hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
森林の種類・林齢が流出水の質・量に及ぼす影響についての森林水文学・生態学的研究

総降水量350mmに達した昨年9月の台風期に1時間ごとに流出水の物質濃度を測定した結果、塩素、硫酸、ナトリウムなどのイオン濃度は流量増加に伴い減少したが、硝酸態窒素の濃度は降雨ごとに異なる傾向を示した。斜面に沿って植物現存量を測定し、土壌調査を行った結果、斜面上部ほど樹高が低減し貧栄養土壌となるが、Ao層量はやや増加した。来年度は、斜面にそってイオン樹脂を埋設し、土壌水のイオン種と濃度を計測するほか、流出水質の異なる集水域において、リタ-フォ-ル量を測定・比較する予定である。平成2年度より行っている京都大学芦生演習林内の林齢の異なるスギ人工林7カ所と天然性落葉広葉樹林4カ所の森林集水域において降水および流出水の調査を継続し、今年度購入した島津イオンクロマトグラフィ-HICー6Aにオ-トインジェクタ-を装着して水質分析を行った。アカマツ・ヒノキ混交林である滋賀県桐生試験地でも同様の測定を行った。新規購入した大気降下物採取器などにより採取された降水のpHは、両試験地においていずれも45の範囲にあった。雨水の酸性に関与する各溶存物質の林地への負荷量は、硝酸態窒素で年間5kg/ha前後、硫酸イオンで約4050kg/haであった。硝酸イオンは全国的にみてやや多く、京都・・滋賀の郊外である当試験地も広域的な大気汚染の影響が示されたが、硝酸態窒素のレベルは低く現時点では地域的な汚染は少ないことが推察された。流出水ではpHは6後半であり、硝酸態窒素濃度も降水より低くなっているなど森林土壌のもつ緩衝能が示された。硫酸イオンについては流出水で濃度が高まり、流出量も負荷量を上回ったが、これらは母材の風化によるものと考えられた。斜面方向での窒素無機化速度の測定により、斜面上部の乾性な条件下では硝酸態窒素の生成が遅れ、硝酸化は斜面下部の湿性条件下ですすんでいることが明らかになった。これらの結果をふまえ、森林土壌の緩衝能すなわち森林土壌中での溶存物質の動態を把握するために、本年度は土壌中のイオンを吸着するイオン交換樹脂を森林土壌に埋設し、同時に土壌中の溶液濃度を計測するための土壌溶液採取器を斜面方向に沿って設置した。昨年度の斜面に沿った土壌水濃度の調査において、斜面下部の深層の土壌水で数ppmに及ぶ高い硝酸態窒素濃度がしばしば検出され、この高濃度の窒素の行方を解明することが必要となった。そのため、桐生森林集水域試験地斜面下部において、垂直的に降水、林内雨、50cm,70cm,100cm土壌深層の土壌水、湧水、渓流水を採取し、硝酸態窒素^<14>N,^<15>Nの自然安定同位体比、δ^<15>N〓を計測し、土壌深層から滞水層において脱窒が起こっていることを確認した。すなわち、林外雨から林内雨、50cm層土壌水へと硝酸態窒素濃度は、急激に増加するがδ^<15>N〓に変化はない。ところが、50cmから70cm層へ、100cm層から湧水層へ硝酸態窒素濃度の減少とδ^<15>N〓の増加が認められた。この増加は、軽い^<14>Nが脱窒によって減少したことを示している。すなわち斜面下部の高濃度の硝酸態窒素は、土壌深層における脱窒と斜面上部から基盤層を流下する硝酸態窒素濃度の低い流水による希釈によって、渓流水の濃度は降水のそれよりむしろ低くなることが認められた。この実験と並行して、竜王山森林流域試験地において、硝酸態窒素の生成域の分布についての調査を斜面に沿って行った。その結果、硝酸態窒素の生成域と非生成域は斜面中部において不連続的に分布し、その不連続性は下層木、土壌FH層、土壌のCa,Mg濃度、塩基飽和率などの分布域と対応していた。
一酸化炭素中毒超急性期・急性期における予後予測法の確立と病態メカニズムの解明

フリーラジカルによる酸化ストレス上昇の程度および抗酸化能の低下の程度を一酸化炭素(carbon monoxide, CO)中毒直後に測定することにより、その後の大脳白質障害の予見が可能であろうという仮説を立てた。結果、酸化ストレスの上昇かつ抗酸化能の低下を来たしている症例では、大脳白質障害が強く発生することがわかった。もう一つの研究として、CO中毒直後にフリーラジカル消去剤を投与した症例と非投与の症例を比較したところ、前者は後者より大脳白質障害の程度が軽度であった。以上から、臨床的にフリーラジカルはCO暴露から大脳損傷に至る過程のメディエーターとなっていることが強く示唆された。現在までに18例の一酸化炭素中毒症例に対して、本研究の課題である亜急性期における拡散カルトーシスの定量値および急性期における患者血清を用いた酸化ストレス・抗酸化能定量値と重症度・予後との関連について評価を施行している。これらのデータによる中間解析では、重症一酸化炭素中毒症例では、拡散カルトーシス値が軽症例より高値となっており有意差を示している。一方、酸化ストレス値/抗酸化能比は、重症例と軽症例と比較すると有意差はないが重症例で高値を示す傾向があることがわかった。これらのデータが目標登録数30例に達した際の最終解析でも同様の結果であれば、一酸化炭素中毒症例の急性期、亜急性期においてその後の重症度・予後の推測に有用である可能性を示すことができる。研究内容2つのアプローチによって、一酸化炭素中毒(CO)の予後予測因子の検索およびCO中毒による脳障害のメカニズムの解明を検討している。まず、当院救急外来に搬送された一酸化炭素(CO)中毒患者において、受診時の一般臨床検査のための採血後に余剰分から得られた血清を用いて、酸化ストレス度の指標としてヒドロキシペルオキシド、抗酸化ストレス能の指標として三価鉄還元能のそれぞれを分光光度計を用いて定量し、予後との関係を検討している。現在まで22例のCO中毒症例で施行しており、重症度と相関関係を確認している。一方、高磁場MRIによるdiffusion kartosis画像による大脳白質脱髄性変化の定量と予後予測(高次脳機能障害)の関係に関する検討を18例のCO中毒で行っている。Diffusion kartosisの定量値であるDK値と高次脳機能障害としてのminimal mental status examination (MMSE)値の間に弱い相関を認めている。意義・重要性CO中毒の信頼性の高い予後予測因子は未だ確立されていない。本研究は、低侵襲で簡便なルーチン採血で得られた血清も用いた酸化ストレス度と抗酸化ストレス能の定量が、予後予測因子となる可能性を示した。さらにCK値が酸化ストレス度の指標となることが示唆された。また、高磁場MRIによる大脳白質損傷の定量評価も予後予測因子となる可能性が示唆されている。本研究結果から、COによる許容以上の酸化ストレスが引き金となって、大脳白質に脱髄性変化を起こすことが、CO中毒後の大脳損傷のメカニズムであることを立証した。現在までに22例のCO中毒症例において、酸化ストレス度の指標としてヒドロキシペルオキシド、抗酸化ストレス能の指標として三価鉄還元能のそれぞれを分光光度計を用いて定量し、予後との関係を検討し、相関関係を認めている。22例のうち重症症例は4例にすぎないため、30例以上を蓄積し最終結果としたい。一方、diffusion kartosis画像による大脳白質脱髄性変化の定量と予後予測(高次脳機能障害)の関係に関する検討は18例のCO中毒で行っている。diffusion kartosisの定量DK値と予後の指標としたMMSEに弱い相関を認めている。症例を30例以上に蓄積し最終結果を出す予定である。研究計画では30例以上の症例を登録し解析することになっている。現在18例を登録しており症例数としてはおおむね計画通りである。ただし18例の中での重症例と軽症例のしめる割合は圧倒的に軽症例が多く、両者を統計学的に比較する場合、重症例が不足する可能性が懸念される。COによる許容以上の酸化ストレスが引き金となって、大脳白質に脱髄性変化を起こすことが、CO中毒後の大脳損傷のメカニズムであることを本研究は立証した。大脳損傷の本質である脱髄性変化が起こる直前には、自己免疫応答に伴う炎症が起こっている。今後は、脱髄性変化を起こす以前の軽微は炎症反応を、microglia検出トレーサ11C-PK11195を用いたpositron emission tomography (PET)画像により検出できるか、検討する予定である。脳神経外科・救急医学今後も1例も取りこぼしがないように、引き続き症例を蓄積させ、最終年度に解析を完了させ、学術誌に掲載させる。
遺伝的要因を考慮した日常身体活動と腹部脂肪畜積の関係解析

内臓脂肪蓄積の程度を体表および血液計測値から推測する有効な指標を検討し、それらの指標に対する日常身体活動の影響を調べた。中高年女性(4050代、73名)を対象とし、ライフコーダによる日常身体活動を2ヶ月間連続記録した後に、血液採取、身体計測、MRIによる腹部脂肪面積計測を行った。血液資料からは、血中レプチン濃度、中性脂肪、コレステロールなどの代謝的データに加え、白血球からのDNA増幅を行いβ3アドレナリン受容体遺伝子多型について調べた。主な結果は以下のようである。1、内蔵脂肪蓄積の程度と高い相関を示す体表計測値はBMI>体脂肪率>ウエスト周囲長の順であり、血液での計測値はレプチン濃度>中性脂肪濃度の順であった。肥満症の診断基準となる腹部内臓面積100cm^2に該当する値を回帰直線から換算すると、BMI:25.54、体脂肪率:36.69%、体幹部体脂肪率:36.84%、ウエスト周囲長:87.14cm、肥満度:16.13%、血中レプチン濃度:13.67ng/ml,中性脂肪濃度:154.36mg/dlであった。従って、これらの計測値が複数の項目に渡って危険域に該当する場合には積極的な減量への取り組みを推奨する必要がある。2、一日平均歩数が13000歩以上に達する人で1は、BMIや腹部脂肪、血中レプチン濃度などが顕著に低い値であったが、一部にはこの傾向に合致しない人が見られた。これらの結果は日常生活の改善を主眼とした肥満予防の方策を探る上で有効となる。本研究は16年度追加交付決定(10月)を受けた後に開始したため、当初16年度実施計画で予定した多人数の被験者(ボランティア)を募っての日常身体活動の解析は実施にいたっていない。本年度は次年度以降の研究実施を効率よく進めるためのシステム整備とMRI画像からの腹部脂肪面積計測方法の確立にあてた。これまで得られた主な点は以下に要約した。MRI画像からの腹部脂肪面積計測計測方法:健康な男性27名(平均51歳)を対象とし、MR画像撮影装置(日立メディコ社製、MRH-500AD、0.5T)により10mm厚の連続断層画像を撮像した。腹部のT1強調像をパソコンに取り込み、NIH imageを利用して皮下脂肪面積と腹部内臓脂肪面積を計測した。MRを用いた腹部脂肪分布評価法にはいくつかの問題点が指摘されているが、基本的に善積ら(2003)の方法に従った。すなわち、皮下脂肪部分のsignal intensityヒストグラムを利用して、腹部内臓部分の同等のsignal intensityを示す範囲を内臓脂肪としてその面積を計測した。測定結果:27名の臍部での平均は皮下脂肪面積128cm^2、腹部内臓脂肪面積93cm^2であった。皮下脂肪の断層別最大値は臍より下方3cmに、腹部内臓脂肪の断層別最大値は膀より上方6cmに見られた。体表での身体計測値とMRによる脂肪面積計測値との相関皮下脂肪も腹部内臓脂肪も、臍周囲径、BMI、体脂肪率の順に優位な相関関係が認められた。従って、臍周囲長は腹部内臓脂肪の蓄積を伺う非常に有効な指標と考えられた。一方、内臓脂肪との相関があるとされている腰周囲長/臀部周囲長は優位な相関は見られなかった。肥満抑制のための効果的な介入プログラムを作成する基礎資料として、血中レプチン濃度と身体肥満指標、腹部脂肪、日常身体活動およびβ3アドレナリン受容体遺伝子多型の関連を調べた。

市報で募った中高年女性(4050代、73名)を対象とし、ライフコーダによる日常身体活動を2ヶ月間連続記録した後に、血液採取、身体計測、MRIによる腹部脂肪面積計測を行った。血液資料からは、血中レプチン濃度、中性脂肪、コレステロールなどの代謝的データに加え、白血球からのDNA増幅を行いβ3アドレナリン受容体遺伝子多型を調べた。なお、本研究は広島県立保健福祉大学倫理委員会の承認を得て実施した。結果は以下のようである。1、血中レプチン濃度はBMI(Body Mass Index)およびウエスト周囲長と高い相関を示し、腹部脂肪面積とは、皮下脂肪や腹部内臓脂肪を合計した総脂肪面積>皮下脂肪>内臓脂肪の順に相関が見られた。2、一日平均歩数の多い人ほど血中レプチン濃度も低く、BMIや腹部脂肪も少ない傾向が明瞭であったが、一部にはこの傾向に合致しない人が見られた。以上の結果は、日常生活の改善を主眼とした【肥満抑制のための有効なプログラム】を考える上で非常に参考となる。
都市圏にとける水の再利用システム

本研究は、都市圏内における新しい環境創造を求める環境計画を水の再利用という視点でとらえ、水への新しいニーズを確認しつつ、総合的に体系化していくことを目的としている。環境計画における水の問題は多くの場合、その計画に当たっての初期条件、境界条件を与えるものとなる。その意味では本研究の最終的な目的はこの初期条件、境界条件を水の量の問題、室の問題、社会に受け入れられる水辺のあり方の問題、水利用の高度化を可能にする技術の問題、法政を含めた管理の問題、等の側面から明らかにしていくことにある。本年度は上記の目的を求める際の基本的な条件として、都市における水利用の実態を整理し、問題点に対する共通の認識を確立するために、都市間及び都市内での水利用システムの概念図を作る作業を行った。再利用システムを有効にするためには、システムの整備が重要であることが明らかになった。各研究分担者の個別テーマについては、主要な成果を列挙すれば、次のようである。(1)都市における水循環システムのうち、基本的な法制の整備が遅れている部分として、流域外導水の問題と地下水の問題を取り上げ、文献調査・現地調査およびそれらの結果についての解析・検討を行った。(2)集合住宅における雑用水への両水利用の可能性について本年度は工法的検討を行った。貯留システムとして〓層を使用した場合には水質面において、硬度の上昇とpHの上昇といった問題点が生じている。(3)下水処理水を流す親水河川をより自然河川に近づけるための要因として、水質、河川形態、水生生物の生息場所を取り上げ検討した。生息場所の多様性を増す目的で、レンガ人のコンクリートブロック落葉を集めたナイロンシッシュの袋を設置したところ、コガタシマトビケラ、ミズズムシ等が多数生息可能となることが明らかになった。
ミュージアムでの鑑賞支援ロボットにおける効果的な情報提示方法

本研究では、博物館において2体のロボットがまるで来館者のように展示物についておしゃべりをし、それを人間が「盗み聞き」して展示についての情報を得るという、全く新しいコンセプトの鑑賞支援ロボットの開発を行った。そして、それらのロボットを用いた情報提示方法の有効性について検証を行った。その結果、ロボット同士の会話内容から展示物に関する新たな情報や視点を得て、人間がよりじっくり興味をもって展示物を楽しむという、豊かな鑑賞体験を提供できることが確認された。また、鑑賞支援ロボットのさらなる発展へとつながる設計指針を得ることができた。現在、人とロボットの共存できる社会を目指し、人支援型ロボットの開発が行われているが、その先行研究のいずれもが、直接人とロボットが対話することによって発生する問題を抱えている。それを解決すべく本研究で開発を行ったのが間接的情報提示を行うロボットGeminiである。前年度には、大学内での実験で一定の効果を確認することができた。本年度は、学外の科学博物館においてロボットによる情報提示で人の理解度に変化が見られるか、そしてロボットが情報提示していることに対して人はどのような印象を持っているか検証を行った。来場者に展示物に関するクイズや、ロボットに関するアンケートを実施し、ロボットを用いた情報提示によって部分的に展示物に関する理解度が高まることが確認できた。また、ロボットについて「可愛い」「楽しかった」などの肯定的な意見が大半を占めたが、「音が聞きづらい」などの音量、音質に関する否定的な意見が見られた。本研究は、博物館での鑑賞を支援するロボットということで開発を進めてきたが、研究を進めている中で、博物館外の人の往来の激しい場所で企画展の広報としてロボットを使用するニーズがあることが分かった。そこで広報を目的としても同じロボットが活用できるか、駅に直結したホテルのロビーにて、ロボットとデジタルサイネージについて比較も行った。ロボットの音質に関しては改善を求める意見があったが、興味と印象はロボットのほうが良い結果となった。博物館とホテルでの実験から、情報提示ロボットは情報の理解度を向上させ、人の興味を既存の情報提示媒体より強く引きつけ、そして好印象を与えていることがわかった。これらのようなことからロボットによる情報提示が有効であるということが確認できた。現在、博物館教育の充実を目指すべく鑑賞支援ロボットが開発されているが、いずれも説明員の代行として、人と対話をしながら展示物を説明するというコンセプトのもと開発がすすめられている。本研究では、説明員の代行ではなくロボットがまるで来館者のように振る舞い、作品についておしゃべりをし、それを人間が「盗み聞き」して展示についての情報を得るという、全く新しいコンセプトの鑑賞支援ロボットの開発を行う。そして、鑑賞者と直接的な対話がない状態での情報提示の有効性にいて確認検証を行うことが目的である。研究は2年間で4つのステップで実施する計画であり、23年度はその前半の2つのステップを実施した。1.まず最初に2体のロボットの開発を行った。本研究で開発した鑑賞支援ロボットは、2体1組で動作する。鑑賞者に直接作品の解説を行うのではなく、ロボットが博物館の来館者のように振る舞い、おしゃべりをしながら展示物を鑑賞しているような動作をする。人間の鑑賞者はそのロボット同士の会話を横から「盗み聞き」することで、作品に関する情報を得ることができる。2.筑波大学総合研究棟内のギャラリーDを博物館に見立て、予備実験を行った。ロボット2体が来館者のように展示を見て回る動作をさせ、そこに人間の来館者(学生被験者)が入り、展示作品を鑑賞した。この実験では、ロボットの動作記録を行ったとともに、被験者の主観評価、理解度評価、行動の記録・解析を行った。なお、実験では被験者の集団を2つに分けて、同型のロボットを1体だけ用いて、ロボットが鑑賞者に対面で作品を解説する情報提示方法との比較・検証を行った。なお、24年度は後半の2ステップである、学外の博物館における実証実験と研究成果の情報発信を行う予定である。研究は2年間で4つのステップがあり、当初の予定通り23年度には前半の2ステップ(ステップ1:2体のロボット開発、ステップ2:筑波大学総合研究棟内のギャラリーDを博物館に見立てた予備実験)を完了することができたため。なお24年度は、ステップ3において、予備実験から得たフィードバックをもとに博物館で実証実験を行い、ステップ4では、学会、展示会、インターネットを通した情報発信を行う。予備実験から得たフィードバックをもとにロボットの発話の速度・間隔・音質・内容、体の位置・方向・ジェスチャなどに改良を行い、つくば市にある学外の博物館で実証実験を行う。実験の結果から、効果的な情報提示方法について検証を行うとともに、ロボットのさらなる改良を行う。博物館における新しいコンセプトの鑑賞支援ロボットとして、発表・展示・実演・インターネットでの情報発信を行い、社会での認知を目指す。平成23年度からの繰越額は平成24年4月に支払い予定である。

次年度の研究費はロボット開発に必要なセンサ・電子物品、3Dモデル材料などの購入、研究成果を伝えるための資料作成費、研究補助としての謝金、材料加工委託に使用する。
スポーツ活動の効果と般化に関する実証的研究と汎用性モデルの構築

スポーツ活動の心理社会的効果が日常生活場面にも般化するのかどうかについて検討された。その結果、スポーツ活動の心理社会的効果として、忍耐力、協調性、集中力、自己効力感、ストレスマネジメントなどが認められた。また、それらの心理社会的効果は、日常生活においても認められること、すなわち般化が確認された。そして、スポーツ活動と日常生活での経験が同じであると気づけること(同定)、このようにすればうまく解決できるといった認知(随伴性認知)などによって、これらの般化が促進されると考えられた。本研究では、スポーツ活動の効果を当該スポーツ活動だけでなく、他の場面への般化(ある特定の環境で学習したことが、他の色々な場所や環境でも適用できること)について、量的および質的な分析手法を併用しながら、横断的・縦断的に検討することを目的としている。本年度から開始した平成22年度においては、この目的を達成するために4回の研究打合せと2回の予備調査を行い、次年度以降に予定されている実践的研究の準備を進めた。それらを通して得られた成果は、主に以下のように要約される。スポーツ活動の効果や般化に関する内外の文献調査を行い、これまでに明らかにされてきた知見を整理するとともに、それらを参照しながら、今後の研究のためのモデル(SGModel-1)を作成した。スポーツ活動の効果と他の場面への般化に関する実態を把握するために、小学生、中学生、高校生、大学生、社会人、高齢者を対象とした予備調査を実施した。それらのデータを詳細に検討した上で、SGModel-1の部分的修正を行った。また、次年度以降の実践的研究に向けて、調査対象者(小学生、中学生、高校生、中高年者)、スポーツ活動(スポーツ少年団、運動部、健康教室)、効果(心理社会的スキル、自己効力感)、般化場面(児童生徒:学校生活および家庭生活、中高年者:家庭生活)、調査内容(スポーツ活動、効果、効果の影響要因、般化、般化の影響・促進要因)、調査方法(質問紙、行動観察、インタビュー、ESMの応用)、分析の視点(影響要因、因果関係)、分析方法(構造方程式モデリング、交差遅れ効果モデル、分散分析)などについて議論を深めた。これにより、今後の円滑な実現に向けて準備態勢が整った。平成22年度で明らかになった理論的背景や研究知見を踏まえて、スポーツ活動の効果と般化に関する縦断的研究を開始した。具体的には、スポーツ活動を継続することによって、どのような効果が認められるのか、また、それらが他の場面にどのような効果や影響を及ぼすのかについて、量的および質的な分析方法を併用しながら検討した。国内および国際学会で発表したそれらの成果ま、以下のようにまとめられる。1.小学生を対象にした調査では、スポーツ活動の効果として、社会性・協調性、努力・忍耐力、規律・規範などが認められたまた、その効果を促進させる要因には、仲間との励まし合い、競い合い、自分自身の活動に対する取り組みなどがあげられた。般化の促進要因には、スポーツ活動で身についたことが日常生活でも役立つことを自らの体験から気づくこと、仲間の行動変容を実際に観察することなどがあげられた。2.高校生を対象とした研究では、運動部活動で得られた心理社会的な効果は主に日常生活での他者と関わる場面で、個人的なスキルはある事柄をやり遂げようとする場面で役立っていることが示された。また、般化の促進要因には、個人の体験や認知、周囲からの指導や働きかけなどが関係していうと推察された。3.インタビューを中心とした質的研究からは、スポーツ活動の効果は日常生活場面へ般化されること、般化はスポーツ活動にかかわる本人、指導者、支援者の価値観や期待感によって促進あるいは阻害されること、スポーツによる効果と般化が同時に起こる場合もあることなどが明らかとなった。平成25年度は、本研究の最終年度である。スポーツ活動を行うことによってどのような心理社会的効果が得られるのか、それらの効果が他の日常生活場面にどのように般化していくのかについて、過去3年間の研究知見、今後の研究課題や展望などを総括するとともに、スポーツ活動の効果と般化に関する汎用性モデルを構築した。得られた研究成果は学会で発表したが、今後は論文としても公表していく予定である。般化に関する研究成果の概要は、以下の通りである。1.小・中学生を対象にした研究では、スポーツ活動で得られた忍耐力、協調性、集中力、自己効力感などは、日常生活にも般化されることが実証された。また、それらの般化は循環的にスポーツ場面へと回帰すること、スポーツ活動効果の大切さの自覚(内在化)によって般化が促進されることなどが明らかとなった。2.高校生を対象にした場合にも、協調性、集中力、ストレスマネジメントなどは、日常生活にも般化することが示された。また、スポーツ活動の心理社会的効果と般化は同時に生じることもあること、同定、随伴性認知、学習環境などによって般化が促進されることが示唆された。

3.健康教室に参加している中高年者を対象にした研究では、忍耐力、集中力、思考力、自己効力感、ストレスマネジメント、コミュニケーション、挨拶・礼儀、感謝の気持ちなど、多くの変数において般化が認められた。高校生と同様に、それらの般化には、同定、随伴性認知が関係していた。4.質的な分析からは、スポーツ活動において、どのような学びを通して心理社会的効果が得られたかによって般化の「多様性」と「階層性」が存在すると考えられた。平成24年度は、これまでに蓄積した研究知見を踏まえて、スポーツ活動の効果と般化に関する縦断的研究を継続した。具体的には、スポーツ活動を行うことによってどのような効果が得られるのか、それらの効果が他の日常生活場面にどのような影響を及ぼしていくのかについて、小学生、中学生、高校生、中高年者を対象として検討した。また、諸外国の実態把握や海外の研究者との研究打合せや情報交換なども行った。1.小・中学生を対象に質問紙によるパネルデータを収集すると共に、2011年度までの分析結果を関連学会や論文に公表した。これまでの分析では、集中力や自己効力感などの心理的効果が、スポーツ場面と日常生活場面とで循環的に般化を繰り返すことが示唆された。2.高校生を対象に、運動部活動場面と日常生活場面の行動に関する調査を実施した。般化尺度得点の推移を運動部員と一般生徒で比較した結果、運動部活動の効果は日常生活に般化していることが示唆された。また、運動部活動へのコミットメントは、運動部員の個人的あるいは社会的なスキルの獲得に大きな影響を及ぼしていることなどが示唆された。3.健康教室に参加している中高年者を対象に、健康教室の活動状況、その効果、日常生活への般化、主観的幸福感、効果や般化に関する自由記述などの調査を実施した。参加者全体では顕著な変化はみられないものの、活動経験の在り方によって幸福感などに変化が認められた。4.高校運動部員6名および指導者2名、健康教室参加者10名、トップアスリート4名を対象としたインタビュー調査を実施した。その結果、般化は当該スポーツ・健康活動にかかわる本人、指導者および支援者の価値観や期待感によって促進または阻害されることが示唆された。平成23年度に計画した調査が順調に行われ、それらの成果を国内外で発表することができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度に計画した調査や研究打合せなどが順調に行われた。また、それらの成果を関連学会で発表することができた。特に大きな変更や問題点はないが、汎用性モデルの構築にあたっては研究全体の枠組みをグローバルな視点で捉えていく必要がある。今後は必要に応じて海外の研究者との情報交換なども進めていく必要性があげられる。研究計画の変更や問題点は特にない。
がん遺伝子の検出と機能解析

初年度に引続いて、がん遺伝子の検出と、機能解析について、主としてヒトゲノムと、ヒトがん材料の面から研究を進めた。1.yes遺伝子:プロトyes遺伝子を決定し、ヒト染色体18g21.3にアップした。さらに、fgr遺伝子に対するプロトオンコジンも決定し、ヒトfgrゲノムの解析から、fgr領域は、アクチン様遺伝子領域を含まないことを明らかにすると共に、そのエクソン・イントロン接続部位は、srcやyesと一致することを見出した。2.erbB-2の解析を進め、ヒト染色体では、17q21にマップされることを明らかにすると共に、erbB-2のゲノム構造がerbB-1に非常に類似していることを明らかにした。さらに、そのm-RNAに対するc DNAをクローニングし、全構造を決定した所、その産物はEGFレセプターに非常によく似た蛋白質を作ることが明らかとなり、何らかのペプチド因子のレセプターと推定される。又、erbB-2は、腺細胞上皮由来のがんで、遺伝子増巾のみられる例がかなり発見された。3.srcをもった強発がん性レトロウイルスの誘発については、S1とS2の2新種ウイルスゲノムの解析が進み、その活発のための5′側組かえ機構がDNA組かえとmRNAスプライシング、3′側の組かえが、逆方向にみられる相補性領域を仲介とした、逆転写時の鋳型RNA乗かえによると考えられる結果を得た。4.昨年分離した3種の新しいヒトトランスフォーミング遺伝子の中で、1つはrufと決定した。他については、既知の20種ほどのテストで対応するものは見出せず、現在解析中である。5.erbB-2のC末端を認識する抗体を作成し、erbB-2の産物の解析を行っている。
インスリン標的細胞におけるGFATを介した糖毒性発現の分子機構とその治療

肝・筋・脂肪細胞など代表的なインスリン標的細胞に加え、膵β細胞もインスリン受容体を有する点においてインスリン標的細胞とみなしうる。今回、インスリン標的細胞における糖・脂肪両毒性成立の分子機構解明にあたり、グルコース応答性のインスリン分泌能を有するMIN6細胞を用いて以下の検討を行った。当初作成したGFAT過剰発現MIN6細胞株ではGFAT酵素量の定量化が困難であったため、これに変えてGlucose-6-phsphatase(G6Pase)過剰発現細胞を作成し、糖毒性の影響を考察した。G6PaseはGlucokinase(GK)とともにグルコースサイクリングを形成し、細胞内グルコース濃度環境の恒常化に関与している糖新生系酵素であるが、高糖濃度条件(糖毒性影響)下では、upregulationされることが報告されている。すなわち、細胞内へのglucose fluxが減少することでグルコース応答性インスリン分泌が低下することが予想されるが、本基盤研究においてG6Pase過剰発現細胞は高糖濃度環境でインスリン分泌の低下を示し、このとき細胞内ATP産生の減少を伴うことを確認した。今回の検討ではβ酸化の亢進とともに、Pyruvate carboxylase蛋白の低下を来していた。この低下がFFAによるglucose応答性insulin分泌抑制すなわち脂肪毒性の分子機構に関与すると考えられた。(これまでの経過)rat glutamine:fructose-6-phosphatase(GFAT)cDNAを発現ベクターpCXN2に挿入したpCXN2-GFATを作製した。このvectorをlipofection法(transfectam)でMIN6にtransfectionし、geneticin(G418)で選択し、約100個のstable cloneを得た。それらのcloneで実際にrat GFATcDNAが発現しているか確認するため、RT-PCR法およびNothern blot法を行ったところ、少なくとも5cloneで発現を確認した。(今後の方針)1)これらのcloneを用いて、GFAT活性、グルコース刺激インスリン分泌を測定し、その相関について調べる。2) GFATの阻害剤としてazaserineが知られている。GFAT過剰発現によるグルコース応答性インスリン分泌抑制がazaserine添加により解除できるか検討する。3) GFATはglutamineおよびfructose-6-phosphateよりglucosamine-6-phosphateを形成する。また、glucosamineはhexokinaseによりglucosamine-6-phosphateとなることが知られている。そこで、様々な濃度のglucosamine添加によりグルコース応答性インスリン分泌が抑制されるか検討し、GFAT過剰発現細胞で得られた結果と比較する。当初作成したGFAT過剰発現MIN6細胞株ではGFAT酵素量の定量化が困難であったため、これに変えてGlucose-6-phsphatase(G6Pase)過剰発現細胞を作成し、糖毒性の影響を観察した。
ケミルミノジェネティクスによる構成的エネルギー生合成系の創出

本研究の目的は、発光バクテリアの発光タンパク質(バクテリアルシフェラーゼ)を蛍光タンパク質と融合させて発光特性の高輝度化と多色化を実現し、発光基質の生合成系遺伝子群とともに植物に導入することで人工自発光植物と開発することである。最終的には、発光色の最適化により、自ら放つ光で高効率に光合成を行わせ、太陽光に依存しない人工光合成デバイス、さらには電気エネルギーを必要としない照明デバイスを世界に先駆けて創出することを目的とする。発光バクテリアは、唯一発光基質合成系に係る遺伝子群が全て同定された生物で、すでにluxオペロン(発光遺伝子群)のタバコへの導入が行われているが(Plos One 2010)、目視可能な明るさには達してはいない。一方、ラン藻は、高等植物と同じ酸素発生型の光合成を行う原核生物であり、形質転換が容易であり、相同組み換えによる形質転換法が確立されている。そこで本研究では、発光バクテリアPhotorhabdus Luminescenceのluxオペロン(発光遺伝子群)を用いて、1発光バクテリアルシフェラーゼの高輝度化を進め、2発光関連遺伝子群(lux遺伝子群)をラン藻に導入して自発光ラン藻を作成する。さらに3自発光ラン藻の発光強度を最適化し、4自発光ラン藻の光合成活性を評価する。最終的に、5発光遺伝子群のゼニゴケと高等植物への導入を行い、人工自発光植物を作成する。またすでに作成済みにゼニゴケについては、光合成活性を測定する。バクテリアルシフェラーゼを蛍光タンパク質と融合させて高輝度化を目指したが、発光基質生合成系とともに植物に導入しても、目視できる発光強度には達しなかった。そこで、6糸状菌の自発光システムを解明し、植物に導入することで高輝度な自発光植物を作成することを目指した。1発光バクテリアルシフェラーゼの高輝度化と多色化は昨年度に黄緑色蛍光タンパクを発光タンパク質luxAとluxBに融合させ、従来よりも6倍明るい輝度を示している。2昨年度、自発光関連遺伝子群(luxCDABE)をラン藻に導入しluxABとluxCDEを別々に導入した系統より50倍程明るい自発光ラン藻を得ている。3luxCDABEと黄緑色蛍光タンパク質をラン藻に導入し共発現させたが、輝度の向上は認められなかった。luxCDABEをIPTG誘導型高発現プロモーター制御下で発現させた結果、輝度が4倍程度向上したが、目視可能な明るさには達しなかった。5発光遺伝子群をゼニゴケと高等植物への導入を行い、人工自発光植物を作成することには成功したが、目視できる輝度には達しなかった。またReNL(蛍光・発光融合タンパク質)発現植物体においては、光化学系II依存的な酸素発生が誘導されることが示唆されている。6糸状菌の発光システムが報告されたので(Kotlobay et al., PNAS 2018)、このシステムに関わると考えられる遺伝子群(HispS、H3H、Luz、CPH、PPTase)のクローニングを行い、これら5つの遺伝子をベンサミアナタバコ葉で一過性発現を誘導し、発光を確認できた。また、これら5つの遺伝子のうち、4つを発現させたものでは、CPH以外を全て発現させたものとPPTase以外を全て発現させたもので、弱い発光活性が認められた。このことは、これら2つの遺伝子は、発光には必須ではないものの、発光活性の亢進に寄与するか、あるいはベンサミアナタバコがこれらの活性を内包していることが考えられる。これらの遺伝子を自己切断型ペプチドを間にタンデムにつなげ植物に導入したが、発光は観測できなかった。植物では複数の遺伝子に対して自己切断ペプチドが効率よく機能していないことが考えられる。4自発光ラン藻の光合成評価は蛍光・発光融合タンパク質による輝度向上後に行う計画であるため進捗はなし。6糸状菌の発光遺伝子群をタンデムにつなげた場合、自発光が確認できなかったので、一つの遺伝子を一つの発現ユニットとして設計し(一つの遺伝子に一つのプロモーターとターミネーター)、複数の植物発現用ベクターに分け、タバコの一過性の共発現により自発光を計測する。自発光を確認後、5設計した糸状菌由来の発光遺伝子群をゼニゴケへ導入し、輝度・光合成の評価を目指す。4自発光ラン藻の光合成評価を酸素電極を使い確認する。本研究の目的は、発光バクテリアの発光タンパク質(バクテリアルシフェラーゼ)を蛍光タンパク質と融合させて発光特性の高輝度化と多色化を実現し、発光基質の生合成系遺伝子群とともに植物に導入することで煌めく人工自発光植物を開発することである。発光バクテリアは、唯一発光基質合成系に関わる遺伝子群が全て同定された生物で、すでにluxオペロン(発光遺伝子群)のタバコへの導入が行われている(PLoS ONE 2010)、目視可能な明るさには達していない。一方ラン藻は、高等植物と同じ酸素発生型の光合成を行う原核生物であり、形質転換が容易であり、相同組み替えによる形質転換法が確立されている。そこで本研究では、発光発光バクテリアPhotorhabdus luminescenceのluxオペロン(発光遺伝子群)を用いて、1発光バクテリアルシフェラーゼの高輝度化と多色化を進め、2発光関連遺伝子群(lux遺伝子群)をラン藻に導入して自発光ラン藻を作製する。

さらに3自発光ラン藻の発光強度を最適化し、4自発光ラン藻の光合成活性を評価する。最終的に、5発光関連遺伝子群のゼニゴケと高等植物への導入を行い、人工自発光植物を作製する。またすでに作製済みのゼニゴケについては、光合成活性を測定する。1発光バクテリアルシフェラーゼの高輝度化と多色化、2発光関連遺伝子群(lux遺伝子群)のラン藻への導入、および、発光ゼニゴケの光合成活性の評価を行った。1lux遺伝子群に含まれるluxA、luxB、luxC、luxD、luxE遺伝子のうち発光タンパク質をコードする遺伝子はluxA、luxBであり、luxC、luxD、luxEが発光基質生合成系の遺伝子である。発光バクテリアルシフェラーゼの高輝度化・多色化のために、発光タンパク質luxA、luxBと蛍光タンパク質との融合タンパク質を作製した。その結果、黄緑色蛍光タンパク質Venusとの融合タンパク質が、従来よりも6倍明るい輝度を示した。2自発光ラン藻を作製するためには、lux遺伝子群(luxCDABE)をラン藻Synechococcus elongatesPCC 7942に導入する。psbAI遺伝子あるいは機能未知遺伝子のプロモーター領域の下流にluxCDABEを連結したコンストラクトを作製し、NSIサイトに導入した。その結果、従来のluxABとluxCDEを別々に導入した系統に比べて50倍程度明るい自発光ラン藻が得られた。今後さらに蛍光タンパク質をこの系統に導入することにより、高輝度化が可能になると期待できる。一方で、すでに研究代表者は、赤、青、緑の発光タンパク質ReNL,CeNL,GeNLをそれぞれ発現させた発光ゼニゴケを作製している。暗黒下で基質添加後に植物体からの発光が光合成活性を誘導するかどうかを酸素濃度解析システムにより測定した。その結果、ReNL発現子体においては、光化学系II活性依存的な酸素発生が誘導されることが示唆された。本研究の目的は、発光バクテリアの発光タンパク質(バクテリアルシフェラーゼ)を蛍光タンパク質と融合させて発光特性の高輝度化と多色化を実現し、発光基質の生合成系遺伝子群とともに植物に導入することで人工自発光植物と開発することである。最終的には、発光色の最適化により、自ら放つ光で高効率に光合成を行わせ、太陽光に依存しない人工光合成デバイス、さらには電気エネルギーを必要としない照明デバイスを世界に先駆けて創出することを目的とする。発光バクテリアは、唯一発光基質合成系に係る遺伝子群が全て同定された生物で、すでにluxオペロン(発光遺伝子群)のタバコへの導入が行われているが(Plos One 2010)、目視可能な明るさには達してはいない。一方、ラン藻は、高等植物と同じ酸素発生型の光合成を行う原核生物であり、形質転換が容易であり、相同組み換えによる形質転換法が確立されている。そこで本研究では、発光バクテリアPhotorhabdus Luminescenceのluxオペロン(発光遺伝子群)を用いて、1発光バクテリアルシフェラーゼの高輝度化を進め、2発光関連遺伝子群(lux遺伝子群)をラン藻に導入して自発光ラン藻を作成する。
プロテオミクスによるレジオネラ感染制御因子の網羅的解析

2D DIGEシステムを用いたLegionella pneumophilaの増殖相の違いにより変動する蛋白質発現の差異解析において、本年度は特に仮想蛋白質(hypothetical protein)に着目した。MALDI-TOF MSにて蛋白質を解析したところ、同定できた蛋白質80個中、11個が対数増殖後期に発現が増大する仮想蛋白質として同定された。これら蛋白質をコードする遺伝子プローブを使用して、L. pneumophila、L. bozemanii、L. micdadei、L. dumoffii、L. brunensis、L. gratianaのゲノミックサザンブロットを行ったところ、8個に関して、そのコードする遺伝子がレジオネラ症の主要病原菌種であるL. pneumophilaのみに特異的に存在することが明らかとなった。これら8個の仮想蛋白質には、膜蛋白質と細胞骨格のリンカー蛋白質として知られるアンキリン等に保存されるリピート配列(アンキリンリピート)を有する真核細胞類似蛋白質、Neisseria meningitidesに存在する仮想蛋白質と相同性を持つもの、又、最近エフェクターVipAと同定されたものなど、菌の感染性制御への関与が推測される蛋白質が含まれていた。また、中でも細胞内寄生菌であるCoxiella burnetii及びFransicella tularensisに存在する仮想蛋白質CBU0952及びFTT0975に相同性を持つ分子量26kDaの仮想蛋白質(p26)は、蛋白質二次構造プログラムSOSUIによって、2回膜貫通型蛋白質であることが予測され、また、protein-protein blastにより、CBUO952及びFTTO975との相同部位が、共にC末端側の特徴的な幅広い親水性領域にあることがわかり、この部位が菌の細胞内寄生性状に何らかの機能を果たしている蛋白質である可能性が推測された。p26に関して、カナマイシン耐性カセットaphA-3を用いた遺伝子挿入不活化変異株NM101を作製し、ヒトマクロファージ様細胞U937及び自由生活アメーバAcanthamoeba polyphaga感染における宿主細胞毒性・細胞内増殖性を調べたところ、NM101は野生株と比較してそれらの顕著な低下を示さなかった。このことは、L. pneumophilaが独自の細胞内寄生機構を保持するよう進化した事を示すのかもしれない。現在残り7つの仮想蛋白質についても、遺伝子変異株を作製し、L. pneumophilaの感染制御因子であるかどうかを精査している。病原細菌における様々な蛋白質の発現は菌の増殖相に依存して制御されていることが知られている。対数増殖後期におけるLegionella pneumophila (Lp)は、ストレス耐性、細胞毒性、運動性、ファゴリソソーム形成阻害能などの病原性に関与する能力の上昇が見られることから、Lpの病原性を制御する因子の発現調節が増殖相に依存してなされていると推察されている。本年度は、DIGE (2 Dimensional Differential Image Gel Electrophoresis)システムを用いて、対数増殖期及び対数増殖後期におけるLpの全菌体蛋白質の発現量を比較解析し、発現変動の見られる蛋白質をマトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析装置(Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization Time of Flight Mass Spectrometry ; MALDI-TOF/MS)及び2004年に発表されたLpゲノムDNA全塩基配列に基づくバイオインフォマティクスを駆使して同定することにより、新規病原因子となりうる蛋白質をゲノムスケールで網羅的に探索した。その結果、有意に発現変動が認められる菌体蛋白質合計106個を検出した。これらは、対数増殖後期で発現増加が認められたスポットが92個、逆に減少したスポットが14個であり、このうち38個の蛋白質の同定に成功した。同定された蛋白質の約8割は、対数増殖後期にて発現が増加しており、その中には解糖系、TCA回路や脂質代謝に関連した酵素が多く含まれていた。Lpは本来糖の酸化や発酵を行なわず、エネルギー源として主にアミノ酸を利用することが知られているが、今回の結果より、対数増殖後期ではアミノ酸の枯渇によってLpがアミノ酸以外のものをエネルギー源として利用するための経路が活性化される事が推測された。このことは栄養が十分に供給されない感染宿主内で、菌が宿主のエネルギー産生系を利用して生存、増殖する可能性を示唆するものであった。また、その他にストレス蛋白質、鞭毛構成蛋白質、twitching motilityあるいは走化性に関連する蛋白質の発現上昇がみられ、これらは既知のLp病原因子との機能的関連が類推されることから、新規病原因子となりうる可能性が推察された。

これら8個の仮想蛋白質には、膜蛋白質と細胞骨格のリンカー蛋白質として知られるアンキリン等に保存されるリピート配列(アンキリンリピート)を有する真核細胞類似蛋白質、Neisseria meningitidesに存在する仮想蛋白質と相同性を持つもの、又、最近エフェクターVipAと同定されたものなど、菌の感染性制御への関与が推測される蛋白質が含まれていた。また、中でも細胞内寄生菌であるCoxiella burnetii及びFransicella tularensisに存在する仮想蛋白質CBU0952及びFTT0975に相同性を持つ分子量26kDaの仮想蛋白質(p26)は、蛋白質二次構造プログラムSOSUIによって、2回膜貫通型蛋白質であることが予測され、また、protein-protein blastにより、CBUO952及びFTTO975との相同部位が、共にC末端側の特徴的な幅広い親水性領域にあることがわかり、この部位が菌の細胞内寄生性状に何らかの機能を果たしている蛋白質である可能性が推測された。p26に関して、カナマイシン耐性カセットaphA-3を用いた遺伝子挿入不活化変異株NM101を作製し、ヒトマクロファージ様細胞U937及び自由生活アメーバAcanthamoeba polyphaga感染における宿主細胞毒性・細胞内増殖性を調べたところ、NM101は野生株と比較してそれらの顕著な低下を示さなかった。このことは、L. pneumophilaが独自の細胞内寄生機構を保持するよう進化した事を示すのかもしれない。現在残り7つの仮想蛋白質についても、遺伝子変異株を作製し、L. pneumophilaの感染制御因子であるかどうかを精査している。
逆問題を応用したロバストサーボ系設計法の開発と磁気浮上制御への応用に関する研究

本研究課題の目的は,逆問題を応用したロバストサーボ系設計法を開発するとともに,それを「磁気浮上制御問題」に適用し,その有効性と問題点を明かにし,必要に応じて設計法の改良を行うことにある.この目的を達成するために昨年度は,申請者らが提案したロバストILQ設計法をY字型鉄片の磁気吸引浮上制御問題に適用した.その結果,設定値のステップ変動に対して非常に安定な浮上および姿勢制御に成功した.しかしインパルス外乱が存在すると,モデリング時に無視した非線形性もしくは振動モードに起因するモデル化誤差のために不安定現象が起ることが判明した.そこで,本年度はまずこの問題の解決に取り組み,この2種類のモデル化誤差の対策を講じた.まず前者のモデル化誤差に対しては,従来の近似線形化に代えて最近その有用性が指摘されている厳密線形化手法が用いて磁気浮上系のモデリングを行い,その後制御系の設計と制御の実施を行った.その結果,制御性は少し改善されたものの,インパルス外乱に対する不安定現象は解消されなかった.一方,後者のモデル化誤差に対しては,設計時にこれを考慮できるH_∞制御理論を適用して制御系設計を行った.その結果,小さな設定値変動に対してはインパルス外乱による不安定現象を抑制するような補償器が設計できたが,設定値変動が大きくなるとそれは無理であった.なお,厳密線形化の効果を正確に把握するために,剛性の非常に高いバ-ベル型浮上体に対して同様の浮上制御を行い,厳密線形化モデルの方がシミュレーション結果と実験結果が良く合うことを確認した.以上の知見をふまえて,本年度はILQサーボ系設計法の拡張も行った.従来のこの設計法は,ステップ目標入力に限定されていたので補償器の次数も低く,それがコントローラの性能向上に支障となっていた.そのため本年度は目標入力を一般化したILQサーボ系設計法を開発するとともに,そのCADも作成した.本研究課題の目的は,逆問題を応用したロバストサーボ系設計法を開発するとともに,それを「磁気浮上制御問題」に適用し,その有効性と問題点を明かにし,必要に応じて設計法の改良を行うことにある.この目的を達成するために昨年度は,申請者らが提案したロバストILQ設計法をY字型鉄片の磁気吸引浮上制御問題に適用した.その結果,設定値のステップ変動に対して非常に安定な浮上および姿勢制御に成功した.しかしインパルス外乱が存在すると,モデリング時に無視した非線形性もしくは振動モードに起因するモデル化誤差のために不安定現象が起ることが判明した.そこで,本年度はまずこの問題の解決に取り組み,この2種類のモデル化誤差の対策を講じた.まず前者のモデル化誤差に対しては,従来の近似線形化に代えて最近その有用性が指摘されている厳密線形化手法が用いて磁気浮上系のモデリングを行い,その後制御系の設計と制御の実施を行った.その結果,制御性は少し改善されたものの,インパルス外乱に対する不安定現象は解消されなかった.一方,後者のモデル化誤差に対しては,設計時にこれを考慮できるH_∞制御理論を適用して制御系設計を行った.その結果,小さな設定値変動に対してはインパルス外乱による不安定現象を抑制するような補償器が設計できたが,設定値変動が大きくなるとそれは無理であった.なお,厳密線形化の効果を正確に把握するために,剛性の非常に高いバ-ベル型浮上体に対して同様の浮上制御を行い,厳密線形化モデルの方がシミュレーション結果と実験結果が良く合うことを確認した.以上の知見をふまえて,本年度はILQサーボ系設計法の拡張も行った.従来のこの設計法は,ステップ目標入力に限定されていたので補償器の次数も低く,それがコントローラの性能向上に支障となっていた.そのため本年度は目標入力を一般化したILQサーボ系設計法を開発するとともに,そのCADも作成した.本研究課題の目的の一つは、申請者らが提案したロバストILQ設計法を「磁気浮上制御問題」に適用し、その有効性と問題点を明かにし、必要に応じて設計法の改良を行うことにある。そのため本年度は,当初の研究計画である(1)磁気浮上装置とその制御システムの製作,(2)磁気浮上系のモデリングと制御系設計,(3)制御の実施と評価,(4)設計法の改良,を実施に移した。(1)については,3組の電磁石と駆動電源およびY字型鉄片(浮上体)から成る磁気吸引浮上装置を製作した。また制御システムは,観測装置を渦電流式変位センサーで,制御装置をPC-9800,AD/DAボードとトランスピュータで構成した。(2)については,まず駆動電源,電磁石,浮上体とセンサーから成る磁気浮上系の線形状態空間モデルを作成した。つぎに,ロバストILQ設計理論に基づき設計用CADを作成し,それを利用して浮上と姿勢制御を目的としたサーボ系を設計した。(3)については,(2)で得られた制御を実施した際に,センサーノイズによってモデリング時に無視した振動モードが励起され,それが場合によって不安定現象を引き起こすことが判明した。そこでこの振動モードの固有周波数帯域を測定し,この付近で観測雑音の影響をできるだけ抑えるように設計パラメータを選定した。その結果,浮上体の振動がおさまり,非常に安定な浮上および姿勢制御に成功した。特に姿勢制御については,センサーの測定限界まで浮上体を変位させても,制御系は安定に動作し,本制御系が非線形性や動作点の変動に伴うモデル化誤差に対し,非常にロバストな制御系であることが実証された。

最後に(4)については,今回の制御対象と制御目的に関しては,特に適用上の問題点は認められなかった。しかし,今後予想される適用範囲の拡大を考慮して,ロバストILQ設計法の基礎となるILQ設計理論について制御対象と目標入力の適用範囲を拡張した。本研究課題の目的は,逆問題を応用したロバストサーボ系設計法を開発するとともに,それを「磁気浮上制御問題」に適用し,その有効性と問題点を明かにし,必要に応じて設計法の改良を行うことにある.この目的を達成するために昨年度は,申請者らが提案したロバストILQ設計法をY字型鉄片の磁気吸引浮上制御問題に適用した.その結果,設定値のステップ変動に対して非常に安定な浮上および姿勢制御に成功した.しかしインパルス外乱が存在すると,モデリング時に無視した非線形性もしくは振動モードに起因するモデル化誤差のために不安定現象が起ることが判明した.そこで,本年度はまずこの問題の解決に取り組み,この2種類のモデル化誤差の対策を講じた.まず前者のモデル化誤差に対しては,従来の近似線形化に代えて最近その有用性が指摘されている厳密線形化手法を用いて磁気浮上系のモデリングを行い,その後制御系の設計と制御の実施を行った.その結果,制御性は少し改善されたものの,インパルス外乱に対する不安定現象は解消されなかった.一方,後者のモデル化誤差に対しては,設計時にこれを考慮できるH_∞制御理論を適用して制御系設計を行った.その結果,小さな設定値変動に対してはインパルス外乱による不安定現象を抑制するような補償器が設計できたが,設定値変動が大きくなるとそれは無理であった.なお,厳密線形化の効果を正確に把握するために,剛性の非常に高いバ-ベル型浮上体に対して同様の浮上制御を行い,厳密線形化モデルの方がシミュレーション結果と実験結果が良く合うことを確認した.以上の知見をふまえて,本年度はILQサーボ系設計法の拡張も行った.従来のこの設計法は,ステップ目標入力に限定されていたので補償器の次数も低く,それがコントローラの性能向上に支障となっていた.そのため本年度は目標入力を一般化したILQサーボ系設計法を開発するとともに,そのCADも作成した.