hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ペロブスカイト型酸化物ナノ粒子合成のための紫外レーザー光分解法の開発

本研究では,多成分系ペロブスカイト型酸化物ナノ粒子を室温で直接合成するための紫外レーザー光分解法を開発することを目的としている。昨年度はLa, Ce, Fe, Co, Ti, Mgの金属硝酸塩溶液に対して紫外レーザー照射を試み,沈殿物の生成の有無と相の同定を検討した。今年度はBサイトの構成元素となるZnの酸化物合成を試みた。硝酸塩が0.08 Mの濃度となるようにエタノール溶媒に溶解されたものを被照射溶液とした。この溶液にKrFエキシマレーザー(波長248nm, 650mJ/shot)を50Hzで30分照射した。その後,沈殿物から塩を取り除くために蒸留水での洗浄,遠心分離を回繰り返し,室温での乾燥が施された。濃度0.05M0.4MのZn硝酸塩溶液にレーザー照射後,得られた沈殿物をXRDにより解析したところ生成相が溶液濃度に依存することが判明した。0.05Mの試料においては酸化亜鉛(ZnO)の回折パターンが観測されたが、溶液濃度0.2Mの試料においてはZn(OH)_<1.58>(CH_3COO)_<0.42>・0.31H_2Oの回折ピークが出現した。さらに0.4Mの場合Zn_5(NO_3)_2(OH)_8・2H_2Oが生成した。照射時間が生成相に及ぼす影響を調査したところ,溶液濃度0.1Mの試料においてZnOがZn(OH)_<1.58>(CH_3COO)_<0.42>・0.31H_2Oに変化する様子が見られた。すなわち,溶液濃度が低くレーザー照射時間が短いときに紫外レーザー法により酸化亜鉛を得ることができた。また昨年度のセリアと比較すると収率は非常に低く、粒径は大きかった。Bサイトの構成元素は紫外レーザー照射により酸化物となることが確認されたため,ペロブスカイト型酸化物を得るためにはAサイトの構成元素を酸化物として析出させることが重要ということが判明した。本研究では、多成分系ペロブスカイト型酸化物ナノ粒子を室温で直接合成するための紫外レーザー光分解法を開発することを目的としている。本年度はまずペロブスカイト型酸化物の構成元素となりうる各種の金属硝酸塩溶液に対して紫外レーザー照射を試み、沈殿物の生成の有無と相の同定を検討した。対象とした金属硝酸塩はLa,Ce,Fe,Co,Ti,Mgである。これらの硝酸塩が0.08Mの濃度となるようにエタノールやイソプロパノール溶媒に溶解されたものを被照射溶液とした。この溶液に、KrFエキシマレーザー(波長248nm,650mJ/shot)を50Hzで30分から1時間照射した。この結果、Ce,Fe,Mgでは沈殿物の生成が確認された。X線回折と顕微ラマン分光から、Ce硝酸塩からの沈殿物は粒径数nmメートルの蛍石型構造を有する粒子であることが確認された。Feに関しては水酸化物と酸化物の混相と推定された。La,Coについては粒子の晶出は確認されず、Tiに関しては照射後に溶液の変色が観察されたものの粒子の晶出は確認されなかった。そこで、酸化物として得られたセリアナノ粒子について粒径や凝集状態を、均一沈殿法により得られるセリアナノ粒子と比較検討した。粒径は熱処理温度(100700°C)により制御されたが、熱処理温度の増加に伴いXRD解析に基づく一次粒径は作製方法によらず単調に増加した。これに対してBET解析による二次粒径は、均一沈殿法では同様に単調に増加したが、紫外レーザー照射では約25nmとほとんど変化しなかった。これは均一沈殿法ではナノ粒子間に細孔が含まれる凝集体となるのに対し、紫外レーザー照射ではそれらが存在しない多結晶体を形成するためと推測された。

照射時間が生成相に及ぼす影響を調査したところ,溶液濃度0.1Mの試料においてZnOがZn(OH)_<1.58>(CH_3COO)_<0.42>・0.31H_2Oに変化する様子が見られた。すなわち,溶液濃度が低くレーザー照射時間が短いときに紫外レーザー法により酸化亜鉛を得ることができた。また昨年度のセリアと比較すると収率は非常に低く、粒径は大きかった。Bサイトの構成元素は紫外レーザー照射により酸化物となることが確認されたため,ペロブスカイト型酸化物を得るためにはAサイトの構成元素を酸化物として析出させることが重要ということが判明した。
二重蛍光標識により融合細胞を選別する酵母の育種法

本研究では酵母のプロトプラスト融合を、予め親株のプロトプラストを別々の方法で蛍光標識してから行なわせ、両方の標識を同時に持つプロトプラストを融合したものとしてセルソーターにより自動的に迅速かつ大量に選別する方法を実用化しようとしている(二重蛍光標識法)。これまでにSaccharomyces diastaticusとSaccharomycopsis fibuligeraの異属間プロトプラスト融合をモデルとして本法を実施し、多数の融合株を取得している。本年度は融合株のいくつかについて培養特性、マーカー酵素α-およびグルコアミラーゼの活性の測定により融合の確認を行なった。また融合株の染色体を抽出し、パルスフィールド電気泳動を行ない、染色体の易動度の比較により染色体に変化が生じていることを明きらかにした。マーカー酵素遺伝子をプローブとするサザンハイブリダイゼーションの解析により明きらかに染色体に組換えが起こっていることを認めた。融合株を継代培養により保存しているが、培養の様子やマーカー酵素の活性の強さに変化が起きており、安定なものは少ない。上記のマーカー酵素の区別は多少困難であるので、今年度はS.diastaticusの代りにアルコール醗酵能の強いパン酵母を用いて同様に融合株を多数取得した。5回の操作で2株の、でんぷんをよく資化してアルコールを醗酵する融合株が得られた。プロトプラスト融合による融合株の取得を続行中であり、併せて上の2株の継代培養による保存と性質の解析を進めている。酵母の育種法としては、細菌の場合と異なり、酵母が多核体があることが多いことなどから細胞融合が有利である。酵母に細胞融合を起こさせ、多数の細胞の中から融合している細胞を選別する方法として、両方の酵母を別々の方法で蛍光染色して標識し、両方の標識を同時に持つ細胞を融合として分取するという新法を実用化しようとしている。本年度は効率のよい分離を行なうために、蛍光色素による標識の条件、セルソ-タに行なわせる演算の条件を中心に検討を加えた。これまでに用いてきた蛍光色素を用いて細胞融合による酵母の育種を継続して行ないつつ、それを比較する形で多種の他の蛍色色素を購入して、まず実際に酵母をいろいろな条件で染色した。染色のための時間が短いなど、資色することが細胞に与える損傷が小さく、かつ煩雑な操作の不要な条仲を定めた。細胞群を染色してその蛍光スペクトルを測定し、有望な蛍光標識方法の場合はセルソ-タで蛍光シグナルの解析を行なった。いくつかの蛍光色素の組み合わせにより、実際に酵母細胞(プロトプラスト)を蛍光標識したあと、細胞融合を行なわせ、セルソ-タにより解析した。また分取して再生してきた細胞を融合株として保存した。セルソ-タの操作条件を検討し、その光学系によってはっきり識別できる蛍光色素として、緑色蛍光のためにはfluorescein isothiocyanateおよびethidium bromide(EtBr)を選んだ。融合株を培養し、培養特性、マ-カ酵素の活性、染色体電気泳動の分離パタ-ン解析によりいくつかが細胞融合によっていることが確認された。なお併行してこの方法を細菌に適用するための検討を始めており、蛍光色素としてはFITCとEtBrの組み合わせにより融合細胞の識別が可能であるなどの成果を挙げつつあり、この育種方法の一般化が期待される。
「顔面神経内減圧術」下における血流動態神経機能の解析

次第に悪化する顔面神経麻痺症例は、早期に神経減荷術を行わないと病的協同運動を残して治癒する(論文1ー3、図書4)。一方、現在使われている障害度検査では必ずしも減荷術適応決定の所期の目的を達成しない(論文2)。我々は科学研究費の補助を受け、脳脊髄液腔と顔面神経組織間隙とは交通しており(図書6)、顔面神経内圧も高浸透圧利尿剤投与で下がることを世界で初めてつきとめ(論文4,7、図書5)、傷害された顔面神経の浮腫を取ることにより顔面神経管内から減荷する「顔面神経管内荷術」を創案した(図書10)。また、側頭骨内の顔面神経障害部位、障害度を的確にとらえることができ、「顔面神経管内荷術」の限界期限を示す可能性がある逆硬性顔面神経誘発電位検査を確実にとる技術を確立した(論文8)。顎下腺の誘電解析で非観血的に中間神経機能を知る試みもし、その基礎堅めができた。更に、貧血性顔面神経麻痺モデル動物ができるようになり(論文9)「顔面神経管波減荷術」の最も効果的な時期を、レ-ザ-ドップラ-法、逆行性顔面神経電位、組織で検索し、障害早期に高浸透圧利尿剤で神経浮を取るか、手術をすると障害部位の末梢には変性がこらないことを明かにした(論文9,10)。臨床例集計では、「顔面神経管内減荷術」の成績は発症3日目までに治療を開始した症例では95%を越える完全治癒という好成績をあげている。顔面神経麻痺の初期治療として血管拡張剤や循環改善剤がしばしば用いられる。我々が科学研究費の補助を得て調べたところによると、高度に障害をうけた顔面神経のうち92%は初期膨化により顔面神経管内に絞扼される。このことは、血管拡張剤や循環改善剤は顔面神経の病変部に到達し得ず、重症例には利かないことも示唆している。我々のこれまでの研究により、脳脊髄液腔と顔面神経組織間液腔とは交通していて、脳浮腫治療に用いられる高浸透圧利尿剤により顔面神経組織間内圧も低下することを世界で初めてつきとめ(竹内ら'87)、国際学会で発表した(Politzer Society'89)。それでは、高浸透圧利尿剤は顔面神経管内の血流量を増すであろうか。レ-ザ-ドップラ-法を用いて調査中であるが、無呼吸による血流増大があり、正常であることを確認した顔面神経でも、高浸透圧利尿剤はどれを用いても障害にない顔面神経は血流の増大を見なかった。目下、中等度に傷害された顔面神経のモデルとなる障害を模索しているが、一時的に血流の途絶える状態は得ている。各動物間で安定した状態になった時点で高浸透圧利尿剤の効果を判定する予定である。高浸透圧利尿剤が障害を受けた神経組織に及ぼす影響については、上記項目との兼ね合で発表する予定である。側頭骨内顔面神経障害では、障害部位の中枢側で刺激し、末梢側で電位をとるjumpping methodが使えない。顔面神経麻痺の予後診断が不正確になっている理由の1つである。逆行性誘発電位では刺激電流が障害部位を通過する。モルモットによる実験で、側頭骨内の障害部位だけでなく、神経の再生過程も知ることが出来ることが分かった。科学研究費補助を受け、我々は組織学的手法でも(図書1)、生理学的手法(マイクロプレッシャ-システム使用;前回科研B)でも(雑誌2、図書2)、顔面神経内圧と脳脊髄液腔とが交通しており、高浸透圧利尿剤で脳圧と同様に顔面神経内圧も下げることが出来ることを世界で初めて示し、「顔面神経内減荷術」と名ずけ世に問うたところ(雑誌4)注目を浴び、早速Bohmerらにより(Am J Otol)引用されるに至っている。より効果的にこれを臨床応用する基礎を得るために、モルモットによる実験を開始した。

実験開始後間もなく、最初予定していた切断よりもはるかに臨床例に近い虚血性神経麻痺モデル動物を手術的につくることに成功し、筋電図学的にも(*)、組織学的にも(**)、ベル麻痺のモデルとなることを確かめた。目下、この理想的モデルを用いて「顔面神経内減荷術」の効果を筋電図学的に、組織学的に、局所血流動体学的に(***)、検討中である。臨床例に於いても、「顔面神経内減荷術」が有効であるとの予報(図書3)を出したが、更に、高浸透圧利尿剤に対し、塩類緩衝液をコントロ-ルとして麻痺程度、発症後治療開始日につき統計学的にマッチングさせて対比した。麻痺発症後6カ月目の病的共同運動の出現率は、麻痺程度が高度である群で高浸透圧利尿剤を用いた点滴療法の方が優位の差(P<0.05))をもって良い成績を示した。以前に科学研究費補助を受けた知見についても、逐次国際学会、国際誌に発表している(裏面研究発表参照)。使用機械:*マルチコ-ダ- **自動固定包埋装置、テイシュ-エンベディングコンソ-ル***レ-ザ-微小循環血統計顔面神経麻痺の完治率を上げるために、我々は科学研究費の補助を受け、傷害された顔面神経の減荷術は発症7日までに行う必要があること(中谷'86)、また脳脊髄液腔と顔面神経組織間隙とは交通しており、高浸透圧利尿剤で顔面神経内圧も下がることを世果で初めてつきとめ(竹内'87)、高浸透圧利尿剤で顔面神経麻痺がよく治ることを臨床例でも実証し「顔面神経管内減荷術」と名ずけた(齋藤'88)。顔面神経の血流をレ-ザ-ドップラ-法で調べると、モルモットでは殆ど中脳硬膜動脈の岩様枝により潅流されていて、迷路動脈はわずかにしか関与せず、茎乳突動脈は膝状神経節を栄養していないことが判明した。また、岩様枝の血流を遮断することにより虚血性ベル麻痺モデル動物を作成することに成功した。さらに、この虚血性麻痺モデル動物の麻痺が神経の膨化によって起こっていることを組織学的に示し、麻痺後の障害度と回復を逆行性顔面神経誘発電位で確かめることが出来た。麻痺動物の麻痺は自然に回復したが、治療を加えなかった動物は病的共同運動を残して回復した。これに反し高浸誘圧利尿剤を投与した動物には病的共同運動は見られず完全回復を遂げた。レ-ザ-ドップラ-法で調べると、高浸透圧利尿剤は障害のない顔面神経の血流の増大をもたらさないにかかわらず、中等度に傷害された顔面神経の血流を増加した。さらにマイクロプレッシャ-システムを使用して調べると、虚血性顔面神経障害で膨化している状態でも、高浸透圧利尿剤の投与により顔面神経内圧は脳脊髄圧と同期して低下した。麻痺が完成する虚血より3日目までに高浸透圧利尿剤により「顔面神経管内減荷術」を行なえばよいことが分かった。これらの結果は1992年6月ドイツ国ケルン市で行なわれる第7回国際顔面神経シンポジウムにて発表すべく特別招聘されている。
嗅覚順応に基づく動的換気量制御による省エネルギー手法の開発

本研究では、嗅覚順応を考慮して換気量を動的に変動させる省エネルギー手法確立のために、嗅覚の順応モデルの構築と臭気濃度の時間変化に対応する臭気強度の動的計算方法の開発を行った。官能試験の結果を基にして、においに対する順応過程においても、ウェーバー・フェヒナーの法則によって臭気強度が決まり、臭気の濃度の単位刺激に対する嗅覚閾値の増加量が応答関数で表現できるという仮説の上に嗅覚の順応モデルを開発した。さらに、この嗅覚順応モデルを用いて、臭気の濃度変動に対して臭気強度変動を計算によって求める手法を提示した。本研究により、人がにおいを感知しない最低限の換気量を制御することができる様になったものと言える。大きく分けて3種類の検討を行った。一つは、従来用いてきた酢酸エチルを用いた嗅覚実験による、回復過程を含む嗅覚モデルの適用性に関する検討であり、二つ目は、実際の人体を使った体臭の評価実験におけるパネルの個人評価特性の検討と体臭の成分分析、三つ目は、実際の木材から発生する木材臭の順応過程における嗅覚モデルの適用性の検討である。1回復・再順応過程における臭気強度の時間変化特性と嗅覚反応モデルの適用性:順応後でも、無臭空気の曝露により嗅覚が順応状態から回復するものの、以前用いたパネルとは異なったパネルを用いたため、定数の値が異なることがわかった。また、パネルごとに、特徴的な順応パターンがあり、実験者の動作がパネルに心理的な影響を与え、評価に影響する可能性があることが示唆された。このことは、標準的パネルのモデル定数の設定とは別に、パネル別に対応したモデル定数の必要性を意味しており、今後のモデル開発に有益な情報が得られた。2各パネルの評価特性に関する検討と体臭の成分分析:体臭について、成分の定性・定量分析を行った結果、Butanol, Hexanal, 2-Ethyl-1-Hexanol, Nonanal,Decanalが検出された。また、同じパネルに体臭と酢酸エチルとを曝露したときの強度の時間変化特性の図から、臭気の種類に関わらず、同様の傾向が見られ、パネルの申告特性を減衰性と変動性の観点からグルーピングした。このことは、パネルの評価特性の考慮の必要性を明らかにしたものである。3木材臭の順応過程における嗅覚モデルの適用性の検討:ヒノキを用いた嗅覚の順応実験を行い、実際の木材臭を対象とした場合の順応過程への嗅覚モデルの適用性に関して検討を行った。しかし、木材から発生する臭気成分のばらつきと時間変化が非常に大きく、順応過程は確認できたものの、明確な結論を得ることはできなかった。1嗅覚順応の特性を明確にするために、連続曝露させる酢酸エチル濃度をステップ変化させた場合の、臭気強度の時間変化と臭気曝露(曝露履歴)が臭気強度に与える影響について、パネルを用いた主観評価実験によって検討を行った。臭気はノズル吹き出しの空気をかがせ、臭気強度は、連続カテゴリー尺度を用いて、パネルに自記させる方式をとった。その結果、いずれのパネルも、暴露開始からおおむね10分程度で臭気に順応し、嗅ぎはじめほど強さを感じなくなった。また、その減衰過程は指数的であった。2同様に、異なる二つの濃度値の酢酸エチルを順に暴露した。その結果、初めの暴露濃度が高濃度であるほど、後の暴露の臭気強度が低下することが判明した。上記1、2の結果を合理的に説明するために、このような順応現象は、嗅覚閾値が一時的に上昇し、その上昇した嗅覚閾値から、ウェーバー・フェヒナーの法則によって臭気強度が決定されるという第一の仮説を立てた。さらに、酢酸エチル濃度の単位刺激に対して、嗅覚閾値の増加量が応答するという第二の仮説を立てた。この二つの仮説に基づいて、臭気強度の測定データを用いた最小二乗法によって、応答関数の二つの定数a, bを同定した。ここでは、各個人の臭気強度を求めるのではなく、数多くのパネルの臭気強度の平均値をもっとも精度よく説明できる応答関数を求めることを主眼とした。三条件の濃度、13人のパネルから得られたデータから決定した応答関数を用いて予測した臭気強度の時間変化は、もともとの実験データを非常によく説明することができることが明らかになった。さらに、この応答関数を用いた考え方を、人から発生する体臭に対して適用するために、在室者から発生する体臭を対象として主観評価実験を行ったが、その結果は非常にばらつきの大きいものであり、心理的な影響による個人差などが原因と考えられ、原因について検討中である。

本研究は、人の嗅覚の順応特性を明らかにし、その順応過程の実用的な理論モデルの構築を行った上で、順応を考慮して換気量を動的に変動させる省エネルギー手法の確立を目的としている。そこでまず、人の嗅覚順応のモデルを構築するために、人に対する不快感が比較的低い酢酸エチルを含む空気をノズルを使ってパネル(被験者)に曝露させ、パネルの臭気強度を連続カテゴリー尺度を用いて主観評価させることによって嗅覚順応過程を測定した。その結果、いずれのパネルも、暴露開始からおおむね10分程度で臭気に順応し、嗅ぎはじめほど強さを感じなくなり、その減衰過程は平均的には指数関数で表されることがわかった。その上で、異なる二つの濃度値の酢酸エチルを順に暴露し、初めの暴露濃度が高濃度であるほど、後の暴露の臭気強度が低下することを明らかにした。これらの実験結果を合理的にかつ実用的精度で予測するために、順応過渡過程においても、ウェーバー・フェヒナーの法則によって臭気強度が決定され、かつ、酢酸エチル濃度の単位刺激に対する嗅覚閾値の増加量が応答関数で表現できるという二つの仮説を立てた。これらの仮説に基づいて、臭気強度の測定データを用いた最小二乗法により、応答関数の二つの定数を同定し、その有効性を検証している。さらには、体臭と木材臭を対象として、順応過程の測定を行ったが、酢酸エチルとは異なる応答係数となり、個人差が非常に大きいことも明らかになった。そのため、嗅覚反応の個人特性差についての検討を進める実験を行い、においの種類を問わず、嗅覚順応特性には個人の特性が存在しており、いくつかのパターンに分類できることを明らかにした。また、酢酸エチルに対する平均的な特性を使って、いくつかの濃度変動に対して臭気強度変動の特徴を計算によって求めることで、嗅覚モデルの有効性を実証し、省エネルギー換気量制御の基礎技術を確立することができた。建築環境工学やや遅れているという理由は、申告される嗅覚強度の時間変化特性が、パネル(においを嗅ぐ被験者)によって、非常に大きくことなるということが、発覚したことである。これまでは、のべ13名のパネルを用いた酢酸エチルに対する順応特性について検討を行ってきたところでは、パネルによる差異はあるものの、代表値として強度の平均を利用することで、問題はないと判断をしていた。しかし、今回の実験において、パネルのタイプによっては、標準値から大きく異なる値が得られ、また、実験上の心理的な影響もあることがわかったため、その意味で、やや遅れた結果となった。しかし、今年度の実験と検討、解析で得られた内容は非常に興味深い結果であり、この研究を進める上で、重要な示唆を与えるものである。したがって、この遅れについては、否定的に考えず、他に解決すべきいろいろな問題点が明らかになったことを肯定的に評価したい。研究計画の段階においては、ステップ変動下の嗅覚応答係数の誘導を目的として、体臭を代表する2-エチル-1-ヘキサノールと溶剤臭の酢酸エチルのステップ濃度変化時の臭気強度測定の結果から、単位濃度刺激に対応する、順応濃度変化の応答係数を導出する予定であった。2-エチル-1-ヘキサノールの濃度コントロールする場合の実験上の問題点により、今年度は、酢酸エチルを用いた実験しか行うことはできなかったが、様々な濃度での応答を測定し、濃度と係数との関係について、検討を行うことができた。パネルは10名を想定していたが、実際には12名のデータを得ることができた。パネルには相応の報酬(謝金)を支払う予定であったが、実験スケジュールの決定が遅れたため、補助金からの支出はできなかった(他の資金を使った。)。
固体触媒による含窒素バイオマスリファイナリー

キチンはカニやエビなどの殻に含まれる最大の海洋バイオマスであり、その発生量は年間1000億トンに達すると推定されている。キチンはN-アセチルグルコサミン(NAG)が繋がってできた高分子であり、窒素を含むことが特徴的である。キチンを再生可能資源として様々な含窒素化合物を合成することが望まれるが、キチンが極めて難分解性であるため困難とされてきた。本研究では、機械的な力と触媒とを組み合わせることにより、キチンからNAGを高収率かつ触媒的に合成することに成功した。さらに、NAGを有用な化学品であるモノエタノールアミンや、アミノ酸であるグリシンに変換できることを明らかにした。キチンを効率的に解重合するための前処理方法を検討した。報告者らは、固体触媒と固体基質を混合粉砕すると接触が形成され、分解反応が著しく加速できることを見出している。そこで、各種固体触媒とキチンを回転ポットミルにより96時間混合粉砕した(基質/触媒比8.1 (wt/wt))。その結果、強いブレンステッド酸性を持つ触媒を用いると特異的にキチンが可溶化し、特にスルホン酸樹脂であるAmberlyst 15はキチンのうち76%を水に可溶の化合物に転換させることが分かった。主な生成物は25量体のキチンオリゴ糖であった。つまり、ボールミル処理中にキチンは部分的に加水分解され、水溶性を獲得したことが分かった。反応器内の温度は320 K以下であるため熱的な加水分解はほとんど進行しないため、本反応はメカノキャタリシスによって進行したと考えられる。ただし、Amberlyst 15もボールミル処理によって水に可溶化したため、固体触媒一般の利点である分離や再使用は困難であった。そこで、より安価な液体の触媒である硫酸を用いて同様にボールミル処理を行った(基質/触媒比8.1 (mol/mol))。本処理により97%の可溶化が達成され、Amberlyst 15よりも良好な結果が得られた。以上の結果から、硫酸を触媒に用いることとした。回転ポットミルは長い処理時間を要するとともに効率が低いため、ミル処理の効率化を検討した。その結果、遊星ボールミルを用いると処理時間を6時間まで短縮しても可溶化率>99%を達成できることが分かった。これは工業的なプロセスとして実施可能な処理時間である。次に、ボールミル処理により得られた試料を463 Kで加メタノール分解した。本反応の触媒は試料中に含まれる硫酸である。その結果、1-O-メチル-N-アセチルグルコサミンが収率68%で得られた。硫酸のターンオーバー数は5.6であり、確かに触媒として機能した。これはN-アセチル化されたキチン単量体を人工的かつ触媒的に合成した初めての例である。キチンは窒素を含むバイオマスの中で最も賦存量が大きく、効率的な化学変換が可能になればナイロンに代表される付加価値の高い含窒素化学品の原料になる。本年度はキチンの単量体であるN-アセチルグルコサミンが水素化されたN-アセチルグルコサミニトールの合成を試みた。N-アセチルグルコサミニトールはポリアミドやポリエステルアミドに変換できる可能性があり、またモノエタノールアミンといった汎用化学品に変換できる有望な中間体である。キチンを機械的加水分解法により反応性の高いオリゴマーに変換した後、各種担持金属触媒を用いて130°C、3時間の条件で加水分解水素化反応を試みた。キチンと類似構造を持つセルロースの加水分解水素化においては炭素担持ルテニウム触媒が高い活性を示すが、本反応では基質や副生成物の被毒を受けやすく適していないことが分かった。一方、ジルコニアやチタニアを担体にしたルテニウム触媒は活性を示し、N-アセチルグルコサミニトールが収率10%で得られた。また、他の水素化に有効とされる触媒であるニッケルや白金は不活性であった。そこで、チタニア担持ルテニウム触媒を選択し、反応条件を最適化したところ、N-アセチルグルコサミニトールの収率は22%まで増加した。収率は依然として低いが、キチンからN-アセチルグルコサミニトールを合成した初めての例である。副反応について分析したところ、競争反応として水素化分解や脱水環化反応が進行していることが分かった。これらを抑えることができれば目的化合物の収率を高めることができる。キチンからN-アセチルグルコサミニトールを効率的に合成できれば、含窒素化合物の新規合成ルートとなることから、この反応が可能であることを実証することを本年度の研究計画とした。研究実績の概要で述べた通り、機械的加水分解とチタニア担持ルテニウム触媒を組み合わせることにより、N-アセチルグルコサミニトールの合成に成功した。最近関連研究が専門誌に報告されたが、キチンを加水分解水素化しても当該化合物の収率は0.0%とされており、単離精製したN-アセチルグルコサミンを経ることが必須であった(Green Chem. 2015, 17, 1024-1031)。また、当該報告では水素化触媒担体に炭素を使用しており、その問題点にはまだ気付いていない。従って、報告者の研究は本分野をリードしており、進捗状況は順調であると言える。

2015年度はキチンの単量体であるN-アセチルグルコサミンが水素化されたN-アセチルグルコサミニトールの合成を試み、収率は22%と低いものの、確かに当該物質が合成できることを示した。N-アセチルグルコサミニトールはポリアミドやポリエステルアミドに変換できる可能性があり、またモノエタノールアミンといった汎用化学品に変換できる有望な中間体である。そこで、2016年度はN-アセチルグルコサミニトールの高収率化を目指して検討を行った。まず、キチンに各種酸を含浸担持し、遊星ボールミル処理を行うことにより、機械的加水分解を試みた。その結果、pKaが0よりも低い酸が好適であることを見出した。これは、グリコシド結合をプロトン化する必要があるためである。以上の検討により最適化した条件でキチンの機械的加水分解を行うことにより、N-アセチルグルコサミンとそのオリゴ糖合計の収率は84%に達した。本試料を直接加水分解水素化に用いてもN-アセチルグルコサミニトールの収率は約25%で頭打ちとなった。これは、加水分解と水素化の好適条件が著しく異なるためであることが分かった。そこで、加水分解と水素化の過程を分けたワンポット二段階反応を行った。加水分解反応をpH 2、170°Cで行うと、N-アセチルグルコサミンが通算収率61%で得られた。次に水素化反応を、炭酸水素ナトリウムで部分中和してpH 3、120°Cで行うことにより、N-アセチルグルコサミニトールが通算収率52%で得られた。水素化反応の速度論的解析により、強酸性条件では酸と水素化触媒による副反応が進行し、中性塩基性ではレトロアルドール反応が顕著となるため、弱酸性条件が適していることが分かった。キチンからN-アセチルグルコサミニトールを効率的に合成できれば、含窒素化合物の新規合成ルートとなることから、N-アセチルグルコサミニトールを高収率で合成すること、生成物・副生成物を同定すること、速度論により定量的な反応の解析を行うことを本年度の研究計画とした。概要で述べた通り、反応法の最適化により収率を22%から52%に高めることができた。また、生成物各種の同定をGC/MSとNMRを用いて行い、主要な生成物の構造を決定することができた。さらに、反応速度論を検討し、各反応パスの速度定数を決め、反応の支配因子を明らかにした。従って、研究は順調に進展していると言える。キチンは窒素を含むバイオマスの中で最も賦存量が多く、効率的な化学変換が可能になれば付加価値の高い含窒素化学品の原料になる。2016年度までにキチンを加水分解してN-アセチルグルコサミンを収率61%、加水分解水素化してN-アセチルグルコサミニトールを収率52%で得ることに成功している。そこで、本年度はこれらの化合物から有用な化学品を合成することを目的とした。まず、N-アセチルグルコサミンに対して塩基存在下での水素化条件を適用することにより、レトロアルドール反応と逐次水素化が進行し、収率30%でN-アセチルモノエタノールアミンが得られた。レトロアルドール反応で生成するアルデヒドは不安定であるため、系中で生成した直後に水素化することが重要であることが分かった。本生成物から容易に得られるモノエタノールアミンは化粧品原料、二酸化炭素吸収剤、pH調整剤などとして有用な化合物である。次にN-アセチルグルコサミンから生物を構成するアミノ酸が合成できないか検討した。
Lymnaeaプロジェクト-軟体動物の殻体形成機構の解明

Lymnaeaの発生遺伝学的解析の基礎的データを得るため,受精卵からの発生各ステージの固定標本を作成し,組織学的観察を行った.また,最初の殼(原殻)が形成される前後の幼生ステージ,および成体の外套膜,筋肉,中腸腺より抽出したmRNAからそれぞれcDNAライブラリーを作成した.殻体の基質タンパク質についてはSDS-PAGEによる解析を行い,3種類のタンパク質を分離した.外套膜の左右でサブトラクションクローニングを行った結果,外套膜の外側(左巻き個体の左側)に特異的に発現している2つの遺伝子断片(LM11,LM24)の単離に成功した.LM11は,P-typeのATPaseであり,Ca^<2+>の能動輸送への関与が示唆される.LM24は,Zn-fingerドメインを持つ転写因子である(Endo et al.,2002).また,これらの遺伝子の機能を逆遺伝学的に解析するため,Lymnaea受精卵へのマイクロインジェクションの基礎的実験も行った.現在,RNA干渉法による解析の準備を進めている.一方,ホタテガイで単離されたMSP-1の配列を基に,同一殻体内にカルサイトとアラゴナイトという2種類の炭酸カルシウム結晶多形を有するアコヤガイにおいて,同様の部分配列を持つタンパク質Aspeinを単離した.Aspeinは,60%がアスパラギン酸から成る特異な基質タンパク質で,カルサイト殻層での特異的な発現が確認された.これにより,生体鉱物における結晶多形制御のメカニズム(カルサイト-アラゴナイト問題)という長年来の難問の解決の糸口が得られた(投稿中).Lymnaeaの発生遺伝学的解析の基礎的データを得るため,受精卵からの発生各ステージの固定標本を作成し,組織学的観察を行った.また,最初の殼(原殻)が形成される前後の幼生ステージ,および成体の外套膜,筋肉,中腸腺より抽出したmRNAからそれぞれcDNAライブラリーを作成した.殻体の基質タンパク質についてはSDS-PAGEによる解析を行い,3種類のタンパク質を分離した.外套膜の左右でサブトラクションクローニングを行った結果,外套膜の外側(左巻き個体の左側)に特異的に発現している2つの遺伝子断片(LM11,LM24)の単離に成功した.LM11は,P-typeのATPaseであり,Ca^<2+>の能動輸送への関与が示唆される.LM24は,Zn-fingerドメインを持つ転写因子である(Endo et al.,2002).また,これらの遺伝子の機能を逆遺伝学的に解析するため,Lymnaea受精卵へのマイクロインジェクションの基礎的実験も行った.現在,RNA干渉法による解析の準備を進めている.一方,ホタテガイで単離されたMSP-1の配列を基に,同一殻体内にカルサイトとアラゴナイトという2種類の炭酸カルシウム結晶多形を有するアコヤガイにおいて,同様の部分配列を持つタンパク質Aspeinを単離した.Aspeinは,60%がアスパラギン酸から成る特異な基質タンパク質で,カルサイト殻層での特異的な発現が確認された.これにより,生体鉱物における結晶多形制御のメカニズム(カルサイト-アラゴナイト問題)という長年来の難問の解決の糸口が得られた(投稿中).本年度は軟体動物殻体形成において重要な機能を果たしていると考えられる殻内タンパク質MSP-1に関する分子遺伝学的研究を行うとともに,MSP-1の軟体動物における分布とMSP-1を持つ殻体の鉱物学的特徴との対応に関する研究を中心に行った.MSP-1の分布に関しては、MSP-1の配列に基づいて合成した人工ペプチドに対する抗体を作成し,免疫化学的手法による実験を行った.MSP-1をコードする相補的DNAをプローブとしてホタテガイの外套膜から抽出したmRNAに対するノザンブロットを行った結果,MSP-1をコードするmRNAはサイズにおいて2.9kbのもの1種類だけが発現していることが明らかになった.また,MSP-1は,ホタテガイの属するイタヤガイ科ならびに,同じくカルサイトの殻体を持つ翼形目の種に分布するのみならず,アラゴナイトの殻体を持つ異歯目の種やさらには古腹足類のアワビにも分布していることが明らかになった.このことはMSP-1が軟体動物において古い起源を持ち、殻体形成において殻体を構成する鉱物種や微細構造によらないより一般的な機能を持っているか,あるいは軟体動物において複数の起源を持ち,未知の共通な機能的要請のため収斂進化した可能性があることを示唆する.来年度は二重鎖RNAを導入することにより特定の遺伝子の発現を阻害するRNAi法を応用することにより,MSP-1の生体における機能の解明を目ざす.また,ディフェレンシャルディスプレイ法によりヨーロッパモノアラガイもしくはサカマギガイ(Physasp.)の外套膜に特異的に発現している遺伝子を同定し,RNAi法により「トランスジェニックスネイル」を作出することによって殻体形成に関与する遺伝子の機能の解析を行う予定である.本研究は,淡水生巻貝であるモノアラガイ(Lymnaea)を主に用いて,軟体動物における殻の殻体形成機構,特に殻の巻きのメカニズムを明らかにすることを目的とする.本年度は以下の研究を行った.(1)殻タンパク質の単離と構造解析:二枚貝類ホタテガイ(Patinopecten yessoensis)の殻体中に含まれる主要な酸性糖タンパク質MSP-1のカルボキシル末端配列に対する抗体を作成し,免疫化学アッセイにより特異性を確認した.MSP-1を用いた結晶合成実験を行うべく現在この抗体を用いたMSP-1のアフィニティ精製を行っている.

また二枚貝類アコヤガイ(Pinctada fucata)の殻体中にMSP-1が含まれているという予想のもと,外套膜より抽出・合成したcDNAを用いてRT-PCR法によりMSP-1遺伝子の探索を行った.現在方解石の部分を沈着する外套膜のcDNAから特異的に増幅されるDNA断片について解析を行っている.(2)発生遺伝学的手法による外套膜に特異的に発現する遺伝子の解析:サブトラクション法を用いてヨーロッパモノアラガイ(Lymnaea stagnalis)の外套膜,および殻体の最大成長点に対応する外套膜の部分に特異的に発現している遺伝子の探索を行った.その結果,外套膜に多く発現していることが疑われるものとして,カルシウムの能動輸送に関与していると考えられるATPase遺伝子が,また最大成長点に対応する部分での発現が疑われるものとして,BRCA1遺伝子に隣接するNBR1遺伝子との類似性が示唆される遺伝子が単離された.今後これらの発現をin situハイブリッド形成法により確認する予定である.また,次年度はRNA干渉法による遺伝子の機能解析も行う計画である.本研究は,淡水生巻貝であるモノアラガイ(Lymnaea)を主に用いて,軟体動物における殻の殻体形成機構,特に殻の巻きのメカニズムを明らかにすることを目的とする.本年度は以下の研究を行った.(1)殻タンパク質ARPの単離と構造解析:二枚貝類アコヤガイの外套膜より極めてアスパラギン酸に富む殻タンパク質(ARP)をコードするcDNAの全長を単離し,全配列を決定した.また,RT-PCRにより,ARPが外套膜の方解石を沈着する部分でのみ発現しており,結晶多形の制御に関与している可能性が高いことを明らかにした.(2)Lymnaeaの殻タンパク質の解析:殻体抽出物をSDS-PAGE展開することにより,Lymnaea殻体中に分子質量が53, 24, 21kDaの少なくとも3種類のタンパク質が存在し,53kDaのものは糖タンパク質であることを明らかにした.(3)Lymnaeaの初期発生ステージの組織化学的観察:Lymnaea初期発生の各ステージの組織切片を作成し,原殻形成までの過程を観察するとともに,in situハイブリッド形成法を行うための系を確立した.(4)LymnaeaのHox遺伝子の単離:RT-PCR法により,Lymnaea幼生より調製したcDNAを鋳型としてHox遺伝子のホメオボックス部分配列を増幅し,クローン化ののち塩基配列を決定した.これによりHox遺伝子クラスターの各部分に対応する遺伝子を同定した.遺伝子発現の解析のため,前方と後方のそれぞれ1つの遺伝子断片について,現在RACE法によってさらに長い領域の配列の決定を行っている.また,他の形態形成に関連する遺伝子の単離を行うために,Lymnaea幼生より調製したcDNAをもとにcDNAライブラリーの作成も行っている.(5)Lymnaea受精卵へのマイクロインジェクション:RNA干渉法による遺伝子の機能解析を行うための基礎実験として,卵嚢に入った状態で受精卵に顕微注入する方法を開発した.
非対格性・非能格性に影響する要因の実験統語論的及び心理言語学的探求

多くの言語において、自動詞が2つのタイプ(非対格・非能格動詞)に分かれることが知られている。本研究では、非対格性を決定づける複数の要因を被験者による容認度調査から量的に検討する。また、一つの動詞が共起する表現によって非対格性を変化する際の処理負荷を事象関連電位計測から明らかにする。この本研究の結果は、実験統語論の成果になるだけではなく、言語の獲得への示唆、事象の理解に問題があるとされる自閉症スペクトラム障害の理解へも貢献する可能性がある。
トポロジー最適化を用いた高効率非接触給電の実現

近年,電気自動車の利便性および安全性向上のため,充電ケーブルを必要としない非接触給電が期待されており,電力伝送効率の向上が大きな課題である.従来,非接触給電は効率改善のため,コイルや磁性体の形状パラメータを設計者が定義し最適化がなされてきた.しかし,このようなパラメータ最適化は既存形状からの大きな変化が望めず,本質的な性能改善が難しいという問題がある.一方,穴の生成・消滅を含めた自由変形により最適形状を探索する,トポロジー最適化が新しい形状最適化技術として注目されている.本研究ではトポロジー最適化により,設計者が発想し難い斬新なコイルおよび磁性体形状を探索し,性能の飛躍的な改善を目的とする.近年,電気自動車の利便性および安全性向上のため,充電ケーブルを必要としない非接触給電が期待されており,電力伝送効率の向上が大きな課題である.従来,非接触給電は効率改善のため,コイルや磁性体の形状パラメータを設計者が定義し最適化がなされてきた.しかし,このようなパラメータ最適化は既存形状からの大きな変化が望めず,本質的な性能改善が難しいという問題がある.一方,穴の生成・消滅を含めた自由変形により最適形状を探索する,トポロジー最適化が新しい形状最適化技術として注目されている.本研究ではトポロジー最適化により,設計者が発想し難い斬新なコイルおよび磁性体形状を探索し,性能の飛躍的な改善を目的とする.
証明補完技法に基く仮説発見システムの構成

本研究の主な成果は次の2項目である.証明補完をまず,融合原理(resolution princeple)による矛盾の導出を用いた残余仮説の生成と一般化として定式化した.仮説生成が必要な状況では,与えられた事実は背景知識から帰結されないので,背景知識と事実の否定とが矛盾することはない.そこで,事実の否定と背景知識との基礎代入例(ground instance)の連言からブール代数によって恒偽な部分を除去して得られた詮理式を残余,その否定を残余仮説(residue hypothesis)とよぶ.残余仮説の一般化は融合原理の逆操作として定式化した.そして,アブダクションのための仮説生成規則や,帰納推論における底法(逆伴意法)や飽和法という推論現則が,残余仮説の導出とその一般化に様々な制限を与えたものであることを示すことができた.しかも,従来の仮説発見手法では仮説として単一の節しか生成できなかったが,残余仮説の導出を用いれば複数の節からなる仮説を同時に生成することができる.次に,連結証明法(The Connection Method)を用いた証明補完を考察した.その結果;古典論理の範囲内で残余仮説を生成しているにも関わらず,与えられた事実と背景知識,残余仮説間の関係は,適切さの論理(relevant logic)の証明であることを明らかにした.適切さの論理では,前提となる論理式を全て利用することで帰結が証明される.この成果は,残余仮説に事実と背景知識を総動員してはじめて証明が完成していることを示している.仮説を生成する根拠はデータと背景知識しかないのであるから,仮説が事実の説明以上の能力を有しないという性質が,適切さの論理と結びつくのは自然な結果である.さらに,仮説発見には,複数個生成される仮説の中から適切な仮説を選択するという問題が常に付随するが,その基準として証明補完に証明の性質を用いた仮説の選択基準があることを示していることが明らかになった.本研究の主な成果は次の2項目である.証明補完をまず,融合原理(resolution princeple)による矛盾の導出を用いた残余仮説の生成と一般化として定式化した.仮説生成が必要な状況では,与えられた事実は背景知識から帰結されないので,背景知識と事実の否定とが矛盾することはない.そこで,事実の否定と背景知識との基礎代入例(ground instance)の連言からブール代数によって恒偽な部分を除去して得られた詮理式を残余,その否定を残余仮説(residue hypothesis)とよぶ.残余仮説の一般化は融合原理の逆操作として定式化した.そして,アブダクションのための仮説生成規則や,帰納推論における底法(逆伴意法)や飽和法という推論現則が,残余仮説の導出とその一般化に様々な制限を与えたものであることを示すことができた.しかも,従来の仮説発見手法では仮説として単一の節しか生成できなかったが,残余仮説の導出を用いれば複数の節からなる仮説を同時に生成することができる.次に,連結証明法(The Connection Method)を用いた証明補完を考察した.その結果;古典論理の範囲内で残余仮説を生成しているにも関わらず,与えられた事実と背景知識,残余仮説間の関係は,適切さの論理(relevant logic)の証明であることを明らかにした.適切さの論理では,前提となる論理式を全て利用することで帰結が証明される.この成果は,残余仮説に事実と背景知識を総動員してはじめて証明が完成していることを示している.仮説を生成する根拠はデータと背景知識しかないのであるから,仮説が事実の説明以上の能力を有しないという性質が,適切さの論理と結びつくのは自然な結果である.さらに,仮説発見には,複数個生成される仮説の中から適切な仮説を選択するという問題が常に付随するが,その基準として証明補完に証明の性質を用いた仮説の選択基準があることを示していることが明らかになった.既存の情報から新たな情報を得るためのシステムを,強固な理論的に裏付けに基いて開発することが本研究の目標である.そのために,既存の情報を背景知識,必要な情報を事実,背景知識から演繹的に説明する理論(仮説)と捉え,仮説の発見過程を論理的な推論の形でコンピュータ上に実現する.知識表現言語として有用であることが広く認識された節論理を採用する.本年度の研究実績は,(1)証明補完という独自に考案した論理的な推論を用いて仮説発見を論理的な行為として定式化し,(2)Darmstadt工科大学で開発された連結証明法という自動証明技法と節論理の基礎となるHerbrandの定理を用いることにより,証明補完は残余仮説の構成として実現できることを明らかにした.さらに,残余仮説の一般化手法を考察することで,(3)仮説発見を論理的な行為とみなすことは,ある適当な残余仮説を一般化することに過ぎないことを証明した.その結果,これまで帰納推論や学習,アブダクションなど人工知能分野で開発された様々な仮説発見手法は「残余仮説の構成とその一般化の組み合わせ」の一形態にすぎなくなったが,しかし本研究では同時に(4)それらの仮説発見手法は,「残余仮説の構成とその一般化の組み合わせ」をそれぞれ独自の方法で効率化したものであることをも示し,これまで個々ばらばらであった仮説発見の世界に,統一的な視点を与えることに成功した.すなわち「残余仮説の構成と一般化の組み合わせ」は仮説発見手法の正当性や効率,能力を記述する手法としてふさわしいものである.本研究の来年度以降の展開もそれを柱にする計画である.

既存の情報から新たな情報を得るためのシステムを,強固な理論的に裏付けに基いて開発することが本研究の目標である.昨年度は,証明補完という独自に考案した論理的な推論を用いて仮説発見を論理的な行為として定式化し,連結証明法というHerbrandの定理を用いることにより,証明補完は残余仮説の構成として実現できることを明らかにし,従来,帰納推論や学習,アブダクションなど人工知能分野において個々ばらばらであった仮説発見の世界に,統一的な視点を与えることに成功した.本年度の研究実績は,残余仮説の特性を分析し,それが適切さの論理(連関論理,relevant logic)によって特徴付けられることを明らかにした.適切さの論理は,ある知識から帰結された命題がその知識の一部を欠くともはや成立しない,というような帰結方法の定式化である.残余仮説は,背景知識と観測事実から適切さの論理によって構成される.このことは,仮説構成の手続きを定式化する際には,古典論理は必ずしも適切ではないことを示している.また,適切さの論理は部分構造論理の一種であることから,仮説の構成手法の能力を示す基準として,その構成手法を特徴付ける推論の構造がある,ということも示している.本年1月には,本研究と関連した研究者と情報交換するための場としてワークショップを北海道大学で開催した.また,連結証明法の新たな実現方法について調査を行い,非常に単純化された実現方法が提案されていることが判明した.その方法は節を命題変数の列として扱うことが鍵となっている.この方法を残余仮説の構成に利用する方法について検討を開始した.この点は次年度も継続する予定である.昨年度までの研究では,仮説発見を論理的な行為として定式化し,これまで機械学習やアブダクションなどの分野でばらばらであった仮説発見の世界に統一的な視点を与えることに成功した.また,古典論理における仮説発見手法として,連結証明法とHerbrandの定理を用いた残余仮説の構成を考案した.さらに,事実と背景知識と残余仮説との関係は,適切さの論理(relevant logic)の証明によって特徴付けられることを明らかにした.本年度は,この研究成果の展開と公表を行った.適切さの論理では,前提となる論理式を全て利用することで帰結が証明される.上述の成果は,事実と背景知識を総動員してはじめて証明が完成していることを示している.仮説を生成する根拠はデータと背景知識しかないのであるから,仮説が事実の説明以上の能力を有しないという性質が,適切さの論理と結びつくのは自然な結果である.さらに,仮説発見には,複数個生成される仮説の中から適切な仮説を選択するという問題が常に付随するが,その基準として証明補完に証明の性質を用いた仮説の選択基準があることを示していることが明らかになった.また,連結証明法が命題変数(の列)に関する方程式の求解であることに着目し,残余仮説の方程式の解としての性質を与えた.本研究成果は国際会議で発表するとともに,国際雑誌に投稿し,受理された.また,関連研究者との交流と情報交換を活発化するためワークショップを九州大学で開催した.さらにそのワークショップに関するホームページを開設した所,早速海外から問い合わせがあり,本研究とその関連研究が海外においても注目されていることを示すことができた.
コミュニティーベース管理下における漁業者行動モデルの構築

コミュニティーベース管理は、水産資源の過剰漁獲を防ぐための有効な手段として注目されている。だが、従来の研究では管理のアウトカムを評価するにとどまり、背後にある漁業者の行動メカニズムには踏み込めていない。他方、欧米を中心としたトップダウン型管理の漁業では、漁業者行動の実証研究に大きな蓄積がある。しかし、その分析には漁船レベルの詳細なデータが必要とされるため、これをコミュニティーベース管理漁業に適用した例はない。本研究では、コミュニティーベース管理下でかつ漁船レベルデータも利用可能な北海道沖合底曳網漁業に焦点を当て、コミュニティーベース管理に特有の行動原理を検出する。
計算機支援による設計のための3次元空間曲線の形状測定と形状生成に関する研究

本研究では実在する3次元物体の形状構成要素として3次元空間曲線を考え,作業者が自在に形状を操作できるように,曲線の測定と制御が実時間で可能なシステムの開発を目的としている.平成14年度においては,3次元空間曲線の形状測定デバイスの基本構成要素となる,2次元曲率センサの評価試験・改良を行った.最終目標は3次元空間曲線の形状測定であるが,3次元空間曲線を構成する要素を2次元曲線と考えるため,2次元曲率センサが3次元空間曲線の形状測定デバイスの基本構成要素となる.2次元曲率センサを複数組み合わせることで3次元空間曲線の形状測定を実現させる.2次元曲率センサの測定原理は,ループ状に配置した光ファイバからの透過光損失が曲率に比例して変化することを利用している.本センサは曲率に対して線形性の応答を示し,従来の光ファイバセンサでは測定できなかった小さな曲率の曲げにも十分な応答を示すことが確認できた.光ファイバ中を透過するレーザー光の透過光損失シミュレーションを行い,2次元曲率の測定結果と比較検討した結果,一致した傾向を確認することができた.一方,大きな曲率を測定した場合に線形性が崩れ,ヒステリシスが現れることが確認された.その原因としてセンサシャフトへの光ファイバの取り付け方法が影響していることが考えられた.種々の取り付け方法を試みたが,本センサでは光ファイバを極限の状態近くまで曲げているため,光ファイバの反力が強く作用し安定に固定することが困難であった.取り付け方法に関する解決法の一つとして,レーザー光源の波長に一致しない光ファイバの利用を提案した.波長の不一致により比較的大きな曲げでも透過光減衰が生じるため,光ファイバのループ半径を大きくとることができ取り付けも容易になると考えられる.計算機シミュレーションにより本解決法が有効であることを確認できた.本研究では実在する3次元物体の形状構成要素をとして3次元空間曲線を考え,作業者が自在に形状を操作できるように,曲線の測定と制御が実時間で可能なシステムの開発を目的としている.平成13年度においては,3次元空間曲線の形状測定デバイスの開発をおこなった.まず,形状測定デバイスの基本部分として光ファイバ/レーザーを用いた曲率センサの考案をおこなった.ここで提案した曲率センサの測定原理は,従来の光ファイバセンサでは測定不可能であった小さな曲率も測定できるだけなく,大きな曲率まで測定することを実現するものである.つぎに,この測定原理にもとづいた曲率センサの設計をおこなった.曲率センサには光ファイバをループ状に配置するため,センサ設計のために正確なループ形状を算定し定式化する必要がある.そこで,ループ状に配置される光ファイバを幾何学的制約条件における弾性曲線としてモデル化し,その変形について非線形計画法にもとづく手法を用いた変形シミュレーションを行い,ループ形状の形状関数を算定した.この形状関数を用いて,光ファィバ中を透過するレーザー光の透過光損失シミュレーションをおこなった.これらのシミュレーション結果をもとに曲率センサを設計・試作し,評価試験をおこなった.その結果,本センサは曲率に対して線形性の応答を示し,従来の光ファイバセンサでは測定できなかった小さな曲率の曲げにも十分な応答を示すことが確認できた.本研究では実在する3次元物体の形状構成要素として3次元空間曲線を考え,作業者が自在に形状を操作できるように,曲線の測定と制御が実時間で可能なシステムの開発を目的としている.平成14年度においては,3次元空間曲線の形状測定デバイスの基本構成要素となる,2次元曲率センサの評価試験・改良を行った.最終目標は3次元空間曲線の形状測定であるが,3次元空間曲線を構成する要素を2次元曲線と考えるため,2次元曲率センサが3次元空間曲線の形状測定デバイスの基本構成要素となる.2次元曲率センサを複数組み合わせることで3次元空間曲線の形状測定を実現させる.2次元曲率センサの測定原理は,ループ状に配置した光ファイバからの透過光損失が曲率に比例して変化することを利用している.本センサは曲率に対して線形性の応答を示し,従来の光ファイバセンサでは測定できなかった小さな曲率の曲げにも十分な応答を示すことが確認できた.光ファイバ中を透過するレーザー光の透過光損失シミュレーションを行い,2次元曲率の測定結果と比較検討した結果,一致した傾向を確認することができた.一方,大きな曲率を測定した場合に線形性が崩れ,ヒステリシスが現れることが確認された.その原因としてセンサシャフトへの光ファイバの取り付け方法が影響していることが考えられた.種々の取り付け方法を試みたが,本センサでは光ファイバを極限の状態近くまで曲げているため,光ファイバの反力が強く作用し安定に固定することが困難であった.取り付け方法に関する解決法の一つとして,レーザー光源の波長に一致しない光ファイバの利用を提案した.波長の不一致により比較的大きな曲げでも透過光減衰が生じるため,光ファイバのループ半径を大きくとることができ取り付けも容易になると考えられる.計算機シミュレーションにより本解決法が有効であることを確認できた.