成分を含む5例中3例で腺腫成分と癌で同一の変化を含んでいた。・乳癌では、予定通り、初年度に解析対象症例のゲノムDNAコピー数データが揃った。解析が進むにつれて、early eventに基づくコピー数プロファイルの特徴をつかむことが重要であることがわかってきた。そのためにはprotein-coding genesよりも、large sized genesの方がプロファイルのクラスタリングに適していることも分かった。クラスタ間の差に寄与している、進展リスク予知に有用な遺伝子が明らかになってきた。乳頭腫についても、その1/2にゲノム不安定性があり、更にその一部にTP53のlossがあり、それらの揃った乳頭主の一部に、微小なDCISのfocusが見つかっている。・大腸癌では1/3弱の症例でゲノムDNAコピー数のデータが得られた。現在結果待ちのものも加えると、ほぼ順調にデータが得られている。今後はESD材料でも腺腫成分を含めてサンプリングし、腺腫も含めて解析を進める。クラスタリングを行うのは解析数が20例以上に増加してからである。29年度は乳腺腫瘍については、データが確定したので、論文にまとめ、雑誌に投稿中である。大腸については、29年度内に、左側大腸癌の外科的切除、ESD材料各20例のアレイCGH解析を終了した。各症例でミスマッチ修復酵素の発現を免疫染色で確認し、MSI陽性例を除外できた。

マイクロアレイデータの解析の結果、腺腫(a)、癌の粘膜部(m)、浸潤部(i)、リンパ節転移部(ln)別にpenetrance plotで染色体レベルのコピー数変化を見ると、aでは(18q-、20p/q+が低頻度で見られた他は)ほとんど変化がなかった。mとiは増減のパタンが(iで8q+と15q-が多かった以外は)ほぼ同じであったが、lnでは欠失が乏しいのが特徴的であった。クラスタリングでは5クラスタに別れ、腺腫成分の無いクラスタ1と腺腫成分のあるクラスタ2-5が区別できた。このことから、大腸腫瘍の90%強がadenoma-carcinoma sequenceで、10%弱がde novoで発癌すると推定された。クラスタ2は3-5と共通の変化と、3-5に見られない変化に分かれ、クラスタ2のパタンは、クラスタ3-5が進展した最終的なパタンであることが推定された。このことは、個々の腫瘍の異なるサンプル間で、染色体変化を比較することによって、裏付けられた。最終的なクラスタ2と転移サンプルの染色体パタンが異なることから、最終パタンになる前に転移することが推定され、特に欠失の少ないクラスタ3が、転移リスクが高く、早期から欠失の見られるクラスタ4、5は転移リスクが低いと予知できる可能性がある。これまでは粘膜内病変のある腫瘍を優先して選択してきため、転移症例が3例しかなかったが、上記の転移リスク予知の仮説を検討するためには、転移症例をさらに増やしても転移サンプルには欠失が少ないのか、次年度に確認する必要がある。・大腸癌40例のアレイCGH解析およびミスマッチ修復酵素の発現解析が、予定よりも早く終了した。データ解析により、更に転移のある症例を追加する必要があることが分かった。・乳腺のデータが確定したので前年度に論文を作成し投稿したが、査読を進めてもらえず、withdrawalを繰り返し、現在4誌目に挑戦している。乳頭腫を除く乳腺腫瘍のデータは、30年度論文として出版された。大腸では、リンパ節転移(ln)陽性の外科的切除左側大腸癌8例の追加症例も含め、ミスマッチ修復酵素の発現を免疫染色で確認し、MSI陽性例を除外した。48例(腺腫成分のある/ないC+A/C-Aが32例/16例)112サンプルについて、あらためてマイクロアレイデータを解析した結果、染色体変化では4p-がC+AよりC-Aに有意に多く見られたが、これがde novo癌の特徴であるのかどうかを明らかにするために、階層的クラスタ(CL)解析を行うと、全サンプルは4 CLsに別れ、CL1, CL4とCL3の大半がC+A、CL2とCL3の一部がC-Aであった。48例中12例で、同一症例のサンプルが異なるCLsに分かれた。その場合、CL1, CL2, CL4に腺腫ないし粘膜(m)病変が分布し、それらの腫瘍のより進展した浸潤部(i)やlnがCL3に含まれた。また上記の4p-は、CL3に特徴的に見られた。これらのことから、4p-はde novo癌の特徴ではなく、腺腫由来癌が進展し、腺腫成分を失ったものに特徴的であることが分かった。lnはCL2, CL3のみに見られたが、CL2の4例中2例でm成分がCL2に、iやln成分がCL3にあり、腺腫成分は(切除時には)ないものの、late eventが頻発するadenoma-carcinoma sequence型と考えられた。一方他の2例はm成分からln成分までCL2に含まれ、染色体変化がmからlnまでほとんど変わらなかった。このゲノムの安定な一群こそがde novo型の癌と考えられ、その頻度は手術検体の7%であった。ESD材料はCL1, CL3, CL4に分布した。
二酸化炭素低排出・吸収性能をもつジオポリマーの開発への挑戦

コンクリート工学においては、温室効果ガス排出削減への取り組みのために、セメントの使用量を削減し、ジオポリマーを実用化する取り組みが急速に進められている。ケイ酸マグネシウムを原料とするジオポリマーは、その製造、硬化プロセスにおいて二酸化炭素排出量の低減が見込まれるだけでなく、吸収できる材料(カーボンネガティブマテリアル)となる可能性がある。これらの背景から、二酸化炭素排出量の低減に着目したジオポリマーの製造、硬化プロセスの開発のための萌芽的研究として、主に、ケイ酸マグネシウムを原料としたジオポリマーの反応メカニズムおよび性能発現メカニズムの解明に取り組む。
環境要因を考慮した日本農政の経済効果分析

1.研究目的および分析方法本研究では、農業の外部効果と外部不経済に関する各要因の中から、現段階で数量化可能なもの、農機具等の固定資本投資、化学肥料・農薬投入量の減少、そして有機質肥料の増投等を考慮し得るマクロ計量経済モデルを構築し、これら化学肥料、農薬等の持続型農業のシミュレーション分析を現実に試みることを研究目的とする。具体的なシミュレーションは、農政の戦略変数として、有機質肥料投入量を促進させる要因としての「土地改良支出」、微生物強化資材、土壌管理、栽培法等の「試験研究技術普及支出」を取り上げ、さらに「化学肥料・農薬等の投入財価格の引き下げを加えて行おうとするものである。分析期間は、データが最近はキンクするため、19621979を利用せざるを得ず、同モデルは53の構造方程式と30の定義式からなる連立体系同時決定方程式によるものである。2.研究成果1)農業機械等の固定資本装備を抑えることにより労働への代替を進め、化学肥料の投入を抑制し、有機肥料の増投を行ったばあい、農業生産額は減少する。しかし同時に農業生産費も減少し、したがって農業所得の減少は僅かにとどまること、また非農業にとっては若干ながらマイナスの効果を持つと共に、農業物価格、食料消費者価格を僅かながら上昇させること、2)上記の農業所得減を有機物利用と微生物強化、土壌管理、栽培法の改善等の試験研究技術普及支出で補うとすれば22.9%の支出増、3)土地改良支出で補うとすれば、119.9%の増加、4)投入財価格の引下げで補おうとすれば、82.6%の引下げが必要になることが示された。したがって、かゝる環境保全型農業への誘導は、生産者のみならず、国民の厚生に役立つことがほぼ明らかである。日本農政の経済効果を考える場合、如何なる形で環境要因をとり込むか、またその場合、環境を示すインデケーターなり、外生変数をどのようなものとし、量的に評価し、たとえば指数化するかが、本研究にとっての最大の問題である。本研究では、日本農政の経済効果を計量的に求めるに当り、マクロ計量経済モデルなり、システムダイナミックス(SD)のアプローチを採ることとして出発した。その場合、他の政策変数と共に、外生変数として、環境の変化を示す変数なり、政策変数の中でとりあげられている農業での環境改善に関する財政支出を選び出し、指数化することが1つのアプローチである。前者に関して、2つをトライしてみた。いずれも、農業なり、農業財政支出による農業の価値評価である。1つは、土地改良亊業のばあい、その経済効果として、WTP(Willing to Pay)が如何程になるか、その評価額をマクロ化して、どのようにマクロ計量経済モデルなり、SDモデルの中に組み入れるかが最大の検討すべき問題である。要するに土地改良亊業にもとづく資本形成、労働生産性等の生産力効果に、1亊例的な外部効果を如何にマクロ化し、付加するかということである。いま1つは、地球の温暖化指標を指数化することであるが、CO_2やN_2O、CFC、O_3と気温との関係に相関ありとして、気温の上昇分を傾向線として把えるだけで良いかを検討中である。こうした環境要因を農政のほかに加えて、経済効果の予測を行うのであれば、地球温暖化ポテンシャル(GWP)も問題となる。後者の環境改善に関する財政支出は目下、集計中である。しかしそれを如何なる内政変数と如何に結びつけるかも併せて検討中である。今年度の研究では、「環境要因」を何に求め、それを如何なる低投入持続型農業のパターンとしてSpecifyするか、そしえ如何ように計量分析、特にマクロ計量経済モデルの中で良好な統計的結果を得るかが課題である。

1.各環境要因の中から、現段階で数量化の可能な農機具等の固定資本投資、化学肥料、農薬投入量の減少、それに代替する有機質肥料の増投等を考慮出来るマクロ計量経済モデルを構築、これら化学肥料、農薬等の低投入持続型農業のシミュレーション分析を試みることとした。2.具体的なシュミレーションは、農政の主要な戦略変数として、有機質肥料投入量を増大させる戦略としての「土地改良支出」、有機物利用と微生物強化投入、土壌管理・栽培法の改善等「試験研究技術開発支出」を戦略変数として取り上げ、さらに「肥料、農薬等投入財価格」の引き下げを加え、日本農政の経済効果を計測した。3.その結果(1)農業機械等の固定資本装備を抑え、労働への代替を進め、化学肥料投入を抑制、有機肥料投入増へと誘導すると、農業生産額は減少する。しかし同時に生産費も減少することから、農業所得の減少は僅かにとどまること、また非農業への生産減農産物価格、食料消費者価格の上昇がそれぞれ僅かながら生ずること、以上の点が明らかになった。(2)上記の農業所得減を有機物利用と微生物強化、土壌管理・栽培法の改善等の試験研究・技術普及支出で補うとすれば、22.9%の支出憎、(3)土地改良支出で補うとすれば、119.9%の支出増、(4)投入財価格の引き下げで補おうとすれば、82.6%もの引き下げが必要なことがわかった。
人類学におけるフォト・エスノグラフィーの手法の探求

本研究は、デジタル化時代における人類学的なフィールドワークによって収集された調査データである写真の活用方法を考察し、写真を主体にしたフォト・エスノグラフィーという手法を探求することを目的とする。人類学者によるフィールドワークにおけるフォト・エスノグラフィーの採用や、大学・大学院での実習授業へのそれの導入といった実験的な試み、そして、それを実現させるコンピュータ上での静止画像管理システムの設計という応用的かつ実践的なアプローチをとりつつ、研究代表者は、エスノグラフィーにおける写真の活用に関わる理論的な探求を行い、その可能性について検証した。その上でその方法論に資する基礎的な展望を見出した。(1)国内外の関連研究資料の収集と研究者間でのネットワークの拡大:国内外の関連資料収集と同時に、国内の文化人類学者だけでなく、隣接分野(社会学)や関係する分野(情報学)の研究者との連携を作り、各分野の研究者が研究協力者として本研究を支援する基盤を作った。(2)調査実習授業での展開:研究協力者の協力を得て、学部生・大学院生向けの調査実習で、フォト・エスノグラフィーの手法を採用した実践を展開した。研究代表者は、その実践をモニタリングすることで、モデル化のための知見を得た。(3)研究会・ミーティングの開催:研究協力者全員を集めた全体研究会は、1回(2014年7月14日)のみの開催に留まったが、研究代表者は、各研究協力者と個別のミーティングで対応しながら、意見交換をしつつ、本研究の進捗情報の共有をはかり、フォト・エスノグラフィーの理論的な探求を行った。(4)静止画像管理システムの設計:フォト・エスノグラフィーをコンピュータシステム上で実現できる仕組みを設計する活動については、情報学を専門とする研究協力者の協力を得ることができ、本格的なシステム設計に関しては、2014年度の調査実習での研究成果をもとにして進める計画を立てた。(5)研究成果の公表:本研究成果公表のためにWEBサイト(http://www.photoethnography.sakura.ne.jp/)を作成し、このWEBサイトに連携する形で、(2)での個別の調査実習用WEBサイトを作成し、調査実習の成果を掲載した。また、研究協力者の一人が担当する授業に関しては、2014年度調査報告書を刊行する準備を行った。さらに、研究代表者は、2015年度の日本文化人類学会第49回研究大会、関西社会学会第66回大会にて、(2)での成果をもとに単独で口頭発表する予定で準備を進めた。(1)国内外の関連研究資料の収集と研究者間でのネットワークの拡大:国内外の関連資料収集と同時に、文化人類学者、隣接分野(社会学・民俗学)や関係分野(情報学)の研究者との連携を強化し、各分野の研究者が研究協力者として本研究を支援する基盤を作った。(2)フォト・エスノグラフィーの実践:研究協力者らの協力を得て、学部生・大学院生向けの調査実習で、フォト・エスノグラフィーの手法を採用した実践を展開した。その一方で、研究代表者、および数名の研究協力者が各自のフィールドにおいてフォト・エスノグラフィーの実践を行った。それら実践をモニタリングしたり、研究協力者と意見交換したりしたなかで、モデル化のための知見を得た。(3)研究会・ミーティングの開催:研究協力者全員を集めた全体研究会は、2014年度は1回、2015年度は2回開催した。研究代表者は、各研究協力者との個別の打ち合わせを行い、意見交換をしつつ、本研究の進捗状況の情報共有をはかり、フォト・エスノグラフィーの理論的な探究を行った。(4)静止画像管理システムの設計:フォト・エスノグラフィーをコンピュータシステム上で実現できる仕組みを設計する活動については、情報学分野からの研究協力者の協力を得ることができ、システム設計に関する知見を得ることができた。(5)研究成果の公表:本研究成果公表のためにWEBサイト(http://www.photoethnography.sakura.ne.jp/)を作成し、このWEBサイトにつながる形で、(2)での個別の調査実習用WEBサイトも作成した。2014年度には、研究協力者の一人が担当する調査授業の調査報告書を刊行した。さらに研究代表者は、2015年度には国内外の学会にて、(2)での成果をもとに単独で口頭発表した。(1)海外の先行する研究を行う研究者との具体的な連携については、今後の課題であるものの、初年度は、当初の計画以上に国内の研究者(文化人類学以外の社会学などの隣接分野の研究者も含めて)との連携を全体研究会の開催、および研究代表者との個別の情報交換を通じて、得ることができ、本研究を推進させる基盤を整えることができた。(2)複数の研究協力者の協力を得て、学部・大学院向け調査実習にて、フォト・エスノグラフィーの実践を行うことができた。その結果、フォト・エスノグラフィーに関わる多くの知見を得ることができた。

これによって、フォト・エスノグラフィーの定義を考察し、理論的な深化を進め、さらにはモデル化するための端緒が開けた。(3)フォト・エスノグラフィーをコンピュータシステム上で実現する仕組みの設計については、これまでの研究代表者の研究成果を発展させる形で、上記(2)での調査実習での成果をもとにして次年度で具体的に進める計画を立てることができた。(4)研究成果を国内の学会にて発表する予定だけでなく、上記(2)での調査実習の成果の一部として調査報告書『フォト・エスノグラフィーの社会学』(石田佐恵子・岩谷洋史編)を発行する準備を整えることができた。文化人類学研究協力者らとの連携をしつつ、以下の項目の推進方策を立て、柔軟に対応しつつ、研究活動を推進する。(1)引き続き、研究協力者らとともに、フォト・エスノグラフィーの手法を採用した学部生・大学院生向けの調査授業を行い、その教育効果を検証するだけでなく、フォト・エスノグラフィーの理論的深化を図っていく。(2)フォト・エスノグラフィーをオンラインで実現するシステムを開発することを目的とする。(3)フォト・エスノグラフィーのモデル化を図る一方で、WEBサイト(http://www.photoethnography.sakura.ne.jp/)での情報公開しつつ、研究成果を国内外の学会での発表、論文執筆、報告書発行(図書出版も含めて)を通じて積極的に公表する。(1)研究を推進するために、海外在住の関連する先行研究を行っている研究者との連携を図るべく、研究代表者、および研究協力者が出張する予定であったが、該当する研究者との時間調整が難しく、次年度において実行する計画に変更せざるを得なかった。(2)研究活動を推進する過程にて、当初予定していた研究成果の公表を国内の学会だけでなく、海外での国際学会にて発表する機会を得ることができた。次年度にてそれを実行するための旅費を確保するために次年度使用額が生じた。(3)当該年度の研究成果の一部を報告書として、年度内に発行する予定であったが、発行の遅れのため、次年度使用額が生じている。(1)遅れている研究成果の一部を報告書として発行する計画を早々に実現する。(2)海外在住の本研究に関連する研究者と再度の調整をおこない、研究協力者の協力を得つつ、研究代表者が連携を推進していく。(3)海外での学会での本研究で得られた研究成果を報告する。既に研究代表者は、該当する学会でのエントリーを行っている。
南極氷床コア高解像度大気組成分析に基づく退氷期における気候・海洋・氷床変動の解明（国際共同研究強化）

本研究では、下記の4項目を目的としている。1)氷床コア中の窒素や希ガスの濃度と同位体について、大気が氷床へ取り込まれるプロセスの理解を進める。2)連続融解分析手法における気液分離とキャリブレーションの手法を確立する。3)過去約6万年においてWAIS Divideコアとドームふじコア間の年代対比を行う。4)南極氷床の深層掘削に関して、古い氷が存在する条件や探査方法、年代推定などについて検討する。今年度は、2月まで研究代表者が南極観測(越冬隊)に参加したため、外国研究機関での滞在は行わず、4)について、本研究課題での国際議論をもとに、南極内陸において氷床レーダー探査をはじめとする大規模な雪氷調査を行い、本研究で使用する質の良いアイスコアを掘削した。上記の1)については、研究協力者(国立極地研究所・学振PD・大藪幾美、技術専門員・北村享太郎)により国内での南極H128フィルン空気の希ガスの分析を進めたとともに、2)については極地研において小型の気液分離ユニットを製作した(研究協力者・国立極地研究所・特任助手・平林幹啓、技術専門員・北村享太郎、尾形純)。3)については、年代同期に使用するWAIS Divideコアの硫黄濃度の高分解能データがデータサイトに公開されたことから、そのデータを用いた同期作業を開始した(研究協力者・国立極地研究所・学振PD・大藪幾美)。研究代表者が南極観測の越冬隊に参加したため全体の進捗が遅れているが、トラブル等による遅れではないので、今後挽回できると考えている。その他は実施概要に記した通り順調に進んでいる。今後も各機関への滞在を行いつつ、概ね計画書通りの国際共同研究を進めていく。変更点として以下が挙げられる。ドームふじコアとWAIS Divideコアとの年代同期を相手先期間に滞在して行うことを計画していたが、本研究の開始後に、使用を予定しているWAIS Divideコアの硫黄濃度データが米国のデータリポジトリにて一般公開されたため、相手先機関に滞在して行う必要性がなくなった。このため、年代同期自体は行うが、砂漠研究所での滞在は行わない方向での計画変更を予定している。内定年度:2015本研究では、下記の4課題に複数の国際共同研究を持って取り組むことを目的としている。2)連続融解分析手法における気液分離技術とキャリブレーション手法を確立する。3)過去6万年にわたるWAIS Divideコアとドームふじコア間の年代対比を行う。4)南極氷床の深層掘削に関して、年代決定や掘削点の条件を検討する。今年度は特に上記の2)に関して外国機関と共同で南極及びグリーンランドのメタン濃度の連続分析を実施及び既存データの解析を実施し、キャリブレーションの課題となっているガスの抽出効率の評価手法を検討した。連続分析結果を正確に評価するため、氷を個別に切り出して分析する手法による高精度分析も実施した(研究協力者:国立極地研究所・特任研究員・大藪幾美)。双方の測定結果の比較から、連続融解分析装置によるメタン濃度は真の値から約20 ppb以内に収まるが、測定日によってキャリブレーションの確度が異なることも明らかになった。大気が氷床に取り込まれる過程に関する課題については、フィルン中における窒素及び希ガスの分別プロセスの種類と強度についてメールベースで外国共同研究者と検討を進めた。ドームふじコアとWAIS Divideコアとの間の年代対比に関連して、ドームふじコアとドームCコアの間の年代対比結果を検討した。両コア間については、過去22万年にわたって1401点の束縛点がすでに設けられており、その有効利用を主に国内側で検討した。南極氷床の深部年代の推定方法と、現在までに掘削されたコアより古い氷が存在する地域については、基盤地形と底面融解が重要であるため、ドームふじ周辺地域における既存データの検討と今後の探査の条件を外国機関とメールやビデオ会合により検討した。今年度はメタン濃度の連続融解分析のキャリブレーション手法の確立に向けて特に進展があった。コペンハーゲン大学に滞在して双方の気液分離装置の概略と抽出効率について情報交換を行い、国立極地研究所において抽出効率を評価し改良するための実験ラインを整備し数種類の実験を行った。超純水と標準ガスを混合し抽出・分析するキャリブレーション手法では、補正後のメタン濃度が標準ガス検定値より高くなる。その原因として、超純水からメタンを排除するための導入している窒素の影響が考えられた。超純水の脱気手法を試験的に導入した結果、装置を通して分析した標準ガスの濃度が検定値に近づいた。また、氷床コアの解析も実施した。完新世で最大の濃度変動が見られる約8200年前と、その前の濃度の変動幅が小さい期間を選定し、ドームふじコアを連続分析した。このデータを評価するため、氷を個別に切り出して分析する手法による高精度分析も実施した(研究協力者:国立極地研究所・特任研究員・大藪幾美)。その他、大気が氷床に取り込まれる過程に関する課題については、スクリップス海洋研究所とのメールによる議論を重ねており、フィルン中における窒素及び希ガスの分別プロセスの種類と強度について検討した。

ドームふじコアと他のコアとの間の年代対比については、両コアを直接対比する方法のほかに、他のコアとの比較による間接的な対比も考えられる。ドームふじコアとドームCコアの間の年代対比は過去22万年にわたって1401点の束縛点がすでに設けられており、その利用を検討した。南極氷床の深部年代と、現在までに掘削されたコアより古い氷が存在する地域について、氷床探査と年代推定についての検討を重ねている。本研究では、下記の4項目を目的としている。1)氷床コア中の窒素や希ガスの濃度と同位体について、大気が氷床へ取り込まれるプロセスの理解を進める。2)連続融解分析手法における気液分離とキャリブレーションの手法を確立する。3)過去約6万年においてWAIS Divideコアとドームふじコア間の年代対比を行う。4)南極氷床の深層掘削に関して、古い氷が存在する条件や探査方法、年代推定などについて検討する。1)に関しては国内での実験環境を整え(希ガスを混合したリファレンスガスの作成、希ガス精製手法確立、空気抽出と希ガス精製ライン作成など)、南極H128地点で採取したフィルン空気の一部を分析した。2)に関して、グリーンランドにおける国際掘削に参加し、連続融解分析に適した試料の取得や分析に関する議論や準備を行った。国内においては、南極氷床コアのメタン濃度の連続分析や、グリーンランド氷床コアの既存データの解析、氷床コア融解時のガスの溶解に対する較正手法関する多数の実験を実施した。その結果、較正用の超純水の脱気が極めて重要であるという従来にない知見を得た。連続融解法との比較のため、氷床コアの個別高精度分析も実施した(研究協力者:国立極地研究所・学振PD・大藪幾美)。3)については、新規に取得された第2期ドームふじコアのDEPデータと既存データを比較し、内陸のコアでは信号の出現や強度のコア間の相違が大きいことを見出した。また、第1期コアとWAIS Divideコアとの年代対比をEDCコアを通じて行った。4)については、氷床レーダーによりドームふじ周辺の基盤地形を得るためのデータを取得した。また、国内外の機関とウェブ会合を複数開催し、解析方針や次回の詳細探査のための検討を行ったとともに、フランスLGGEに滞在して東南極氷床の探査状況やRapid Access Drillについて議論した。氷床コアの希ガス分析は歴史が極めて浅いため、各ラボラトリ間での実験設備の差異が大きいことが考えられ、それぞれのラボにおける分析手法の確立がまず課題となる。現在までに国内での希ガス分析のシステムと手法を確立し、それを用いてフィルンにおけるガス分別プロセスを明らかにするためのフィルン空気の分析を実施したことにより、表面付近の対流混合が弱いと考えられた沿岸付近のH128地点において予想外に対流混合が発達していることを見いだすなど、重要な科学的知見が得られている。メタン濃度の連続融解分析のキャリブレーション手法の確立に向けては、昨年度に明らかとなった較正用超純水の脱気に関しての実験が大きく進展した。
雪と機械構造物の動的相互作用

降雪地域において使用される機械構造物や除雪機械等の開発、設計を行うためには、雪と各種材料板の動的相互作用を知ることが重要である。本研究では、従来、不明な点が多いこの動的相互作用を機械力学、弾塑性力学の視点から考察し、その理論的、実験的解明に先鞭をつける。このように機械工学の視点より雪氷を考察する科学を雪氷力学と呼び、その一環として雪氷の潤滑に関する研究を行う。実験は、降雪地域で使用される材料板を対象として、雪とこれらの板との動摩擦抵抗に影響を及ぼす因子の中で重要であると考えられる滑雪速度、雪の温度及び雪の接触圧力に着目し、動摩擦抵抗を測定した。実験結果より、動摩擦抵抗は、滑雪速度、雪の温度、材料板の表面粗さ及び材料板と水滴の接触角の影響を受けることが確認された。これらを動力学及びトライボロジの立場から考察した結果、動摩擦抵抗は表面の凸凹による抵抗、凝着部のせん断による抵抗及び水膜の粘性抵抗の合力によって生じるものと考えられる。また、これらの考察結果をもとに、雪と材料間の潤滑モデルを境界潤滑、流体潤滑、混合潤滑の三状態に対して提案した。本報告書では、この潤滑モデルを用いて、動摩擦抵抗に関する理論式を導き、理論値と実験値を比較検討することにより、理論の妥当性を確認した。さらに、得られた理論に基ずく解析から材料板が各種条件下でどのような滑雪状態にあるかを示した。本理論を雪氷の影響を受ける構造物などに適用すれば、しばしば問題となる滑雪性の定量的評価が可能となる。本研究は除雪機械や降雪地域の機械構造物に使用される各種金属,非金属材料を対象として,雪が付着するときの表面特性を,雪と材料間の動的相互作用に注目して理論的,実験的に解明することを目的にしている.そこで,まず動的相互作用によって生み出されるものの中で実用上重要である動摩擦力を低温室内で測定した.実験には,研究代表者らによって設計製作された汎用雪氷特性試験機を用いた.供試材料としては,すでに除雪機械等に使用されている材料のほかに,今後使用されていくことが予想される材料を含め,代表例としてチタン板,ステンレス板,カラ-鉄板,及び高分子材料板を用いた.雪と各種材料間に作用する動摩擦力の強さを表す指標である動摩擦係数μはさまざまな因子の影響を受けるが,本年度は,滑雪速度Vに着目しその影響を調べ次のようなことが明らかになった.(1)動摩擦係数μは滑雪速度Vに依存する.雪温度T=0°Cの場合は,Vの増加にしたがって次第にμは増加する傾向がある.また,T=ー4°Cの場合は,Vの増加にしたがって次第にμは減少する傾向がある.(2)(1)で述べた傾向に関する理論的考察及びトライボロジ-におけるStribecdk曲線を雪と機械構造物間の摩擦状態の考察に適用して得られた知見をもとに,雪をVoigtモデルで表し,試験板表面の粗さに着目したシミュレ-ションモデルを作成した.このモデルを使って理論解析した結果(1)の傾向をほぼ説明できることがわかった.(3)(1),(2)で述べたようにVの影響を実験及び理論の両面から考察した結果,μは表面性状の中でも特に,表面粗さの影響を強く受ける.表面粗さの大きい試験板は,表面粗さの小さい試験板よりμが大きくなる傾向がある.しかし,表面粗さの大きいチタン板が高滑雪速度下で小さなμを示すこともあり,表面粗さ以外の表面性状因子について今後検討すべきである.本年度は,雪と機械構造物の動的相互作用のなかで重要な意味を持つ動摩擦力を雪温度Tと雪の流体膜(水)に及ぼす接触圧力pに着目し測定した.供試材としては,チタン板,ステンレス鋼板,樹脂塗装金属板及び高分子材料板を用いた.この実験結果及び理論解析より以下のことが明らかになった.