hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アト秒ピコメートル精度の時空間コヒーレント制御法を用いた量子/古典境界の探索

アト秒精度のコヒーレント制御法を固体に応用するとともに、気相孤立分子中の波束を高強度近赤外レーザーパルスで変調するデコヒーレンス模擬実験を行うことによって、量子/古典境界を探索するための実験ツールを開発することに成功した。本研究は、物質の量子力学的な波の性質が失われて行く過程(デコヒーレンス)を、超音速ジェット中の孤立分子集団、極低温パラ水素固体中の不純物分子、およびバルク固体といった様々な環境下で検証し、分子科学の立場から量子-古典境界に関する理解を深める事を目的としている。我々のアト秒位相変調器(APM)は、真空チャンバー内で高度に安定化されたマイケルソン型干渉計である。APM内の二つの光路のうち、一方の光路には、気体セルが挿入されており、この圧力を調節することによって二つのフェムト秒(fs)レーザーパルスの相対位相をアト秒レベルの安定性と分解能で操作することができる。本年度は、APMと超音速ビーム中のヨウ素分子を組み合わせたデコヒーレンスシミュレーター実験を進めた。具体的には、APMから出力されたfsレーザーパルス対のうち、1発目のパルスによってヨウ素分子のB状態ポテンシャル上に振動波束が発生した後に、高強度赤外fsレーザーパルス(decohereパルス)でポテンシャルに動的な歪みを加え、その後2発目のパルスによってできた2個目の波束と1個目の波束とのインターフェログラムを測定した。その結果、decohereパルスによって波束の量子位相がずれる事、さらにdecohereパルスのタイミングを調節する事により、位相のずれ方を制御できることが明らかになった。さらに、APMを用いた量子干渉実験を、液体ヘリウムクライオスタット内に作製した固体パラ水素中の非局在化したバイブロン状態に対して行い、二つのバイブロン波動関数の干渉を制御する事に成功している。フェムト秒レーザーパルスによってヨウ素分子のB状態ポテンシャル上に振動波束が発生した後に、高強度赤外fsレーザーパルス(decohereパルス)でポテンシャルに動的な歪みを加えることによって、デコヒーレンスの模擬実験を行うことができる。本年度は、このシミュレーター実験の成果の一部(ポピュレーション制御)をNature Physics誌に発表し世界的な反響を呼んだが、位相制御については論文発表のために追加実験が必要であることがわかったので、これを開始した。具体的には、以前は波長800nmのdecohereパルスを用いていたが、これだとイオン化や分子解離などの競合過程が無視できないので波長を1400nmに変更した。既に上述のポピュレーション制御実験において、1400nmでは800nmの場合に比べて競合過程を大幅に低減出来ることがわかっている。また、液体ヘリウムクライオスタット内に作製した固体パラ水素中の非局在化したバイブロン(vibron)状態に対して波動関数の干渉を制御する事に成功し、論文発表の準備を進めた。(1)凝縮系におけるデコヒーレンスの検証とコヒーレント制御の開発固体パラ水素に対してアト秒精度でタイミングを制御された誘導ラマン励起列を適用することによって、結晶中で非局在化したフレンケル型の励起子の量子干渉をほぼ完璧に制御することに成功した。バルク固体中の量子/古典境界を探索するための新しい実験ツールとして期待される。この成果は国際的な科学誌に投稿済みである。YBa_2Cu_3O_<7-δ>の超伝導性と強く結合していると考えられるフォノンモードをアト秒精度で間隔が制御されたフェムト秒レーザーパルス列を使って選択的に励起することに成功した。光で超伝導を制御するための第一歩として期待されている。本成果は、英国の王立化学会の招待論文として発表された。テラヘルツ領域の精密パルス整形技術を用いて、ビスマスのバルク結晶中の直交する二つのフォノンモードをコヒーレントに重ね合わせることによって、バルク固体中の原子の2次元運動を自在に制御することに初めて成功した。本手法は、「直交する二つの運動を重ね合わせると2次元運動になる」という単純で堅牢な原理に基づいており、様々なバルク固体に適用し得る普遍的なものである。(2)デコヒーレンス制御法の開発孤立ヨウ素分子内に発生させた振動波束は、徐々に空間的に広がりつぶれて行くが、この過程を高強度の赤外クェムト秒レーザーパルスを用いて遅らせたり早めたりすることに成功した。多体相互作用によるデコヒーレンスを制御する為の実験ツールとして期待される。
ナラティヴ・エシックスに基づく精神看護倫理教育方法の開発と効果の検証

本年度は「精神科看護師の倫理的感受性を高めるためのナラティヴ・エシックスに基づく倫理教育プログラム」の試案を実施し、効果を検証した。また、全ての領域の看護師を対象に、日本看護倫理学会第11回年次大会のワークショップにて本プログラムを実施した。本プログラムは、1クール3回(1回3時間)を2クール行い、計33名の精神科看護師が参加した。内容は1ナラティヴ・エシックスの解説、2研究者らが収集・分析した精神看護の倫理的ナラティヴのモデル事例の紹介、3独自のガイドを用いたグループワークとした。毎回アンケート調査を実施し、99%の参加者がナラティヴ・エシックスによる事例検討はよかった・とてもよかったと回答した。自由記載では【自分の経験が想起される】【他者と語ることで考えの幅が広がる】【自分が抱いていた感覚が保証される】【現場で取り組む勇気をもらう】等の体験がなされたことが明らかになった。また、参加者のうち過去3年以内に精神科病棟で勤務経験のある対象者(N=25名)にプログラム前後で「精神科看護師が体験する倫理的問題の頻度と悩む程度(FEEP43)」「道徳的感受性質問紙日本語版(J-MSQ2017)」を用いて効果測定を行った結果、プログラム前後でFEEP43の合計の平均得点は、倫理的問題に出会う頻度・悩む程度ともに有意差は認められなかった。J-MSQ2017は「患者がよいケアを受けていないと気づく能力が私はとても高いと思う」の項目がプログラム後に有意に高くなっていた。さらに、日本看護倫理学会第11回年次大会のワークショップで本プログラムを実施した。参加者は50名であり、感想では「一般病棟でも出会う事例で、普段は自分の中に押し込めていた感覚が刺激された」「語ることで看護を見つめる作業になり、倫理的な気づきが得られた」等が挙げられ、精神科以外の看護師にも適用できる可能性が示唆された。本研究の目的は、さまざまな人々がそれぞれに固有のナラティヴ(物語)を持ち、それらのナラティヴが相互に行き交う中で倫理的問題の解決が導かれるとするナラティヴ・エシックスの観点から、精神科臨床における倫理的問題を探求し、看護師らが経験する倫理的問題のナラティヴと、精神障害者のナラティヴとを羅生門的に複合させることで、看護師らの倫理的感受性を高めるためのナラティヴ・エシックスに基づく精神看護倫理教育の方法を開発し、その効果を検証することである。本年度の研究実施計画は、1.ナラティヴ・エシックスの方法について、ナラティヴ・エシックスの関連の文献、患者のストーリーを重視する点でナラティヴ・エシックスと同一線上にある医療人文学の知見、タイダルモデルに関する文献も含め、広く文献検討を行い、この分野の動向を把握するとともに、研究の焦点・方法を精緻化し、ナラティヴ・エシックスの臨床への応用方法について明らかにする。2.精神科病院に勤務する看護師20名を対象に、倫理的問題についてのナラティヴを収集し、Reissmanのテーマ分析の手法によりナラティヴ分析を行い、倫理的ナラティヴのモデル事例を複数構築するとした。研究者らは月1回程度の会議を行い、ナラティヴ・エシックスに関して、医療倫理学や看護倫理学などの観点から国内外の文献検討を行った。その後、研究目的を精神科病院に勤務する看護師が体験する倫理的問題についてのナラティヴを収集し、その共通要素とヴァリエーションを明らかにすることを通して、精神看護の倫理的ナラティヴのモデル事例を複数構築することとした研究計画書を作成し、本学倫理委員会に申請を行い承認された。研究者らのネットワークを通じて、協力を得られた精神科病院や病棟で勤務経験のある看護師にインタビュー調査を実施中である。ナラティヴ・エシックスに関する文献検討は予定通り遂行している。精神科病院や病棟で勤務経験のある看護師を対象としたインタビュー調査や分析については、研究計画書の作成、倫理委員会での審査に時間を要し、インタビュー調査の開始が予定より遅れたため、現在、インタビュー調査中であり、分析を同時に進めているがモデル事例の構築まで至っておらず遅れている。本年度の研究実施計画は、1.精神障害者を経験した人々の手記、当事者の研究等を収集し「Partnership or Pretence」を参照しながら、専門家と当事者のパートナーシップを基軸に精神障害者の経験を倫理的な観点から分析し、看護師の倫理的感受性を高めるための精神看護の倫理教育に活用するため類似化する。2.「タイダルモデル」について英国での視察・研修を通して深める。3.平成27年度のナラティヴ分析、1の当事者の経験のナラティヴ分析、2のタイダルモデルの研修を総合することで、精神科看護師のナラティヴ・エシックスの倫理教育を枠組みを考案し、内容を構成する。4.以上と同時並行し研究者らがこれまでに開発した「精神科看護師が体験する倫理的問題の頻度と悩む程度」の質問紙をさらに精錬し、平成29年度に実施する倫理教育プログラムの効果測定の尺度とするであった。1.精神障害者を経験した人々の手記、当事者の研究等を収集し、精神看護の倫理教育に活用するための類似化を進めた。2.「タイダルモデル」について英国での視察・研修を予定していたが、先方に問い合わせたところ、現在研修受け入れを実施していないとのことであったので、世界精神保健連盟(WFMH)の学会「The World Federation for Mental Health International Conference 2016」へ参加し、当事者が経験を話すセッションや発表に参加し、当事者の経験を倫理的な観点から把握した。

3.精神科看護師のナラティヴ・エシックスの倫理教育の枠組みを考案し内容を構成するについて、平成27年度に聴取した看護師の体験する倫理的問題について、ナラティヴ分析を行い、類型化によりモデル構築しているところである。4.倫理教育プログラムの効果測定の尺度について、過去の研究尺度を検討中である。タイダルモデルを実施している英国の団体に交渉したが、先方が現在、研修受け入れを実施していないということで、このモデルの研修は実現できず、当事者の経験の倫理的観点からの分析が遅れている。倫理教育プログラムの効果の測定を行う尺度を検討中であるが、予定より精錬が遅れている。本年度の研究実施計画は、1.「精神科看護師の倫理的感受性を高めるためのナラティヴ・エシックスに基づく倫理教育プログラム」(試案)を作成し、精神科看護師を対象に実施し、その効果を評価する。倫理教育プログラムでは、これまで使用したナラティヴを教材として用いる。効果測定の尺度には、「精神科看護師の倫理的感受性尺度」(MST)と研究者らが開発した「精神科看護師が体験する倫理的問題の頻度と悩む程度」(FEEP43)の質問紙を洗練したものを用いる。2.1の結果を踏まえ、「精神科看護師のためのナラティヴ・エシックスによる倫理教育プログラム」を完成させるとともに、成果を国内外の学会に発表し、論文投稿を行うであった。1.「精神科看護師の倫理的感受性を高めるためのナラティヴ・エシックスに基づく倫理教育プログラム」の試案の作成、実施、評価について、試案の作成は行ったが、実施、評価には至ってない。試案は、平成27年度に聴収した精神科病院に勤務する看護師が体験する倫理的問題について、ナラティヴ分析を行い、その共通要素とヴァリエーションを明らかにすることを通して、精神看護の倫理的ナラティヴのモデル事例を複数構築した。モデル事例の構築においては、海外の看護倫理の専門家であるAnne Davis博士からスーパービジョンを受け、精錬した。効果測定の尺度は検討中である。2.1の結果を踏まえ、「精神科看護師のためのナラティヴ・エシックスによる倫理教育プログラム」を完成し、その成果を国内外の学会に発表し、論文投稿を行うことについて、倫理教育プログラムの試案を作成したが、完成や成果の発表には至っていない。研究代表者が病気であり治療中のため、「精神科看護師の倫理的感受性を高めるためのナラティヴ・エシックスに基づく倫理教育プログラム」の試案は作成したが、実施、評価、成果の発表はできず、予定より遅延している。本年度は「精神科看護師の倫理的感受性を高めるためのナラティヴ・エシックスに基づく倫理教育プログラム」の試案を実施し、効果を検証した。また、全ての領域の看護師を対象に、日本看護倫理学会第11回年次大会のワークショップにて本プログラムを実施した。本プログラムは、1クール3回(1回3時間)を2クール行い、計33名の精神科看護師が参加した。内容は1ナラティヴ・エシックスの解説、2研究者らが収集・分析した精神看護の倫理的ナラティヴのモデル事例の紹介、3独自のガイドを用いたグループワークとした。毎回アンケート調査を実施し、99%の参加者がナラティヴ・エシックスによる事例検討はよかった・
ガラス化法による女性配偶子の凍結保存に関する研究

生殖細胞の凍結保存は、若年女性における癌化学療法や放射線治療による卵巣機能障害の予防として有用である。未受精卵の凍結保存は、妊娠出産例の報告が散見されるが、臨床応用されるレベルに到達していない。従来より受精卵の凍結保存にはプログラムフリーザーを用いた緩慢凍結法が行われてきたが、特別な機器を必要としないガラス化法による受精卵の凍結保存が行われるようになった。今回、ヒト未受精卵におけるガラス化法による凍結保存に関する基礎的研究を行った。ガラス化法では高濃度の耐凍剤を使用するため、卵に対する耐凍剤の化学的毒性が問題となる。また細胞膜透過型の耐凍剤は、卵の活性化を引き起こすことが知られているが、卵の活性化には細胞内カルシウム濃度の上昇が関係している。しかし、細胞内カルシウムの持続的な上昇は細胞にとって致死的な障害を与える。平成13年度は、マウス未受精卵を用いて細胞膜透過型耐凍剤であるエチレングリコールの細胞内カルシウム濃度に及ぼす影響を検討した。マウス未受精卵は、エチレングリコール投与により細胞内カルシウム濃度が濃度依存性に上昇し、10%濃度以上ののエチレングリコール投与により卵細胞はすべて死滅した。細胞外カルシウムを除去した培養液で10分間インキュベートした後、同様にエチレングリコールを投与すると、細胞内カルシウム濃度の上昇は抑制された。また10%濃度のエチレングリコール投与によっても、卵細胞はすべて生存した。マウス未受精卵において、細胞膜透過型耐凍剤による細胞内カルシウム濃度の上昇を抑制することによって、高濃度の耐凍剤による化学的毒性が軽減される可能性が示唆された。平成14年度は、ヒト体外受精胚移植治療患者の未受精卵を用い(インフォームドコンセントを得た後)、エチレングリコールと細胞内カルシウム濃度の変化について検討した。ヒト未受精卵では、エチレングリコール投与により細胞内カルシウム濃度は一過性に上昇したが、ほとんどの細胞は生存した。ヒト未受精卵は、マウス未受精卵と比較し細胞内カルシウムのバッファリング能が大きいと考えられた。そこで、マウス未受精卵を用いて細胞膜透過型耐凍剤であるエチレングリコールの細胞内カルシウム濃度に及ぼす影響を検討した。
低しきい値量子細線レーザーの作製とその発振特性の物理

MBEへき開再成長T型GaAs量子細線の利点を生かして、量子細線レーザーの低しきい値発振を行い、そしてそれらのデバイスが示すレーザー発振特性と光学物性・光学応答を定量計測し、量子細線レーザーの利点や性能が上記の最初の理論予測どおりなのかどうかを検証した。15-20周期の量子細線を活性層に用いた垂直配置p-n接合を有する電流注入量子細線レーザー、そのp型とn型を逆に配置した転置型電流注入量子細線レーザー、平行配置p-n接合を有する電流注入量子細線レーザーなど、非ドープおよびn型変調ドープ単一量子細線レーザーなど各種のデバイスに対して、電流注入と光励起により非中性及び中性の電子正孔分布を形成し、利得スペクトルやピーク利得の定量評価を行い、半導体ブロッホ方程式理論をもとに、定量的理論計算を行い比較を行った。全体的なスペクトル形状に関して定量的な良い一致が得られた一方、低エネルギーテイルの部分の不一致が明らかになった。本研究では、量子細線レーザーを用いて0.1mA程度以下の低しきい値をへき開再成長T型量子細線の利点を生かして実現し、低しきい値の量子井戸レーザーと比較し、そしてそれらのデバイスが示すレーザー発振特性と光学物性を計測し、量子細線レーザーの利点や性能が上記の最初の理論予測どおりなのかどうかを検証することを目的とする。制御性が高くラフネスや界面損傷が極めて少ないへき開再成長丁型量子細線レーザーを用い、共振器端面への誘電体多層膜形成と注入構造や界面品質の改善などを行って、O.1mA程度以下の世界最低しきい値での量子細線のレーザー発振を目指した。これまでの最低しきい値電流0.27mAは、p層とn層が平行に配置された20周期丁型量子細線レーザーにおいて30Kで得られたものである。この直接の改良としてp層とn層が平行に配置された単一丁型量子細線レーザー、また、別のアプローチとしてp層とn層が垂直に配置された15周期T型量子細線レーザーの結晶成長を行い、プロセスと、端面アズクリープでのデバイス評価を行った。利得の絶対値は小さいが0.1mA程度の低い透明電流が得られており、端面高反射コートにより低しきい値発振が可能と思われる。さらに、バランスおよびインバランスの場合の電子系・正孔系・電子正孔系の利得特性を任意の濃度かつ温度で調べることを目指し、ハートリーフォック近似理論をもちいて利得特性・スペクトルの計算を詳細に行った。また、実験で、電流注入型のT型量子細線レーザーに対して立体的な光学励起配置を工夫して、光励起を併用できるようにした。そして、実際に、光励起により等濃度の電子正孔対を付加することで、様々な濃度の電子および正孔が注入された際の利得を計測した。H21年度にもこれらの研究を継続し進展させる。本研究では、量子細線レーザーの低しきい値発振をへき開再成長T型量子細線の利点を生かして実現し、そのデバイスが示すレーザー発振特性と光学物性の計測から、量子細線レーザーの利点や性能が上記の最初の理論予測どおりなのかどうかを検証することを目的とする。そして、1980年台に提案予測された種々の効果や機構が理解解明し、低次元ナノ構造レーザー研究・開発の学術的基礎を築くことを目指している。光励起により半導体レーザー中にキャリア生成を行った場合は中性の電子正孔系が形成されるが、p-n接合から電流注入を行った場合には一般に非中性の電子正孔系が形成される。そこで、同一の量子細線LD試料に対して、光励起と電流注入により励起を行って導波路放出光スペクトルを測定し、そこからハッキ-パオリ-キャシディーの方法で利得スペクトルを求めた。中性電子正孔系の形成が期待される光励起の場合は従来のノンドープ系で得られている利得の特徴をよく再現した。一方、電流注入の場合には、利得ピークのレッドシフトやブロードニングなど新たな特徴が観測され、非中性電子正孔系における余剰キャリアの影響として解釈された。さらに、光学利得における余剰キャリアの影響をより明確に見るために、n型変調ドープによって余剰電子ガスを有する単一量子細線レーザーとノンドープの同型試料とを作製し、高反射コートを施したうえで光励起によって利得の形成の様子を比較した。非中性系では状態占有のため非常に低い光励起密度において利得が発生し、低しきい値でレーザー発振することが観測された。また、得られた利得スペクトルは、静的遮蔽ハートリーフォック計算と良い一致を示した。

本研究では、へき開再成長T型量子細線の利点を生かして量子細線レーザーの低しきい値発振を行い量子井戸レーザーと比較し、そしてそれらのデバイスが示すレーザー発振特性と光学物性・光学応答を定量計測し、量子細線レーザーの利点や性能が上記の最初の理論予測どおりなのかどうかを検証することを目的とした。15-20周期の量子細線を活性層に用いた垂直配置p-n接合を有する電流注入量子細線レーザー、そのp型とn型を逆に配置した転置型電流注入量子細線レーザー、平行配置p-n接合を有する電流注入量子細線レーザーなど、各種のデバイスに対して、電流注入と光励起により非中性及び中性の電子正孔分布を形成し、利得スペクトルやピーク利得の定量評価を行った。光励起により半導体レーザー中にキャリア生成を行った場合は中性の電子正孔系が形成されるが、p-n接合から電流注入を行った場合には一般に非中性の電子正孔系が形成されるので、同一の量子細線LD試料に対して、光励起と電流注入により励起を行って非中性の効果を抽出し、それが低しきい値化に有効に寄与しうるかどうかを系統的に調べた。単一量子細線電流注入レーザーに、誘電体多層膜による高反射コーティングを施し、究極の低しきい値レーザー発振を試みた。低透明電流を示すデータは得られたが、発振には至らなかった。断面積の小さいナノ構造を活性層に用いた場合の、吸収や利得を定量的に効率よく評価するための手法が開発された。測定系の絶対感度校正のために、過去にルミノール化学発光やホタル生物発光などに用いるため開発した生物化学発光絶対光量計測装置の校正用ツールの改造・活用を行った。
垂直配向単層カーボンナノチューブ膜の伝熱特性

分子動力学シミュレーションを用いて,単層カーボンナノチューブの熱伝導特性の構造依存性を明らかにした.また,膜材料として応用する際に重要となる周囲材料との相互作用の伝熱特性に対する影響について詳細な解析を行い,フォノンの周波数や波数に依存した界面熱抵抗のメカニズムを明らかにした.さらに,実験において垂直配向単層カーボンナノチューブ膜の熱伝導率を計測し,バルク材料及び一本当たりとしての伝熱を評価した.分子動力学シミュレーションを用いて,単層カーボンナノチューブの熱伝導特性の構造依存性を明らかにした.また,膜材料として応用する際に重要となる周囲材料との相互作用の伝熱特性に対する影響について詳細な解析を行い,フォノンの周波数や波数に依存した界面熱抵抗のメカニズムを明らかにした.さらに,実験において垂直配向単層カーボンナノチューブ膜の熱伝導率を計測し,バルク材料及び一本当たりとしての伝熱を評価した.複合材料等の単層カーボンナノチューブの工業的な応用を念頭に入れた場合,他の物質との間の伝熱作用が重要となる.そこで,単層カーボンナノチューブと様々な周囲物質との間の界面に着目して分子動力学計算により伝熱評価を行った.まず,単層カーボンナノチューブと触媒金属や,単層カーボンナノチューブと簡単にモデルした周囲材料に関して,非平衡分子動力学解析を用いて,界面熱抵抗を定量化した.また,界面熱抵抗の周囲材料の相や単層ナノチューブの長さへの依存性も明らかにした.さらに,フォノンモードごとのエネルギー伝達を求めることによって,界面エネルギー伝達のメカニズムを検討た.加えて,界面相互作用による単層ナノチューブのフォノン輸送の阻害効果を評価した.次に,薄膜3ω法を用いて垂直配向単層カーボンナノチューブ膜の基板垂直方向の熱伝導率を実験的に計測した.石英基板上に合成した単層カーボンナノチューブ膜にアルミ電極を蒸着し,交流加熱をすることによって計測を行った.また,膜内の電気伝導や界面熱抵抗等の影響を見積もり,薄膜3ω法の妥当性について検証した.一本あたりの熱伝導率に換算すると,比較的高い平均値が得られたものの,解析で期待される程ではなかった.計測したVA-SWNT膜の物性と電子顕微鏡で観察される構造との相関を基に,欠陥等の影響をより詳細に調べる必要があり,それに向けた解析と実験を併せた研究基板の構築を進めた.前年度に引き続き,単層カーボンナノチューブの熱・電子テバイスヘの応用上重要になる周囲物質との間の伝熱作用に関する解析を行った.前年度に開始した,単層カーボンナノチューブと触媒金属や単層カーボンナノチューブ複合材に関する系に加えて,基板上の単層カーボンナノチューブや,層状や束状の単層カーボンナノチューブにおける界面の伝熱に与える影響に関して大規模分子動力学計算を展開し,実用環境での単層カーボンナノチューブの伝熱問題を多岐に渡って検証した.特に,界面でのエネルギー伝達や周囲材料の単層カーボンナノチューブの内部熱伝導に与える影響のメカニズムを詳細に調べるため,フォノンモードごとの動力学を抽出する方法を実践し,周囲環境がフォノンモードおよびその緩和に与える影響を明らかにした.その結果,周波数や波数領域によって界面の作用が大きく異なることが明らかになり,現象のモデル化に向けた知見を得ることに成功した.また実験においては,前年度に構築した薄膜3ω法とレーザーフラッシュなどの非接触型の熱伝導計測法を併せて,単層カーボンナノチューブの配向膜の基板垂直方向への熱伝導評価を行った.厚さや合成条件の異なる膜に関して測定を行った結果,いずれもグラファイトと同程度の温度拡散率を有することが明らかになった.これは理想的な単層カーボンナノチューブに期待される値と比較すると劣る値であるが,上述の数値計算によって得られた知見を基に単層カーボンナノチューブ膜の合成条件や周囲材料との界面を制御することで,さらなる向上が見込まれる.
生体肝移植術後の血栓性微小血管障害症の病態解明とグラフト肝機能の改善を目指して

生体肝移植において術後早期のグラフト肝機能不全が問題となるが、その一因として血栓性微小血管障害症(thrombotic microangiopathy:TMA)が注目されている。TMAでは微小血管内でvon Willebrandfactor (vWF)が血小板と重合体を形成することで微小血栓が生じ、臓器障害へと至る。肝移植術後はvWF切断酵素であるADAMTS13が低下し、移植後TMAと関係する。本研究ではラットの70%肝切除モデル、70%部分肝移植モデルを用い、肝移植後TMAの病態を解明するとともに、recombinant ADAMTS13を用いた治療効果についても検討する。
口腔癌の浸潤・転移におけるがん幹細胞マーカーの発現と役割

がん組織の化学放射線療法抵抗性を示す要因としてがん幹細胞が注目されているが、近年、がん細胞が上皮間葉移行(EMT)を起こすことでがん幹細胞様性質を獲得し、浸潤・転移能が亢進する可能性が指摘されている。我々は口腔癌細胞株であるHSC4にsnailを導入しEMTを誘導させ、それらの細胞株がの幹細胞マーカーのmRNA発現量が増加することを確かめた。以上のことから口腔癌細胞株においてEMTが誘導されるとがん幹細胞様性質を獲得することが示唆された。以上より口腔扁平上皮癌細胞株における浮遊培養は幹細胞様性質に細胞が変化する、もしくは元々の細胞集団に一定数いた幹細胞様性質の細胞のみが培養される可能性が示唆された。我々の仮説では口腔癌細胞がEMTを獲得しさらに転移能を獲得する過程で癌幹細胞へと変化してくと仮定した。そこで我々は口腔癌細胞株であるHSC-4とで強力なEMT誘導因子であるsnailを導入しEMTを起こしていることを確認している当科で樹立した口腔癌細胞株Snail/HSC-4を用いてmicroアレイによる癌幹細胞マーカーの遺伝子発現を比較した。結果は増殖能マーカーであるEGF2.56倍、KITLG2.78倍と増大していたがEGFRは0.71倍に低下しており、増殖能の亢進は示唆されたが坑EGFR抗体に対する感受性が低下している可能性が示唆された。多分化能マーカーであるLIN28A、c-MYC、nanogの発現量の変化は認めなかった。浸潤能マーカーのAXLは2.44倍、IL8は2.2倍に増大していた。また薬剤耐性能マーカーのALDH1は6.16倍と著名に発現が亢進していた。この結果より当初我々が予測していた多分化マーカーの発現亢進は認めなかったが癌幹細胞の特徴である抗癌剤耐性がEMTを起こすことにより亢進する可能性が示唆された。snailはE-cadherinの強力な抑制因子であるが薬剤耐性との関連性は不明である。また口腔癌細胞株を用いた浮遊培養による幹細胞様細胞のセレクションによるリアルタイムPCRでも接着培養と比較しALDH1の発現は複数の口腔癌細胞株で著名に発現が亢進していた。我々は浸潤能と転移能に着目して研究を進める計画であったが、EMTと抗癌剤耐性に関しても今後検討していく予定である。当科で手術を行った口腔扁平上皮癌患者の免疫染色による癌幹細胞マーカーの発現の検索が進んでいない。臨床的経過をカルテから調べデータベース化するのに時間が当初より時間がかっかたが今年度に臨床データをまとめて学会発表したため早急にとりかかる予定である。本研究では口腔癌細胞が浸潤能を獲得するためには上皮細胞である口腔粘膜細胞が組織内部に浸潤するために間葉系細胞様性質を獲得するという上皮間葉移行(EMT)の仮説をもとにしている。EMTが進むと更に先祖返りが進み、幹細胞様性質を獲得し、より癌の悪性度が高まるのではないかと考えている。多くの固形癌のがん幹細胞マーカーが発現している癌細胞は抗癌剤耐性を示すことが示されている。そこで我々は口腔癌扁平上皮癌細胞株HSC-4に対して間葉系細胞マーカーであるsnailを遺伝子導入しHSC-4 snail株を作製して、親株と比較実験を行ったところ浸潤能と遊走能の亢進を認めた。このことから間葉系マーカーであるsnailの遺伝子導入によりEMTが引き起こされることが明らかになった。またEMTが幹細胞様性質を亢進させるかどうかを確かめるためにまずスフィアアッセイにてスフィア形成能を比較した。その結果、HSC-2 snail株でスフィア形成能の亢進を認め、snail導入により引き起こされるEMTが幹細胞様性質も誘導する可能性が示唆された。次にHSC-4 snail株においてが幹細胞マーカー発現が変化しているかを確かめるため親株とHSC-4 snail株のマイクロアレイを行い比較したところ、がん幹細胞マーカーであるALDH1、EGF、KITLG、AXL発現の上昇を認めた。今後、当施設で根治術を行って予後が明らかな症例の病理切片におけるこれらの幹細胞マーカーの発現を調べ、予後との関連を明らかにする予定である。他業務の責任者となり、業務量が増え研究に時間がとれなかった。本年度は他業務の業務量を整理して研究時間の確保にめどが立ち、研究時間を確保できる見込みがついたので研究計画通りの研究を行う予定である。そこで我々は口腔癌扁平上皮癌細胞株HSC4に対して間葉系細胞マーカーであるsnailを遺伝子導入しsnail-HSC4を作製して、親株と比較実験を行ったところ浸潤能と遊走能の亢進を認めた。

またEMTが幹細胞様性質を亢進させるかどうかを確かめるために次にsnail-HSC4において幹細胞マーカー発現が変化しているかを確かめるためsnail-HSC4とHSC4をマイクロアレイを行い比較したところ、幹細胞マーカーの上昇を認めた。次にスフィアアッセイにてスフィア形成能を比較したところsnail-HSC4のスフィア形成能の亢進を認めた。このことからsnail導入により引き起こされるEMTは、がん幹細胞様性質を獲得する可能性が示唆された。次に生検切片を用いてBmi1の免疫組織学的染色を行ったところ、癌に隣接する正常口腔粘膜上皮では有棘層細胞のみに発現し、癌組織では癌細胞のほとんどの核に発現していたが、癌組織に隣接する異型口腔粘膜上皮の基底層細胞の核の染色を認めた。以上の結果より口腔扁平上皮癌においてsnailが誘導するEMTががん幹細胞様性質の獲得と関連することが示唆された。がん組織の化学放射線療法抵抗性を示す要因としてがん幹細胞が注目されているが、近年、がん細胞が上皮間葉移行(EMT)を起こすことでがん幹細胞様性質を獲得し、浸潤・転移能が亢進する可能性が指摘されている。我々は口腔癌細胞株であるHSC4にsnailを導入しEMTを誘導させ、それらの細胞株がの幹細胞マーカーのmRNA発現量が増加することを確かめた。以上のことから口腔癌細胞株においてEMTが誘導されるとがん幹細胞様性質を獲得することが示唆された。口腔癌細胞株の浮遊培養における最適な条件を調べる予備実験に時間がかかった。またフローサイトメトリーを行う予定であったが実験スケジュールの構築や手技の習得に時間がかかっている。口腔扁平癌細胞株を浮遊培養で培養し癌幹細胞様細胞をセレクションした後に癌幹細胞マーカーの発現を網羅的に接着培養癌細胞と比較する。またセレクションした細胞の走化能、浸潤能を比較する。また当科で手術を行った口腔扁平上皮癌患者の切除切片を免疫染色法を用いて癌幹細胞マーカーの発現と臨床的因子と比較する。研究時間の確保がもっとも大きな課題であったが、他業務にある程度めどが立てられるようになった。これまでの研究で当科で根治的治療を行ったヒト口腔扁平上皮癌症例の臨床的検討を行い、治療成績を明らかにしてきたため、今後は同症例の病理切片を用いて免疫組織下顎染色を行い、予後との関連を明らかにしていく予定である。口腔外科幹細胞マーカーの発現の違いにより口腔癌細胞株をフローサイトメトリーにて分類し、より幹細胞に近い性質の細胞集団を集め、マイクロアレイにて網羅的に遺伝子の発現量を調べる。そして口腔癌患者の手術組織切片を用いて免疫染色を行い、予後や転移、放射線化学療法の効果との関連を調べる予定である。口腔癌患者の切除切片を用いた免疫染色法による癌幹細胞マーカー発現比較の実験ができていないため抗体の購入を行っておらず繰越となった。研究計画では当施設で根治的治療を行った口腔扁平上皮癌症例の免疫組織化学染色を行い、予後との関連を調べる予定であったが、研究計画の遅れで実験ができていなかった。口腔癌細胞株の浮遊培養実験の遅れによりフローサイトメトリーとマイクロアレイができなかったため。今年度は免疫染色のためヒト幹細胞マーカーの抗体を購入し免疫染色を行う予定である。口腔扁平上皮癌症例におけるがん幹細胞マーカーの免疫組織化学染色を行い、予後との関連を調べる予定である。口腔癌細胞株を幹細胞マーカーの発現の違いによりフローサイトメトリーにてふるいわけを行いマイクロアレイにて網羅的に発現遺伝子を調べる予定で、その経費として用いる予定である。
自律型農作業ロボットシステムの構築に関する研究

前年度の研究成果を受け、屋外環境における車両の位置同定および不整理における高ロバストな車両の運動制御に関する研究を行った。その結果、以下に示すような結果が得られた。1.Radio Frequency(RF)タグとステレオカメラを用いた車両の自己位置同定法昨年度の研究にでは、RF測位によって農耕地での作業に必要な数十cmオーダーの精度を実現することはできなかった。そこで今年度においては、非線形性に対してロバストであり、近年注目されているUnscented Kalman Filter(UKF)を用いたRF測位のための理論の構築を行った。また、オドメトリの計測の精度向上のため、車輪のすべりの影響を受けないステレオカメラによるビジュアルオドメトリによる方法を提案した。そして、北海道農業研究センターにおいて自律トラクタを用いて実験を行い、車両の位置推定実験並びにこれまで提案した制御アルゴリズムと組み合わせた車両制御実験を実施した。その結果、車両の位置推定精度が大きく向上し、その推定精度はRFタグと高価な慣性計測装置(IMU)を用いて推定を行った場合と比肩するものとなった。また、車両の自律走行に関しても、その実現の可能性を示す結果が得られた。2.より厳しい走行条件・路面外乱に対応した車両の制御アルゴリズムの構築実際に果樹園で使用されている農薬散布用車両であるスピードスプレーヤはおよそ3.0m/sで運用されており、これまでの方法では路面外乱により誤差が増大する場合があった.そこで今年度においてはより高い速度における経路追従性能の向上を目指し、H∞制御の基づく経路追従制御則を設計した。また、路面の凹凸により車速が大きく変動していた問題を改善するため、速度制御系についても設計を行った。そして、UGVを用いて北海道農業研究センターの果樹園において走行実験を行った結果、3.5m/sにおいても安定した走行が実現された。また、勾配の急な牧草地における走行実験や、牽引車による重量変動を与えた実験も行い、経路追従性能及び速度制御性能双方において提案手法のロバスト性を検証した。自律型農作業ロボットシステムを実現する上で不可欠となる農作業環境(畑・果樹園)における車両の位置同定および高ロバストな経路追従制御に関する研究を行った。屋外における車両位置同定のための新たなデバイスとして注目されているRFタグを用いた拡張カルマンフィルタに基づく車両位置同定アルゴリズムを構築した。また、北海道農業研究センターの協力の下農耕地におけるRFデータの収集実験を実施し、提案手法の性能評価を行うための基礎的なデータを取得した。農作業環境におけるRFタグを用いた車両の位置同定法は世界的にも報告例がなく、今後様々な手法を考案し評価する上で非常に有意義なデータを取得することができた。2.果樹園におけるレーザレンジファインダ(LRF)を用いた車両の自律走行車両の旋回時のロバスト性の向上を図るため、これまで提案した制御アルゴリズムの改善を行った。LRFを用いた車両の自己位置同定法に関しても、これまでの拡張カルマンフィルタを用いた方法に加え、パーティクルフィルタに基づく初期誤差に対してロバストな車両位置同定アルゴリズムを実現した。そして、北海道農業センター内の果樹園において車両の自律走行実験を行い、自己位置同定法及び制御則の性能評価を行った.その結果、より高精度かつロバストな自律巡回走行に成功し、実環境での自律走行車両の実現に向けて大きく前進した。
地域大学に有効なイノベーションシステムとそのマネジメントモデルの開発に関する研究

本研究では、主にMITを筆頭に国際的な先進地の一つである米国ボストンの大手、中小各大学の事例調査を参考として、(1)大学のイノベーションシステムとくに研究(開発)と製品)開発、市場化の具体的・実際的プロセスを明らかにし、(2)そのプロセスを踏まえて地域大学に適した効果的・効率的なマネジメントモデル(イノベーションマネジメント)の開発を行った。本研究は、地域大学の研究・教育を地域のイノベーションへと結びつけていくための地域固有のイノベーションシステム(プロセス)とコンパクトなマネジメント手法に関する研究を目的にしている。平成17・18年度に研究を行なった産学公連携マネジメントはその中核になるものであるが、19年度以降に研究を行なうイノベーションマネジメントはより大学の研究自体のマネジメントに立ち入ったものであると考えている。その具体的なテーマは、(1)大学のイノベーションプロセスとくに研究と開発、市場化の具体的なプロセスを明らかにすること(2)そのプロセスを踏まえた効果的・効率的な研究開発を中心としたマネジメント手法とくに地域大学に適したコンパクトなマネジメント手法を開発すること、である。本年度は米国ボストン市その他の各大学の調査を踏まえて大学の研究開発プロセスとくに応用研究と製品開発の接点になる領域のプロセスおよびテクノロジーマーケティングについての詳細・具体的な研究を進めた。その際、とくに研究成果とイノベーションとの関連、大学の規模やマネジメントシステムとの関連、産学官連携ポリシーとの関連等に焦点あてた。その結果、とくに地域大学の研究と地域の「開発型」中小企業の製品開発との関係においては、大学の「知識移転」のあり方がイノベーションプロセスに大きく作用すること、効果的な研究開発は大学と企業の「知識共有化」の度合いに大きく関わることなどが明らかにできた。そこで、今後はこうした点に焦点をあててマネジメント手法の開発を行いたいと考えている。本研究の課題は、主にMITを筆頭に国際的な先進地の一つである米国ボストンの大手、中小各大学の事例の調査を参考として、(1)大学のイノベーションシステムとくに研究(開発)と(製品)開発、市場化の具体的・実際的プロセスを明らかにし、(2)そのプロセスを踏まえて地域大学に適した効果的・効率的なマネジメントモデル(イノベーションマネジメント)を開発することであった。その成果は次の通りである。(1)に関して。ShaneのMITのUniversity Spin-offsに関する議論を参考とすれば「原理の検証」と「プロトタイプ開発」の間のプロセスが最大の問題であるが、そのプロセスは研究と開発におけるマーケット・インのプロセス(テクノロジーマーケティングの領域)とベクトルの違う研究と開発を結び付けるプロセス(イノベーション・プロジェクトの領域)の2つのプロセスで構成されること、また、それを担う大学の機関としては米国では各種「センター」(出川通)およびインキュベータが機能していることを明らかにした。(2)に関して。(1)の2つのプロセスが機能するためには、技術移転をめぐる「移転領域」(Schmitt=渡辺俊哉)と企業の「吸収能力」(Cohen & Levinthal)の問題を調整し大学-企業間のマッチングを有効化するパートナーシップのマネジメント(Partnering)が必要である。それにはMITの(スポンサード)リサーチのマネジメントのような「システムとしてのマネジメント」が効果的なモデルであり、地域中小大学においてはそのコンパクトモデルが有効であることを明らかにした。
スターリン時代を中心としたソヴィエト文化における「こども」イメージの研究

本研究はソヴィエト文化の重要な要素と考えられる「こども」のイメージが,スターリン体制下でどのように表象されたのかという問題を扱ったものである。研究の初年度にあたる2005年度は,ソ連児童文学についての概括的な調査を行った。2年目にあたる2006年度は,全体主義体制における「こども」の位置づけを考えるため,軍やスポーツの世界の英雄像について調査を行った。スターリン体制下のソ連では,それら英雄が国家の息子としてみなされていたからである。研究の最終年度にあたる2007年度もこの調査を継続し,成果として1930年代に活躍した北極探検家パパーニンについての論文「パパーニンの北極漂流生活とその文学的表象」を,『稚内北星学園大学紀要』8号に発表した。この論文はパパーニンを描いた詩や伝記の分析をもとに,ソ連社会における指導者と英雄と人民の関係について,父と子というイメージを念頭に置きながら論じたものである。また,ソヴィエトのアニメ映画や児童映画に関する映像資料を収集し,ソ連の文学作品やディズニーなどソ連国外の映像作品との比較を行いつつ,文化的コンテクストへの位置づけを行った。以上の過程で,9月と11月に北海道大学附属図書館(札幌)で,12月にロシア国立図書館(モスクワおよびサンクトペテルブルグ)で,それぞれ資料調査を行っている。また,10月に千葉大学で,12月に東京外国語大学で,国内の研究者との情報交換を行った。本研究はソヴィエト文化の重要な要素と考えられる「こども」のイメージが,スターリン体制下でどのように表象されたのか,という問題を考察することによって,ソヴィエト文化の特質を明らかにすると同時に,全体主義体制,ユートピア,20世紀社会といった主題に対し,新たな解釈を提供することを目的とするものである。研究の初年度にあたる今年度は問題の所在をより明確にするために,カターエフやアレクセイ・トルストイを中心としたソヴィエト期の児童文学,あるいはヴィゴツキイを中心としたソヴィエトの教育学などに関して概括的な調査を行った。その際,8月末から9月初めにかけて10日間ほどモスクワに赴き,ロシア国立図書館において,日本では入手困難な文献を参照した。これらの作業を通じて,特に「こども」という主題をめぐっての文学と政治との関係,あるいは発達理論を中心とした教育学における「こども」イメージなどについて再確認を行った。また,前年度まで科学研究費補助金を受けて行ってきた研究「スターリン時代のソヴィエト小説における無意識をめぐる言説に関する研究」をもとに,作家ゾーシチェンコが幼年期を回想した長編『日の出前』についての研究を行い,その成果を論文「ゾーシチェンコと精神分析」として『ロシア・東欧研究』33号に発表した。この論文では,ゾーシチェンコが描く,精神分析や反射学が交差する場としての「こども」像を再確認しながら,それが小説の構成という文学的な手法とどのように関係しているのか,を明らかにしている。本研究はソヴィエト文化の重要な要素と考えられる「こども」のイメージが,スターリン体制下でどのように表象されたのか,という問題を考察することによって,ソヴィエト文化の特質を明らかにしようとするものである。研究の初年度にあたる2005年度はソヴィエト期の児童文学について概括的な調査を行い、そこで子供がいかに語られているのかを検討した。2年目にあたる2006年度は,絵画や映画における表象の具体例を研究することを計画していたが,その研究過程で浮上してきた問題として,全体主義体制の中で「子供」のイメージを投影された大人について検討することとした。スターリン時代のソ連においては,社会全体がひとつの家族のイメージでとらえられ,軍やスポーツの世界の英雄も国家の「子」と考えられていたとされる。今年度は,その事実について具体的に確認すると共に,個別の事例における表象の在り方について探っている。具体的な活動としては,スターリン時代におけるスポーツや探検の状況についての,概括的な研究を行った。その上で個別の事例として,北極探検家パパーニンについて,彼が文学的なテクスト(偉人伝や詩)の中でいかに表象されているのかを検討した。この活動を行うにあたっては,3月後半にモスクワのロシア国立図書館において,日本では入手困難な文献資料を調査している。また,京都において開催された日本ロシア文学会で,情報交換を行った。その他,数年来の課題としてきた精神分析やメディア研究の理論をソヴィエト文学研究に応用し,論文「フロイトとパヴロフ,あるいは言語と身体」として発表した。これは昨年度までの研究成果を,論文としてまとめたものである。

また,ソヴィエトのアニメ映画や児童映画に関する映像資料を収集し,ソ連の文学作品やディズニーなどソ連国外の映像作品との比較を行いつつ,文化的コンテクストへの位置づけを行った。以上の過程で,9月と11月に北海道大学附属図書館(札幌)で,12月にロシア国立図書館(モスクワおよびサンクトペテルブルグ)で,それぞれ資料調査を行っている。また,10月に千葉大学で,12月に東京外国語大学で,国内の研究者との情報交換を行った。
自律型OBEM計測システム用海中ビークルの着底位置制御に関する研究

有効な海底資源探査を早期に実施するために海底資源探査用小型電磁センサを自律型海中グライダーに搭載し,海底下構造の観測を実現する自律型OBEM計測システムを提案した。開発された機体には従来の海洋観測を目的とした巡航型の海中グライダーとは異なり,長大なOBEM計測用アームを持つ全翼型の形状が採用され,主翼の軽量化のためにメンブレン式の翼が用いられた。自律海底資源探査のために着底と移動を正確に繰り返すための運動制御系が設計され,その有効性が水槽試験,数値シミュレーション,実海域試験により確認された。提案する方式の海底資源探査システムは他に例がなく,本研究の成果は意義深いものであると考える。低コストで効率的な海底資源探査を早期に実現するために、海底資源探査用のOBEMを搭載する自律型海中ビークルの海底における精密位置制御方法を提案し、その有効性を調査することを目的として研究を実施した。すなわち、九州大学で開発中の海底資源探査用小型電磁センサを自律型海中ビークルに搭載し、従来は固定点での計測のみに用いられて来たOBEMに移動能力を付加することにより、低コストで効率的な海底下構造の観測を実現する自律型OBEM計測システムを提案した。海底下構造の探査手法としては、海中ビークル単体での自律計測を可能とするため、海底電磁探査法の一種で自然界の電磁場変動を観測するMT法を採用した。また、長期間連続の自律計測を行うため、ビークルの運動制御には省エネルギー性に優れるグライダー型推進の有効性について調査した。今年度は、自律型OBEM装置の海底における着底姿勢と位置を精度良く推定するために、加速度センサと磁気センサを用いた着底姿勢の計測法の開発と自律型潜航浮上式ビークルの精密位置制御システムの開発に関する調査を実施した。加速度センサと磁気センサを用いた着底姿勢の計測法の開発に関しては、OBEMによる電磁探査に用いる計測用センサと機体の運動制御に用いる加速度センサを用いて、着底して計測状態にある機体の方位と姿勢を推定する方法について検討した。また、自律型潜航浮上式ビークルの精密位置制御システムの開発については、OBEMを搭載して自律多点計測を行う機体を計画し、運動特性をCFD計算に基づき調査した。その結果潜降・浮上時の最適な滑空比が推定され、提案する機体の有効性が確認された。提案した資源探査法においては,対象調査海域の海底下構造を探査するために,海域内を適当な格子に分割し各格子の中心点となる測点をグライダー型海中ビークルが順次移動して自律的にOBEM計測を実施するため,グライダー型ビークルにとって基本的な特性となる定常状態における滑空比を中心に,機体に求められる運動性能を数値流体力学に基づき調査した.すなわち,翼面積を同一とし,その平面形状のみを変化させた2種類の機体について計算を実施し,流速0.2m/secの一様流中に固定された機体について機体の迎角を変化させてシリーズ計算を実施した結果,機体は迎角10度付近で最大揚抗比が5.4となることが確認された.機体の上下非対称性により迎角が負の領域では揚抗比が低い値となった.各機体の計算結果に大きな違いは見られず,翼平面形状の変化が滑空性能に与える影響は小さいことが確認された.また,機体運動の数学モデルに用いられる流体力係数を推算するために,一様流中で機体に正弦波状の変位を与えて機体の各方向に作用する流体力を算出した.この場合,作用する流体力に差異はほとんど見られず,潜航から浮上,浮上から潜航へと機体運動を変更する際に翼平面形状の違いが機体運動に与える影響は小さいことが確認された.自律型OBEM計測システム用海中ビークルの機体計画は,ほぼ予定どおりに完了した.一方で,機体製作費が不足したため,水槽試験用機体の製作が遅れている.本研究では,低コストで効率的な海底資源探査を実現するために電磁探査用のOBEM (Ocean Bottom Electromagnetometer)を搭載するグライダー型海中ビークルによる自律探査システムを提案し,これに求められる機体の運動性能について調査するとともに,水槽試験用プロトタイプ機体の開発を実施した.前年度までの調査結果にもとづき機体の翼形状の設計を行い,その性能を水槽模型試験により確認した.試験は九州大学海洋システム工学部門の高速回流水槽で実施し,定常流中における迎角試験と斜行試験を行った.試験結果を解析したところ数値流体力学計算結果は試験結果と概ね一致しており,数値流体力学計算による機体形状設計手法の有効性が確認された.さらに機体下部に搭載する耐圧容器による滑空性能への影響を調査するため,耐圧容器搭載状態の模型を用いた試験を実施した.その結果,翼下面に搭載した耐圧容器は翼のキャンバーによる遮蔽効果により,滑空性能に大きな影響を与えないことが確認された.続いて模型試験結果にもとづき全長1.6mのプロトタイプを製作し,自由滑空試験によりその運動特性を調査した.試験は九州大学応用力学研究所の深海機器力学実験水槽で行った.その結果,垂直尾翼を取付ける前の試作機体は直進安定性に問題が有ることが確認された.このため固定式の垂直尾翼と可動式の水平尾翼を設計するとともに,これらを装着した場合の旋回運動性能を数値シミュレーション計算により検討した.計算では尾翼装着の有効性が確認できたため,今後プロトタイプの機体を改造して実海域試験の実施を目指す.自律型OBEM計測システム用海中ビークルの機体設計は,ほぼ予定どおりに完了した.一方で,センサの購入および機体製作の費用が不足したため,プロトタイプの完成が遅れている.今後の有効活用が期待されている海底資源の探査方法として,新方式の自律型海中ビークルの開発を実施した。

すなわち,低コストで効率的な海底資源探査を実現するために,電磁探査用のOBEM (Ocean Bottom Electromagnetometer)を搭載するグライダー型海中ビークルによる自律探査システムを提案し,計画した機体の運動性能について調査するとともに,プロトタイプ機体による各種試験を実施して,その有効性を確認した.前年度までの調査結果にもとづき,全長約1.6mのプロトタイプを製作し,その運動性能を水槽模型試験と実海域試験により確認した.水槽試験は九州大学応用力学研究所の深海機器力学実験水槽で実施した.今年度の研究では機体のロール角とヨー角を主とする横運動に着目し,定常滑空時の安定性の改善を試みた。すなわち,耐圧殻内部の機材の配置を最適化することにより重心高さを低下させるとともに,個別に制御可能な一組の水平尾翼を機体最後部に追加し,定常滑空時のロール角制御系を搭載した。さらに,波浪による外乱が大きく作用する投入作業時の安全性を高めるため,短時間で機体速度と深度を増加させるための重心移動に基づく運動制御系を開発した。開発された機体運動の制御系の有効性は,鹿児島湾で実施した実海域試験により確認した。定常滑空試験では実海象おいて開発した機体が安定して滑空することが確認され,横運動の安定性の改善効果が検証された。今回開発された機体は,従来の海洋観測を目的とした巡航型の海中グライダーとは異なり,長大なOBEM用アームを持つ全翼型の形状をしている。また,機材の軽量化のためにメンブレン式の翼が用いられており,さらに,資源探査のために機体には着底を繰り返すことが要求される。これらの特徴を有する機体は他に例がなく,今回の実海域試験の結果は意義深いものであると考えられる。有効な海底資源探査を早期に実施するために海底資源探査用小型電磁センサを自律型海中グライダーに搭載し,海底下構造の観測を実現する自律型OBEM計測システムを提案した。開発された機体には従来の海洋観測を目的とした巡航型の海中グライダーとは異なり,長大なOBEM計測用アームを持つ全翼型の形状が採用され,主翼の軽量化のためにメンブレン式の翼が用いられた。自律海底資源探査のために着底と移動を正確に繰り返すための運動制御系が設計され,その有効性が水槽試験,数値シミュレーション,実海域試験により確認された。提案する方式の海底資源探査システムは他に例がなく,本研究の成果は意義深いものであると考える。自律型潜航浮上式ビークルの精密位置制御システムの開発に関しては、自律型OBEM計測システム用海中ビークルの機体計画と、その運動方程式の調査を実施し、計画された機体に関する運動方程式中の各流体力係数がCFD計算を実施することにより求められた。また、計画した機体形状により有効な自律型OBEMシステムが実現できることが確認された。引続き、ビークル機体の運動方程式の精度確認および加速度センサと磁気センサを用いた着底姿勢の計測法の開発を実施する必要が有る。