hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
酸素と光に高い耐性を有する新たなAnammox細菌の探索と土壌浄化技術への展開

水環境分野におけるアナモックス関連の研究は進展がめざましいが,土壌・底質環境におけるアナモックスの研究事例はいまだ少なく,特にアナモックス反応を原位置での土壌浄化に対して積極的に応用,展開しようとした研究は無い。一方,開放系である自然環境下でアナモックスを活用するには,酸素や光,温度といった自然環境の変化に柔軟に対応でき,土壌や底質環境での生育,増殖に秀でたアナモックス細菌の利用が望ましいが,これまでにそういった観点でアナモックス細菌を探索・培養を試みた研究事例は無い。そこで本申請研究では,酸素,光,温度変化に高い耐性を有する新たなアナモックス細菌を見いだし,その集積培養の確立を目的としている。本研究の初年度である2018年度は,これまでにアナモックス細菌が見いだされている,畑地土壌や水田土壌,7種類を種試料として,アナモックス細菌の探索を行った。しかしながらいずれの試料についても,約3ヶ月間の間にアナモックスの基質であるアンモニア(NH4+)と亜硝酸(NO2-)の同時除去は認められず,次世代シーケンサーを用いた細菌叢解析においても既知のアナモックス細菌は検出されなかった。その一方で,研究室にて培養,維持している海洋性アナモックス細菌(Candidatus Scalindua)について,好気性環境下(DO>4.0)で逐次回分培養を行った結果,低DO条件下と同等のアナモックス活性を維持したことから,Scalindua属のアナモックス細菌は比較的高い酸素耐性を有することが示唆された。上述したように,昨年度は好気性環境試料の例として,畑地土壌や水田土壌を種試料として,アナモックス細菌の探索を行った。具体的には,乳牛排せつ物由来の堆肥が施肥された試料畑(トウモロコシ畑)の表層(深さ約50cm)土壌,肉牛排せつ物由来の堆肥が施肥されている水田土壌,養豚排せつ物由来の堆肥が施肥されている畑地土壌,その他,地域の異なる水田土壌3種類について,回分試験にてアナモックス反応の発現を調べた。その一方,研究室で培養,維持している海洋性アナモックス細菌(Candidatus Scalindua)について,好気性環境下(DO>4.0)で逐次回分培養を行った結果,低DO条件下と同等のアナモックス活性を維持したことから,Scalindua属のアナモックス細菌は比較的高い酸素耐性を有することが示唆された。2018年度は,水が張られていない水田土壌を用いたことから,本年度は田植え後,水稲が生育した後の水田土壌を用いて実験を行う。また,畑地土壌などについても種類を増やすとともに,オキシデーションディッチ(OD)法の処理施設から種試料を採取し,新規アナモックス細菌の探索を試みる。

その一方,研究室で培養,維持している海洋性アナモックス細菌(Candidatus Scalindua)について,好気性環境下(DO>4.0)で逐次回分培養を行った結果,低DO条件下と同等のアナモックス活性を維持したことから,Scalindua属のアナモックス細菌は比較的高い酸素耐性を有することが示唆された。2018年度は,水が張られていない水田土壌を用いたことから,本年度は田植え後,水稲が生育した後の水田土壌を用いて実験を行う。また,畑地土壌などについても種類を増やすとともに,オキシデーションディッチ(OD)法の処理施設から種試料を採取し,新規アナモックス細菌の探索を試みる。本申請研究の採択開始が夏期にずれ込み,研究の開始時期が遅れたため,水田土壌などの実験試料の採取が予定通りにできなかった。同様に,試料採取先の水処理施設などとの連絡にも遅れが生じ,結果として,十分な試料数が確保できなかった。次年度は,試料採取先との調整はすでに終わっているので,他予算との兼ね合いも含め,実験開始時期などスケジュールの再調整を考えたい。
変異導入受容体を利用したプロスタノイド受容体のリガンド認識構造の解明

PGは、プロスタン酸を基本構造とし、五員環の9、11位に存在する官能基(oxo-、hydroxyl-基)と側鎖の二重結合数によって分類される。即ち、五員環構造よりD、E、F、Iの4タイプとオキサン環を持つTXに、側鎖構造の二重結合数より1、2、3の3シリーズに分類される。受容体はこの僅かな構造の違いを識別するが、どのアミノ酸残基が識別しているのか全く分かっていない。キメラ受容体を用いた解析により、側鎖構造と五員環構造を識別する部位は別々に存在していることが明らかとなった。五員環構造の識別には第13膜貫通領域が、側鎖構造の識別には第6、7膜貫通領域が、各々関与していることが示唆された(Kobayashi, T. et al. J. Biol. Chem.,272, 15154-15160, 1997)。次に、五員環構造識別部位を限定するために、さらにキメラ受容体を作成した。その結果、五員環構造の識別には第1膜貫通領域から第1細胞外ループが関与していることを明らかにした。また、DPの第2膜貫通領域と第1細胞外ループをIPに置き換えると、iloprostのみ結合した。次に、このキメラ受容体を用いてアミノ酸変異受容体を作成した。機能的に同一のグループに属AするDP、EP2、IPのアミノ酸配列を比較した。DPとEP2で共通でIPと異なるアミノ酸残基に注目し、DPの第2膜貫通領域のLeu83とLys75が各々iloprost結合を排除し、PGD_2の結合親和性を高めることが明らかとなった。また、IPとEP2で共通でDPと異なるアミノ酸残基に注目し、IPの第1膜貫通領域のSer50が五員環構造識別の選択性の低さに関与していることが明らかとなった。IP受容体は、側鎖の二重結合数のみが異なるPGE1とPGE2に対して全く異なる結合親和性を示す。しかしながら、IP受容体の第6、7膜貫通領域をDP受容体に置き換えることにより、ほぼ同じような結合親和性を示すようになる。これらの結果より、第13膜貫通領域が五員環構造の識別に、第6、7膜貫通領域が側鎖構造の識別に各々関与していることが考えられた(Kobayashi,T.et al.J.Biol.Chem.,272,15154-15160,1997)。そこで、プロスタノイドの五員環構造および側鎖構造を認識している部位をさらに限定するため、これまでに作製したキメラ受容体の置換部位を細分化し、新たにキメラ受容体を作製した。これらのキメラ受容体の各種リガンドに対する結合親和性を解析することにより、五員環構造および側鎖構造を識別する部位をさらに限定した。次に、上記により限定された部位において、アミノ酸残基に変異を導入し、このアミノ酸変異受容体を用いて、各種リガンドに対する結合親和性を解析した。その結果、IP受容体の第1膜貫通領域Ser50がIP受容体の五員環構造の識別に重要なアミノ酸であり、DP受容体の第2膜貫通領域Lys75とLeu83がDP受容体の五員環構造の識別に重要なアミノ酸であることが示唆された(Kobayashi,T.et al.J.Biol.Chem.,275,24294-24303,2000)。
船舶交通管制業務における2船間の接近に伴う警告時機に関する研究

運用管制官が衝突回避を促すために船舶に与える警告についての最終時機に関するガイドラインを提案した。本研究では、最終警告時機を衝突回避可能な時間(T1)、操船者が警告を理解するのに要する時間(T2)、運用管制官が警告を与えるのに要する時間(T3)の総和から特定している。避航船舶の全長が100mの場合、2船のTCPAが約3分になる前に、また、避航船舶の全長が160mの場合、TCPAが約4分になる前に警告を開始しなければならないことが明らかになった。ただし、避航船舶の速力が10.5ノット以下の場合かつ針路交差角が60度以下の場合には、最終警告時機をさらに約1分早める必要があることが明らかになった。2隻の船舶が互いに異常接近するとき、管制官は、(a)船舶操縦性能から推定される避航に要する時間、(b)管制官の警告等を受けてから操船者がその状況を認識するのに要する時間、(c)管制官が無線通信により警告等を実施するのに要する時間を推定し、衝突予想時刻から(a)、(b)および(c)に要する時間を遡って警告を開始しなければならない。(a)については、直交する管制航路(具体的には、備讃瀬戸北航路と水島航路の交差部、ならびに、備讃瀬戸南航路と水島航路の交差部)について、野本の運動モデル(KTモデル)を用い算出した。長さ100m程度の貨物船舶の場合では、衝突の約1分前から、長さ150m程度の貨物船舶の場合では、衝突の約2分前から衝突回避のための操舵を開始しなければならないことが明らかになった。(b)については、実海域において計測することが困難であることから、操船シミュレータ訓練において、レーダ担当者が操船者に危険な船舶について警告をした後、操船者が当該船舶に気付くまでの時間を計測することによって代替値とした。操船者は、警告を受けてから1分以内には当該船舶の運動状態を把握できることが明らかになった。(c)については、運用管制官のための管制シミュレータ訓練において、警告にかかる時間を計測した。警告には約30秒を要することが明らかになった。ただし、この時間には、呼び出しや通信チャンネルへの切り替えに要する時間は含まれていない。以上の時間を考慮すると、直交する管制航路においては、長さ100m程度の船舶の場合は、衝突予想時刻の約3分前までに、長さ150m程度の船舶の場合は、衝突予想時刻の約4分前までに警告を開始しなければならないことが明らかになった。なお、この値は、現行の運用管制業務に照らし合わせても概ね妥当な結果であり、経験的に運用されて来た内容が理論によって裏付けられたことを意味するもである。当初の計画では、(a)船舶操縦性能から推定される避航に要する時間の算出、(b)管制官の警告等を受けてから操船者がその状況を認識するのに要する時間の計測のための実験準備を実施することとしていた。(a)については、当初の計画通り、2船間の任意の接近角度および速力に応じた数値計算プログラムを完成させた。当該数値計算プログラムは、今後実施予定の管制航路における船舶通航実態調査の結果を入力することによって、実海域における避航に要する時間の算出が可能になっている。(b)については、平成28年度に予定していたビジュアル操船シミュレータによる実験準備を平成27年度の早期に完了することができたことから、当該実験を平成27年度に前倒しして実施することができた。このことから、当初の計画よりも早い時期において、操船者の見張り行動に関するデータを解析することができている。その他、「管制官が無線通信により警告等を実施するのに要する時間の計測」については、平成28年度以降に海上交通センターに赴き、管制現場において、当該時間の計測を予定しているが、平成27年度に研究協力機関において、船舶交通管制シミュレータを用いた管制官訓練が実施されたことから、当該訓練データを用いて、必要なデータの一部ではあるが、管制官が警告実施に要する時間の計測を実施することができた。以上のことから、当初の計画よりも先行して研究が進展しているものと思料する。海上交通管制において必要とされる知識および能力については、IALA Guideline No.1027等に記載されている。ところが、同ガイドラインには、危険な状態で接近する船舶に対し、どのような時機に警告等を実施すべきかについては、一切記載されていない。このことから、新人運用管制官に対する教育訓練は、ベテラン運用管制官の経験に頼っているのが現状である。一方で、ベテラン運用管制官といえども、彼らの経験による教育手法が合理的であるかどうかについて、不安を感じていることも現状である。これは、運用管制官は、船舶操船運用に関する経験が殆どないこと、また、彼らの当直中に主として使用している機器であるレーダ/AIS画面を監視するだけでは、昼夜または視程の別に由来する航海環境の違いを理解することができないため、船舶運航者の視点から自らが管制する海域の特徴ならびに問題点を把握できてないことが原因として考えられる。このような理由から、海上保安大学校に設置された操船シミュレータを利用して、運用管制官に模擬操船訓練を実施させた。操船シミュレータにおけるシナリオ作成においては、運用管制官が当直中に経験した船舶事故やインシデントを取り込んだ。夜間に発生した事故を操船シミュレータで昼間と夜間に切り替えながら操船訓練させることにより、夜間においては船舶運航者が自身の位置を誤認しやすい海域や、接近状況によっては、危険な場合であっても、危険と感じにくい状況があることを理解させた。

また、レーダ/AIS画面上では適正な警告時機であると考えられていた状況が、船舶運航者の視点から見ると早すぎる、あるいは、遅すぎるという状況が確認された。以上の研究成果は、研究代表者が国際学会で発表した他、海上保安庁の担当官を通じて、第43回IALA VTS委員会第三作業部会(平成29年3月にフランスで開催)で報告された。本研究は、(1)警告等の限界時機の推定、(2)警告等を実施する必要性のある状況判断の検討、(3)警告等の実施時機等に関するガイドラインの策定の3つから成り立っている。また、(1)については、(a)船舶操縦性能から推定される避航限界時機の算出、(b)警告等を受けてから操船者がその状況を認識するのに要する時間の計測、(c)運用管制官が無線通信により警告等を実施するのに要する時間の計測から成り立っており、平成27年度には(a)の一部および(b)の解析を終了している。平成28年度は、(c)の計測を運用管制現場で実施し、現在解析を行っているところである。また、(2)警告等を実施する必要性のある状況判断の検討については、平成28年度に操船シミュレータを用いた運用管制官訓練によって、状況判断に関する提案を行った。概ね当初の計画通り研究が進展しているものと思料する。本研究では、2隻の船舶が衝突の危険を伴う状況で接近している際において、運用管制官が当該衝突の回避を促すための情報提供または警告の最終時機(最終警告時機)について調査した。ここで、最終警告時機とは、遅くともこの時機までに運用管制官が2隻の船舶の内、避航させたい方の船舶(避航船舶)に対し、警告を与えるための呼出しを開始しなければならない時機である。換言すれば、運用管制官からの警告によって、衝突回避を促すことができる最後の機会である。本研究では、最終警告時機を衝突回避可能な時間(T1)、操船者が警告内容を理解するのに要する時間(T2)、運用管制官が警告を与えるのに要する時間(T3)の総和から特定した。避航船舶の全長が100m程度の場合、最終警告時機は2船のTCPAが約3分になる前であること、また、避航船舶の全長が160m程度の場合、最終警告時機は2船のTCPAが約4分になる前であることを指針として示すことができた。ただし、避航船舶の速力が10.5ノット程度あるいはそれよりも遅い場合かつ針路交差角が60度程度あるいはそれよりも小さい場合には、最終警告時機をさらに1分程度早める必要があることも指針に加えた。また、当該指針は、ベテラン管制官が考える最終警告時機に概ね一致していることが確認された。船舶交通管制に要求される管制官の世界的な能力基準は、IALA Guideline No.1027等に規定されている。ところが、当該規定には、具体的な最終警告時機について明記されてはいない。本研究で提案された最終警告時機に関する指針は、新人管制官に対する教育訓練だけでなく、現場の運用管制官の知識および技能の妥当性を証明する手段として利用されている。また、当該研究成果は、シンガポールで開催された「第17回海上安全とシステムに関するアジア国際会議」等において、発表された。運用管制官が衝突回避を促すために船舶に与える警告についての最終時機に関するガイドラインを提案した。
地球環境フレームワークモデルにおける不確実性のファジィ線形計画法による解析

本研究は,第一に,線形計画法における感度解析手法を拡張し,地球環境フレームワークモデルへ適用すること,第二に,区間やファジィ係数をもつ線形計画問題における不明確さの影響を解析すること,第三に,不明確さを伴った問題の解の定義と計算法を確立することの三つを目的として実施された.本年は,特に,第二,三について,新たな解析・計算方法が考察され,研究の新たな方向を見出した.第一の目的に関しては,地球環境フレームワークモデルでは,問題にパラメータ行列の3重積や4重積が含まれるが,人為変数を導入し,行列の2重積までに抑えることにより,申請者らの感度解析手法が適用できることを示した.第二の目的に対しては,感度解析に基づく方法に加え,新たに最大リグレットに基づく方法を考案した.前者では,不明確なパラメータの代表値の定め方が問題となり,危険回避の観点から,二つの定め方を考察した.後者では,最大リグレットが算出できれば,それに影響を与える区間(ファジィ)パラメータが重要なものと判定できることから,解が与えられたときの最大リグレットの算出法を議論した.その結果,線形計画法と分枝限定法により算出できることが判明した.この方法をプログラム化し,有効性を数値実験により確認した.第三の目的については,ファジィ線形計画問題として表現された地球環境フレームワークモデルを解析するための基礎として,ファジィ線形計画問題の新たな解概念として,最良必然的最適解を提案し,その良好な性質を示した.また,二分法と緩和法に基づく計算方法を考案し,プログラム化した.この計算方法の一部に上で述べた最大リグレットの計算法を導入することもできる.また,パラメータが凸多角形に制限される場合へ拡張することもできる.これらは,今後の課題である.本研究は,第一に,線形計画法における感度解析手法を拡張し,地球環境フレームワークモデルへ適用すること,第二に,区間やファジィ係数をもつ線形計画問題における不明確さの影響を解析すること,第三に,不明確さを伴った問題の解の定義と計算法を確立することの三つを目的として実施された.本年は,特に,第二,三について,新たな解析・計算方法が考察され,研究の新たな方向を見出した.第一の目的に関しては,地球環境フレームワークモデルでは,問題にパラメータ行列の3重積や4重積が含まれるが,人為変数を導入し,行列の2重積までに抑えることにより,申請者らの感度解析手法が適用できることを示した.第二の目的に対しては,感度解析に基づく方法に加え,新たに最大リグレットに基づく方法を考案した.前者では,不明確なパラメータの代表値の定め方が問題となり,危険回避の観点から,二つの定め方を考察した.後者では,最大リグレットが算出できれば,それに影響を与える区間(ファジィ)パラメータが重要なものと判定できることから,解が与えられたときの最大リグレットの算出法を議論した.その結果,線形計画法と分枝限定法により算出できることが判明した.この方法をプログラム化し,有効性を数値実験により確認した.第三の目的については,ファジィ線形計画問題として表現された地球環境フレームワークモデルを解析するための基礎として,ファジィ線形計画問題の新たな解概念として,最良必然的最適解を提案し,その良好な性質を示した.また,二分法と緩和法に基づく計算方法を考案し,プログラム化した.この計算方法の一部に上で述べた最大リグレットの計算法を導入することもできる.また,パラメータが凸多角形に制限される場合へ拡張することもできる.これらは,今後の課題である.
非線形振動子を用いた神経回路網における情報処理能力の定量的評価

近年の神経生理学の実験がきっかけとなって、ニューロンの発火の相関(同期・非同期)などに情報をコードすることが、ネットワークの情報処理の能力を質的に高めることが出来るのではないかと、関心を集めている。一方、周期的に発火しているニューロンが互いに弱く相互作用している場合、そのダイナミクスは位相という発火のタイミングを表現する変数により記述できることが知られている。この点を踏まえて、本研究では振動子ニューラルネットの諸性質を以下に述べる2つの点から理論的に研究した。1.振動子ニューラルネットの結合を破壊したときの耐性主としてシナプス結合を一定の割合でランダムに結合の対称性を保ったまま切ったとき、その記憶容量や想起したパターンの質にどのような影響があるか、理論的に調べた。結果として、70%程結合を切っても連想記憶の能力はそれ程劣化しない事がわかった。また、簡単な数値実験はこの解析的な結果を支持している。最後にHopfieldモデルの場合を述べると、想起したパターンの質の変化は大差ないが、臨界記憶容量はほぼ直線的に0へ減少する。意外な事に、振動子の場合の方が結合を切ったときの想起能力の低下は少ない。また、非対称性を多少入れても、結果はそう変化しないことを数値実験により確認した。2.振動子ニューラルネットの想起過程のダイナミクス初期状態からパターンを想起する過程を、ある小数のマクロな量を用いて記述した。例えば、第一近似ではパターンのオーバーラップと膜電位に加わるノイズの分散の2変数で近似的にダイナミクスを記述した。これにより、パターンを想起することが可能な臨界初期オーバーラップを理論的に求めることに成功した。自己想起型の連想記憶では、記憶容量はレプリカ法の結果とほぼ一致し、引き込み領域もかなり広いことが判明した。ただし、この場合はノイズの時間的な相関がかなり重要であり、より高次の近似(4次のオーダー)が必要であった。相互想起型の連想記憶においては、記憶容量が0.189であり、引き込み領域も非常に広いことがわかった。特に、相互想起の方が自己想起よりも記憶容量が5倍近くになっている点が興味深い。(従来モデルは2倍)近年の神経生理学の実験がきっかけとなって、ニューロンの発火の相関(同期・非同期)などに情報をコードすることが、ネットワークの情報処理の能力を質的に高めることが出来るのではないかと、関心を集めている。(従来モデルは2倍)
在宅重症心身障がい児のレスパイトケア活用推進を目指すツール作成および効果検証

今年度は、調査目的のうち、レスパイトケア活用を促進するツールの開発に特に重点的に取り組んだ。小児医療、小児看護の関連学会および書籍、さらに文献検討を通して得た重症心身障害児とその家族の経験、支援に関する最新の知見を収集した。収集した知見に基づいて、重症心身障害児を対象としたレスパイトケアの活用を促進するツールの作成を継続した。家族を対象としたツールは「レスパイトケア利用の意思決定を促進する内容」とした。また、子どもと家族の発達段階毎にレスパイトケアの活用の方策と、生涯を通じての活用の方策についても明示した。レスパイトケア提供者を対象としたツールは、「子どもと家族の状況に応じてレスパイトケアが活用されているか」を簡便に測定できる内容とした。子どもと家族が、各発達段階に応じてレスパイトケアを活用できるための支援とともに、今後の年齢に応じて進む発達段階の変化に応じた活用を促進する内容とした。本ツールが精錬され実用化されることで、レスパイトケアの活用が促進され、重症心身障害児および家族が在宅療養を過度な負担ない継続の一助となると考える。また今後予定している、ツールの精錬・効果測定を目的とした調査について、調査依頼機関との調整を実施した。紹介可能な対象者の状況、依頼の方法等について具体的な調整を行うことができた。さらに、レスパイトケア活用の効果を測定するツールである介護負担感尺度について、文献検討による因子項目の予備的検討を実施した。レスパイトケア活用を促進するツール作成のために、文献による検討に加えて、現在の制度の状況を検討する必要があった。しかしながら、レスパイトケアを取り巻く医療・福祉・教育の環境が大きく変化した1年であり、検討に時間を要した。特に医療的ケアが必要な子どもへの福祉・教育の場での大きな変化への対応を含めたツールとするためにエフォートを割く必要があった。介護負担感尺度の作成は、予備的な検討に時間を割くことで、十分な質の担保を試みた。重症心身障害児のレスパイトケア活用を促進するツールの精錬・効果測定のために、重症心身障害児家族およびレスパイトケア提供者を対象としたインタビューおよび質問紙調査を実施する。介護負担感尺度作成の調査は、対象者の身体状況が多様であるため、それらを網羅またはモジュール形式で測定ができるような形式を目指して調査を進める。重症心身障害児を対象としたレスパイトケアを、重症心身障害児の家族が効果的に利用できるための看護を検討することを目的に、今年度は、はじめにレスパイトケア利用を促進するツールの作成に着手した。国内外の先行研究の知見についての文献検討、レスパイトケア施設で援助についての情報収集をもとに、重症心身障害児および家族の発達段階の状況に応じた、効果的なレスパイトケア利用について考察した。その成果をもとに、重症心身障害児を対象としたレスパイトケアを家族が効果的に利用することを促進する内容のリーフレットの案を作成した。本リーフレットを実用化するために来年度以降実施する、重症心身障害児・者の家族からの質問紙およびインタビューによる調査の研究計画の立案および、対象者紹介の場の設定についての準備を実施した。また、重症心身障害児を対象としたレスパイトケアの効果的な利用を検討するために、家族が重症児とともに生活することが、重症心身障害児の家族にとってどのような意味を有するかを、システマティックレビューを用いて明らかにしている過程にある。分析の視点として、重症心身障害児の介護によって生じる負担感および肯定感、重症児と生活することによる生活への肯定的影響、家族の力の増進、地域社会とのかかわり、価値観の変容を設定している。この成果から、個々の家族の状況に応じてレスパイトケアの効果的な利用を促進する看護を検討していくための方策を検討する。来年度以降には、上記の成果を統合して、レスパイトケアの効果的な利用を促進するリーフレットを用いて、レスパイトケア利用が重症心身障害児の家族の生活をどのようにサポートしていくことが必要であるかについて、詳細に検討する。そのために、家族がどのようにレスパイトケアを利用して在宅療養をしている状態にあるかを測定できるツール(介護負担感を測定する尺度等)の作成を進める。重症心身障害児の家族がどのようにレスパイトケアを活用して在宅療養をしている状態にあるかを測定できるツール(介護負担感を測定する尺度等)の開発準備と並行して、レスパイトケアの効果的な利用について促進するツールとしてのリーフレット(案)の作成を並行して実施した。その結果、当初の研究計画と進度が異なる箇所はあるが、概ね予定通り進行していると考える。

本ツールが精錬され実用化されることで、レスパイトケアの活用が促進され、重症心身障害児および家族が在宅療養を過度な負担ない継続の一助となると考える。また今後予定している、ツールの精錬・効果測定を目的とした調査について、調査依頼機関との調整を実施した。紹介可能な対象者の状況、依頼の方法等について具体的な調整を行うことができた。さらに、レスパイトケア活用の効果を測定するツールである介護負担感尺度について、文献検討による因子項目の予備的検討を実施した。レスパイトケア活用を促進するツール作成のために、文献による検討に加えて、現在の制度の状況を検討する必要があった。しかしながら、レスパイトケアを取り巻く医療・福祉・教育の環境が大きく変化した1年であり、検討に時間を要した。特に医療的ケアが必要な子どもへの福祉・教育の場での大きな変化への対応を含めたツールとするためにエフォートを割く必要があった。介護負担感尺度の作成は、予備的な検討に時間を割くことで、十分な質の担保を試みた。次年度には、システマティックレビューの成果を完成させ、重症心身障害児の家族の介護負担感を含めた在宅療養の状態を測定する尺度を開発していく。また、レスパイトケアの効果的な利用について促進するツールであるリーフレットを重症心身障害児の家族への調査(インタビューおよび質問紙調査)をとおして精錬する。重症心身障害児のレスパイトケア活用を促進するツールの精錬・効果測定のために、重症心身障害児家族およびレスパイトケア提供者を対象としたインタビューおよび質問紙調査を実施する。介護負担感尺度作成の調査は、対象者の身体状況が多様であるため、それらを網羅またはモジュール形式で測定ができるような形式を目指して調査を進める。今年度は当初計画では、ツール作成のためにインタビュー調査および質問紙調査を計画していた。しかしながら、文献検討等による情報を統合し、ツール(案)を作成するとともに、尺度開発の準備となる文献検討も加えて実施した。そのため、インタビュー調査および質問紙調査を次年度以降に実施することとした。よって、次年度使用額が生じた。予定していたツール作成に関連した調査の開始が来年度となったため。
熱ほふく流を用いたKnudsenポンプの相似則の解明と流動解析に関する研究

分子の平均自由行程が系の代表長さに比べて無視できないような希薄気体領域では,壁面の温度勾配や空間の非一様な温度分布により熱誘導流れが生じる.この希薄気体特有の流れを利用したKnudsenポンプは,稼働部に機械的要素を持たないため,マイクロエンジニアリングへの応用が期待されている.Knudsenポンプをミクロ領域に適用するためにはシステムの小型化と,微小な領域における温度制御,ポンプ内で生じる損失と流量やポンプ効率の推定法の確立などの課題を明確にする必要がある.本研究ではシステムの微小化のための最適な駆動源の選定,温度制御法,システム内の損失,スケール則等について明らかにする.分子の平均自由行程が系の代表長さに比べて無視できないような希薄気体領域では,壁面の温度勾配や空間の非一様な温度分布により熱誘導流れが生じる.この希薄気体特有の流れを利用したKnudsenポンプは,稼働部に機械的要素を持たないため,マイクロエンジニアリングへの応用が期待されている.Knudsenポンプをミクロ領域に適用するためにはシステムの小型化と,微小な領域における温度制御,ポンプ内で生じる損失と流量やポンプ効率の推定法の確立などの課題を明確にする必要がある.本研究ではシステムの微小化のための最適な駆動源の選定,温度制御法,システム内の損失,スケール則等について明らかにする.
土壌微生物相解析による水稲湛水直播種子近傍土壌の強還元化と出芽不良機構の解明

水稲湛水直播栽培における出芽不良の原因に関して直播種子近傍土壌の細菌相変化および種子近傍土壌の還元化に伴う発生物質に着目して検討した。湛水土壌における出芽は土壌に稲わら等の有機物が共存する条件で大きく抑制された。出芽不良条件の直播種子近傍土壌ではClostridium属菌の相対割合が大きく増加し、安息香酸、3-フェニルプロピオン酸等の有機酸が発生した。これら発生物質は発芽の遅延、鞘葉の伸長抑制に一部関与していた。また、種子への過酸化カルシウムコーティング(酸素発生剤)は出芽を促進するが、種子近傍土壌ではClostridium属菌の相対割合が無コーティング種子の増加に比べ抑制されていた。27年度の研究計画において、異なる土壌・播種条件における水稲種子の出芽率を比較した結果、表面播種>土中播種>有機物添加土中播種の順であった。土壌中に有機物が共存する条件で出芽率が大きく低下することが明らかになった。有機物添加土壌では、湛水後短時間で土壌中の酸化還元電位が急激に低下しており、土壌環境の急激な変化が水稲種子の発芽・出芽に大きく影響を与えていることが示唆された。次に、この出芽不良条件でどのような土壌環境変化が起きているのか、土壌微生物性および土壌化学性の両面から研究を行ったところ、重要な結果を2つ得ることができた。1つは、出芽不良条件の土壌では湛水後、経時的に特定の微生物群が優先することを明らかにした。もう1つは、出芽不良条件の土壌中で発生する有機酸等の種々のストレス物質を検索・同定し、発生する有機酸の一部(芳香族カルボン酸類)は、水稲種子の発芽の遅延・鞘葉の伸長抑制に関与していることを明らかにした。すなわち、湛水土壌中に播種された水稲種子の発芽・出芽阻害機構には、これら有機酸が一部関与していることが示唆された。加えて、既存のコーティング資材(過酸化カルシウム、鉄など)の出芽率を無処理種子と比較した結果、コーティング資材の違いにより出芽率が大きく異なることを確認した。さらに、酸化還元指示薬であるメチレンブルーを添加した土壌を使用し、種子近傍土壌の還元化を比較した結果、種子近傍土壌の還元化の強弱と出芽性が対応していることが明らかになった。当初、PCR-DGGE法による微生物相(細菌)解析を試みたが、バンドの特定まで至らなかったため、次世代シーケンサーによる解析手法に切り替えた。その結果、出芽不良条件下で優先する特定の菌相変化を明らかにすることができた。さらに、この出芽不良条件の種子近傍土壌で発生する物質の検索を行ったところ、複数の有機酸を同定することができた。また、これら有機酸の一部が発芽の抑制・鞘葉の伸長抑制に関与すると示唆される結果を得ることができた。従って、次年度の土壌微生物相解析を含めた水稲湛水直播の出芽阻害機構の解明に向けての十分な基盤ができたと判断した。また、異なる資材をコーティングした種子の出芽性の違いが、種子近傍土壌の還元進行の強弱と対応していることが明らかになり、次年度の研究の基盤が出来たと判断されることから、おおむね順調に進展していると判断される。27年度において、土壌中に有機物が共存する場合に、土壌および種子近傍土壌が強還元化し出芽率が大きく低下することを明らかにした。有機物共存土壌では、湛水後短時間で土壌中の酸化還元電位が急激に低下しており、土壌環境の急激な変化が水稲種子の発芽・出芽に大きく影響していることが考えられた。28年度は、出芽不良条件の土壌溶液を採取し、土壌溶液が発芽および溶液中における鞘葉の伸長に及ぼす影響を解析した。水溶液、有機物無添加の土壌溶液、有機物を添加した土壌溶液(出芽不良条件)における発芽および鞘葉の伸長を比較した結果、水溶液および有機物無添加の土壌溶液に有意な差はみられなかったが、有機物を添加した土壌溶液(出芽不良条件)は、発芽および鞘葉の伸長を大きく抑制した。したがって、出芽不良を引き起こす要因として、土壌溶液中に溶存している物質が発芽、出芽不良に関与していることが考えられた。次に、出芽不良条件の土壌溶液中に発生する有機酸(芳香族カルボン酸類)を検索した結果、前年に発生が確認された安息香酸、3-フェニルプロピオン酸、サリチル酸、フェニル乳酸の発生以外に、フェニル酢酸の発生が新たに確認された。また、湛水土壌条件下では土壌溶液中の二価鉄濃度が上昇するが、二価鉄は発芽、鞘葉の伸長を阻害しなかった。現在までに、水稲湛水直播栽培の出芽不良の原因として、土壌中における有機物添加の有無が大きく関与していることを明らかにし、出芽不良条件で特有の微生物相の増加すること、芳香族カルボン酸類の発生するところまで明らかにされている。一方で、発生する複数の有機酸の共存効果や異なる種子コーティング資材による種子近傍環境への影響(土壌微生物性や有機酸の発生濃度)については、さらに研究を行う必要がある。昨年度までに、土壌中に有機物が共存する場合に、土壌および種子近傍土壌が強還元化し出芽率が大きく低下することを明らかにした。また、出芽不良条件の土壌では、クロストリジウム属の菌叢割合が増加し、土壌溶液中に、安息香酸、3-フェニルプロピオン酸、サリチル酸、フェニル乳酸、フェニル酢酸等の各種有機酸が発生すること、このうち数種の有機酸は、発芽の遅延、鞘葉の伸長を抑制することを明らかにした。

本年度は、出芽不良条件の土壌中に発生する有機酸の検索を継続するとともに、種子への過酸化カルシウムコーティング(酸素発生剤)が、種子近傍土壌の微生物相に及ぼす影響について明らかにする。出芽不良条件の土壌溶液中に発生する有機酸を検索した結果、上記の有機酸以外に、数種の植物ホルモンの発生が確認された。出芽不良条件における出芽性は過酸化カルシウムコーティング種子≫無コーティング種子であった。種子近傍土壌の微生物相を比較すると、出芽不良時に特異的に増加が認められたクロストリジウム属の相対割合が過酸化カルシウムコーティングにより大きく抑制されていることが明らかになった。一方、クロストリジウム属の菌叢割合は抑制されるものの、2日目以降クロストリジウム属の菌叢割合が増加し始めていることから、過酸化カルシウムコーティングによる種子近傍土壌の酸化条件の維持は一時的であると考えられた。水稲湛水直播栽培における出芽不良の原因に関して直播種子近傍土壌の細菌相変化および種子近傍土壌の還元化に伴う発生物質に着目して検討した。湛水土壌における出芽は土壌に稲わら等の有機物が共存する条件で大きく抑制された。出芽不良条件の直播種子近傍土壌ではClostridium属菌の相対割合が大きく増加し、安息香酸、3-フェニルプロピオン酸等の有機酸が発生した。これら発生物質は発芽の遅延、鞘葉の伸長抑制に一部関与していた。また、種子への過酸化カルシウムコーティング(酸素発生剤)は出芽を促進するが、種子近傍土壌ではClostridium属菌の相対割合が無コーティング種子の増加に比べ抑制されていた。発芽不良条件における土壌微生物性変化と発生するストレス物質の解明から、発芽・出芽不良との関係性を明らかにする。さらに、異なる資材をコーティングした種子の出芽性の違いについて、種子近傍土壌における微生物性変化および発生するストレス物質の観点から明らかにする。出芽不良条件で発生する有機酸の発芽・鞘葉伸長に及ぼす影響の解明および異なるコーティング資材による種子近傍環境への影響について土壌微生物性および有機酸の発生変化について検討し、出芽安定化に重要な種子近傍環境について検討する。栽培生理、土壌肥料、植物栄養当初、PCR-DGGE法による微生物相(細菌)解析を試みたが、バンドの特定まで至らなかったため、次世代シーケンサーによる解析手法に切り替えた。そのため、予定していたDGGE関連試薬の購入費が当初よりかからなかった。出芽不良条件の水田土壌および直播種子近傍環境に発生する芳香族カルボン酸等の有機酸の検索・同定に多くの時間がかかったため、種子近傍環境の土壌微生物性の解析(次世代シーケンサーを利用)を十分に行うことが出来なかった。残額は、次世代シーケンサー解析費用および人件費に使用する。昨年度使用しなかった残額は出芽不良条件の土壌および種子近傍土壌の微生物性変化の解析費用に充てる。
イオンチャネルの構造-機能ダイナミクス:ゲーティング構造変化の単一分子解析

回折X線追跡(DXT)法を改良し、従来の数百倍の時間分解能であるサブミリ秒レベルの記録を達成することに成功した。また高速カメラと大容量メモリーの設置により数十秒間の記録が可能となった。この方法のために基礎的実験をESRF(European Synchrotron Radiation Facility, Grenoble, France)とSLS(Swiss Light Source, Villigen, Switzerland)の2か所の高輝度放射光施設で年間数100時間の実験を行った。白色X線のスペクトルなどを調整することによりバックグラウンドノイズを顕著に減少させることができた。この方法でKcsAカリウムチャネルのイオン透過路開閉(ゲーティング)に伴う構造変化を一分子レベルで追跡した。KcsAチャネルは溶液のpHを酸性にすることによってゲーティングを起こす。定常状態での測定ではどちら向きのねじれ運動が開過程なのか閉過程か特定できない。そこで、溶液のpHジャンプ(中性→酸性)による構造変化を捉えるための装置を開発した。中性から酸性へのpHジャンプを行えばKcsAチャネルは閉状態から開状態への構造遷移過程を追跡することができる。本法では測定容器が密閉されているので、溶液pHを短時間で変化させるためにケージド化合物を紫外線レーザーで励起することによって行った。pHジャンプ前の閉状態での構造揺らぎと、ジャンプ後の構造変化を捉えることに成功した。動画データから回折点を抽出し、フレーム間で回折点の軌跡を追跡するためのプログラムを開発中である。平成20年度は本研究の基礎を固めるための2つの課題に集中し、ほぼ目的を達することができた。2つの課題とは高輝度放射光施設の利用と1分子測定装置の確立である。第一の課題に関して、従来利用してきたSPring-8だけでなく、様々な施設の利用を可能にすべく施設使用申請を行ってきた。その結果、ESRF(European Synchrotron Radiation Facility)とSLS(Swiss Light Source)でのビーム時間を十分な期間、獲得することができ、またそれら施設との協同研究体制を確立することができた。また測定装置については従来から懸案の高速画像取り込みを実現するために、さまざまなカメラをテストし決定した。すでに高速取り込み実験は開始し、従来の100倍程度の高速でも回折点を捉えられるだけの感度があることが明らかになった。またそれぞれの施設に備えられた測定装置には優れたものがあり、それらの利点を生かした実験を計画しつつある。同時にラボレベルでの1分子測定実験を並行して進めるために、TIRFでの高速カメラをテストし高速取り込みが可能なものを決定した。これとは並行して、1分子測定でゲーティング特性を明らかにするために最適な変異KcsAチャネルを脂質平面膜法で検討した。その結果、E71Aはフィルタゲートがほとんど開存した状態にとどまることが明らかになり、ヘリックスゲートを検討するには最適な変異型であることが明らかになった。すでに確立した1分子蛋白質構造変化測定法(DXT法)の原理に遡って、実験法の改善を行った。目的は従来の毎秒30フレームという記録速度を各段に上げることである。本法に不可欠な高輝度放射光施設での実験を国内のSPring-8のみならず、フランス(ESRF:ヨーロッパ放射光施設、グルノーブル)とスイス(SLS:スイス光源施設、ヴィリゲン)に展開した。代表・分担研究者4人で高速度カメラなどの高精度装置を持ち込み、各施設に約1週間滞在して実験を行った。各施設とも白色X線源を備えており、さらに、X線の特性を多様にコントロールすることができた。その結果、背景ノイズが減少し、信号雑音比を想像以上に改善することができた。このことで記録速度を毎秒5000フレームにまで上げることに成功した。現在、継続して実験を行い、データを取得中である。一方、研究室レベルの実験では脂質平面膜法により、KcsAカリウムチャネルの単一チャネル電流を記録し、詳細に解析しつつある。

脂質平面膜にたった一分子のチャネル分子を再構成するのは決して容易ではないが、この困難な実験を行うことによって重要なゲーティングに関する情報を得ることができた。特にpH依存性ゲーティングに関して、2009年に解明されたKcsAチャネルの全長構造を参考にしつつ、その分子機構を検討しつつある。脂質平面膜法による1分子機能測定と、DXT法による1分子構造変化測定の結果を統合的に解析することによってチャネルの1分子ダイナミクス研究をさらに推進したい。本研究には高輝度放射光施設での実験が不可欠であり、SPring-8(播磨)だけでなく、海外の施設での実験を継続して行った。SPring-8と同等の性能をもつESRF(フランス、グルノーブル)とSLS、(スイス、フィリケン)で年間約400時間にわたって実験を行った。この間、(1)ノイズを低減させるための様々な改良、(2)データ取得を効率よくおこなうための基礎的実験、(3)pHジャンプ実験、を行い、それぞれの項目で十分な成果を得ることができた。X線回折像の背景ノイズを低減させるためにX線の特性、サンプルの配置など詳細に検討し、高い信号雑音比を得ることができた。これにより従来ビデオレート(毎秒30フレーム)の測定を5000フレームにまで高速化することに成功し、構造変化の軌跡を詳細にたどることができるようになった。X線測定中に溶液のpHを速やかに変化させるために、様々な工夫を行った。この方法では密閉容器で実験する必要があり、測定中にpH変化させるために、caged化合物を使用し、速やかに溶液のpHを酸性に変化させることに成功した。KcsAチャネルは中性pHではゲートが閉じたままであるが、酸性pHでゲーティングを起こす。従って、pHジャンプによって閉じていたチャネルが開き始める過程を高い時間分解能で測定することができる。レーザー照射前後でKcsAチャネルの動きに変化が現れることを捉えることに成功した。このような実験を何百回と繰り返し、現在、得られた膨大な画像データを解析中である。詳細な結果はさらに数カ月の解析を必要とするが、定性的には結果は明らかであり、チャネルがpH変化の前後でどのような構造変化が起こるかを初めて測定することに成功した。
新規差動機構を用いたデスクトップ型プレス加工機の開発

研究代表者は,精密位置決めと高荷重出力を両立させることが可能な差動型回転直動変換機構を組み込んだデスクトップ型プレス加工機を開発した.その性能評価の結果,パンチの設定押込み量の増加に対し,本研究で開発したプレス加工機の押込み荷重は従来型プレス加工機を想定した送りねじ機構より大きくなり,プレス加工機によるパンチの位置決め誤差は送りねじ機構の場合より小さくなることを実証した研究代表者は,精密位置決めと高荷重出力を両立させることが可能な差動型回転直動変換機構である「リニアアクチュエータ」の特許を取得した.この特徴は,ねじと歯車により機械的に精密な直動出力を生み出すことであり,これまでに本機構のプロトタイプが1本のボールねじに比べ,入力トルクに対する出力荷重が大きく,位置決め精度が優れていることを確認した.そこで本研究では,大きな加圧力が期待される本機構をデスクトップ型プレス加工機に組み込み,環境負荷削減や先進的コア加工技術の実現を目指すという着想に至った.まず,デスクトップ型プレス加工機の駆動機構として新規差動機構を組み込むため,新規差動機構やデスクトップ型プレス加工機本体の寸法・形状を応力解析の観点から検討し,最適な寸法・形状を見出した.そして問題点を修正しながら,デスクトップ型プレス加工機の設計・製作を行った後,その加工性能,加工精度を評価した.プレス加工機の性能評価の結果,パンチの設定押込み量の増加に対し,本研究で開発したプレス加工機の押込み荷重が大きくなり,その位置決め誤差は送りねじ機構より小さいことを実証した.したがって,送りねじ機構を用いた従来型プレス加工機と比較して,差動型回転直動変換機構を組み込んだ本研究のプレス加工機はプレス加工としての性能を十分に発揮できると考えられる.今後は,本研究のプレス加工機の性能向上,そして差動型回転直動変換機構のさらなる応用ならびに実用化を検討する.研究代表者は,精密位置決めと高荷重出力を両立させることが可能な差動型回転直動変換機構を組み込んだデスクトップ型プレス加工機を開発した.その性能評価の結果,パンチの設定押込み量の増加に対し,本研究で開発したプレス加工機の押込み荷重は従来型プレス加工機を想定した送りねじ機構より大きくなり,プレス加工機によるパンチの位置決め誤差は送りねじ機構の場合より小さくなることを実証した本研究では,新規差動機構を駆動機構として組み込んだデスクトップ型プレス加工機を開発することを目的とする.新規差動機構は差動型回転直動変換機構であり,2本の回転軸,1本の回転直動軸,これら3本の軸と螺合する接続部材,3本の軸に固定された歯車で構成される.まず,デスクトップ型プレス加工機の本体寸法や形状を検討するため,プレス加工の加圧力を最大500 kgとして三次元応力解析を行った.最大応力が発生する位置を確認し,発生応力が許容応力の範囲内となる軸の太さや支持板の厚さを設定した.さらに差動減速比と直動出力部の移動距離の関係から,リード5 mmの予圧式の精密ボールねじを回転軸と回転直動軸に使用し,モジュール1 mmの平歯車を歯車に使用した.これによって,平歯車の歯数を変えることにより,差動減速比を325に設定することができ,最も大きい差動減速比25のときでも直動出力部の移動距離を10 mm確保した.また精密ボールねじを平行移動させることができるように設計し,平歯車の歯数を変えても容易に軸間距離を変えることが可能である.ただし,差動減速比25の場合,直動出力部の移動距離を10 mm確保するためには,接続部材の移動距離を250 mm確保しなければならず,プレス加工機の形状は縦長になった.プレス加工機の本体は,幅300mm×高さ760mm×奥行き140mmとした.平成23年度にプレス加工機を組み立てた後,その加工性能を評価する予定であったが,プレス加工機に用いた精密ボールねじの納品に約6カ月かかり,平成23年度は加工機の組立までで終了し,加工性能の評価は平成24年度に行うことになった.応力解析による最適設計を行い,使用するボールねじや歯車の諸元を決定し,デスクトップ型プレス加工機本体の寸法を決定した.さらに,プレス加工機を組み立て,形として実現することができた.また,軸間距離の変更方法や測定センサ取付部など,プレス加工機の所々に工夫をし,新規差動機構を初めて応用した装置を完成させることができた.ボールねじの納品に時間がかかり,平成23年度に予定の加工性能評価はできなかったが,おおむね順調に進展していると考えられる.平成23年度に設計・製作したデスクトップ型プレス加工機について,平成24年度にその加工性能を評価する.具体的には,プレス加工機の加圧力,位置決め精度,静的精度などを測定する.また,厚さ12 mmの鋼板や非鉄金属板を被加工材としてプレス加工を行い,加工精度やスプリングバック量に及ぼす加工条件の影響について検討を行う.ただし,加工性能を評価する際,プレス加工機の改良点があれば,その都度,調整を行い,場合によっては部品の再設計・再製作,再購入を行う.デスクトップ型プレス加工機用モータのデータ設定器,センサなどを購入するとともに,プレス加工機の加工性能を評価する際,装置を改良する必要があれば部品の再製作,部品の追加購入を行う.さらに,プレス加工の被加工材や,プレス加工後の被加工材の形状を測定する測定機器を購入する.また,資料収集や成果発表を行う予定である.
知的な集団行動の実現に向けた知能ロボットシステムの開発

本研究課題では「知的な集団行動の実現に向けた知能ロボットシステムの開発」を目的として,ヒューマンスキルを実現する知能ロボットシステムの開発と集団行動生成アルゴリズムの構築を行った.さらに,知能ロボットシステムの実用化に向けた基礎研究として,視覚情報に基づく小型無人ヘリコプタの自律飛行制御について検討し,小型電動RCヘリコプタと無線カメラを用いた実機システムを開発した.本研究課題の研究成果としては,ヒューマンスキルの一例として,1台の知能ロボットシステムによるボールリフティングタスクを実現し,さらに複数台の知能ロボットによる協調作業として,パスタスクについても基礎的な検討を行った.ここで得られた知見をもとに引き続き,集団行動の実現に向けたアルゴリズムの開発を行っている.小型無人ヘリコプタの自律飛行制御の研究成果としては,搭載カメラの画像情報のみを用いて,ある位置から目標の位置まで移動する誘導制御を実現した.ヘリコプタの誘導制御に必要な適切な視覚システムと,ヘリコプタの実機システム構築し,目標のタスクを実現した.この拡張として,屋内外監視・観測システムの開発を目的として引き続き研究を行っている.本研究課題で得られた知見をもとに平成19年度から,一人乗り小型ヘリコプタの自律飛行制御システムの開発に関する共同研究を行っており,ロボットの知能化による実用的な集団行動の実現に向けた研究といった研究課題について,引き続き研究を進めていく予定である.近年,ロボティクスの分野における技術の発展に伴い,ロボット技術の社会生活における貢献が期待されている.すでに実績のある産業ロボットや医療ロボットのみならず,高齢化社会のニーズに対応した福祉ロボットやサービスロボットについても,実用の段階に来つつある.研究代表者は,これまでに実験心理学の分野で提案されたヒトのボール捕獲時の動作戦略をロボットに適用し,ロボットによるボール捕獲を実現した.これはロボティクスと実験心理学の融合という観点からは,学術的な研究という面が強いが,ここで得られた多くの知見は,視覚センサによる動的な環境の変化の把握と,それに基づくロボットの制御という点において,より実用的なタスクを実現する上で,非常に有効なものであると考える.本研究課題においては,「知的な集団行動の実現に向けた知能ロボットシステムの開発」を目的として,テニスやサッカーなどで初心者がボールの扱いに慣れるための基礎練習に位置づけられるボールリフティングタスクを取り上げ,このタスクを行うことが可能な知能ロボットシステムを構築した.このシステムを用いて,ヒトが初心者から上級者にいたるまでに身につける「こつ」のようなものをロボットが学習していく過程を明らかにするための研究を行っている.平成17年度の実績としては,実機システムの構築とその実験的検証により,リフティングタスクの実現し,複数台による集団行動に向けた基礎的な検討が終了した.このシステムを用いることで,平成18年度は集団行動に必要なアルゴリズムを構築し,実機システムに実装することで,検証が行えると考える.さらに,より高度なタスクを実現することを目的として,3次元空間を自由に移動可能な小型無人ヘリコプタのシステムを新たに構築し,視覚情報に基づく誘導制御の実験も行ったので,こちらについても,アルゴリズムを検証するための実機システムとして用いたいと考える.本研究課題では「知的な集団行動の実現に向けた知能ロボットシステムの開発」を目的として,ヒューマンスキルを実現する知能ロボットシステムの開発と集団行動生成アルゴリズムの構築を行った.さらに,知能ロボットシステムの実用化に向けた基礎研究として,視覚情報に基づく小型無人ヘリコプタの自律飛行制御について検討し,小型電動RCヘリコプタと無線カメラを用いた実機システムを開発した.本研究課題の研究成果としては,ヒューマンスキルの一例として,1台の知能ロボットシステムによるボールリフティングタスクを実現し,さらに複数台の知能ロボットによる協調作業として,パスタスクについても基礎的な検討を行った.ここで得られた知見をもとに引き続き,集団行動の実現に向けたアルゴリズムの開発を行っている.小型無人ヘリコプタの自律飛行制御の研究成果としては,搭載カメラの画像情報のみを用いて,ある位置から目標の位置まで移動する誘導制御を実現した.ヘリコプタの誘導制御に必要な適切な視覚システムと,ヘリコプタの実機システム構築し,目標のタスクを実現した.この拡張として,屋内外監視・観測システムの開発を目的として引き続き研究を行っている.本研究課題で得られた知見をもとに平成19年度から,一人乗り小型ヘリコプタの自律飛行制御システムの開発に関する共同研究を行っており,ロボットの知能化による実用的な集団行動の実現に向けた研究といった研究課題について,引き続き研究を進めていく予定である.
カスタムLSIを用いたレイアウト設計ステーションの研究

LSI設計の能率向上を目的として、そのツールとしてのレイアウト設計ステーションを開発した。このシステムは内部に近傍演算を並列で高速に実行できるハードウェアを持ち、デザインルールチェックなどの処理を高速に実行する機能を有する。低レベルの処理が自動化され、設計者の直観を生かせる対話性を持つ半自動設計ステーションとなっている。以下に述べる成果を得ている。1.ハードウェア128ケのプロセッサエレメントにより大容量半導体メモリ上のビットマップデータを2次元的に並列処理するシステムを完成した。このシステムで、2次元並列処理に適した方法によりメモリアクセスを能率よく行なうスイッチングネットワーク(2次元バレルシフタ)をカスタムLSIで実現した。プロセッサエレメント部、メモリ部、表示・描画部、アドレス計算部、およびマイクロプログラム制御部を組み立て、所期の性能を満たしていることを確認した。3.ソフトウェアデザインルールチェックなどのマイクロプログラムを作成し、実際にレイアウト設計ステーションとして作動することを確認した。このほか、エッジ描出のような画像処理のプログラムやセルオートマトンのシミュレータとしてのプログラムなどを作成し、各種2次元並列処理に本システムが有効であることを明らかにした。