hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
プレセニリン1切断酵素の同定

第14番染色体にあるプレセニリン1(PS1)の変異は、早発型家族性アルツハイマー病(FAD)の家系で発見された。このFADに関連するPS1の変異体は、アミロイド前駆体蛋白(APP)のプロセッシングに変化を与え、様々なストレスに対するアポトーシス脆弱性を増すと報告されている。しかし、この変異体がアポトーシスをもたらすメカニズムについては不明である。PS1が局在する小胞体にはストレス(ERストレス)によって蓄積したunfolded proteinに対し、細胞の恒常性を守るべく働くunfolded protein response(UPR)と言う機構が存在する。今回我々は、UPRの1つの経路であるIre1を介する系にPS1の変異体がどのように関与するかを検討した。PS1の変異体は、UPRの下流として発現し蛋白のfoldingを是正するシャペロン蛋白であるGRP78/BipのERストレスに対する誘導を抑制することが示された。このGRP78/Bipの低下は実際のアルツハイマー病脳でも観察された。さらに、GRP78/Bipの上流にあるIre1はERストレスによってリン酸化を受けることによってシグナルを下流に伝えるが、このリン酸化がPS1の変異体存在下では障害を受けることが示された。これらの事実は、変異型PS1の細胞においてもGRP78/Bipを予め発現させておくと、ストレス脆弱性は野生型の細胞に匹敵する程度に回復することで確認された。これらの結果より、変異型PS1はUPRを阻害することにより、細胞にERストレスに対する脆弱性をもたらすことが示された。プレセニリン1(PS1)は第6-7膜貫通部位間のループ構造で切断を受け、N末端とC末端にわかれることが知られている。この切断はゴルジ装置以降で起こるが、この切断とPS1は興味深い。PS1が全長のままで存在する小胞体は、分泌蛋白や膜蛋白の折りたたみの場所として重要であるが、種々のストレス条件下では正常な折りたたみ構造のとれない蛋白が小胞体内に蓄積することが知られている。これを小胞体ストレス(ER stress)と呼ぶが、この環境変化に応答するシステムUPR(unfolded protein response)が存在する。我々は、小胞体に局在するPS1とこのUPRに注目した。UPRの1つとして、蛋白の折りたたみを促進する分子シャペロンGRP78の誘導が知られている。小胞体にunfolded proteinが溜まると小胞体膜上にあるセンサー分子のIre1pが自己リン酸化を受け、ホモダイマーを形成する。このシグナルは核に送られ、GRP78のプロモーター領域にあるUPRE(unfolded protein response element)に転写因子が結合してGRP78の誘導がなされる。我々は変異型PS1導入細胞においてER stress下でのGRP78誘導が抑制されていることを見いだした。更にPS1とIre1Pが結合すること、変異型PS1はIre1pの自己リン酸化を抑制することが示した。従って、FADのように変異型PS1存在下ではER stress時に充分な分子シャペロンが誘導できないため、細胞死の方向に向かうものと考えられる。プレセニリン1(PS1)は第6-7膜貫通部位間のループ構造で切断を受け、N末端とC末端の断片で存在するものが生理的に大部分である。従って、この切断とPS1の機能については興味深い問題である。家族性アルツハイマー病(FAD)の家系の中には、PS1に変異を持つ家系が多く、この切断部分を欠失したΔE9などがある。PS1が主に小胞体に存在することから、我々は小胞体に負荷されたストレスとPS1の機能に注目している。小胞体にはストレスに対しその恒常性を維持するためのシステムであるUPR(unfolded protein response)が存在する。昨年度はそのUPRを担う分子であるIre1の機能が、PS1の変異体によって阻害されることを示した。

本年度は、UPRと変異型PS1或いはPS1の生理的機能の関係をさらに検討した。PS1及びPS2のノックアウト線維芽細胞に小胞体ストレスを負荷してやると、UPRとしてのIre1のリン酸化やGRP78の誘導は野生型の細胞と差がなかった。近年、PS1はアミロイド前駆体蛋白(APP)のγ切断酵素そのものと言われているが、このγ切断活性を変異を入れることによりつぶしたPS1コンストラクトを作成し、cell lineを構築した。この細胞にも小胞体ストレスを負荷してやり、Ire1とGRP78について同様に検討したところ、γ切断酵素変異型細胞のUPRは野生型と差がなかった。以上の結果は、FADに見られるPS1変異のUPRへの影響は、gain of functionとして生じていることを示している。このPS1変異に伴うUPR阻害が、FADの神経細胞死を招来するものと考えられる。
摂食・嚥下機能障害への呼吸調節機能障害の関与

二相性食物(液体相と固体相を含む食物)の液体成分の粘性を変化させたときの,咀嚼,嚥下,呼吸の関係について検討した。粘性の低い二相性食物の場合,液体成分は嚥下前に下咽頭まで流入してしまうが,粘性が高まると,下咽頭への流入は減少していた。その一方で,液体の粘性は,嚥下と呼吸の関係には影響を及ぼしていなかった。本結果より,二相性食物は誤嚥のリスクを高めることが示唆され,食事にトロミを付加することで安全かつ咀嚼できる食事を提供できる可能性が示唆された。本年度は、研究目的1「咽頭への食物侵入が呼吸リズムに及ぼす影響」についての検討を行った。固形物と液体を同時に摂食すると、嚥下開始までに液体成分が下咽頭へと高率に流れ込む。気道防御機構が低下している摂食・嚥下障害者では、この嚥下前の下咽頭への食物の流れ込みにより誤嚥の危険性が増す可能性がある。そこで、今回われわれは、固形物と液体を同時に摂取する時の液体成分の粘稠度を変化させることで、嚥下開始までの咀嚼、食物の咽頭流入、呼吸リズムが変化するか検討した。若年健常者が水分と米飯を同時に咀嚼したときの水分の粘性を変化させ、咽頭への食物流入のタイミングと呼吸リズムの変化を調べた。咽頭での食物の動きは、経鼻内視鏡にて記録、録画された。内視鏡は、左側鼻腔より挿入され、口蓋垂先端が映像の下端に視認できる位置にて保持された。呼吸リズムは、プレスチモグラフにて記録された。水分の粘性は、4段階に分けられた。トロミなしの水分と米飯の摂取時では、56%の試行で、食塊は嚥下反射開始までに下咽頭へと流入していたが、水分の粘性が高まるとともに食物の下咽頭への進入の割合が減少していった(p<0.005)。食塊先端が喉頭蓋基部に達してから嚥下開始までの時間は、トロミ4%ではトロミ0%よりも有意な減少を認めた(p=0.02)。その一方で咀嚼時間は、トロミ4%では、トロミ0%よりも有意に延長していた。嚥下はほぼ全ての試行で呼気中に起こっていた。しかし、食塊の咽頭への流れ込みと呼吸リズムの有意な関係は認めなかった。液体と固形物を同時に摂取するときに、トロミ付加で、咀嚼時間が延長し、中咽頭での食物の滞在時間が減少することが明らかになった。この結果は、実際の食事場面でもトロミ付加が、嚥下反射遅延を有する摂食嚥下障害者への食形態代償法の一助となる可能性を示唆する。一方、嚥下前の食物の咽頭進入が呼吸リズムへ与える影響は低いことが考えられた。本年度は、研究目的1「咽頭への食物侵入が呼吸リズムに及ぼす影響」に関連した学会発表、論文作成を中心に行った。平成21年度に採取したデータを学会発表、論文として報告できるように解析を進め、学会発表を行い、また関連した論文を公表した。学会発表は、2つの国際学会で行い、国内だけでなく、国外でも本研究の重要性について発表し、海外の有識者と意見交換することができた。論文発表では、現在進行している研究の基礎となる研究を公表することができた。これらの報告により、現在の研究の妥当性を示すことができた。固形物と液体を同時に摂食すると、嚥下開始までに液体成分が下咽頭へと高率に流れ込むことが明らかになっている。固形物と液体を同時に摂取する時に、嚥下前に呼吸のリズムが変化するか検討した。その結果、どのような食形態を食しても、嚥下はほとんど呼気中に起こっていた。これは、今までの報告とほぼ一致している。一方、食物の咽頭への流れ込みと呼吸のリズムの間に関連性を認めなかった。つまり、嚥下と呼吸の間には、緊密な協調関係がある一方で、咽頭への食物の送り込みと呼吸の間には、協調関係がほとんど無いということが示唆された。次年度は、これらの結果を論文として報告し、摂食・嚥下障害者における咀嚼、嚥下、呼吸の協調メカニズムの異常に関する研究につなげていきたい。研究目的「摂食・嚥下機能障害への呼吸調節機能障害の関与」について明らかにするために,平成23年度では、下記の研究を行い,成果発表を行った。研究計画1.二相性食物の咀嚼-嚥下運動が呼吸に与える影響(若年健常人)

平成23年度では,平成22年度まで行ってきた研究成果を学会にて発表し,原著論文としての投稿まで至った。学会発表では,口頭発表で3つの受賞を果たした(筆頭演者2演題,共同演者1演題)。二相性食物(固形物と液体)の液体成分の粘性を変化させ、嚥下惹起と呼吸パタンへの影響を検討した。液体を含む食物を咀嚼したときには、液体をそのまま嚥下したときとは異なり、液体の粘性を高めても、嚥下惹起のタイミングには影響しないことが明らかになった(平成23年度日本老年歯科医学会優秀口演賞)。さらに、二相性食物の咀嚼による食物の下咽頭への進入は、呼吸と嚥下のタイミングに影響を与えていなかった(平成23年度日本障害者歯科学会国際障害者歯科学会研究奨励賞)。本研究より,液体の粘性は、咀嚼中の食物の咽頭流入を変化させたが、その食物の咽頭流入では嚥下を促進させなかったことが明らかになった。現在論文を,Dysphagiaに投稿中である。研究計画2.口唇圧、舌圧、摂食・嚥下障害の相関性について検討(摂食・嚥下障害者)摂食・嚥下障害を有するParkinson病患者において,摂食・嚥下機能に関連する口唇閉鎖力と舌圧がどの程度低下しているのか,健常被験者(若年群,高齢群)と比較を行った。その結果,男性では口唇圧,舌圧ともに健常群より低下する傾向を認めたが,女性では,健常群と患者群で有意差を認めなかった。本結果は,最大筋力と摂食・嚥下機能が相関しない可能性を示しており,今後摂食・嚥下機能を定量化し,口唇圧,舌圧との関係を調査していく予定である。今までの研究成果は,国内外の学会にて発表を行った。
内在的ナノスケール不均質性に支配される金属ガラス力学特性に関する研究

金属ガラスにおけるフラジリティー(粘性率の温度依存性)、遅いβ緩和とナノスケール不均質性について強い相関関係が生じている事実をPd基およびZr基金属ガラスを用いて明らかにした。また、低加速電圧のArイオン照射によって、金属ガラス内の弱結合(低密度領域)にArが凍結されることがHAADF-STEM観察より明らかにされた。このAr凍結組織を解析することにより、金属ガラス内のナノスケール不均質性を把握できることがわかった。Ichitsuboらによって金属ガラス内部にはナノスケールの構造的不均質性が内在し、結合力の弱い領域(WBR)と結合力の強い領域(SBR)によって構成されていることが報告された。このような組織的な特徴を有する金属ガラスに応力付加熱処理を施した場合、内在する構造的不均質性に起因した緩和量の差異によって残留応力が形成されるはずである。そして、この試料を昇温すれば、クリープ回復による試料長の変化が観測されるはずであり、この発生温度分布や長さ変化の特徴を精査することによって、金属ガラスに元々内在していた構造的不均質性に関する情報を取り出すことができる。圧縮応力熱処理急冷試料での伸長のみを呈するTMA曲線と異なり、引張応力熱処理試料では、Tg以下のガラス固体温度域おいてに、約1%程度の収縮現象が確認され、その収縮速度は応力熱処理温度近傍において最大になることがわかった。また、応力熱処理試料がTg以上の過冷却液体状態で呈する大規模な粘性流動量が応力熱処理条件に大きく依存して大小に変化することが分かり、構造的不均質性に起因して残留した応力は、粘性率が低下した過冷却液体状態においても、まだ残留していることが明らかになり、構造的不均質性が過冷却液体状態においても維持されていることがわかった。試料長を与える緩和モードの分布、活性化エネルギーなどを算出し、構造的不均質の実態に迫ることを今後の展開とした。ナノスケール構造不均質性が報告されているPd-Ni-Cu-P系金属ガラスの動的緩和挙動を-120290°C(Tg=302°C)において10^<-2>10^2rad/sの範囲で測定し、この金属ガラスが発現する緩和モードについて調査した。この結果、ガラス遷移温度近傍に大きな損失を伴うα緩和、これから低温(高周波数)に側に、slow-β緩和、更に、-100°C以下に第3の緩和モードが観測された。それぞれの活性化エネルギーは、7.79eV,1.39eV,0.25eVであった。α緩和は5個程度の原子の協調運動、slow-β緩和は単原子ジャンプであると考えられる。最も低温で観測された第3の緩和モードは、原子周囲に形成した自由体積を介するラトリングを素過程にしたfast-β緩和が考えられる。しかし、文献値にはfast-β緩和の活性化エネルギーは数十meVであると報告されているため、本測定値はやや大きいと言える。よって、活性化エネルギーの小さいslow-β緩和との解釈も考えられ、構造的な不均質性を考慮して、今後更に考察を進める必要がある。Pd-Ni-Cu-P系金属ガラスと同様に大きなslow-β緩和を示すPd-Ni-P系金属ガラスにArイオンを照射すると、Arが金属ガラス内にナノスケールに凍結されることがHAADF-STEM観察により明らかになった。Arの結晶金属内凍結の報告は既になされているが、通常50300keVの高加速電圧が必要であった。しかし、今回の金属ガラスでは、4keVで生じることが大きな特徴である。このように金属ガラスにおいてArが容易に凍結した理由として、金属ガラス内に不均質性が発生しており、弱結合領域に入射したArイオンが凍結したものと考えられる。しかし、同様の実験をZr-Al-Ni-Cu系に行ったところ、Pd-Ni-P系に観測されたAr凍結は見られなかった。このZr-Al-Ni-Cu系金属ガラスは、明瞭なslow-β緩和を示さないことから、より均質性の高い構造に凍結されているものと考えられる。Pd-Ni-P系金属ガラスを通常の熱処理または、動的熱処理によっても凍結Arのサイズや体積分布が変化することから、凍結Arの分布調査のアプローチから金属ガラスの構造状態を考察できると考えられ、今後、この観点から更に調査を進めていくことにした。アルファ緩和(Tg)および、sub-Tg緩和(遅いベータおよび速いベータ)等の動的緩和を示す貯蔵弾性率および損失弾性率の温度・周波数依存合成曲線から、コンプライアンスの温度・周波数依存性を導出したところ、これら3つの緩和分散に対応した3か所において傾きが変化していた。コンプライアンスをクリープ曲線を実測して導出することにより、これらの挙動が実際に生じていることを確認することに成功した。また、応力熱処理試料の昇温クリープ回復挙動が、計算によって導出した動的損失コンプライアンスに、構造的不均質性(活性化エネルギーの分布)に基づく局所的クリープ変形の概念を導入することによって、定性・定量的に再現・説明できることを明らかにした。

これより、遅いベータ緩和が大きく不均質性が顕著なPd基金属ガラスでは、応力熱処理によって大きな内部残留ひずみ(=回復ひずみ)が導入されるが、均質性の高いZr基金属ガラスでは、比較上、回復ひずみが小さいことが分かった。また、大きく明瞭に分離した遅いベータ緩和を呈するPd基金属ガラスにArを照射した場合、ナノスケールの領域でこのArが球状に侵入凍結されるが、明瞭な遅いベータ緩和を呈さないZr基金属ガラスに同様のAr照射を行っても、Arが侵入凍結されないことが分かった。これは、Pd基金属ガラスには、結合の弱い領域が多く存在し、この部分においてArが侵入凍結できるが、Zr基はこの逆に結合の弱い領域が少ないために、Arが侵入凍結しなかったことを示唆しており、遅いベータ緩和が弱結合領域に起因して発生していることを裏付ける証拠であると言える。金属ガラスのナノスケール不均質性について、動的緩和モード、フラギリティーの関連、および、アルゴン凍結分布(空孔分布)から、明瞭な相関関係を得ることができている。24年度が最終年度であるため、記入しない。合金間の差異、熱処理に伴う変化、動的熱処理に伴うアルゴン凍結分布の変化を更に系統的に調査することによって、Fragileな金属ガラスやStrongな金属ガラスのナノスケール不均質性の特徴をより正確に把握できると考えている。合金組成、構造緩和度、および、動的熱処理などに伴うナノスケールの変化を、動的結晶化の組織から判断することが当初のアプローチであったが、Ar凍結分布を解析することによって、強結合領域と弱結合領域(slow-b緩和域)を視覚的に見出すことができたため、この解析アプローチに変更することとした。
甘味抑制ペプチドを用いた甘味受容体の同定とその単離・精製

本研究では、ラットの甘味応答を特異的に抑制するペプチド(グルマリン)を用いて、甘味受容体を単離・精製することを目的とした。このペプチドの疎水性アミノ酸をグリシンに置換すると、甘味抑制作用が消失することが判明したので、天然型グルマリンとそのグリシン置換型誘導体をツールとして実験を進めた。味蕾のホモジェネートを電気泳動し、ニトロセルロース膜にブロッティングした後に、ビオチン化グルマリンと結合するタンパク質の検出を試みたところ、分子量60、45、及び32KDaのバンドが確認された。これらのタンパク質は、グリシン置換型誘導体を用いた場合にも検出されたので、甘味受容体かどうか判断が付かなかった。そこで、甘味受容体の発現が亢進するような状況を作り、このバンドが強く検出されるようになるか否か検討した。寒冷環境下で飼育すると、炭水化物の嗜好性が高まるので、甘味受容体の発現亢進が予想された。しかし、寒冷馴化後のラットでは、塩味に対する応答性が増大したものの、甘味応答には変化がなかった。一方、視床下部性肥満ラットでは、味覚神経の甘味応答が顕著に増大していることが見出された。これは、肥満状態で甘味を渇望する行動を反映する変化であると推察された。肥満ラットの味蕾に対して、グルマリン結合タンパク質の検出実験を行ったところ、3種類のタンパク質はいずれも正常動物より増加していた。新たなバンドの出現はなかった。このことから、60、45、及び32KDaのタンパク質は、甘味の受容と密接に関連するものであることが示唆された。表面プラズモン共鳴バイオセンサーによる検出を試みたが、グルマリンとこれらのタンパク質の結合は、界面活性化剤の存在下では阻害されたので実現しなかった。舌表面で甘味を受容する過程には、タンパク質からなる受容体の関与が示唆されている。しかし、甘味受容体を分離・精製しようとする試みは、有効な手段がないためにほとんど進展していなかった。従来から、グルマリンと呼ばれるペプチドがラットの甘味応答を特異的に抑制することが知られていたが、グルマリンの疎水性アミノ酸をグリシンに置換したところ、甘味抑制作用が消失することが判明した。すなわち、天然型グルマリンとそのグリシン置換型誘導体は、構造が極めて類似しているにも関わらず、甘味受容体との結合は天然型にのみ認められる特性であると考えられる。本研究では、これら2種類のペプチドは甘味受容体を単離・精製することを目的とした。本年度はまず、ラットの舌味蕾にグルマリンと特異的に結合するタンパク質が存在するか否か検索した。ラット舌から、味蕾を含む茸状乳頭を顕微鏡下で採取し、電気泳動した後、ニトロセルロース膜に転写した。予め、天然型グルマリンとそのグリシン置換型誘導体をビオチン化しておき、膜上で反応させて、ペルオキシダーゼ標識ストレプトアビジンを用いた化学発光システムにより結合タンパク質を検出した。その結果、60、45、及び32KDaの3種類のタンパク質が、天然型グルマリンと反応するが確認された。これらのタンパク質は、茸状乳頭を含まない舌上皮をサンプルとして用いた場合には検出されなかったので、味蕾に特異的な結合タンパク質であると考えられた。なお、これらのタンパク質は、グリシン置換型誘導体を用いた場合にも検出された。今後、表面プラズモン共鳴バイオセンサーを用いて、単離精製を目指す予定である。
災害時情報収集のための合成開口レーダによる移動体検出の研究

本研究では、既存の移動補償合成開口レーダを用いて移動体検出可能にするための、アンテナを含む装置改修と運転ソフトウェアの改修、および実地による移動体検出検証実験により構成されている。2018年度は2019年度に行う予定であった移動体の作成を前倒しして行った。約1.5mで直線的に移動するプラットフォームで移動速度および方向を任意に制御可能である。プラットフォーム上にコーナーキューブリフレクタを配置した。2次元平面状の動きを再現したい場合は、プラットフォームを設置する方向を変えることで対応する。このプラットフォームおよび既存のレーダ装置を共に室内において近距離における簡易的な移動体の検出実験を行った。約10GHzで帯域100MHzのFM変調電波を移動しているコーナーキューブリフレクタに繰り返し高頻度で照射し、受信信号を解析したところ、移動体の距離と移動速度を検出できることが確認できた。一方、2018年度に開発を行う予定であった既存アンテナのスプリットビーム化に関しては、予定通り開発を始め、現在三次元電磁界シミュレーターで詳細設計を進めている。ビームのスプリット化に関して、当初は一次放射器の同軸導波管変換器を2chとする方向で設計を進めていたが、それではスプリットビームが出ないことがシミュレーション研究で判明し、その対策として2つの一次放射器を左右に近接して配置することで解決できることが分かった。現在はスプリットビームのサイドローブレベルを低減するために、一次放射器の形状及び配置の最適化をシミュレーターにより進めている。やや遅れている原因は以下の3つの事項によるものである。1.研究実績の概要にも述べたように、2019年度に行う予定であった移動体プラットフォームの作成を2018年度に前倒しして実施した。これにより、本来2018年度に行う予定であった改修作業がやや遅れることとなった。それは、本研究を共同して推進することを希望する学生が1名出たため、より早い段階で移動体検出の検証実験を実験室レベルで行い、より研究に対する意欲を持たせようとしたためである。2.アンテナ自体の改修においては、概要に述べたように当初計画した方法では希望の性能が得られないことが分かり設計方法の再検討に若干の時間を要した。3.スプリットビーム化におけるスイッチングシステムの開発に関しては2018年度に手をつけることができなかった。昨年度より既存の合成開口レーダにおいてアンテナの放射方向を対象物にロックさせるシステムの高精度化改修を行っていて、この改修が昨年度完了しなかったことも影響した。研究代表者のエフォートは一年を通して均一でないが、6月より集中してよりエフォートを割り振れる予定である。研究者が持つエフォートを有効活用して効率的に研究を推進する必要がある。今年度の6および7月中に進捗状況で述べ課題となっているロックさせるシステムの改修を完了させ、その後すぐにスイッチングシステムの開発に移る予定である。これの開発には23ヶ月程度要する。また、アンテナの改修に関しては現時点で製作のめどが立っており、8月または9月には実作できると予想している。以上の方策を持って、研究計画書に記載した予定される研究の軌道に乗せていきたい。

昨年度より既存の合成開口レーダにおいてアンテナの放射方向を対象物にロックさせるシステムの高精度化改修を行っていて、この改修が昨年度完了しなかったことも影響した。研究代表者のエフォートは一年を通して均一でないが、6月より集中してよりエフォートを割り振れる予定である。研究者が持つエフォートを有効活用して効率的に研究を推進する必要がある。今年度の6および7月中に進捗状況で述べ課題となっているロックさせるシステムの改修を完了させ、その後すぐにスイッチングシステムの開発に移る予定である。これの開発には23ヶ月程度要する。また、アンテナの改修に関しては現時点で製作のめどが立っており、8月または9月には実作できると予想している。以上の方策を持って、研究計画書に記載した予定される研究の軌道に乗せていきたい。遅延の理由に記載したようにアンテナ製作およびスイッチングシステムの改修が若干遅れ、したがって実験極申請が昨年度できなかったため、昨年度の使用金額が当初の予定より少なくなっている。上記の項目は今年度推進する予定のため、昨年度使用できなかった予算を今年度使用する。
連鎖反応機構の系統的縮約と燃焼制御

平成30年度は典型的な着火現象の解析を行った。爆発第二限界よりも低圧・高温側の連鎖着火領域のH2/O2混合気の着火は、活性種を増やす連鎖分岐反応(H+O2→OH+OやO+H2→OH+H)が支配的であり、活性種濃度は文字通り指数関数的に増大する、すなわち対数濃度は時間に対して直線的に増加する。この現象の数値計算による固有値解析から特徴を抽出し、ランピングとリダクションの基本的な方向性を明らかにした。具体的な実施内容を以下の通りである。(1)従来の簡略化手法であり、Chemkin-Proに実装されているDRG法およびDRGEP法の実際の適応事例を解析した。これから、多様な燃料の燃焼を対象とする場合や、多様な芳香族炭化水素の生成過程を含む反応機構に対する問題的を明確にした。(2)同じくChemkin-Proに実装されている従来のランピング手法の実例を解析した。この手法では同じ燃料に由来する類似ラジカル以上の範囲でのランピングはほとんど不可能であり、効果は極めて小さいことが問題点として指摘された。本研究では初年度計画内容はほぼ予定通りに完了し、いくつかの新たな知見を得た。2年度目以降はより本質的な変数の抽出によって、大規模反応機構の簡略化を行う方向性を明確にする予定である。本年度に予定した使用額(ソフトウェアライセンス)のうち、一部は来年度に執行することが妥当と考えられるため、これを次年度に支出することととした。
テラヘルツナノスコピーによる非平衡ダイナミクスの解析

本年度はGaAs/AlGaAs二次元電子系,および金属細線における非平衡現象観測を目的として研究を進めた.まず,GaAs/AlGaAs二次元電子系の狭窄部(500nm程度の幅)を作製し,狭窄部に対して交流バイアスを印加して変調電流を発生させ,その電流による電子の振舞いを,パッシブ型のTHz近接場顕微鏡を用いて観察した.具体的には,20nmの曲率半径を持つタングステンの先鋭探針の先端において物質のダイナミクスを反映したTHzエバネッセント波を散乱させ,超高感度THz検出器CSIPにて信号検出を行った.当該実験では,二次元電子系の狭窄部における過剰雑音(ホットエレクトロン)が観測された.ナノスケールのホットエレクトロン分布観察は史上初であり,Science誌に投稿・採択されるに至っている.加えて,金属細線上の非平衡現象観測も試み,ナノスケール分解能による格子温度のイメージングにも成功している.本内容もNanoLetters氏に投稿・採択されている.加えて,パッシブ近接場顕微鏡,アクティブ近接場顕微鏡,サーマル原子間力顕微鏡の違いを実験的に注意深く調査し,パッシブ近接場顕微鏡のみが電子温度,格子温度をナノスケールで検出できることを明らかにしている.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度はGaAs/AlGaAs二次元電子系における非平衡現象観測を目的として研究を進めた.まず,GaAs/AlGaAs二次元電子系を持つウエハの設計を行って結晶成長を依頼し,必要なウエハを取得したのち,メサエッチングを利用して二次元電子系の狭窄部(数10nm程度の幅)を作製した.作製した狭窄部に対して,両サイドから交流バイアスを印加して変調電流を発生させ,その電流による電子の振舞いを,パッシブ型のTHz近接場顕微鏡を用いて観察した.パッシブ型近接場顕微鏡では,20nmの曲率半径を持つタングステンの先鋭探針の先端において物質のダイナミクスを反映したTHzエバネッセント波を散乱させ,超高感度THz検出器CSIPにて信号検出を行った.当該実験では,二次元電子系の狭窄部において電子密度の増大に起因するホットスポットが確認できた.さらに当スポットはバイアスの極性に依存する(つまり,溶極側にスポットがシフトしている)ことが確認されており,本信号の要因が熱揺らぎによるものではなく,狭窄部における電子の振舞い(おそらく,ホットエレクトロン)に起因するものであることが分かった.従来,ホットエレクトロンなどの現象は,発生部両端に電極を付けておき,その電流変化などを確認することによってマクロに追うことができるのみであったが,本結果は,ホットエレクトロンの分布などといった非平衡現象が,ナノスケールの分解能で局所的に可視化できるという非常に有意義な結果となっている.本結果に関しては,論文を投稿中である.本研究課題の最大の目標である非平衡現象観測について,その端緒となる結果が得られ始めており,今後の進捗が大いに期待できる.本年度はGaAs/AlGaAs二次元電子系,および金属細線における非平衡現象観測を目的として研究を進めた.まず,GaAs/AlGaAs二次元電子系を持つウエハにメサエッチングを利用して二次元電子系の狭窄部(数10nm程度の幅)を作製した.作製した狭窄部に対して,両サイドから交流バイアスを印加して変調電流を発生させ,その電流による電子の振舞いを,パッシブ型のTHz近接場顕微鏡を用いて観察した.パッシブ型近接場顕微鏡では,20nmの曲率半径を持つタングステンの先鋭探針の先端において物質のダイナミクスを反映したTHzエバネッセント波を散乱させ,超高感度THz検出器CSIPにて信号検出を行った.当該実験では,二次元電子系の狭窄部において電子密度の増大に起因するホットスポットが確認できた.さらに当スポットはバイアスの極性に依存することが確認されており,本信号の要因が熱揺らぎ(格子温度)によるものではなく,狭窄部における過剰雑音(ホットエレクトロン)に起因するものであることが分かった.加えて,金属細線上の非平衡現象観測も試み,ナノスケール分解能による格子温度のイメージングにも成功している.さらに,従来の近接場顕微鏡(光源を使用したアクティブ型)とパッシブ型近接場顕微鏡について実験的に比較を行い,パッシブ型近接場顕微鏡のみ過剰雑音を検出できることを明らかにし,開発顕微鏡の優位性を実験的にも証明した.電子温度,格子温度と検出信号の関係を実験的に見出し,パッシブ近接場計測における雑音検出指導原理を明らかにするため,試料準備も行っている.本研究課題の最大の目標である非平衡現象観測について,特にGaAs二次元電子系による顕著な結果が得られており,理論的な裏付けも進むなど大きな進捗が見られた.本年度はGaAs/AlGaAs二次元電子系,および金属細線における非平衡現象観測を目的として研究を進めた.まず,GaAs/AlGaAs二次元電子系の狭窄部(500nm程度の幅)を作製し,狭窄部に対して交流バイアスを印加して変調電流を発生させ,その電流による電子の振舞いを,パッシブ型のTHz近接場顕微鏡を用いて観察した.具体的には,20nmの曲率半径を持つタングステンの先鋭探針の先端において物質のダイナミクスを反映したTHzエバネッセント波を散乱させ,超高感度THz検出器CSIPにて信号検出を行った.当該実験では,二次元電子系の狭窄部における過剰雑音(ホットエレクトロン)が観測された.

ナノスケールのホットエレクトロン分布観察は史上初であり,Science誌に投稿・採択されるに至っている.加えて,金属細線上の非平衡現象観測も試み,ナノスケール分解能による格子温度のイメージングにも成功している.本内容もNanoLetters氏に投稿・採択されている.加えて,パッシブ近接場顕微鏡,アクティブ近接場顕微鏡,サーマル原子間力顕微鏡の違いを実験的に注意深く調査し,パッシブ近接場顕微鏡のみが電子温度,格子温度をナノスケールで検出できることを明らかにしている.GaAs/AlGaAs二次元電子系においてホットエレクトロンが発生していることをより明確にするため,外部磁場を印加してホットスポットがどのようにふるまうかをまず確認する予定である.また,同様に二次元電子系を持つグラフェン狭窄部についても,共同研究先の東北大学から入手しており,当試料を用いて非平衡現象観測を目指す.電子温度,格子温度と検出信号の関係を,試料に印加するバイアスを変更しながら実験的に見出し,パッシブ近接場計測における雑音検出指導原理を明らかにする予定である.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
「縄文文化の東西差」発現要因の解明－集団関係・生業活動・資源環境の統合的研究

本研究の目的は、東日本縄文社会と西日本縄文社会を、集団関係、居住・生業活動、資源環境という3つの要素の統合的研究から捉え直すことで、生活痕跡である遺跡・遺構・遺物に見られる量的・質的差異、いわゆる「縄文文化の東西差」発現要因を解明することである。平成30年度は上述の目的を達成するため、以下の2項目について調査・研究を行った。(1)平成30年度は、前年度で行ったデータ収集・分析・考察の成果について、国内・国外の学会等で積極的に報告することに努めた。縄文時代後期の土器群に関する考古学的分析の成果を第29回中四国縄文研究会島根大会、栃木県中根八幡遺跡出土土器の胎土分析成果を日本考古学協会第84回総会、本研究課題のひとつであるセトルメント・パターンや石器組成に関する分析成果を考古学研究会第64回総会・研究集会・平成30年度九州史学会で報告している。また、本研究課題申請時にその重要性を強調していた、考古学という学問の国際化に一定の貢献を果たすべく、SEAA-8 Nanjing・World Social Science Forum2018のように、本研究成果の一部を国際学会・国際シンポジウムにおいて報告した。(2)平成29年度において、九州、関東で不足していた分析対象時期の土器資料について追加調査を実施し、データ収集を行った。また、当時の生業・居住活動の検討を行う上で、あまり馴染みのない東日本縄文文化についての知見を深めるため、遺跡の踏査を積極的に行っている。立地環境や周辺地形を確認し、それぞれの遺跡のGPSポイントデータを収集している。上記の(1)・(2)と、平成29年度の研究成果を総括して、博士論文を執筆した。2019年3月20日付で、学位〔博士(学術)(地球社会博甲第21号)〕を取得した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成29年度は上述の目的を達成するため、以下の3項目について調査・研究を行った。(1)主に関東地方における分析対象時期の主要な資料について、データ収集を行った。以前に収集していたデータと合わせると、関東地方における縄文時代後期中葉土器群の時空間的動態についてはおおよそ把握することができた。遺物の資料調査に合わせて、千葉県所在の祇園原貝塚、西広貝塚、神奈川県所在の三ノ宮・下谷戸遺跡、王子ノ台遺跡、佐賀県蔵上遺跡などを踏査し、遺跡立地の確認やGPSデータを収集している。(2)大分県中津市所在の法垣遺跡出土縄文土器の高精度胎土分析を行った。さらに、土器そのものの移動現象に東日本縄文社会と西日本縄文社会で差異があるかどうかを検討するため、奈良大学と國學院大學栃木短期大學が合同で発掘調査を行っている、栃木県中根八幡遺跡出土の縄文土器を分析資料としてご提供いただき、高精度胎土分析を行った。その結果、東西両で土器そのものの移動現象に差異は見られないことが判明している。(3)これまで自身の研究で不足していた関東地方のデータを補足できたため、関東から九州の広範な地域を対象とした縄文後期中葉土器群の時空間的比較検討が行えるようになった。それらの土器群の検討結果と、収集したデータをもとに行ったセトルメント・パターンや石器組成の検討結果、そして、先学の研究諸成果で明らかになっている当該期・当該地域の資源環境のあり方を統合し、本研究課題である「縄文文化の東西差」発現要因に関する検討を現在進めている。平成29年度に予定していた内容は達成できた。特に上記(1)の関東地方における土器の時空間的検討の進展や、(2)で栃木県中根八幡遺跡出土土器の胎土分析を行わせていただけたことは、今後の本研究の進行・展開を考えるうえで非常に重要な成果となった。

立地環境や周辺地形を確認し、それぞれの遺跡のGPSポイントデータを収集している。上記の(1)・(2)と、平成29年度の研究成果を総括して、博士論文を執筆した。2019年3月20日付で、学位〔博士(学術)(地球社会博甲第21号)〕を取得した。平成30年度は最終年度になるため、上記(3)について継続して検討を行い、本研究課題の目的達成を目指す。上記(3)の検討を行う中で、不足しているデータ等の収集を適宜行っていく。特に、中部・東海地方の土器の資料調査が不足しており、平成30年度に補う予定。上記(1)・(2)についても今年度で概ね成果を上げることができているため、最終年度までに研究目的を達成することは十分可能と考えられる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
流れがある拡散場中での成長界面の形態不安定性

本研究では,拡散場に流れが加わった場合での結晶表面のステップの不安定化について調べた。微斜面上では,ステップが直線的でなくなる蛇行という不安定化と等間隔に並んだステップが束状になるバンチングという不安定化が起きる。本研究では,結晶が溶液から成長する場合の微斜面を想定して,溶液中に流れが加わった場合にこれらの不安定化がどのような条件で生じるかを調べ,バンチングにおいて個々のステップが束と衝突と離脱を繰り返しながら束が成長することを明らかにした。研究の目的気相成長時の微斜面を想定し,表面拡散場に流れが加わった場合のステップの形態不安定性について調べてきた。本研究では,これまでの成果を踏まえながら,主として溶液からの結晶成長時の結晶表面を念頭において、体積拡散場に流れが加わった場合の界面の不安定化について調べることが本研究の目的である。本年度の実績本年度は,これまでの2次元拡散場のステップ列の挙動についての運動のうち,積み残しの問題を調べた。シリコン(111)が1×1構造から7×7構造に相転移する温度近傍で,この2つが共存する微斜面上に吸着原子の流れが加わった時ので,ステップの挙動を調べた。この結果については,論文として発表した。また,これに関する問題として,昇華中のステップの挙動について調べ,論文として投稿中である。また,3次元拡散場に接するステップの挙動については,まずは1次元ステップ列の束形成について調べるためのプログラムを作成した。このプログラムを用いて,小規模の計算を行い,プログラムの妥当性について調べた。本プログラムを用いたシミュレーションについては,今年度本格的に行う予定である。これまで気相成長時を念頭に置いて表面拡散場に流れがある場合のステップの不安定化について調べてきた。本研究ではそれを発展させるとともに,さらに溶液からの成長などいわゆる体積拡散場中に流れがある場合のステップの示す不安定性について調べるものである。今年度は表面拡散場の流れの問題として,シリコン(111)微斜面の相転移点近傍で2つの表面構造が存在するときに,表面拡散場に流れが加わることで生じるステップの不安定化について調べた。2つの構造での拡散係数の違いがあることにより,ステップの蛇行が生じることが明らかになった。さらに,溶液からの成長を念頭に置いて,体積拡散場中に流れが加わった時のステップの挙動について調べた。特に,ステップが直線であると仮定して,モンテカルロ・シミュレーションを行い,バンチング時のテラス幅の揺らぎの時間変化を調べた。初期段階では揺らぎ幅が時間の3分の1乗で大きくなり,十分に時間がたつと一定値に収束することが分かった。また,収束した値は流れの速さの20分の3乗に近いベキで大きくなることも分かった。現在は,さらに過飽和度が十分に大きい場合でのステップ列の挙動について調べており,流れが弱い時には見られなかった2分の1乗に近いベキが初期段階に見られ,そののちに3分の1乗に近いベキが見られることが分かった。現在はこの点についてさらに研究を進めている。本年度は,(1)溶液からの微斜面の成長時や融解時に,溶液に流れが加わることによりステップの束状凝集,(2)ステップ直前に原子の供給源があることにより供給源からステップに向かって流れが生じる時のステップの蛇行について調べた。(1)溶液からの成長,または融解時には溶液に流れがあることによりステップの束状形成が起きることが定性的には知られていた。本研究ではステップを直線と仮定しモンテカルロ・シュミレーションを行い,ステップの束状凝集時における個々のステップの挙動を調べた。その結果,ステップの流れがステップの動く方向(成長時においては前進,融解時においては後退)と同方向にある時に,ステップの束状凝集構造が形成されることがわかった。さらに,個々のステップは常に1つの束内に束縛されているのではなく,束へ衝突および離脱を繰り返すことが分かった。ステップの束の大きさは,初期においては時間とともに増加するが,十分に時間が経つと一定値に収束することも分かった。なお,2次元ステップの挙動については現在研究内容をまとめて投稿中である。(2)ガリウム(Ga)を照射中のシリコン(Si)表面での櫛の歯状のステップの蛇行パターンについて調べた。実験を念頭におき,ステップの前方の一定距離のところに常に一定密度の原子源があるモデルを作成してステップの挙動を調べ,ステップの櫛状パターンが現れることを示した。櫛の歯状の間隔は時間とともに大きくなることや,ステップの前進速度の2分の一乗に反比例して短くなることを示した。現在はより実験の状況に近いモデルを構築し,その挙動について調べている。
都道府県別、年齢コーホート別の移動歴から見た戦後日本の国内人口移動構造の研究

1950年95ネンまでの、長期の人口移動分析に必要な、データの整備とそれを使った、都道府県を大都市圏と非大都市圏をの分類した大地域と都道府県という小地域での移動数の推移と年齢別の移動率パターンを中心とする考察を行った。データの整備に関しては、1950年から95年までの5年を1期とする総計9期分の、都道府県別・男女・年齢5歳階級別の純移動数と純移動率の推計を行った。これらのデータの分析から得られた結論は、(1)いわゆる人口移動転換が戦後の日本でも見られたと言うことを示しているが、これを年齢別に見ると、1019歳の年齢階層は一貫して流入超過であって、この年齢層に限って言えば、人口転換があったとは言えない。他方、2034歳では、1965年間ではかなり高い流入超過率を持っていたものの1970年以降流出超過に転じていて、この年齢層では人口転換があったとはいえる。また、年齢別の純移動率を累積して得られた、コーホートの加齢による滞留率(大都市圏の場合。非大都市圏では残留率)を見ると、どのコーホートもある年齢以上では滞留率(残留率)が一定の水準に収束していて、大都市圏においてはいずれも100%を超え、非大都市圏では100%を下回り、人口分布に対する影響という意味では、人口転換が起こったとはいえない。(2)都道府県別に見た年齢別の純移動率は多彩であるが、これをまとめると、大都市圏型と非大都市圏型とに大きく別れる。大都市圏型は1014歳あるいは1519歳を中心とする流入超過を特色とするパターン、非大都市圏型はその逆の、1019歳での流出超過を特色とするパターンである。1950年から95年までのコーホート別の移動歴を構築して、コーホートごとの移動パターンを分析し、1950年以降の日本の国内人口移動パターンの変化とその人口分布への影響についての、新しい解釈を模索することを目的とする本研究の初年度は主としてデータベースの整備を行った。具体的には、1950年から1995年までの5年を1期間とする9期の、(1)都道府県別、男女・年齢5歳階級別の人口数、(2)都道府県別、男女・年齢5歳階級別の生命表人口数(Px)(3)都道府県間人口移動者数を、それぞれコンピュータにインプットしてデータベースを作成した。さらに、コンピュータにインプットされたデータのなかの、都道府県別、男女・年齢5歳階級別の生命表人口数(Px)から、9期間の都道府県別、男女・年齢5歳階級別の生残率を算定するとともに、都道府県別、男女・年齢5歳階級別人口移動率と生残率を使用して、生残率前進法(foward survival ratio method)によって、1950年から1995年までの5年を1期間とする9期のそれぞれの、都道府県別、男女・年齢5歳階別の純移動数と純移動率を求めるとともに、コーホート別の移動歴を1950年に10歳に達していたコーホートについて作成した。また次年度の研究予定である、コーホート別の純移動率からみた移動歴パターン分析の補強材料とするために、東京大都市圏内および大阪大都市圏内の各都府県ならびに福岡県が行った、人口移動動向の調査結果を収集した。(1)1950年から1995年までの5年を1期間とする、総計9期間の都道府県別、男女・年齢5歳階級別の純移動率のすべての推計作業を終了するとともに、都道府県別の期間別移動率のデータベース化を行った。

(2)推計されたデータを累積することによって、1950年、1955年、1960年、1965年、1970年、1975年、1980年、1985年、1990年に、それぞれの時点で10歳14歳にあったすべてのコーホートごとの1950年から1995年までの移動歴を推計都道府県別、男女別)し、純移動率による移動歴をデータベース化した。(3)期間別移動率データによって、男女・年齢別の仮設コーホートの移動率パターンによる都道府県の類型化ならびに純移動率による移動歴データを使った、移動歴パターンによる都道府県の類型化を行った。(4)全年齢の純移動数を従属変数とし、年齢別の移動数を独立変数として、因子分析法によって、移動傾向の年齢による影響の重要度の検討を行った。(5)以上の作業から、最近の移動傾向は沈静化しているが、(イ)年齢別の移動パターンには大きな変化がみられないこと、(ロ)移動傾向に影響する年齢は、主として1014歳、1519歳、2024歳、2529歳、3034歳の5つの年齢階級であり、前3年齢階級が大都市圏内の都道府県では流入超過(非大都市圏内の諸県では流出超過、後2階級で流出超過(大都市圏)あるいは流入超過(非大都市圏)であるのは変わらないこと、(ハ)1014歳、1519歳の各年齢階級での大都市圏での流入超過、非大都市圏での流出超過の傾向は、全体としては沈静化したとされる最近でもかなり大きいこと、が確認された。(6)昨年度の分析結果をふまえ、戦後日本の人口移動の構造分析をすすめて、研究課題に対する結論をまとめるとともに、研究報告書の作成を行う。最終年度の当たる本年度は、二年度目の後半から開始した人口移動データ分析をもとに、多変量分析手法を導入して分析の一層の深化を行うとともに、その結果を踏まえた報告書作成を行った。主要な分析結果は、(1)いわゆる人口移動転換が戦後の日本でも見られたと言うことを示しているが、これを年齢別に見ると、1019歳の年齢階層は一貫して流入超過であって、この年齢層に限って言えば、人口転換があったとは言えない。他方、2034歳では、1965年間ではかなり高い流入超過率を持っていたものの1970年以降流出超過に転じていて、この年齢層では人口転換があったとはいえる。また、年齢別の純移動率を累積して得られた、コーホートの加齢による滞留率(大都市圏の場合。非大都市圏では残留率)を見ても明らかである。どのコーホートもある年齢以上では滞留率(残留率)が一定の水準に収束することが明らかであり、大都市圏においてはいずれも100%を超え、非大都市圏では100%を下回り、人口分布に対する影響という意味では、人口転換が起こったとはいえない。(2)都道府県別に見た年齢別の純移動率は多彩であるが、これをまとめると、大都市圏型と非大都市圏型とに大きく別れる。大都市圏型は1014歳あるいは1519歳を中心とする流入超過を特色とするパターン、非大都市圏型はその逆の、1019歳での流出超過を特色とするパターンである。
乳酸菌の細胞接着に関わる菌体表層タンパク質とそのデザイン

我々は腸内細菌のなかでも代表的な有用菌であるLactobacillus属乳酸菌がウイルスや病原性細菌と同じように宿主の細胞表顔に存在する糖鎖を介して腸管に接着し、フローラ(菌叢)を形成するものと考えて研究を行って来た。その結果、Lactobacillus属乳酸菌が糖脂質の糖鎖に特異的に結合することを見出すとともに乳酸菌の菌体表層に“糖鎖受容体タンパク質"が存在することを見出し、その遺伝子のクローニングを行った。本研究では“糖鎖受容体タンパク質"の遺伝子解析と大腸菌で発現したタンパク質を解析するとともに、本遺伝子を乳酸菌ヘセルフクローニングして菌体表層に本タンパク質を多量に発現するようにデザインした組換え乳酸菌の取得を試みた。Lactobacillus属乳酸菌(Lactobacillus casei)の糖鎖受容体タンパグ質の遺伝子を含む組換えプラスミドpR3Eを有する大腸菌DH5αより得られた菌体の無細胞搗出液についてnative gradientゲル電気泳動を行ったところ、L.acaseiの受容休タンパク質とほぼ同じ分子サイズの位置に強くタンパク質が発現していることを見出した。L.caseiの受容体タンパク質はスフィンゴ糖脂質のGA1(Galβl-3GalNAcβ1-4Galβl-4Glcβ1-1'Ceramide)の糖鎖に強く接着するので、組換え大腸菌の無細胞抽出液にGA1を添加して、native gradientゲル電気泳動を行った後、抗GA1モノクローナル抗体を用いたImmunoblottingを行ったところ、発現タンパク質に相当する位置に微弱ながら染色が認められた。また、菌体表層画分についてSDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動を行った結果、L.caseiの受容体.タンパク質と同じ分子サイズの位置にタンパク質のバンドが見られ、N-末端アミノ酸配列を調べたところ、L.caseiの受容体タンパク質のN-末端アミノ酸配列と同じであった。そこで、組換えプラスミドpR3EをシャトルベクターpBE31およびpH4611に繋いだ後、エレクトロポレーション法によって、Lactobacillus属乳酸菌への組込みを行い、セルフクローニングを試みている。
ダイナミックインバージョン制御を用いた重力制御姿勢安定化飛行体の研究

ダイナミックインバージョン制御ソフトウェアを入れる組み込み制御回路の設計と回路基板の製作を行い、1/3スケールの実験機に搭載し実験を外乱に対する姿勢制御実験を行った。高いサンプリング周波数の角速度センサ(ジャイロセンサ)フィードバックと角加速度センサを組み合わせることで、摂動運動を抑制する効果が得られることが明らかとなった。これらの成果を利用して、新潟スカイプロジェクトにて、推進機関であるターボジェットエンジンの研究開発と、電動高推力2軸制御アクチュエータの開発、炭素繊維複合材による軽量構造機体の開発を実施し、振子安定制御式無人航空機を製作。研究成果の実応用を目指す。平成24年度は、ダイナミックインバージョン制御ソフトウェアを入れる組み込み制御回路の設計と回路基板の製作を行った。前年度に製作したハードウェアの数値を基に、主翼の揚力中心から重心を内包する振子となる本体が直交懸垂し前後のピッチ軸と左右のロール軸に対して振子運動を行う運動のうち、ロール軸の運動方程式を導出し、逆運動学の解を導いた。また、応答速度の解析を行い、前年度に製作した1/3スケールの実験機の場合、2ms程度のロール姿勢フィードバックが必要であることを明らかにした。これにより、姿勢センサからの100ms程度のロール角速度データでは、フィードバック速度が大幅に不足しており、高速フィードバック専用のロール姿勢センサを付加し、高速サンプリングが可能なA/D変換ポートからフィードバック入力を行うこととした。ロール姿勢センサとして、(1)角速度センサ、(2)角加速度センサ、(3)その他のセンサの3方式を比較検討することとし、本年度は(1)の角速度センサフィードバックによるロール姿勢角制御を行った。(1)のロール角速度フィードバック制御の場合、振子の速度制御へのフィードバックとなるが、角速度の検出角度範囲が狭くS/N比が低い領域でのセンシングとなるため、ある程度の角速度が出るまでフィードバック制御を発動させることができない。このことから、次年度には(2)のダイバーシティ制御の角加速度センサを用いた新しい方法によるロール角姿勢制御を行う予定である。平成25年度は、ダイバーシティ制御の角加速度センサを用いた新しい方法によるロール角姿勢制御を行った。前年度に実施した従来型の角速度センサフィードバックは、サンプリング周波数を高めることで、ロール角度の浅い領域での安定した姿勢制御が可能となった。これにより、姿勢制御限界角に到達する外乱条件が大きくなり、制御限界外で本質安全による飛行保持を行うモードへの移行条件が緩和できるようになった。ロール中心に設置した角速度センサ(ジャイロセンサ)でロール角速度を検知する方法では、センサの角速度検出分解能に応じたロールが実際に発生するため、ゼロ点付近での摂動が発生する。この問題を解決するため、ロール中心から最大限距離をとりイナーシャを最大限とする点で変化量を大きく検出する角加速度センサの考案を行った。左右中央の3つの加速度センサの差分を識別することで、状態推定を行う角加速度センサによりダイナミックインバージョン制御で外乱に対する力覚制御を行う。しかしこの方式は、差分処理に比較的広域のハイパスフィルタを必要とするため、実質サンプリング周波数が低下する。そこで、サンプリング周波数の上がった角速度センサ(ジャイロセンサ)フィードバックと組み合わせることで、比較的周波数の低い摂動運動を抑制する効果が得られることが明らかとなった。摂動の高周波数成分の抑制性能は、角加速度センサのハイパスフィルタの性能向上が鍵となることが分かった。これらの成果を利用して、新潟スカイプロジェクトにて、推進機関であるターボジェットエンジンの研究開発と、電動高推力2軸制御アクチュエータの開発、炭素繊維複合材による軽量構造機体の開発を実施し、ウイングスパン10m、離陸総重量148kg、総推力800Nf双発ターボジェットエンジン搭載の振子安定制御式無人航空機を製作。初年度となるH23年度はロール、ピッチ、ヨー3軸回転運動のうちの、ロールの姿勢制御関数について解明し、近似関数により必要な制御関数を導出した。重力振子安定式飛行機械のダイナミックインバージョン制御のため、ロール姿勢制御モデルの運動方程式の変形から導出した。平成23年度は姿勢角が小さい領域において解明を行った。制御則はコード化して小型組込み制御装置に搭載し動作解析を行っている。小型組込み制御装置の回路設計と製作も平成23年度に行った。同時に、実測データ収集のため、実験機の1/3スケールとなる小型実験機を製作した。実験機の設計は、3D-CADを用い、翼の特性を決定する骨組み材(スパー)の応力解析や変形解析から、設計の最適化を行った。実験機は、胴体部分が全て軽量アルミ合金、翼部分が軽量アルミ合金とポリエステル膜材で製作された。小型実験機の主な仕様は、翼スパン3m、翼面積2平方m、総重量3kg、推力1.5kgf。翼の設計では翼面積2平方m、スパン2.8m、アスペクト比2.3。空力特性設計では、後退角30°(翼スパー挟角120°)、上反角10°、捻下角10°、翼後縁上反角5°とした。