hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生産効率を評価尺度とした多層階工場レイアウト問題の実用的モデル化と解法の開発

本研究では,生産効率を評価尺度とした多層階工場レイアウト問題のモデル化と解法の開発を行った.具体的には次の3点に要約される.1)建築制約を考慮したレイアウトモデルをベースとして実用的な多層階工場レイアウトの基礎モデルを作成.2) 1)で作成した基礎モデルの評価尺度に生産効率を導入したモデルに発展.3) 2)で作成した実用的な多層階工場レイアウトモデルを解くための頑健なアルゴリズムを構築.本研究では,生産効率を評価尺度とした多層階工場レイアウト問題のモデル化と解法の開発を行った.具体的には次の3点に要約される.1)建築制約を考慮したレイアウトモデルをベースとして実用的な多層階工場レイアウトの基礎モデルを作成.2) 1)で作成した基礎モデルの評価尺度に生産効率を導入したモデルに発展.3) 2)で作成した実用的な多層階工場レイアウトモデルを解くための頑健なアルゴリズムを構築.今年度の研究成果は,多層階工場レイアウトの実用的モデル化である.この分野におけるほとんどの従来研究では,制約条件や入力情報をかなり簡略化した設定にしており,実データを基にした詳細なレイアウトのモデル化は行われていない.そこで本研究では代表的な多層階工場の実データを基に,多層階工場レイアウトのモデル化を行った.参考とした実工場はハイブリッドフローショップ工程で複数種類の医薬品を製造しており,搬送装置として複数のRGV(Rail Guided Vehicle)およびスタッカークレーン,バッファスペース(仕掛在庫置場)として自動倉庫を有する地上4階建ての多層階工場である.実用的制約条件として,勤務時間帯(シフト)の考慮や生産設備洗浄等の段取り時間考慮,また入力情報としては,加工時間や搬送時間,品種ごとの要求生産量,ロットサイズなども考慮した.従来研究では垂直搬送にエレベータを使用し,バッファスペースの考慮がなされていない.それに対し,本研究で提案するモデルは垂直方向および水平方向の搬送が可能なスタッカークレーンを使用し,多層階のバッファスペースである自動倉庫を導入しており,モデルの新規性のみならず実用性が高い工場レイアウトモデルを構築したといえる.今後はこのモデルを用いて生産リードタイム,スループットなどの生産効率に加えて,工程間の搬送距離などの幾つかの実務的な評価値の算出を試みる.さらに,この大規模な多層階工場レイアウト問題を解くための頑健な最適化アルゴリズムを構築する.平成19年度に作成したレイアウトモデルに加工時間変動などの動的要素を組み込み,評価尺度としてスループット,リードタイム,仕掛在庫量などの生産効率を導入した.単層工場を対象とした従来研究の成果として,バッファスペース配分とレイアウトが複雑に生産効率に影響を及ぼすことがわかっている.本研究ではこの成果を踏まえて,バッファスペースとして立体自動倉庫を含む多層階工場を対象としてモデル化およびシミュレーションを行った.具体的には,実際の多層階製薬工場の各種パラメータ,制約条件およびレイアウトを所与としてモデル化を行い,前述の評価値が工場稼働状況に応じてどのように変化するかをシミュレーションによって検証した.なお,今回対象とした製薬工場では垂直方向の搬送にエレベータではなく複数のスタッカークレーンが使用され,バッファスペースとして多層階の自動倉庫が導入されている点でも従来研究の多層階レイアウト問題と大きく異なっている.この工場は地上4階建てで水平搬送用のRGVが3台,垂直搬送用のスタッカークレーンが4台,中間倉庫として自動倉庫が1つ導入されている.この工場では30種類の医薬品が8工程で製造され各工程の加工機械がそれぞれ複数台のハイブリッドフローショップ工程となっている.製品は中間倉庫から出るとRGVによってスタッカークレーンまで運ばれ,その後スタッカークレーンによって各機械に運ばれる.本研究では,レイアウトの評価尺度として総搬送距離だけでなく,平均リードタイム,メイクスパン,在庫量推移などをシミュレーションによって算出した.このような生産性を示す評価尺度を合わせて考慮することで,搬送距離ベースの評価のみでは考慮できないより多様な工場レイアウトの評価が可能になった.来年度はこのような評価尺度に基づいてレイアウトを構築する方法を検討していきたい.本研究では,生産効率を評価尺度とした多層階工場レイアウト問題のモデル化と解法の開発を行った.具体的には次の3点に要約される.1)従来研究の成果として得られている建築制約を考慮したレイアウトモデルをベースとして,エレベータ・ダムウェーダの導入や,吹き抜けのある工場建屋の検討などを行い,実用的な多層階工場レイアウトの基礎モデルを作成.2)従来研究の成果として得られている確率的変動要因の解析方法をエレベータのキャパシティ検討に応用すると同時に,1)で作成した基礎モデルの評価尺度に生産効率を導入したモデルに発展.3)2)で作成した実用的な多層階工場レイアウトモデルを解くための頑健なアルゴリズムを構築.最終年度となった平成21年度では,本研究で提案する実用的な多層階工場レイアウトのモデルを解くための頑健な最適化アルゴリズムを構築した.本問題は,決定変数・制約条件が多く非常に複雑な組合せ最適化問題であると同時に,評価尺度である生産効率を求めるためにはシミュレーションを必要とするため,定式化したモデルを数理計画最適化ソフトにより厳密解を求めることは出来ない.したがって,当分野の従来研究で大きな成果を挙げているメタヒューリスティクスを応用・発展させることにより効率的なアルゴリズムを開発した.そして,仮想的な数値データを用いることにより提案する解法の特徴や限界などを明らかにし,実際の工場から実データを得て,提案するモデルの実問題への適用可能性・有用性などを検証した.
ミトコンドリア標的化シグナルの認識とその外膜透過の機構

ミトコンドリアを構成する蛋白質の殆どは核のDNAにコードされており細胞質において前駆体蛋白質として合成された後に、前駆体が持つミトコンドリアターゲティングを認識する細胞質因子によってミトコンドリア表面の受容体に運ばれ、さらに外膜と内膜とに存在する輸送装置(TOMおよびTIM複合体)によって目的のコンパートメントに輸送される。我々は2年の研究期間に以下のような成果を挙げることができた。【1】疎水性の膜貫通領域(TMD)を持つミトコンドリア外膜と内膜の蛋白質が細胞質で合成された後にミトコンドリアへターゲティングされ、さらに目的の膜に挿入されて本来のトポロジーを形成する機構は全く不明である。我々はN-末アンカー型外膜蛋白質としてTom20を、またC-末アンカー型外膜蛋白質としてTom5を用いてターゲティングシグナルの特性を明らかにした。(1)Tom20:適度の疎水性を持つTMDとその直後の5アミノ酸領域内に存在する都合1個の塩基性アミノ酸がシグナルとして必須であり、TMDはSRPによって認識されるが下流の塩基性アミノ酸がSRP機能を阻害することによって小胞体への標的化が阻害され、結果的にミトコンドリアへのターゲティングが起こる(Kanaji et al.JCB2000)。(2)Tom5:C-末のTMDとその直後の塩基性アミノ酸クラスター(3つの正電荷)が必須であり、さらにTMDから塩基性アミノ酸までの距離、ならびにTMDのα-ヘリクス形成傾向が重要な要素であることを明らかにした(Horie et al.,投稿準備中)。現在これら2種のシグナルを認識する因子の検索を続行している。ミトコンドリアを構成する蛋白質の殆どは細胞質において前駆体として合成され、前駆体のミトコンドリアターゲティング配列を認識する細胞質因子によってミトコンドリア表面に運ばれた後に膜を輸送されてそれぞれのコンパートメントに局在化する。本年度の研究では次の事柄を明らかにした。【1】ミトコンドリア外膜を構成する蛋白質がミトコンドリアヘターゲティングされ、さらにその膜に挿入される機構は全く不明である。本年度の研究では、ミトコンドリア外膜のインポート受容体の一つTom20についてTom20-GFP融合蛋白質を用いて仕分けシグナルの解析をin vivoとin vitroで行った。その結果、Tom20のN-末端に存在する疎水性の膜貫通領域(TMD)とその直後に存在する塩基性アミノ酸とが共同してミトコンドリアターゲティングシグナルとして働くことを明らかにした。TMDはSRPによって認識れれるが、直後に存在する塩基性アミノ酸がこの認識を阻害し、結果的にERへのターゲティングを回避してミトコンドリアへのターゲティングを行う。【2】ほ乳類ミトコンドリアはその膜間スペースに細胞死に関るアポトーシス因子を貯留し、細胞外からの死のシグナルに応じてそれらを細胞質に輸出することでアポトーシスのカスケードが誘発される。本研究においては細胞死に先立ミトコンドリアからのシトクロムCの輸出機構を解析し、細胞質、dATP(or ATP)、スタウロスポリンに依存した輸出系を組み、輸出に関る細胞質因子を精製した。【3】ラットミトコンドリア外膜の輸送因子として、OM37、TOM70、Metaxin、TOM40のcDNAクローニングを行い、それらの機能解析を行った。ミトコンドリアを構成する蛋白質の殆どは核のDNAにコードされており、細胞質において前駆体蛋白質として合成された後に、前駆体蛋白質が持つミトコンドリアターゲティング配列を認識する細胞質因子によってミトコンドリア表面の受容体に運ばれ、さらに外膜と内膜とに独立しで存在する蛋白質輸送装置によって目的のコンパートメントに輸送される。本年度の研究では以下の事柄を明らかにした。

【1】ミトコンドリア外膜を構成する蛋白質が細胞質で合成された後にミトコンドリアヘターゲティングされ、さらにその膜に挿入されて本来のトポロジーを形成する機構は全く不明である。我々はN-末アンカー蛋白質としてTom20を、またC-末アンカー蛋白質としてTom5を用いてターゲティングシグナルの特性の解析を行った。そしてN-末アンカー蛋白質については、適度の疎水性を持つ膜貫通領域(TMD)とその直後の5アミノ酸領域内に存在する都合1個の塩基性アミノ酸がシグナルとして働くこと、TMDはSRPによって認識されるがその下流の塩基性アミノ酸クラスターによってその機能が阻害され、結果的にミトコンドリアへのターゲティングが起こることを明らかにした。一方、C-末アンカー蛋白質については、C-末のTMDとその直後の塩基性アミノ酸クラスター(少なくとも3つの正電荷が必要)が必須であり、さらにTMDから塩基性アミノ酸までの距離、ならびにTMDのα-ヘリクス形成傾向が重要な要素であることを明らかにした。【2】ラットミトコンドリア外膜の輸送因子として、OM37、Metaxin、Tom20、Tom22、Tom40、Tom70のcDNAクローニングを行い、抗体を作成した後に輸送に関わる因子としての機能解析を詳細に行った。
新規滅菌装置の開発:窒素ガスプラズマの生体高分子、微生物由来毒素への効果

新規低温滅菌装置を開発する目的で、窒素ガスプラズマの殺菌効率と殺菌メカニズムの検討を行った。Geobacillusstearothermoplilus、大腸菌、ブドウ球菌の生物指標を用いて滅菌保証時間を決定したところ、30分以内の短時間で滅菌が達成できる可能性が示された。窒素ガスプラズマによる殺菌は、プラズマ発生に用いる高電圧パルスやプラズマ中に発生する紫外線により起こるのではなく、プラズマ中の窒素ラジカルによる殺菌であることが推定された。グラム陰性菌エンドトキシンの不活化能はオートクレープよりも優れており、エンドトキシンの生理活性も低下した。さらに、プラズマ照射による突然変異誘発率も低いことが明らかになった。低温窒素ガスプラズマを用いた滅菌装置開発を目的とし、日本ガイシより提供された滅菌装置の試作品を用いて基本性能の評価を行った。メーカー指定のプラズマ発生条件では装置内にコールドスポットができることがわかったため、パルス電圧や周波数の調整によりコールドスポットを解消した。耐熱性Geobacillus stearothermophilusを用いた滅菌保証用生物学的指標体(BI、Biological Indicator)を用いて本装置の滅菌保証時間を決定した。プラズマ照射時間とBI中の生菌数変化の相関から、菌数を10分の1とするために必要な時間(D値)を1.9分と決定した。この値から求められる本装置の滅菌保証時間はおよそ23分であった。その後ステンレスを担体としたBIを用いるとD値が3.8分と長くなることが明らかとなり、滅菌対象物の材質の違いにより滅菌保証時間が変わる可能性が示された。臨床で分離される頻度の高いStaphylococcus aureusとEscherichia coliをスライドグラスに塗布し、窒素ガスプラズマによる殺菌効果を検証した。得られたD値はS.aureusで3分、E.coliで4.3分であった。さらに滅菌バッグ中での滅菌を試み、バッグが開放されていれば滅菌は達成できるが、密封した場合は滅菌が困難であることを明らかにした。プラズマ中に生ずるUV量の測定等から、殺菌に関わる主要な因子を窒素ラジカルであると推定した。決定した滅菌条件下でDNAに対するプラズマの影響を、プラスミドの形質転換効率で評価した。プラズマがDNAを分解することが明らかになったため、エームス試験により突然変異誘発の程度を検討している。初年度に滅菌条件を決定したので、2年目にはプラズマ中の活性種の決定と、エンドトキシン等の細菌毒素分解について検討する。初年度に滅菌に必要なプラズマの発生条件を検討し、耐熱性芽胞や栄養型菌が2030分という短時間で殺菌できる条件を決定した。さらに、プラズマ照射によりプラスミドDNAが損傷を受けることも示した。本年度は、プラズマによるグラム陰性菌内毒素(エンドトキシン)の分解・不活化の確認に加え、プラズマによる殺菌メカニズム、プラズマ照射による変異誘発率などを検討した。Esherichia Coli ATCC25922株より熱フェノール法にて抽出・精製したエンドトキシンをガラスプレートに塗布・乾燥後、プラズマ照射を30分行った。処理後注射用蒸留水に溶出するエンドトキシン量を、エンドスペシー(生化学バイオビジネス)を用いて定量した。プラズマ照射によりガラスプレートから遊離するエンドトキシン量は、未処理プレートの0.8%に減少していた。対照実験のオートクレーブ処理では30%以上のエンドトキシンが遊離したことから、窒素ガスプラズマ照射によりエンドトキシンが低温で効率よく分解されることが示された。さらに、遊離したエンドトキシンの生理活性も低下していることを確認した。本年度の主要な目的であるプラズマの殺菌メカニズムについても検討した。窒素ガスをプラズマ源に用いた本法の殺菌メカニズムとして、高電圧パルス、窒素ラジカル、紫外線(UV)が協働的に作用することが提案されている。UVを透過しないフィルムで滅菌対象物を包装し、密封条件と袋の一部を開放した条件で殺菌効率を比較した。UVを透過しないフィルムで対象物を覆っても、袋の一部が開放されていれば殺菌は可能であった。逆に、UVを透過するフィルムで対象物を密封すると殺菌が起こらなかった。窒素ガスプラズマ中には殺菌効果を示す波長260nmのUVが生じないこと、プラズマ中のUV量は殺菌には不十分であることを確認し、先の結果と合わせ、本法ではUVが殺菌へ寄与しないと結論付けた。また、紙などの薄い絶縁体で対象物を密封した実験から、高電圧パルスの殺菌への寄与もほとんど無いと判断した。包装した対象物の滅菌には袋の一部が解放されていることが必須で、これらの結果から、プラズマ中を拡散する窒素ラジカルが殺菌効果を示す主要な因子であると推察した。なお、プラズマ照射により変異体が出現することは無かった。
Helicobacter pyloriの細胞表面糖鎖認識と細胞接着反応

胃粘膜におけるHPの感染量やスルファチド発現量について、慢性胃炎・胃潰瘍形成が見られるなどHP感染モデル動物として最近特に注目されているスナネズミと、HP感染はするが病変形成の乏しいマウスとで比較検討を行った。スルファチド単クローン抗体を用いる免疫染色で両者の胃粘膜を染色すると、スナネズミ胃粘膜ではマウスと比較しスルファチドの発現が明らかに強く認められた。一方、スルファチド以外の接着受容体の候補とされるGM3やルイスb血液型糖脂質発現は両者で大きな相違を認めなかった。これらを定量的に確認するため、胃粘膜から糖脂質を抽出し、生化学的にスルファチドの定量を行うと、予備的実験ではあるが、スナネズミの胃では単位重量あたりマウスの約7.6倍のスルファチド含量を有することが明らかとなった。これに対し、GM3やルイスb糖脂質の含量は、両者の間に大きな差がなく、免疫組織学的検討の結果とよく一致していた。一定量のHPを経口的に注入し、一定期間後(6週間後)に胃粘膜に定着したHPの菌量を検討すると、スナネズミはマウスよりも一桁以上多い菌数が定着していることが明らかになり、スルファチド発現量との間に関連性があることが示唆された。スナネズミではスルファチドの発現量が多いためより多数のHPが定着し、従ってより強い病変形成が認められるのではないかと考えられた。接着後の細胞反応のひとつであるIL8産生機構については、基礎検討を行っているところであるが、HPによる細胞接着が必須であることを示唆する結果を得ている。
糖尿病による歯周病悪化での小胞体ストレス応答伝達タンパク質ATF6の役割の解明

糖尿病は、口腔内の慢性炎症疾患である歯周病の大きなリスク因子である。糖尿病患者において歯周病が悪化する原因として、免疫力低下やコラーゲン代謝異常など知られているが、未だにそのメカニズムは完全にはわかっていない。近年、小胞体ストレスと様々な疾患との関連が報告されている。本研究において、小胞体ストレス応答伝達タンパク質の一つであるActivating transcription factor (ATF) 6βが炎症を制御するマクロファージの活性化に関与していることが明らかとなった。小胞体ストレスを標的とした免疫応答の活性化制御により、歯周病の進行を抑制する新たな治療法の開発が期待される。口腔内の慢性炎症性疾患である歯周病に罹患すると歯周組織の破壊を伴い、歯槽骨の高度な吸収を認める場合は抜歯を余儀なくされ、著しい生活の質(QOL)の低下を招く。また、全身疾患との関与が報告されており、その1つが糖尿病である。糖尿病患者では、免疫力低下、コラーゲン代謝異常、創傷治癒の遅延などが原因で歯周病が重症化することが知られているが、その詳細なメカニズムは明らかにされていない。近年、炎症の新たなメカニズムとして小胞体機能の破綻(小胞体ストレス)が注目されており、歯周病の発症および進行に小胞体ストレスが関与するのではないかと考えた。本研究では小胞体機能維持に重要な役割を果たす小胞体ストレス伝達タンパク質の1つであるATF6に着目した。ATF6は小胞体ストレス応答(UPR)の起点となる小胞体ストレス応答伝達タンパク質の1つであり、転写因子として働き、タンパク質の折りたたみを促進する分子シャペロンの転写を促進させることで小胞体ストレスの緩和を図る。ATF6には構造が類似したATF6αとATF6βが存在する。それぞれのノックアウト(KO)マウス用いて、高脂肪食による肥満モデル(2型糖尿病)を作成し、また免疫系細胞の解析を行い、ATF6が免疫系細胞活性に必要であることが明らかとなった。また、近年マクロファージには炎症応答を惹起するM1型マクロファージと、抗炎症応答を惹起するM2型マクロファージに分類されることが知られている。本年度はM1型M2型マクロファージに対し、ATF6αとATF6βが異なる経路で作用すること示唆する結果を得た。26年度が最終年度であるため、記入しない。歯学26年度が最終年度であるため、記入しない。ATF6αKOマウスおよびATF6βKOマウスKOを用いた解析から、ATF6が免疫系細胞活性に必要であること、更にATF6αとATF6βが異なる機能を有することを示唆する結果を得た。引き続き糖尿病合併歯周病モデルマウスを作成し、個体レベルでの解析を進めていく予定である。当該年度において小胞体ストレス伝達タンパク質ATF6が免疫系細胞活性に必要であることが明らかとなった。免疫系細胞間には相互作用が報告されているため、ATF6の炎症系シグナルにおける役割の検証を行うとともに、ATF6αKOマウスとATF6βKOマウスを用いて、糖尿病合併歯周病モデルマウスを作成し糖尿病による歯周病悪化でのATF6αとATF6βの機能の違いを明らかにする。
常時微動測定による近世城郭石垣の健全性評価技術の開発

近世城郭石垣の健全性を評価する手法として常時微動測定を提案し,現存する四国内2か所の城郭石垣を対象とした常時微動測定等により,石垣の振動特性を解析評価することで,石垣の健全性評価技術を開発することを目的としている。本研究の結果,高知城石垣を対象としては,石垣部の振動特性は固有周波数が大きいほど増幅率は小さくなること,石垣部の増幅率は石垣部下断面の地山深さや石垣部上段面の地盤状態の影響を強く受けていることが明らかとなった。一方,丸亀城を対象としては,目視判断よる変状とH/Vスペクトル比率の大きさが調和的であることが見いだせた。常時微動測定は城郭石垣の健全性評価に有効な手法であることが判明した。四国内に現存する城郭石垣のうち高知城および丸亀城を対象として,既往文献調査から築造当時の石垣構造を把握すると共に,現地予備調査を実施し,以後の調査実施のための問題点や課題を把握した。振動特性に影響を及ぼす要因として,石垣背面の盛土や地山の状態(層厚や硬軟)が挙げられる。そこで,表面波探査および携帯型小型簡易動的貫入試験装置を用いて深さ45mの裏込め盛土の硬軟を貫入抵抗値から求め,振動特性の違いを考察した。調査対象の城郭石垣において石垣の直上(石垣部)および石垣背面の裏込め盛土上(盛土部)で10m毎に常時微動測定を実施した。各調査結果を踏まえて,振動特性の異なる石垣部および盛土部を検出すると共に,表面波探査や動的貫入試験の結果を考慮し,異なる振動特性の要因について検討している。四国内に現存する城郭石垣のうち高知城および丸亀城の各石垣部を対象として,常時微動測定および表面波探査を実施し,石垣部の振動特性に及ぼす影響要因について検討を行った。高知城においては,石垣部の振動特性は固有周波数が大きいほど増幅率は小さくなること,石垣部の増幅率は石垣部下断面の地山深さや石垣部上段面の地盤状態の影響を強く受けていることが明らかとなった。丸亀城においては,石垣の変状程度と振動特性の関係について,数値解析を含めて詳細に検討を実施している段階である。近世城郭の石垣は,天守閣などの建造物の基礎構造物であるとともに,貴重な文化財であることから,後世に永く保存していく必要がある。石垣の多くは,石材の割れやはらみ出しの老朽化が進行し安定性の低下が懸念されるなか,近年の自然災害時には石垣の崩壊事例が発生している。老朽化が進行した石垣を適切にかつ優先順位を持って維持管理するためには,石垣の安定性を定量的に評価する必要がある。これまでに,高知城の石垣部を対象に常時微動測定による調査を実施し,常時微動測定値のH/Vスペクトル比の大きさが石垣の老朽化度を表す指標となり得ることを示唆する結果を得た。しかし,常時微動測定の実施時期の違いによる測定結果への影響が考慮されていなかったことや,実際に変状が大きな石垣石上での計測結果が得られていなかった等の課題が残されていた。本研究では,石垣部の変状が高知城よりも顕著であり,なおかつ高石垣である丸亀城を対象として常時微動測定を行い,得られた振動特性から石垣老朽箇所抽出方法の構築を行なうことを目的とする。丸亀城石垣部を対象とし常時微動測定を実施し,H/Vスペクトル比率の解析手法を用いた結果,まず石垣石上と栗石上での卓越周波数の関係は概ね一致していたが,増幅率では栗石上の方が石垣石上よりも大きくなっている傾向にあった。また,目視判断による実際に変状が大きい箇所と比較すると,解析結果は変状が大きい箇所と概ね一致していることから,H/Vスペクトル比率による手法は変状箇所抽出に適当であると考えられた。増幅率が大きくなっている地点は,花崗岩の風化の影響があることが示唆された。高知城及び丸亀城での常時微動測定は,当初予定の実施箇所数よりも約2倍の数を実施することができた。特に高知城においては,常時微動測定と表面波探査を組み合わせることにより,地震時に大きな変形が予想される石垣部を抽出することが出来た。地盤工学平成27年度は引き続き丸亀城での調査を実施するとともに,新たに宇和島城もしくは大洲城での調査を計画している。早期の調査開始に向けて,各城郭管理者と連絡を密に取っていく予定である。高知城および丸亀城での常時微動測定は,当初予定の実施箇所数よりも,約2倍の数を実施することができた。また,両城郭石垣の既存資料を各担当者から受領できたことより,当初予定していた測量作業等を省くことが可能となった。

丸亀城で地盤調査(簡易動的貫入試験)において,文化庁からの調査実施許可が次年度となったため。平成26年度は調査対象の城郭石垣として,引き続き高知城および丸亀城とするとともに,新たに宇和島城もしくは大洲城での調査を計画している。早期の調査開始に向けて,今後は各城郭の管理者と連絡を密にとっていきたい。本年度初めに調査許可が得られる見込みであるため,早急に調査のための経費を使用する計画となっている。謝金アルバイト時間の節減により次年度使用額が生じた。研究2年目にあたり当初計画にもとづき適正に使用する。
大量に発見したアフリカ中期中新世類人猿化石の分析とヒト・類人猿共通祖先モデルの構築

東アフリカ、北ケニア北部に位置するナチョラ地域の中期中新世、約1500万年の堆積層から、2頭の全身骨格を含む800点を超える大型類人猿、ナチョラピテクスの化石を発掘し、これらを整理、分析し、その結果を踏まえてヒトと大型類人猿を生んだ中期中新世の共通祖先とはどのようなものであったかを考察した。現生の大型類人猿とは異なり、腕渡りへの特殊化はなく、堅果を重要な食者とする樹上の四足型登攀者であったと考えられた。北ケニアで発見した中期中新世の大型類人猿、ナチョラビテクスの化石は、2体の全身骨格と2個の頭骨を含む膨大な数にのぼる。これらを整理、記載、個別的、また総合的な分析、調査を行い、ナチョラビテクスの諸特徴を探り、現生数人猿とヒトの共通祖先モデルの構築にも迫る研究である。北ケニア、ナチョラのBG-K化石サイトから発掘した中期中新世の大型類人猿、ナチョラピテクの膨大な数にのぼる化石標本(2体の全身骨格と2個の頭骨を含む)を整理、分析、記載等を行い、この化石類人猿の性差、成長、移動運動、食性、操作能、脳容量、社会構造、生息環境、系統、進化などを明らかにし、現生類人猿とヒトの共通祖先モデルを構築するのが本研究の目的である。20年度は以下の項目についての研究を開始した。(1)ナチョラピテクス化石の観察、計測、分析化石大量であるため頭骨、歯、上肢・脊椎、下肢の4部分に分け、分担者ごとにナイロビのケニア国立博物館を中心に作業を始めた。(2)哺乳類化石の記載と環境分析:哺乳類化石の同定と分析を開始し、記載を進める中で、生息環境を推定するためのデータも開始した。(3)堆積環境の分析とタホノミー研究:BG-K化石サイトの化石群のタホノミー分析と生息環境の分析を開始した。(4)精密模型の作成:化石のクリーニングに加え、各研究分担者用。および総括用のプラスティック精密模型の作製をケニア国立博物館の技官の協力を得て開始した。(5)化石の外部形態と内部構造の骨学的3次元分析:小型CTスキャナ、および3次元カメラをナイロビに移送し、全てのオリジナル化石標本と関連標本について3次元撮影、およびCTスキャンを開始した。さらにそれらのデータの一部を用いて、計算機ソフトによる3次元構築も開始した。21年度は以下の項目についての研究を行った。(1)ナチョラピテクス化石の観察、計測、分析:化石数が多いため20年度とは異なり、頭骨、歯、上肢、脊椎、下肢の5部分に分け、分担者ごとにナイロビのケニア国立博物館を中心に作業を行った。(2)哺乳類化石の記載と環境分析:哺乳類化石の同定と分析と同時に、記載を進める中で、生息環境を推定するためのデータ解析を行った。(3)堆積環境の分析とタホノミー研究:BG-K化石サイトの化石群のタホノミー分析と生息環境の分析を行った。および総括用のプラスティック精密模型の作製をケニア国立博物館の技官の協力を得て行った。(5)化石の外部形態と内部構造の骨学的3次元分析:小型CTスキャナをナイロビに移送し、オリジナル化石標本と関連標本について3次元撮影、およびCTスキャンを行った。さらにそれらのデータの一部を用いて、計算機ソフトによる3次元構築も試みた。北ケニア、ナチョラのBG-K化石サイトから発掘した中期中新世の大型類人猿、ナチョラピテクの化石標本は膨大な数にのぼるが、これらを整理、分析、記載等を行い、この化石類人猿の性差、成長、生態、社会、運動、脳容量、生息環境、系統、進化などの生物学的側面を明らかにすること、および類人猿とヒトとの共通祖先のモデルを構築することが本研究の目的である。中期中新世類人猿については化石が限られていたが、上記のように私どもは大量に発掘、発見した。クリーニングを進める中で、多くの頭骨片が確認され、中には変形してはいるが欠落した骨がほとんどない頭骨も2個以上あることが判明している。それらの復元を試みているが、これを完成させることで、中期中新世類人猿の顔面と頭蓋の特徴を始めて知ることができる。

チンパンジーのように突顎ではないが、オスでは側頭線の発達が顕著である。歯牙化石は顎骨中、または遊離歯として多数あり、その形態から堅果を中心とした食性が推定されが、形状分析をさらに深めるため小型CTスキャナをナイロビに持ち込み、スキャンのあと3次元構築などをおこない、3次元的な形態分析を行っている。椎骨化石は約50個あり、ナチョラピテクスの特徴としては頸椎が大きいことが挙げられる。上肢に見られる著しい発達と合わせて考えると、その移動運動は体を垂直に保った上肢優位なものであると推定される。しかし、骨盤の分析からは四足歩行のヒヒ類に似た形態的特徴がみられ、現生類人猿には似ていないことが判明した。分析が進むにつれ、この化石類人猿の性差、性比、成長、老化といった生物学的側面も徐々に明らかになり、社会構造の復元も視野に入ってきた。北ケニア、ナチョラのBG-K化石サイトから発掘した中期中新世の大型類人猿、ナチョラピテクスの化石標本が膨大な数にのぼることから、これらをクリーニング、整理、分析、記載等、また地質分析を行い、この化石種の性差、成長、形態、生態、社会、系統、進化などの生物学的側面を明らかにしつつ、現生の類人猿とヒトとの共通祖先モデルの構築を目指した。中期中新世の初頭のケニアに生息したナチョラピテクスは、河辺林をともなうウッドランドに生息したことが哺乳動物相からうかがえ、臼歯列の形状からもその食性は乾いた疎開林の堅果類を重要な食物としていたことと推定される。成獣の体重は中程度のサイズの類人猿であり、現生のヒヒ類に相当する。幼児の頭蓋骨化石からは、その脳はチンパンジーにはおよばないがサル類のサイズをはるかに凌ぐものであり、成獣の脳も比較的大きいものと考えられる。四肢骨から見た運動様式はあまり敏捷ではない樹上四足歩行者であり、手足の把握性は強く発達し、手根骨を含めた上肢骨の形態からも現生類人猿の水準には達していないものの、その懸垂的な動作は比較的発達していたものと推定される。系統的には前期中新世のプロコンスル類に比べ、突顎性の弱化、堅果類への適応を示す歯牙形態、側頭骨岩様部の弓下窩の消失、環椎や軸椎に見られる形態などは現生大型類人猿への類似を示し、前期中新世類人猿から後期中新世の類人猿への移行的中間形を示している。以上のことから類人猿・人類の共通モデルとしては、ボノボ程度の体格で、比較的性差が大きく、群れ型社会、堅果食性の非敏捷型樹上四足登攀タイプ運動様式を示す非特殊化類人猿が推定された。
散乱現象を利用した物体計測手法の研究

3次元計測において,散乱媒体によって生じる光の散乱を用いた計測手法の確立に向け,レーザーを用いた計測手法と複数の点光源を用いた手法を開発した.レーザーを用いた手法ではカメラからは直接観測できない箇所の形状を計測する手法を開発し,また,複数の点光源を用いた手法では,散乱厚みを利用することにより従来よりも高精度で計測可能な手法を開発した.これらの技術の性能を水槽・照明・カメラからなる計測システムによって評価した.ロボットアームと2台の高感度カメラ,およびレーザ照射装置と水槽からなる計測システムを構築し,動的にレーザー照射位置を決定しながら反射光の散乱光を計測することが可能な撮影システムを構築した.撮影後のデータの利用に必要な水槽やカメラの位置のキャリブレーション,および,カメラで撮影される画像の輝度値のキャリブレーションを行う手法を開発した.さらに,これを用いて,さまざまな物体に対してレーザ光を照射し,その物体表面での鏡面反射光や拡散反射光を観測したデータセットを取得した.また,鏡面反射光を用いた従来手法をvolumetricに行えるよう手法を改良した手法を開発した.また,散乱光を用いた形状計測に対してできるだけ少ない照射回数で高精度の形状を得るためのロボットアームの制御方法についての研究を行った.平成27年度に予定していた観測システムの構築は滞りなく完了し,また,隠蔽の計測について従来手法を改良した新たな方法についても一定の精度で計測が達成できることを確認した.散乱媒体を利用した3次元形状計測手法の開発として,本年度は散乱媒体下における照度差ステレオを用いた物体法線推定と,散乱厚みの計測によるデプスマップ推定との融合による,奥行きエッジが存在する物体の形状計測手法を開発した.散乱による画像の劣化を考慮した照度差ステレオ法により,散乱媒体下でも物体表面の法線を計測することができる.また,照明位置を変化させて撮影した複数枚の画像に基づき物体の法線だけでなく散乱の度合い(散乱厚み)を計測することもでき,これによりカメラから被写体までのおおよその距離を計算することもできる.被写体の局所的な凹凸を照度差ステレオ法で,おおまかな形状を散乱厚みで計測し,それらの計測結果をエネルギー最小化によって統合することで3次元形状を計測する手法を提案した.提案した手法の精度を,水槽とスポットライト,および高感度カメラを用いた計測システムを用いて検証し,一定の散乱媒体の濃度であれば十分な精度で計測が可能であることを示した.また,隠蔽面の計測手法についても昨年度の実験結果に基づきどの程度の形状までが計測可能かについての理論的検証を行った.多重反射までを考慮することによりこれまでの(空気中での)形状計測に比べ,カメラの死角となっている箇所など多様な形状が計測可能となることが判明した反面,実環境下ではレーザ光の強度の減衰などにより多重反射,特に3次反射以降を観測することは事実上困難であり,実環境下でどの程度の計測が可能かについて今後検討する必要がある.散乱現象を利用した形状計測の理論の構築は完了しており,実証実験においても有効な結果を得ている.当初予定していた研究計画のうち,隠蔽面の計測についても理論的な検証は完了しており,最終年度に向け性能評価のためのシステム構築も完了している.散乱媒体を利用した3次元形状計測手法として,昨年度に引き続き隠蔽面の計測手法についての精度検証を行うとともに,劣化した画像の復元方法と,散乱媒体下における照度差ステレオを用いた物体法線推定の改良を行った.隠蔽面の計測手法についてはシミュレーション実験を用いて2回反射までで計測可能な隠蔽面についての分析を行うとともに,実環境下での実験を行い,散乱光が計測可能なある程度の開口面があれば一定の精度で計測可能であることが確認できた.劣化した画像の復元については,ピンぼけなどによる画像劣化に対する修復手法を散乱による劣化に対して適用し,その効果を検証した.また,散乱媒体下における照度差ステレオ法として,水中での形状計測を念頭に置いて単純な後方散乱による画像劣化だけでなく,物体の形状によって散乱現象が変化しうる前方散乱も考慮した手法について検討を行った.従来の照度差ステレオ法は散乱による劣化を考慮しておらず,水中など散乱現象が回避できない環境下では精度が低下することが知られている.これに対し,散乱現象による画像劣化をモデルに組み込んだ手法を開発した.散乱の度合いは散乱媒体の性質だけでなくカメラから物体までの距離により変化するが,提案手法ではその過程を散乱モデルとしてモデル化し,散乱の度合いと物体形状とを同時に推定することにより,散乱現象下でも正確な形状計測が可能となるような計測を実現した.計測精度についてはシミュレーションによる検証と共に,初年度に構築した水槽による実験装置を用いて検証を行い,従来手法を上回る計測精度が達成できていることを確認した.3次元計測において,散乱媒体によって生じる光の散乱を用いた計測手法の確立に向け,レーザーを用いた計測手法と複数の点光源を用いた手法を開発した.レーザーを用いた手法ではカメラからは直接観測できない箇所の形状を計測する手法を開発し,また,複数の点光源を用いた手法では,散乱厚みを利用することにより従来よりも高精度で計測可能な手法を開発した.これらの技術の性能を水槽・照明・カメラからなる計測システムによって評価した.研究を進める上で,原理的にどこまでの形状を計測できるのかについて理論的な考察が必要である.平成27年度にはシミュレータを構築して実験を行うことにより,どこまでの形状が計測可能か実験的に限界を示すことができたが,今後はこれを理論的なものへと昇華させる必要がある.隠蔽面の計測については今後精度評価実験を継続し,その性能を評価したい.

また,当初の研究計画にない発展的課題として,本研究課題で開発した手法を実環境下で応用するためのシナリオと,そのシナリオ達成に向けた計測能力の検証についても行う予定である.コンピュータビジョン投稿予定であった論文の英文校正料として使用予定であったが,年度内の論文執筆が間に合わなかったため.当初予定してた成果発表のための旅費が見込み額より安くなったため.平成28年度に投稿する論文の英文校正料として使用する予定である.平成29年度に投稿する論文の英文校正料として使用する予定である.
細胞傷害性T細胞によるHIV-1増殖抑制機構の解明

HIV-1増殖抑制能を有する10種類のエピトープ特異的細胞傷害性T細胞(CTL)の変異ウイルスに対する反応を明らかにするため、エピトープ特異的反応を持つHIV-1感染者において、感染者に見られる32個の変異エピトープへのCTL反応をELISPOTアッセイ法によって解析した。その結果、10個の変異ペプチドに対しての反応は0-25%の感染者でしか認められず、これらはエピトープ特異的CTLに認識されにくいことが考えられた。一方、他の22個の変異ペプチドのうち、5個の変異ペプチドに対しては33.3-44.4%の感染者においてCTL反応が認められ、残りの17個の変異ペプチドに対しては62.5-100%の感染者で反応が認められた。この結果、これら22個の変異エピトープは、wild-type特異的T細胞にcross-recognitionされるか、変異エピトープ特異的T細胞によって認識されることが推察された。次に、エピトープ特異的T細胞の変異エピトープに対する認識能を評価するため、前年度に樹立したT細胞クローンを用い、サイトカイン細胞内染色法によってT細胞反応を解析した。ELISPOTアッセイ法において33.3-100%の感染者で反応が認められた22種類の変異エピトープについてT細胞の認識を評価した結果、全ての変異エピトープに対してT細胞クローンが反応することが判明し、これら22個の変異エピトープはエピトープ特異的T細胞によってcross-recognitionされることが明らかとなった。以上の結果から、HIV-1増殖抑制能を有する10種類のエピトープ特異的CTLは、HIV-1感染者に広まっているHIV-1を認識できることが示唆された。HIV-1感染者に見られる変異エピトープに対する10種類のCTLの免疫応答の解析から、計画を立てる際に想定していた通りの結果が得られたので、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。HIV-1感染者に見られる変異を導入した変異ウイルスを作製する。樹立したエピトープ特異的CTLクローンのwild-typeウイルスまたは変異ウイルスを感染させた721.221細胞に対するIFN-γ産生能をIFN-γ細胞内染色法で検出することで、CTLによる変異ウイルス感染細胞への認識能を評価する。CTLの拘束分子である5種類のHLAの日本人感染者における頻度を調査し、10種類のエピトープ特異的CTLが日本人におけるエイズワクチンの開発に有用であるかを明らかにする。HIV-1増殖のコントロールに関係する10種類のエピトープに特異的な細胞傷害性T細胞(CTL)の機能解析をするため、まずIFN-γELISPOT assayにおいてエピトープ特異的CTL反応が見られた感染者のPBMCをそれぞれのエピトープペプチドで刺激し、2週間培養後エピトープ特異的bulk CTLを誘導した。その後誘導したbulk CTLから限界希釈法によってCTLクローンを樹立し、段階希釈したエピトープペプチドを結合させた抗原提示細胞(721.221細胞:それぞれのHLA拘束分子を発現している)に対するIFN-γ産生能をIFN-γ細胞内染色法で検出した。その結果、いずれのエピトープ特異的CTLも10nMのペプチド濃度において高い頻度のIFN-γ産生細胞が認められ、これらのCTLの抗原認識能は高いことが示された。721.221細胞にHIV-1サブタイプBのウイルス株であるNL-4-3を感染させ、HIV-1感染細胞を作製し、HIV-1感染細胞に対する10種類のエピトープ特異的CTLクローンのIFN-γ産生能をIFN-γ細胞内染色法で解析した結果、いずれのCTLも感染細胞に対して高いIFN-γ産生能が認められ、エピトープが感染細胞内でプロセシングされ、細胞表面で抗原提示されることが明らかとなった。さらに、HIV-1感染CD4T細胞とエピトープ特異的CTLクローンを共培養し、in vitroでのCTLによるHIV-1増殖抑制能を解析した結果、いずれのCTLも効率よくHIV-1増殖を抑制していることが示され、これらのCTLは高いHIV-1増殖抑制能を有することが明らかとなった。以上の結果、in vivoでHIV-1増殖のコントロールに関与していた10種類のエピトープ特異的CTLは実際に高いHIV-1増殖抑制能を持っていることが検証された。HIV-1増殖のコントロールに関係する10種類のエピトープに特異的な細胞傷害性T細胞のクローン作製およびそれらの細胞を用いたin vitroでのHIV-1増殖抑制効果の解析から、計画を立てる際に想定していた通りの結果が得られたので、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。

次に、エピトープ特異的T細胞の変異エピトープに対する認識能を評価するため、前年度に樹立したT細胞クローンを用い、サイトカイン細胞内染色法によってT細胞反応を解析した。ELISPOTアッセイ法において33.3-100%の感染者で反応が認められた22種類の変異エピトープについてT細胞の認識を評価した結果、全ての変異エピトープに対してT細胞クローンが反応することが判明し、これら22個の変異エピトープはエピトープ特異的T細胞によってcross-recognitionされることが明らかとなった。以上の結果から、HIV-1増殖抑制能を有する10種類のエピトープ特異的CTLは、HIV-1感染者に広まっているHIV-1を認識できることが示唆された。HIV-1感染者に見られる変異エピトープに対する10種類のCTLの免疫応答の解析から、計画を立てる際に想定していた通りの結果が得られたので、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。430人の日本人無治療慢性HIV-1感染者の血漿を採取し、それぞれの感染者に感染しているウイルスのアミノ酸シークエンスを解析することで、エピトープ内において変異が出現しているか調べる。以上の解析から、変異が日本人にどの程度蓄積しているかを明らかにする。エピトープ内での変異アミノ酸の頻度が1%以上の場合、それらの変異を含む変異ペプチドを作製し、エピトープ特異的CTLクローンのwild-typeペプチドまたは変異ペプチドを結合させた721.221細胞に対するIFN-γ産生能をIFN-γ細胞内染色法で検出し、CTLによる変異ペプチドへの認識能を評価する。上記の変異を導入した変異ウイルスを作製し、CTLクローンのwild-typeウイルスまたは変異ウイルスを感染させた721.221細胞に対するIFN-γ産生能をIFN-γ細胞内染色法で検出することで、CTLによる変異ウイルス感染細胞への認識能を評価する。HIV-1感染者に見られる変異を導入した変異ウイルスを作製する。樹立したエピトープ特異的CTLクローンのwild-typeウイルスまたは変異ウイルスを感染させた721.221細胞に対するIFN-γ産生能をIFN-γ細胞内染色法で検出することで、CTLによる変異ウイルス感染細胞への認識能を評価する。CTLの拘束分子である5種類のHLAの日本人感染者における頻度を調査し、10種類のエピトープ特異的CTLが日本人におけるエイズワクチンの開発に有用であるかを明らかにする。(理由)30年度の研究計画において、さらなるペプチド合成が必要であると考えられたため、次年度に繰り越しを行った。これにより、大幅な研究の進展が見込める。(使用計画)さらなるペプチド合成の費用を算出した。また、細胞内染色用試薬、およびプラスチック器具にかかる費用を算出した。さらに、国内外の研究成果の発表に伴う旅費を算出した。
Rasファミリー蛋白質Ralの活生化を生きた細胞内で観察し、その機能を解明する

RalはRasファミリーGたんぱく質の一つで、Rasにより活性化される。最近、エンドサイトーシス、エキソサイトーシス、フィロポディアの形成に対するRalの関与が示唆されつつあるものの、詳細な分子機序は未知の点が多い。そこで生きた細胞内でRal活性化の時空間的な制御機構の解析を通じて、Ralの生理的機能を知るために、蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)の原理を利用したモニター分子を作製し解析した。モニター分子の構造はYFP、RalA、RalBP、CFP及び膜局在化配列からなる。この分子を発現する293T細胞可溶化液のFRET効率を蛍光分光光度計で測定したところ、GTP結合率とFRET効率が正の相関を示した。従って作製したモニター分子はRalの活性化をFRET効率の上昇として検出できることが確認できた。次にCOS1細胞において上皮細胞増殖因子(EGF)依存性のRalの活性化を多重蛍光タイムラプス顕微鏡で観察し、FRET効率を画像化して解析したところ、EGFによって生じる葉状仮足に限局してRalが活性化していた。この結果はRalの活生化に関し初めて得られた時空間情報である。さらに、EGF刺激によるRal活性化の機構を詳細に検討した。Rasの優勢劣性型変異体を発現した細胞では、Ralの活性化が抑制されていることから、EGF依存性のRal活性化にはRasの活性化を必要とすることが確認された。しかし、Rasの活性化は葉状仮足で高いが、必ずしも葉状仮足に限局するわけではないので、葉状仮足の形成もまたRalの活性化に必要であることが示唆された。実際、優勢劣性型変異体のRacを導入して、EGF依存性葉状仮足形成を阻害すると、Ralの活性化は阻害された。すなわち、増殖因子依存性Ralの活性化は複数の経路によって制御されていることが明らかとなった。[方法]我々の研究室で既に報告したRaichu-RasをモデルにN末からYFP、RalA、RalBP、CFP、および膜局在配列から成るモニター分子を作製した。このモニター分子Raichu-RalAを293T細胞へ発現させ、可溶化した細胞抽出液を用いて、蛍光光度計にてFRET効率を測定した。また、^<32>P正リン酸で標識することにより、Raichu-RalAとRalAに結合しているGTPとGDPの比を薄層クロマトグラフィーで定量化した。次にRaichu-RalAをCOS1細胞に発現させ、蛍光タイムラプス顕微鏡を用いて、細胞でのFRET効率を画像化し、EGF刺激によるRalA活性化の時間的、空間的情報について調べた。[結果と考察]蛍光分光光度計によるアッセイの結果、FRET効率はRalAの活性型変異体、野生型、優勢不活性型変異体の順に大きかった。また、Raichu-RalAに結合しているGTP/GDP比は、RalAのそれとほぼ同じで、GEFに対する濃度依存性もほぼ一致した。従って、Raichu-RalAはRalAの活性化をモニターできることが確認された。COS1細胞とRaichu-RalAを用いたイメージングによると、EGFによって生じるラフリングの場において、FRET効率の上昇が確認され、RalAが活性化に関する時空間情報を初めて得ることに成功した。
非線形大型計算とその可視化

我々「非線形大型計算とその可視化」班は,研究計画に基き次のような成果を挙げることが出来た.1.非線形系の応用解析1.磁場のもとの熱対流現象の数学的定式化(中村正彰)2.粘性流体において境界での摩擦を考慮したモデルの考案と変分不等式による定式化(藤田宏,河原田秀夫)4.非線形固有値の解の列の収束を解析した(渡辺二郎)5.体積変化を考慮したStefan問題のモデルの提案と数値解析(花田孝郎)6.形状設計問題へのファジ-理論の導入したモデルの解析(河原田,名取亮,今井仁司,花田)7.渦有りの完全流体モデルの分岐の解析(岡本久,東海林まゆみ)8.界面の発展方程式の解析(陳薀剛)2.発展系に対する数値解析1.簡約化磁気ベナ-ル系の数値シミュレーション(今井,中村)3.コルモゴロフ流の分岐図の製作(岡本,東海林)4.平均曲率一定の曲面の数値シミュレーション(渡辺)5.界面の発展方程式の数値シミュレーション(陳)6.体積変化を考慮したStefan問題に数値解析(花田)9.自由境界をもつ流体の数値解析(仲間豊)3.計算アルゴリズムの開発1.代用電荷法のパッケージの作成(桂田祐史)2.可視化アルゴリズムの開発(今井)3.スペクトル選点法による非線形大型計算の高速化(今井)4.対話型システムの開発(今井)4.各種研究会の開催5.大規模計算のアルゴリズム開発のための設備の導入我々「非線形大型計算とその可視化」班は,研究計画に基き次のような成果を挙げることが出来た.1.非線形系の応用解析1.磁場のもとの熱対流現象の数学的定式化(中村正彰)2.粘性流体において境界での摩擦を考慮したモデルの考案と変分不等式による定式化(藤田宏,河原田秀夫)4.非線形固有値の解の列の収束を解析した(渡辺二郎)5.体積変化を考慮したStefan問題のモデルの提案と数値解析(花田孝郎)6.形状設計問題へのファジ-理論の導入したモデルの解析(河原田,名取亮,今井仁司,花田)7.渦有りの完全流体モデルの分岐の解析(岡本久,東海林まゆみ)8.界面の発展方程式の解析(陳薀剛)2.発展系に対する数値解析1.簡約化磁気ベナ-ル系の数値シミュレーション(今井,中村)3.コルモゴロフ流の分岐図の製作(岡本,東海林)4.平均曲率一定の曲面の数値シミュレーション(渡辺)5.界面の発展方程式の数値シミュレーション(陳)6.体積変化を考慮したStefan問題に数値解析(花田)9.自由境界をもつ流体の数値解析(仲間豊)3.計算アルゴリズムの開発1.代用電荷法のパッケージの作成(桂田祐史)2.可視化アルゴリズムの開発(今井)3.スペクトル選点法による非線形大型計算の高速化(今井)4.対話型システムの開発(今井)4.各種研究会の開催5.大規模計算のアルゴリズム開発のための設備の導入1.以下の非線型現象に対する数理的解析とモデルの導出と数値シミュレーションをを行った。磁場のもとの熱対流問題の解析(中村)と簡約化モデルの導出し数値シミュレーションを実行し分岐図を作成するとともにアトラクターの性質を解析した(中村,今井),体積変化などを考慮したステファン問題の自由境界を解析した(花田,河原田,今井,名取),コルモゴロフ流の分岐図の作成した(岡本,東海林),形状設計問題へのファジイ理論を応用した(今井,河原田,名取)。2.流れに現れる自由境界表面の挙動を解析した(河原田)。3.大規模計算のためのランチョス法のアルゴリズムを開発した(名取)。4.非定常プシネスク方程式の解析,流れを持つ境界条件つきのナヴィエ-ストクス方程式を解析した(森本)5.ポテンシャル問題のための高速解法を提唱した(岡本,桂田)。6.定常ナヴィエ-ストークス方程式の分岐を解析した(岡本,桂田,東海林)。7.谷口雅治(東大数理科学科),田宮稔士(川鉄テクノ),恩田智彦(花王文理研),藤代一成(お茶の水女子大)の諸氏と分担者を講師とする研究打ち合せ集会を日本大学と電気通信大学を会場として7回開催し非線型,可視化等の問題について研究討議した。8.大規模シミュレーションのアルゴリズム開発のためにワークステーションサンスーパースパーク10を導入した。9.可視化アルゴリズム,相転移,ウェーブレットなどの文献を収集した。本年度の計画にもとずいてつぎのように研究を実行した.1.粘性流体に境界での摩擦を考慮したモデルを考案し解析(藤田,河原田).合金の相分離のモデルを解析(中村).磁場のモデルを解析した(河原田).2.Navier-Stokes方程式の可解性の境界でのflux conditionの関係を示す例をみつけ解析した(森本).表面張力波についての解析(岡本,東海林).流体の方程式における分岐の解析(岡本,東海林,桂田).これらの数値シミュレーションの実行.3.自由境界をもつ熱対流の解析(花田,今井,名取,河原田).磁場を考慮した熱対流の解析(今井,中村).同時に数値シミュレーションも実行した.4.界面の解析に関連する平均曲率流の解析と数値シミュレーションの実行(陳)

.5.ポテンシャル問題の解決に寄与する代用電荷法を解析した(岡本,桂田).6.CTスキャンの原理であるラドン変換について解析と数値シミュレーションの実行(渡辺,花田).7.曲線データの処理について解析した(花田,今井).8.徳島大学で10大学,5企業からの参加者によって8月10日13日に研究集会を開催した(今井,中村).9.クズネツォフ教授(ロシア科学アカデミー),余偉明助手(電気通信大学),奥田由紀夫(大林組),神保秀一(北大)の諸氏と分担者を講師とする研究会および研究連絡打ち合せを日本大学を会場として開き非線形,可視化の問題について研究討議した.10.日大,北海道東海大,徳島大にパソコンなどを導入した.我々「非線形大型計算とその可視化」班は研究計画に基き次のような成果を挙げることが出来た.1.非線形系の応用解析1.簡約化磁気ベナ-ル系のアトラクターの収束の解析(中村正彰,今井仁司)2.粘性流体において境界での摩擦を考慮したモデルの考案と変分不等式による定式化(藤田宏,河原田秀夫)4.形状設計問題へのファジ-理論の導入したモデルの解析(河原田,名取亮,今井,花田)5.渦有りの完全流体モデルの分岐の解析(岡本久,東海林まゆみ)6.界面の発展方程式の解析(陳薀剛)2.発展系に対する数値解析1.簡約化磁気ベナ-ル系の数値シミュレーション(今井,中村)3.渦ありの流れの解析(岡本,東海林)4.界面の発展方程式の数値シミュレーション(陳)5.堆積変化を考慮した凝固問題の数値解析(花田)3.計算アルゴリズムの開発1.代用電荷法のパッケージの作成(桂田裕史,岡本)2.可視化アルゴリズムの開発(今井)3.スペクトル選点法による非線形大型計算の高速化(今井)4.対話型システムの開発(今井)4.明治大学理工学部,北海道東海大学にCRT等を導入した.