hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
フィブリノゲンγ鎖の構造と機能:特にフィブリン重合に関する機能構造の解析

フィブリノゲン(Fbg)γ鎖のカルボキシ末端側は、トロンビンによりフィブリノペプチドAを放出したα鎖のアミノ末端部と結合する事により、フィブリン重合に重要な役割を演じていると考えられているが、そのどの部分が重要であるかを知るために、γ鎖に異常のある異常Fbgの解析を進めた。研究代表者が新たに見出した異常Fbg 4例の解析結果を以下にまとめる。1.Fbg栃木:γ275Aarg.がCys.に置換。aemmili法でのSDS-PAGEでγ鎖の見かけ上の分子量大。2.Fig京都I:γ308AsnがLysに置換。Lysに置換。Laemmli法のSDS-PAGEでγ鎖の見かけ上の分子量小。カルシウム存在下でFbgをプラスミン(Plm)で分解して得たDIをEGTA存在下にPlmで更に分解すると、正常より早くD2、D3に分解され、また308Lys-309Gly結合が解離された。正常Fbgの212Lys-213Glu結合もPlmで解離する事が判明した。3.Fbg大阪III:γ275ArgがHisに置換。4.Fbg大阪V:γ375ArgがGlyに置換。γ315-329の中に存在するとされる高親和性カルシウム結合部位へのカルシウムの結合が見られず、カルシウム存在下でFbgをPlmで分解するとD2、D3となってしまう。カルシウム存在下での凝固時間は正常である。以上4例の異常Fbgの解析から、γ鎖のフィブリン重合に関与する部位は、γ275番を含む構造、γ308番を含む構造、γ375番を含む構造が含まれ、従って特定のα鎖アミノ末端の結合部位は存在するとしても、γ275-375の広い構造が結合に影響を及ぼすと考えられた。更に、この広い構造に含まれる高親和性カルシウム結合部位へのカルシウムの結合は、フィブリン重合の促進にあまりしんよしていないであろうと考えられた。研究成果全般にわたり、第50回日本血液学会総会凝固研究会で発表した。Lysに置換。トロンジンによるフィブリノゲンのフィブリンへの転換及びフィブリン塊の形成は,トロンビンによりフィブリノゲンのAα鎖, Bβ鎖からフィブノペプチドA,Bが放出されて露呈されたα鎖, β鎖の内,主としてα鎖のアミノ末端とγ鎖のカルボキシ末端に近い部分との重合により来たされるとされている.しかしながらγ鎖側の結合部位あるいは機能構造については未だ明らかにされていない.本研究は先天性異常フィブリノゲンの内,フィブリン重合が不良でγ鎖に異常が存在するものの本能を見極めることにより,この問題を解決するために行なっている.フィブリノゲン京都工はSDSポリアクリルアミド電気泳動で見かける上の分子量が小さな異常γ鎖を含む. γ鎖を精製し,ブロムシアンあるいはリシルエンドペプチダーゼで分解した後,高速液体クロマトグラフィでペプチドを分画した所,異常ペプチドの存在が見出された.異常ペプチドを全自動アミノ酸構造解析機で解析した所, γ鎖308番のアスパラギンがリジンに置換していることが判明した.この異常は世界に1例しか存在しない.フィブリノゲン栃木はSDSポリアクリルアミド電気泳動で見つけ上の分子量が大きな異常γ鎖を含む

.精製γ鎖を同様に解析した所,異常ペプチドが見出され,そのアミノ酸構造の解析でγ鎖275番のアルギニンがシステインに置換していることが判明した.フィブリノゲン栃木をトロンビンで処理すると凝固しない成分が存在し,その非凝固性フィブリノゲンには異常γ鎖が多く存在しており,かつ正常フィブリンの重合を阻害することが判明した.以上の成績からγ鎖275番及び308番を含むγ鎖の構造がフィブリン重合に重要な役割を演じていることが明らかとなった.フィブリノゲン京都工についてはプラマミン分解産物の解析を,また新たに見出したフィブリノゲン大阪IIIの解析も今後行なう予定である.1.フィブリノゲン(Fbg)京都Iはγ鎖308アスパラギンがリジンに置換している。プラスミンはFbgのリジンの部位を切断するので、Fbg京都Iのプラスミン分解を検討した。カルシウム存在下にFbgをプラスミンで分解し、DEAEカラムでD1を精製し、D1をEGTA存在下でプラスミンで分解した。Fbg京都IのD1は正常より早くD2、D3に分解される事がSDSーPAGEの解析で明らかとなった。放出されたペプチドのHPLCでの精製及びそのアミノ酸構造解析から、Fbg京都Iではγ308リジンと309グリシンの結合ケプラスミンで分解される事が分かった。更に正常Fbgのγ212リジンと213グルタミン酸の結合も分解される事が判明した。2.Fbg大阪IIIはγ鎖の見かけ上の分子量が正常より極めてわずかに大である。γ鎖の解析から、γ275アルギニンがヒスチジンに置換しており、Fbg Haifa、BergamoII、Essen、Perugia、佐賀と同じ異常である事が判明した。Fbg Haifaと異なり、Fbg大阪IIIをカルシウム存在下でプラスミンで分解するとD1が得られ、D2、D3にまで分解される傾向は見られず、Fbgへのカルシウムの結合も正常であった。本例はその一部を第10回日本血栓止血学会に報告した。3.昭和63年度に入って新たに見出したFbg大阪Vはカルシウム存在下で凝固時間が全く正常化し、またカルシウム存在下でFbgをプラスミンで分解すると、D1にとどまらずにD2、D3にまで分解されてしまう特異な異常Fbgであり、γ鎖の解析からγ375アルギニンがグリシンに置換している事が明らかとなった。異常γ鎖にはカルシウムイオンの高親和性結合が見られない事も明らかとなった。この異常Fbgの解析から、γ鎖に存在するカルシウムの高親和性結合部位へのカルシウムの結合はフィブリンの重合への促進作用にはあまり関与していないものと考えられた。またγ375の部分もフィブリン重合に重要である事が判明した。
ルートフェノミクス ：ビッグデータを活用した新しい根系解析手法の開発

「緑の革命」から取り残された地域では低肥沃度であり,そこで肥料等低投入なまま収量をあげられる品種が求められている.それには作物根系が重要であり,根系の情報全般を解析して捉え直すこと,すなわちルートフェノミクスの確立が重要となる.そこで,本研究では栽培期間中に作物根系の画像を効率良く取得して解析するシステムを開発し,それを用いてイネ,ササニシキ/ハバタキの染色体断片置換系統群の根系を解析した.その結果,伸長角度と冠根長に関係する量的遺伝子の候補が第5,第10染色体にそれぞれ存在することが予想された.本研究で開発したシステムはルートフェノミクスの確立に大きく貢献すると考えられる.作物の根系は複雑で評価が難しいため,これまでの研究で多くの有用な形質が見過ごされている可能性がある.このような見過ごされた根系の形質を発見・評価するためには,植物の発育に伴って変化する根系の形質をなるべく多く高効率に得て,それを全体として評価することが重要である.そこで本研究では,作物の根系を画像解析の手法を用いて高精度かつ高効率に解析する技術を開発し,それを利用して作物根系の大量のデータを取得して,そのデータを総合的に解析することを目的とする.本年度はデータ取得に適した作物栽培装置の検討,時系列で根系画像を取得するシステム,データ化した情報全体を評価するための「モデル」について検討をおこなった.そのためにまず,1本の根(個根)についてモデル化を試みた.個根は発根時に伸長速度,直径,屈性のパラメータを持つように設定し,これらのパラメータは発育に従って更新されていくものとした.側根形成については,側根の出現時期と側根の発根間隔をパラメータとし,作物の発育ステージ後半における根の伸長の停止や枯死の時期についてもパラメータとして加えた.また,種子根および節根から発生する側根も,親根と同様にパラメータを持つように設定した.さらにイネ科の場合は発育に従って新しい根(節根)が形成されていく.この複数の節根の発根時期と発生時の根の鉛直方向および放射方向の角度をデータとして与えることで,仮想的に根系が形成されるようにモデル化した.このモデルを発展させて,実測データと組み合わせることで,発育に応じた根系形成を検討する基盤ができると考えている.作物根系は複雑であり,評価が難しいため,これまでの研究で多くの有用な形質が見過ごされている可能性がある.このような見過ごされた根系の形質を発見・評価するためには,植物の発育に伴って変化する根系の形質に関する値をなるべく多く高効率に得て,それを評価することが重要である.そこで本研究では,作物の根系をコンピュータ画像解析の手法を用いて高精度かつ高効率に解析する技術を開発し,それを利用して作物根系の大量のデータを取得して,そのデータを総合的に解析することを目的とする.その目的において1.画像解析用の根系画像取得に適した作物栽培装置,2.時系列で根系画像を取得して蓄積するプログラム,3.取得した画像から根系の様々な形質をデータ化するプログラムの開発をおこない,4.データ化した形質の情報と作物の生育や栄養状態と関連づけて考察して,5.単子葉植物のイネと双子葉植物のダイズの遺伝解析用系統群を栽培して解析をおこなった.本年度は昨年度検討したデータ取得に適した作物栽培装置,時系列で根系画像を取得するシステムを改良しながら用いて,実際の作物の評価をおこなった.用いた作物はイネ遺伝子解析用系統群の一つであるササニシキ,ハバタキのCSSL系統である.これを用いて,イネ生育初期に注目して1,2日おきに根系の画像を取得して,そのデータを用いて根系のいくつかの形質をコードする遺伝子座の候補を絞り込むことができた.これにより発育に応じた根系形成を検討する基盤ができると考えている.「緑の革命」から取り残された地域では低肥沃度であり,そこで肥料等低投入なまま収量をあげられる品種が求められている.それには作物根系が重要であり,根系の情報全般を解析して捉え直すこと,すなわちルートフェノミクスの確立が重要となる.そこで,本研究では栽培期間中に作物根系の画像を効率良く取得して解析するシステムを開発し,それを用いてイネ,ササニシキ/ハバタキの染色体断片置換系統群の根系を解析した.その結果,伸長角度と冠根長に関係する量的遺伝子の候補が第5,第10染色体にそれぞれ存在することが予想された.本研究で開発したシステムはルートフェノミクスの確立に大きく貢献すると考えられる.本研究は1.画像解析用の根系画像取得に適した作物栽培装置,2.時系列で根系画像を取得して蓄積するプログラム,3.取得した画像から根系の様々な形質をデータ化するプログラムの開発をおこない,4.データ化した形質の情報と作物の生育や栄養状態と関連づけて考察する,5.単子葉植物のイネと双子葉植物のダイズの遺伝解析用系統群を栽培して解析をおこなう.の5つの課題に分けられるが,5以外は一定の目処がついているから.作物栽培学5番目の課題,5.単子葉植物のイネと双子葉植物のダイズの遺伝解析用系統群を栽培して解析をおこなって,それ以外の部分も含めて随時成果発表をおこなう.本年度はシステムの試作をおこない、次年度に実システムを動かすことにしたため.実システムを動かす
光物性をスペーサー部で機能変換した両極性ＴＴＦーＰＢＩハイブリッド分子の開発

ドナー性部位であるテトラチアフルバレン(TTF)骨格にアクセプター部位であるキノキサリンビスイミド骨格を縮環させた新規TTF骨格の合成に成功した。合成した新規分子はn型特性を持ち、ドナー分子であるポリヘキシルチオフェンと組み合わせて作成したバルクヘテロジャンクション型有機薄膜太陽電池は、予備的実験ではあるが変換効率0.04%を示した。また新規のチエノイソインジゴオリゴマーを合成し、トランジスタと太陽電池を作成し特性を評価した。トランジスタは良好なバランスのとれたアンバイポーラトランジスタ特性を示し、太陽電池においても比較的良好な変換効率2.4%が得られた。本年度は、本課題で開拓したテトラチアフルバレン(TTF)骨格に対してキノキサリンイミド骨格を縮環させる合成法を用いて、新規のアクセプター型TTF分子の合成を行った。溶媒に可溶性を持たせ、分子配列を制御する目的で様々なアルキル鎖形状を持つ分子の開発に成功した。これらの分子の電子構造を検討した結果、従来電子供与性ドナー分子として用いられるTTF骨格にアクセプター性を付与させることに成功した。様々な有機溶媒に対して、これらの分子を溶解させた溶液を作成し、スピンコート法を用いてシリコン基板上に塗布し、金電極を用いたトップコンタクト型のトランジスタ素子を作成したが、ゲート変調は観測されなかった。原子間力顕微鏡によるモルフォロジーの観察結果から、凹凸のおおきな分子の凝集形状が確認され、グレイン境界が密に接触していないことがゲート変調が観測されなかった原因として考えられる。しかしながら合成した分子骨格が強い凝集力を持つことが明らかになったため、新たな展開として、バルクヘテロジャンクション型太陽電池のアクセプター分子への応用を検討した。合成した分子を、ドナー分子であるポリヘキシルチオフェン(P3HT)と組み合わせてバルクヘテロジャンクション構造の素子を作成し、光電変換特性を調べた。変換効率(0.04%)は低いものの電池として駆動することがわかった。光電変換特性は組み合わせるドナー分子の電子構造や、分子配列に強く依存する。この他に平面性の高いチエノイソインジゴ骨格に着目し、新規なドナー分子としてチエノイソインジゴオリゴマーやポリマーを合成し、太陽電池へ応用した。その結果、チエノイソインジゴオリゴマーはフラーレン系アクセプターと組み合わせることで比較的良好な変換効率(2.4%)を示した。本年度は自己積層するパイ電子拡張型TTF骨格の持つホール輸送特性(ドナー部位)に加えて、優れた電子輸送特性(アクセプター部位)と蛍光発光特性を併せ持つペリレンビスイミド(PBI)骨格を連結した、新規な両極性且つ光物性を融合した分子の開発に取り組んだ。ターゲット分子を合成する過程で、パイ電子拡張型TTF骨格に対してイミド骨格を直接縮環させる新規の合成経路を開拓した。この合成経路を利用してパイ電子拡張型TTF骨格(ドナー部位)に強い電子吸引性骨格であるアルキル鎖を持つキノキサリンイミド骨格を縮環させた新規両極性分子の合成に成功した。この分子は合成上、アルキル鎖を導入する段階でその形状を自由に変えることができ、高い溶解性を持つとともに、トランジスタ特性を支配する分子配列を制御することが期待できる。また分子骨格の分子物性と光学特性を調べた結果、この分子骨格はドナー性のTTF骨格を持つにも関わらず低いHOMOレベルを持ち、狭いエネルギーギャップを持つことがわかった。この結果から本研究課題で新たに開発した分子骨格は、トランジスタ材料のみならず太陽電池の新規なn型半導体材料への展開が期待できる。有機素子の研究は実用化指向が強く、また比較的その歴史が浅いため、ふさわしい分子モデルと呼べるものが未だ確立されていない。実用的な高分子材料に比べて低分子材料は、設計と計算の両側面から分子設計にアプローチしやすい。本研究課題は塗布型低分子有機半導体に着目し、分子レベルで分子構造と電子構造を設計し、キャリア輸送と光機能の複合化を分子レベルで解析する。分子内での相互作用と電子構造を理解することからスタートし、ボトムアップ的に分子の構成部位を積層させて素子特性を考察するため、マクロな動作モデルを分子構造と分子物性に直接関係づけ、学術的に新規な分子モデルを構築することができる。本研究課題におけるTTF部位は申請者が独自に合成に成功した骨格であり、この周囲を修飾した化合物は報告例がない。また本年度ターゲット分子の合成を試みる際に新規に開拓したキノキサリンイミド骨格縮環の合成経路は、他に報告がなくさらに合成過程の反応を室温でかつ温和な試薬を用いて行うことができ、環境に優しく汎用性の高いものである。合成した分子の電子構造の詳細について明らかにした結果、当初の予想とは異なり本来p型半導体であるTTF分子がn型半導体として機能する可能性を示すものである。

申請者はこの両極性分子はアルキル鎖形状の違いに基づく分子配列制御ができ、応用する電子素子に適した集合体設計が可能であり、本研究課題の目的の達成に寄与すると考える。本研究課題で提案した自己積層するパイ電子拡張型TTF骨格の持つホール輸送特性(ドナー部位)に加えて、優れた電子輸送特性(アクセプター部位)と蛍光発光特性を併せ持つペリレンビスイミド(PBI)骨格を連結した分子と相互連携して研究を進めることができる。新規分子の合成は引き続き行うとともに、合成と分子物性の解明の進捗に合わせてトランジスタの作成と評価を行う。気相及び溶液から単結晶を作成し、X線単結晶構造解析を行う。また基盤上に塗布した薄膜の面間及び面内の構造解析を行う。測定には学内の共同利用装置を使用できる。これらの測定で得られた分子構造や分子配列の情報から、両極性輸送に寄与するトランスファー積分の値を見積もることができる。分子物性データと合わせて分子構造と集積構造を関連づけ、この段階で分子設計へフィードバックし分子構造の最適化を図る。結晶性薄膜を作成する為に、溶媒、溶液濃度、スピンコーティング、ディップコーティングなどの条件を多方面から検討する。特に電子輸送の場合、シリコン基盤界面に存在するトラップ準位による特性の劣化が顕著であるため、基盤はSAM膜で直前処理したものを用いる。測定は大気下と、湿度や酸素などの影響を排除した本質的なデータを得るために真空下での測定を行う。薄膜のX線による面間及び面内の構造解析を行い、分子配列とトランジスタ特性との相関を求める。さらに本年度、新規に開拓した合成法を用いて合成した分子についてもトランジスタや太陽電池への応用について検討する価値があり、従来の研究計画に加えて同様の評価を進める。有機合成における効率的なターゲット分子の合成を目指し、ハロゲン化アリールとアルキン類との薗頭クロスカップリング反応をマイクロウェーブ照射下で行うことを計画している。トランジスタ作成のための基盤などを消耗品費として申請する。また本研究課題で扱う分子から得られる単結晶が非常に小さく、通常使用している装置では測定不可能な場合に備えて、申請者は大学共同利用機関法人、自然科学研究機構、分子科学研究所における施設利用を申請し採択されており、この測定のために必要な旅費を申請する。トランジスタの受光と発光機能を調べる。光照射に関しては現有の白色光源と分光用のフィルタを購入し、トランジスタ特性評価装置に取り付けて使用する。白色光連続照射による光誘起電流の測定を行うとともに、断続的な照射によるオン電流とオフ電流のスイッチング特性を調べる。次にフォトディテクターを導入し、トランジスタの発光特性を調べる。
アンチセンスオリゴDNAを用いた脳内特定タンパク質の発現阻止に関する研究

In vivo-microdialysis法で、μ-オピオイド受容体(MOR)アゴニストのモルヒネおよびペチジン、ドパミン(DA)輸送体阻害薬のコカイン、κ-オピオイド受容体(KOR)アゴニストのケトサイクラゾシン(KCZ)、およびδ-オピオイド受容体(DOR)アゴニストの[D-Pen^<2,5>]-enkephalin(DPDPE)などを、ラット脳線条体に投与し、細胞外液中のDA量を透析プローブ、電気化学検出器付き高速液体クロマトグラフなどを用いて測定した。その結果、(1)モルヒネでは、用量に依存してDA量が減少した。また、DA量の減少はnaloxoneで拮抗された。(2)コカインでは、用量に依存してDA量が増加した。また、(3)ペチジンでは、用量に依存してDA量が増加した。ペチジンによるDA量の増加の程度は、naloxoneにより一層大きくなった。以上の実験結果、ならびに、ペチジンはDA輸送体と結合するというin vitroの報告から、ペチジンはMORと結合してDA量を減少させるとともに、DA輸送体を阻害してDA量を増加させることが示唆された。なお、MORアゴニストを反復投与すると、MORを介して現れる種々の作用に耐性が現れることが知られている。したがって、モルヒネ、ペチジンなどのMORアゴニストの反復投与期間が長引いた患者にペチジンを投与した場合、コカイン様作用が現れる可能性があることに留意する必要があると思われた。また、細胞外液DA量は、KORアゴニストのKCZで有意に減少し、DORアゴニストのDPDPEでは有意に増加した。これらの意義については今後の研究で明らかにしたい。なお、これらの系におけるアンチセンスオリゴDNAの効果について現在検討中である。
学生相談と障害学生支援の協働による実践の充実化に関するコミュニティ心理学的研究

申請者らの所属する大学の障害学生支援の専門部署である「特別支援室」における平成26年から29年度までの4年間の相談活動に基づき,学生の来談時期や経路,高校までの支援の有無,大学での合理的配慮の要望等について分析を行った。その結果,学生の来談時期は障害種によって異なること,そこには大学入学以前の診断や支援の有無が強く関連していることが示された。また,来談経路として入学時での学生・保護者向けの相談案内が有効であること,障害種によって合理的配慮を申請する割合が異なることが明確になった。したがって,これらの特徴を踏まえた個別支援や支援体制の整備が重要であると言える。聴覚障害のある学生への支援プロセスに基づき,学生の困り感とその支援のために活用した資源との関連について整理・検討した。その結果,本人の所属する部局の教職員や授業担当教員,支援学生等の学内資源とともに,他大学の障害学生支援担当者や支援機器メーカー担当者等の学外資源を活用していくことが有効であることが明らかになった。全国の国立大学86校のWebページを対象に,学生相談及び障害学生支援の組織・体制と活動内容について集計・分析した。その結果,学生相談及び障害学生支援の組織・体制としては,独立型・部門型・統合型のうち独立型が半数以上を占めていること,独立型より部門型の方が双方の支援内容が重なっており,連携・協働しやすいこと,活動内容に関する情報提供が十分なされていないことが示された。これから,学生相談及び障害学生支援の連携のあり方や体制整備の方策等をより詳細に検討すること,より効果的な情報提供のあり方を明らかにすることの必要性が明らかになった。障害学生支援部署を利用する学生の全体的な特徴,聴覚障害学生の支援ニーズと資源利用について明らかになった。これらに基づき,障害種別・事例ごとの特徴についての分析を更に進めていく予定である。全国の国立大学における学生相談及び障害学生支援の組織・体制や活動内容については,おおむね明らかになったため,活動の詳細や望ましい組織・体制のあり方,支援担当者の問題意識についても明らかにする必要がある。個別の相談経過に基づき,障害種別・事例ごとの特徴や有効な支援の方策について検討する。その際には,学生相談担当者と障害学生支援担当者と連携・協働という視点からの検討を行う。学生相談及び障害学生支援の組織・体制や活動については,各大学への質問紙調査や訪問調査等によって,その詳細を明らかにする。また,個別支援を充実させるために教職員・学生といかに連携するかを明らかにすることが必要であるため,支援にかかわる教職員や学生の抱える課題やニーズを把握・検討するための調査を行う。研究を進める順番を一部入れ替えたことで調査費が次年度の使用予定になったこと,本年度の研究成果の一部については次年度の学会にて発表することに計画を変更したことにより,次年度使用が生じた。次年度は,修正した計画に基づき研究を進める予定である。
万能細胞培養技術標準化のための培養経過全貌のFingerprint評価法

iPS細胞などの多能性幹細胞は、高度な培養技術を必要としており、現状は熟練者の培養スキルに依存している。今後このような幹細胞を広く活用するには「最適な培養法の標準化」が必須であり、そのためには細胞培養工程全体の数値化法の開発が急務である。本研究では、iPS細胞をモデル細胞として、未分化能との関連が深いことが知られるiPSコロニー形について、全コロニー・全履歴の形態情報の変化を数値化・可視化する手法「Total Culture Fingerprint法」を開発した。これによって培養工程の各種ストレスと、これに関わる幹細胞の品質低下とコロニー形態の変化について定量的なモデル化が可能なことを示した。H26年度は、万能細胞培養過程を丸ごと画像的細胞変化から可視化するTotal Culture Fingerprint法を開発するために、iPS細胞株201B7株を用い、特に(条件I培養手技の差)について複数の条件を検証した。具体的にはこれまで経験的には重要だとされながらも一度も定量評価されたことがなかった「ピペッティングによる物理的ストレスの差」「培地交換頻度と量の差」「コロニークリーニングの有無の差」「Rock阻害剤の添加の有無」に関して、約2万枚の位相差顕微鏡画像(約96経時ポイント)の撮影と画像処理、そして、ここから得られるコロニー形態情報とその変化のプロファイルを取得した。さらに、このような僅かな手技やスキルの差で生まれる品質変化を、4種類の未分化・分化マーカーで最終的には免疫染色し、これを定量評価した結果を蓄積した。解析の結果、わずかな手技の差(3条件ともに)は、コロニーの形態変化(特にテクスチャ情報の変化)とその増殖率の変化として現れることがわかったため、これを同時に表現できる新規可視化法として、描画のための各種条件の最適化後、Total Culture Fingerprint法アルゴリズムとして完成させることに成功した。この図示法は、細胞の形、増殖率を全て同じ図の中に変化量として表現することができ、大量のコロニーの形状評価として様々な条件の比較が定量的に行える技術となった。この技術によって、これまでは別々な情報かつ「バルク=ヘテロ性のわからないひとまとめの情報」であったiPSコロニーの培養中の変化を、両方合わせながら評価可能かつ、集団の中に現れるヘテロ性の評価が可能となった。H27年度(最終年度)では、昨年度に確立したTotal Culture Fingerprint法を用い、いくつか条件を絞り混む必要があったが、培養技術の最適化に必要な実験項目や、可視化技術の科学的意味の解明について検証を行った。具体的には、条件I(培養手技の差)として細胞塊の砕き方と異常コロニー除去能について、条件II(プロトコルの差)として播種密度の差について、条件III(基礎細胞環境の差)としてOn Feeder/Non-Feederの差およびコーティング材料(ビトロネクチン・iMatrix)の影響について、201B7株における応答性およびリアルタイムの培養プロファイルの差を定量的に比較し、Fingerprint法の汎用的な有効性について確認すると共に、研究ゴールでもあった指紋化の有効性について、生物学的な情報との相関性を検証した。結果として、各種生成コロニーの収量を比較した結果、iPS細胞コロニーの収率は「初期接着数」を左右する条件(砕き過ぎ、播種密度、コーティング剤の違い)が最も大きく収率に影響すること、培養57日後の収量の増減は播種後1日目で既に決定していることを明かにした。また、各コロニーのOCT3/4の陽性率を数値化し、各種培養条件を定量的に比較した結果、抗酸化ストレスが活性化するようなストレス(物理ストレスや培地への乳酸の蓄積)が培養プロフィールを大きく見出すことが分かった。また、条件Iについては異常コロニーの除去を意図的に減らした条件と増やした条件を、遺伝子発現および代謝産物の変化から比較したところ、形態の異常なコロニーの増加は、コロニーの遺伝子発現パターンと大きく連動しており、コロニーのエネルギー生産がミトコンドリア非依存的なものに変化することと相関していることが明かとなり、構築した可視化方法の感度および細胞品質との連動性を確認することができた。平成26年度は、実験目標として第一に培養手技というスキルの数値化に挑戦することが目標であったが、この目標となる条件において3つの条件を各数千枚の画像データと、免疫染色による画像撮影後の品質情報とリンクさせることによって、リアルタイムの観測評価によって得られる動的な情報として形態変化と増殖率という2つの重要なパラメータに可視化法を絞り込むことができ、これを実践できたので、自己評価として充分に当初の目標に達成できていると評価している。医療支援工学H27年度は、昨年度に確立した「可視化法」の感度と精度を、iPS細胞の実用化や周辺培養技術の最適化に必要不可欠でありながらこれまでに定量比較評価されたことのない実験項目で評価し、そのロバスト性を科学的な発見の有無について、理解を深める予定である。

実験としては、実験条件をII:プロトコルのもっとデリケートな差、III:フィーダー細胞や培地ロットという細胞環境の差を比較する。構築された上記Total Culture Fingerprint法を用いて、これらの条件と定量的に比較し、何がスキルとしてiPS細胞培養の中でクリティカルなパラメータであるか、または、何がiPS細胞培養で品質を安定化させるのに寄与しているかを、特定したいと考えている。ただし、これらの検証を行うためには昨年度に開発した解析技術を、改めて起こし直した新しいロットによって検証する必要があり、どこまで「同一性」が評価できるかは本年の課題でもある。また平成26年度に明確となったのは、僅かな差を検出・評価しようとするときには「画像から得られる数値化パラメータ」のうち、より「ロバストな変数」の決定が解析方法としての安定性にもつながるという発見であった。裏返せばこのような画像から得られるパラメータの中で、より有効かつ安定な情報を解析的に絞込むことができれば、汎用性の高い解析法となる。このような解析には、機械学習を含めた変数選択法の導入が有効であるため、次年度の研究ではiPS細胞コロニーを規定する様々な学習パラメータデータの中のパラメータの組み合わせルールの抽出も行う予定である。最終目標としては、手技によって変化したコロニーを画像で評価・定量化し、同時に画像撮影後に品質評価した結果と突き合わせを行うことによって、開発したTotal Culture Fingerprint法アルゴリズムの実同性を検証する予定である。
中枢神経系におけるムスカリン受容体サブタイプの局在および排尿に関する機能的役割

脳室内にムスカリン受容体作動薬を注入したところ、膀胱内圧曲線上有意な変化が見られ、蓄尿機能、排尿機能ともに促進性の作用が認められた。そこで脳室内に各サブタイプのムスカリン受容体作動薬を注入し、膀胱内圧曲線上有意な変化が見られることを確認し得た。また排尿反射に有意に関与し、脳内で重要な役割を担っているムスカリン受容体各サブタイプの排尿への影響を検討した。具体的にはムスカリン受容体サブタイプM1およびM3は排尿に対し促進的に、ムスカリン受容体サブタイプM2およびM4は抑制的に作用していると考えられた。また、中枢神経系で重要とされる神経伝達物質との相互作用を薬理学的に確認し、大脳皮質から仙髄までの神経経路内でのムスカリン受容体サブタイプの役割を確認した。具体的には脳室内にムスカリン受容体作動薬および相互作用を持つと考えられた各種薬剤を脳室内注入し、膀胱機能の変化を追跡した。その結果、protein kinase Cが中枢神経系における排尿反射への役割を有することが確認できた。protein kinase Cが求心路と遠心路それぞれに作用を持ち、ムスカリン受容体と密接な相互作用、こと抑制性の作用がみられた。またオピオイドの脳室内投与により、やはりムスカリン受容体作動薬の中枢神経系への作用と類似した、排尿収縮力を低下させずに、膀胱部知覚を抑制する作用を見い出した。そしてオピオイド受容体作動役が、そのサブタイプによって、それぞれ特異的な膀胱機能への影響を与えることを、膀胱内圧曲線で確認し得た。われわれはこれまでにムスカリン受容体作動薬の中枢神経系への作用として、排尿収縮力を低下させずに、膀胱部知覚を抑制する作用を見い出した。具体的には薬理学的、および分子生物学的手法を用いて、中枢神経内の排尿反射経路におけるムスカリン受容体サブタイプそれぞれの機能的役割を解明した。脳室内に各ムスカリン受容体作動薬を注入したところ、膀胱内圧曲線上有意な変化が見られ、すなわち排尿反射に有意に関与しているムスカリン受容体サブタイプが脳内で重要名役割を担っていた。
足底圧分布変化の空間的・経時的定量化による歩・走動作の安定性を評価する試み

人間の歩・走行動作において、足底部は体重を支えると同時に、身体運動で発生する足底全面での圧力発揮およびその反作用として地面からの反力を受けている。特に歩行に関する研究では、足底圧の分布から、病理的診断や、高齢者の転倒予防など多くの有用な情報が発信されており、足部に関する運動学的分析は、医療やリハビリ研究(Clinical Gait Analysis)分野においてニーズが高まってきている(Turner D.E.ら2008, Scott G.ら, 2007)。これまで足底部の圧力分布は定性的診断に依存していることが多かったが、近年になって足底圧分布の定量化が試みられるようになった。D.E. Lieberman(Nature,2010)は、衝撃を緩衝させる靴の機能は本来の人間が有する足底の固有受容感覚、足底筋あるいはアーチなどの機能を退化させていることを示唆している。またNurseとNigg(2001)は、足底の固有受容感覚を人為的に変えることによって、歩行中の足底圧パターン、筋活動変化などの歩行(パターン)を変えることができる可能性を示唆している。本研究では人間の歩・走行中の足底圧、床反力および身体重心の動きの変動性を測定することにより、繰り返し運動の周期性を乱す要因にについての検討が可能ではないかと考えた。平成28年度においては、足底圧・荷重分布を経時的に定量化し、歩行・走行評価のための足底圧・荷重分布パターンを検討するために、研究手法の確立を中心とした基礎的研究を実施した。具体的には、足底圧・荷重分布パターンを定量化するために、足底を解剖学計測点から区分し、三次元モーションキャプチャーシステム、床反力計、足底圧計を同期した統合システムを構築して、同システムから得られるデータの妥当性及び正確性を検証した。歩・走動作の変動性に関してはストライドの長さや頻度の変動あるいは床反力のピーク値などの変動で評価されてきた。本研究ではこれに加えて、圧力中心の位置を決定する足底部の圧力分布の変動性についても検討した。また本研究では、足底部を分割して各部位ごとの足底圧を時系列に沿って定量化すると同時に、床反力計測器埋設の歩行路上での歩・走行時の3成分の床反力とモーションキャプチャーシステムによるキネマティックス変量の変動が大きるなることを不安定ととらえ、その出現時相と要因について明らかにした。方法論の確立のために用いた手法として、三次元モーションキャプチャーシステム、床反力計、足底圧計を同期した計測システムを構築した。さらに3つの計測機から得られるデータを統合する分析システム(分析ソフトウエア)を構成し、足底荷重の精度と再現性を確認したうえで、1ステップ中の荷重パターンと変動を抽出した。足部の解剖学的計測点はM.C.Carson et al.,(2001)、足底区分方法はJ.Stebbinset et al.,(2006)を参考に、足底部位を5部位に区分した。足底区分方法は、モーションキャプチャーシステムから得られたマーカー座標位置を足底圧計の座標に投射した。足底部で経時的に計測される足底圧・荷重分布を定量化し、歩行・走行評価のための足底圧・荷重分布パターン検討を以下の2点に着目して、研究を遂行することを目的とした。1足底圧・荷重分布パターンを定量化するために、足底を解剖学計測点から区分し、三次元モーションキャプチャーシステム、床反力計、足底圧計を同期した統合システムを活用してそのシステムから得られるデータの妥当性及び正確性を検証した。2歩行および走行中の足底圧・荷重分布パターンを、移動速度変化、発育発達による変化、競技特性による相違あるいは障害の有無による違いなどを比較計測することにより、主として定量化された足底圧分布の変動を基準に、動作の安定性を評価する尺度作成を試みた。H29年度の研究においては、足底圧変化と身体の動作を関連づけるために、モーションキャプチャーから求めたキネマティックなデータと足底圧変化の関連性を検討した。歩・走度差において不安定な移動動作を示す児童や中高年齢者あるいはアキレス腱などの足部障害経験者および一般健常成人を被験者とした。動作の安定性の指標として、移動速度を違いによる足底圧分布と床反力の変動および身体関節運動のキネマティックス変量の変動性(Variability)に注目し、足底圧分布の経時的変動に影響を及ぼすキネマティックス要因との関連性について検討した。また走・歩行動作時の即時的に足底圧分布状況をビジュアルにフィードバックすることにより、不安定な人が安定した移動運動を獲得できるような介入プログラムを試みた。人間の基本的な動作である「歩行」は殆どが無意識的に遂行される運動であるが、ステップサイクル毎の時間的、空間的パラメーターを測ってみると、一定スピードであっても変動していることが知られている。また発育発達に伴って幼児期や高齢者ではステップサイクルの周期性が乱れ、転倒を引き起こしやすい要因を作っている。一方スポーツ現場のコーチ、指導者は、選手へのコーチング、アドバイス、技術(スキル)指導を行う際に、「足裏の感覚」などを表現として用い、指導を行うことがある。スポーツなどにおける再現性の高い動作を習得するためには、“いつ"“どこで"“どのくらい"の調整を行うかという足底圧のステレオタイプ化が要因となっていることが考えられる。

このような観点から本研究は、日常的な歩行、走行での「足裏感覚」と動作の変動性に焦点をあて、時系列に沿った足底荷重や3成分床反力の変動と動作の変動との関係性を検討した。児童の不安定歩行や中高年齢者の転倒しやすい歩行を矯正するために、その原因を作っている、床反力3成分や経時的足底荷重変化を提示しながら、安定動作の獲得を目指す中で研究が遂行されている。足底圧・荷重分布に関する情報は、正常あるいは異常歩行の区別や、スポーツシューズやインソールの開発のために活用されている。しかしながら、その多くのは、足底圧・荷重分布データから医師、臨床医、職人による定性的な分析から診断や評価が行われていることが多い。本研究では、これらの問題点をクリアして、歩・走動作中の定量的分析に耐えうる時系列に沿った荷重分布を得ることにチャレンジして、そのパターンの再現性や変動性を評価することを試みている。本研究は、足底圧・床反力の変化と動作を同時に分析するシステムを構築することで、足底圧分布の時間的な変化と動作の変動の因果関係を検討することができる。特にこの手法は、幼児や加齢あるいは臨床的観点から、歩・走行動作の不安定性について診断および評価に活用することが可能であると考えている。さらに歩行の安定性の改善のためには、足圧分布の変容を意識する介入研究にも発展できると考えている。このような観点から本研究は、バイオメカニクス研究のみならず、医療、リハビリ、スポーツ分野へと様々な分野への応用することができると考えられる。「足裏感覚=スキル(技術)」と考えて、足底部位での荷重を選択的に変化させることによって、安定した動作やスポーツパフォーマンスからみて合目的的な動きづくりへと改善することに貢献できると考えている。したがって今後の研究の推進方策としては、歩行および走行動作を対象として、足底圧・荷重分布パターンを、移動速度変化、発育発達による変化、競技特性による相違あるいは障害の有無による違いなどを比較計測することにより、主として定量化された足底圧分布の変動を基準に、動作の安定性を診断し評価する尺度作成を試みる。歩・走動作の安定性の評価は、正常および異常歩行動作中の足底圧・荷重分布、床反力及び身体重心を中心とするキネマティックス変量を捉えることによって、不安定な動作を招来する力の原因(kinetic cause)を探る。加齢に伴う不安定歩行の改善に向けて、歩く動作の技術(スキル)分析から足底の感覚を定量化することによって足底圧の有効なフィードバックを行うことによって、安定した動作への改善に貢献することが期待できると考えている。周期的運動である歩・走動作の変動性に関しては、ストライドの長さや頻度の変動あるいは床反力のピーク値などの変動で評価する手法が今まで行われてきた。本研究ではこれに加えて、圧力中心の位置を決定する足底部の圧力分布の変動性についても検討する。これまで足底圧分布に関しては色や等圧線でその分布を示す定性的手法が一般的であったが、本研究では足底の場所、圧力に関する定量的データを経時的に提示することを試見ている。この点で近年では、精度の良い足底圧分布センサーが開発され、各動作での足底圧分布を正確に把握することが可能となった。また本研究では、足底部を分割して各部位ごとの足底圧を時系列に沿って定量化すると同時に、床反力計測器埋設の歩行路上での歩・走行時の3成分の床反力とモーションキャプチャーシステムによるキネマティックス変量の変動が大きるなることを不安定ととらえ、その出現時相と要因について明らかにした。
高校・大学・教職をつなぐ「教職キャリアカウンセリングプログラム」の開発

本研究では、教職キャリアカウンセリングの研究・開発が進展している欧州の取組をもとに、教職カウンセリングプログラムの日本への導入を検討し、プログラムの開発をめざす。具体的には、小・中・高等学校教員の生涯のライフコースを視野に入れ、教員養成課程入学前から、大学・教職生活(初任期・中堅期・ベテラン期、退職後)の各ライフステージにおける、教職キャリアカウンセリングプログラムを開発する。開発したプログラムは、教職をめざす若者の教職への適性理解を図るとともに、教員の各ステージにおける自己省察を可能とし、接続的なキャリア支援につながるものと期待される。
モノーラル立体音再生システム

平成30年度は、まず、受聴者によって単耳受聴時で頭部を運動させた場合の音像軌跡データのばらつきが大きことが実験方法や実験手順などに起因するアーティファクトなのか否かを確認した。その結果、これは、実験方法や実験手順などに起因するアーティファクトではなく、受聴者によってそれぞれの耳介形状が異なるために、頭部を運動させたときの音像の動きが受聴者によって異なることによるものであることが判った。ただし、音像が二つに分離して聴こえるときの受聴者の音像軌跡の描き方には個人差が認められたので、音像軌跡描画のシステムの改善と描画手順の明確化を行った。次に、受聴者の頭部伝達関数を直説法および相反法で測定し、そのデータベースを作成した。その結果、水平面の頭部伝達関数の高域に現れるスペクトルのピークとディップの位置が受聴者によって異なることを確認した。これらは、正中面上にある音像の仰角を判断するスペクトル的特徴として知られているが、両耳間時間差と両耳間レベル差という両耳特徴が提供されない、あるいは異常な値である場合には、水平面上にある音像の方位角を判断するために利用されることが判った。そして、片耳を耳栓で閉塞した場合、頭部を動かして刺激音を受聴すると音像が動くか動かないかを判断させることにより、両耳受聴状態にあるか単耳受聴状態にあるかを判別できることもわかった。この方法を利用して両耳・単耳受聴状態の判別を行った結果、受聴者の高域の最小可聴閾値が、単耳受聴状態を確保する刺激音の音圧レベルに影響することが判った。当初計画どおり、音像定位実験を進めるとともに受聴者の頭部伝達関数も測定した。ただし、完全な単耳受聴状態を確保するためには、個別の最小可聴閾値を事前に把握する必要があることも判明し、スペクトル的特徴のどの部分が単耳受聴時の音像知覚に寄与しているかを確認する実験は実施できなかった。平成31年度は、受聴者が耳栓を装着したときの最小可聴閾値を個別に測定し、完全な単耳受聴状態を確保する刺激音の音圧レベルを定めたうえで、スペクトル的特徴のどの部分が単耳受聴時の音像知覚に寄与するかを明らかにする音像定位実験を行う。その結果に基づいて、モノーラル立体音再生システムの設計指針を定める。平成29年度は、単耳受聴条件の音像定位と移動する音像軌跡を測定する実験システムを整備し、健聴者10名が片耳を耳栓で閉塞して、受聴時に頭部を静止した場合の音像定位実験と受聴時に頭部を±60°回転させた場合の音像軌跡と頭部を10°ごとに水平回転したときの音像方位を測定した。まず、片耳を耳栓で閉塞しても、刺激音の音圧レベルが十分に低くない(耳栓を装着したときの可聴閾値)と単耳受聴状態にならず、両耳受聴時と同様に水平面音像定位は可能であった。すなわち、両耳間レベル差が40 dB以上ある場合でも両耳間時間差を利用して音像を定位していることが示唆された。次に、刺激音の音圧レベルを耳栓装着時の可聴閾値よりも10 dB以上低くすると単耳受聴状態になり、そのときの音像はすべて開放耳側の半面に定位することがわかった。また、単耳受聴状態で頭部を回転させると音像は頭部回転に伴って開放耳半面で動き、閉塞耳半面にある音源が開放耳半面に来るように頭部を回転した場合に音像が大きく動くことがわかった。なお、この頭部運動に伴う音像の移動角度は受聴者によって大きく異なることもわかった。他人のダミーヘッドを用いたテレヘッドを用いてバイノーラル収録した刺激音の片チャンネルだけをヘッドホン再生した場合も、ダミーヘッドを回転させると音像は頭部回転に伴って開放耳半面で動き、閉塞耳半面にある音源が開放耳半面に来るようにダミーヘッドを回転した場合に音像が動いたが、音像の移動角度は実耳受聴の場合よりも小さかった。当初計画のとおり実験システムを整備し、音像定位実験をすすめ、単耳受聴時の音像定位実験データが得られている。ただし、受聴者によって頭部運動時の音像軌跡データのばらつきが大きく、実験方法や実験手順などを再検討する必要がある。

これらは、正中面上にある音像の仰角を判断するスペクトル的特徴として知られているが、両耳間時間差と両耳間レベル差という両耳特徴が提供されない、あるいは異常な値である場合には、水平面上にある音像の方位角を判断するために利用されることが判った。そして、片耳を耳栓で閉塞した場合、頭部を動かして刺激音を受聴すると音像が動くか動かないかを判断させることにより、両耳受聴状態にあるか単耳受聴状態にあるかを判別できることもわかった。この方法を利用して両耳・単耳受聴状態の判別を行った結果、受聴者の高域の最小可聴閾値が、単耳受聴状態を確保する刺激音の音圧レベルに影響することが判った。当初計画どおり、音像定位実験を進めるとともに受聴者の頭部伝達関数も測定した。ただし、完全な単耳受聴状態を確保するためには、個別の最小可聴閾値を事前に把握する必要があることも判明し、スペクトル的特徴のどの部分が単耳受聴時の音像知覚に寄与しているかを確認する実験は実施できなかった。平成30年度は、受聴者によって頭部運動時の音像軌跡データのばらつきが大きことが実験方法や実験手順などに起因するアーティファクトなのか否かを確認する。その上で、動的聴覚ディスプレイを用いた単耳受聴時の音像定位実験を行う。まず、受聴者のHRTFを計測し、受聴者に共通するHRTFのスペクトル的特徴と受聴者に依存するHRTFのスペクトル的特徴を明らかにする。また、音像定位実験結果と比較することによって、それらのスペクトル的特徴のどの部分が単耳受聴時の音像定位に利用されているかを明らかにする。そして、そのスペクトル的特徴を変形したHRTFを用いて合成した動的モノーラル信号を動的聴覚ディスプレイで再生して音像定位実験を行い、変形したスペクトル的特徴が単耳受聴時の音像知覚に寄与していることを確認する。平成31年度は、前年度までに得られた実験結果を統合して耳受聴時の音像定位に用いられる音響的特徴を確定し、モノーラル立体音再生システムの設計指針を定め、そのシステムのプロトタイプを構築し、性能を評価する。平成31年度は、受聴者が耳栓を装着したときの最小可聴閾値を個別に測定し、完全な単耳受聴状態を確保する刺激音の音圧レベルを定めたうえで、スペクトル的特徴のどの部分が単耳受聴時の音像知覚に寄与するかを明らかにする音像定位実験を行う。その結果に基づいて、モノーラル立体音再生システムの設計指針を定める。
中途失明者のための歩行ガイドロボットの研究開発

中途失明者は白杖や盲導犬を用いた単独歩行ができない場合が多い。このような視覚障害者の歩行を支援するために歩行ガイドロボットを開発した。歩行ガイドロボットは、500mm(W)×950mm(H)×1000mm(D)、60kgのシルバーカーサイズの移動ロボットである。頭部にビデオカメラ、胸部にステレオカメラシステム、フロントにソナーとバンパーセンサーを有し、車体は前輪がキャスター×2で後輪は12インチタイヤ×2で後輪駆動である。ロボットは画像処理とナビゲーションを行うコンピュータとバッテリを有し2時間、時速24kmで走行する。ユーザーはハンドルにつかまって歩く。ユーザーが行きたい目的地とそこに至る経路を予めティーチングしておく。ユーザーはハンドルのボタンを押して、ロボットを呼出し、音声で現在地と目的地を入力する。ロボットは目的地までの経路と所要時間、交差点数などを合成音声で知らせてから、移動を開始する。ロボットは曲がるときはハンドルに取りつけた左右のバイブレータで合図する。ビデオカメラで縁石や横断歩道、点字ブロック等を検出しそれをガイドに走行する。交通信号を検出し安全なときに横断歩道を誘導し、押しボタン式交通信号機の位置まで障害者を誘導する。また、看板等のランドマークを認識して障害者に知らせ、経路の正しさを確認させる。ステレオカメラで自転車やバイク、ごみ袋等モデル化しにくい障害物の位置とカテゴリーを認識して、障害物のカテゴリーに応じた障害物回避を行う。ロボットが故障したり道路工事個所に来た時は、周囲の人に支援してもらう。周囲に人がいない時は、携帯無線を通してロボットの状態やビデオカメラ画像を管理センターに送り遠隔操作で修理を試み、駄目ならば自動車で修理に来る。歩行ガイドロボットの概要:ロボットには視覚障害者が行きたい複数の目的地とそこに至る経路をティーチングしておく。障害者はハンドルのボタンを押してロボットを呼出し、音声で現在地と目的地を入力する。視覚障害者はハンドルにつかまって歩く。ロボットは曲がるときは左右のバイブレータで合図する。交通信号を検出し安全なときに横断歩道を誘導し、押しボタン式交通信号機の場合がその位置まで誘導する。ステレオカメラシステムで自転車やバイク、ごみ袋等モデル化しにくい障害物の位置とカテゴリーを認識して、障害物のカテゴリーに応じた障害物回避を行う。本研究は4つの組織、技術開発班、技術支援班、デザイン班、フィールドテスト班で実施した。1)研究代表者(森、山梨大学):ロボットを車体・走行制御装置、誘導・画像処理装置、ナビゲーションシステム、センサーモジュールに分け、各分担者と打ち合わせを重ねて仕様と入出力プロトコールを決めた。2)技術支援班(スズキ(株)技術研究所、日立製作所(株)日立研究所、日本システムウエア山梨ITセンタ):スズキ(株)は小型軽量の車体駆動機構と知能走行制御システムを開発した。日立製作所(株)は小型省電力画像処理システムSuperIPcamを開発した。日本システムウエア(株)はティーチングモードと誘導モードで動作し、階層構造プロセスからなる歩行ガイドロボットシステムを開発した。3)技術開発班(山梨大学森・小谷研究室、東京工業大学実吉研究室、山梨大学清弘研究室):森・小谷研究室は、(1)ティーチングでXML記述径路情報を作成し、それを用いて誘導する実験を行い、この方法が有効であることを示した。また(2)ティーチング時と誘導時に用いる画像処理モジュールを開発し歩行ガイドロボットシステムに組み入れた。

実吉研究室は富士重工(株)のステレオカメラシステムを用いて、屋外・屋内で移動体を含む障害物の位置と速度を検出するシステムを開発した。清弘研究室は8個並列同時に作動する相関型超音波距離センサーモジュールを開発した。4)デザイン班(武蔵野美術大学真田教授):障害者にフレンドリーな歩行ガイドロボットのカバー・ハンドルのデザインをした。5)フィールドテスト班(弘前学院大学佐々木教授、放送大学鳥居教授):ショッピングカーで歩行ガイドロボットのシミュレータを作り、歩行ガイドロボットの仕様の評価をした。中途失明者は白杖や盲導犬を用いた単独歩行ができない場合が多い。このような視覚障害者の歩行を支援するために歩行ガイドロボットを開発した。歩行ガイドロボットは、500mm(W)×950mm(H)×1000mm(D)、60kgのシルバーカーサイズの移動ロボットである。頭部にビデオカメラ、胸部にステレオカメラシステム、フロントにソナーとバンパーセンサーを有し、車体は前輪がキャスター×2で後輪は12インチタイヤ×2で後輪駆動である。ロボットは画像処理とナビゲーションを行うコンピュータとバッテリを有し2時間、時速24kmで走行する。ユーザーはハンドルにつかまって歩く。ユーザーが行きたい目的地とそこに至る経路を予めティーチングしておく。ユーザーはハンドルのボタンを押して、ロボットを呼出し、音声で現在地と目的地を入力する。ロボットは目的地までの経路と所要時間、交差点数などを合成音声で知らせてから、移動を開始する。ロボットは曲がるときはハンドルに取りつけた左右のバイブレータで合図する。ビデオカメラで縁石や横断歩道、点字ブロック等を検出しそれをガイドに走行する。交通信号を検出し安全なときに横断歩道を誘導し、押しボタン式交通信号機の位置まで障害者を誘導する。また、看板等のランドマークを認識して障害者に知らせ、経路の正しさを確認させる。ステレオカメラで自転車やバイク、ごみ袋等モデル化しにくい障害物の位置とカテゴリーを認識して、障害物のカテゴリーに応じた障害物回避を行う。ロボットが故障したり道路工事個所に来た時は、周囲の人に支援してもらう。周囲に人がいない時は、携帯無線を通してロボットの状態やビデオカメラ画像を管理センターに送り遠隔操作で修理を試み、駄目ならば自動車で修理に来る。
Ti-Ni-X三元系形状記憶合金薄膜の開発と特性評価に関する研究

初年度では、Ti-Ni-Cu三元合金薄膜の作製、記憶処理および特性評価を以下のように行った。Ti-Ni-X三元合金薄膜を作製するためには、三元スパッタ装置を用いて行った。合金組成を制御し、Ti-Niに第3元素としてのCuの量を系統的に変えた薄膜を作製した。形状記憶処理は、真空熱処理炉を用いて、熱処理温度と処理時間を系統的に変えて形状記憶処理を行い、結晶化過程と形状記憶効果に及ぼす熱処理効果を調べる試料を作製した。次に、形状記憶特性の評価は、3つの方法で行った。まず、結晶構造変化は、変態特性と形状記憶特性を支配するため基本的に重要であり、広い範囲で測定温度を変えると共に薄膜専用の装置と定性定量分析機能を備えた高性能のX線回折装置での精密測定を行った。変態特性のうち変態温度と変態熱は、高感度示差走査熱量計で測定した。変形挙動は小型引張試験機を用いて行った。いずれの特性も温度に敏感なため、広範囲に温度を変えた系統的な測定を進めた。内部組織の観察は、透過型電子顕微鏡により行い、非平衡組織から平衡組織への変化を系統的に観察し、変態挙動と形状記憶特性との関連を明らかできた。最終年度では、他の第3元素としてPdの効果を明らかにした。Pd添加は、変態温度を上げるのに効果があり、それによりアクチュエータの応答性を高めることが可能になった。実験の方法及び進め方は、初年度と基本的に同じである。以上の研究を通じて、各種組成と膜厚のTi-Ni-X(Cu,Pd)薄膜を作製すると共に、形状回復力、形状回復量、応答性等のアクチュエータ機能の多様化を薄膜において実現した。また、平衡相と非平衡相を含む内部組織の変態及び形状記憶特性への影響が明らかになった。内部組織の観察は、透過型電子顕微鏡により行い、非平衡組織から平衡組織への変化を系統的に観察し、変態挙動と形状記憶特性との関連を明らかにできた。