hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
認知症高齢者のためのおだやかスケールの開発-おだやかさの程度と得点との関連-

認知症高齢者のおだやかスケール(以下20項目改訂版OS)において、施設スタッフによる対象者のおだやかさの全体的印象評価と20項目改訂版OSの総得点の関連を検討することを目的とする。おだやかさの全体的印象と20項目改訂版OSの総得点の相関係数は-0.759(p<0.01)で強い相関であった。改訂版OSは、因子分析により、「周囲との交流(6項目)」、「自分らしさの発揮(8項目)」、「充実した暮らしぶり(6項目)」の3領域のカテゴリーに分類された。本研究の目的は、「認知症高齢者のためのおだやかスケール」を開発し、その使用の可能性を検討することである。本年度は、ケア提供者から見る認知症高齢者のおだやかさの程度の印象とおだやかスケールの得点からその関連性を明らかにした。高齢者ケア施設を利用する認知症高齢者86名を対象とし、基本属性として、CDRは2が約40%、要介護度3が約30%と最も多かった。ケア提供者である施設のスタッフは介護職が98%で、認知症に関わる看護・介護平均経験年数は7.2±4.2年であった。本スケールは【周囲との交流】、【自分らしさの発揮】、【満足・活気】の3領域20項目からなり、各項目を4件法(当てはまる,ややあてはまる,あまり当てはまらない,当てはまらない)で評価する。また、対象者の全体的なおだやかさの程度については、3件法(高い,中程度,低い)で評価する。対象者の全体的なおだやかさの印象の得点と本スケールの総得点の相関については、その相関係数は0.759(p<0.01)で強い相関がみられた。また、本スケールの各評価項目の完全一致率は35%から56%であり、完全一致率が低い項目を中心に表現方法などの変更を行った。変更により一致率が高くなった評価項目としては、「出来ることに達成感、満足感を持っている」から「笑顔で喜びを示す」への表現変更であり、37%から56%となった。これは、評価者からみてより評価しやすい表現へ変更したことも影響していると考えた。今後の課題としては、各質問項目の評価段階に対して、具体的な評価基準などを付け加えるなどして、どの評価者でも、同じように、明確な評価ができるように提示することで、評価者間一致率が高くなることを期待できると考える。筆者らが開発した20項目の認知症高齢者のおだやかスケール(以下改訂版OS)において、評価者による対象者のおだやかさの全体的印象評価と改訂版OSの総得点の関連を検討することを目的とする。高齢者ケア施設を利用している認知症高齢者86名を対象とした。評価者である施設のスタッフが対象者の日常生活の様子を20項目の改訂版OSを用いて4件法で調査するとともに、対象者のおだやかさの印象について、「高い」,「中程度」,「低い」の3件法で評価した。解析には、統計パッケージSPSS16.OJを使用した。倫理的配慮としては、氏名はコード化し、施設責任者が台帳に記載,管理することで、研究者に対象者の情報が直接的にわからないように配慮した。施設長の同意と署名を得た後、施設に研究の情報公開文書を掲示し、対象者の家族には研究説明文書を送付した。所属疫学研究倫理委員会(受付番号22-5)にて承認を得た。対象者の平均年齢は85.2±7.0歳、アルツハイマー型が最も多く約6割、要介護度は要介護3が最も多く約3割を占め、CDRは中等度であるレベル2が約4割を占めた。評価者は計42名で、介護士が全体の98%を占めた。認知症に関わる看護・介護平均経験年数は7.2±4.2年であった。評価者によるおだやかさの程度の印象と改訂版OSの総得点の相関係数は-0.759(p<0.01)で強い相関であった。評価者によるおだやかさの程度の印象と改訂版OSの総得点は強い相関があり、認知症高齢者のおだやかさを評価するスケールとして改訂版OSは妥当であると考える。
Ｄｕａｌ－ｅｎｅｒｇｙ　ＣＴの被ばく線量解析および多角的線量最適化手法の構築

Dual-energy CT(DECT)における被検者被ばく線量の最適化を実現させることを目的に,DECTの被ばく・画質評価,自動露出機構(AEC)の動作特性の解析,仮想非造影画像の精度に関する物理的・臨床的評価を実施した.その結果,DECTはSingle-energy CT(SECT)と比較して画質はわずかに劣るものの,より低被ばくでの撮影を実施できることが確認された.また,TCMのDECTにおける動作特性はSECTとは異なり,特に体格の大きい被検者において不適切であった.また,仮想非造影イメージングの精度は,収集プロトコル,被検者の体格,造影剤濃度により異なることが確認された.X線CT検査において,現在一般的に用いられている被ばく線量最適化ツールであるCT自動露出機構(CT-AEC)の,Dual-energy CT(DECT)施行時における動作特性の解析および被ばく線量の解析を行った.その結果,基本的な動作は通常のSingle-energy CT(SECT)施行時と変わらないものの,以下の動作特性および被ばく線量の違いを見出すことができた.1)体格の小さい被検者に対しては,出力線量の指標となるQuality referencemAs値を上げることによって被ばく線量が増加し,それに伴い画像ノイズ量が低減するが,その傾向はDECTとSECTでは異なり,DECT間でも管電圧の組み合わせによって異なる.2)体格の大きい被検者に対しては,Quality reference mAs値を上げても,被ばく線量の増加や画像ノイズ量の低減は徐々に頭打ちとなり,特にDECTでその傾向が顕著に現れる.その理由として,DECTでは低エネルギー側のX線管の管電流値がすぐに上限に達してしまい,Quality reference mAs値に適合しない管電流値に決定されてしまうことが挙げられる.したがって,CT-AECとDECTの組み合わせは,特に体格の大きい被検者に対しては不適切である.以上より,DECT施行時にCT-AECを使用する際には,Quality reference mAs値と被ばく線量や画像ノイズ量との関係がSECTとは異なることを理解した上で使用する必要がある.また,体格の大きい被検者にDECTを適用する場合の対応策として,CT-AECを使用せずに,オペレータが手動で管電流値を設定することにより,診断に必要な画質を担保できる場合もある.この点については,引き続き検討を行う予定である.Dual-energy CT(DECT)における被検者被ばく線量の最適化を実現させることを目的に,DECTの被ばく・画質評価,自動露出機構(AEC)の動作特性の解析,仮想非造影画像の精度に関する物理的・臨床的評価を実施した.その結果,DECTはSingle-energy CT(SECT)と比較して画質はわずかに劣るものの,より低被ばくでの撮影を実施できることが確認された.また,TCMのDECTにおける動作特性はSECTとは異なり,特に体格の大きい被検者において不適切であった.また,仮想非造影イメージングの精度は,収集プロトコル,被検者の体格,造影剤濃度により異なることが確認された.Dual-energy CT(DECT)の被ばく線量を人体等価ファントムを用いて評価を行い,Single-energy CT(SECT)の被ばく線量との比較を行った.装置に表示されるCT線量指標(CTDIvol)を同一にしたところ,胸部・腹部撮影ともに,SECTの被ばく線量が有意に高くなった.断面内吸収線量分布は,DECTのうち,高管電圧側に錫(Sn)フィルタが付加されていない条件(140+80kV)で,特に腹部において表面の線量が高く,中心部の線量が低くなり,この傾向は,他の条件のDECT(100+Sn140kV,80+Sn140kV)やSECTとは明らかに異なっていた.線量分布の違いは画質にも影響を及ぼし,表面の線量が高いことの画質への利点は少ないため,DECT施行時には,高管電圧側にSnフィルタを付加した条件を使用することが望ましい.また,DECTの物理的画質評価をワイヤファントムおよびキャリブレーション用ファントムを用いて行い,SECTとの比較を行った.その結果,DECTの解像特性およびノイズ特性は,ともにSECTと比較してわずかに劣ることが確認された.一方,DECT画像のCT値とコントラストノイズ比(CNR)は,低管電圧画像と高電圧画像の合成割合によって変化し,CNRが最も高くなる合成割合においては,SECTより優れたCNRを示した.以上より,DECTはSECTと比較して解像特性やノイズ特性がわずかに劣るものの,より低被ばくでの撮影を施行することができ,かつ診断に適したCT値,CNRを有する合成画像を提供することが可能である.これらの結果は,今後DECTの適用を決定する上で必要不可欠なデータである.造影CT検査における検査全体の被ばく線量低減を目的として,Dual-energy CTによって得られるVirtual non-contrast(VNC)画像の造影剤サブトラクションの精度の評価を,ファントムおよび臨床画像を用いて行った。その結果,以下の傾向を見出すことができた。1) VNC画像の造影剤サブトラクションの精度は,収集プロトコル(管電圧の組み合わせ),吸収体のサイズ,造影剤濃度により異なる。2)腹部ダイナミックスタディにおける動脈優位相の画像から作成したVNC画像は,特に大動脈と脾臓の造影剤サブトラクションの精度が悪い傾向があり,最も精度が良いのは平衡相である。3)男性と女性では,女性の方が造影剤サブトラクションの精度が良い傾向が認められる。

これらの傾向は,VNC画像の造影剤サブトラクションの精度は,使用する造影CT画像の収集プロトコル,造影効果,被検者に依存することを示している。したがって,VNC画像を作成する際には,Dual-energy CTの収集プロトコルや作成時相の最適化を行った上で,各施設において対象とする検査目的や対象とする被検者の基準を設け,その基準に適合する場合にのみ適用するといった運用が望まれる。また,VNC画像をより多くの症例に適用するためには,造影剤サブトラクションの精度の更なる向上が必要である。放射線防護学,X線CT技術学平成25年度の研究実施計画として,CT自動露出機構のDual-energy CT施行時における動作特性の解析および被ばく線量の解析を行う予定としていたが,これらは予定通り終了し,有益な結果が得られた.また,今後の研究の推進方策を立てる上で重要なデータも併せて取得することができた.以上より,本課題は現在までおおむね順調に進展していると考える.平成24年度の研究実施計画として,DECTの被ばく線量評価および物理的画質評価を行う予定としていたが,これらは予定通り終了し,有益な結果が得られているため,おおむね順調に進展していると考える.引き続き,多角的線量最適化手法の構築に向けて検討を進める.最終年度である平成26年度は,造影CT検査における検査全体の被ばく線量低減を目的として,Virtual non-contrast(VNC)画像の特性評価を,ファントムおよび臨床画像(100症例を集めることを目標とする)を用いて行う.併せて,撮影条件や作成時相(造影剤注入後,どのタイミングで撮影した画像を用いてVNC画像を作成するか)の最適化に関する検討も行い,VNC画像の臨床応用の可能性について明らかにする.その後,3年間の研究成果をとりまとめ,医療効果とのバランスを考えた被ばく線量の最適化の実現に向けた,具体的な多角的線量最適化手法の提言を行う予定である.引き続き,X線CT検査において一般的に用いられているCT自動露出機構(CT-AEC)の,DECT施行時における動作特性の解析および被ばく線量の解析を行う.CT-AECの動作特性の解析は,既に購入済のCT線量アナライザ(CTDP)を用いて行う.CTDPを楕円型ファントムの中心部に挿入し,ファントムをCT-AEC併用下でDECT撮影しながら,時系列での線量データを取得する.また,被ばく線量の解析は,平成24年度と同様の方法で,蛍光ガラス線量計および人体等価ファントムを用いて行う.この時,出力線量を制御する際の基準となるQuality reference mAsを一定にする.得られた画像について,同時にノイズ特性の評価も行う.以上の研究を通して,医療効果とのバランスを考えた被ばく線量の最適化の実現を目指していく.当初,購入を予定していた楕円型ファントムを,近隣施設より借り入れることができた.
酸化的付加過程における遷移金属上での立体制御法

遷移金属錯体上での酸化的付加過程における立体化学の問題として,ビスオキサゾリニルキサンテン(XABOX)とロジウムからなる錯体にてジイン類が酸化的付加し環状骨格のメタラサイクルを形成する際の立体化学について検討した。その結果,末端置換によって立体選択的にメタラサイクル錯体が生成することを見いだした。XABOX配位子は,そのRhCl_3錯体のX線結晶解析からフェイシャル(cis-cis)配位をすることを明らかにした。メタラサイクル錯体は,アセチレン類の三量化反応の触媒となることを見いだした。ビスオキサゾリニルキサンテン配位子の合成とロジウム錯体の調製XABOXは,塩化ロジウムとエタノール中加熱することによりRhCl_3(XABOX-ip)が生成することを見いだした。X線結晶解析により,配位子のXABOXはフェイシャル(cis-cis)配位であることが判明した。クロロ酢酸エステルとの反応では,選択的にXABOX配位子の酸素原子のトランス位にメトキシカルボニルメチル基が配位した錯体のみが得られた。電子的ならびに立体的影響を見るに極めて重要な知見である。さらに,新たな不斉触媒開発を目指して種々検討したが,不斉ヒドロシリル化あるいはルテニウムとの組み合わせによる不斉シクロプロパン化反応では反応収率ならびに光学収率において良い結果は得られかった。しかし,モリブデンおよびマグネシウムとの組み合わせによる1,3-双極子付加反応において良好な結果を得た。特にマグネシウム触媒では,ニトロンとアクリロイル基質6の付加反応でエンド:エキソ比94:6,エンド体は96%eeを与えた。フェニシャル配位子であるXABOXとロジウムが作る配位立体環境でも十分不斉誘導が見込めることを示したものと考えられる。この錯体触媒系を用いる不斉触媒反応の開発が期待できる。
培養細胞上の糖鎖抗原変化と自家細胞移植における免疫応答発生機序の解明

糖鎖は細胞表面のタンパク質や脂質に結合し、細胞間の免疫応答において重要な役割を担う。申請者は、継代培養により細胞上の糖鎖構造が変化-糖鎖抗原変化-し、これにより自家細胞移植においてもドナー(提供)とホスト(宿主)細胞間に免疫応答が生じるという仮説を立てた。本研究の目的は、骨髄間葉系幹細胞(BMSCs)および軟骨細胞を用いて糖鎖工学的アプローチにより上記仮説を証明し、より効率的な自家および同種細胞による軟骨再生医療の実現に繋げることである。
中国原産の完全甘ガキに存在する特異な甘渋性制御遺伝子の単離とその育種への応用

中国の完全甘ガキに存在するタンニン蓄積を抑制する優性遺伝子座の同定を目的とし、これまでに構築したAFLPマーカーの有効性を確認した後、AFLPマーカーによる近縁二倍体種マメガキから構築したFosmid/BACライブラリーを利用した遺伝子座同定の可能性を検討した。その結果、カキとマメガキでのゲノム構成の違いが示唆され、fosmid/BACライブラリーを直接用いることの困難さが示された。次に、この遺伝子座が制御する機構を推定するためRNA-seq解析を実施したところ、中国の完全甘ガキで特異的に発現が変化する遺伝子として、フラボノイド生合成に関わる遺伝子とともに細胞内輸送に関わる遺伝子が認められた。本年度はまず、これまで`羅田甜柿'と`晩御所'の交雑後代集団を用いて構築したAFLPマーカーが、`羅田甜柿'と`岩瀬戸'あるいは`四つ溝'を交雑して得られた後代集団においても有効であるかどうか、また、これまでのマーカーと目的遺伝子(CPCNA遺伝子)との距離関係が同様に確認できるかどうかを調査した。その結果、これまでCPCNA遺伝子座と最も近いと考えられていたマーカーRO-6は、これらの交雑集団においても有効であり、さらにこれらの集団では適合率がより近いことが示され、RO-6とCPCNA遺伝子座との遺伝距離がより近い可能性が示された。さらに、カキの近縁二倍体種マメガキ(D. lotus)より作製したBACライブラリーを利用した`羅田甜柿'が有するCPCNA遺伝子の単離の可能性を調査した。その結果、PCR増幅産物の塩基配列からRO-6領域と相同性の高い塩基配列がある事が確認できたため、この領域をプローブとしてBACライブラリーをスクリーニングし、6クローンを検出した。現在、これらのクローンのエンドシークエンスを利用したクローンの整列化を実施している。なお、SSH(suppression subtractive hybridization)分析より単離したタンニン蓄積に関与する可能性があると考えていた候補遺伝子DkSCPLの機能をポプラの形質転換により調査したが、成葉のタンニン組成には顕著な差異が認められなかった。本研究の目的は、中国の完全甘ガキ`羅田甜柿'に存在する果実中でのタンニン蓄積を抑制する機能を持つ特異な優性遺伝子(CPCNA遺伝子)の同定を目指すとともに、カキ果実でのタンニン蓄積に関与するAST遺伝子の同定とその比較機能解析も目的としている。昨年度はこれまでに構築した`羅田甜柿'が有するCPCNA遺伝子に連鎖するAFLPマーカーが、交雑親が異なる場合でも有効であること、また、二倍体の近縁野生種であるマメガキ(D. lotus)にもこれらAFLPマーカー領域が存在することが明らかとなった。これまでの実験結果から、CPCNA遺伝子はRO-5とRO-6のAFLPマーカー間に存在しているものと仮定していたので、本年度はこれらのマーカーを利用し、マメガキのBACライブラリーを利用して、RO-5とRO-6のマーカーから構築したプローブを用いてBACクローンをスクリーニングし、マメガキを用いた遺伝子座同定の可能性を検討した。特に、スクリーニングによって得られたクローンのエンドシークエンスでマメガキの雌個体のみに存在するSNPsを発見したため、これを利用してマメガキ同士の交雑個体集団を解析し、このマーカー間の距離を推定することを試みた。しかしながら、この両者のマーカー間に連鎖関係がないと考えられる結果が得られ、用いたプローブのシークエンスの確認とマメガキのゲノムライブラリーを利用したCPCNA遺伝子単離の可能性を再検討する必要性が生じている。一方、カキ果実でのタンニン蓄積に関与するAST遺伝子に関しては、これまで構築した甘渋性連鎖マーカーによるマメガキBACクローンを用いた解析が有効であることが示され、順調にBACコンティグが構築されており、これまで仮定していたAST遺伝子座の存在位置が誤りであったことが明らかになるとともに、その位置決定のためのBACコンティグ構築が順調に進展している。本研究の目的は、中国の完全甘ガキ`羅田甜柿'に存在する果実中でのタンニン蓄積を抑制する機能を持つ特異な優性遺伝子(CPCNA遺伝子)の同定を目指すことである。また、カキ果実でのタンニン蓄積に関与するAST遺伝子の同定とその比較機能解析も目的としている。まず、マメガキのBACライブラリーを利用したCPCNA遺伝子座の同定を目指し、その遺伝子座に連鎖したマーカーを用いた染色体歩行を試みたが、調査したマーカーがカキでは同じ染色体上に座乗していないことを示すデータが得られ、この方法では遺伝子座同定ができないことを確認した。このため、`羅田甜柿'に日本のPCNA品種を交雑した集団で得られたスーパー甘ガキ果実(日本の完全甘ガキ形質を示す劣性のast遺伝子のみと中国の完全甘ガキ形質を示すCPCNA遺伝子を合わせ持つ遺伝子型)とCPCNA遺伝子を持たない日本タイプの完全甘ガキ果実および渋ガキ果実でのRNA-seq解析を実施することでCPCNA遺伝子の機能を考察した。その結果、タンニン生合成に関わる遺伝子の発現はスーパー甘ガキと中国タイプの完全甘ガキでは渋ガキと比較して強くおさえられていることが明らかになったが、タンニン蓄積には差異が認められるスーパー甘ガキと中国タイプの完全甘ガキ間にはこの生合成遺伝子の発現に大きな差異がなかった。現在、この点を更に詳細に調査している。

一方、タンニン蓄積に関与するAST遺伝子の同定に関しては、AST遺伝子座同定のために構築したこれまでのマメガキBACコンティグを更に拡張する必要性が明らかとなったので、BACライブラリーからのスクリーニングにより新たなBACクローンを選抜した。しかし、新たに構築したBACコンティグから作製した甘渋性判別マーカーでもカキ交雑集団内での組換え個体を確認することができず、さらなるBACコンティグの延長が必要であることが示唆された。マメガキのBACライブラリーを利用したCPCNA遺伝子座の同定の可能性を再度試み、その可能性がないことを確認したが、そのために時間を費やした。また、この結果から研究のアプローチの方向性を変更する必要が生じ、RNA-seq解析によるCPCNA遺伝子の作用機作を解析することを試みたが、実験計画の変更のため果実試料が十分に採取できず、RNA抽出に手間取り、RNA-seq解析が遅れた。さらにその結果を解析するための、トランスクリプトーム解析にも予想以上の時間を要しており、現在も解析を実行中である。一方、AST遺伝子座同定に関しても、これまで構築したBACコンティグを更に拡張する必要性が明らかとなったが、BACライブラリーからのクローンのスクリーニングに予想以上の時間を要した。加えて、昨年度から研究代表者が新たに開設された龍谷大学農学部に移動したため、これまでの研究の継続に若干の遅れが生じたことも事実であり、このことも本課題の研究の遅れの一因となった。本研究の目的は、中国の完全甘ガキ`羅田甜柿'に存在する果実中でのタンニン蓄積を抑制する機能を持つ特異な優性遺伝子(CPCNA遺伝子)の同定を目指すとともに、カキ果実でのタンニン蓄積に関与するAST遺伝子の同定とその比較機能解析も目的としている。これまでに、マメガキのBACライブラリーを利用したCPCNA遺伝子座の同定を試み、作製したCPCNA遺伝子に連鎖するマーカーを用いたBACクローンのスクリーニングを実施したが、スクリーニングしたいくつかのBACクローンが同じコンティグ上に存在せず、連鎖マーカーがどのBACクローン上に座乗しているのかを特定することができなかった。そこで、中国タイプの甘ガキ果実で発現する遺伝子群を日本タイプの甘ガキおよび渋ガキのそれと比較解析することで、CPCNA遺伝子の機能を特定し、中国タイプの甘ガキ発現機構(タンニン細胞へのタンニン蓄積制御機構)を解明するという方向に実験方針を転換した。そこで本年度は、昨年度実施したスーパー甘ガキ果実(日本の完全甘ガキ形質を示す劣性のast遺伝子のみと中国の完全甘ガキ形質を示すCPCNA遺伝子を合わせ持つ遺伝子型)とCPCNA遺伝子を持たない日本タイプの完全甘ガキ果実、及び渋ガキ個体でのRNA-seq解析の結果をさらに詳細に検討した。その結果、中国甘で特異的に発現が変化する遺伝子として、フラボノイド構成に関わる酵素とともに、細胞内輸送に関わる遺伝子発現が認められ、タンニン細胞へのタンニン(重合した高分子のプロアントシアニジン)輸送への変化がタンニン蓄積制御機構に関与している可能性が認められた。
多臓器不全発症機序の研究:細胞膜レセプター結合能からみた情報伝達機構障害の解析

1.肝切除という外科的ストレスの大きい手術侵襲が生体に加わったときの、細胞内情報伝達系の動態を検討した。末梢リンパ球の細胞膜表面レセプターの一つであるβ2-アドレナリンレセプターの特異的結合能を放射性同位元素を用いたレセプター結合アッセイにて測定したところ、以下の知見が得られた。(1)肝切除後にはβ2-アドレナリンレセプター最大結合能(Bmax)は有意に減少したが、結合親和性(KD)に変化は認められなかった。一方肝切除以外の手術侵襲ではBmax,KDともに変化はなかった。(2)このBmaxの変化はリンパ球の各サブセットそのもののBmaxの減少によるものであった。またこのBmaxの減少は血清中アドレナリン濃度上昇に基づくダウンレギュレーション機構の影響によるものではなかった。(3)肝切除後の動脈血中ケトン体比(AKBR)が0.7以下に低下した症例ではBmaxの減少が有意に大きく、Bmaxが従来のパラメーター(出血量、輸血量、手術時間など)では関知し得ない外科的ストレスにも影響されていることが示唆された。(4)肝切除による全身の代謝失調状態が、何らかの機序で末梢血球のレセプター結合能にまで影響を与えいると考えられた。2.免疫抑制剤の一つであるFK506の細胞質内レセプターであるFK506結合タンパク(FKBP)は、本来ある種の内因性生理活性物質やタンパクに対するレセプターであるが、その動態や機能については未知の部分が多い。このFKBPに血清内可溶型のものがあり(可溶型FKBP12=sFKBP12)、肝切除後や生体部分肝移植後の変動を測定し、その由来、動態、機能、代謝を検討しているが、現在までに得られた知見は以下である。(1)肝切除などの手術侵襲によりsFKBP12が上昇する症例がある。(2)生体部分肝移植後に急性拒絶反応が起きた症例ではsFKBP12が急激に上昇しており、sFKBP12の測定が拒絶反応の早期診断に有用であることが示唆された。
磁化バイオミネラルによる放射性Srイオン吸着材料の開発

汚染水からのストロンチウム等の有害金属イオンの効果的な除去方法を見出すことは未だ急務の課題として残されている。福島第一原発事故に起因する放射性物質の漏出において、放射性ストロンチウムは放射性セシウムに比べて放出量が少ないことが確認されている。しかしながら、原子炉冷却に用いた汚染水中には高濃度の放射性ストロンチウムが含まれており、それらを効果的に除染する必要がある。本研究では、金属イオンに対する吸着特性を示すことで知られている天然材料のアパタイトを用いたストロンチウムイオン吸着材料の開発を目的とする。初年度の研究により、アパタイト結晶に対して意図的に結晶欠陥を生じさせることにより、対象とする元素を選択的に吸着する材料が出来ることを見出た。また、それらは海水を含む汚染水と同様の条件においても高い吸着能を保っていた。当初の計画では、今年度にこれらの材料と磁気微粒子の融合、及びより高い選択性を有する材料の開発を予定していた。しかし、平成29年1月8日から平成30年1月7日まで米国ノースウェスタン大学へ留学し、当初計画を遂行することが困難であったため計画の見直しを行い、平成29年に予定していた研究計画について平成30年に行うことを計画している。今までに得た知見を基にストロンチウム等を選択的、及び効率的に吸着する材料の開発、及び廃棄物減容化に繋がる吸着、脱着メカニズムの評価を行うことを考えている。平成29年1月8日から平成30年1月7日まで米国ノースウェスタン大学へ留学し、当初計画を遂行することが困難であったため計画の見直しを行い、平成29年に予定していた研究計画について平成30年に行うことを計画している。このため、補助事業期間の延長を申請し、許可された。これまでの研究により結晶欠陥を意図的に生じさせることにより、対象とする元素を選択的に吸着する材料が出来ることを見出してきた。平成30年度は、これらの知見を活かしてさらに高い選択性、吸着特性を有する材料を開発していくと共に、当初の計画通り実際の環境試料を用いて除染材料の確立及び減容化を目指す。本年度の計画では、ハイドロキシアパタイト材料の作製及びストロンチウム吸着特性の評価であった。先ず、化学組成の異なるハイドロキシアパタイトのストロンチウムイオンの選択的吸着特性について評価を行い、汚染水からのSr2+の除染材料としての有用性を評価した。ハイドロキシアパタイトは、その結晶構造を保ちながら異なる化学組成比を取ることが出来、その化学組成比がアパタイトへの金属イオン等の吸着性に影響することが知られている。最初に、Ca欠損型アパタイトと通常のアパタイトを用いてSr2+の吸着性を評価したところ、Ca欠損型アパタイトは通常のアパタイトに比べて高い吸着性を示すことを明らかにした。汚染水中では、ターゲットであるSr2+以外にもCa2+やMg2+等の競合するイオンが多数存在し、それらが吸着剤の吸着性を減少させることが多々問題になる。そこで、同じ2価イオンであるMg2+及びCa2+存在下でのSr2+の吸着率を調べたところCa欠損アパタイトは通常のアパタイトと比べ他のイオン存在下においても高いSr2+吸着性を維持することを明らかにした。EXAFSを用いた評価により、Ca欠損アパタイトはSr2+が選択的に吸着するサイトが存在することを明らかにした。ハイドロキシアパタイト材料のストロンチウム吸着特性を評価することが本年度の目的であった。化学組成の異なるアパタイトが選択的かつ効果的にストロンチムイオンを吸着することを明らかにした。化学組成を変更するという比較的簡便な方法で優れた特性を持つ吸着剤の開発が可能であることを示す重要な結果であり、順調に進展していると言える。

平成29年1月8日から平成30年1月7日まで米国ノースウェスタン大学へ留学し、当初計画を遂行することが困難であったため計画の見直しを行い、平成29年に予定していた研究計画について平成30年に行うことを計画している。このため、補助事業期間の延長を申請し、許可された。本年度で得られた知見をもとに、ハイドロキシアパタイトのハイブリッド化等、さらなる有用な吸着材料の開発を目指していく予定である。当初は磁気微粒子との融合のみを予定していたが、化学組成を変えた材料も取り入れ、研究を展開していくことを予定している。これまでの研究により結晶欠陥を意図的に生じさせることにより、対象とする元素を選択的に吸着する材料が出来ることを見出してきた。平成30年度は、これらの知見を活かしてさらに高い選択性、吸着特性を有する材料を開発していくと共に、当初の計画通り実際の環境試料を用いて除染材料の確立及び減容化を目指す。当初計画において平成28年度に予定していた水溶性ポリマーを用いたアパタイト-磁性微粒子複合体の合成実験について、研究計画の見直しにより、平成29年度以降に変更したため、合成実験に係る費用について、次年度使用額として生じることとなった。H29年度は米国ノースウェスタン大学へ留学したため、当初計画のとおりに研究を遂行することができず、H29年度に予定していた支出がなかったため次年度使用額が生じることとなった。当初計画において予定していたH29年度の支出計画に基づき、H30年度における研究試料の購入や実験に係る費用及び学会発表、論文投稿等の成果発表に係る必要として使用する予定である。平成29年度分の研究費は当初計画に従い、合成試薬の購入や実験に係る機器の購入費用として使用し、平成28年度に発生した次年度使用額については、平成29年度以降に変更した合成実験に係る費用として使用する予定である。
ヒト抗菌性ペプチドの機能発現に対する病原細菌分泌アウターメンブランベシクルの関与

生体内にてグラム陰性細菌の外膜がバディングして、アウターメンブランベシクル(OMV)が分泌することが知られている。外膜構成物のみならず病原因子も含まれるOMVは、ヒト抗菌性ペプチドが病原細菌を攻撃するときのトラップとして働くのかどうか調べた。ヒト抗菌性ペプチドであるhuman β-defensin-2(hBD-2)による大腸菌への抗菌活性はアッセイ系にOMVを添加した結果、OMVの濃度依存的に大腸菌への抗菌活性の阻害が認められた。このような阻害作用は、OMVがhBD-2と直接相互作用をおこなっているのかどうか、蛍光標識hBD-2とOMVの相互作用を蛍光相関分光法にて調べた結果、hBD-2とOMVの直接の結合が認められた。以上の結果は、ヒト抗菌性ペプチドhBD-2とOMVが直接結合することによりOMVが抗菌活性に対して防御的に働くことがわかった。外膜構成物のみならず病原因子も含まれるOMVは、ヒト抗菌性ペプチドが病原細菌を攻撃するときのトラップとして働き、OMVは病原細菌の抗菌性ペプチドからの防御および耐性に関わるのではないかと考えた。ヒト抗菌性ペプチドが病原細菌に作用するときのOMVの役割を調べるために、OMVを多く分泌する遺伝子欠損大腸菌株を調べた結果、nlpIの遺伝子欠損大腸菌株がOMVを良く分泌しており、透過型電子顕微鏡にてOMVが観察された。このnlpI遺伝子欠損大腸菌株からOMVを分取および調製した。ヒト抗菌性ペプチドであるhuman β-defensin-2(hBD-2)による大腸菌への抗菌活性はラジアルディフュージョンアッセイ法により確認され、このアッセイ系にOMVを添加した結果、OMVの濃度依存的に大腸菌への抗菌活性の阻害が認められた。こうしたOMVによる大腸菌へのhBD-2の抗菌活性の阻害作用は、OMVがhBD-2と直接相互作用をおこない。OMVがhBD-2のトラップとして作用してるのかどうか調べるために、蛍光標識hBD-2とOMVの相互作用を蛍光相関分光法にて調べた結果、hBD-2とOMVは直接相互作用をおこなってることが認められた。以上の結果は、ヒト抗菌性ペプチドの病原細菌への抗菌作用に対してOMVが防御的に働くことがわかった。
イオン照射超薄膜の気体透過ナノチャネルに関する研究

膜分離技術は、省資源・省エネルギー的な環境調和型かつ低負荷型のエコテクノロジーであるため様々な分野での貢献が期待されているが、実用化された分離膜は極めて少ない。その最大の理由は、従来分離膜の透過機構が、精密濾過膜や限外濾過膜などで見られる単純なサイズ分離や、浸透気化膜や気体分離膜などの単純溶解一拡散機構に依存しているためである。つまり、これら分離機構では飛躍的な透過性と選択性を実現することは難しい。本研究では、従来分離膜の性能を凌駕する高透過性・高選択性を有する新規分離膜を構築した。イオン照射法により作製した炭素化表面スキン層を有する非対称膜は、非対称膜が持つ高い気体透過性を維持しながら分離活性層のみを炭素化し気体選択性を増加させた新しい気体分離膜である。イオン照射法による表面炭素化の手法は、気体透過特性に影響を与える表面スキン層の炭素化と膜深さ方向の炭素化の進行度をイオン種、加速エネルギー、イオン照射量により容易に制御できるため、目的に応じた気体透過特性を持つ気体分離膜を容易に作製できる点で優れている。今回はポリイミド膜を用いイオン照射を行ったが、薄膜化が可能でイオン照射処理に耐えうる膜強度を有する高分子材料であれば、本手法を用い気体透過特性に優れた気体分離膜を作製することは可能であると考えられる。今後様々な高分子膜で本手法が検討されることを願って止まない。その最大の理由は、従来分離膜の透過機構が、精密濾過膜や限外濾過膜などで見られる単純なサイズ分離や、浸透気化膜や気体分離膜などの単純溶解-拡散機構に依存しているためである。本研究では、従来分離膜の性能を凌駕する高透過性・高選択性を有する新規分離膜を構築するため、先ずは気体分子を対象にした新しい気体分離膜の作製を試みる。本年度は超薄膜スキン層を有する新規芳香族ポリイミド非対称膜を作製した。超薄膜はスピノーダル分解(相分離)を利用した乾湿式相転換法により合成し、表面スキン層の形成に影響を与える相分離挙動や秩序パラメーターを解析し、スキン層の膜厚形成を支配する因子を明らかにした。得られた超薄膜スキン層を有するポリイミド非対称膜の膜構造(表面、断面)をSEMにより解析した。さらに、作製された超薄膜スキン層を有する芳香族ポリイミド非対称膜表面にイオン照射(理化学研究所200kVイオン注入器)処理を施した。先ず、イオン種(H^+,O^+,Kr^+)に選び、異なる注入条件(加速エネルギー、イオン照射量)で表面処理を行い、注入条件により形成される透過チャネルの違いを気体透過実験より測定した。さらに、その透過特性に与えるエネルギ損失機構を電子阻止能、核阻止能の両面から理論解析し、各阻止能が高分子構造に与える影響と、その結果示される透過と特性の相関を明らかにした。

超薄膜はスピノーダル分解(相分離)を利用した乾湿式相転換法により合成し、表面スキン層の形成に影響を与える相分離挙動や秩序パラメーターを解析し、スキン層の膜厚形成を支配する因子を明らかにした。得られた超薄膜スキン層を有するポリイミド非対称膜の膜構造(表面、断面)をSEMにより解析した。さらに、作製された超薄膜スキン層を有する芳香族ポリイミド非対称膜表面にイオン照射(理化学研究所200kVイオン注入器)処理を施した。先ず、イオン種(He^+,O^+,N^+,Ar^+)に選び、異なる注入条件(加速エネルギー、イオン照射量)で表面処理を行い、注入条件により形成される透過チャネルの違いを気体透過実験より測定した。さらに、その透過特性に与えるエネルギ損失機構を電子阻止能、核阻止能の両面から理論解析し、各阻止能が高分子構造に与える影響と、その結果示される透過と特性の相関を明らかにした。膜分離技術は、省資源・省エネルギー的な環境調和型かつ低負荷型のエコテクノロジーであるため様々な分野での貢献が期待されているが、実用化された分離膜は極めて少ない。その最大の理由は、従来分離膜の透過機構が、精密濾過膜や限外濾過膜などで見られる単純なサイズ分離や、浸透気化膜や気体分離膜などの単純溶解-拡散機構に依存しているためである。つまり、これら分離機構では飛躍的な透過性と選択性を実現することは難しい。本研究では、従来分離膜の性能を凌駕する高透過性・高選択性を有する新規分離膜を構築する。本年度は最終年度として、超薄膜スキン層を有する芳香族ポリイミド非対称膜に様々なイオン種を照射して、その気体分離特性を評価した。さらに、その膜の気体透過機構を明らかにした。具体的には、イオン種(He^+,0^+,N^+,Ar^+)を異なる照射条件でポリイミド非対称膜表面を処理し、作製された膜構造の解析とその気体透過特性を評価した。さらに、形成される透過チャネルの違いを気体透過実験より測定しその透過特性に与えるエネルギ損失機構を電子阻止能、核阻止能の両面から理論的に解析し、各阻止能が高分子構造に与える影響と、その結果示される透過と特性の相関を明らかにした。
時空間情報に依存した幹細胞多能性制御機構の解析

維管束幹細胞の時空間制御に関して、位置情報に着目をして研究を進め、予備的ではあるが位置情報を担う転写因子が、維管束分化誘導システムVISUALにおいて分化運命に関与する可能性が示唆された。長年の謎であった生体内の位置情報と維管束(木部・篩部)の作り分けとをつなげる機構の解明につながる可能性がある。一方で幹細胞分化を制御するBES1転写因子ファミリーにおいても解析を進め、3重変異体、4重変異体、5重変異体の作出をおえた。興味深いことに、ある変異体の組み合わせにおいてVISUALにおける幹細胞分化の表現型が戻ることがあきらかとなった。実際に、この遺伝子の単独変異体においては、in vivo維管束発生において幹細胞活性が低下するような表現型が観察された。このようにVISUALで得られた知見がin vivoにおいても確認されたことから、構成生物学的アプローチが有効であることが示され、BES1ファミリーの幹細胞制御における生体内の機能を明らかにすることができた。また別のアプローチとして、bes1サプレッサー変異体の順遺伝学スクリーニングを進めているが、現在のところいくつかの候補遺伝子を絞り込むことができ、bes1との二重変異体の作出を進めている。VISUALと篩部分化に運命が偏ってしまうVISUAL-PHの経時トランスクリプトーム解析の比較結果から、VISUAL-PHでは、形成層(幹細胞)状態において既に運命が偏っていることが示唆された。幹細胞運命の新たな決定要因として、植物ホルモンが重要な働きをもつ可能性がでてきた。当初の予定通り、BES1転写因子ファミリーの多重変異体(3重変異体、4重変異体、5重変異体)の作出をおえ、その一部に興味深い表現型が観察された。また、bes1抑圧変異体スクリーニングについても予定通り次世代シーケンス解析を通して、候補遺伝子を絞り込むことができた。時空間制御に関しても位置情報を担う候補因子が単離されたことから、計画した研究は問題なく進展しているといえる。今後はこれまで得られた知見、1bes1多重変異体と2空間情報について論文にまとめ、成果として公表していく。論文にまとめるうえで、数理モデル解析やLCMサンプル取得などが必要となってくるので、それらを重点的に進めていく。また、順遺伝学アプローチはもう少し確認の実験を要するので、表現型の回復の大きい抑圧変異株#4、#17に絞って解析を進めていき、BES1の下流でおきている現象の解明を目指す。本研究課題では、維管束幹細胞の1時間的制御、2空間的制御、3(それら情報を統合した)マスター転写因子による制御の3点に着目をし、我々が開発した維管束分化誘導系VISUALを用いて幹細胞制御機構の解明を目指した。1の時間的制御に関して、道管・篩管マーカーの多色ルシフェラーゼ植物を作成し、新たに開発した発光顕微鏡そしてルミノメーターを活用し、VISUAL分化誘導をしながらタイムラプス撮影できる系を立ち上げた。その結果、予想に反し、道管・篩管分化の特異性においては、特に時間的な要因は見当たらず、逆に空間的な要因が重要であることが見出された。2の空間的制御においては、VISUALにおける深部イメージングの結果、位置情報が維管束細胞の分化運命の決定に関わることが統計学的に示唆された。そこで遺伝学的に位置情報の重要性を確かめるため、位置情報を攪乱するための様々な変異体を作出し、維管束マーカーをもつ植物に導入した。予想外な結果として、植物ホルモン処理の実験から、篩管のみを優先的に作りだすことのできる

VISUAL-PHが見つかり、分化方向の人為的操作が新たに可能となった。3の幹細胞分化マスター因子のBES1ファミリーの機能解析においては、順遺伝学のアプローチからbes1サプレッサー候補を単離・整備し、計10系統を得た。親株とのバッククロスを進め、分化回復の表現型を示したF2集団からDNAを抽出し、NGS解析をおこない、候補遺伝子領域の絞り込みを進めた。また、ゲノム編集技術を用いてBES1ファミリーメンバーの多重変異体作成を進め、様々な組み合わせの2重変異体そして3重変異体を得た。一部のメンバーはVISUALにおいて、BES1と冗長的に働くことが示唆された。幹細胞運命の時空間的な制御機構の解析に関しては、おおむね順調に進展している。しかしながら分化のマスター転写因子BES1の機能解析については、ドミナントの変異体が多く、順遺伝学の原因遺伝子同定が予想以上に難航している。一方で、思わぬ形でBES1の機能を抑圧する変異体を見つけ出すことができたので、そこを突破口にBES1の下流経路を明らかにできると期待される。また、幹細胞運命を変化させることのできるホルモンの単離に成功したことで、新しい切り口から幹細胞多能制御機構にせまることが可能となった。今後はこれまで得られた知見、1bes1多重変異体と2空間情報について論文にまとめ、成果として公表していく。論文にまとめるうえで、数理モデル解析やLCMサンプル取得などが必要となってくるので、それらを重点的に進めていく。また、順遺伝学アプローチはもう少し確認の実験を要するので、表現型の回復の大きい抑圧変異株#4、#17に絞って解析を進めていき、BES1の下流でおきている現象の解明を目指す。今回得られたデータから、時間的な要因はさほど分化運命には影響がなく、むしろ空間的な要因が分化運命に関わることが示唆された。今後は、空間的な要因についての解析にフォーカスをして研究を進めていく。具体的には、細胞配置のパターンが攪乱される変異体を使用してVISUAL誘導をおこない、維管束幹細胞の分化運命にどのような影響がみられるのかを詳細に解析していく。また、BES1ファミリー遺伝子の幹細胞分化における役割については、引き続きサプレッサー候補遺伝子の領域を狭める他、新たに単離された重要因子についても機能解析を進めていく。
既存リソースのネットワーク化による大震災に備えた高度ハイブリッド試験環境の構築

大型振動台などの既存の防災関連施設をネットワークで結び、これまで困難であった大規模地震実験環境を実現するための基礎技術に関する研究を実施した。具体的には、複数のセンサーと制御器を用い地震波を精度良く再現する研究(コントローラフュージョン)、数値シミュレーションと実際の実験を融合することにより、より効率的に大規模加振実験を実施する手法(リアルタイムハイブリッド試験)などに関する研究を行い、何れも実験によりその有効性を検証した。多くの地震専門家が、東北地方太平洋沖地震(2011年3月11日)に匹敵する巨大地震が、"30年以内に6070%"の確率で東海・東南海沖で発生すると予測しており、減災対策に向けた大規模な地震実験を低コストかつ高効率に、かつ高精度に行える環境の実現が喫緊の課題となっている。平成24年度は、上記を踏まえ以下の研究を実施した。(1)コントローラ・フュージョン:高精度振動実験の実現2008年6月の岩手・宮城内陸地震や、同年5月の四川大地震など、その最大発生加速度が兵庫県南部地震(1995年)を、はるかに上回る地震が頻発している。一方、2011年の東日本大震災や、現在予想されている東海・東南海・南海連動型地震では、長時間にわたる大変位を有する長周期地震動が問題となっており、超高層ビルの共振による倒壊の可能性が懸念されている。これらの地震実験のためには、低周波大振幅から高周波高加速度までをカバーできる振動試験装置の開発が重要である。そこで、我々は低周波大振幅を得意とする変位制御系と高周波高加速度を得意とする変位制御系を融合し、低周波大変位から高周波高加速度までを精度よく再現できる制御手法(コントローラ・フュージョン)を提案し、その有効性を小型振動台実験により確認した。(2)リアルタイム・ハイブリッド試験の高度化リアルタイム・ハイブリッド試験とは、試験対象全体を一つの装置で試験することが困難な場合、試験対象をいくつかのサブシステムに分割し、複数の試験装置あるいは数値シミュレーションを併用し、リアルタイムに対象全体の挙動を模擬する試験手法である。本年度は、これまでに我々が開発してきた制御手法であるDMMおよびIDCSをハイブリッド試験に適用し、2自由度構造物に対して数値シミュレーションによる有効性を確認した。現在、実験のための準備を進めている。多くの地震専門家が、東北地方太平洋沖地震(2011年3月11日)に匹敵する巨大地震が、“30年以内に6070%"の確率で東海・東南海沖で発生すると予測しており、減災対策に向けた大規模な地震実験を低コストかつ高効率に、かつ高精度に行える環境の実現が喫緊の課題となっている。平成25年度は、上記を踏まえ以下の研究を実施した。コントローラ・フュージョン:高精度振動実験の実現および成果報告2008年6月の岩手・宮城内陸地震など、その最大発生加速度が兵庫県南部地震(1995年)を、はるかに上回る地震が頻発している。また、その成果を、査読付雑誌論文、査読付国際会議および国内会議において発表した。リアルタイム・ハイブリッド試験の高度化リアルタイム・ハイブリッド試験とは、試験対象全体を一つの装置で試験することが困難な場合、試験対象をいくつかのサブシステムに分割し、複数の試験装置あるいは数値シミュレーションを併用し、リアルタイムに対象全体の挙動を模擬する試験手法である。25年度は、これまでに我々が開発してきた制御手法であるDMMおよびIDCSをハイブリッド試験に適用し、2自由度構造物に対して実験による有効性を確認した。一方、2011年の東日本大震災や、現在予想されている東海・東南海・南海連動型地震では、長時間にわたる大変位を有する長周期地震動の発生の確率が高いとされており、超高層ビルの共振による倒壊の可能性が大きな問題となっている。

そこで、我々は低周波大振幅を得意とする変位制御系と高周波高加速度を得意とする変位制御系を融合し、低周波大変位から高周波高加速度までを精度よく再現する制御手法(コントローラ・フュージョン)を提案し、その有効性を小型振動台実験により確認し、国際会議において発表した。(2)リアルタイム・ハイブリッド試験の高度化リアルタイム・ハイブリッド試験とは、試験対象全体を一つの装置で試験することが困難な場合、試験対象をいくつかのサブシステムに分割し、複数の試験装置あるいは数値シミュレーションを併用し、リアルタイムに対象全体の挙動を模擬する試験手法である。本年度は、これまでに我々が開発してきた制御手法であるDMMおよびIDCSをハイブリッド試験に応用し、2自由度構造物に対して実験による有効性を確認、学会発表において高い評価を得た。26年度が最終年度であるため、記入しない。機械力学・制御26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の計画では、まず実験装置を製作し、その後、数値シミュレーションとの比較などを実施する予定であったが、装置製作前に十分な数値シミュレーションを行い、その結果を実験装置製作に反映させた方が良いと判断し、24年度は当初の予定より若干試験装置の製作が遅れている。その他はほぼ計画通りである。実験装置の不具合などにより、若干の遅れが発生しているものの、ほぼ計画通りに進んでいる。また、モジュール化に基づく新たなハイブリッド制御手法など、新たな発展の可能性も見えてきた。24年度に数値シミュレーションで有効性を確認したリアルタイム・ハイブリッド制御の実験を実施するとともに、モジュール化に基づく新たなハイブリッド制御手法を提案し、有効性を実験により検証する。また、試験体の反力を有効利用した振動台制御手法、およびネットワーク化についても研究を進める。本申請では、開発を目指す高度ハイブリッド試験システムに関して、次の2点に焦点をあて、その基盤技術の研究に取り組んでいる。(1)動的試験装置と数値シミュレーションを融合した高度ハイブリッド試験システム(2)複数の動的試験装置を統合したリアルタイム・ハイブリッド試験システムこれまでに、主に(1)のテーマに関して、リアルタイム(RT)・ハイブリッド試験システムにおいて申請者らが最も重要であると考える2点、すなわち、(a)アクチュエータ制御特性の改善、および、(b)数値シミュレーションの高速化、に取り組んできた。構造物のRTハイブリッド試験では、数値シミュレーションの結果が“アクチュエータ"を介して実システム(試験体)に伝達される。この場合、アクチュエータがRTハイブリッド試験の制御ループ内に存在するため、アクチュエータの動特性がハイブリッド試験全体の精度に大きく影響を与え、最悪の場合、ハイブリッド試験そのものが不安定化することもある。申請者は、提案するIDCS手法によるアクチュエータ制御特性の改善が、RTハイブリッド試験にも有効であることを実験により確認しており、平成26年度は更なる高度化を目指す。
インテリジェント曳航システムの研究

水中曳航システムは海中探査のための基本的な技術の一つであるが、これまで水中曳航体の制御技術は深度制御が中心であり、安定した姿勢で広範囲に移動可能な海中プラットフォームとして利用しようとするには、知的な水中曳航システムを構築する必要がある。本研究では、安定した姿勢で横移動や縦移動が可能である胴体と複数の翼からなる水中曳航体を提案した。また、知的な水中曳航システムの構築を目的とした階層的制御システムを提案した。制御システムは、下位から上位へと姿勢制御、誘導制御、経路計画、通信から成り立っている。姿勢制御では運動の非干渉化を行う縦方向と横方向の二つが独立に作動する。誘導制御は下位の姿勢制御部とは非同期的に作動し、姿勢制御の目標値を与える。制御アルゴリズムにはファジィシステムを用いており、これによって誘導制御部においては設定経路との偏差から姿勢制御の目標値を決定し、姿勢制御部においては運動の非干渉化を行うことができる。姿勢制御は最近の航空技術の一つで、運動成分の非干渉化を可能とするCCV技術を基にし、二つの運動非干渉化モード、(I)ピッチ角と上下速度、(II)ロール角、ヨー角および横移動速度、からなるものを用いた。数値シミュレーションを用いて、曳航母船の鉛直面内の波浪中運動や水平面内の振動的な潮流の外乱応答を調べ、姿勢制御法が有効であることを明らかにした。誘導制御では、横移動制御、深度制御、横移動と深度の同時制御、海底から一定高度で航行する高度制御について各々制御戦略をたて、数値シミュレーションを通して姿勢制御の目標値の取り方や外乱下での曳航体の制御性能を調べた。今後、実験機によって提案した姿勢制御および誘導制御の検証と、制御システムの経路計画部と通信部の検討を行っていく必要がある。本研究は、安定した姿勢で横移動や縦移動が可能である曵航体銅体と複数の翼からなる水中曳航体(名状:SEA KITE)を考え,その基本形状,姿勢制御法および誘導制御法(深度,高度,横移動制御法)について,数値シミュレ-ションを通して考察した。その結果,次の結論を得た。1.翼制御による鉛直方向のみならず水平方向にも移動可能な水中曳航体の基本形状を動的安定性と定常特性から求めることができる。2.ファジイアルゴリズムを用いて曳航体の(1)ピッチ角と上下速度,(2)ロ-ル角,ヨ-角および横すべり速度の非干渉化が可能である。3.波浪中を曳船する場合,制御の効果は曳航体の前後速度,上下速度,ピッチ角のドリフトの防止に現れ,ピッチ角の変動もほぼゼロに抑えられる。4.振動的な潮流中を曳航する場合,制御の効果は横すべり速度の変動の大幅な低減となって現れ,またヨ-角の変動も低周波数側で大きく減少する。5.誘導制御の探査モジュ-ルのうち,横移動ではSEA KITEの目標方位角を計画経路上の接線の方位角と同じにとる方法が曳航母船のそれと同じにとる方法より水平面内の探査範囲が広い。6.縦方向移動拡査モジュ-ルでは,SEA KITEの目標ピッチ角をゼロにとる方法が経路計画上の接線の変位角と同じにとる方法より安定した姿勢で探査が可能である。7.横方向と縦方向両運動による探査では,外乱のない場合はゼロの設定ヨ-角およびピッチ角を満足されるが,縦方向外乱によって上昇時に乱れが生ずる。

知的な水中曳航システムの構築を目的とした階層的制御システムを提案し、前年度扱った姿勢制御の上位にあたる誘導制御、その中で横移動制御、深度制御、横移動と深度の同時制御、海底から一定高度で航行する高度制御について各々制御戦略をたて、数値シュミレーションを通して姿勢制御の目標値の取り方や外乱下での曳航体の制御性能を調べた。制御システムは、下位から上位へと姿勢制御、誘導制御、経路計画、通信から成り立っている。特に、姿勢制御では運動の非干渉化を行う縦方向と横方向の二つが独立に作動する。誘導制御は下位の姿勢制御部とは非同期的に作動し、姿勢制御の目標値を与える。制御アルゴリズムにはファジィシステムを用いており、これによって誘導制御部においては設定経路との偏差から姿勢制御の目標値を決定し、姿勢制御部においては運動の非干渉化を行うことができる。誘導制御の探査モジュールのうち、横方向移動では目標方位角として、曳航母船と同じにとる方法と、経路計画上の接線の方位角と同じにとる方法があるが、後者が前者に比べ水平面内の探査範囲が広いことがわかった。縦方向移動探査モジュールでは、曳航体の目標ピッチ角として、ゼロにとる方法と、計画経路上の接線の経路角と同じにとる方法があるが、前者は経路角に限界があるものの安定した姿勢で探査が可能であることがわかった。