hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
チャネルド偏光計の新原理と特性の改善

チャネルド偏光計測法は、偏光状態の波長ないし空間分布を、機械的ないし能動的な偏光制御素子を用いずに、かつスナップショットで測定できる方法である。我々はこのチャネルド偏光計の性能と機能の向上を目的として研究を行った。チャネルド分光偏光計測に関しては、サバール板と2次元CCD付き分光器を使った新しい原理を開発し、偏光計測の波長分解能を飛躍的に向上させた。さらに、この原理にチャネルド分光偏光変調器(CSPSG)を組み合わせることにより、分光ミューラー行列をスナップショットで測定できる偏光計を開発した。また、チャネルド撮像偏光計測については、その精度の向上と特異偏光を持つ光への応用を行った。チャネルド偏光計測法は、偏光状態の波長分布ないし2次元空間分布を、偏光変調素子を用いずに測定できる方法であり、他の偏光計測法には無い高速、小型、高安定などの様々な特徴を有している。本研究では、この計測法をさらに発展させるために、原理の改良と特性の抜本的な改善を目指している。平成23年度の主な成果は、撮像偏光計測用チャネルド偏光計の主たる誤差原因の発見とその除去である。この偏光計では、2枚の変形サバール板をフーリエ面に配置した結像光学系を利用することにより、被測定光の偏光情報を持つ3種の干渉縞が重畳された画像を得る。この画像から、空間周波数フィルタリングを用いた信号処理により、被測定光の偏光状態の2次元空間分布をスナップショットで確定することができる。ただし、本研究開始以前の本偏光計では、各ストークスパラメータで最大で25%もの極めて大きな誤差が生じうることが問題であった。そこで本研究において我々は、実験と理論の両面から本偏光計の基礎特性を精査し、残余の誤差の主要因が1高空間周波数の干渉縞に対するCCDカメラの特異な応答、2変形サバール板の偏光成分ごとの透過率の不均一、3温度変動の3つであることを突き止めた。1は、本偏光計が、偏光情報のキャリアとして空間周波数の非常に高い干渉縞を複数利用していることに起因する。多くのCCDカメラには、ラスタースキャンの不完全さによって極めて細かい干渉縞を正確に取得できず、本来とは異なった空間周波数の周期ノイズ成分を重畳してしまうという特性がある。一方2と3は、変形サバール板の振幅・位相特性の不完全さと不安定さに起因する。我々はこれらの誤差を除去ないし補償するために、受光系の改良を行うとともに自己較正法による信号処理技術を開発した。その結果、系統誤差を約5%に、繰り返し再現性を約0.6%に、それぞれ低減することに成功した。チャネルド偏光計測法は、偏光状態の波長分布ないし2次元空間分布を、機械的ないし能動的な偏光変調素子を用いずに測定できる方法であり、他の偏光分布計測法には無い高速、小型、高安定などの様々な特徴を有している。本研究では、この計測法をさらに発展させるために、原理の改良と特性の改善を図った。特に、分光偏光計測用チャネルド偏光計の新原理の開発と撮像偏光計測用チャネルド偏光計の基本性能向上についての研究を主たるテーマとした。さらに、スナップショット撮像偏光計測における測定対象の効果的な変調法などについても、研究を行った。平成25年度でもっとも重要な成果は、新しい分光ミューラー行列測定原理の発明である。前年までの本研究で我々は、チャネルド分光偏光計測が、これまでの波長キャリアだけではなく、空間キャリアを利用しても実現可能であることを示した。そして平成25年度にはこの原理を発展させ、波長キャリアと空間キャリアの両方を利用して新たな分光フルミューラー行列測定法を発案した。この新原理では、偏光計の照明側には波長キャリアを用いる従来型のチャネルド偏光変調器を、一方受光側には空間キャリアを用いる偏光検出器をそれぞれ配置する。そして、波長-空間型の分光器から得られる2次元画像にフーリエ変換処理を施すことによって、測定試料のミューラー行列の波長分布を得る。これまでの分光フルミューラー行列測定ではスペクトル測定を通常16回以上繰り返すことが必要であった。これ対し新しい原理では、一回のスペクトル取得のみで全分光ミューラー行列が測定可能である。本法の有効性は、基礎実験により確認された。チャネルド偏光計測法は、偏光状態の波長分布ないし2次元空間分布を、偏光変調素子を用いずに測定できる方法であり、他の偏光分布計測法には無い高速、小型、高安定などの様々な特徴を有している。平成24年度の主な成果は下記2点である。1.分光偏光計測用チャネルド偏光計の新原理の開発

これまでのチャネルド偏光計による分光偏光計測には、波長分解能と同時測定可能な波長範囲に制約があった。本研究では、この問題を抜本的に解決するために空間キャリアを利用する新しい分光偏光計測法を提案した。2枚の変形サバール板とフーリエ変換レンズを利用した光学系により、2次元分光器の入射スリット上にヤングの干渉縞を発生する。分光器から得られたスペクトルには、被測定光の偏光情報を持つ3種の空間軸方向の縞が重畳されている。このスペクトルを各波長毎に空間軸方向にフーリエ解析すると、偏光状態の波長分布が求められる。この計測法では、これまでのチャネルド分光偏光計測で用いられてきた波長キャリアの代わりに、空間キャリアを利用して偏光状態の波長分布を求める。このため、偏光計測の波長分解能を分光器のそれと同一にすることが可能となる。本法の有効性は、基礎実験により確認された。2.撮像偏光計測用チャネルド偏光計の基本性能向上チャネルド偏光計による撮像偏光計測は、2枚の変形サバール板をフーリエ面に配置した結像光学系を利用することにより、被測定光の偏光状態の2次元空間分布をスナップショットで測定できる方法である。本研究において我々は、実験と理論の両面から本偏光計の基礎特性を精査し、いくつかの誤差要因を見出し、測定精度を高めることに成功した。研究開始時に掲げた2つの主目標のうち、一方(撮像偏光計測用チャネルド偏光計の精度向上)について、おおよそ達成することができた。また、もう一方の主目標(チャネルド偏光計の新原理の開発)についても、予備的な実験に成功している。25年度が最終年度であるため、記入しない。研究開始時に掲げた「分光偏光計測用チャネルド偏光計の新原理の開発」と「撮像偏光計測用チャネルド偏光計の基本性能向上」の2つの目標いずれについても、当初の目標をおおよそ達成できた。ただし、両者ともまだ改善の余地が残っており、現在その解決に向けて鋭意努力中である。引き続き、上記2つの主目標を中心に、チャネルド偏光計に関する研究をすすめる。2年目は特に、「チャネルド偏光計の新原理の開発」についての研究の比重を高める。まず、初年度の理論検討と予備実験の結果を下に設計の最適化を行う。さらに、この設計に基づいて実際の測定系を作成し、原理の動作確認をするとともに基本特性の評価を行う。また、撮像偏光計測用チャネルド偏光計の精度向上についても、さらなる性能向上を目指して研究をすすめる。「分光偏光計測用チャネルド偏光計の新原理の開発」については、本法の基礎特性の解析とその向上を目指して研究を行う。一方、「撮像偏光計測用チャネルド偏光計の基本性能向上」については、誤差解析を進め、さらなる性能向上を目指す。
パリ国立音楽院ピアノ科における「ジュ・ペルレ」の制度化（１８４１－１８８９）

「ジュ・ペルレ(仏)」とは、「真珠で飾られたような演奏」を意味し、各音が真珠の首飾りの珠のように粒立ちよく、明瞭な形をとる演奏を指す表現で、フランスの歴史的ピアノ演奏様式と見做されている。平成30年度の課題は、「真珠」関連語の含意を整理し、演奏に関する用法を歴史的視点から把握することであった。そのために、「ジュ・ペルレ」について、1)歴史的フランス語辞典、2)演奏批評、3)パリ音楽院教授による生徒の進捗報告書(184050年代)の3種の史料に基づいて、語の用法を横断的に調査した。1)では、1719世紀のフランス語辞典を対象とし、真珠関連概念を整理し一覧化した。音楽については意外にも、定義・用例に鍵盤楽器への言及はなく、リュートやフルートの急速な演奏についての用例が見出された。2)については、パリで刊行された3種の音楽雑誌について、各誌創刊から1889年までの範囲で網羅的に真珠関連語の用法を洗い出し、「真珠」に形容された演奏媒体、演奏者、演奏表現を形容する修飾語句の一覧を作成した。この一覧の分析から、「ジュ・ペルレ」が必ずしもピアノ演奏にのみ用いられる表現ではなかったこと(声楽に対する用法がはるかに多い)、そして19世紀中葉から、「ジュ・ペルレを」を国民的な(フランス的な)ピアノ演奏様式として認める記述が増加していったことが判った。パリ音楽院で教育を受けたピアノ奏者の演奏は、それを真珠に例える音楽ジャーナリズムを通してフランス文化の「高貴さ」を象徴するシンボルとして機能するようになった。音楽院の内部資料である3)には、真珠関連語は一度も現れない。ただし、優雅さ、明瞭さ、繊細などの音楽雑誌に見出された関連概念は多数見出された。総じて、「ジュ・ペルレ」という表現を「フランス的な」演奏様式として鍵盤楽器に限定的適用する伝統は、ごく浅いことが明らかになった。今年度の研究は、次の3つに区分される。区分1)真珠関連語の含意、区分2)音楽雑誌を通してみる演奏における真珠関連語の用例と含意、区分3)ピアノ演奏教育における「真珠」イメージの具体化(制度化)。区分1については、予定通り完了した。区分2については、分析対象とした雑誌4誌のうち3誌までの分析が完了した。La France musicale誌の収集と分類は終わっているが、関連語の件数が予想よりも多かったため、分析まで終えることができなかったため、令和1年度の早い段階で分析を終える。申請時に予定していたパリ音楽院ピアノ教授による期末試験報告は、予定通り1840年代・50年代分の史料転写と分析が完了した。他方、試験官による定期試験メモの転写と分析は、音楽雑誌の整理と分析に予想以上の時間を要したため、着手しなかった。しかし、その一方で、令和2年度に予定していたピアノ教本の分析の前半部分の分析を行った。この先取りは、試験官による定期試験メモの転写作業に着手できなかったことを補っているため、全体としては、研究は順調に進んでいるといえる。令和1年度の研究は、まず平成30年度から持ち越したLa France musicale誌の分析を完了させる。また、パリ音楽院ピアノ教授による期末試験報告について、引き続き1860年代及び1870年代の転写を完了させ、音楽雑誌上で「真珠」という語や、「真珠」に例えられた演奏に関連する質(均等、明瞭、繊細・・・・・・)がどの程度用いられているのかを分析する。同様に、試験官による定期試験メモの転写と分析も可能な限り進捗させ、パリ音楽院において当時音楽雑誌等で「真珠」と形容された演奏の質が、どのように現れているのかも明らかにする。なお、平成31年度の成果を含む研究内容(特にピアノ教本とパリ国立音楽院ピアノ科期末試験報告書に関連する分析)の詳細は、令和1年度に論文として刊行される予定である。

音楽院の内部資料である3)には、真珠関連語は一度も現れない。ただし、優雅さ、明瞭さ、繊細などの音楽雑誌に見出された関連概念は多数見出された。総じて、「ジュ・ペルレ」という表現を「フランス的な」演奏様式として鍵盤楽器に限定的適用する伝統は、ごく浅いことが明らかになった。今年度の研究は、次の3つに区分される。区分1)真珠関連語の含意、区分2)音楽雑誌を通してみる演奏における真珠関連語の用例と含意、区分3)ピアノ演奏教育における「真珠」イメージの具体化(制度化)。区分1については、予定通り完了した。区分2については、分析対象とした雑誌4誌のうち3誌までの分析が完了した。La France musicale誌の収集と分類は終わっているが、関連語の件数が予想よりも多かったため、分析まで終えることができなかったため、令和1年度の早い段階で分析を終える。申請時に予定していたパリ音楽院ピアノ教授による期末試験報告は、予定通り1840年代・50年代分の史料転写と分析が完了した。他方、試験官による定期試験メモの転写と分析は、音楽雑誌の整理と分析に予想以上の時間を要したため、着手しなかった。しかし、その一方で、令和2年度に予定していたピアノ教本の分析の前半部分の分析を行った。この先取りは、試験官による定期試験メモの転写作業に着手できなかったことを補っているため、全体としては、研究は順調に進んでいるといえる。令和1年度の研究は、まず平成30年度から持ち越したLa France musicale誌の分析を完了させる。また、パリ音楽院ピアノ教授による期末試験報告について、引き続き1860年代及び1870年代の転写を完了させ、音楽雑誌上で「真珠」という語や、「真珠」に例えられた演奏に関連する質(均等、明瞭、繊細・・・・・・)がどの程度用いられているのかを分析する。同様に、試験官による定期試験メモの転写と分析も可能な限り進捗させ、パリ音楽院において当時音楽雑誌等で「真珠」と形容された演奏の質が、どのように現れているのかも明らかにする。なお、平成31年度の成果を含む研究内容(特にピアノ教本とパリ国立音楽院ピアノ科期末試験報告書に関連する分析)の詳細は、令和1年度に論文として刊行される予定である。
ABO式血液型糖鎖転移酵素遺伝子の法医学的応用と抗原発現の生理学的意義

発見から1世紀になるこのABO式血液型抗原系の生理学的意義については、全くといって良いほど解明されていない。本研究では、この点に関して重点的に検討を加えた。ABO式血液型抗原は、魚類、両生類等の下等脊椎動物において既に抗原発現が見られ、進化とともに分泌組織、血管内皮、赤血球と抗原発現部位が加えられることを報告した。これらの抗原が、ヒトを含む哺乳類雄性生殖器官及びその付属臓器や味覚受容器である味蕾細胞に発現されていることを見出だし、精子成熟や味覚の化学的受容にこれらの抗原が密接に関係していることを報告した。また、非分泌型個体においては、ABO式血液型抗原の分泌に明確な民族差が見られることを発見し報告した。さらに、ヒト胸腺ハッサル氏小体にこれらの抗原の発現を見出だし、ABO式血液型抗原の同小体での機能に関して研究継続中である。法医学的応用面では、臓器・組織中の抗原発現部位の同定により組織片から人獣鑑別が可能であることを見出した。一方、遺伝子型判定用プライマーを用いて、斑痕検査を行うと、魚類を含めた脊椎動物に増幅とハイブリダイズが認められ、そのパターンにより人獣鑑別の可能性を見出し、同時に斑痕でのABO式血液型遺伝子型判定時には人獣鑑別が必要になることを報告した。また、ABO式血液型のA及びO型糖転移酵素合成遺伝子内のDNA塩基配列多型やその民族差が知られるところとなり、より細かい遺伝子型の簡便な判定方法の開発、民族差を用いた人類学的検討を進行中である。ABO式血液型及びその関連抗原の臓器・組織での発現を免疫組織学的に検討したところ、ヒト以外の哺乳類は勿論、下等脊椎動物に分類されている魚類やカエルなど消化管においても認められた。抗原発現の場を赤血球、血管内皮細胞、分泌細胞に別けて考察すると脊椎動物進化と抗原発現の場の間には密接関連が認められた。一方で、抗原発現は唾液斑、精液斑、尿斑を用いてABO式血液型判定には人獣鑑別が必須であることを示している。ヒト、日本猿、イヌ、ネコ、ラット、ウサギなど哺乳類の舌味蕾細胞では、個体のABO式血液型に一致した抗原、また、Lewis式血液型抗原がみごとに発現されていた。味蕾細胞は味覚の受容が目的の細胞であることを考えると、ABO式血液型及びその関連抗原が味覚の化学的受容機構に重要な役割を担っていることを示唆する結果と見られる。ヒト以外の脊椎動物にABO式血液型抗原の発現が見られたところから、ヒトでのABO式血液型抗原糖鎖転移酵素遺伝子判定用プライマーで、日本猿、ブタ、ハムスター、ラット、マストミス、キンギョなどから抽出したDNAを本研究費で購入した機器を使用、PCR増幅すると各動物とも増幅、ハイブリダイズが認められた。生成産物を電気泳動後染色すると、動物種間では相違した、動物種内では同じ泳動パターンが確認された。このことは、斑痕検査のABO式血液型検査においては遺伝子型判定時にも、人獣鑑別が必要であることを示し、一方でランダムPCRの手法を用いて、DNAレベルで人獣鑑別が可能であることを示唆している。また、この方法で得た、日本猿DNAのシークエンスを行うとヒトB型遺伝子と極めて類似していることが示された。本研究期間では、ABO式血液型抗原系の生理学的意義についてこの点に関して重点的に検討を加えた。これらの抗原が、ヒト、日本猿、ラット及びネコの精巣上体管、前立腺等の雄性生殖器官に発現されており、また、ヒト、日本猿、イヌ、ネコ、ラット、ウサギなどの舌味蕾部位にも発現されていた。これら抗原が種を越えて存在することは、これらの抗原が精子成熟過程や化学的受容器である味蕾細胞において重要な役割を担っていることを示している。

また、非分泌型個体においては、ABO式血液型抗原の分泌に明確な民族差が見られることを新たに発見、報告し、非分泌型遺伝子が日本猿等には見られないことから、新しい遺伝子で、民族が明確に分岐された後に生じた可能性を示した。さらに、ヒト胸腺ハッサル氏小体にこれらの抗原の発現を見出し、ABO式血液型抗原の同小体での機能に関して研究継続中である。法医学的応用面では、ABO式血液型遺伝子型判定用プライマーを用いて、PCR法を行うと、魚類を含めた脊椎動物や家畜、ペット類由来DNAに増幅が認められ、そのパターンにより人獣鑑別の可能性を見出した。このことは、同時に斑痕等を用いたABO式血液型遺伝子型判定時には人獣鑑別が必要になることを示している。また、ABO式血液型のA及びO型糖転移酵素合成遺伝子内のDNA塩基配列多型やその民族差が知られるところとなり、より細かい遺伝子型の簡便な判定方法の開発、民族差を用いた人類学的検討を進行中である。
二十世紀中国における民族帰属意識の変遷に関する研究-蒙古旗人を事例に-

今年度は、中国東北地域、内モンゴル地域、新疆ウイグル自治区などにおける実態調査とそれの取りまとめに重点をおいた。2007年5月には内モンゴル自治区のフフホト市で清朝時代の綏遠八旗のうちのモンゴル八旗の子孫に対して二度目の調査を実施した。外藩モンゴルに囲まれていた綏遠八旗では、辛亥革命直後から蒙古旗人の人々のモンゴル共同体への合流が見られ、1950年代初期に集団でモンゴル民族への認定を求めていたことが分った。8月には新疆ウイグル自治区のイリ・カザク自治区州、ボルタラ・モンゴル自治州、ホブクサイル・モンゴル自治県を訪ね、1760年代に当時の盛京(現在の瀋陽)から新疆に派遣されたシボー人、ダグール人、エベンキ人やチャハル・モンゴル人らの子孫を調査した。新疆というトルコ系とモンゴル系を中心とした複雑な多民族社会で彼等は満族への合流を意識せずに、1950年代以後に中国で定められたそれぞれの民族の枠組みへ順調に帰属することになった。2008年2月中末から3月のはじめにかけて遼寧省の大連を中心とする遼東半島地域で実態調査を実施した。大連市金州区、瓦房店市、蓋州市には康煕31年黒竜江地域から移住させられてきたバルガ・モンゴル人の子孫が多く暮らしており、彼のほとんどは自らの民族的出自を記憶しつづも現在は満族として登録していることがわかった。これは本テーマの主な目的であった旗人の民族的帰属意識を明確にするための重要な発見である。研究成果は現在「中国東北三省のモンゴル世界」としてまとめ、2008年度に公表を予定している。今年度は中国の東北三省、具体的には黒龍江省のチチハル市、遼寧省の鳳城、岫岩などの地域で、現地における研究協力者と共同で調査を行い、康煕28年に黒龍江地域から吉林、盛京(現在の藩陽)へ安置し八旗に編成したバルガ・モンゴル人の子孫及び、満州八旗、蒙古八旗に含まれていたモンゴル人の子孫の存在を明らかにした。彼らのバルガ・モンゴル人の一部は清朝の崩壊後、しばらく旗人であることを隠し、54年の民族識別の際には満族として登録して、文化大革命以後に自分の民族をモンゴル族に変えた。これは現代中国による民族的枠組みが定着するまでの半世紀間、こうした蒙古旗人の人々の身分的不安定性を立証する事例として重要な意義を持つ。内モンゴル自治区フフホト市は清朝時代の綏遠将軍の本拠地として八旗が駐屯していたところである。ここにおける調査では、トメド・モンゴル人という巨大なモンゴル人コミュニティに取り囲まれながらも清末まで旗人として暮らした蒙古旗人は、中華民国時代には旗人として弾圧を受け、中華人民共和国に入ってからは満族との一体性を保持しながらも最終的にモンゴル族の行列に加わったという複雑な歴史を調べることが出来た。つまり彼らは内モンゴル自治区の首都という町にいながらも自分たちの出自であるモンゴル人集団とは別の枠組みに生きるという状況に長年置かれ、その後には約半世紀をかけてモンゴル人としての本来のアイデンティティを復帰させることが出来た。史料の面では、東洋文庫において「北京ウンドル王府のモンゴル語文書記録帳の写本」を分析し、論文を発表した。またフフホトにおいても綏遠八旗に関する資料を多く入手し、現在分析している。
エナメル芽細胞におけるShhおよびBmpシグナルのクロストークと歯の再生への展望

Shh(Sonic hedgehog)は、歯の発生過程において、シグナルセンターであるエナメルノットに強く発現しており、エナメル芽細胞分化において重要な働きを担っていると考えられているが、その機能の詳細はいまだ不明である。申請者は、未分化エナメル芽細胞株ALCを用いて、Shhによりエナメル芽細胞の分化を直接誘導できる可能性を示唆した。また、申請者はエナメル芽細胞においてShhシグナルがBmp産生を誘導すること、Bmpによってもエナメル芽細胞分化が誘導されることを確認した。さらに、歯の発生過程において重要な因子の一つであるWntシグナルがエナメル芽細胞の分化を誘導していることも確認した。これまでに、株化エナメル芽細胞ALC(Ameloblast-like cells)において、Shhのシグナル分子であるGli1の強制発現により、エナメル芽細胞の分化マーカーであるアメロジェニン、アメロブラスチンなどのエナメルマトリックスタンパク発現が亢進することを明らかにした。すなわち、エナメル芽細胞の文化においてもShhは重要な働きを担っている。また、ShhはBmp(Bone Morphogenic Protein)の発現を亢進させ、さらにBmpはエナメル芽細胞分化を促進する。今回、BmpはALCにおいてShh発現を亢進することを明らかにした。ShhとBmpはお互いにお互いの産生を亢進させ、エナメル芽細胞の分化を誘導している。ところで、歯の発生においてShhと並んで重要なシグナル分子にWntがある。肢芽発生においても重要なこの二つの因子のエナメル芽細胞分化における作用についてはいまだ明らかではない。今回、ALCにおいてWntシグナルが発現していることが明らかになった。今後さらに、Shhシグナル、BmpシグナルとWntシグナルのクロスネットワークについて検討する予定である。Shh (Sonic hedgehog)は、歯の発生過程において、シグナルセンターであるエナメルノットに強く発現しており、エナメル芽細胞分化において重要な働きを担っていると考えられているが、その機能の詳細はいまだ不明である。これまでに株化エナメル芽細胞ALC (Ameloblast lineage-cell)を用いて、Shhシグナル下流のGli1がエナメル芽細胞特異的遺伝子であるアメロジェニンやアメロブラスチン発現を亢進させることを明らかにした。また、ShhシグナルによりBmpシグナル発現が増加し、Gli1強制発現によりBmpシグナル下流のSmadの発現が亢進したことから、Bmpシグナルもエナメル芽細胞分化に関与している可能性を示唆した。今年度は、さらにShhと並んで歯胚形成において重要なWntシグナル発現が、Gli1強制発現により増加し、さらにWntシグナル下流のTCF1の発現が亢進したことから、Wntシグナルもエナメル芽細胞分化に関与している可能性を示唆した。今後は、ALCにおけるWntシグナルおよびBmpシグナルとShhシグナルのクロストークとエナメル芽細胞分化の方向性について検討する。。WntシグナルによりShhシグナルおよびBmpシグナルがどう変動するのか、逆にShhによりWntシグナルおよびBmpシグナルがどう変動するのか、またそのクロストークがエナメル芽細胞にどう影響するのかについて検討を行う。申請者は、未分化エナメル芽細胞株ALCにShhを作用させることによりアメロジェニン、アメロブラスチンなどのエナメルマトリックス発現が増加することを認め、さらにエナメルマトリックス発現の上昇が、Shhシグナルにおける主要な転写調節因子であるGli1を介する直接的な作用であることを明らかにした。すなわち、Shhを用いることによりエナメル芽細胞の分化を直接誘導できる可能性が示唆された。ところで、ShhシグナルとBmp(Bone morphogenetic protein)シグナルは協調して働くことが肢芽発生および歯の発生において報告されている。申請者はエナメル芽細胞においてShhシグナルがBmp産生を誘導すること、Bmpによってもエナメル芽細胞分化が誘導されることを確認した。さらに、本年度は歯の発生過程において重要な因子であるWntシグナルがエナメル芽細胞の分化に関連している可能性を示唆した。Wntシグナルのβカテニン経路のインヒビターであるIWRとPCP経路のインヒビターであるY27632をALCに作用させると石灰化が抑制され、エナメルマトリックスの発現の低下が確認された。
電気式人口喉頭の基本周波数と音圧の制御に関する基礎的研究

従来用いられて来た人工喉頭は、ボタンの押し加減によって基本周波数を調節し、頚部への当て具合によって音圧の調節を行っている。一方、人工喉頭の利用者である喉摘者は、手術前には正常な発声機能を有していた者が圧倒的に多く、調音器官、喉頭、呼吸器官の調節は習慣的に保持しているものと思われる。そこで気管孔を通じて呼気流率を測定し、人工喉頭の基本周波数の制御を行うための基礎実験を行った。実験には正常男性12人を用いた。永島製PS77Hを用いて、マスク下に「雨」と「飴」の発音を行い、基本周波数、呼気流率を測定した。データはPS77Hからの出力を、A/Dコンバータを用いてコンピュータに入力し、計測を行った。発音は3回行い、最も自然な発音のデータを採用した。被検者の年齢は23才から35才で平均年齢は27.3才であった。「雨」の発音時には、アクセントは前半の「あ」の部分にあり、基本周波数においては、「あ」の部分で基本周波数が高く、「め」の部分で基本周波数が低くなる傾向が認められた。呼気流率においては、「あ」の部分で呼気流率が多く、「め」の部分で呼気流率が少なく成る傾向が認められた。「飴」の発音時には、アクセントは、後半の「め」の部分にある場合と、「あ」「め」であまり差の無い場合があったが、基本周波数においては、「あ」の部分で基本周波数が低く、「め」の部分で基本周波数が高くなる傾向が認められた。呼気流率においては、「あ」の部分で呼気流率が低く、「め」の部分で呼気流率が高くなる傾向が認められた。しかし、基本周波数と呼気流率でそれぞれ「あ」の値と「め」の値の差を求めて、その相関関係を求めたが、「雨」の場合には相関係数は0.34、「飴」の場合には0.59と低く、「雨」「飴」いずれの場合にも、「あ」と「め」の値の変化が基本周波数と呼気流率で一致しない例も見られた。今後、喉摘者による実験を追加し、人工喉頭の制御を行いたい。
MIMダイオードによる周波数可変テラヘルツ(THz)光源の開発

本研究は,波長11-13μmで発振するアンモニア(^<15>NH_3)レーザーと波長9-10μmで発振する炭酸ガスレーザーの光をMIM(Metal-Insulator-Metal)ダイオードで混合し,6THz以上の周波数を持つテラヘルツ電磁波(遠赤外光)を発生させるというものである.これまでに,その光源となるアンモニア(^<15>NH_3)レーザー及びそれを励起するための炭酸ガスレーザーを構成するレーザーフレーム,レーザー管の設計・製作,およびそれらの組立を行った.また,レーザーの周波数安定化のために必用なフィードバック回路の設計・製作を行った.このシステムを使って,アンモニア・レーザーを低圧^<15>NH_3ガスの飽和吸収スペクトルにロックし,周波数安定化を行った.差周波の周波数を知るためには,アンモニア・レーザーの発振周波数が既知でなければならない.そこで,炭酸ガスレーザーを基準とするヘテロダイン法により,アンモニア・レーザーの発振周波数の測定を行った.次に,既存の安定化された炭酸ガスレーザーとアンモニア・レーザーの差周波をMIMダイオードにより発生させた.遠赤外光の発生は,6-9THzに豊富なスペクトルを持つCH_3OHのスペクトルの観測により確認した.その結果,9THzの遠赤外光の発生を確認できた.さらに,この分光計をHF,H^<35>C1,H^<37>C1分子の6-9THzにおける測定に応用し,8本のスペクトルの遷移周波数の測定を行った.本研究は,波長11-13μmで発振するアンモニア(^<15>NH_3)レーザーと波長9-10μmで発振する炭酸ガスレーザーの光をMIM(Metal-Insulator-Metal)ダイオードで混合し,6THz以上の周波数を持つテラヘルツ電磁波(遠赤外光)を発生させるというものである.これまでに,その光源となるアンモニア(^<15>NH_3)レーザー及びそれを励起するための炭酸ガスレーザーを構成するレーザーフレーム,レーザー管の設計・製作,およびそれらの組立を行った.また,レーザーの周波数安定化のために必用なフィードバック回路の設計・製作を行った.このシステムを使って,アンモニア・レーザーを低圧^<15>NH_3ガスの飽和吸収スペクトルにロックし,周波数安定化を行った.差周波の周波数を知るためには,アンモニア・レーザーの発振周波数が既知でなければならない.そこで,炭酸ガスレーザーを基準とするヘテロダイン法により,アンモニア・レーザーの発振周波数の測定を行った.次に,既存の安定化された炭酸ガスレーザーとアンモニア・レーザーの差周波をMIMダイオードにより発生させた.遠赤外光の発生は,6-9THzに豊富なスペクトルを持つCH_3OHのスペクトルの観測により確認した.その結果,9THzの遠赤外光の発生を確認できた.さらに,この分光計をHF,H^<35>C1,H^<37>C1分子の6-9THzにおける測定に応用し,8本のスペクトルの遷移周波数の測定を行った.本研究では、波長12μmで発振するアンモニア(^<15>NH_3)レーザーと波長10μmで発振する炭酸ガスレーザーの光をMIM(Metal-Insulator-Metal)ダイオードで混合し、6THz以上の周波数を持つテラヘルツ電磁波(遠赤外光)を発生させる。今年度は、その光源となるアンモニア(^<15>NH_3)レーザー及びそれを励起するための炭酸ガスレーザーの製作を行った。これらのレーザーを構成するレーザーフレーム、レーザー管の設計・製作、およびそれらの組立を行った。また、レーザーの周波数安定化のために必要なフィードバック回路の設計・製作を行い、性能をテストした。新規に購入した直流安定化高圧電源については、既存のTuFIR分光計でテストを行い、本研究で必要とされるレーザー安定化のために必要な性能を具備していることを確認した。来年度は、まず、アンモニアレーザーの周波数安定化を完成させる。それに次いで、このアンモニアレーザーを既存の周波数可変遠赤外(TuFIR)分光計と組み合わせて、アンモニア(^<15>NH_3)レーザー光と炭酸ガスレーザー光をMIMダイオードで混合する。これにより、既存のTuFIR分光計では不可能な6THz以上の差周波発生を試みる。最終的には、発生させた差周波を利用して周波数精度が高くしかも高分解能の分子スペクトルを、6THz以上の周波数領域で測定できる分光計を完成させることを目標とする。本研究は、波長11-13μmで発振するアンモニア(^<15>NH_3)レーザーと波長9-10μmで発振する炭酸ガスレーザーの光をMIM(Metal-Insulator-Metal)ダイオードで混合し,6THz以上の周波数を持つテラヘルツ電磁波(遠赤外光)を発生させるというものである.これまでに,その光源となるアンモニア(^<15>NH_3)レーザー及びそれを励起するための炭酸ガスレーザーを構成するレーザーフレーム,レーザー管の設計・製作、およびそれらの組立を行った.また,レーザーの周波数安定化のために必要なフィードバック回路の設計・製作を行った.このシステムを使って,アンモニア・レーザーを低圧^<15>NH_3ガスの飽和吸収スペクトルにロックし,周波数安定化を行った.差周波の周波数を知るためには,アンモニア・レーザーの発振周波数が既知でなければならない.そこで炭酸ガスレーザーを基準とするヘテロダイン法により,アンモニア・レーザーの発振周波数の測定を行った.

次に,既存の安定化された炭酸ガスレーザーとアンモニア・レーザーの差周波をMIMダイオードにより発生させた.遠赤外光の発生は,6-9THzに豊富なスペクトルを持つCH_3OHのスペクトルの観測により確認した.その結果9THzの遠赤外光の発生を確認できた.さらに,この分光計をHF,H^<35>Cl,H^<37>Cl分子の6-9THzにおける測定に応用し,8本のスペクトルの遷移周波数の測定を行った.
順序空間の正則性を用いたリース空間値非加法的測度とショケ積分の研究

非加法的測度やそのショケ積分の研究では,様々な定理の証明において,ε-δ論法が重要な役割を果たしている.それゆえ,これらの研究をリース空間値非加法的測度に対して展開するには,従来の論法に代わる新たな概念や証明手法の開発が必須である.本研究では,漸近的エゴロフ性,多重エゴロフ性,単調関数連続性条件などの新たな滑らかさの概念をリース空間に導入することにより,非加法的測度論やショケ積分論をリース空間の枠組みで展開した.非加法的測度やそのショケ積分の研究では,様々な定理の証明において,ε-δ論法が重要な役割を果たしている.それゆえ,これらの研究をリース空間値非加法的測度に対して展開するには,従来の論法に代わる新たな概念や証明手法の開発が必須である.本研究では,漸近的エゴロフ性,多重エゴロフ性,単調関数連続性条件などの新たな滑らかさの概念をリース空間に導入することにより,非加法的測度論やショケ積分論をリース空間の枠組みで展開した.1.リース空間におけるショケ積分の収束定理非加法的測度論における積算概念として重要なショケ積分は,Duchon, Riecanらにより研究されたリース空間値リーマン・スティルチェス積分論を用いて河邊により定式化され,共単調関数に対する加法性などの基礎的性質が確立された.この研究では,リース空間値非加法的測度に対するショケ積分論をさらに進展させ,実用化することを目的とし,以下の成果を得た.(1)リース空間の滑らかさの新概念として,単調関数連続性条件(有界閉区間上で定義されたどんな単調関数の不連続点も,常に高々可算となる性質をもつリース空間の特徴付け)を導入し,この条件のもとで,リース空間値ショケ積分に対する単調収束定理と優収束定理の定式化に成功した.(2)数多くの具体的かつ有用な関数空間,例えば,ルベーグ関数空間Lp[0,1](0<p≦∞)は,単調関数連続性条件を満たすことを示した.2.直積空間上のリース空間値非加法的測度の連続性と拡張可能性直積空間X×Yの直積集合体上の測度λに対し,そのX方向,Y方向への射影測度をそれぞれμ,υとする.1953年にMarczewskiとRyll-Nardzewskiは,測度υ,λが有限加法的な場合に,λの連続性とコンパクト性に関して次の2つの結果を得た.M-RN定理(I):μが連続,υがコンパクトならばλは連続.M-RN定理(II):μとυがともにコンパクトならばλもコンパクト.この研究では,M-RN定理(I)は,実数値非加法的測度λに,非加法的測度論における擬加法性条件として広く利用される一様自己連続性を仮定すれば成立すること,一方,M-RN定理(II)は,一様自己連続性よりも弱い弱漸近零加法性を仮定するだけで成立することを示した.今回の結果をリース空間に値をとる場合へ拡張することが今後の課題である.1.リース空間値非加法的測度の正則性とショケ積分の収束定理への応用ボレル集合上での測度の値を,より取り扱いやすい閉集合やコンパクト集合上での値で近似するために必要な測度の正則性の諸概念は,非加法的測度論を展開する際にも非常に重要である.この研究では,位相空間上のリース空間値非加法的測度の正則性に関する諸概念の性質をより詳細に調べ,ショケ積分の収束定理の定式化に応用することを目的とし,以下の成果を得た.(1)リース空間に可分性と多重エゴロフ性を仮定すれば,任意の完備距離空間または局所コンパクト空間上のすべてのτ-正則な弱零加法的リース空間値ファジィ測度は自動的にラドンとなることを示した.(2)非加法的測度の正則性条件として,完全o-連続性,完全c-連続性,完全k-連続性の概念を導入し,これらの条件と,下半連続関数の単調増加有向列,上半連続関数の単調減少有向列,無限遠点で消滅する上半連続関数の単調減少有向列のショケ積分の単調収束定理の成立性が同値であることを示した.2.リース空間値ショケ積分の有界収束定理非加法的測度による積算概念として重要なショケ積分の単調収束定理や優収束定理の成立性は,測度の連続性と密接に関連している.しかし,測度収束する関数列のショケ積分の有界収束定理は,非加法的測度に連続性を仮定しても一般には成立しない.この研究では,リース空間値非加法的測度のショケ積分の有界収束定理が成立するために,非加法的測度に課すべき条件を見いだすことを目的とし,以下の成果を得た.(1)測度収束する関数列のショケ積分の有界収束定理の成立性と,非加法的測度の自己連続性が同値となることを示した.(2)リース空間値単調関数の不連続点の濃度に関する条件である単調関数連続性条件をリース空間に仮定すれば,法則収束する関数列のショケ積分の有界収束定理が,すべてのリース空間値非加法的測度に対して成立することを示した.1.共単調加法的汎関数のショケ積分表示関数空間上で定義された共単調加法的汎関数のショケ積分表示に関する命題は,リース型積分表示定理とよばれ,非加法的測度による積算概念として重要なショケ積分の特徴付けを与えている点で非常に重要な研究対象である.

この種のリース型積分表示定理は,関数空間が本質的有界な可測関数からなる空間の場合のSchmeidlerの結果や,局所コンパクト空間上のコンパクトな台をもつ関数からなる空間の場合の成川らの結果が知られている.この研究では,これら従前の結果を含み,さらに無限次元空間上の非加法的測度の研究へも応用可能とすべく,正則空間上の有界連続関数からなる空間の場合を含むようにリース型積分表示定理の拡張を行い,以下の成果を得た.(1)共単調加法的汎関数のDaniell-Stone型の積分表示定理として知られているGreco定理から,リース型積分表示定理を導く汎用的な手法を発見し,成川らの積分表示定理の別証明と改良を与えた.さらに,汎関数の定義空間が無限遠点で消滅する関数からなる空間や,正則空間上の有界連続関数空間の場合にも,リース型積分表示定理が成立することを示した.2.リース空間値非加法的歪直積測度へのMarczewski and Ryll-Nardzewski定理の拡張実数値非加法的歪直積測度の連続性に関するM-N定理(Marczewski and Ryll-Nardzewski定理)を,リース空間に値をとる場合に拡張することを目的とし,以下の成果を得た.(1)リース空間値非加法的測度の一様自己連続性の概念の拡張として,一様(σ,∞)-漸近的零加法性の概念を新たに導入し,M-N定理をリース空間の枠組みで定式化した.(2)十分滑らかな,必ずしも斉次的でないノルムをもつリース空間(complete,σ-gauge Riesz space)に値をとる一様自己連続な非加法的測度は,常に一様(σ,∞)-漸近的零加法性を満たすことを示し,M-N定理がリース空間の枠組みでも成立することを示した.
移動型選果ロボットシステムによる農産物のトレーサビリティの構築

農産物の生育環境から品質に至るまでの一貫したトレーサビリティを構築するために,収穫と同時に品質評価を行うロボットシステムを開発した。ロボットの操縦と果実収穫は人間が行い,果実の品質評価をロボットに搭載されたマシンビジョンで行う。各株に装着されたICタグの番号から果実収穫が行われた株の特定を行い,品質評価結果と共に保存される。これにより,生産者にとっての情報となる圃場内の果実品質や収穫量に関するマップが生成される。本研におけるロボットシステムは,収穫作業で分断される生育環境に関わる情報と農産物の品質・収量に関わる情報をリンクし,一貫したトレーサビリティを構築するものである。人間が運転してレール上を移動しながら果実収穫を行うと同時にマシンビジョンによる品質評価を行い,その評価結果と収穫した株の情報を保存する。これまでに各構成要素の基礎実験はほぼ完了しており,今年度はロボットシステム全体の試作と改良を主に行った。試作したロボットの動作としては,人間が収穫した果実をロボットのターンテーブルに投入するとフォトセンサが反応し,新たに果実収穫が行われたことを感知する。各株にはあらかじめICタグが装着されており,フォトセンサの反応と同蒔に収穫された株のIDをロボットに搭載されたアンテナを介して検出する。果実が任意の位置まで回転すると,マニビュレータが把持し,ロータリバケットまで搬送し,マシンビジョンによって2方向(果実の表裏)からの画像入力を行う。入力画像から果実の長さ,幅,曲がりなどのパラメータを算出する。その後,果実は2段階(規格品,規格外)のカテゴリに分類されたコンテナへ仕分けされる。果実の収穫場所と品質評価結果は,データベースとして保存される。温室内での基礎実験の結果,ロボットの各構成要素は良好に作動し,ICタグによる株の特定も正確に行われた。今年度,マシンビジョンで用いたパラメータはシンプルなものであるため,次年度は果実の特徴を詳細に表現するアルゴリズムを検討する。今年度は,従来のマシンビジョンアルゴリズムを改良し,初年度に試作したロボットを用いて,温室で実験を行った。これまでのアルゴリズムでは,果実の形状に関わる少ない種類のパラメータを用いて品質評価を行っていたが,今年度は果実の形状をさらに詳細に表現するパラメータ(果実長,最大幅,曲がり,先細り,疑似体積など)を抽出できるアルゴリズムに改良した。また,果実収穫した株の特定には,ロボットの車輪と連動する距離センサ,および各株に装着したICタグ(株番号付き)をロボットが無線で通信する二通りの方法を比較した。実験方法としては,作業者がロボットを操縦し,収穫適期の果実があれば収穫し,ロボットのターンテーブルに置く。フォトセンサが新たに果実が収穫されたことを検出すると,その果実が収穫された株(距離センサの値,およびICタグの株番号)を保存する。果実はマニピュレータによってマシンビジョンまで搬送される。その後,カメラによって果実の表裏の画像が撮影され,各種のパラメータを基に品質評価が行われ,コンテナに分類される。各果実の品質評価結果や質量が収穫場所と共にデータベースとして保存される。実験の結果,ロボットの構成要素は良好に作動し,改良したマシンビジョンアルゴリズムによって各果実のパラメータも抽出できた。株の特定に関しては,距離センサの場合はあらかじめ株と距離を対応付けておく必要があることや,スリップ等によって誤差が累積することが確認された。一方,ICタグを用いる方法は,ロボットの走行中でも株番号を読み取ることができた。また,ICタグに記録された株番号を読み取るだけでなく,各株に関する情報(病気の発生,防除や施肥など)を書き込んでおけば,他の管理作業にもその情報を応用できる可能性が確認された。平成21,22年度の研究においては,収穫したその場で品質評価を行うロボットシステムの改良を行った。マシンビジョンにおいては,果実の形状を詳細に表現するパラメータ(果実長,最大幅,曲がり,先細り,疑似体積など)が抽出可能となるアルゴリズムを改良した。また,果実収穫した株の特定には,ロボットの車輪と連動する距離センサ,および各株に装着したICタグ(株番号付き)をロボットが無線で通信する二通りの方法を比較した結果,非接触で株を特定できるICタグの有効性を確認した。実験ではあらかじめ株番号を保存したICタグをそれぞれの株に装着しておき,果実収穫が行われた株の番号をロボットに搭載したリーダ・ライタおよびアンテナを介して無線で読み取った。実験の結果,ICタグとの通信は良好に行われ,ロボットも問題なく作動し,改良したマシンビジョンアルゴリズムによって各果実のパラメータも抽出できた。平成22年度までの実験では,株を特定することのみにICタグを用いていたが,最終年度の研究においては,ICタグの情報に汎用性を付加することを検討した。移動型選果ロボットを管理作業用ロボットに見立てて,ICタグへの情報の入出力を想定した模擬実験を行った。たとえば,移動型選果ロボットによる作業中に,ある株に発生する病気を発見したと想定し,対象株のICタグに「病気発生」のメッセージを入力する。

その後,防除作業を想定したロボットがその株の前を通過したときに,ロボットが自動的にICタグと通信を行い,防除を行うべき株が存在することを作業者に知らせる。その株に対して防除が行われると,防除履歴(日時薬剤の種類など)がICタグに保存される。これらの模擬実験の結果,ICタグを介した情報の入出力は良好に行われ,本ロボットシステムを管理作業に応用することの可能性が確認された。
摺動効果と身体形状の最適融合に基づく移動ロボットの新機能創出

床面と滑り接触をしながら移動する劣駆動ロボットの運動生成と制御系設計に関して、最終年度は主に以下の研究成果を得た。前年度までの理論的・実験的研究を通して得られた匍匐型運動生成機序に関する知見を、より高機能な移動形態の創出へ向け理論研究を展開した。具体的には、2台の同一のロボットを連結し前後の運動を適切に非同期させることで前進運動を生成する手法、揺動質量の取付位置の修正と粘弾性要素の基本フレームへの付加により高速前進運動を生成する手法を提案し、数値シミュレーションを通して有効性を確認した。後者の数学モデルは後述する自動搬送装置の駆動源としても利用することとなった。上記に並行して、低摩擦路面上への適用を目的とした脚移動ロボットの運動生成と制御方法に関する理論研究も推進した。最終年度は、前年度までに構築した角運動量拘束制御に基づくステルス歩容生成理論の実現可能性を見直し、線形化モデルを用いた目標時間軌道生成や両脚支持期における上体の運動生成など、現実を考慮した理論拡張を中心に研究を展開した。また、複雑な路面環境への適応を目指して、下り階段上など強い非線形性の影響を受けるステルス歩容のための目標初期状態探索問題にも挑んだ。最終年度中、製造業者と匍匐型移動ロボットの工学的応用に関して議論をする機会に恵まれ、ロボットの前進しようとする動作を駆動源として用いた新しい自動搬送装置の着想を得た。具体的には、ロボットの身体フレームを受動回転関節を通して天井へ固定させ揺動質量を高周波振動させることで本体の往復運動を生成し、摺動を利用して本体と床面の間に挟まれた板状の搬送物体を移動させるというものである。基礎的な数学モデルを用いた数値シミュレータを開発し、適切に物理・制御パラメータを設定することで送り操作を達成できることを確認した。現在、理論検証用の実験システムの設計開発段階へと進んでいる。床面と滑り接触をしながら移動する劣駆動ロボットの運動生成と制御系設計に関して、平成28年度は主に以下の研究成果を得た。半円形状をした本体フレームと揺動質量から構成される劣駆動移動ロボットの基礎研究を通して、次の成果を得た。揺動質量を高周波振動させることで本体フレームと床面との接触点(以下、接地点)に摺動が生じ、ほぼ一定の速度で緩斜面上の前進運動生成が可能となることが数値解析を通して示されている。この現象を実機実験により確認すべく、試作機と実験環境の改良を行った。スライダクランク機構を採用することで安定した揺動質量の正弦波振動を実現し、最終的に数値シミュレーションと同様の運動が生成されることを確認した。また、揺動質量の前後非対称運動に基づく水平面上における前進運動生成の基礎的検討も開始した。数値シミュレーションを通して、直動関節や早戻りリンク機構を利用して適切に揺動質量を制御することで、前進運動生成が可能となることを確認した。現在、その実機検証へ向けて試作機の設計開発を進めている。上記の研究に並行して、支持脚接地点の摺動を伴う受動歩行運動についても解析を進めた。数学モデルに関しては、遊脚着地時に生じるインパルス的な動摩擦力の影響を考慮した非弾性衝突方程式の再構築を行った。受動歩行モデルとして4自由度のコンパス型2脚ロボットを考え、その数値シミュレーションによる運動解析を通して、3自由度受動歩行の基礎的特性(歩容の一意性、股関節粘性の必要性等)を明らかにした。また、半円形状をした足部の効果を利用することで、股関節粘性を用いなくても安定な3自由度受動歩行が実現可能となることを示した。更には、接地点の摺動を伴う場合にも安定な劣駆動2脚歩行運動を実現するための手法として、stealth walking(ステルス歩行)の概念を新たに提案し、その基礎的研究を行った。摺動と揺動を利用した劣駆動移動ロボットに関しては、改良した試作機を用いた下り斜面上における運動生成実験を通して数値解析結果の妥当性確認までを行った。重心の推進機序については十分に理解が進んでいないが、解析に必要な数値シミュレータや実機検証システムの準備は全て整った。支持脚接地点の摺動を伴う歩行運動についても、3自由度受動歩行の数学モデルの再構築や特性解析を通して重要な知見が得られ、その過程で歩行制御に関する次なる課題(ステルス歩行)も明確になった。以上の理由から、進捗状況はおおむね順調であると評価した。床面と滑り接触をしながら移動する劣駆動移動ロボットの運動生成と制御系設計に関して、平成29年度は主に以下の研究成果を得た。前後非対称揺動の効果に基づく水平面上の前進運動を実現すべく、半円形状をした本体フレーム内に早戻りリンク機構を搭載したモデルを新たに考え、数値シミュレーションによる解析を通して基礎的な運動特性を明らかにした。また、これに並行して理論検証用の実験機の設計開発も行い、水平面上の運動生成実験を通して数値解析結果の妥当性を確認した。上記の運動特性解析を通して、揺動の周波数と本体フレームの固有振動数が近い場合に大きな推進効果が得られる傾向が明らかにされた。この推進機序を更に明確化することを目的として、揺動質量の代わりにリアクションホイールを搭載したシンプルなモデルを新たに提案し、その本体フレームの絶対角度を正弦波軌道に追従させることで揺動のダイナミクスに依存しない摺動効果と推進特性の関係を調査した。数値解析を通して、振幅や周波数の増大に応じて前進運動が高速化すること、本体の重心位置を適切に設定することで更なる高速化が期待できることなどを明らかにした。

上記に並行して、凍結路面上の安定な脚移動の実現を目指したステルス歩行の理論研究も推進した。支持脚接地点まわりに駆動力を印加できない低自由度なポイントフットモデルを対象として、ゼロダイナミクスとして振舞う上体の運動の安定化、両脚支持期の短縮による高速化と高効率化、最短時間制御に基づく最高速歩容生成などの基礎的な問題に取り組み、ステルス歩行制御系設計の基盤を構築した。更に摩擦のない路面への拡張を目指して、支持脚接地点まわりの全角運動量の時間による3階微分をゼロに拘束する制御則(角運動量拘束制御)を新たに提案し、床反力の水平方向成分をゼロに保つことで安定な歩行が可能となることを数値シミュレーションにより確認した。摺動と揺動を利用した劣駆動移動ロボットに関しては、水平面上の前進運動生成を目指して早戻りリンク機構を搭載したモデルを新たに考え、数値シミュレーションによる運動解析を通して基礎的特性を明らかにするとともに、実験機の設計開発を行い基礎実験までを完了させた。また推進機序の理解を目指したシンプルなモデルの提案や複数台の連結に基づく運動生成の実現など、最終年度に繋がる重要な成果も幾つか得られてきている。ステルス歩行に関しても、上体の不安定化やこれに起因する非効率性などの基礎的な問題を解決し、角運動量拘束制御に基づく凍結路面上の安定歩行を実現するなど、着実に成果が得られてきている。以上の理由から、進捗状況はおおむね順調であると評価した。床面と滑り接触をしながら移動する劣駆動ロボットの運動生成と制御系設計に関して、最終年度は主に以下の研究成果を得た。前年度までの理論的・実験的研究を通して得られた匍匐型運動生成機序に関する知見を、より高機能な移動形態の創出へ向け理論研究を展開した。具体的には、2台の同一のロボットを連結し前後の運動を適切に非同期させることで前進運動を生成する手法、揺動質量の取付位置の修正と粘弾性要素の基本フレームへの付加により高速前進運動を生成する手法を提案し、数値シミュレーションを通して有効性を確認した。後者の数学モデルは後述する自動搬送装置の駆動源としても利用することとなった。上記に並行して、低摩擦路面上への適用を目的とした脚移動ロボットの運動生成と制御方法に関する理論研究も推進した。最終年度は、前年度までに構築した角運動量拘束制御に基づくステルス歩容生成理論の実現可能性を見直し、線形化モデルを用いた目標時間軌道生成や両脚支持期における上体の運動生成など、現実を考慮した理論拡張を中心に研究を展開した。また、複雑な路面環境への適応を目指して、下り階段上など強い非線形性の影響を受けるステルス歩容のための目標初期状態探索問題にも挑んだ。最終年度中、製造業者と匍匐型移動ロボットの工学的応用に関して議論をする機会に恵まれ、ロボットの前進しようとする動作を駆動源として用いた新しい自動搬送装置の着想を得た。具体的には、ロボットの身体フレームを受動回転関節を通して天井へ固定させ揺動質量を高周波振動させることで本体の往復運動を生成し、摺動を利用して本体と床面の間に挟まれた板状の搬送物体を移動させるというものである。
部分溶融マントルにおけるメルトの集積・移動メカニズムの解明

ニカンベツ岩体には,斜長石-スピネル安定領域で母岩から分離・集積した部分溶融メルトが固結したと考えられる斜長石脈を多数含む斜長石レルゾライト層が5層準確認された。各層の厚さと単位面積あたりの斜長石脈の出現頻度,斜長石脈の規模が岩体底部から上部に向かって増加する。これらは,平衡温度の上昇に伴う部分溶融の程度の増加で説明可能である。XRFによる全岩化学組成の検討によると斜長石脈を含む層準の斜長石レルゾライトが最も初生的マントルの組成に近いことがわかった。従って,斜長石脈を含む層準は,そのfertileな性質ゆえに同平衡温度でも部分溶融の程度が高かったことが,効率的にメルト脈として母岩からメルトが分離・集積できた要因であった可能性がある。ニカンベツ岩体のかんらん岩類は,より低温相と考えられる幌満岩体のかんらん岩の全岩組成領域とほぼ重なるが(1)メルト成分に著しく枯渇するハルツバージャイト相を欠く,(2)斜長石レルゾライト相の占める領域が広く,その領域は幌満岩体の斜長石レルゾライト全域とシンプレクタイトを含むレルゾライト領域の一部に及ぶ,という点が異なる。(1)は,分離マグマからのキュムレート相であるダナイトがニカンベツ岩体では幌満岩体の1/1001/1000規模しか発達していないため,メルト成分に著しく枯渇した岩相が成長できなかったことで説明可能である。また,(2)は,Al_<2>O_<3>やCaOに乏しい斜長石レルゾライトの野外での産状が,斜長石を含まないレルゾライトとの境界部付近に限られること,鏡下ではシンプレクタイトの形態が残留しているが必ず斜長石を伴っていることから,低温相の幌満岩体ではシンプレクタイトを含むレルゾライト相として出現する岩相が高温相であるニカンベツ岩体では,部分溶融+サブソリダス反応の進行によって斜長石が形成され斜長石レルゾライトとして出現したため,と考えられる。