hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
指先に三軸触覚センサを塔載した多指ハンドの開発に関する研究

ロボットにヒト並みの器用なハンドリングや物体認識を実現することを目的として,研究代表者らが開発を進めてきた光導波形三軸触覚センサを指先に組み入れた多本指ハンドを新しく開発する.本年度では,多指ハンド改造,触覚センサのセンサ素子の改良,触覚センサの設計製作を中心に研究開発を進めた.本年度の成果を以下に要約する.(1)前年度開発したロボット・ハンドの指の発生力を増加するため,モータを換装することに伴い指を新しく設計製作した.前年度と同様に,各指の自由度は3で,DOS/V機からRS232C経由で制御するようにシステム構成した.この指2本をハンドに組み込み,開閉動作と指のスライド運動を行えるようにプログラミングした.(2)上述のハンドに搭載できるように,ファイバースコープ,触覚センサ触子アレイ,光導波板,照明装置から構成される三軸触覚センサを設計製作した.また,ファイバースコープの画像をCCDカメラに取り込み,2値化,重心計算などの画像処理から三軸力を計測できることを確認した.(3)画像処理従来の三軸触覚センサにおいて,過度のせん断力が加わると円すい触子の一部が浮きあがり,発生しているせん断力を計測できなくなるという問題があった.前年度検討した1円柱状触子-1円すい状触子構造に加えて,1円柱状触子-8円すい状触子構造についても検討し,低垂直力荷重においても,せん断力計測ができることを確認した.(4)製作した触覚センサ搭載ハンドに円筒形物体と平面物体を把握させ,開閉運動やスライド運動を実施することによって,垂直荷重および水平荷重の変動パターンの相異からこれらの面形状を判定できることがわかった.このようなフィージビリティ・スタディを実施することによって,本ハンドシステムが実用化できることを確認した.ロボットにヒト並みの器用なハンドリングや物体認識を実現することを目的として,研究代表者らが開発を進めてきた光導波形三軸触覚センサを指先に組み入れた多本指ハンドを新しく開発する.本年度では,より汎用性の高い多指ハンドを開発する目的から,先端が半球状の新しい三軸触覚センサの開発を進めた.また,計測範囲の広いセンサ素子を開発する目的から,センサ素子の改良および得られた触覚画像の処理方法についても,昨年度に引き続いて実施した.本年度の成果を以下に要約する.(1)連続平面走査において,円柱状触子が過度に傾く現象を検討した.その結果,連続平面走査では静的負荷実験時とは円柱状触子の変形モードが異なることを明らかにし,円柱状触子の曲げ変形を考慮して、連続平面走査時の垂直力とせん断力を同定できる式を定式化した.(2)精密研磨紙を連続平面走査する実験では,粒径に比例してせん断力が大きくなり,その値から粒径を推定できることを示した.(3)精密研磨紙上の走査速度を変化させる実験では,速度に比例してせん断力が減少した.一方,切削理論ではせん断力は研磨面の速度に反比例するとされており,この結果はそれと一致している.(4)段差を計測する実験では,段差の大きさに比例して段差の存在位置でせん断力が階段状に変化する現象が認められ,この変化の大きさに基づいて段差の大きさを計測できることを示した.(5)より汎用性の高い多指ハンドを開発する目的から,先端が半円球状の新しい三軸触覚センサを設計製作するとともに,ドーム状アクリル板に分布する光のスポットから三軸力を逆同定する数式を定式化した.(6)開発した半円球状触覚センサの検出精度を検証するため,荷重負荷試験機により触子に既知荷重を加える実験を行った.その結果,輝度値から作用力を同定する場合には,感度は触子が位置する緯度に依存するが補正可能であることがわかった.
黒毛和種の長期不受胎牛における受胎障害防除総合プログラムの確立

黒毛和種の長期不受胎牛における受胎障害防除のためのプログラム立案を目的に,黒毛和種の長期空胎牛の受胎促進を目的としたリハビリ牧場で,受胎促進試験と放牧期間中の臨床繁殖学的検査を行うとともに,受胎の有無と臨床生化学的検査成績との相関性について検討した.長期空胎の黒毛和種繁殖牛を対象に入牧後経時的に直腸検査と超音波画像診断装置による繁殖機能の検査,および血中TP、Ht、Alb、AST、NEFA、T-Cho、TG、ApoB-100、Glu、BUN濃度を測定した.また,人牧初期にPGF2α製剤を投与し、発情誘起と人工授精を試みた。さらに,放牧牛において,生菌剤(PROTOCOL)投与と放牧経験の有無がBCS,脂質代謝および肝機能に及ぼす影響,および受胎性に及ぼす影響を検討した.その結果,人工授精によって計37頭中11頭(29.7%)が受胎した.その後の牧牛交配によって,計22頭(62.9%)が受胎し,最終的に47頭中33頭(70.2%)が受胎して退牧した.臨床生化学的検査の結果,対象牛は放牧による盛んなエネルギー代謝,飼養環境と飼料の急変と急激な運動量の増加によりエネルギーは負の状態となり,入牧後3週では体脂肪の多量な動員に伴う肝臓の脂質代謝能の低下が示唆されたが,受胎牛は不受胎牛に比較して入牧後5週以降,体重,臨床生化学的検査成績ともに安定して推移したことから,放牧牛において入牧後5週以降に人工授精,牧牛交配を実施することは受胎促進につながるものと思われた.生菌剤投与試験において,放牧牛は入牧21日まで飢餓性脂肪肝に伴う脂質代謝能の低下が示唆されたが,それ以降は改善がみられた.また,放牧経験牛は放牧初期の負のエネルギー状態が軽度であった.さらに生菌剤投与群は非投与群と比較して早期の肝機能回復が示唆された.しかし,生菌剤投与の有無によっても受胎性に差が生じなかったことから,今後投与方法や投与量について更に検討する必要があるものと思われた.黒毛和種の長期不受胎牛における受胎障害防除のためのプログラム立案を目的に,黒毛和種の長期空胎牛の受胎促進を目的としたリハビリ牧場で,受胎促進試験と放牧期間中の臨床繁殖学的検査を行うとともに,受胎の有無と臨床生化学的検査成績との相関性について検討した.長期空胎の黒毛和種繁殖牛を対象に入牧後経時的に直腸検査と超音波画像診断装置による繁殖機能の検査,および血中TP、Ht、Alb、AST、NEFA、T-Cho、TG、ApoB-100、Glu、BUN濃度を測定した.また,人牧初期にPGF2α製剤を投与し、発情誘起と人工授精を試みた。さらに,放牧牛において,生菌剤(PROTOCOL)投与と放牧経験の有無がBCS,脂質代謝および肝機能に及ぼす影響,および受胎性に及ぼす影響を検討した.その結果,人工授精によって計37頭中11頭(29.7%)が受胎した.その後の牧牛交配によって,計22頭(62.9%)が受胎し,最終的に47頭中33頭(70.2%)が受胎して退牧した.臨床生化学的検査の結果,対象牛は放牧による盛んなエネルギー代謝,飼養環境と飼料の急変と急激な運動量の増加によりエネルギーは負の状態となり,入牧後3週では体脂肪の多量な動員に伴う肝臓の脂質代謝能の低下が示唆されたが,受胎牛は不受胎牛に比較して入牧後5週以降,体重,臨床生化学的検査成績ともに安定して推移したことから,放牧牛において入牧後5週以降に人工授精,牧牛交配を実施することは受胎促進につながるものと思われた.生菌剤投与試験において,放牧牛は入牧21日まで飢餓性脂肪肝に伴う脂質代謝能の低下が示唆されたが,それ以降は改善がみられた.また,放牧経験牛は放牧初期の負のエネルギー状態が軽度であった.さらに生菌剤投与群は非投与群と比較して早期の肝機能回復が示唆された.しかし,生菌剤投与の有無によっても受胎性に差が生じなかったことから,今後投与方法や投与量について更に検討する必要があるものと思われた.黒毛和種の長期空胎牛の受胎促進を目的としたリハビリ牧場で、受胎促進試験と、放牧期間中の臨床繁殖学的検査を行うとともに、受胎の有無と臨床生化学的検査成績との相関性について検討した。対象牛は長期空胎の黒毛和種繁殖牛計47頭で、入牧後経時的に直腸検査と超音波画像診断装置を用いて繁殖機能の検査を行った。同時に体重、胸囲、体高と血中Tp、Ht、Alb、AST、NEFA、T-Cho、TG、ApoB-100、Glu、BUN濃度を測定した。入牧初期の性周期同期化と人工受精のための斉一化を図る目的で入牧後3週目にPGF2a製剤(PG)を投与し、5週目に黄体の存在が確認された40頭に同剤を追加投与し発情誘起を試みた。体重は入牧後2週目で入牧時の平均496.1±76.2kgから462.5±69.9kgへと33.6kg減少し、その後若干増加し3か月から安定して推移した。

臨床生化学的検査の結果、Albは、3週目に平均3.02±0.28g/dlと最低値をとり、その後3.023.18g/dlの値で推移した。NEFAは入牧時に平均502.5±214.7μEq/l、1週目に平均1100.7±481.0μEq/lと最高値を示し、その後低下し入牧時の値で推移した。T-Choは、入牧時に平均109.2±34.8mg/dl、3週目に平均75.9±21.1mg/dlと最低値を示し、その後上昇し入牧時の値で推移した。ASTは、3週目に平均142.0±94.3IU/lと最高値を示した。ApoB-100は、3週目に平均309.8±73.0μg/mlと低値を示した。なお、上記項目について、AIによる受胎群は不受胎群に比べ、Albは3週目、5週目、13週目また、T-Choは3週目にそれぞれ有意に高い値を示した。黒毛和種の長期不受胎牛における受胎障害防除のためのプログラム立案を目的に,放牧牛において、生菌剤(PROTOCOL)投与と放牧経験の有無がBCS,脂質代謝および肝機能に及ぼす影響,および受胎性に及ぼす影響を検討した.供試牛(n=23)を生菌剤投与-放牧経験牛群(n=10),生菌剤投与-初放牧牛群(n=8),生菌剤非投与-放牧経験牛群(n=4)および生菌剤非投与-初放牧牛(n=1)に分類した.供試牛全頭から入牧前12日に採血を行い,生菌剤投与群には入牧前12日から入牧日まで連日生菌剤を1頭当たり20g経口投与した.また,入牧後0,7,14,21,31,59,94,および退牧日である122日に血液生化学的検査のために採血を実施し,生菌剤投与群には122日を除く採血日に209の生菌剤を経口投与した.また,各群における受胎の有無を超音波画像診断装置を用いて,経時的に調べた.その結果,生菌剤投与および非投与の両初放牧牛群については、NEFAが入牧後14日まで著しい高値を示した.生菌剤投与および非投与の両生菌剤投与群については放牧期間中ASTが退牧日まで低値で推移した.生菌剤投与-放牧経験牛群については,BCSの安定した推移がみられ,アルブミン値が入牧59日までに正常値に回復した.また,他の3群が入牧94日以降BUNが高値を示したのに対し,試験期間中正常値を示した.また,各群における受胎の有無を超音波画像診断装置を用いて,経時的に調べたところ,受胎率には有意な差は認められなかった.以上のことから,放牧牛は入牧21日まで飢餓性脂肪肝に伴う脂質代謝能の低下が示峻されたが,それ以降は改善がみられた.また,放牧経験牛は放牧初期の負のエネルギー状態が軽度であった.さらに生菌剤投与群は非投与群と比較して早期の肝機能回復が示峻された.しかし,生菌剤投与の有無によっても,受胎性に差が生じなかったことから,今後投与方法や投与量について更に検討する必要があるものと想われた.
神経グリア発達によるモチベーションの形成とその破綻・修復機構の解明

研究代表者のラボでは、ひきこもり者や現代うつ患者の精神医学診断・心理検査・血液を含む多軸的データを取得可能な専門外来を大学病院内に構築し、臨床データを集積することに成功し、すでに100名を越えるデータを蓄積している。ひきこもり者の生物学的基盤は一切報告されていなかったが、こうしたデータの予備的解析により、男性ひきこもり者では、血中尿酸値が低下しており、女性ひきこもり者ではHDLコレステロール値が低下していることを見出し、さらにひきこもり状況にない若者でも回避的性格が信頼行動(リスクを冒す行動)や信頼感の低下に影響を与え、その制御に尿酸・HDLコレステロール・FDP・高感度CRPなど炎症関連物質が関与することを見出した(Hayakawa et al. Sci Rep 2018)。いわゆる現代うつ患者を含む抑うつを訴える患者において、幾つかの血中代謝物が関連することを見出すことに成功した(Setoyama et al. PLOSONE 2016;Kuwano etal. Journal of Affective Disorders 2018)。さらに、ひきこもりおよび現代うつ関連の研究を拡大するためにそれらの簡便な評価法が不可欠であり、今回、ひきこもり傾向と現代うつ気質を簡便に評価可能な自記式質問票を開発した(Teo et al. PCN 2018, Kato et al. PCN 2019, in press)。奈良医大では、ひきこもり関連のモデルマウスを開発中であり、そのプロトタイプの開発に成功し、現在、その脳内基盤にグリアがいかに影響するかの解析をすすめている段階にある。上記のように、数多くの成果を挙げており、特に、2018年度は、ひきこもりと現代うつの簡便な自記式評価法を開発した意義は大きい。引き続き、ひきこもりおよび現代うつを含む臨床データを取得するとともに、モデルマウス研究を進めてゆく。研究代表者のラボでは、ひきこもり者や現代うつ患者の精神医学診断・心理検査・血液を含む多軸的データを取得可能な専門外来を大学病院内に構築し、臨床データを集積することに成功し、すでに50名を越えるデータを蓄積している。上記のように、データ取得がすすんでおり、予定通り進捗している。「神経グリア発達によるモチベーションの形成とその破綻・修復機構の解明」と題する研究課題において、主に動物実験と人対象のトランスレーショナル研究の研究を推進している。今年度は、モデル動物実験においては、やる気障害の表現型を来し評価できうるモデル齧歯類の作成を行い、暫定的なモデルを作成段階にある。人を対象としたトランスレーショナル研究においては、やる気の障害に関連する社会的ひきこもり者を含む被験者から血液検査を含む諸データを取得する体制を作ることができた。すでに、数例の症例のデータを取り始めている段階にある。

動物実験においては、モデル動物の暫定版をすでに作成しており、順調に進んでいる。トランスレーショナル研究においても順調に進んでいるが、研究代表の所属先変更に伴い、年度末実施予定の計画に関しては、実施出来なかったため、次年度にその分を実施する予定である。引き続き、ひきこもりおよび現代うつを含む臨床データを取得するとともに、モデルマウス研究を進めてゆく。引き続き、データ取得をすすめるとともに、モデルマウスの解析をすすめてゆく。研究代表の所属先変更に伴い、年度末実施予定の計画に関しては、実施出来なかったため、次年度にその分を実施する予定である。
高圧酸素療法が靭帯損傷の治癒過程に与える効果に関する研究

高圧酸素療法は、潜函病、ガス壊疸、一酸化炭素中毒に対する治療法の第一選択として知られているが、近年、スポーツ外傷を中心とする軟部組織損傷に対する治癒促進効果が注目を集めている。しかし、基礎的な検討が不十分なまま臨床面が先行してしまい、その効果についても相反する報告がなされている。この理由として、圧力や治療時間、治療開始時期などの条件が報告ごとに様々であることが考えられ、本研究では、靭帯損傷に対する高圧酸素療法の至適条件、特に治療開始時期について検討した。さらには、その知見を踏まえて骨折に対する骨癒合促進効果を検討した。全ての実験は、我々の先行研究((Mashitori H,Tamai K:Clin Orthop 2004)と同じく2.5気圧、2時間の条件で高圧酸素療法を行った。靭帯損傷に対しては、ラットの膝内側側副靭帯を3mm幅で切除したモデルを使用した。評価はreal-time PCRによるI型プロコラーゲン遺伝子の発現量の定量、引っぱり強度試験、組織学的観察により行った。実験により明らかとなったのは、高圧酸素療法は、1)創傷治癒過程の早期の部分により大きな影響を与えるため、2)受傷直後より開始した方が効果が大きく、他方で3)長期間継続して行う意義は少ない。さらにヒト前十字靭帯より採取した線維芽細胞を用いたin vitroの実験から、高圧酸素療法によって細胞のI型コラーゲン合成活性が高まる効果よりも、再生に関与する細胞の増殖が促される結果、治癒促進効果が得られることが示唆された。さらに、ラットの大腿骨に骨折モデルを作製し、骨折治癒課程における高圧酸素治療の影響も検討した。4週間連続して高圧酸素療法を行いその効果をX線画像、曲げ強度試験で評価した。現時点では、高圧酸素を行うと早期に仮骨形成を認めるが、最終的な強度の増強にはつながらないとの知見を得ているが、さらにデータを集積する予定である。しかし、軟部組織損傷に対する応用は、基礎的な検討が不十分なまま臨床面が先行してしまい、その効果についても相反する報告がなされている。この理由として、圧力や治療時間、治療開始時期などの条件が報告ごとに様々であり、その至適条件が明らかにされていないことが考えられ、本研究は、靭帯損傷にとどまらず、様々な軟部組織損傷に対する高圧酸素療法の治療効果を明らかとすることを目的としたものである。我々の先行研究((Mashitori H, Tamai K : Clin Orthop 2004)では、ラットの膝内側側副靭帯損傷モデルに対し、2.5気圧、2時間の条件下で1型プロコラーゲン遺伝子の発現量を4週間にわたってin situ hybridizationにて評価を行ったが、高圧酸素療法の靭帯治癒における至適条件を求めるにあたって、今年度は比較検討するための標準データを得るために、より遺伝子発現量を定量的に評価できるreal-timePCR法を用いて先行研究と同条件下で検討した。先行研究から、治療開始後のより早期において対照群との差が明らかであったため、観察期間を2週間とし、観察ポイントをより細かく設定して行った。1週後では高圧酸素群で遺伝子発現量が有意に増加していたが、2週後では対照群との差が明らかでなく、高圧酸素療法を長期継続して行う意義は少ないことが示唆された。現在はこの結果をふまえて、高圧酸素療法を2週間継続して行う群、前半1週間行い、後半は治療を行わない群、逆に前半無治療で、後半1週間に高圧酸素療法を行う群、無治療の対照群の4群間での比較評価を進めている。

また、I型プロコラーゲン遺伝子の発現量が増加する機序として、細胞あたりのコラーゲン産成量そのものが増加している、あるいは、細胞あたりのコラーゲン代謝は不変だが高圧酸素療法により靭帯損傷部での細胞数が増加しており総量としてコラーゲン遺伝子発現量が増加している、以上2つの機序が考えられるため、in vitroで培養線維芽細胞に同条件下でassayを行っていく予定である。高圧酸素療法は、潜函病、ガス壊疸、一酸化炭素中毒に対する治療法の第一選択として知られているが、近年、スポーツ外傷を中心とする軟部組織損傷に対する治癒促進効果が注目を集めている。しかし、軟部損傷に対する応用は、基礎的な検討が不十分なまま臨床面が先行してしまい、その効果についても相反する報告がなされている。この理由として、圧力や治療時間、治療開始時期などの条件が報告ごとに様々であり、その至適条件が明らかにされていないことが考えられ、本研究は、靭帯損傷にとどまらず、様々な軟部組織損傷に対する高圧酸素療法の治療効果を明らかとすることを目的としたものである。我々の先行研究(Mashitori H,Tamai K:Clin Orthop 2004)では、ラットの膝内側側副靭帯損傷モデルに対し、2.5気圧、2時間の条件下でI型プロコラーゲン遣伝子の発現量を4週間にわたってin situ hybridizationにて評価を行ったが、高圧酸素療法の靭帯治癒における至適条件を求めるにあたって、今年度は比較検討するための標準データを得るために、より遺伝子発現量を定量的に評価できるreal-time PCR法を用いて先行研究と同条件下で検討した。先行研究から、治療開始後のより早期において対照群との差が明らかであったため、観察期間を2週間とし、観察ポイントをより細かく設定して行った。1週後では高圧酸素群で遺伝子発現量が有意に増加していたが、2週後では対照群との差が明らかでなく、高圧酸素療法を長期継続して行う意義は少ないことが示唆された。この結果をふまえて、高圧酸素療法を前半1週間行い、後半は治療を行わない群、逆に前半無治療で、後半1週間に高圧酸素療法を行う群、無治療の対照群の3群間で比較を行ったところ、前半1週間高圧酸素療法を行った群では、再生組織におけるI型プロコラーゲン遺伝子の発現量が有意に増加していたが、1週間待機した群と対照群には有意差を認めなかった。以上の結果から、受傷直後より治療を開始することの重要性が示唆された。さらに、骨折治癒課程における高圧酸素治療の影響も検討した。ラットの大腿骨に骨折モデルを作製し、4週間連続して高圧酸素療法を行いその効果をX線画像、曲げ強度試験で評価した。現時点では、高圧酸素を行うと早期に仮骨形成を認めるが、最終的な強度の増強にはつながらないとの知見を得ているが、さらにデータを集積する予定である。
転移抑制と宿主免疫能賦活の相加作用を有する新抗腫瘍性生薬成分の探索

担癌生体が癌細胞に対する特異的免疫を獲得している事は周知の事実となっている。しかし、通常担癌生体内ではその免疫能が有効に発揮されないのに加えて非特異的免疫能力、即ち種々の微生物に対する抵抗力も低下している事が指摘されている。また末期癌患者の直接死因の約半数が感染症であるという統計結果がこれを裏付けている。我々の研究の特色は、上記の様な作用を兼備するだけのものではなくその投与方法が注射に留まらず、経口的に投与しても作用を発揮し得る新制がん剤の選択を目指している点である。生薬を50mg/kg/匹・1日置きに経口より投与し、実験群とした。更に、マウスリンパ腫(EL-4)移植後3日と5日目にサイクロフォスファミド(CPA)を化学療法剤として併用した群と生薬単独治療群を設定した。ILS値(Increase of Life Span)が有効と判定された生薬は、地黄・黄耆・蒼〓の3種であった。有効なILS値を示した生薬群では、一旦局所で増殖した腫瘍が退縮した個体(15匹中8匹)や生存日数が10箇月以上生存し、完全治癒が示唆される個体も認められた(15匹中5匹)。生薬の構造活性相関を探る為、地黄を生薬学的に異なる処置を施し(生地黄、乾地黄そして熟地黄)、前記同様に試験した。その結果、生地黄に最も強い活性が示された。又、実験群宿主のリンパ器官より有核細胞を試験管内に取り出し、抗腫瘍エフェクター細胞の同定を試みる為、標的細胞であるEL-4細胞を^<125>I-Iridine含有メディウムで培養して標識した。大食細胞とB細胞は設定したどの細胞比に於ても。腫瘍細胞破壊活性を示さなかったが、T細胞(サイトトキシックT)に腫瘍細胞破壊活性が認められた。以上の成績より、経口投与によって有効な宿主介在性抗腫瘍作用を示した生薬は臨床応用の面に試供する事が可能であり、がん患者の延命、或いはQOLの改善に繋がる事が期待される。私達は、植物性糖体の一つであるginsenosideがラット肝癌細胞や、マウス・メラノーマ細胞の培養系において形質変換(再分化)を誘導すること、またsaikosaponin誘導体が宿主機能の賦活によって抗腫瘍性を示すことなどを見出し、報告してきた。平成元年度は、化学制癌剤、再分化誘導剤及び宿主免疫能賦活剤の他剤併用による制癌効果増強を目的とした基礎的実験を行った。2.<In>___ーvitroによる他剤併用の制癌効果増強判定方法の開発;培養B16melanoma細胞を用い、化学制癌剤や再分化誘導剤などの併用による制癌効果について細胞増殖抑制や再分化誘導能を指標として判定方法を確立するため基礎的実験を行った。3.化学制癌剤、再分化誘導剤及び免疫能賦活剤の他剤併用による制癌効果の増強:化学療法剤としてcyclophosphamide(CPA)、mitomycin C(MMC)免疫療法剤としてOKー432及び分化誘導剤としてpapaverin(PPV)、db cAMP、nicotinamide(NA)、saikosaponin a__ー(SSa__ー)を併用する合併療法において<in>___ーvivoでの抗腫瘍効果増強の至適条件を検討した。

主として黒色腫B16(BLー6)をマウスの皮下に移植して上記3剤の投与順序を換えることによる延命率への影響を検討した。その結果、(1)CPA単独投与群に対し、これにOKー432及び分化誘導剤とを併用した群では生存日数の延長をえた。(2)CPAの投与後、OKー432及び分化誘導剤を組合せて投与すると抗腫瘍効果の増強が認められた。3者の投与、順序、投与量、投与期間等の条件設定に関す問題は複雑であるが、癌治療のための新しい方向となりうる可能性が示された。
人工血管評価のための血流シミュレーションソフトウェアの評価法の確立

生体の胸部大動脈の血流配分を知るために、健常人および大動脈瘤患者の血流をPC-MRIにより計測し、血流配分を求めた。胸部大動脈のMRI画像から生体血管モデルを作成し、また、人工血管置換後の血管形状を単純化した基礎モデルを作成した。これらのモデルを使ってPC-MRIに合致するCFD解析条件を検討し、血流配分解析手法を確立した。基礎モデルにおける計算の限界を確認した。脳動脈瘤破裂メカニズムの解明で注目されている早稲田大学の生体流体解析モデル(Hemodynamic model)を人工血管置換術などにおける適正な人工血管の評価の領域に応用し、弓部大動脈(アーチグラフト)置換術をコンピュータシミュレーション(Computation Fluid Dynamics, CFD)することにより、人工血管の評価基準を提案することが本研究の目的である。本研究により「臨床に直接貢献できるアーチグラフト評価法の血流シミュレーションシステム」を構築し、「医療レギュラトリーサイエンス」の観点から評価基準を提案する。平成23年度は、人工血管置換後を単純化した基礎モデルを作成し、CFDにおける血流配分を求める解析手法を検討した。平成24年度は、生体の大動脈の血流配分の調査およびCFD解析手法の確立を目標とした。健常人および大動脈瘤患者の血流をPC-MRIにより計測し、血流配分を求めた。下行大動脈の血流配分は、健常人では70%77%、大動脈瘤患者では67%72%であった。基礎モデルにより健常人および大動脈瘤患者の血流配分に合う境界条件を探った。下行大動脈の出口圧と弓部3分岐の出口圧の差を、健常人では0.40.9mmHg、大動脈瘤患者では0.20.3mmHgとすることで、PC-MRIから得られる血流配分とCFDから求まる血流配分が一致した。基礎モデルでは0.20.6mmHgの出口圧差により血流配分が求まった。この値は健常人および大動脈瘤患者と同程度であり、この出口圧差を設定する境界条件は妥当であると考えCFDの解析手法として採用した。なお、出口圧差の値の妥当性は、今後症例数を増やし確認する。下行大動脈の血流配分は、健常人70%77%、大動脈瘤患者67%72%であった。MRI画像から大動脈モデルを構築し(生体モデル)、健常人および大動脈瘤患者の血流配分に合う境界条件を探ったところ、下行大動脈の出口圧と3分枝の出口圧の差0.40.9mmHgでPC-MRIにより求めた血流配分に一致した。基礎モデルでは0.20.6mmHgの出口圧差としたときにPC-MRIの血流配分に一致した。この値は生体モデルと同程度であり、この出口圧差を設定する境界条件は妥当であると考えCFDの解析手法として採用した。平成25年度は、基礎モデルにおける計算の限界を確認した。低あるいは高心拍出量における影響などを調査した。低心拍出量では下行大動脈への血流配分が0.5%程度低く計算されたが、高心拍出量では保持され、心拍出量が変動してもCFDにより血流配分を求めることが可能であると判断した。平成23年度は、人工血管置換後の上行大動脈から下行大動脈までの基礎モデルを作成し、各分岐に流れる血流配分を検討した。血流配分の検討を行うためには、境界条件の決定および基礎モデルの妥当性の評価を行わなければならない。そこで、4分岐管置換後の形状をモデル化し、境界条件の検討を行った。

4分岐管置換後のモデル形状は、大動脈は一般的なサイズである24mmとし、腕頭動脈、左総頸動脈、左鎖骨下動脈については人工血管の径と同じとして、PC-MRIによる血流配分と一致する出口境界条件を検討した。出口境界条件は、腕頭動脈、左総頸動脈、左鎖骨下動脈は同じとし、下行大動脈側出口圧を変更したところPC-MRIと一致する出口境界条件が見つかった。また、下行大動脈側出口圧と血流配分の関係が確認できた。境界条件が決定できたことで、CFDにおける血流シミュレーションシステム構築に大きく前進した。今後、モデルの妥当性を評価するために臨床における血流配分データを取得し、人工血管の評価基準の検討を行う予定である。さらに、2010年2月に一部変更により承認された3分岐管を生体に植え込んだ後の血管形状をモデル化し、4分岐管との比較を行う予定である。前年度、ネットワーク断線などによりソフトウェアの使用が不可能な時間が多く解析が思った以上に進まなかったが、その点が改善されたため解析が進み、前年度遅れていた分を取り戻すことができた。生体の大血管画像からモデルを構築し、PC-MRIから求めた血流配分とCFDから求めた血流配分とが一致する解析条件が見つかった。また、生体の大血管は個体差が大きいため、血管形状を単純なモデルで作成し、生体モデルと同様の解析手法で血流配分を求めることができた。ソフトを使用するにあたりライセンス認証がなされるが、早稲田大学からのネットワークが断線することがあり、ソフトが使用できない時間があったため。また、臨床データを取得するために医療側からの要求事項を満たすのが困難であったため。大動脈瘤患者はより複雑な血管形状であるため、モデルを構築するソフトウェアの技術力の取得が必要であるため、講習会などを受講する予定である。また、生体の血流配分のデータ収集が必要であり、場合によっては、共同研究先以外にも協力を依頼する可能性がある。ソフトのライセンス認証などのトラブルが起こっても研究に支障がないように本学単独で解析を行えるような設備を整えることを考える。臨床データ取得については、他施設に協力を依頼する可能性がある。24年度ワークステーションを購入した。血流解析用ソフトウェアも購入する必要があったが、早稲田大学から借用したため繰越金が生じた。今後、データ処理用のPCと大動脈の血流配分を計測するための血流プローブを購入する予定がある。また、モデル構築のための講習会などに参加する予定がある。当初、平成23年度にワークステーションを購入する予定だったが、すでに所有していたワークステーションおよびソフトを活用したため繰越金が多くなった。ワークステーションおよびソフトは平成24年度まで早稲田大学から借用可能であるため、平成25年度にワークステーションおよびソフトを購入する予定である。ただし、今年度ライセンス認証などのトラブルが多かったため、場合によっては、ワークステーションおよびソフトの購入時期を早める可能性がある。なお、ワークステーションおよびソフトの購入予算は150万円程度を予定している。臨床データ取得については、医療側の要求が困難でない施設に変更する可能性がある。
新しい発現クローニング法を用いた慢性骨髄性白血病急性転化責任遺伝子の単離

ヒト悪性腫瘍よりの癌遺伝子の単離は、これまで主に癌細胞のゲノムDNAをマウス3T3線維芽細胞に導入しその形質転換をアッセイ系としてスクリーニングされてきた。しかしこの方法では、導入されたゲノムDNAの中で線維芽細胞においても良く働くプロモーターによって発現がドライブされる癌遺伝子しか単離されないという重大な欠陥があった。そのため造血器悪性腫瘍の原因遺伝子の単離を目的とした血液細胞を用いた新たなアッセイ系の開発が待たれていた。我々は自治医科大学血液内科の協力で慢性骨髄性白血病(CML)急性転化患者骨髄より単核球を分離し、同細胞由来のcDNAを合成した後、レトロウィルスベクターpMX(北村俊夫博士より供与)に挿入しレトロウィルスcDNA発現ライブラリーを作成した。またこのライブラリープラスミドをBOSC23パッケージング細胞株へ導入し、1×10^6cfu/ml以上の高タイターウィルスストックを得た。レトロウィルス中のcDNAはcDNA本来のプロモーターではなくレトロウィルス内のLTRによって発現が誘導されるため、本ウィルスライブラリーを血液細胞に感染させることで、標的細胞中にCML急性転化患者骨髄由来のcDNAを高効率でかつ大量に発現誘導できると期待された。Interleukin-3(IL-3)依存性血液細胞株BA/F3に本ウィルスを感染させIL-3非依存性増殖能を付与する遺伝子の同定を目指した。その結果既に10種類以上の形質転換細胞を同定した。現在pMXベクター内の配列をプライマーに用いたPCR反応を行うことにより、レトロウィルスによって導入されたcDNAを回収し各遺伝子の全長cDNAの単離、およびその発癌能の検定を試みている。
会話支援ロボットの開発と会話双方向性計測法による相互作用のモデル化

本研究の目的は、参加者全員がある一定割合以上の度合い、能動的に参加することを目指す共想法形式の会話セッションを司会する、会話支援ロボットを開発し、双方向の活発な会話が安定して実現するかどうかを、実験的に検証することである。参加者毎の発話量をリアルタイムで計測しながら、口数の少ない参加者に発話を促し、長く話しすぎる参加者の発話は、時間により終了するようフィードバックをかけることに挑戦する。本年度は、以下の三つの項目について研究を行った。1.人間の司会者の発言を登録した遠隔操作型会話支援ロボットの製作と実験による評価共想法形式のグループ会話の中で、人間の司会者が自然に発した発言を集め、汎用性の高いものを登録し、選択可能とした遠隔操作型会話支援ロボットを開発した。参加者の発話を補助するための発言を、本人へのあいづち、内容へのあいづち、フォロー、質問に分類し、これらを登録したロボットを用いてグループ会話を支援し、実際に用いられる発言を調べた。2.発話量と笑顔度に基づいて司会する自律型会話支援ロボットの製作と実験による評価前年度までに、発話量に基づいて発話者を切り替える機能を持つ自律型会話支援ロボットを製作した。会話が盛り上がっている時でも、発言の間が空いた時に発話者を切り替えようとする問題を解決するため、笑顔度に基づいて切り替えるタイミングを計る機能を実装した。発話量のみでフィードバックする場合よりも、発話量と笑顔度に基づいてフィードバックする時の方が、全体の発話量が増え、ばらつきが減ることを実験的に確かめた。3.高齢者による会話支援ロボットの遠隔操作実験人と人との交流を支援する会話支援ロボットを、グループ会話を司会した経験のある高齢者が遠隔操作することができるかどうかを確かめる実験を行った。具体的には、共想法形式のグループ会話の司会と対談の司会を、高齢者が会話支援ロボットを遠隔操作することにより実現した。特に発言が長い人への発言の制止と切り替えなど、人間の司会がやりにくいことを、ロボットを介することで円滑かつなごやかに行うことができることを確かめた。当初、発話量のみを用いてフィードバックを行う計画であったが、顔画像認識により得られる笑顔度を考慮することで、より自然な形で発話量のばらつきを抑え、全体の発話量を向上させることができたため。今後は、個別に開発してきた二種類の会話支援ロボット、人間の司会者の発言を登録した遠隔操作型会話支援ロボットと発話量と笑顔度に基づいて司会する自律型会話支援ロボットの要素技術を統合し、場の雰囲気を読み取り、適切な発言を選択可能な会話支援ロボットを開発する計画である。本研究は、人と人がよりよく社会的交流を行うのをロボットが後方支援するという、人とロボットの新たな相互作用の形を提案するものである。人々の相互作用の質を高めるという当該領域の目標に具体的な形を与えることが期待できる。1.会話支援ロボットの製作これまで人間が行ってきた司会者の役割を担う会話支援ロボットを開発した。即ち、発言が少ない参加者を指して発話を促したり、発言が多い参加者の終話を促すロボットを開発し、基礎的な評価実験と成果発表を行った。2.共想法支援システムのWebシステム化共想法では、テーマに沿った写真などの素材と話題を持ち寄り、時間を決めて話し手と聞き手が交代しながら会話する。共想法支援システムは、事前の参加者と写真の登録、当日の会話セッションの支援、事後の記憶課題の実施、の三段階で構成される。これまで、独自のサーバクライアントシステムで実装されていたシステムをWeb対応とし、Webブラウザ経由で操作できるようにした。3.会話双方向性計測システムの開発ヘッドセットマイクを用いて、発話している参加者を自動的に同定した上で、言語的な発話と、笑いなどの非言語的な反応をアノテーションすることにより、会話双方向性計測を半自動化するシステムを開発した。

2.発話量と笑顔度に基づいて司会する自律型会話支援ロボットの製作と実験による評価前年度までに、発話量に基づいて発話者を切り替える機能を持つ自律型会話支援ロボットを製作した。会話が盛り上がっている時でも、発言の間が空いた時に発話者を切り替えようとする問題を解決するため、笑顔度に基づいて切り替えるタイミングを計る機能を実装した。発話量のみでフィードバックする場合よりも、発話量と笑顔度に基づいてフィードバックする時の方が、全体の発話量が増え、ばらつきが減ることを実験的に確かめた。3.高齢者による会話支援ロボットの遠隔操作実験人と人との交流を支援する会話支援ロボットを、グループ会話を司会した経験のある高齢者が遠隔操作することができるかどうかを確かめる実験を行った。具体的には、共想法形式のグループ会話の司会と対談の司会を、高齢者が会話支援ロボットを遠隔操作することにより実現した。特に発言が長い人への発言の制止と切り替えなど、人間の司会がやりにくいことを、ロボットを介することで円滑かつなごやかに行うことができることを確かめた。当初、発話量のみを用いてフィードバックを行う計画であったが、顔画像認識により得られる笑顔度を考慮することで、より自然な形で発話量のばらつきを抑え、全体の発話量を向上させることができたため。今後は、個別に開発してきた二種類の会話支援ロボット、人間の司会者の発言を登録した遠隔操作型会話支援ロボットと発話量と笑顔度に基づいて司会する自律型会話支援ロボットの要素技術を統合し、場の雰囲気を読み取り、適切な発言を選択可能な会話支援ロボットを開発する計画である。
英語で学ぶ日本史の効果的指導に関する研究：語学力向上と国際的視野育成の観点から

英語で日本史を教えるという形態の授業において、語学力の向上と日本史に対するグローバルな視点の育成を行うためにはどのような指導方法が効果的なのか、授業実践等を通して分析し、また新たな教材開発のための基盤を構築する。英語を母国語とはしない日本人大学生を対象に、語学の科目として英語を教えるのではなく、英語という外国語を通して母国の歴史を教えるということから得られる意義を、学生の「語学力向上」と「国史という枠を超えたグローバル的な視点を養う」という観点からアプローチする。また比較対象として日本国外における学部生向けの日本史教育の実態についても調査し、教授法と教材の開発に役立てる。
組織工学の手法を用いた新しい気道再建法の研究

代用気管の生体親和性の向上と改良を行い、将来の適応拡大も野に入れて幹細胞の応用も検討した。ビーグル犬ips細胞を世界に先駆けて樹立できたのは大きな成果であった。ビーグルを用いた動物実験で左主気管支が置換可能なことを確認した。ビーグル成犬細胞からのips作製は多分代能の維持が極めて困難であったが、ヒトipsの新たな世界最速の樹立法が確立された。本研究はこれまで我々が開発してきた自己組織再生型人工複合材料を用いて胸部外科領域の臨床で安全に使用し得る代用気管を開発することを目的とした。気管は気道という外界と生体との接点に位置するため、感染や痰の貯留などきわめて厳しい条件下に置かれる。このため1940年代から始まった人工物による気管の再建研究に於いても、臨床に安全に使い得る人工気管は世界的にも皆無であった。本研究においては平成21年度にコラーゲン部分の改良で代用気管の生体親和性の向上と改良を行い胸部外科領域での置換に耐え得る代用気管の完成を目指すとともに、上皮化の促進のために組織幹細胞の応用を、そして将来の適応拡大も視野に入れて幹細胞の応用も検討した。特に大型動物実験のためのビーグル犬iPS細胞を世界に先駆けて樹立できたのは大きな成果であった。ビーグル犬を使った動物実験を続け、コラーゲンに組織幹細胞(MSC)や自己骨髄穿刺液を手術時に用いると人工気管内面の上皮化が促進でき、細口径のチューブで左主気管支が置換可能なこと、さらに人工気管支内面を生体内分解性のポリマーでコーティングすることにより手術成績が向上することを確認した。ビーグル犬のiPS細胞の樹立では、まずiPS細胞に導入する4つの因子Oct3/4,Sox2,Klf-4,c-Mycの分離とレトロウイルスベクターへのサブクローニングも完了した。それからビーグル犬胎児の線維芽細胞に導入した。本研究はこれまで我々が開発してきた自己組織再生型人工複合材料を用いて胸部外科領域の臨床で安全に使用し得る代用気管を開発することを目的として実験を行った。我々は生体親和性の高いコラーゲンと人工材料をグラフト重合させた上にコラーゲンをコーティングしたコンポジットを用いて代用気管を作製し、動物実験において有用性・安全性を確認してきた。その結果2002年より京都大学医学部倫理委員会の審査を経て、現在までにすでに京都大学医学部附属病院ならびに福島県立医科大学病院において12例以上の患者に使用して良好な結果を得ている。しかしながらいずれも耳鼻科領域の頸部気管の再建であり、胸部外科領域の再建で安全に使える人工気管の改良を行うことを目的としている。平成22年度に行った研究は下記の如くである。組織化を促進すると考えられるiPS細胞とサイトカイン(TGF-b,b-FGF,HGF)を、代用気管のマトリックス部分に複合化する技術を開発した。単にコラーゲンに含漬させただけでは初期にバーストしてしまうのでDDSを用いる方法を検討した。(2)血管柄つき遊離移植術式の完成再建部周囲に血流が乏しく組織化が遅れると生命に関わる症例にはあらかじめ大網内に埋殖して組織させた代用気管を用いる術式の方が安全と考えられる。そういった術式にも対応できるような新しい人工気管手術を完成させた。ビーグル犬を使った動物実験で気管の生着率と狭窄の出現率、血管造影で動脈のpatencyも検討した。(3)動物実験例長期観察の総括とまとめ動物実験で代用気管を埋め込んだビーグル犬を屠殺して安全性・効能・病理組織・再建部気管の物性解析をおこない評価した。それにより気管再建部中央に生じる狭窄は周辺血流再生の影響を大きく受けることを解明した。本研究はこれまで我々が開発してきた自己組織再生型人工複合材斜を用いて胸部外科領域の臨床で安全に使用し得る代用気管を開発することを目的とした。気管は気道という外界と生体との接点に位置するため、感染や疾の貯留などきわめて厳しい条件下に置かれる。その結果2002年より京都大学医学部倫理委員会の審査を経て、現在までにすでに京都大学医学部附属病院ならびに福島県立医科大学病院において20例以上の患者に使用して良好な結果を得ている。しかしながらいずれも耳鼻科領域の頸部気管の再建であり、胸部外科領域の再建で安全に使える人工気管の改良を行いたいと考えた。

本研究においては平成21年度にコラーゲン部分の改良で代用気管の生体親和性の向上と改良を行い胸部外科領域での置換に耐え得る代用気管の完成を目指すとともに、上皮化の促進のために組織幹細胞の応用を、そして将来の適応拡大も視野に入れてiPS細胞の応用も検討した。臨床での需要の多い左主気管支の置換モデルの実用化と分岐部・長区間の置換用の人工気管の開発行った。さらに細胞導入をして成績の向上をめざす、そのため動物実験による安全性の確認を行った。大型実験動物のiPS細胞作製に関しては、当初予想していたよりも作製が困難であり、胎児由来細胞からのiPS細胞が樹立できたものの、成育個体からの樹立には至っていない。今後の課題として、この点が重要であることが明らかになった。
東ドイツにおける書籍検閲：知識人の検閲から読み解く「冷戦メンタリティー」

本研究は、1945-1960年代の東ドイツを対象とし、当該地域で検閲制度が確立してゆく過程を実証的に検討することで、冷戦下の東ドイツの知識人たちに共有された文化規範を明らかにすることを目的にしている。今年度、報告者は、第二次世界大戦終結直後の東ドイツにおいて、知識人たちがナチ時代をいかに総括していたのかについて学会報告を行い、論文として発表した(論文「草創期文化同盟の群像(一九四五ー一九四七)ーSBZにおける知識人たちとナチズム」、『九州歴史科学』;学会報告、九州史学会大会、「ソ連占領地区ドイツにおける知識人たちとナチズムー「文化同盟」の事例から」)。さらに2016年1月29日から2月24日にかけて、ドイツのベルリンで、三つの文書館を利用して史料調査を行った(ベルリン連邦文書館・東ドイツ部局、同文書館付設・東独諸政党大衆団体財団〔SAPMO〕、「アウフバウ出版社文書館」)。以上の論文と学会報告を通じて、今年度は本課題の前提部分をおおよそ完成させることができた。さらに文献調査を通じて、中心となる機関・人物を決定し、ベルリンでの調査でそのための史料を集めることが出来た。東ドイツ最大の純文学出版社アウフバウ出版社と東ドイツの哲学者ブロッホが本研究の中心となる。今後は史料の精査・読解を行い、具体的にブロッホの書籍がアウフバウ出版社で何部発行され、当時の知識人たちはどこで、どのメディア・機関を通じて「知」にアクセスできたのか、出版社側と査読者たちが流通にどのように関与していたのかを明らかにすることが課題となる。さらにこの作業を通じて冷戦下の東ドイツの知識人たちに共有された文化規範を理解することが期待できる。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。本研究は、1945-1960年代の東ドイツを対象とし、この地域での書籍出版制度を実証的に検討することで、検閲制度とそれを支えた政治文化を明らかにするものである。具体的には、東ドイツで最大の出版社であった「アウフバウ出版社」に着目し研究を進めている。その前提として、戦後の文化政策の基盤となったソ連占領地区での書籍検閲制度を把握する。この上で、上記のアウフバウ出版社に注目し、出版物に対するコントロールが如何にして生まれたのか、その主たる担い手は誰であったのかを検討する。さらに、東独の「公開できるもの/出来ないもの」の準則を、同時代の西ドイツの出版社の状況と比較検討する。こうして本研究は、ソ連の占領政策の把握、東独の書籍制度の分析、西側との比較という作業を通じて、東ドイツの書籍出版制度において存在していたと想定されるルール、すなわち、出版に関して集団的に作られた文化的・政治的集団心性(=これを本研究では「冷戦メンタリティー」と暫定的に表記している)を明らかにすることを、その主たる課題としている。従来の検閲にかんする研究では、行政機関による抑圧(国家の検閲)がクローズアップされてきた。しかしながら、東ドイツでは、出版社内での知識人同士の事前査読(知識人の検閲)が実質的な検閲になっていたことが指摘されている。焦点を単純に党=国家機構と書き手の対立に置くのではなく、むしろ知識人間の水平な次元での価値観の共有や断層線を探り当てることが、本研究の持つ意義として挙げることができる。報告者は2014年度、この研究の基盤となる、東ドイツの知識人と彼らの結社「文化同盟」について博士論文をを提出した。さらに、博士論文を土台にしながら、同時に本研究への架け橋となる論文を一本投稿している。

2014年度、報告者は博士論文(「東ドイツの「文化同盟」(1945-1958)ー知識人たちの自発性をめぐって」東京大学大学院・総合文化研究科)を提出し、学位(学術)を授与された。本論文は、東ドイツの作家、出版関係者の人生行路や政治的立場について明らかにしたものであり、本申請課題の基礎となる研究成果として位置づけられる。加えて、この博論を下敷きにしながら学会雑誌に論文を一つ投稿している(『ドイツ研究』第49号)。また二回、博士論文をもとにして、研究会及び学会での報告(第27回西日本ロシア・スラブ研究者集会、第25回西日本ドイツ現代史学会)を行っている。さらに、公開コロキアムでの研究報告を行った(早稲田大学「白バラ展」公開コロキアム)。また、2015年2月には東ドイツの検閲に関する二次文献を集め、アウフバウ出版社の社史関係の史資料収集のため、短期間ベルリンに滞在した。2014年度はこれまでの博士課程の研究成果をアウトプットしながらも、それらが本申請課題研究への橋渡しともなっているため、順調に研究が進展していると判断し、(1)を選択した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。今後の研究の課題としては、大きく二つを挙げることが出来る。第一は、これまでの(博士論文までの)東ドイツの知識人に関する研究を一層発展させていくことにある。博士論文を最終的に単著としてまとめられるよう、史料レベルで実証性を上げるとともに、理論的に洗練させることを、2015年度の目標としている。第二は、昨年度に収集した東ドイツの出版・検閲に関しての二次文献を読み込み、さらにアウフバウ出版社に関する史料収集を進めることである。とりわけ、2015年度からは、哲学者E.ブロッホとその主著である『希望の原理』を一つの事例研究として調査を進めてゆくことを企図している。
プラズマ-壁相互作用解明に向けた分子シミュレーションのマクロスケールへの拡張

1.多結晶グラファイトへの水素照射シミュレーション前年度までの研究により、水素プラズマにさらされた単結晶グラファイト中での水素挙動を調べることに成功している.しかし,現実のダイバータ板は多結晶構造を有する.そこで,多結晶グラファイト構造を模擬した分子配置を有する標的材料を用意し、水素原子を打ち込む計算を、開発したハイブリッドシミュレーション手法を用いて行なった.その結果,多結晶グラファイト中でも,水素原子のエネルギーが運動エネルギーが200eV程度になるとチャネリングが引き起こされることを確認した.標的材料がアモルファス炭素の場合と比較すると,多結晶グラファイト中の水素原子は,チャネリングが生じることにより,より深い位置まで侵入することが分かった.また,結晶粒径を変えたいくつかの標的材料を用意し,そこに水素原子を照射することで,結晶粒径依存性も調べた.その結果,結晶粒径が小さいほど,多結晶グラファイト中の水素原子挙動は,アモルファス炭素中の水素原子挙動に近づくことが分かった.この原因は,多結晶グラファイトの粒界では,結晶構造が壊れアモルファス構造を有するためである,そのため,チャネリングによりグラフェン層間を移動してきた水素原子が粒界に到達すると大角散乱を起こし、デチャネリングするためである。ゆえに、結晶粒径が小さく粒界に頻繁に水素原子が遭遇する場合、その挙動はアモルファス炭素中の挙動に近づく。2.タングステンへの希ガス照射シミュレーション近年,ダイバータ材としてタングステン材料が注目されている.タングステンにヘリウムプラズマを照射すると,材料温度が1,000K2,000Kの範囲にあり,ヘリウムイオン入射エネルギーが20eV100eV程度であるとき, fuzzとよばれるナノメートルオーダーの直径をもつフィラメント上の構造が形成されることが報告されている,しかし,同じ希ガスであってもアルゴンやネオンなどヘリウム以外の希ガスプラズマにおいてはfuzz形成に成功しなかったとの実験報告がある.そこで,二体衝突近似シミュレーションを用いて,希ガスをタングステンに打ち込むシミュレーションを行い,その侵入長を評価することで, fuzz構造形成の可能性について調べた.その結果,ヘリウムは,スパッタリング聞値よりも低い入射エネルギーでも十分奥深く(数格子分以上)まで侵入できることが分かった.一方,ネオン,アルゴンの場合,数十Åより深い位置に入射原子が到達するためには,スパッタリング閾値よりも高い入射エネルギーが必要になることが分かった.スパッタリングが生じる場合,仮にナノ構造が形成されても,すぐに削られてなくなってしまうことが予想される。そのため,ヘリウムはfuzz構造の形成にいたりやすく、ネオン,アルゴンの場合にはfuzz構造が観察できないとの結論が得られた.本研究では,さらに,チャネリングと衝突断面積の関係にも触れ,チャネリングが生じる閾値に関する予見も行なった.物理学会にて,学生優秀発表賞を受賞した.平成25年度の研究計画に従って,二体衝突近似-分子動力学ハイブリッドシミュレーションコードを用いて,多結晶グラファイトへの水素照射シミュレーションを行ない,研究成果を得た.また,二体衝突近似計算を用いてタングステンfuzz構造の形成可能性に関する示唆を得た.3年間の研究期間を通じて,研究目標として掲げていた分子動力学-二体衝突近似ハイブリッドシミュレーションコードを開発することに成功した.また,この計算コードを用いて,グラフェン,グラファイト,多結晶グラファイトの計算を行ない,多結晶グラファイト中の水素原子挙動を,より小さな物理スケールから理解するための知見を得ることに成功した,ただし,本研究で用いたハイブリッドシミュレーションは,絶対零度下における計算となっている.有限温度の材料の場合には,原子の熱振動によるデチャネリングなどが引き起こされることが予想される.原子の熱振動の効果も考慮した計算コードを開発することが今後の課題になる.平成23年度研究計画に従い,主に以下三つの作業を行った.1.ハイブリッドシミュレーションの開発(ア)二体衝突近似コードの改良ACATコードとよばれる二体衝突近似コードはアモルファス材料のみを扱うシミュレーションコードであった.これを改良し任意の構造を扱うシミュレーションコードを開発した.(イ)MPIライブラリを用いたプログラム間通信クラスの開発ハイブリッドシミュレーションは四つのプログラムが通信することで実現する.プログラム間通信を行うため,MPIライブラリを用いたプログラム間通信クラスをオブジェクト指向言語(C++)で開発した.(ウ)接続点でのエネルギー補正方法の開発二体衝突近似法と分子動力学法でポテンシャルエネルギーの扱いに違いがある.このエネルギー差を補正する方法を開発し,シミュレーションコードに実装した.この研究は,論文誌『Progress in Nuclear Science and Technology』に採録された.2.単結晶グラファイトへの水素原子蓄積過程の解明開発したハイブリッドシミュレーションコードを用いて,1200万個の炭素原子からなる単結晶グラファイトに水素原子を1000発打ち込むシミュレーションを行った.その結果,水素はグラフェン層間にトラップされやすくなることがわかった.この研究は,論文誌『Journal of Nuclear Materials』に採録された.3.アモルファス炭素の構造解析ダイヤモンド基板に炭素を堆積させる方法と,シミュレーションボックス内にランダムに炭素原子を配置してアニーリングする方法の二通りでアモルファス炭素を作成した.構造の違いを調べたところ,結合の異方性が異なることがわかった.この研究は,論文誌『Japanese Journal of Applied Physics』に採録された.1.二体衝突近似シミュレーションコードの改良(ア)連続照射のための改良照射損傷に伴う材料の構造変化を計算するため,原子を一発打ち込んだ後,原子位置を記録し,構造が変化した後の標的材料に次発を打ちこむよう改良した.