hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
連続適応量子状態推定による分子ダイナミクスの最適観測の実現

そこで、これまでは偏光測定基底の更新に機械ステージに設置した半波長板を使用していたが、これを応答速度の速い液晶偏光素子に変えることで推定の高速化を目指した。本年度は使用する液晶偏光素子をより高精度に評価し、0.07°0.21°の位相精度を持つことを明らかにした。これはこれまでの半波長板の位相精度0.8°に比べて非常に高精度であり、液晶偏光素子が高速推定システムに適用できることを確認した。また、液晶偏光素子を用いて、測定基底の更新に関しては30倍以上、推定全体としては5倍の高速化を実現した。これにより、ダイヤモンド窒素欠陥中心などの単一発光体からの発光から、光子の偏光状態推定が可能となる高速推定システムが構築された。さらに、並行して時間的に変化する状態の適応量子状態推定に関する研究も行った。数値実験により提案手法の動作検証を行うと共に、適応量子状態推定の高速化の実験系を発展させ、時間的に変化する状態に対する装置の開発と検証実験に取り組んだ。本年度は、まず、液晶偏光素子の位相精度評価を精密に行い、これまで0.7°以下の位相精度を持つとされていた液晶偏光素子の位相精度が0.07°0.21°であることを明らかにした。またこれは、以前の研究で用いていた半波長板の位相精度0.8°に比べて非常に高精度であり、液晶偏光素子を用いることで先行研究と同程度以上の高精度で高速に適応量子状態推定が行えることを示唆している。さらに、この評価した液晶偏光素子を用いて高速化の実験系を構築し、高速推定実験を行った。その結果、測定基底の変換に関しては30倍以上、推定全体としては5倍の高速化を実現した。この結果に対して統計的な評価を十分に行い、4つの入力状態に対してどの場合でも理論限界に達する推定精度を保ちながら、高速推定を実現していることを確認した。また、以上の研究と並行して、時間的に変化する状態の適応量子状態推定にも取り組んだ。提案した時間的に変化する状態の適応量子状態推定が可能な、"連続適応量子状態推定"の動作検証を、数値シミュレーションにより行った。提案手法では、過去の情報を消すことで入力状態の時間変化に対応した推定を行えるが、過去の情報を消すことにより推定値が急激に変化してしまうという問題があった。そこで、過去の情報と似た情報を得るために、定期的に測定軸を変えることでこの現象を抑えることができるという提案をし、本提案を数値実験により検証した。その結果、実際の測定(光源がレーザーダイオードではなく、単一発光体など)に連続適応量子状態推定が適用できる程度にまでこの現象を抑えることに成功した。今後は、適応量子状態推定の高速化システムを発展させ、時間的に変化する状態に対する実験系の構築と検証実験に取り組む。現在、0.07秒に1個の光子の出力に対応する高速推定システムと、時間的に変化する状態の適応量子状態推定が可能な連続適応量子状態推定を組み合わせた実験系の予備実験を終え、実現の見通しが立てれている状況である。そこで本年度以降は、CdSe/ZnS量子ドットや窒化ホウ素h-BNなどの単一発光体からの発光を共焦点顕微鏡により確認し、高速適応量子状態推定システムを使用して、偏光状態推定を行う。そのために、まずCdSe/ZnS量子ドットや窒化ホウ素h-BNなどの試料の購入が必要となる。
ドーパミンおよびドーパミン硫酸抱合体の血管壁に対する作用とその生理的意義

血中ドーパミンの由来とその代謝排動態,内因性ドーパミンの心血管系への作用とその生理的意義などについてはまだ不明な部分が多い.また,血中ドーパミンはその大部分が硫酸抱合体として存在しており,この抱合体の体内動態や生理的意義についてはさらに知見に乏しい.本研究の目的は,われわれが開発した,生体試料中のドーパミンおよびその2種の硫酸抱合異性体の高速液体クロマトグラフィーによる定量法を応用して,ドーパミン硫酸抱合体の生体内動態と血管壁に対する作用を明らかにすることにある.本年度は,イヌ動脈血管のドーパミン,ドーパミン硫酸抱合体含量および, 2種の硫酸抱合体を基質としたときのアリルスルファターゼ活性(脱抱合反応)を測定し,抱合体が内因性ドーパミンの貯蔵型として機能している可能性について検討した.イヌ血管壁の遊離型のノルアドレナリンおよびドーパミンは,腸間膜動脈が最も高く,大腿動脈が最も低い値をとり,両者の間に相関が認められた.一方,ドーパミン硫酸抱合体については, 3-0-抱合体のみが検出できたが,その含量は血管の部位によって大きな差がなく,また遊離型ドーパミン含量との間にも相関がなかった.各部位の動脈血管粗抽出液とドーパミン硫酸抱合体の2種の異性体をインキュベートした結果,血管壁に存在するアリルスルファターゼは,ドーパミン硫酸抱合体の異性体のうち4-0-抱合体を脱抱合するが,イヌの組織中に見いだされる3-0-硫酸抱合体に対しては全く作用しなかった.これらの結果から,ドーパミン硫酸抱合体は,ドーパミンの貯蔵型として存在し局所で脱抱合して生理活性を現わすという可能性は少なく,ドーパミン代謝の終産物であると思われる.血中ドーパミンの由来とその代謝排動態,内因性ドーパミンの心血管系への作用とその生理的意義などについてはまだ不明な部分が多い.また,血中ドーパミンはその大部分が硫酸抱合体として存在しており,この抱合体の体内動態や生理的意義についてはさらに知見に乏しい.本研究の目的は,われわれが開発した,生体試料中のドーパミンおよびその2種の硫酸抱合異性体の高速液体クロマトグラフィーによる定量法を応用して,ドーパミン硫酸抱合体の生体内動態と血管壁に対する作用を明らかにすることにある.本年度は,イヌ動脈血管のドーパミン,ドーパミン硫酸抱合体含量および, 2種の硫酸抱合体を基質としたときのアリルスルファターゼ活性(脱抱合反応)を測定し,抱合体が内因性ドーパミンの貯蔵型として機能している可能性について検討した.イヌ血管壁の遊離型のノルアドレナリンおよびドーパミンは,腸間膜動脈が最も高く,大腿動脈が最も低い値をとり,両者の間に相関が認められた.一方,ドーパミン硫酸抱合体については, 3-0-抱合体のみが検出できたが,その含量は血管の部位によって大きな差がなく,また遊離型ドーパミン含量との間にも相関がなかった.各部位の動脈血管粗抽出液とドーパミン硫酸抱合体の2種の異性体をインキュベートした結果,血管壁に存在するアリルスルファターゼは,ドーパミン硫酸抱合体の異性体のうち4-0-抱合体を脱抱合するが,イヌの組織中に見いだされる3-0-硫酸抱合体に対しては全く作用しなかった.これらの結果から,ドーパミン硫酸抱合体は,ドーパミンの貯蔵型として存在し局所で脱抱合して生理活性を現わすという可能性は少なく,ドーパミン代謝の終産物であると思われる.
非装着型全身触覚提示インタフェースに関する研究

遠隔地にいながらお互いの顔を見たり会話をしたりするだけでなく,触れ合えるコミュニケーションが求められている.この技術の鍵となるのが,視聴覚情報だけではない触覚情報の伝達技術である.しかし従来技術は,装置の装着が必要となるだけでなく装置の大型化が課題として指摘されていた.そこで本研究では,身体近傍を触覚提示部位として利用した手法を提案しこれらの諸問題を解決する.ヒトが皮膚表面ではなく身体近傍から触覚を得るための経路には,(1)体毛と(2)視覚という2つの経路がある.前者は物理的な感覚受容器を介して触覚を受容するが,後者は視覚的な手がかりが触覚的に感じられる感覚統合という現象である.昨年度は前者の体毛を介した触覚の定量化を行なった.本年度は後者の視覚に焦点を当て,身体近傍で視覚的な運動を触覚として知覚するという脳活動に着目した.これは,くすぐる行為を身体近傍で見るだけでもくすぐったさを感じてしまう事例として知られている.そこで,掌の上の運動から視覚的にくすぐったさを得られることを実験的に明らかにした.この知見を踏まえ,他者の指の動きを掌に重畳し,実時間で共有することであたかも他者が体表面をくすぐるかのような動きを提示する手法を提案した.本手法は携帯端末上で動作するため装置を装着する必要がないだけでなく,掌に限らず直接目で見ることができる部位に広く適用可能という特徴もつ.すなわち,くすぐりという触覚的コミュニケーションを遠隔地間で共有できる環境を実現できた.このことから,身体近傍として触覚提示部位に着目した本成果を用いることで,従来の触覚提示における技術的課題を解決し,触れ合えるコミュニケーションを実現できたといえる.本年度は非装着型全身触覚提示インタフェースに関する研究の初年度として,人の触覚に関する知覚特性の解明に注力した.特に,ヒトの体毛を介した触覚刺激に対する知覚特性を明らかにした.従来の触覚研究が皮膚への直接刺激を用いるものであったのに対し,ヒトの皮膚に存在する体毛を介した触覚刺激を試みた例は少ない.特にヒトの体毛は有毛部と呼ばれる毛根が存在する皮膚上に分布しており,指先などの無毛部および粘膜部を除き体表面の大部分がこの有毛部に分類される.このヒトの体毛は触覚受容器として機能していることが知られており,全身を触覚提示部位として利用しようとする場合,皮膚だけでなく体毛をも利用することにより繊細な情報を伝達可能であると期待できる.しかしながら,ヒトの体毛が有する知覚特性について明らかにされてこなかった.そこで本研究では,体毛を介した触覚刺激に対するヒトの知覚特性を明らかにすることを目的とした.そこでまず体毛を直接把持する機構を持った刺激装置を開発し,機械的刺激を体毛に直接提示した.体毛を介した刺激に対し周波数8条件下における絶対検出閾値を心理物理実験により計測し,絶対検出閾値曲線を求めた.その結果,250Hz付近に極小値をもつ絶対検出閾値曲線が観測された.即順応型受容器である毛包受容器の活動が主に観測されたものと考えるが,一方でパチニ小体の活動も重畳された結果を示唆するものである,という結論に至った.従来の知見では,断面積が小さい刺激子を介した機械的刺激に対しては,パチニ小体は応答しないと考えられている.しかしながら,本結果はさらに断面積が小さい体毛を介した刺激を用いたものである.ヒトの独立した体毛を介した機械刺激に対する知覚特性は本報告以外に報告されていないため,本年度の結果に基づき今後も追求されるべき課題であると考える.遠隔地にいながらお互いの顔を見たり会話をしたりするだけでなく,触れ合えるコミュニケーションが求められている.この技術の鍵となるのが,視聴覚情報だけではない触覚情報の伝達技術である.しかし従来技術は,装置の装着が必要となるだけでなく装置の大型化が課題として指摘されていた.そこで本研究では,身体近傍を触覚提示部位として利用した手法を提案しこれらの諸問題を解決する.ヒトが皮膚表面ではなく身体近傍から触覚を得るための経路には,(1)体毛と(2)視覚という2つの経路がある.前者は物理的な感覚受容器を介して触覚を受容するが,後者は視覚的な手がかりが触覚的に感じられる感覚統合という現象である.昨年度は前者の体毛を介した触覚の定量化を行なった.本年度は後者の視覚に焦点を当て,身体近傍で視覚的な運動を触覚として知覚するという脳活動に着目した.これは,くすぐる行為を身体近傍で見るだけでもくすぐったさを感じてしまう事例として知られている.そこで,掌の上の運動から視覚的にくすぐったさを得られることを実験的に明らかにした.この知見を踏まえ,他者の指の動きを掌に重畳し,実時間で共有することであたかも他者が体表面をくすぐるかのような動きを提示する手法を提案した.本手法は携帯端末上で動作するため装置を装着する必要がないだけでなく,掌に限らず直接目で見ることができる部位に広く適用可能という特徴もつ.すなわち,くすぐりという触覚的コミュニケーションを遠隔地間で共有できる環境を実現できた.このことから,身体近傍として触覚提示部位に着目した本成果を用いることで,従来の触覚提示における技術的課題を解決し,触れ合えるコミュニケーションを実現できたといえる.
XPAC遺伝子の分子遺伝学的解析

日光照射部位の皮膚癌高発と神経細胞死に起因する種々の精神神経症状を臨床的特徴とし、DNA修復能に異常をもつ色素性乾皮性(xp)A群の原因遺伝子をクロ-ニングした(xpAC遺伝子)。ヒトおよびマウスXPACcDNAの塩基配列を決定し、273個のアミノ酸からなる分子量31Kの蛋白をコ-ドし、C_4タイプのZnフィンガ-モチ-フをもつ遺伝子であることを明らかにした。ヒトXPACcDNAをT7ファ-ジ発現システムを用いて大腸菌で大量生産し、組換えxpac蛋白を得た。これをマイクロインジェクション法でA群XP細胞に注入すると、その不定期DNA合成は正常細胞レベルまで回復した。80bpの合成ヌクレオチドをプロ-ブにしたゲルシフト分析により、組換えxpac蛋白はDNA結合能をもつことが確認された。さらに、組換えxpac蛋白をウサギに免疫し特異的抗xpac蛋白抗体を得た。免疫沈降とSDSPAGEにより、正常ヒト細胞では約40Kのxpac蛋白が同定されたが、A群xp細胞(XP2OS)では欠如していた。細胞をUV照射してもXPACmRNAやxpac蛋白量に変化はなく、XPAC遺伝子はUVによっては誘導されないことが明らかになった。ヒトXPACゲノムを正常人およびXP2OS細胞よりクロ-ニングし、エキソンおよびエキソン・イントロン接合部の塩基配列を比較したところ、XP2OSではイントロン3のスプライシング受容部位のGがCに変異し、スプライシング異常をおこしていることを明らかにした。この変異により制限酵素AlwNIの切断部位が生じ、AlwNIRFLPにより容易にこの変異を検出できる。日本人A群XP患者21人についてこのAlwNIRFLPを調べたところ、16人はこのスプライシング変異をホモ接合性にもち、4人はヘテロ接合体であり、残り1人はこの変異をもたないことが明らかになった。
注意分散が高齢者の一側上肢外転運動時の感覚運動処理と予測的姿勢制御に及ぼす影響

高齢者の注意分散能が脳内の一連の神経処理過程および一側上肢運動時の予測的姿勢制御に及ぼす影響について総合的に検討した。高齢者は、標的刺激に対する反応を重視しており、注意分散時であっても感覚処理には多くの注意を向けていた。このことが関連して、注意分散時には、高齢者では感覚処理以降の高次処理である弁別処理や運動準備に十分な注意を向けることができず、上肢運動時の姿勢筋の活動開始タイミングが遅くなったものと考えられる。高齢者の平衡機能の低下に影響を及ぼす要因の一つとして、注意分散能がある。本研究では、高齢者の注意分散能が脳内の一連の神経処理過程に及ぼす影響およびその神経処理の変化と姿勢制御との関係を総合的に検討する。本年度は、健康高齢者16名を対象に実験を行った。実験では、上肢運動の有無を指示する視覚命令刺激が、左、右あるいは中央の3か所のうちどれか1か所に出現した。被験者は、命令刺激の出現前にそれの出現位置を示す手がかり信号に従い、注意を1か所に集中するか、3か所に分散した。いずれの出現位置であっても命令刺激が標的刺激であった場合に、右上肢を最大速度で外転した。課題中の事象関連脳電位、筋電図(局所筋である右の三角筋中部線維および姿勢筋である左の脊柱起立筋と中殿筋)および足圧中心位置を記録した。事象関連電位については、命令刺激の感覚処理の指標であるP1およびN1成分、弁別処理の指標であるN2成分、および高次の認知処理の指標であるP3成分の振幅と潜時、および命令刺激出現前の運動準備やその刺激に向けての予測的注意の指標である後期CNV電位を、注意状態別に分析した。筋電図については、標的刺激出現に対する三角筋の反応時間と三角筋に対する姿勢筋の活動開始時間を分析した。P1、N1およびP3成分には、注意分散の影響が認められなかった。N2振幅および後期CNV電位は、注意分散により有意に小さくなった。また、三角筋の反応時間は遅延し、姿勢筋の活動開始時間は遅くなった。これらの結果から、次のことが明らかとなった。高齢者は注意分散時であっても、感覚処理には、多くの注意を向けていたが、その後の高次処理である弁別処理や運動準備には十分な注意を向けることができなかったと考えられる。このような制御の違いにより、三角筋の反応時間が遅れ、かつ上肢運動時の姿勢筋の活動開始タイミングが遅くなったと考えられる。本研究では、高齢者の注意分散能が脳内の一連の神経処理過程に及ぼす影響およびその神経処理の変化と一側上肢運動時の姿勢制御との関係を総合的に検討した。昨年度までに実験を終了し、三角筋の反応時間、三角筋に対する姿勢筋の活動開始時間および事象関連脳電位の分析を行った。脳電位のうち、P1-N1、N2およびP3成分を命令刺激の感覚、知覚および認知処理の指標とし、CNVの後期成分を、命令刺激出現前の運動準備やそれに向けての予測的注意の指標とした。本年度は、命令刺激に対する誤反応率(標的刺激に対する見落とし率、非標的刺激に対するお手つき率、および全体での誤反応率)と、足圧中心位置の変位について、分析を行った。注意分散により、N2振幅および後期CNV電位が有意に小さくなった。三角筋の反応時間は遅延し、姿勢筋の活動開始時間は遅くなった。見落とし率には注意分散の影響が認められなかったが、お手つき率および全体での誤反応率が、注意分散により大きくなった。また、見落とし率よりもお手つき率の方の方が、有意に大きかった。足圧中心位置の変位には、注意分散の影響が認められなかった。高齢者は、標的刺激に対する反応を重視した制御を行っており、注意分散時であっても、感覚処理には、多くの注意を向けていた。注意分散時には、向けることのできる注意資源量が相対的に減少するため、感覚処理以外の弁別処理や運動準備には十分な注意を向けることができなかった。このような制御の違いにより、三角筋の反応時間が遅れ、かつ上肢運動時の姿勢筋の活動開始タイミングが遅くなったが、その姿勢筋の遅れは、上肢運動後の姿勢の崩れを増大させるほど大きいものではなかった。姿勢制御、神経生理学平成25年度には、実験の実施と事象関連脳電位の分析を行う予定であった。しかし、実際には平成26年度に実施を計画していた筋電図の分析まで行うことができた。これは、分析補助を依頼することができたため、予定していたよりも事象関連電位や筋電図の分析にかかる時間が短縮したことによると考えられる。平成26年度は、上肢運動による姿勢の崩れの程度の指標である足圧中心位置の移動量について分析を行う。

床反力計データを用い、三角筋のバースト開始の-300 msから-150 msの150 msの間と、上肢運動の停止時点から150 ms間の2つの区間に対して足圧中心の平均位置を算出する。上肢運動の停止時点は、三角筋の第二バーストの終了時点として定める。三角筋の終了時点は、包絡線に含まれる波が最初に上肢を下ろす直前の500 ms前の平均値+2SDを下まわる点として定義する。これらの平均位置間の差を、足圧中心位置の移動量と定める。また、命令刺激に対する誤反応率も算出し、注意分散による課題の正確性の評価も行う。標的刺激に対して三角筋のバースト活動が無いものを見落とし試行、非標的刺激に対してバースト活動があるものをお手つき試行とし、全試行数に対するこれらの試行数の比率を誤反応率として算出する。これらの得られた知見について学会発表や論文の執筆・投稿を行う。本研究により、高齢者の一側上肢運動時の注意分散能が視覚の感覚・知覚・認知、および運動準備処理に及ぼす影響を総合的に評価できると考えられる。本年度の交付決定額を使い切るような計画で研究を遂行していた。しかし、研究協力者である金沢大学の藤原勝夫教授との打ち合わせのための旅費について、1月から3月は旅費が安い時期であったため、通常1回に56万円かかる旅費が23万円であったことが2回あった。したがって、その差額が次年度使用額となった。平成25年度は、月に1回の頻度で金沢大学の藤原教授と打ち合わせを行っていた。本年度は、分析が終了し、論文執筆作業に入る予定であるため、同じ頻度で研究打ち合わせを行う必要性があると考えられる。また、得られた成果を国際学会で発表する予定である。したがって、これらの旅費および論文作成時の消耗品、英語論文校閲費および論文投稿料として使用する予定である。
宇宙起源反粒子の探索

宇宙起源反粒子の探索及びGeVガンマ線の観測等を目的とした気球搭載超伝導スペクトロメ-タによる宇宙線観測実験を東京大学、高エネルギ-物理学研究所、宇宙科学研究所の共同で進めている。測定器は超伝導ソレノイド、飛跡検出器としてジェットチェンバ-及び6層のドリフトチェンバ-、TOFカウンタ-で構成され、全て円筒形の圧力容器内に収められる。本年度は強磁場中で使用できるTOFカウンタ-、バ-ニアカソ-ドを備えたジェットチェンバ-の製作を完了し、読みだしエレクトロニクスを装着して、すでに完成している超伝導ソレノイド、ジェットチェンバ-と合わせて高エネルギ-物理学研究所において、ビ-ムテストを行なった。実験結果詳細はは現在解析中であるが、予備的な解析の結果、TOFカウンタ-については1テスラの磁場中で200ピコ秒程度の時間分解能を得ることができた。ジェットチェンバ-のドリフト方向の位置分解能は200ミクロン程度、電荷分割法によるワイヤ-方向の位置分解能は2cm程度を達成した。またドリフトチェンバ-のバ-ニアカソ-ドによるワイヤ-方向の位置分海能は2mm以下で、いずれも宇宙起源反粒子の探索、ガンマ線の観測に十分な性能を持つことが確かめられた。超伝導ソレノイドを励磁して磁場中での種々のエレクトロニクス、電源回路等の動作を調べ、影響を受けないことが確かめられた。数キロヘルツのトリガ-頻度に対処するための高速デ-タ収集回路の開発を行ない、機上でのデ-タの圧縮、選別、記録を可能にした。
細胞増殖阻害活性を有するオリゴヌクレオチド類の合成とその抗腫瘍作用

2′-5′結合オリゴアデニル酸(2-5A)はインターフェロンの抗ウイルス作用に直接関連する物質で強いたんぱく合成阻害活性を有する細胞内生理活性物質である。筆者は新しいタイプの抗ウイルス剤、抗腫瘍剤をめざして種々の非天然型の2-5A関連化合物を合成し、その生物活性を研究していくつかの成果をあげて来た。また別のグループからある種の2-5A関連化合物が強い抗腫瘍作用を有することが報告された。本研究ではこれらの研究をふまえて強い活性が期待される下記の新しいオリゴヌクレオチド類を合成し、その細胞増殖阻害作用、たんぱく合成阻害作用などの活性について【L_(1210)】などの培養細胞系あるいはセルフリー系で研究した。1.オリゴヌクレオチド類の合成:(1)3′-デオキシアデノシンあるいは2′-アミノ-2′-デオキシアデノシンを有する2′-5′結合オリゴヌクレオチドはDCCを用いる縮重合反応あるいは鋳型依存縮重合反応で合成した。(2)アリステロマイシンを含むオリゴヌクレオチドはホスファイト法で合成した。(3)天然型の2-5Aの2′,3′-末端部を酸化開裂後、ペプチドの一級アミン部と縮合、さらに還元することにより2-5Aとβ-アラニルチロシンあるいは血清アルブミンとの複合体を合成した。2.オリゴヌクレオチド類の活性:3′-デオキとの複合体を合成した。2.オリゴヌクレオチド類の活性:3′-デオキシアデノシンあるいはアリステロマイシンを有するオリゴヌクレオチド類は強い細胞増殖阻害活性およびたんぱく合成阻害活性を示した。一方2′-アミノ-2′-デオキシアデノシンを含む2′-5′オリゴヌクレオチド類は強い分解耐性を示すが活性は弱かった。また2-5Aのβ-アラニルチロシン誘導体は強い分解耐性を持つとともに強力なたんぱく合成阻害活性を示した。この合物のチロシン部には【^(125)I】を容易に導入出来、放射性標識プローブとして2′-5′オリゴヌクレオチド類の微量分析あるいは作用機作の解明に有用であることを示した。
数系フラクタルタイルの位相的構造

数論的近似アルゴリズムの自然拡大と記号力学系による双曲的力学系のマルコフ分割は、力学系理論と数論を繋ぐ重要なアイデアであることが伊藤らの継続的研究で分かってきた。Pisot数に対応する双対タイル張りは、ベータ展開アルゴリズムに対してこの自然拡大とマルコフ分割を導く重要な方法である。この詳細な記述が大切であるが、特に有限性条件、弱有限性条件という代数的な条件がこのタイル張りを可能にする要件であることが分かってきた。論文1では、3次のPisot単数がいつ有限性条件を満足するのかを分類することに成功。論文6では弱有限性条件が、タイル張りが本質的に重ならないことを数論的方法で示した。この弱有限性条件は全てのPisot単数がもつ性質と予想される。一方、Pisotに双対タイル張りとは対極にある標準数系でのタイル張りの研究も進んだ。論文2でJ.Thuswaldnerとの共同研究では、二次の標準数系タイル張りの分類に関して多重点の状況を詳しく調べた。三重点が四個、または六個の場合にはタイルが円盤と同相となる。いつこれが生ずるかを、定義方程式の係数の簡単な関係で記述することに成功した。論文5ではA.Pethoeとの共同で標準数系の新しい代数的特徴付けを行った。この論文は定数項がある程度大きい場合にその判定が簡単である。この研究方向は現在進行形で発展している。論文3.4では、谷川、江上、松本らとオイラー・ザギエ型の多重ゼータ関数の解析接続と負の整数点での値に関し研究した。タイル張りのゼータ関数を定義する上で、これらの研究は役に立つ。対応する記号力学系のエントロピーを反映するタイル張りゼータ関数とそのコホモロジー論に関しては明石、吉原らとの共同研究が進んでいる。第1の論文では3次のPisot単数で有限性条件を満たすものを完全に分類に成功した。この有限性を満たすクラスでは中心タイルが原点を含むので、境界の状況などがよく分かっている。さらに、この双対タイル張りから生ずる平面タイル張りの位相的分類理論が次の問題である。標準数系はPisot数系とは両極にある全く異なるものであるが、対応するタイル張りはPisot数系のものと極めて似かよっている。最大の利点はこのタイリングはただ一種のタイルによる周期的タイル張りを生成する点である。この場合も対応する数系を根本に置くことが非常に有効であることがJ.Thuswaldnerとの共同研究(第2論文)で研究が進んでいる。このことはPisot数系の場合にも何らかの知見を加えるものと考え研究をすすめる。標準数系の代数的特徴付けにかんしては、A.Petho氏との共同で新しい方法が発見された。(第3論文)第6の論文ではThurston型のタイリングについて数論的方法でPisot数がある種の有限条件をみたすときタイルの基本的性質に関する筆者の結果を、弱有限性条件という広いクラスのPisot単数の双対タイル張りに拡張した。これはPisot数系が有限型Subshiftに対応しないsofic場合のtoral automorphismのマルコフ分割の構成に役立つ可能性が高く将来の発展が見込まれる。またこれらの研究との将来の関連が期待されるオイラーザギエ型の多重zeta関数と多重L関数の解析接続の研究では論文4、5の成果を得た。

Pisot数に対応する双対タイル張りは、ベータ展開アルゴリズムに対してこの自然拡大とマルコフ分割を導く重要な方法である。この詳細な記述が大切であるが、特に有限性条件、弱有限性条件という代数的な条件がこのタイル張りを可能にする要件であることが分かってきた。論文1では、3次のPisot単数がいつ有限性条件を満足するのかを分類することに成功。論文6では弱有限性条件が、タイル張りが本質的に重ならないことを数論的方法で示した。この弱有限性条件は全てのPisot単数がもつ性質と予想される。一方、Pisot双対タイル張りとは対極にある標準数系でのタイル張りの研究も進んだ。論文2でJ.Thuswaldnerとの共同研究では、二次の標準数系タイル張りの分類に関して多重点の状況を詳しく調べた。三重点が四個、または六個の場合にはタイルが円盤と同相となる。いつこれが生ずるかを、定義方程式の係数の簡単な関係で記述することに成功した。論文5ではA.Pethoeとの共同で標準数系の新しい代数的特徴付けを行った。この論文は定数項がある程度大きい場合にその判定が簡単である。この研究方向は現在進行形で発展している。論文3, 4では、谷川、江上、松本らとオイラーザギエ型の多重ゼータ関数の解析接続と負の整数点での値に関し研究した。タイル張りのゼータ関数を定義する上で、これらの研究は役に立つ。対応する記号力学系のエントロピーを反映するタイル張りゼータ関数とそのコホモロジー論に関しては明石、吉原らとの共同研究が進んでいる。
RNAポリメラーゼσサブユニットのドメイン間相互作用

大腸菌RNAポリメラーゼの主要σ因子であるσ^<70>のうち、プロモーターの-35配列の認識に関わるC末端領域(領域4.1および4.2)を欠失した変異体σ^<70>-529は、lacUV5などの通常のプロモーターを認識できない。欠失した部分に相当する85アミノ酸残基のペプチドを調製し、σ^<70>-529と共にin vitro転写系に添加したところ、σ^<70>-529単独では認識できないlacUV5、Pconsなどのプロモーターを強く認識できることがわかった。C末端ペプチド単独ではコア酵素に結合できないことから、σ^<70>-529とC末端ペプチドとの間のドメイン間相互作用がσの機能に重要な役割を果たすことが示唆された。ドメイン間相互作用に関わる領域を同定する目的でC末端領域に系統的にアミノ酸変異を導入したところ、σ間で保存されている領域4.1内の疎水性アミノ酸残基をセリン、アラニン等に置換することによりσの機能が著しく損なわれることがわかった。σ^<70>と鋳型DNAもしくはRNAポリメラーゼの他のサブユニットとの相互作用を明らかにする目的で、化学切断試薬であるFe-BABEをσ^<70>上の様々な位置に導入した。この目的のため、σ^<70>が持つ3個のシステインをすべてセリンに置換したうえで、σ^<70>上の様々な位置を1個のみシステインに置換し、これをアンカーとしてFe-BABEを導入した。これを用いてRNAポリメラーゼホロ酵素および転写開始複合体を再構築し、ペプチド鎖およびDNA鎖の切断を行なった。その結果、従来から予想されているプロモーターの-10領域、-35領域に加えて、転写開始点付近および-10と-35の間のスペーサー領域が、σ^<70>の特定の領域と接触していることがわかった。また、2つの巨大なサブユニットβとβ'上でσ^<70>と接触している領域を同定した。今後は同様の方法を用いてσ^<70>のドメイン間の相互作用を明らかにするほか、これらの相互作用が転写の各段階でどように変化するかを追跡する予定である。RNAポリメラーゼのσサブユニットは、RNAポリメラーゼによるプロモーターの認識と、転写開始点付近のDNA二重鎖の開裂に中心的な役割を果たすと考えられている。多くのσの間で配列がよく保存されている領域のうち領域2.4と領域4.2は、それぞれプロモーターの-10配列と-35配列の認識に直接関ることが明らかにされている。我々はこれまでに、領域4.1と4.2を含むC-末端部分を欠失してlacUV5などの通常のプロモーターを認識できなくなったσ^<70>変異体(σ^<70>-529)が、TAnTATAATという′′exteded-10′′配列を持つプロモーターや、-35付近にアクチベータ-蛋白質が結合するgalやpstSの系では十分な活性を持つことを示した。今回、欠失した部分に相当する85アミノ酸残基のペプチド(R4ペプチド)を調製し、σ^<70>-529と共にin vitro転写系に添加したところ、σ^<70>-529単独では認識できないlacUV5、Pconsなどのプロモーターを強く認識できることがわかった。R4ペプチド単独ではコア酵素に結合できないことから、σ^<70>-529とR4との間のドメイン間相互作用がσの機能に重要な役割を果たすことが示唆された。ドメイン間相互作用に関わると予想される領域4.1にいくつかのアミノ酸変異を導入したところ、両親媒性のヘリックスを形成すると考えられる一連の疎水性アミノ酸を親水性アミノ酸に置換することによって、σの機能が著しく損なわれることがわかった。一方、R4ペプチドはそれ自身が独立した構造単位を形成していると考えられるため、構造解析のよい材料となりうる。現在NMRによる構造解析に向けた準備をすすめている。この目的のため、σ^<70>が持つ3個のシステインをすべてセリンに置換したうえで、σ^<70>

上の様々な位置を1個のみシステインに置換し、これをアンカーとしてFe-BABEを導入した。これを用いてRNAポリメラーゼホロ酵素および転写開始複合体を再構築し、ペプチド鎖およびDNA鎖の切断を行なった。その結果、従来から予想されているプロモーターの-10領域、-35領域に加えて、転写開始点付近および-10と-35の間のスペーサー領域が、σ^<70>の特定の領域と接触していることがわかった。また、2つの巨大なサブユニットβとβ'上でσ^<70>と接触している領域を同定した。今後は同様の方法を用いてσ^<70>のドメイン間の相互作用を明らかにするほか、これらの相互作用が転写の各段階でどように変化するかを追跡する予定である。
肝再生不全克服に向けた機能肝細胞増殖機構に関する研究

高度の肝障害により成熟肝細胞の増殖が抑制されると,細胆管とよばれる幼若な胆管構造(肝前駆細胞)が出現し,急性肝不全の肝再生不全病態の成立に重要な意義を持っている.我々は,急性肝不全血漿中のサイトカインが肝細胞から胆管上皮細胞への分化転換を誘導すると仮説を立て,急性肝不全血漿中のサイトカインの網羅的解析を行い,急性肝不全血漿中で高値を示したサイトカインが肝細胞から胆管上皮細胞への分化転換に寄与する可能性について分子生物学的手法を用いて検証した.結果:1.急性肝不全患者の血漿サイトカインの中で, IL-8が最も高値を示した.2.マウスのIL-8相同体であるKC, MIP-2はマウス成熟肝細胞AML12の増殖を抑制し,肝前駆細胞の増殖を促進した.KC, MIP-2は胆管上皮細胞の増殖には影響を及ぼさなかった.3. AML12および初代培養肝細胞は,KC、MIP-2添加後にSox9遺伝子および蛋白の有意な発現上昇を認めた. 5.ヒト急性肝障害組織中の門脈周囲にSox9陽性肝細胞の出現を認めた. Sox9陽性肝細胞数は,単純性脂肪肝組織と比較して有意な増加を示した.ヒト急性肝障害組織中のSox9陽性細胞の一部は,成熟肝細胞マーカーのHep-par1, HNF4αを共発現していることを確認した.結論:急性肝不全患者の血漿で上昇するIL-8が成熟肝細胞において胆管上皮細胞の表現型を誘導することが明らかとなった.また,血清IL-8が生検時に高値を示したヒト急性肝障害組織中にSox9陽性肝細胞が観察された.以上より, IL-8は成熟肝細胞から胆管上皮細胞への分化転換に寄与する因子の1つである可能性が示唆された.急性肝不全の病態病理の理解には,炎症性サイトカインにより誘導される成熟肝細胞の分化可塑性が関与している可能性を念頭に置く必要があると考えられた。重症肝障害患者の血液中に含まれる肝臓の再生を抑える因子・促す因子のを見つけることとその働く仕組みを明らかにすることを主な目的として研究している.また,再生が抑えられた状態で認められることの多い胆管のような構造物(偽胆管)に着目し,どうしてそのような構造物が現れるのかについても解析を進めている.これまで,臨床の研究から偽胆管を作る作用のある物質としてある因子A(仮称)が候補として挙げられたことから,現在,基礎実験で,因子Aが肝臓の細胞(肝細胞)の増殖と胆管の細胞(胆管細胞)の増殖のどちらを促すのか検討している.マウスの実験では,これまで標準的に行われてきた肝臓の2/3を単純に切り取る方法ではなく,電気メスで肝臓を傷つけながら一部切り取る方法を用いた.これにより,炎症を伴った肝部分切除になり,より臨床の肝障害に近い状態が再現された.この状況では,切開した部分に明かな偽胆管の形成を認めた.その周囲の環境を詳しく調べたところ,細胞の増殖は盛んになっており,また,炎症に関わる因子が増えていることが解った.以上のことは,肝臓が障害を受けて,修復する際,炎症が加わると,本来の肝細胞よりも胆管細胞が増殖しやすい環境に変化していることを示しており,因子Aに代表される炎症が肝臓の再生不全の要因の一つであると推定された.このことから,今後,上述の基礎実験により,炎症の因子が肝細胞の増殖抑制と胆管細胞の増殖促進を引き起こすメカニズムを研究する予定である.臨床研究,基礎研究ともにほぼ仮説通りの結果が得られている.重症肝障害患者の血液中に含まれる肝臓の再生を抑える因子・促す因子を見つけることとその働く仕組みを明らかにすることを主な目的として研究している.また,再生が抑えられた状態で認められることの多い胆管のような構造物(偽胆管)に着目し,どうしてそのような構造物が現れるのかについても解析を進めている.これまで,臨床の研究から偽胆管を作る作用のある物質としてある因子A(仮称)が候補として挙げられたことから,現在,基礎実験で,因子Aが肝臓の細胞(肝細胞)の増殖と胆管の細胞(胆管細胞)の増殖のどちらを促すのか検討している.マウスの実験では,これまで標準的に行われてきた肝臓の2/3を単純に切り取る方法ではなく,電気メスで肝臓を傷つけながら一部切り取る方法を用いた.これにより,炎症を伴った肝部分切除になり,より臨床の肝障害に近い状態が再現された.この状況では,切開した部分に明かな偽胆管の形成を認めた.その周囲の環境を詳しく調べたところ,細胞の増殖は盛んになっており,また,炎症に関わる因子が増えていることが解った.この結果を受けて、因子Aの作用をさらに詳しく確認するために、培養肝細胞を使って、因子Aが細胞の性質を肝細胞から胆管細胞に近づける作用があることを明らかにしつつある。以上の実験結果から,肝臓が障害を受けて修復する際,炎症が加わると,本来の肝細胞よりも胆管細胞が増殖しやすい環境に変化していることを想定させる。因子Aに代表される炎症が肝臓の再生不全の要因の一つであると推定された.今後、基礎実験により,炎症の因子が肝細胞の増殖抑制と胆管細胞の増殖促進を引き起こすメカニズムを研究する予定である.臨床研究における肝障害とその治療法に関する研究は論文化ができた。基礎的研究での肝細胞への分化誘導因子の研究は仮説通りに進んでいる。

高度の肝障害により成熟肝細胞の増殖が抑制されると,細胆管とよばれる幼若な胆管構造(肝前駆細胞)が出現し,急性肝不全の肝再生不全病態の成立に重要な意義を持っている.我々は,急性肝不全血漿中のサイトカインが肝細胞から胆管上皮細胞への分化転換を誘導すると仮説を立て,急性肝不全血漿中のサイトカインの網羅的解析を行い,急性肝不全血漿中で高値を示したサイトカインが肝細胞から胆管上皮細胞への分化転換に寄与する可能性について分子生物学的手法を用いて検証した.結果:1.急性肝不全患者の血漿サイトカインの中で, IL-8が最も高値を示した.2.マウスのIL-8相同体であるKC, MIP-2はマウス成熟肝細胞AML12の増殖を抑制し,肝前駆細胞の増殖を促進した.KC, MIP-2は胆管上皮細胞の増殖には影響を及ぼさなかった.3. AML12および初代培養肝細胞は,KC、MIP-2添加後にSox9遺伝子および蛋白の有意な発現上昇を認めた. 5.ヒト急性肝障害組織中の門脈周囲にSox9陽性肝細胞の出現を認めた. Sox9陽性肝細胞数は,単純性脂肪肝組織と比較して有意な増加を示した.ヒト急性肝障害組織中のSox9陽性細胞の一部は,成熟肝細胞マーカーのHep-par1, HNF4αを共発現していることを確認した.結論:急性肝不全患者の血漿で上昇するIL-8が成熟肝細胞において胆管上皮細胞の表現型を誘導することが明らかとなった.また,血清IL-8が生検時に高値を示したヒト急性肝障害組織中にSox9陽性肝細胞が観察された.以上より, IL-8は成熟肝細胞から胆管上皮細胞への分化転換に寄与する因子の1つである可能性が示唆された.急性肝不全の病態病理の理解には,炎症性サイトカインにより誘導される成熟肝細胞の分化可塑性が関与している可能性を念頭に置く必要があると考えられた。肝細胞増殖抑制因子,胆管細胞増殖促進因子の候補が臨床的に同定されつつあること,また,マウスに実験でもこれを支持する結果が得られていることから,培養細胞を用いた実験で,この仮説を確認する方向に進める.その結果を用いて,肝細胞増殖の方向に環境を変える方策の候補を挙げ,その中で臨床応用可能な手段を模索し,実用化の研究へと進める.基礎的研究のデーター集積を中心に進め今年度論文化を予定している。肝細胞増殖抑制因子,胆管細胞増殖促進因子の候補について、マウス肝細胞株の分化誘導実験を行っている。さらに初代培養肝細胞でこの現象を確認し、論文化を進める予定。臨床研究のため外部に測定依頼した物質の測定費用の請求が遅れたため基礎実験で見込んでいた試薬消費量がやや少なく済んだため、平成30年度の検証実験に回すことができた。請求が来次第支払う予定
携帯型深部腱反射定量化システムの開発

膝蓋腱反射の叩打検査は脚気の検査としても知られているが、臨床診断において不可欠な診断手技である。本件では叩打検査において臨床医が視認している反射応答を数量化する方法を提案した。日常診療に携行可能で、既存の診察手技にそのまま適用可能な計測方法を目指した。検査手技の利便性を阻害せずに、叩打力と反射応答としての下肢の振り上がりを計測可能な携帯型装置を製作した。叩打力、筋電位、および慣性センサによる運動学的特長から、漸増する叩打力に対する反射応答の傾向を捉え近似関数により評価できることを示した。また、本装置を用いた徒手検査において反射誘発の十分な再現性、検出精度が得られることを示した。本研究課題の目的は、中枢神経疾患や脊髄疾患評価の基本的手技となっている膝蓋腱叩打検査において、臨床医が視認している反射応答特性を適切に数量化する方法を提案することである。特に日常業務においても携行可能な診察支援機器の開発を目指している。当年度は下腿に装着して用いる運動計測システムの製作と検証に注力した。膝蓋下の至適叩打位置で皮膚上に設置して用いる力覚センサについて較正を行った。また、下腿ブレース上に設置した6軸慣性センサによる3次元姿勢推定の誤差傾向、および推定精度の検証を実験により行った。いずれも、実験は若年健常男性を被験者として実施した。成果として,叩打力と姿勢の計測に関しては、基準となる他の計測法との比較においてその妥当性を示すことができたことが挙げられる。1)センサの較正に関し、6軸慣性センサについては補償回路付きセンサであったことから、これを利用することとした。実質的に検証は静的状態下での計測値のバイアス、ノイズレベルについて実施した。力覚センサについては市販の較正済みロードセル(試験機)との比較により行った。また、叩打力計測におけるセンサ自体の応答性を調べた。2)膝蓋腱反射応答における、6軸慣性センサを用いた下肢姿勢の計算精度について、光学式モーションキャプチャとの同時計測により評価し、角度精度と誤差傾向を明らかにした。光学式モーションキャプチャは借用で利用するよう計画を変更した。3)シグナルコンディショナ等のセンサ周辺回路を小型化して作製した。昨年度までは周辺回路や記録装置は外部に設置していたが、これをすべて集積して実装することができた。運動計測システム部については、目標とする携行可能な診察支援機器としての概形を示すことができた。本研究課題の目的は、中枢神経疾患や脊髄疾患評価の基本的手技となっている膝蓋腱叩打による検査について、臨床医が視認している反射応答特性を適切に数量化する方法を提案することである。特に現状の打腱器(ハンマー)を用いた検査手技に追加的に用いることができ、日常業務においても携行可能な診察支援機器を開発することを目指している。当該年度は検査手技の利便性を阻害せずに反射動作の簡便かつ十分な計算精度を担保する運動計測システムの構築に注力した。以下を順次実施し、成果を得た。1)光学式3次元モーションキャプチャーによる計測実験から、叩打力検出と膝蓋腱反射における下肢の振り上げ動作の計測要件を検討した。想定される装着型のシステムにおいて、振り上げの加速度、角速度等の物理量を適切に得る方法、計測条件、および姿勢演算の方法を明らかにした。慣性センサによる下肢の運動学計算の精度について、モーションキャプチャーとの比較により角度誤差を評価した。2)叩打力を薄型ロードセルにより、下肢の振り上げ動作を6軸慣性センサにより計測することとし、それらを下肢ブレース上に搭載する装着型の計測システムを設計、試作した。叩打力の検出部は、任意の検査用打腱器による叩打に対応するよう、膝蓋下の叩打位置に予め設置される形態とした。ロードセルの配置、および皮膚に接触するチップ部は、適切な予荷重が得られ位置調節が可能となるよう機構を設計した。3)反射応答特性の評価方法の検討のため、若年健常者を被験者として実験を行った。動力学演算の結果として関節トルクを推定し、その被験者内、被験者間における標準化の方法を明らかにした。漸増する叩打力に対する健常例での反射応答の傾向を指数関数により近似できることを示した。結果として指数関数の係数による反射異常の弁別可能性について示唆を得た。成果は国内学会にて発表した。膝蓋腱反射は脚気の検査としても知られている。ハンマーひとつで行える簡易な方法であるが中枢神経疾患や脊髄疾患評価において不可欠な手技である。本件の目的は、膝蓋腱反射の叩打検査において臨床医が視認している反射応答を適切に数量化する方法を提案することである。特に日常診療において携行可能で、既存の診察手技にそのまま適用可能な計測方法を目指した。

これまでの取り組みによって叩打力と下肢動作の計測要件を明らかにし、下腿部に簡便に装着して利用する計測装置を段階的に試作し検証してきた。最終年度は、これまで解析結果を踏まえたうえで計測項目を最低限に絞り、携帯性と利便性に優れたセンサ選定を行って計測システムを構築した。臨床的ニーズを勘案して、筋電位も同時に評価が行えるものとした。叩打検出には感圧導電性フィルムを利用するなどで軽量化し、計測データは無線通信でタブレットPCで計測できる仕様とした。最終的に、容易に携行可能で検査手技の利便性を阻害せず、叩打力と反射応答を計測可能なハンディな支援機器として、その概形を示すに至った。計測データをもとに動力学演算から関節トルクを推定し、被験者に対する標準化を行って、漸増する叩打力に対する反射応答の傾向を近似関数の係数により評価できることを報告した。最終年度では徒手検査で装置を用いた場合の反射誘発の再現性と検出精度の評価を実施した。関節トルク推定の精度検証は剛体モデルとセンサ計測誤差により生じうる計算誤差の分析として実施した。叩打と膝伸展トルクの入出力応答を伝達関数として同定する方法を複数名の被験者により検証した。一方、筋電位の応答も含めた潜時、時間遅れの評価が可能であることを示した。健常例と神経疾患症例を被験者として本法による弁別の有用性の検証を予定したが、助成期間内の実施には至らず、今後に検討することとなった。生体医工学年度当初の研究内容として、1)センサ周辺回路の実装、2)計測システムの検証、3)反射応答の評価指標の確立、4)臨床的妥当性の検討、の4つの項目を挙げた。本年度の成果は、提案する運動計測システムによる3次元姿勢推定と叩打力計測に関する妥当性を確認したこと、また、増幅回路等のセンサ周辺回路を携帯可能なサイズにして実装できたことである。ただし、研究計画に述べていたいくつかの検証は達成できなかった。下腿部の骨軸方向に対する姿勢センサの取り付け誤差の評価とその特徴量評価への影響については、検討を次年度へ持ち越しとした。また、力覚センサと一体化した叩打部による反射誘発の再現性と検出精度の数値的検討も不十分なままである。以上より、運動計測部のハードウェアに関する項目1)については計画どおりに達成、項目2)については、部分的に達成と評価する。項目3)では、前々年度に持ち越し課題としていた関節トルクの推定精度検証について、機器部品の選定と開発着手が遅れる結果となり、その取り組み至らなかった。このことから、叩打刺激と膝進展トルクの入出力応答の関係性を定量化する方法に関しては、実施を保留した。項目4)では、健常例と数例の神経中枢疾患の症例にて、病態、重症度の弁別に対する検討を行う予定であった。しかしながら、項目3)に関する検証不十分から、臨床における被験者の依頼が適わず実験を保留した。現時点の進捗状況と、研究代表者に研究が実施不能な期間が生じたことを考慮し、先に届け出のとおり補助事業期間の延長を申請した。
知能ロボットによるピンポン動作の実現

本研究の目的は、卓球をすることができる移動ロボットを製作し、ボール予測システムとロボット制御システムを構築してピンポン動作を実現することである。これまでに「脚式ロボットの走行制御」や「潜水艦の群制御」の、モデルに衝突や切り替えなどの不連続現象を含む非線形ハイブリットシステムに関する研究課題に取り組んできた。本課題は、制御により積極的に対象(ボール)と衝突現象(並進と回転運動)を起こして操るという点で、困難で面白い問題であり、積極的に取り組みたいテーマと考えている。本研究のピンポンロボットの開発を通じて、未来の知能ロボットに求められる「広い稼動領域をすばやく移動できる」「自己と環境、対象物の認識」などの技術や性能を実現していくつもりである。研究目的を達成するために,[打ち返し動作のシミュレーション解析][実験装置の製作][ピンポン動作の実現]のサブテーマに分割しそれぞれ以下の手順で研究を進める。[打ち返し動作のシミュレーション解析]ではラケットとピンポンボールとの衝突・摩擦を考慮した非線形ハイブリットシステムとしてモデリングを行い、シミュレーションと実験による検証を行った。[実験装置の製作]では現有設備である移動ロボット部にロボットアームを搭載することによって、本研究の目的を達成しうるピンポンロボットを開発した。今後、[ピンポン動作の実現]に向けてシステムの構築と制御理論の完成を目指していく。本研究の目的は、図1、図2のように卓球をすることができる移動ロボットを製作し、ボール予測システムとロボット制御システムを構築してピンポン動作を実現することである。研究目的を達成するために,[打ち返し動作のシミュレーション解析][実験装置の製作」[ピンポン動作の実現]のサブテーマに分割しそれぞれ以下の手順で研究を進める。[実験装置の製作]では現有設備である移動ロボット部にロボットアームを搭載することによって、本研究の目的を達成しうるピンポンロボットを開発を開発をした。
III族-遷移金属元素からなる新規熱電変換材料の創製と評価

ノンドープで高いZTを示すRuGa2に関して、Ruを各種ドーパント(Co,Rh,Ir,Ni,Pd)で置換し、熱電特性に与える影響を明らかにした。電子ドープによりn型材料の創製に成功し、Ir-Ru置換で最も高いn型特性(ZTmax=0.31)を示した。その他、RuIn3,FeGa3,RuGa3ベースの金属間化合物に対しても、キャリアドープを行い、p型・n型ともに性能向上に成功した。本研究課題は、実用化を視野に入れた新規熱電変換材料として有望な、半導体的電気特性を有するIII族(13)元素(Al,Ga,In)と遷移金属(Ru,Fe等)からなる金属間化合物を創製し、1p型及びn型材料の作製と2性能指数の向上、3物性の起源を原子間結合性の見地から、即ち、電子密度分布解析から明らかにすることである。研究対象となる物質は、遷移金属とIII族元素の比が1:2のRuGa2と、1:3のRuGa3,FeGa3,RuIn3である。初年度は、相対密度95%以上の物性評価に資する材料作製方法の確立を行った。前年度に引き続き、本年度もこれらベース合金の到達しうる無次元熱電性能指数ZTmaxを緩和時間一定のもと、ボルツマン輸送方程式を用いて計算を行ったところ、目標の値であるZT=1.0を越える可能性を示すことを明らかにした。本年度は、特に、n型材料として高い特性を示す新規材料の創製に注力した。理論計算の結果を受け、ノンドープで高いZTを示すRuGa2に関して、Ruを各種ドーパント(Co,Rh,Ir,Ni,Pd)で置換し、熱電特性に与える影響を詳細に検討した。実際に、電子ドープによりn型の材料の創製に成功し、その中でも、Ir-Ru置換で最も高いn型特性(ZT=0.31)を示した。ドーパントの種類により物性が異なる原因について、KKR-CPA法を用いた電子構造計算を行い、その起源を明らかにした。熱伝導率低減の為の、ナノ粒子作製を取り入れたプロセスの確立に成功し、熱伝導率の低減により、RuGa2においてZT=0.6を達成した。物性の起源を探るための電子密度分布解析に関しては、現在解析が進行中であり、今後の課題としたい。本研究課題は、実用化を視野に入れた新規熱電変換材料として有望な、半導体的電気特性を有するIII族(13)元素(Al,Ga,In)と遷移金属(Ru,Fe等)からなる金属間化合物を創製し、(1)p型及びn型材料の作製と(2)性能指数の向上、(3)物性の起源を原子間結合性の見地から、即ち、電子密度分布解析から明らかにすることである。研究対象となる物質は、遷移金属とIII族元素の比が1:2のRuGa2と、遷移金属とIII族元素の比が1:3のRuGa3,FeGa3,RuIn3である。初年度は、相対密度95%以上の物性評価に資する材料合成方法の確立を行い、基礎的なデータ(電気抵抗率、Seebeck係数、熱伝導率、キャリア濃度、移動度)を取得した。これらをベース合金として、到達しうる無次元熱電性能指数ZTmaxを緩和時間一定のもと、ボルツマン輸送方程式を用いて計算を行った。なお、計算には、状態密度だけではなく群速度の効果も取り入れた。状態密度の形状から、p型として(即ち、ホールドープにより)高い特性を示すと考えてきたRuGa2は、群速度の効果を取り入れた計算の結果、n型として高い性能を示す可能性が明らかになった。一方、RuGa3及びRuIn3は、ホールドープ及び電子ドープともにZT=1.0を超える可能性が示唆された。p型材料として高い特性(ZTmax=0.50)を有するRuGa2に対して、種々の遷移金属元素置換を行い、電子ドープを試みた結果、フェルミ準位が伝導帯側にシフトし、n型としての特性を示すことが明らかになった。特に、Ir-Ru置換した試料では、合金散乱の効果により熱伝導率が大きく減少し、高いZT(0.31)が得られた。実際にデバイスを作製するに際し、高いZTを有するn型材料を創製できた意義は大きい。但し、計算から予測されたZTよりは低く、更なる性能向上には有効電子ドープ量を増加させる必要がある。初年度は、III族元素と遷移金属元素からなる金属間化合物をベース合金として、ホールドープもしくは電子ドープによるp型及びn型材料の創製を試みた。まず、ベース合金に対してバンド計算を行い、状態密度及び群速度を求めた。緩和時間一定の仮定のもと、ボルツマン輸送方程式により熱電特性を計算した。