hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ウェアラブル計測器による運動耐容能評価法の開発

慢性閉塞性肺疾患(COPD)に対して6分間歩行試験が日常生活における運動耐容能を評価する手法として推奨されて広く実施されている。6分間の歩行距離は主要なアウトカムであり生命予後と関連するが、近年、試験中に持続的にバイタルサインをモニタリングすることでより多くの情報が得られるようになってきた。呼吸数は呼吸困難感と関連を示すものの、6分間歩行試験中には目視の計測が難かしく、マスクを用いた計測は高齢者中心のCOPD患者には負担が大きいことから十分に検討されていなかった。本研究ではウェアラブルセンサを用いた非侵襲的な呼吸計測システムを歩行試験に適用することで、日常生活動作における労作時低酸素と呼吸パターンの関連を明らかにし、患者理解に役立つ運動耐容能の新たな評価法の作成に向けた研究基盤を確立することを目的に取り組みを進めている。本年度は、昨年度までに開発したウェアラブル呼吸数呼吸計測システムを用いて臨床での測定環境を構築し、実際の歩行試験における測定の妥当性検証を行った。健常成人とCOPD患者が6分間歩行試験の際に呼吸数計測システムを利用した。1分毎の呼吸数をアウトカムとして歩行試験における呼吸数の精度を市販の呼気CO2モニターで得られる呼吸数と比較、検証した。これまでに若年健常者とCOPD患者の40名以上に対して測定を行った。ウェアラブルセンサは呼吸数を誤差4回以内で測定しており、許容範囲内のデータが得られたと考えている。実験結果は国内外の学会にて成果を発表し、システムの呼吸数精度検証に関する健常者の予備データは国際学術雑誌へ投稿している。2018年度は、申請書記載の研究項目1(呼吸数計測システムの基盤開発と精度検証)を本実験となる臨床の6分間歩行試験においても実施し、研究項目2(動作時の低酸素血症に関連する呼吸数パターンの検討)に着手した。項目3(日常生活中の呼吸数モニタリング)は予備実験を行った。項目1は、健康若年成人および安定期COPD患者を対象に行なった。患者群は、倫理審査委員会の承認が得られた三施設より募集を行なった。対象者は呼吸数計測システム、パルスオキシメーター、呼気CO2モニタを装着し、標準的な手技に基づいて6分間歩行試験を行った。精度分析は1分毎の呼吸数をアウトカムとして、CO2モニタから得た呼吸数と比較した。年度末までに、健常者群およびCOPD群各23名のデータが集まり、誤差は±4回/分以内で臨床評価に概ね許容できる精度と考えられた。低酸素血症と呼吸数に関する分析は、症例数を蓄積している段階である。項目1の臨床での精度検証および項目2の一部は国内外で学会報告を行った。また、2017年度に実施した呼吸数計測システムの実験結果を国際誌に論文投稿した。項目3は、健常若年者を対象に座位、立位、歩行および走行、臥床時に呼吸数計測システムの精度検証をFlowセンサおよびインピーダンス式呼吸モニタとの比較で実施した。臥床を除く動作時にはインピーダンス式モニタと同程度の精度であることが確認されたが、臥床時には精度が大きく低下し抜本的な見直しが必要と考えられた。同実験の結果の一部は2018年度の国際学会にて報告を行った。以上から、全ての研究項目について着手した。項目1は実施、評価に至り、項目2は、実験環境を構築し症例を蓄積している。3つ目の日常生活中の呼吸数計測については、技術的な課題が大きく見直しが必要と考えられた。以上のことから、「概ね順調に進展している」との評価とした。2019年度は、呼吸数計測システムの6分間歩行試験における妥当性が2018年度において概ね確認されたため、研究計画における二つ目の臨床アウトカムと呼吸数の関連を検証することを優先して取り組みを進めていく。2018年度までに三つの医療機関にて倫理審査が完了し、臨床での測定が開始できている。2019年度は、引き続き症例数を蓄積し、最終的な分析と研究課題に関する考察を行うことが目標となる。最終年度となるため、症例数の蓄積を促進するために2018年度までに目標症例数に達した二施設での測定を終了し、研究資源を残る施設での測定に集中する計画である。また、2018年度には測定に至らなかったが研究協力が得られる見込みの施設については、引き続き調整を行って施設数が増加できるように進める。他方で、2019年度より研究代表者の所属機関が変更となったため、確実に症例数が蓄積できるように現在、取り組みが進んでいる一施設での測定を最優先に行うこととする。分析にあたっては、COPDと健常群との間で呼吸数を含む呼吸循環の変数の時間変化パターンを比較していく。続いて気流閉塞の重症度や低酸素血症の有無によって呼吸数にどのような変化が認められるか検証していく。分析にあたっては、協力医療機関を含む呼吸器や呼吸リハビリテーションの専門家から助言を求めながら進めていく予定である。また、最終年度にあたるため2018年度までに行った成果を国内外の看護およびリハビリテーションに関する多職種の学術集会で報告し、6分間歩行試験中のCOPDおよび健常者に関する呼吸数計測システムの妥当性検証に関する成果については国際学術雑誌への論文投稿を目指す。本研究の目的はウェアラブルセンサを用いた非侵襲的な呼吸計測システムを利用して、日常生活動作における労作時低酸素や運動耐容能と関連する呼吸パターンを検討することである。ヒトの呼吸では胸郭が周期的に拡張するため臨床場面ではベッドサイドでの呼吸数の数え上げに利用されている。

これまで本研究では、胸郭運動を体幹に装着したストレッチセンサの伸縮により計測し、呼吸数を検出する試みを行なった。上部胸郭にセンサを装着することで代表的な日常生活動作である歩行、着座および椅子立ち上がりを含む動作時にも比較的高い精度で呼吸数が計測することができた。平成29年度の成果としては、リハビリ職種へのヒアリングや臨床で呼吸器疾患を対象に利用が広がっている簡便な運動耐容能評価の6分間歩行試験を応用場面と定め、歩行及び着座と椅子立ち上がりを含む動作時の呼吸数検出精度の検証を行なった。呼吸の周期性に、過去の振幅や周期の情報を加えた計算方法により上記の体動時にも高い精度で呼吸数が検出できることを確認した。上部胸郭と下部胸郭の二箇所で検証を行ない、およそ同等の精度を認めた。姿勢変化の影響を考慮し、上部胸郭が主な計測対象とすべきであると結論付けた。上記の成果は、第27回日本呼吸ケア・リハビリテーション学会にて口頭発表を行ない、具体的な臨床応用に必要な要素や医療職者との議論を行なった。次年度は慢性閉塞性肺疾患の患者が行なう6分間歩行試験において正確に呼吸が計測できるかを検討していく。また本年度の成果については、国際学会への報告および論文化を目指して作業を進めていく予定である。慢性閉塞性肺疾患患者での臨床利用を進めていくために県内のメーカーと共同で試作品の製作にも取り組んでいる。申請書の計画では、健常者の日常生活動作を対象に体動中の呼吸計測の妥当性検証および装具イメージの検討を挙げていた。対象動作を臨床経験を持つリハビリ職種との議論や現在、臨床応用が広がっている運動耐容能試験である6分間歩行試験に絞り、異なる速度帯および着座、椅子立ち上がりの動作における呼吸数検出の精度検証を行なった。波形の周波数解析により想定範囲の動作では呼吸の周期との差が大きいことから、基本となる周期性を利用した差分アルゴリズムによりFLOWセンサと比較して健常者において高い精度で呼吸数が検出することができた。装具イメージにかかる装着部位については、上部胸郭(胸部)と下部胸郭(腹部)のセンサ精度を比較し、同等の精度を認めたため姿勢変化の影響を受けにくい上部胸郭を主な計測対象とすべきと結論付けた。更に、文献検討から本邦の慢性閉塞性肺疾患の患者が臨床で利用するために必要な仕様やデバイスの形状について検討を行い、県内メーカーと共同で試作品の開発を行なった。次年度の臨床研究に進めるために、医療機関への説明を行い複数の施設から内諾を得ており所属機関での倫理審査を進めている。以上のことからおおむね順調に進展していると評価した。慢性閉塞性肺疾患(COPD)に対して6分間歩行試験が日常生活における運動耐容能を評価する手法として推奨されて広く実施されている。6分間の歩行距離は主要なアウトカムであり生命予後と関連するが、近年、試験中に持続的にバイタルサインをモニタリングすることでより多くの情報が得られるようになってきた。呼吸数は呼吸困難感と関連を示すものの、6分間歩行試験中には目視の計測が難かしく、マスクを用いた計測は高齢者中心のCOPD患者には負担が大きいことから十分に検討されていなかった。
「三行書明」活動を取り入れて数学を「活用する力」を高めるための実践的研究

中学校数学の全国学力・学習状況調査で示されたような数学を「活用する力」を高めるための指導のあり方について、事象を数学的に解釈することや自分の考えを数学的に表現することの説明を三行程度書くという「三行書明」活動を取り入れた授業を構想、実施し、生徒の学習の様相を分析して、実証的に考察する。α:知識・技能などを実生活の様々な場面で「活用する力」では、数学的事実を発話することに限定しがちな指導に対して、生活経験と数学的事実の両者を発話することを許容し、両者のズレから数学的事実の特性を理解するという指導を定立し、中学2年「図形の調べ方」で手紙の書式と証明のしくみを対比する「三行書明」活動を取り入れた授業を構想、実施した。生徒は、手紙を書くという経験をもとに、伝えたい数学的事実を「どのような道筋でどのように構成するか」を創造的にとらえる様相が見られ、定立した指導の有効性が示唆された。β:様々な課題解決のための構想を立て実践し評価・改善する「活用する力」では、生徒の戸惑いを回避するという指導に対して、生徒の戸惑いを醸成し、生徒の「既習内容を用いて解決する」という意欲を喚起する指導を定立し、中学2年「式の計算」で誤答を修正する「三行書明」活動を取り入れた授業を構想、実施した。生徒は、計算法則を根拠として正しい計算処理の仕方を理解すると共に、自己の誤答を省察する様相が見られ、定立した指導の有効性が示唆された。γ:α、βの両方にかかわる「活用する力」では、既成の数学概念を問い直さないという指導に対して、否定発問により既成の数学概念を問い直すという指導を定立し、中学2年「一次関数」で連立方程式を用いた解き方は変化の割合を用いた解き方と同じかどうかを問う「三行書明」活動を取り入れた授業を構想、実施した。生徒は、連立方程式の加減法と変化の割合の考え方を統合する様相が見られ、定立した指導の有効性が示唆された。
寒冷応答組織の体系的遺伝子発現プロファイルによる革新的凍死診断法の確立

本研究は、遺伝子発現プロファイリングを用いて生体恒常性維持システムの分子メカニズムを明らかにし、死因究明が最も困難な病態の一つである凍死(低体温症)の確定診断に応用可能な新規分子マーカーを同定する。具体的には、【1】次世代シークエンスを用いた熱産生組織(褐色脂肪組織及び腸腰筋)における寒冷暴露及び凍死特異的に発現する機能性microRNA・mRNAの同定及び包括的解析、【2】実症例を用いた凍死の死因究明に資する寒冷暴露及び凍死特異的遺伝子の同定である。本研究成果により、それらを指標とした凍死の新しい法医分子病理学的診断法を確立する。
環境を配慮した作物生育最適化のための定量的イメージング技術の開発

植物の養分元素の動態をリアルタイムで計測するために養分元素の放射性同位体を用いたイメージング装置の開発を行った。平成22年度は装置の分解能ならびに感度向上、植物試料の調製法について検討を行った。使用するアイソトープから放出される放射線のエネルギーにより分解能ならびに感度が異なるため、まず、リン(P-32)について、β線を光に変換するシンチレータの種類、厚さを検討した。分解能を求めるため、放射性リンをインクと混合し格子状の標準試料をインクジェット印刷により調製することが可能となった。得られた画像を解析したところ、分解能が約50μmに向上したことが判った。シンチレータについてはテーパーフォスに蒸着させたものと、ガラス板に蒸着させたものを比較したが、テーパーフォスの方が感度・分解能共に高いことが示された。植物試料については、地上部に光を照射し、地下部は遮光させた状態で、根から吸収されたリン酸が地上部へ移行するイメージングが可能となった。イネについては、土壌に生育させた場合と水耕液に生育させた場合のリン酸吸収動態のリアルタイム画像の比較を行うことが初めて可能となった。暗いところから明るいところまでイメージングすることは蛍光イメージングでは不可能であること、また土壌や溶液の中の化学物質の動態をリアルタイムで可視化させたことは初めての成果であり、現在論文を準備中である。リン酸吸収動態の連続画像を解析した結果、水耕栽培の場合には土壌栽培と比較してイネの吸収量は10-30倍高くまた生育もはるかに良いことが判ったまた土壌栽培の場合には根近傍土壌中のリン酸のみが根に供給されていることが示された。
放射線被ばくによる子どもを持つことへのセルフスティグマの形成・軽減・影響の検討

福島第一原子力発電所の事故以降、妊産婦の放射線被ばくへの不安が強い。将来、子どもを持ちたいと考える者が、放射線被ばくに対する偏見・差別(スティグマ)に曝されることで、自身へのセルフスティグマを抱き、精神健康に負の影響を及ぼすことが予想される。将来子どもを持つことについて、放射線被ばくに関連したセルフスティグマの1形成要因、2軽減要因、3セルフスティグマが及ぼす影響を検討することを目的とした。2018年の調査結果は、2017年に作成した調査票に基づきアンケート調査を実施した。調査対象者は、福島県の大学に通う女子大学生275名とした。調査内容は、将来の出産・育児に対するイメージとその関連要因(放射線の健康影響認知、放射線に関する知識、放射線について相談できる人の有無、自尊感情、QOL尺度、抑うつ、援助要請態度、将来妊娠と出産を考えているか、学業ストレス、ヘルスリテラシー等)とした。2015年事前調査データと2018年調査データを解析した結果、将来の妊娠出産・育児イメージの1形成要因として放射線の健康影響認知や将来のパートナーの放射線影響不安、2軽減要因として放射線に関する相談者の存在、3影響要因として自尊感情の低下が考えられる。加えて自尊感情の低下に伴う二次的な抑うつ傾向なども考えられた。これらの結果から、福島県における将来の妊娠出産・育児イメージの改善には、放射線に関する不安対策だけでなく、放射線に関して相談できる環境の整備も重要であることが考えられる。将来子どもを持つことについて、放射線被ばくに関連したセルフスティグマ(男性を含む)の1形成要因、2軽減要因、3セルフスティグマが及ぼす影響を検討することを目的とした。研究1年目は、1形成要因、2軽減要因、3セルフスティグマが及ぼす影響の項目を抽出することを目的として、(1)セルフスティグマに関する文献レビュー、(2)専門家へのインタビュー調査を行った。(1)セルフスティグマに関する文献レビューの結果、1形成要因として「偏見を受けている意識」「否定的認識」、2軽減要因として「否定的認知の変容」「地域住民の知識普及」、3セルフスティグマが及ぼす影響として「自己効力感の低下」「自尊感情の低下」「QOLの低下」が挙げられた。また、自己効力感や自尊感情の低下に伴い、二次的に抑うつ傾向などにつながることが示唆された。(2)福島県にある某大学の養護教員および学生相談員を対象にインタビュー調査をした結果、1形成要因として、「周囲での否定的体験談を聞くこと」などが考えられた。2軽減要因として、放射線被ばくに伴う「不安を周囲と話すこと」、「周囲も同不安を感じていると知ること」が挙げられた。3セルフスティグマが及ぼす影響として、「不安を周囲と相談できない」「(パートナーおよびパートナー家族からの)受け入れ不安」などが挙げられた。将来子どもを持つことについて放射線被ばくに関連したセルフスティグマの1形成要因、2軽減要因、3セルフスティグマが及ぼす影響の項目を抽出するために、(1)専門家へのインタビュー調査、(2)自由記述形式の質問紙調査(20名程度)を実施する予定であったが、(1)専門家へのインタビュー調査の実施に留まった。研究代表者が平成28年10月1日に異動したため、倫理委員会への申請・承認等に遅れが生じ、(2)自由記述形式の質問紙調査に至らなかったと考える。1年目は、(2)自由記述形式の質問紙調査に至らなかった代わりに、セルフスティグマに関する文献レビューを行い、1形成要因、2軽減要因、3セルフスティグマが及ぼす影響について検討を行った。研究2年目は、セルフスティグマに関する文献レビューと専門家へのインタビュー調査の結果について、専門家間で議論を行い質問紙調査票の作成を行った。セルフスティグマの形成要因と軽減要因としては、研究者等が作成した放射線被ばくによる妊娠出産・育児に対する態度尺度(Fukushima Future Parents Attitude Measure:FPAM尺度)、放射線の健康影響についての認識尺度、放射線に関する知識の有無、放射線について相談できる人の有無、東日本大震災発生時の居住していた都道府県等を評価することとした。FPAM尺度は、放射線被ばくによる将来の妊娠出産と育児に対するイメージを6項目(短縮版は2項目)で評価する尺度である。セルフスティグマが及ぼす影響要因は、自尊感情尺度、QOL尺度、抑うつ尺度、援助要請尺度、将来妊娠と出産を考えているか等を評価することとした。現在は、質問紙調査の対象施設の担当者等と調査実施に関する打ち合わせが完了しており、質問紙の実施準備中である。質問紙調査に含める「放射線被ばくによる妊娠出産・育児に対する態度尺度」を研究者等が作成したが、予想以上に学術雑誌への掲載までに時間がかかってしまい、質問紙調査の実施までに時間がかかってしまった。上記尺度が学術雑誌に掲載されたので、質問紙調査の実施に移る。

福島第一原子力発電所の事故以降、妊産婦の放射線被ばくへの不安が強い。将来、子どもを持ちたいと考える者が、放射線被ばくに対する偏見・差別(スティグマ)に曝されることで、自身へのセルフスティグマを抱き、精神健康に負の影響を及ぼすことが予想される。将来子どもを持つことについて、放射線被ばくに関連したセルフスティグマの1形成要因、2軽減要因、3セルフスティグマが及ぼす影響を検討することを目的とした。2018年の調査結果は、2017年に作成した調査票に基づきアンケート調査を実施した。調査対象者は、福島県の大学に通う女子大学生275名とした。調査内容は、将来の出産・育児に対するイメージとその関連要因(放射線の健康影響認知、放射線に関する知識、放射線について相談できる人の有無、自尊感情、QOL尺度、抑うつ、援助要請態度、将来妊娠と出産を考えているか、学業ストレス、ヘルスリテラシー等)とした。2015年事前調査データと2018年調査データを解析した結果、将来の妊娠出産・育児イメージの1形成要因として放射線の健康影響認知や将来のパートナーの放射線影響不安、2軽減要因として放射線に関する相談者の存在、3影響要因として自尊感情の低下が考えられる。加えて自尊感情の低下に伴う二次的な抑うつ傾向なども考えられた。これらの結果から、福島県における将来の妊娠出産・育児イメージの改善には、放射線に関する不安対策だけでなく、放射線に関して相談できる環境の整備も重要であることが考えられる。今後は、放射線被ばくに関連したセルフスティグマの1形成要因、2軽減要因、3セルフスティグマが及ぼす影響の項目を抽出するために(1)自由記述形式の質問紙調査(20名程度)を行う。また、上記で抽出した重要項目の精査を目的として、(2)専門家間でのパネルミーティング、(3)100名程度を対象とした質問紙調査を行う予定である。福島県施設での質問紙調査、データの解析、得られた成果の英文誌への投稿をおこなう。加えて、調査結果を調査対象施設にフィードバックするとともに、有効なプログラム立案およびパンフレット作成を行う。質問紙調査に含める「放射線被ばくによる妊娠出産・育児に対する態度尺度」を研究者等が作成したが、予想以上に学術雑誌への掲載までに時間がかかってしまい、質問紙調査の実施時期が次年度にずれた。そのため、質問紙調査の実施にかかる費用が未使用となってしまった。上記尺度が学術雑誌に掲載されたので、質問紙調査の実施、英語論文作成に伴う英文校正、学術雑誌への投稿、調査結果のフィードバックに研究費を使用する。
ラット全脳虚血モデルを用いた低脳温の脳保護効果に関する実験的検討

低体温下の脳虚血モデルを作成し、常温下の脳虚血モデルと脳虚巣の範囲を比較検討する実験を行ってきた。昨年は麻酔薬による脳保護効果の影響を検討するための基礎実験をPropofolを用いて行った。その結果、Propofolは虚血による脳障害の発生を遅延させることはできるが、防止する効果は認められなかった。今回はさらに他の因子による影響を検索するために、脳虚血モデルに頚静脈の結紮を行った群(V群)を6頭作成し、脳虚血に静脈還流障害が加わった時の脳虚血巣の範囲を通常の脳虚血群(C群)と比較検討した。(結果)虚血後1日目の剖検において平均脳梗塞巣(C群47%、V群54%)であり有意差は認めなかったが、V群で梗塞巣が広い傾向を示した。(P>0.05)(考察)今後さらに14日目の梗塞巣の広がりについて検討する必要があり、又1日目の梗塞巣についてもnを増加することで有意差が出現すると考えられる。以上の結果に今後、虚血に対する低体温の保護効果の実験を追加する。弓部大動脈瘤(解離性を含む)術後脳梗塞の原因の一つとして、超低体温からの復温時や術後の一過性の高脳温が考えられるため、低体温下の脳虚血モデルのラットを作成し、虚血後の低体温処置群と無処置群に分け脳梗塞巣の比較検討を行うこととした。この実験に際し、実験モデルの確立、麻酔薬による脳保護効果の影響を検討するため、現在臨床で用いられている薬剤の一つであるPropofolを用い脳梗塞巣の比較検討を行った。Propofolは虚血性脳障害に対しそのdamageを軽減させる効果があるといわれているが、虚血後長期の効果は明かではない。従って今回Propofol投与における虚血後1日目と14日目の脳梗塞巣の比較検討を行った。コントロール群としてPropofol未投与の脳虚血モデルのWKYラットを用いた(C群)。イソフルレンの麻酔下に一側の外頚動脈及び総頚動脈を結紮し、Propofolを初回大量投与(2mg/kg)し、以後持続投与(200μg/kg/min)した(P群)。虚血後90分にてイソフルレンおよびpropofolの投与を中止した。実験中は前頭蓋温にて37°Cに維持した。虚血後1日目(n=12/group)と14日目(n=12/group)にそれぞれ脳を摘出した。摘出した脳は1mm毎にスライスし4%TTC液にて染色し梗塞巣の容量を画像解析し算出した。(結果)虚血後1日目の剖検において平均脳梗塞巣、C群47%、P群28%と有意差を認めた。(P<0.05)虚血後14日目の剖検例においては、C群40%、P群38%と有意差を認めなかった。(考察)今回の実験結果よりpropofolについて、虚血による脳障害の発生を遅延させることはできるが、防止する効果は認められないことが示唆された。今回の実験を基に、今回と同モデル及び手技を用い脳虚血後の低体温の脳保護効果について検討する予定である。
鉄鋼の腐食生成物固定法としてのレーザーラマン分光法の確立

金属の腐食は、種々の耐食性構造材料の寿命を左右するものである。腐食生成物の組成、性状が環境の変化に敏感であることを考えると、実環境下での腐食過程の測定が望まれる。本研究では、鉄鋼の腐食生成物つまり「さび」の実環境下での同定法としてのレーザーラマン分光法を確立することを目的として、以下のことを試みた。1.各種鉄酸化物ならびに水酸化物のラマンスペクトルの測定。未整理の鉄酸化物(α-、γ-Fe_2O_3、Fe_3O┣D24)と水酸化物(α-、γ-、β-FeOOH)のラマンスペクトルを測定した。ここで、これらの酸化物のレーザー光照射による加熱のための変質を避けるために新たに、ステンレス鋼上にKBrを用いて薄膜(厚さ数μm)として分散固定する手法を開発した。2.鉄および低合金鋼上の大気腐食生成物のラマンスペクトルの測定。鉄ならびに低合金鋼(3種)を2080°Cに保ち、水滴を滴下してさび層を生成させた時の鉄さびの組成の経時変化を測定した。80°Cでは常にFe_3O_4のみが観察されるが、50°C以下では水滴に含まれるアニオン種、酸化時間、合金添加元素により、さびの組成は異なる。初期さびは主にγ-FeOOH、数日後にはγ-Fe_2O_3、Fe┣D23O┣D24┫D2、α-Fe┣D22┫D2O┣D23が生成した。3.高温酸化実験測定用ラマン分光セルの制作。最高300°Cをめどに高温大気腐食実験用の"その場"ラマン分光セルを試作した。これを使う実験は未だ開始していない。4.光ファイバー利用の遠隔操作ラマン分光法用装置。分光器と離れた場所にある反応箇所を測定するために光ファイバーでレーザー光ならびにラマン光を伝送するシステムを試作し、その基本性能を調べた。特に、光ファイバー導入に伴う光量損失を検討した。本研究では,題目の通り,鉄鋼の腐食生成物つまり「さび」の同定法としてレーザーラマン分光法を確立することを目的としている.本年度は以下のことを試みた.1.各種鉄酸化物ならびに水酸化物のラマンスペクトルの測定.未整理の鉄酸化物(α-, γ-Fe_2O_3, Fe_3O_4)と水酸化物(α-, γ-, β-FeOOH)のラマンスペクトルを測定した.ここで,これらの酸化物のレーザー光照射による加熱のための変質を避けるために新たに,ステンレス鋼上にKBrを用いて薄膜(厚さ数μm)として分散固定する手法を開発した.これらの手法により良好なスペクトルが得られた.2.鉄の大気腐食生成物のラマンスペクトルの測定.鉄を5080°Cに保ち,水滴を滴下してさび層を生成させた時の鉄さびの組成の経時変化を測定した.

80°Cでは常にFe_3O_4のみが観察されるが, 50°Cでは水滴に含まれるアニオン種ならびに酸化時間により,さびの組成は異なり,初期さびは主にγ-FeOOH,数日後にはγ-Fe_2O_3, Fe_3O_4, α-Fe_2O_3が条件に依存して生成した.3.高温酸化実験測定用ラマン分光セルの製作.最高300°Cをめどに高温大気腐食実験用の"その場"ラマン分光セルを試作した.これを使う実験は未だ開始していない(次年度予定).4.光ファイバー利用の遠隔操作ラマン分光法用装置.現在,光ファイバーの先端に小型の分光器を取り付け,レイリー光の影響を極力避けるような装置を組み立てている.次年度にこの装置の基本特性を求め,さらに改良を加えて,実用化を目指す.レーザーラマン分光法を鉄鋼材料の腐食研究手法として確立するために本年度は以下の研究を行った。1.鉄ならびに低合金綱(耐候性綱2種、普通綱1種)の水滴下腐食時の腐食生成物の"その場"ラマン測定セルを作製した。セルは小型電熱板で、上に置かれた綱試料の温度制御が可能となっている。試料は水平面上に置かれており、試料面の水滴による腐食の生成物をそのままラマン分光できる。実験は23°C、35°C、50°Cの各温度で、溶液種を変えて、時間の関数として測定された。腐食生成物は初期にはγ-Fe00Hが主であるが、その他α-Fe00H、α-Fe203、γ-Fe203、ならびにFe304が条件により生成してくる。また、水滴下でのアノード部(水滴中心部)とカソード部(水滴外縁部)での腐食生成物組成の違いを検討した。2.高温酸化実験測定用ラマン分光セルの制作。前年度試作した、300°Cまでの高温大気腐食実験用の"その場"ラマン分光セルの基本性能を調べた。この装置の用いた実験は一部始めたが未だ充分なデータは得ていない。3.光りファイバー利用の遠隔操作ラマン分光法用装置。分光器と離れた場所にある反応箇所を計測するために光ファイバーでレーザー光ならびにラマン光を伝送するシステムを試作し、その基本性能を調べた。装置はレーザー光伝送光ファイバーからのラマン光消去用の小型2重分散分光器、試料からのラマン散乱光をラマン分光装置に導く光ファイバーからなっている。光ファイバー導入に伴い、レーザー光は約1/3光量損失し、またラマン散乱光の集光効率は約1/3に落ちる。現在この効率の現象を小さくするために、集光系レンズなどの最適化を計っている。
小スケール曲率ゆらぎの観測とインフレーション

昨年度は5本の論文(arXiv:1605.04646, 1606.07631, 1609.08876, 1611.06130, 1701.02544)を提出した。1つ目の論文では小スケールにもし大きな曲率ゆらぎが生じていた場合、それがビッグバン元素合成に与える影響について再考察し、既存の結果が定性的レベルで修正されることを示した。また3つ目の論文では、曲率ゆらぎのスクィーズド極限バイスペクトルに関し、近年指摘されているゲージ依存効果についての新たな理解を示し、簡単な計算アルゴリズムを提唱した。これは今後、実際に何らかの観測(宇宙背景放射や銀河バイアス等)によってバイスペクトルを測定し、それを宇宙初期の物理と対応させるときに非常に重要になってくる。残りの論文では原始ブラックホールについて議論している。昨年LIGOグループが初の重力波直接検出を発表し話題になったが、この重力波は重いブラックホール連星の合体から来ており、こうしたブラックホールが原始ブラックホールである可能性も注目されてきている。また伴って、原始ブラックホールが暗黒物質である可能性も再注目されてきた。そこで我々は実際に具体的なインフレーション模型を構築し、原始ブラックホールがLIGOの重力波イベントや暗黒物質を説明しうるか、また他に検出方法があるかどうかなどを検証した。これら研究成果に関し、国際会議で2度,国内会議で1度口頭発表を行った.また国内外合わせて4つの研究機関でセミナー発表を行った.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。私は前年度までにインフレーションによって生成される曲率ゆらぎを非摂動的に計算する手法を提唱してきた(arXiv:1308.4754, 1405.2187)。本年度はそれを用いてハイブリッドインフレーションの臨界点付近で作られる曲率ゆらぎを計算し、それによって重い原始ブラックホールができる可能性を模索した。結果ハイブリッドインフレーションにおいてはパラメータによらず重い原始ブラックホールはむしろ作られ過ぎてしまい、そのような可能性は棄却されることがわかった(arXiv:1512.03515)。これらの結果は、国際会議LeCosPA International SymposiumやイタリアのPadova大学、フランスのIAPのセミナーで発表し、国内でも物理学会や、京都およびKEK等のセミナーで発表した。また前年度に行った、原始ブラックホールに対するバイアス効果の研究について、その結果を国際会議COSMO-15で発表するとともに、国内物理学会でも発表している。本年度の研究ではハイブリッドインフレーションに関して統一的な理解を非摂動的に得ることができた。これはこれまでに予想し得なかった成果である。また国際会議COSMO-15で知り合ったPortsmouthのVennin博士研究員と、上述した非摂動的手法についての研究を始めるきっかけを作ることができ、現在共同研究が進行中である。すなわち本年度の研究によって国際的コミュニティに参加する1つの足がかりができたということである。これら研究成果に関し、国際会議で2度,国内会議で1度口頭発表を行った.また国内外合わせて4つの研究機関でセミナー発表を行った.今後は上述したようにVennin博士と非摂動的手法についての共同研究を進めるとともに、宇宙線研究所の川崎教授およびカブリ数物連携機構の柳田教授と、具体的に原始ブラックホールを作ることができるインフレーション模型を構築していく予定である。また宇宙線研究所の修士2年の猪又さんとはビッグバン元素合成から曲率ゆらぎに制限をかける研究を進めているところである。
粒子間力の存在する固気流動層内の気泡発生・発達の理論的・数値的解析

報告者は昨年度までに,流れ場と非球形粒子の自由運動の相互作用が支配的な場で,粒子運動の安定性について数値的に解析し,運動の軌跡などを,粒子の幾何学情報で整理する手法を提案した.本年度はこの知見に基づいて,複数の球形/非球形/可変形粒子が存在する流れ場における,粒子群の集団現象に取り組んだ.まず,複数の球形粒子間に粒子間力が存在する場を考えるため,最も単純なモデルの一つとしてレナード・ジョーンズモデルを選んだ.この分子間力モデルはたった二種類のパラメータしか持たないが,様々なパラメータ値に固定して,規則的な初期配置の粒子集団(バルク体積率0.1%以下)を自由落下させた場合,解(集合体形状,流体抵抗および落下速度)の分岐現象が存在することを示した.この非線形現象は,粒子間力を伴う比較的少ない粒子集団(10以下)が特徴的に示す,流体力を介した粒子集団現象の素過程の一つと考えられる.つづいて,もう少し規模の大きい粒子集団における非線形集団現象に,非球形性および可変形性が与える影響の解析を行なった.独自開発の複雑形状剛体の周りの流れの高速解法を発展させ,弾塑性物体を含む流れ場の解析を可能にした.複数(32128個)の可変形粒子が自由落下する流れ場において,乱れた流れ場を介した粒子運動の集団現象を取り扱った.初期の粒子形状として円形および楕円形を選び,固体のヤング率と流体の基準圧力の比E'を1100で変化させたところ,粒子は流体力を受けて,それぞれ特徴的な形に変形して落下する様子を捉えた.また円形と楕円では,平均流体抵抗は非球形性に支配的な影響を受け,可変形性が与える影響はわずかであると分かった.しかし粒子の落下速度は,楕円の方が(揺動を伴った運動のため)ばらつきが大きく,そのばらつきはE'の値が小さいほど大きい傾向を示した.特に初期にアスペクト比の大きい楕円の場合は,自身の慣性および流体から受ける回転に対する抵抗により回転が抑制される傾向があり,可変形の影響が最も顕著に現れた.固体と気体が入り乱れて存在する流動場(固気二相流)は,工業プラントや製薬,加工,気象などの幅広い分野に,様々なスケールをもって現れる.しかし一般に相間相互作用のために複雑な流動様式を取り,異なるスケールの流れ場に共通する法則を見出す事は難しい.本研究では固気流れ場に適した全体安定性解析を用い,粒子近接場から遠方場までの幅広いスケールに渡る固相=気相相互作用の特徴を,固有モードとして特定することによって,粒子を含む流れ場の階層構造を明らかにする事を目的とする.報告者はまず,提案した全体安定性解析の性質を調べる目的で,当手法を単一球形粒子が存在する空間発達流れ場に適用し,空間非対象性および間欠性をもつ渦のモードを妥当に予測できる事を示した.続いて解析対象を非球形粒子へ広げ,新たに提案する座標変換法を用いた非球形粒子の後流の全体安定性解析を進めている.非球形粒子周りの流れは工学的および実用的な観点から関心が高いが,これまでその研究は理論的・実験的にも乏しい.したがって本研究で,流れ場の特徴が物体形状により系統的にまとめられ,貴重なデータを提供できると考えている.また報告者は,複雑形状物体の周りの流れを高速で解くための手法を新たに提案した.一般に物体の形状が複雑で表面積が大きいほど,固体表面と流体の相互作用の計算時間は長くなる.この問題は,実用的な粒子個数で固気二相流の高精度計算を行なう上での障害となっている.本研究では,より簡便なアルゴリズムを提案し球状物体に適用した結果,その計算時間を56%削減できる事を示した.その計算手法を,三日月形の物体と流体の連成問題に適用したところ,流体力による物体の共振現象,自由落下時の回転・揺動運動など,複雑な現象を,少ない計算負荷で再現できた.これらの結果は,別途行なわれた高精度解析の結果と良い一致を示しており,異なる計算法どうしの整合性を確認できた.固体と気体が入り乱れて存在する流動場(固気二相流)は,工業プラントや製薬,加工,気象などの幅広い分野に,様々なスケールをもって現れる。粒子の形状は一般に非球形で、その幾何学的条件が流れ場に与える影響は小さくない。このため自由運動する非球形粒子周りの流れは工学的および実用的な観点から関心が高いが,これまでその研究は理論的・実験的にも十分であるとはいえない。本研究ではまず、流れ場と非球形粒子の自由運動の相互作用という問題について、粒子運動の安定性について数値的に解析した。用いられたコードには、独自に提案した座標変換法およびそれに適した一般化境界条件と流量補正法を用いており、予備的に行った球周りの流れ解析では、空間非対象性および間欠性をもつ渦のモードを妥当に予測できる事を示した。解析の結果、以下の結論を得た。回転楕円体でモデル化された非球形粒子の運動は、アスペクト比α(長軸/短軸)=1の場合のみが漸近安定で、運動姿勢の不安定化が起こる際の時間増幅率は、αのn乗に比例して増加することを示した。その後、定常運動に移行した回転楕円体は、アスペクト比ごとに固有の振動モードで揺動し、後流にもそれに対応する固有の構造(固有モード)を持っていることを確かめた。初期の運動状態から定常状態に至るまでの粒子の軌跡を調べたところ、アスペクト比によらずお互いに相似な軌跡であることを見出し相似式を得た。

さらに、運動中の粒子にはたらく流体力についても調べ、無次元化流体力に粒子の幾何学的無次元数を乗じたものは、運動速さとの間に強い相関を持つことを確かめた。以上の結果は、流れ場の構造と粒子運動の相互作用を、粒子の幾何学情報で結びつける成果であり,幅広いスケールに渡って粒子を含む流れ場の階層構造を明らかにする上で重要な知見である。また報告者は,さらに複雑形状物体の周りの流れを高解像度で解析するために数理的な検討を加え、複数相の相互作用力を表現する一般化された相互作用形式を導出した。報告者は昨年度までに,流れ場と非球形粒子の自由運動の相互作用が支配的な場で,粒子運動の安定性について数値的に解析し,運動の軌跡などを,粒子の幾何学情報で整理する手法を提案した.本年度はこの知見に基づいて,複数の球形/非球形/可変形粒子が存在する流れ場における,粒子群の集団現象に取り組んだ.まず,複数の球形粒子間に粒子間力が存在する場を考えるため,最も単純なモデルの一つとしてレナード・ジョーンズモデルを選んだ.この分子間力モデルはたった二種類のパラメータしか持たないが,様々なパラメータ値に固定して,規則的な初期配置の粒子集団(バルク体積率0.1%以下)を自由落下させた場合,解(集合体形状,流体抵抗および落下速度)の分岐現象が存在することを示した.この非線形現象は,粒子間力を伴う比較的少ない粒子集団(10以下)が特徴的に示す,流体力を介した粒子集団現象の素過程の一つと考えられる.つづいて,もう少し規模の大きい粒子集団における非線形集団現象に,非球形性および可変形性が与える影響の解析を行なった.独自開発の複雑形状剛体の周りの流れの高速解法を発展させ,弾塑性物体を含む流れ場の解析を可能にした.複数(32128個)の可変形粒子が自由落下する流れ場において,乱れた流れ場を介した粒子運動の集団現象を取り扱った.初期の粒子形状として円形および楕円形を選び,固体のヤング率と流体の基準圧力の比E'を1100で変化させたところ,粒子は流体力を受けて,それぞれ特徴的な形に変形して落下する様子を捉えた.また円形と楕円では,平均流体抵抗は非球形性に支配的な影響を受け,可変形性が与える影響はわずかであると分かった.しかし粒子の落下速度は,楕円の方が(揺動を伴った運動のため)ばらつきが大きく,そのばらつきはE'の値が小さいほど大きい傾向を示した.特に初期にアスペクト比の大きい楕円の場合は,自身の慣性および流体から受ける回転に対する抵抗により回転が抑制される傾向があり,可変形の影響が最も顕著に現れた.
プラスミドpCAR1の複製・接合伝達機構の解明

申請者は,カルバゾール(CAR)分解プラスミドpCAR1が宿主内で安定に保持されるためにparWAB産物が必要であることを明らかにした.またプラスミドの分配に際して必要なparB産物の結合サイト(parSと命名)の探索・同定を共同研究により行い,parA-parBの間の領域に存在することを確かめた.pCAR1の分配に関与する遺伝子領域は,pCAR1の属する不和合性群IncP-7プラスミド間で高度に保存されており,本研究の結果はIncP-7群に普遍的なものと考えられる.また,CARによるモデル汚染環境を作製し,プラスミド保持菌株接種後の挙動解析を行った.接種した菌株自身とプラスミドが接合伝達した菌株(transconjugant)とを区別する赤色蛍光タンパク質を利用するシステムを導入し,土壌(黒ボク土)および河川水(荒川中流域より採取)より作製した実環境モデル内におけるpCAR1の水平伝播現象をモニタリングした.このとき各サンプルの全菌体数,生育菌体数の変化,およびCARの消長についても経時的に解析した.その結果,河川水サンプルにおいてpCAR1の接合伝達現象を検出することに成功し,特にCAR(DMSO溶液)を添加したサンプルで,transconjugantの出現率が劇的に増加した.このとき,CARはtransconjugantの出現数と同調的に分解が進んでおり,CARの添加による(1)接種した菌株自身の増加,(2)受容菌となりうる菌株の増加,(3)transconjugantの増加,の3つの影響が考えられた.また得られたtransconjugantの90%以上がPseudomonas属細菌であったが,河川水等に存在するStenotrophomonas属細菌も見出された.これはIncP-7群プラスミドがPseudomonas属以外の菌株に接合伝達したことを示した初めての例である.申請者は,カルバゾール(CAR)分解(car)遺伝子群を有するプラスミドpCAR1の諸性質について分子レベルで詳細に解析を行った.本年度はプラスミドの基本機能(複製・保持・接合伝達)を担う遺伝子における発現機構の解明を第1の目的として実験を行った.その結果,IncP-7群プラスミドの1複製に必要なoriV領域を450bpまで絞り込むことに成功し,保持能を担うparWABCが少なくとも1つの転写単位を構成すること,接合伝達能を担うtra/trh遺伝子群が少なくとも4つの転写単位を構成することを示した.pCAR1の安定な保持にはparWABが必要であり,parW上流に弱いプロモーターが,parA上流に強いプロモーターが存在することが示唆された.tra/trh遺伝子群については異なる宿主内における発現量を定量的RT-PCRを用いて比較したが,宿主の違いによって生じる大きな接合伝達頻度の変動を裏付けるほどの差異は見られず,他の宿主因子に起因する可能性が示唆された.こうした基本機能を担う遺伝子の転写制御因子の候補に挙げられたORF70(pmrと命名)の破壊株を作製し,マイクロアレイ解析によって野生株とその遺伝子発現の比較を行ったところ,破壤株においてparABの発現量が有意に減少し,PmrがpCAR1の保持を担う遺伝子群の制御に関与することが示唆された.一方,実際の環境中におけるpCAR1を有する菌株の挙動解析を第2の目的として実験を行った.4種の土壌と河川水および活性汚泥より実環境のモデルを作製し,各サンプルにpCAR1,を有する菌株を投与後,CAR残存量,全菌体数,CAR分解菌数等を経時的に調べたところ,pCAR1やTn4676を介したcar遺伝子群の水平伝播現象の検出には至らなかったが,モデル環境の種類によってpCAR1を保持する菌体とCARの消長に差異が見られた申請者は,カルバゾール(CAR)分解プラスミドpCAR1が宿主内で安定に保持されるためにparWAB産物が必要であることを明らかにした.またプラスミドの分配に際して必要なparB産物の結合サイト(parSと命名)の探索・同定を共同研究により行い,parA-parBの間の領域に存在することを確かめた.pCAR1の分配に関与する遺伝子領域は,pCAR1の属する不和合性群IncP-7プラスミド間で高度に保存されており,本研究の結果はIncP-7群に普遍的なものと考えられる.また,CARによるモデル汚染環境を作製し,プラスミド保持菌株接種後の挙動解析を行った.接種した菌株自身とプラスミドが接合伝達した菌株(transconjugant)とを区別する赤色蛍光タンパク質を利用するシステムを導入し,土壌(黒ボク土)および河川水(荒川中流域より採取)より作製した実環境モデル内におけるpCAR1の水平伝播現象をモニタリングした.このとき各サンプルの全菌体数,生育菌体数の変化,およびCARの消長についても経時的に解析した.その結果,河川水サンプルにおいてpCAR1の接合伝達現象を検出することに成功し,特にCAR(DMSO溶液)を添加したサンプルで,transconjugantの出現率が劇的に増加した.このとき,CARはtransconjugantの出現数と同調的に分解が進んでおり,CARの添加による(1)接種した菌株自身の増加,(2)受容菌となりうる菌株の増加,(3)transconjugantの増加,の3つの影響が考えられた.また得られたtransconjugantの90%以上がPseudomonas属細菌であったが,河川水等に存在するStenotrophomonas属細菌も見出された.これはIncP-7群プラスミドがPseudomonas属以外の菌株に接合伝達したことを示した初めての例である.
3次元空間認識機能を持つイチゴ収穫ロボットの開発

本研究は、3次元空間における物体認識機能を持ったイチゴ収穫ロボットの開発を目的とする。研究期間内に照度差ステレオ法(Photometric Stereo法、以下PS法と略す)を基礎理論としてイメージベースド3Dモデリングシステム(Image Based 3D Modeling System、以下IB3DMシステムと略す)を理論的に構築するとともに試作し、イチゴを対象とする物体認識システムの開発を行った。まず、PS法によるIB3DMシステムの設計を行った。本システムは、高感度CCDカメラ1台、カメラの焦点を中心に半径100mmに等間隔で設置された無指向性の点光源(3または4個の無指向性白色電球およびLED)、およびシステム全体を統括するコンピュータとソフトウェアから構成される。CCDカメラは微弱光用冷却CCDカメラ(輝度分解能16bit)を用い、カメラ先端のレンズマウントにRGBフィルタを組み込んでカラー画像の取得を可能にした。試作したIB3DMシステムは小型軽量であり、LED等の微弱光下でも高精度な画像情報を取得する事が可能であった。そして、対象物体に対し単一光源による複数画像を取得し、これらの画像を用いて対象物体の3次元形状を推定するアルゴリズムを開発し、IB3DMシステムに組み込んだ。通常のカラーCCDカメラでは、イチゴ果実の重なりの判別は困難であるが、本システムでは3次元空間における形状情報の取得が可能であるため重なって存在する果実の判別が可能である。さらに、イチゴ果実の果柄を見極めて切断し、果実を損傷なく収穫することを可能にするエンドエフェクタを試作し、IB3DMとの統合を図った。IB3DMシステムをマニピュレータマウントタイプの外界認識センシングシステムとしてイチゴ収穫ロボットに搭載し、イチゴ果実・茎葉の模型を用いて、基本的機能の確認を行い、イチゴ果実および果柄の3次元形状および位置の把握が可能になった。しかし、単一色の濃淡で構成される画像と複数色(例えば赤と緑)の濃淡で構成される画像では3次元形状の推定精度が異なるため、PS法アルゴリズムの改良が必要である。1.3次元空間認識システムの構築照度差ステレオ法(Photometric Stereo法、以下PS法と略す)を用いて3次元空間内に存在する物体の3次元形状を測定し、形状認識する試作システムを実験室内に構築した。本申請研究で用いた方法は、複数の画像を用いて対象物体の3次元形状を把握する3次元空間認識システム(イメージベースド3Dモデリングシステム:Image Based 3D Modeling Systemと呼び、以下IB3DMシステムと略す)である。本申請研究では、試作したIB3DMシステムをイチゴ収穫ロボットの外界認識センサとして用いる。つまり、イチゴ果実・茎葉・ビニルマルチなどを色情報と3次元形状情報から識別し、それぞれを認識する。試作したIB3DMシステムは、小型軽量ながら色および形状情報を同時に取得する事が可能であり、マニピュレータマウントタイプのセンシングシステムとして従来のステレオ画像法やレーザースキャン法と比較してメリットが大きいと考えられる。2.6自由度アーム型マニピュレータへのIB3DMシステムの搭載本年度購入予定であった微弱光用冷却CCDカメラ(ビットラン社製BS-41L)が別の研究費で購入できたため、本申請研究の購入物品の予定を変更して6軸小型軽量型マニピュレータ(デンソーウェーブ社製VP-6242G)を購入した。本申請研究で用いるイチゴ収穫用のマニピュレータは小型軽量が必要であるため、本年度から次年度にかけて試作予定であったが、デンソー製の小型マニピュレータは本申請研究の開発仕様を満たしていること、マニピュレータの開発試作期間を短縮できることなどを勘案し、購入を決断した。

現在、このマニピュレータの制御方法を習得中であり、現有する多関節型マニピュレータ(三菱電機製)との協調作業およびIB3DMシステムの搭載について検討中である。本申請研究は、3次元空間および物体認識機能を持ったイチゴ収穫ロボットの開発を目的に行うものである。平成18年度は、前年度に購入した小型軽量の6軸マニピュレータに搭載する3次元空間認識システム(イメージベースド3Dモデリングシステム:Image Based 3D Modeling Systemと呼び、以下IB3DMシステムと略す)を応用した物体認識システムの開発を行った。このIB3DMシステムは照度差ステレオ法(Photometric Stereo法、以下PS法と略す)を用い、高感度CCDカメラ1台、カメラの焦点を中心に半径100mmに等間隔で設置された無指向性の点光源(34個)、およびシステム全体を統括するコンピュータから構成される。CCDカメラは微弱光用冷却CCDカメラ(輝度分解能16bit、昨年度購入済み)を用い、カメラ先端のレンズマウントにRGBフィルタを組み込んでカラー画像の取得を可能にした。試作したIB3DMシステムは小型軽量で、微弱光下でも高精度に色および3次元形状情報を同時に取得する事が可能であり、マニピュレータマウントタイプの外界認識センシングシステムとしてイチゴ収穫ロボットに搭載する予定である。具体的には、IB3DMシステムを用いてイチゴ果実・茎葉・ビニルマルチなどを色情報と3次元形状情報から識別し、それぞれを認識する物体認識システムを試作し、その基本点機能を確認した。さらに、イチゴ果実の果柄を見極めて切断し、果実を損傷なく収穫するために果柄切断位置の空間的位置の把握、および茎葉等の障害物を回避して果実を格納する3次元収納ルートプランニング機能等の開発を平行して行っている。高設栽培と異なり慣行の露地栽培イチゴの場合、イチゴ果実周辺は茎葉等が複雑な位置関係で存在するため、実際のイチゴ生産農家圃場での確認実験を行う。平成20年度はイメージベースト3Dモデリングシステム(Image Based 3D Modeling System、以下IB3DMシステムと略す)を応用した物体認識システムの開発を行った。まず、IB3DMシステムに用いる照度差ステレオ法(Photometric Stereo法、以下PS法と略す)を用い、高感度CCDカメラ1台、カメラの焦点を中心に半径100mmに等間隔で設置された無指向性の点光源(3または4個)、およびシステム全体を統括するコンピュータとソフトウェアから構成される。CCDカメラは微弱光用冷却CCDカメラ(輝度分解能16bit)を用い、カメラ先端のレンズマウントにRGBフィルタを組み込んでカラー画像の取得を可能にした。
交渉する力を育む言語活動のあり方の研究

本研究は,スピーキング指導で交渉を行う言語活動を用い,英語発話の質が向上することを検証することを目的として行った。1回の授業は,授業時間の半分(約25分間)を,交渉を行う言語活動を中心とした3部構成とし,交渉に特有の表現に慣れるためのメカニカルな活動(5分),交渉を行う役割練習課題(15分),活動を振り返る活動(5分)と展開することを原則とし,オリエンテーションで交渉のノウハウと段階性についての知識を与え,毎回の振り返る活動で参照させ,発話プロセスの概念化段階での負担を軽減するよう配慮した。週2回・8週間に渡って,合計13回実施した。高校3年生の1クラス(実験群・n=28)を対象に,交渉を行う言語活動を用いた指導を一定期間行い,その前後にスピーキングテストを用いてテストを課し,録音して得られた発話を書きおこして分析し,その質の変容を,同様の指導を受けていない別生徒(対照群・n=29)の発話と,量的および質的に比較した。実験群の生徒の発話には,流暢さの平均値に向上が見られた(1分間の実発話語〔発話の前半〕58.07→64.54,〔発話の後半〕48.25→53.57)。対照群の生徒の発話の流暢さの指標と比較したところ,指導後の平均値の差には,発話の前半・後半ともに,有意差(p<.01)が見られ。また,指導前と比べて,相手の意見を引き出すことを意図した発言が増え,会話が行き詰まった時に主導権を取って,事態の解決に乗り出そうとする発言も見られた。実験群の受けた指導によって,概念化や形式化の段階で生徒が受ける認知的負荷が減り,対話の流れに自分の発言を噛み合わせることに必要な注意資源を確保して練習することが可能になり,質の良い発話が練習時に達成され,発話の質の向上につながったと考えられる。ただし,実験群の生徒の受けた指導のうち,交渉の表現に慣れるための活動と,役割練習課題のどちらが発話の質の向上につながったか,厳密には分析できない。現実の指導の条件を,そこまで厳密には統制できない現実を反映した,探索的研究となった。