hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
移動式並列型動物実験システムの開発とそれを用いた行動的及び数理的比較認知研究

MPPパネルには、1)被験体が常時いるホームケージで複数個体同時に実験を行える、2)実験によるストレスがほとんどない、3)自然場面におけるハトの摂食行動と類似した形で行動実験ができる、4)一日で約1,000回程度の強化試行を行える、5)きわめて学習が早い、などの特徴がある。新型パネルの開発にあたっては、動作の信頼性を上げる、液晶モニター上に刺激画像をコンピュータ制御で呈示できるようにする、2キーの同時弁別と1キーの継時弁別の両方で使用可能にして、汎用性を高める、などの改良が加えられた。2.行動的比較認知研究完成したパネルを用いて、視覚的カテゴリー学習をめぐる行動的研究を行った。Morphingによる人の顔の画像合成を行って、家族的類似性をもった視覚的カテゴリーを構成した。その結果、ヒトと同様の中心化傾向によるプロトタイプ効果がハトでも見い出された。また、同様の画像合成によって作成された異なった刺激間に機能的等価関係が推移的に発現することが実証された。3.数理的学習モデルの検討「推理的推論」と呼ばれる行動的現象を数理的学習モデルでシミュレーションした。行動的実験結果は、高度な認知的処理が要求される「推論」というよりは、むしろ単純な学習モデルで記述できることが明らかになった。移動式並列型動物実験システムの開発を行った。本実験システムはドイツで作製されたハト用MMP(multiple,portabIe,and programmable)パネルをモデルとし、新システムの開発にあたっては、動作の信頼性を上げる、モニタ上に画像をコンピュータ制御で提示できるようにする、2キイの同時弁別と1キイの継時弁別の両方で使用可能にして汎用性を高める、などの改良が加えられた。完成したシステムを用いて、離散試行型同時弁別訓練とgo/no-go型継時弁別訓練での弁別獲得過程をハトを被験体として検討した。いずれも、従来の標準的なスキナー箱での同様の実験と比較してはるかに短期間で学習が完成し、本システムの有効性が確かめられた。本システムを用いて次年度より行う実験研究のために、情報エントロピーの概念に基づく刺激同定モデルを新たに開発し、既存のモデルとの関係について理論的な検討を行った。その結果、このモデルはShepar-d-LuceのモデルおよびGRT(General Recognition Model)同定モデルを含む統一的なモデルであることが明らかにされた。また、このモデルを動物(ハト)でのカテゴリー弁別実験に適用するためのパイロット実験を行った。移動式並列型動物実験システムを開発し、それを新型MPP(multistimulus,portable,and programmable)パネルとして公開した(実森・牧野,1999)。また、新型MPPパネルを用いて1)ヒト合成顔画像のカテゴリ弁別におけるプロトタイプ効果、2)刺激等価性、3)推移的推論の3つの実験をハトを被験体として行った。1)のプロトタイプについての研究は、(1)家族的類似性をもつカテゴリ弁別の後には、ハトにおいてもヒトと同様のプロトタイプ効果が見られること(牧野・実森,1999投稿中)、(2)プロトタイプ効果は事例学習ではなくカテゴリレベルでの学習に起因することが明らかになった。2)の刺激等価性についての研究では、(1)連続逆転学習によって、刺激間にA≡BやB≡Cのような機能的な等価関係が生じること、(2)その関係は「If A≡B and B≡C,then A≡C」のように推移的に拡張して、ハトにおいても刺激等価クラスが形成されることが示された(実森・牧野,2000;牧野・実森,2000日本動物心理学会にて発表予定)。3)では、ハトに見られる「If A>B and B>C,then A>C」のような推移的推論と同様の行動のメカニズムを探った。この行動はヒトと同様の推移的推論というよりは、むしろ基礎的な学習によって説明できることが数理学的なモデルによって確かめられた。移動式並列型動物実験システムを開発し(実森・牧野,1999)、前年度は1)ヒトの合成顔画像のカテゴリー弁別におけるプロトタイプ効果(牧野・実森,2000)、2)刺激等価性(投稿準備中)、3)推移的推論の研究を行った。

本年度は前年度の研究成果に基づいて、刺激等価性をめぐる2つの実験(実験1、実験2)をハトで行った。また事物の異同弁別についての比較認知研究の可能性を探るため、聴覚刺激を用いた場合(金森・須藤,2000)と3次元的に回転する円と楕円の弁別についてヒトでの実験を行い、同様の比較研究をハトで行える可能性が示唆された。ハトでの刺激等価性の実験1では、人の顔の画像合成をコンピュータで行って刺激カテゴリーを形成した。顔Xと他の顔(A,B,C)をそれぞれ50%ずつ合成して顔XA,XB,XCを作成した(カテゴリーX)。同様にしてYD,YE,YF(カテゴリーY)を作成し、移動式並列型動物実験システムでXA=XB(YD=YE)とXB=XC(YE=YF)の機能的等価性訓練をおこなった。その結果、XA=XC(YD=YF)の新しい関係が創発された。実験2では、相互に類似していないXとA,B,C(YとD,E,F)の間にも等価な関係の創発が見られた。このことから、家族的類似性をもつカテゴリー{A,B,C,X,XA,XB,XC}と{D,E,F,Y,YD,YE,YF}では、そのいくつかの成員間で等価関係を訓練しただけでその関係が他の成員にも波及し、カテゴリーが容易に形成されることが確かめられた(動物心理学会、基礎心理学会にて発表予定)。
副交感神経性心拍調節におけるムスカリン性Kチャネルの役割の検討

本研究ではまず、ペプチド性蜂毒素デルティアピン(Ter)が、心臓ではムスカリン性K+(KACh)チャネルを特異的に抑制することをパッチクランプ法で示した。そこで、Terがカルバコール(CCh)の単離家兎ランゲンドルフ心に及ぼす陰性変時作用にどのような影響を及ぼすか検討した。プロプラノロール(100nM)存在下で、CCh(1nM-10μM)は濃度依存性に洞徐脈を誘発した。Ter(300nM)は、CChの効果を部分的に抑制した。Ter感受性分画と非感受性分画は、それぞれ【greater than or equal】100nMおよび>1nMのCChで濃度依存性に誘発され、CCh(10μM)の効果の75および25%を担った。頸動脈洞反射はKAChチャネルにより仲介されるので、本結果は副交感神経末端からかなり高濃度のアセチルコリンが分泌されていることを意味する。Ter非感受性分画は、CChによる基礎的アデニル酸シクラーゼ(AC)代謝の抑制に伴う過分極誘発性非特異的カチオン電流の抑制に由来すると思われた。イソプロテレノール(100nM)存在下では、Ter感受性分画と非感受性分画は、それぞれ【greater than or equal】10nMおよび>1nMのCChで濃度依存性に誘発され、ともにCCh(10μM)の効果の50%を担った。したがって、β刺激存在下では非存在下に比較して、CChの陰性変時作用に対するAC抑制の寄与が増大し、KACh電流の寄与が相対的に減少した。Ter感受性分画のCCh感受性がβ刺激存在下で上昇したことは、KAChチャネルのCCh感受性が増大したか、または洞房結節の活動電位のKACh電流感受性が増大したことを示唆するが、詳細は不明で今後の検討を要する。副交感性心拍調節におけるムスカリン性K(K_<ACh>)チャネルの役割を検討するためには、K_<ACh>チャネルの特異的ブロツカーが必要である。本年度はパッチクランプ法を用い、ハチ毒素テルティアピンがウサギ心筋細胞で同チャネルをほぼ選択的に抑制することを示した。まずホールセルモードで、テルティアピンは心房筋細胞のムスカリン性K(K_<ACh>)チャネルを、膜電位非依存性にIC_<50>値10nMで抑制することが分かった。濃度反応曲線のHill係数は1であった。テルティアピンは、K_<ACh>チャネルの緩徐なリラクセーションキネティックスを変化させなかった。テルティアピンは、心房・心室筋細胞のI_<K1>, I_<KATP>膜電位依存性Na,Ca,K電流に、ほとんど影響を与えなかった。受容体非依存性にGTPγSで活性化されたK_<ACh>電流もテルティアピンで抑制されたので、テルティアピンはムスカリン性受容体を介さず、K_<ACh>チャネルを直接抑制すると考えられた。セルアタッチドパッチによる解析からは、テルティアピンはK_<ACh>チャネルの単一電流コンダクタンスや開口時間を変化させないこと、アウトサイドアウトパッチによる検討からは、テルティアピンがK_<ACh>チャネルの速い開閉のキネティックスを変化させずNP_oを低下させることが分かった。またインサイドアウトパッチによる検討から、テルティアピンは細胞内側からはK_<ACh>チャネルを抑制しないことが分かった。以上より、テルティアピンは、1心臓ではK_<ACh>チャネルにほぼ特異的に作用し、2この反応はチャネル細胞外側から起こる膜電位非依存性のスローブロックによると考えられた。

従ってテルティアピンは、K_<ACh>チャネルの副交感性心拍調節における役割を検討するのに有用な薬物であると考えられた。昨年度私は、ペプチド性蜂毒素テルティアピンが、アセチルコリンにより活性化される心房筋細胞のムスカリン性K(K_<ACh>)チャネルを、細胞膜外側から膜電位非依存性にスローブロックすることを見出し報告した。今年度は、このペプチドを利用して、ムスカリン性アゴニストによる洞性徐脈にK_<ACh>チャネルがどのように関与するかを、ウサギ心臓のランゲンドルフ標本から記録した心電図で評価した。プロプラノロール存在下で、アセチルコリンの非水解性アナログのカルバコール(CCh)は、1nMから10μMの範囲で濃度依存性に洞性徐脈を誘発した。テルティアピン(100または300nM)は、300nM以上のCCh存在下で有意に心拍数を増加させたが、100nM以下のCChによる陰性変時作用には影響を与えなかった。そこでCChの陰性変時作用を、テルティアピン感受性成分とテルティアピン非感受性成分に分けた。前者は100nMより高濃度のCChで活性化され、CChの最大反応の75%を占めた。パッチクランプ法のホールセルモードで、K_<ACh>チャネルは実際この範囲の濃度のCChにより活性化された。一方、テルティアピン非感受性成分は1から300nMのCChにより濃度依存性に活性化され、CChの最大反応の25%を占めた。1μMのCChと300nMのテルティアピン共存下の洞性心拍数は、過分極誘発性非特異的カチオン電流I_fの特異的ブロッカーである2mMのCsCl存在下の洞性心拍数とほぼ同等であった。さらに2mMのCsCl存在下では、テルティアピン非感受性成分が存在しなかった。以上のことから、300nM以上のCChによる洞性徐脈は主としてK_<ACh>チャネルの活性化により、それ以下の濃度のCChによる徐脈は主としてI_fの抑制により誘発されると考えられた。洞房結節細胞のM2スカリン性受容体刺激は、ムスカリン性K^+(K_<ACh>)チャネルの活性化とアデニル酸シクラーゼの抑制を介して陰性変時作用を引き起こす。昨年度私は、K_<ACh>チャネルの特異的ブロッカー・テルティアビン(Ter)を用いて、βアドレナリン性受容体刺激非存在下でのムスカリン性アゴニストによる陰性変時作用における両過程の機能的重要性を検討した。その結果、(1)ムスカリン性アゴニスト・カルバコール(CCh)は1nMから10μMの範囲で濃度依存性に陰性変時作用を引き起こすこと、(2)このうちTer感受性分画は30nMから1μMのCChで誘発され、CChの最大効果の約70%を担うこと、(3)Ter非感受性分画は1nMから100nMのCChで誘発され、CChの最大効果の約30%を担うことを見い出した。そこで今年度は、β受容体刺激下に同様の実験を行ない、上記2過程がどのようにCChの陰性変時作用を仲介するかを検討した。β受容体アゴニスト・イソプロテレノール(100nM)存在下で、CChは1nMから10μMの範囲で濃度依存性に心拍数を低下させた。Ter(300nM)は、10nMより高濃度のCChの効果を部分的に阻害した。この結果から、CChはTer感受性分画を10nMから1μMの範囲で、Ter非感受性分画を1nMから10μMの範囲で濃度依存性に誘発することが解った。両分画の最大反応は、ほぼ同等であった。
乱流輸送のプラズマベータスケーリングのシミュレーション研究

磁場閉じ込め核融合実験装置内のプラズマで発生する乱流の研究において、従来の運動論シミュレーションではプラズマ圧力(ベータ)が低い極限が仮定された。我々は電磁的ジャイロ運動論シミュレーションコードを開発し、有限圧力プラズマに発生する乱流の解析を可能にし、この乱流によって生じる粒子および熱輸送の評価を可能にした。そして、この新たに開発したシミュレーションコードを用いて乱流による粒子および熱輸送の圧力依存性を示した。さらに、圧力が有限な場合、自己組織化によって生成される帯状流は弱いことが明らかになるとともに、帯状流生成以外の乱流飽和機構として磁力線方向の構造形成が重要であることを明らかにした。前年度に、国内で初めてこの電磁的な乱流の運動論的シミュレーションが可能なシミュレーションコード(強い磁場の下でのボルツマン方程式を直接シミュレーションするコード)を開発しました。今年度はこのシミュレーションコードを用いて電磁的な乱流の揺動は圧力が低い場合と大きく異なることを発見しました。そして、計画通りこの成果を第24回IAEA核融合エネルギー会議で発表しました。この研究成果は平成25年4月9日に行われた核融合科学研究所のプレス発表http://www.nifs.ac.jp/press/130409.htmlで紹介されたので、その発表のために準備した資料をもとに以下に説明します。--高圧力プラズマ中に発生する乱れのシミュレーションに成功--(スーパーコンピュータの性能向上と新たなシミュレーションコード開発により核融合プラズマ内で発生する複雑なプラズマの乱れの把握が可能に)核融合発電を実現するためには、ドーナツ型の磁場の籠の中に高温のプラズマを安定に閉じ込める必要がありますが、プラズマの圧力が大きくなると乱れた流れ(乱流と呼ばれる)が発生し、粒子や熱が圧力の高いプラズマ中心から圧力の低い周辺に向かって吐き出され、プラズマ閉じ込めの妨げになります。核融合科学研究所では、国内で初めてイオンと電子両方の運動を解く数値シミュレーションコードを開発したことにより、従来理解されていなかった高圧力プラズマにおける乱流の様子が明らかになりました。この成果によりイオンや電子の熱がどのような速さで吐き出されるかを調べることが可能になり、プラズマを安定に閉じ込める研究が進展しています。この研究成果を、国際ジャーナルNuclear Fusion, 053007 (2013)に発表しました。また、招待講演としてIAEA技術会合(2013年5月27ー29日、ウィーン)で発表する予定です。電磁的ジャイロ運動論シミュレーションコードを開発し、トーラス型核融合プラズマにおける乱流によるイオンおよび電子の熱および粒子輸送を評価可能にした。そして、現在までに、乱流輸送のプラズマベータ(プラズマ圧力)依存性を定性的に明らかにした。さらに開発を進め、実験で観測される磁場、密度、温度分布を入力する電磁的乱流輸送評価を可能にした。トカマクおよびヘリカル型核融合実験装置の有限ベータ(圧力)プラズマにおいて、乱流を駆動する不安定性は、低ベータでドリフト波不安定性、有限ベータで運動論的電磁流体不安定性であり、プラズマベータが2から3%程度でドリフト波不安定性から運動論的電磁流体不安定性に遷移することを明らかにした。そして、有限ベータプラズマにおける乱流の飽和機構を新たに発見した。さらに、運動論的電磁流体不安定性に駆動された乱流は、ドリフト波不安定性に駆動された乱流と比較して、乱流拡散効果が低いことを明らかにした。また、電磁的ジャイロ運動論シミュレーションコードを開発した結果、トーラス型核融合プラズマにおける乱流のマルチスケールシミュレーションおよび基礎物理の理解に大きな進展をもたらした。たとえば、イオンスケール乱流と電子スケール乱流を同時に行うシミュレーションを可能にした。さらに、有限プラズマベータにおいて重要となる磁場揺動効果の中で特に磁気リコネクションについて新しい知見を得た。これらの乱流輸送のプラズマベータ依存性に対する研究成果をアメリカ物理学会の招待講演、IAEA-技術会合の招待講演、プラズマシミュレータシンポジウムの招待講演、East-Asian Schoolの招待講演、Turbulence, Transport and Structures in Magnetized Plasmasの招待講演として発表した。また、核融合科学研究所のプレス発表として公開した。核融合実験装置における乱流輸送のベータスケーリング(有限圧力効果)を評価するために不可欠な電磁的ジャイロ運動論シミュレーションコードの開発に成功し、交付申請書に記した当該年度の目標を達成しました。この新しいコードにより、国内唯一の有限ベータプラズマにおける乱流の運動論シミュレーションが可能になりました。このシミュレーション結果をもとに「高ベータトロイダルプラズマにおける乱流輸送」という題で第24回IAEA核融合エネルギー会議の発表申請を行い、国内及び国際審査に合格しました。また、すでに開発済みの二流体シミュレーションコードを用いて有限ベータプラズマにおける乱流輸送で重要な役割を果たす磁場揺動の定性的な理解をテキサス大学との共同研究で進めました。その結果を、プラズマコンファレンス2011の招待講演、Sherwood国際会議(米国最大の核融合プラズマ理論国際会議)の口頭発表(招待講演に相当)、Festival de Theoryの招待講演(フランスのカダラッシュ研究所主催で2年に1度開催される)として発表しました。上述のFestival de Theory会議においてヨーロッパの研究者と行った議論が電磁的ジャイロ運動論シミュレーションコードの開発に有用でした。また研究費を利用して参加したアメリカ物理学会および日本原子力機構訪問において行ったベータスケーリンングについての議論が有用でした。研究実施計画に記述した電磁的ジャイロ運動シミュレーションコードの開発における困難に対して、電子流体モデルの適用および磁力線方向の数値解法の工夫、の二つの方法を提案しました。そして計画に沿って当該年度は前者の方法を用い、開発に成功しました。また後者について日本物理学会年次大会で発表しました。

これらの方法は、従来の方法によるヨーロッパの研究グループの結果と比較し、正確であることを確認しました。磁場閉じ込め核融合実験装置内に生成されるプラズマで発生する乱流は、従来の運動論シミュレーションでは、プラズマ圧力(ベータ)が低い極限を仮定して研究されてきた。我々は電磁的ジャイロ運動論シミュレーションコードを開発し、有限圧力プラズマに発生する乱流によって生じる粒子および熱輸送の評価を可能にした。そして、この新たに開発したシミュレーションコードを用いて乱流による輸送の圧力依存性(ベータスケーリング)を調べ、以下の依存性を示した。低ベータ(低圧力)ではイオン温度勾配不安定性が乱流輸送を引き起こし、中ベータ(1%程度)ではイオン温度勾配不安定性が磁場揺動により安定化され、捕捉電子モードが乱流を引き起こす。さらに圧力が高い高ベータ領域では、MHD不安定性の一種である運動論的バルーニングモードが乱流輸送を引き起こす。これらの低、中、高圧力領域での乱流の飽和機構は明らかになっていなかった。低圧力極限で乱流の飽和状態(準定常状態)においては、自己組織化によって生成される帯状流が支配的な役割を果たしていた。圧力が有限な場合、自己組織化によって生成される帯状流は弱いことが明らかになるとともに、帯状流生成以外の乱流飽和機構が明らかになった。帯状流以外の乱流飽和機構はさまざまであり、未解明な部分も残されている。ひとつの飽和機構は、乱流の磁力線方向の構造が非軸対称性磁場に捕捉された粒子によって変化することに起因する。この成果はアメリカ物理学会招待講演論文になるとともに論文誌Phys. PlasmasのEditor's Choiceに選ばれた。また所属研究所からプレス発表された。そして、乱流輸送のベータ依存性の研究成果をレビューとしてまとめITER International Schoolにおいて招待講演するとともにJournal of Plasma Physics誌に発表した。磁場閉じ込め核融合プラズマにおける乱流輸送のベータ依存性に対するシミュレーション研究の最終段階として、特定の磁場閉じ込め核融合実験装置内のプラズマ(特定のベータ値を持つ)における乱流輸送の評価を行った。具体的には、大型ヘリカル装置(LHD(核融合科学研究所))を対象として、今回開発した電磁的ジャイロ運動論シミュレーションコード(電磁場と相互作用する粒子の5次元位相空間における分布を追跡するシミュレーションコード)を用いて解析を行った。
3次元仮想空間チャットシステムにおける英語の授業方法の開発

1999年度から九州大学と野村総合研究所が3次元仮想空間チャツトシステムの外国語授業への応用と改良に取り組んできたのを受け、本研究においては、北海道大学言語文化部・京都大学大学院教育学研究科・野村総合研究所の協力を得て、九州大学と北海道大学をインターネットで接続して遠隔英語実験授業を実施し、よりよい授業方法を探り、またその中で得られた知見をフィードバックして、より快適な授業を可能とするようなさらなる改良をシステムに施した。授業方法としては、受講者を対象としたアンケート調査により、タスクの形式は非日常的なもの、内容は日常的なものが望ましいことがわかった。システム上の改善点には授業の成立自体に必須と思われるものもあり、遠隔地で受講中の参加者に確実に授業進行上の指示内容を伝えるためのテロップ表示や、タスクをこなす上で遠隔地に散らばる参加者をグループに分けることができるグルーピング機能などがそれにあたる。この他、細部にわたる様々な改良を加え、LL並の使い勝手の良さを目指した。この他、授業実践やアンケート調査によって、3次元仮想空間の存在意義・学習意欲の増進効果、チャットログの計量的評価のみでもかなり妥当な成績評価ができることなどが確認された。今後の課題としては、文字チャットのみならず音声チャットも実施する場合の諸問題、複数大学を接続しながら一人の教員で実施する遠隔授業の各実施大学での単位化などがある。
ラット慢性高眼圧モデルにおける熱ショック蛋白の発現

上強膜静脈焼灼によるラット眼圧上昇モデルを作製し、このモデルの評価をニューマトノメーターによる眼圧測定及び生存網膜神経節細胞数のカウントにて施行した。また熱ショック蛋白質(Heat shock protein : HSP)のうちHSP70ファミリーのHSP70およびHSC70の発現の経時的変化について検討した。眼圧測定は、モデル作製後4日、1週間、2週間、1ヶ月後は1ヶ月毎に施行した。ラット覚醒時の眼圧(午後)は、術後4日には33.8mmHgと対照眼(21.0mmHg)と比較し上昇しており、さらに6ヶ月後においても31.8mmHgと眼圧上昇は観察期間中ずっと持続していた。眼圧上昇により誘導される網膜神経節細胞死は、モデル作製後3、6ヶ月後に評価した。3、6ヶ月後においてそれぞれ対照眼と比較し約14%、33%に網膜神経節細胞死が認められた。HSP70あるいはHSC70mRNAの発現量は、モデル作製4日、1週間、2週間、1ヶ月、3、6ヶ月後にRT-PCR法を用い検討した。HSP70 mRNA発現量は、眼圧上昇後1ヶ月間は対照眼と比較し増加していた。しかしながら、眼圧上昇後少なくとも3ヶ月以降は逆に対照眼と比較し減少した。一方、HSC70 mRNA発現量は経過観察期間を通して対照眼と同等であった。慢性眼圧上昇下においてconstitutiveなHSP(HSC70)の発現は経過観察期間を通じて見られなかった。一方外的刺激により誘導されるHSP70の網膜での発現は一過性に上昇するものの、その持続とともにその発現量は低下する。HSP70が従来通り保護的な役割を演じていると仮定した場合、慢性眼圧上昇下においてその発現が減少することにより、網膜障害が進行することが示唆された。本研究の成果は、ARVO meeting(平成14年5月、Fort Lauderdale)、第5回オフタルモニューロプロテクション(ONP)研究会(平成14年7月、東京)、第68回日本中部眼科学会(平成14年11月、大阪)、ARVO meeting(平成15年4月、Fort Lauderdale)で報告した。このモデルによりラット覚醒時の眼圧(午後)は、術後4日には33.8mmHgと対照眼(21.0mmHg)と比較し約1.6倍に上昇した。さらにモデル作製6ヶ月後においても31.8mmHgとやや低下する傾向にはあったものの、眼圧上昇は観察期間中ずっと持続していた。眼圧上昇により誘導される網膜神経節細胞死は、ラット両側上丘より蛍光色素を注入し、逆行性に生存している網膜神経節細胞を標識することにより、モデル作製後3、6ヶ月後に評価した。3ヶ月後においては対照眼と比較し約14%に網膜神経節細胞死が認められた。同様に6ヶ月後においては、約33%に網膜神経節細胞死を認めた。従来使用されていた緑内障モデルは、眼圧上昇の維持という面でヒト緑内障とはかなりかけ離れたモデルであった。本研究で作製したモデルは、ヒト慢性緑内障に一層類似し今後の緑内障研究において非常に有用なモデルと考えられた。本研究の成果は、ARVO meeting(平成14年5月、Fort Lauderdale)、第5回オフタルモニューロプロテクション(ONP)研究会(平成14年7月、東京)、第68回日本中部眼科学会(平成14年11月、大阪)で報告した。また本モデルを用いて、熱ショック蛋白質(Heat shock protein : HSP)のうちHSP70ファミリーのHSP70およびHSC70の発現の経時的変化について検討した。HSP70mRNA発現量は、眼圧上昇後1ヶ月間は対照眼と比較し増加していた。一方、HSC70mRNA発現量は経過観察期間を通して対照眼と同等であった。慢性眼圧上昇下では網膜でのHSP70の発現が一過性に上昇するものの、その持続とともにその発現量は低下する。

本研究の成果は、ARVO meeting(平成15年4月、Fort Lauderdale)で報告した。上強膜静脈焼灼によるラット眼圧上昇モデルを作製し、このモデルの評価をニューマトノメーターによる眼圧測定及び生存網膜神経節細胞数のカウントにて施行した。また熱ショック蛋白質(Heat shock protein : HSP)のうちHSP70ファミリーのHSP70およびHSC70の発現の経時的変化について検討した。眼圧測定は、モデル作製後4日、1週間、2週間、1ヶ月後は1ヶ月毎に施行した。ラット覚醒時の眼圧(午後)は、術後4日には33.8mmHgと対照眼(21.0mmHg)と比較し上昇しており、さらに6ヶ月後においても31.8mmHgと眼圧上昇は観察期間中ずっと持続していた。眼圧上昇により誘導される網膜神経節細胞死は、モデル作製後3、6ヶ月後に評価した。3、6ヶ月後においてそれぞれ対照眼と比較し約14%、33%に網膜神経節細胞死が認められた。HSP70あるいはHSC70mRNAの発現量は、モデル作製4日、1週間、2週間、1ヶ月、3、6ヶ月後にRT-PCR法を用い検討した。HSP70 mRNA発現量は、眼圧上昇後1ヶ月間は対照眼と比較し増加していた。しかしながら、眼圧上昇後少なくとも3ヶ月以降は逆に対照眼と比較し減少した。一方、HSC70 mRNA発現量は経過観察期間を通して対照眼と同等であった。慢性眼圧上昇下においてconstitutiveなHSP(HSC70)の発現は経過観察期間を通じて見られなかった。一方外的刺激により誘導されるHSP70の網膜での発現は一過性に上昇するものの、その持続とともにその発現量は低下する。HSP70が従来通り保護的な役割を演じていると仮定した場合、慢性眼圧上昇下においてその発現が減少することにより、網膜障害が進行することが示唆された。本研究の成果は、ARVO meeting(平成14年5月、Fort Lauderdale)、第5回オフタルモニューロプロテクション(ONP)研究会(平成14年7月、東京)、第68回日本中部眼科学会(平成14年11月、大阪)、ARVO meeting(平成15年4月、Fort Lauderdale)で報告した。
サプライチェーンを通じた資源利用と環境影響の解析と資源利用の高度化・高効率化研究

本研究では、資源消費がサプライチェーンを通じて誘引する影響を捉えるための計測・解析手法の開発に取り組み、鉄・銅・ニッケルを対象事例としてグローバルマテリアルフローとサプライチェーンに内在する諸問題(土地改変、サプライチェーンリスクなど)の把握と改善策の提言を行った。また、改善策の1つとして、更なるリサイクルの推進の重要性を示し、プロセスの化学熱力学解析などの観点から課題と有効利用の可能性を論じると共に、特に、劣質・未利用な静脈資源に着目しての有効利用を促進するための方策を論じた。得られた成果については、インフォグラフィクスの技法などを活用して、論文誌や学会発表での発信に取り組んだ。本研究は、『サプライチェーンを通じた資源利用と環境影響の計測・解析方法』の確立を目的として、枠組み設計に加えて、事例研究を通じて、持続可能な資源管理のための技術開発課題、システム開発課題を抽出する。事例研究では、エネルギー技術等の導入・普及に伴い世界各国での需要拡大が予想されるニッケル等とその随伴元素を含めて物質管理を論じる。平成26年度の研究実績の概略は以下である。統括(代表者)は、各Gr.と連携して解析を主体的に進める共に、資源の散逸や環境影響の事例収集、事例研究で取り上げるべき資源利用の高度化・高効率化に資する技術・システムの選定、更には、その導入に伴う技術的・社会的な障壁・課題、技術導入に関係するステークホルダーについての調査(研究協力者、専門家へのヒアリングも想定)を進めた。物質・プロセス解析Gr.では、Ni等の対象事例に関する日本および海外における製錬・リサイクル等の技術情報、更には、物質の化学状態についての情報の収集・解析を行った。また、物質・製品の各ライフステージからのサンプル(製錬残渣、工程屑、使用済み製品、焼却残渣など)の採取、模擬試料の作成と組成分析・化学状態分析を実施して、元素の分配傾向・回収可能性、物質の化学状態および化合物の生成メカニズムの解析に取り組んだ。物質フロー・サプライチェーン解析Gr.では、WIO-MFA,GLIOが有するサプライチェーン構造に環境影響情報を付加して計測・解析手法の枠組みを再構築すると共に、製錬等に伴う潜在的な環境影響や資源散逸、採掘に伴う土地改変による生物多様性への影響など、資源利用に伴う環境影響に関する情報を抽出して、サプライチェーンを通じた資源利用と環境影響の計測・解析(現状把握)に着手した。平成27年度の研究実績の概略は以下である。・統括: 3つの特性情報(物質の資源性・有害性特性、プロセス特性、物質フロー・サプライチェーン特性)を踏まえて資源利用の高度化・高効率化技術の選定を進めた。また、ニッケルのライフサイクルに係るステークホルダーとの意見交換・情報交換を実施した。更に、効果的な情報発信のためにインフォグラフィクスの作成および物質フロー・サプライチェーン情報の動的可視化ツールの作成に関する検討を進めた。・物質・プロセス解析Gr.:解析に必要となる情報収集を継続して進めると共に、元素の分配挙動の解析および資源の回収可能性の検討を実施した。更には、物質の化学状態の解析として、各サンプルの逐次抽出法およびX線吸収微細構造法による分析と共に、サブスタンスフローに関する情報と統合することで、フェロニッケル製造工程の中心としたニッケルの「化学形態フロー」のプロトタイプを作成した。・物質フロー・サプライチェーン解析Gr.:ニッケル・銅・りん等の物質フロー・サプライチェーン構造を明らかにするとともに、日本の産業構造と国際サプライチェーンを接続した解析を実施した。率化に資する技術・システムの事例収集を進めた。物質フロー・サプライチェーンに関する基盤情報については連携している他プロジェクトとの情報共有と情報交流を進めることで、より効率的な成果の抽出につながった。ただし、環境影響情報の接続については、当初予定していた分担者の異動に伴い計画を縮小せざるを得ない状況が生じている。最終年度においては、より一体的な成果をだすために、事例としては、特に、ニッケルとその随伴元素を対象とした解析に注力することとなった。本研究は、『サプライチェーンを通じた資源利用と環境影響の計測・解析方法』の確立を目的として、枠組み設計に加えて、事例研究を通じて、持続可能な資源管理のための技術開発課題、システム開発課題の抽出に取り組んだ。事例研究では、世界各国での更なる需要拡大が予想される鉄、銅、ニッケル等とその随伴元素を含めて物質管理を論じた。平成28年度の研究実績の概略は以下である。・統括:事例解析から得られた特性情報を踏まえて資源利用の高度化・高効率化のための検討を進めた。特に、ニッケルのライフサイクルに係るステークホルダーとの意見交換と情報発信、更には、散逸が懸念されるめっきスラッジ等の劣質な静脈資源の有効利用にむけた技術検討に注力した。また、効果的な情報発信のために物質フロー・サプライチェーン情報の動的可視化ツールの開発、更には、インフォグラフィクスの技法を活用した成果の発信に努めた。・物質・プロセス解析Gr.:フェロニッケル製造工程を対象に熱力学解析による元素の分配挙動の解析に加えて、化学分析により入出力物質の化学状態(結晶構造や化学形態)を明らかにした。

また、資源の有効利用にむけた提言として、脱りん能の付与・制御によるフェロニッケル製造工程におけるめっきスラッジ等の劣質な静脈資源の利用可能性の提示、めっき剥離スラッジの事前分離と目的成分の濃化の可能性を示した。・物質フロー・サプライチェーン解析Gr.:鉄・銅・ニッケルなどを対象として、サプライチェーン構造および需給量の時間的変化を明らかにした。これにより、インドやアフリカ地域などの新興国では依然として需要拡大の可能性がある事が示唆された。また、ニッケル等を事例として、サプライチェーンに内在する環境問題・社会問題等の整理、更には、日本の経済活動がサプライチェーンを通じて誘引する誘発採掘量と土地改変量を定量化した。本研究では、資源消費がサプライチェーンを通じて誘引する影響を捉えるための計測・解析手法の開発に取り組み、鉄・銅・ニッケルを対象事例としてグローバルマテリアルフローとサプライチェーンに内在する諸問題(土地改変、サプライチェーンリスクなど)の把握と改善策の提言を行った。また、改善策の1つとして、更なるリサイクルの推進の重要性を示し、プロセスの化学熱力学解析などの観点から課題と有効利用の可能性を論じると共に、特に、劣質・未利用な静脈資源に着目しての有効利用を促進するための方策を論じた。得られた成果については、インフォグラフィクスの技法などを活用して、論文誌や学会発表での発信に取り組んだ。物質フロー・サプライチェーンに関する基盤情報については連携している他プロジェクトとの情報共有と情報交流を進めることで、より効率的な成果の抽出につながった。ただし、環境影響情報の接続については、当初予定していた分担者の異動に伴いある程度の研究計画や研究体制の見直しなども考える必要が出てきた。以下の役割分担のもとで、研究を推進する。また、一体的な成果の出力を意識して、特に、ニッケルとその随伴元素に着目して解析と検討を実施する。<統括> 3つの特性情報(物質の資源性・有害性特性、プロセス特性、物質フロー・サプライチェーン特性)を踏まえて、持続可能な資源管理に向けた課題抽出および提言をまとめる。加えて、資源利用の高度化・高効率化に向けた具体的な検討として、ニッケルを含有する静脈資源等を取り上げて、循環利用の障壁や改善策を提示する。さらに、効果的な情報発信のためのツールとして、グラフィックデザイナー・コード開発者を交えて、動的な可視化ツールの作成および効果的なインフォグラフィクスの作成に取り組む。<物質・プロセス解析Gr.>基幹プロセスにおける元素の分配傾向および回収可能性、ライフサイクルを通じた物質の化学状態フロー、そして、資源の散逸形態等に関する解析・精緻化と検証を実施する。分配挙動の解析については、模擬実験による検証(例えば、フェロニッケル製造におけるPの分配)なども検討する。これらの結果をもとに、静脈資源の循環利用の促進など、資源の散逸を低減するための技術改善を含めて、回収技術および適正管理・処理技術の検討を行う。<物質フロー・サプライチェーン解析Gr.
レーザ速度干渉計を用いた高分子材料の衝撃波粒子速度履歴の計測と緩和現象の解明

本研究では、既存の口径40mmの衝撃銃を用いて高分子材料の1GPa領域の比較的低い衝撃圧力領域における衝撃波面の緩和構造の詳細を解明するため、PVDF応力ゲージを用いて応力履歴を計画し、粒子速度履歴を計測するためレーザ速度干渉計を構築してきた。これらの実験では、計測器のトリガー信号を得ると同時に衝撃波面の傾きを計測するため、圧電ピンを用いて電気的に衝撃波面を検知した。しかし発生圧力が比較的低いために、信頼性の高い波面検知を実現できなかった。また得られた結果を定量的に解釈するためには、この圧力領域における衝撃圧縮曲線(ウゴニオ)の高精度な計測が必要不可欠であるが、前述した波面検知の問題から電気的な方法では信頼性の高いデータは得られなかった。そこでレーザ速度干渉計の構築後、本研究ではこの圧力領域における高分子材料のウゴニオデータ及び衝撃波面の傾きを厳密に計測するため、既存の高速度流しカメラを用いた傾斜鏡法による光学的計測を試みてきた。この方法は粒子速度履歴とウゴニオを光学的に同時計測できる方法であるが、1GPa領域に適用した場合やはり波面検知の点で厳密さを欠く結果となった。そこで本研究では1GPa領域における敏感かつ高精度なウゴニオ計測の確立を目指した多くの実験を行い、三角プリズムによる全反射を利用した波面検知がこの圧力領域において非常に有効であることを見い出した。この三角プリズムを用いた改良型の傾斜プリズム法は、これまで厳密に議論できなかった高分子材料の1GPa領域における研究分野において非常に大きな役割を果たすと確信している。今後は、改良型傾斜プリズム法とレーザ速度干渉計法を用いて、製法等の違いによる高分子の材料特性の違いによって衝撃特性(ウゴニオ、波面緩和構造、非定常性、非平衡性、粘弾性など)がどのような違いを示すのかを総合的に解明することを目指して研究を進めていきたい。
妊娠中毒症発症機転に占める胎盤のウロキナーゼ ウロキナーゼ受容体の遺伝子細胞の意義

「目的」妊娠中毒症の発症機転に占める絨毛細胞の子宮ラセン動脈内腔への不完全な浸潤という現象を、胎盤のウロキナーゼ、ウロキナーゼ受容体(uPAR)発現を免疫組織化学的ならびに分子生物学的な手法を用いた研究により解明を試みた。「成績」ヒト胎盤絨毛組織を用いたウロキナーゼ、uPARの免疫組織化学的な検討では、両者ともextravillous trophoblastに存在を認めたが、合胞体細胞層にはそれらの染色は認められなかった。ヒト胎盤組織よりPercoll gradientにより純化したcytotrophoblastはインビトロで合胞体細胞に分化したが、ウロキナーゼ、uPARは同様の免疫組織化学的検討ではcytotrophoblastから合胞体細胞への分化課程で一過性に発現するが、合胞体細胞ではともに染色されないことが明らかとなった。ウロキナーゼならびにuPARの遺伝子発現の検討はヒト胎盤、培養絨毛細胞より得たtotal RNAを用いたNorthern blot解析を行ったが、これら遺伝子発現の確認は出来なかった。その理由としてこれら遺伝子の発現強度が低い可能性が考えられ、今後の課題として、messenger RNAを用いたNorthern blot解析、あるいはRTPCR法を用いた遺伝子増幅を行う必要があると思われた。ウロキナーゼ、uPARの妊娠中毒症胎盤における発現を免疫組織化学的に検討すると、これら蛋白の発現が正常胎盤に比し、低下していることが確認された。以上の成績をもとに、今後、妊娠中毒症胎盤を用いたウロキナーゼならびにuPARの遺伝子発現の検討を行う予定である。
外部制御による炭素－炭素結合形成反応のペプチド環化反応への応用

外部からのスイッチ制御が可能な有機電解反応は生体分子の修飾反応に適している.目的の基質を選択的にかつ必要な分だけ活性化することができ,その反応は室温・中性条件下で行うことができる.しかしながらこのようにペプチド修飾など生体分子修飾に適した条件が整っていながら,様々な状況で使用できる汎用性の高い有機電解反応は他の手法に比べて種類が豊富にあるとは言えない.そこで私は有機化学における代表的な炭素-炭素結合形成反応であり高い基質選択性と高い立体選択性を有し高収率で生成物が得られるディールスアルダー反応に着目した.本反応は生体分子の修飾に一部応用されているものの,当該反応は活性の高い反応基質が共存する条件においては生体分子そのものと反応することが危惧される.私は電解反応のような外部制御により基質を活性化することができれば,生体分子をターゲットとしたディールスアルダー反応に応用できると考えた.すなわち有機電解によるディールスアルダー反応を開発し,ペプチド環化反応やペプチドの修飾反応やコンジュゲーション反応への応用を試みた.有機電解型のディールスアルダーは新規の反応であるため,反応の基本メカニズム等の知見を得ることに注力しこれらの成果は国内外を問わず学会発表を通じて精力的に報告してきた.さらに生体分子に対して親和性の高い電解メディアも開発中であり,これにより電解反応後は効率的に生成物を回収することが可能となる.修飾対象のペプチドに関しても数残基のペプチドをいくつか合成し,実際に本反応が応用可能であることが示された.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究プロジェクトは外部制御による炭素ー炭素結合形成反応を用いたペプチド環化反応の開発を目指している.外部制御反応のひとつである有機電解反応は電子そのものを試薬とするため,酸化剤や還元剤を必要とせず非常に穏やかな条件下において反応が進行する.また,室温・中性条件下で反応を完結させることができる点も魅力的である.これらの観点から有機電解反応は生体分子への応用が期待される手法となる.本研究プロジェクトは有機電解反応を用いて穏やかな条件下でペプチドの環化を行いペプチド分子の立体を制御するものである.当該年度は有機電解反応による炭素ー炭素結合形成反応の探索およびその開発を重点的に行った.その過程において,高い基質選択性と高い立体選択性を有し高収率で生成物が得られるディールスアルダー反応を見出した.この反応は上記の点において従来の研究計画で用いようとしていた炭素ー炭素結合形成反応よりも優れており,ペプチド環化反応だけでなくペプチドの修飾反応やコンジュゲーション反応にも応用可能であると考えられる.そこで今年度は当該反応の反応メカニズムの理解や基質適応性を調べることを重点的に行った.その結果,合理的予測に基づいた反応設計が可能であることや幅広い基質適応性を有していることが明らかになった.この研究成果について有用性が広く認識されるよう最大限に努め,国際学会2件を含む7件の学会で発表を行い、そのうちの1つの学会で優秀ポスター発表賞を受賞した.外部からのスイッチ制御が可能な有機電解反応は生体分子の修飾反応に適している.目的の基質を選択的にかつ必要な分だけ活性化することができ,その反応は室温・中性条件下で行うことができる.しかしながらこのようにペプチド修飾など生体分子修飾に適した条件が整っていながら,様々な状況で使用できる汎用性の高い有機電解反応は他の手法に比べて種類が豊富にあるとは言えない.そこで私は有機化学における代表的な炭素-炭素結合形成反応であり高い基質選択性と高い立体選択性を有し高収率で生成物が得られるディールスアルダー反応に着目した.本反応は生体分子の修飾に一部応用されているものの,当該反応は活性の高い反応基質が共存する条件においては生体分子そのものと反応することが危惧される.私は電解反応のような外部制御により基質を活性化することができれば,生体分子をターゲットとしたディールスアルダー反応に応用できると考えた.すなわち有機電解によるディールスアルダー反応を開発し,ペプチド環化反応やペプチドの修飾反応やコンジュゲーション反応への応用を試みた.有機電解型のディールスアルダーは新規の反応であるため,反応の基本メカニズム等の知見を得ることに注力しこれらの成果は国内外を問わず学会発表を通じて精力的に報告してきた.さらに生体分子に対して親和性の高い電解メディアも開発中であり,これにより電解反応後は効率的に生成物を回収することが可能となる.修飾対象のペプチドに関しても数残基のペプチドをいくつか合成し,実際に本反応が応用可能であることが示された.当初の計画の全ての項目について、計画通りまたは、やや上回る内容で研究が順調に進展している。まず当初の計画通り,オレフィンクロスカップリング反応を炭素-炭素結合形成反応をペプチドへ応用するうえで,反応における最適構造探索および反応の再設計を行った.その過程において従来のオレフィンクロスカップリングよりも,ペプチド環化反応に対して優れた反応特性を有する新しいディールスアルダー反応を見出した.この反応は基質選択性や生成物の立体選択性に優れるため,ペプチド環化反応のみならず生体直交反応への応用も期待される.当該年度はこの反応の特性理解に努め,詳細な反応メカニズムについて明らかにしてきた.新反応の発見により,より優れたペプチド環化反応が達成できると考えられ,この点において当初の計画を上回る内容で研究が進捗していると言える.27年度が最終年度であるため、記入しない。今後は従来のオレフィンクロスカップリングとともに,今回見出したディールスアルダー反応をペプチド環化反応へ応用していく.

一般的に分子内環化反応は分子間反応と競合することが知られており,効率よく分子内環化反応だけを進めるには,反応場の設計が重要になる.そこで本年度はまず反応場の最適条件を決定する.具体的には電解質溶液の組み合わせや,電極材料,さらに二相溶液などの技術を用いて,最適な反応場を構築していく.27年度が最終年度であるため、記入しない。
含フッ素機能性色素の合成と物性

1.トリフルオロメチル基をもつ安息香酸クロリドと4-(ジメチルアミノ)ベンゼンから,フリーデル-クラフト反応により,ジメチルアミノ基とトリフルオロメチル基とを併せもつベンゾフエノン類を合成した。2.一方,トリフルオロメチル基を置換基にもつベンゼン,フラン,チオフエンなどの芳香族化合物をn-ブチルリチウムでリチオ体とした後,1,1-ジクロロ-2,2-ジフルオロエチレンと反応させて2,2-ジクロロ-1-フルオロビニル基をもつ芳香族化合物を合成した。これらをさらにアルキルリチウムで脱ハロゲンし,ハロビニル基をエチニル基へと変換させた。3.これらのトリフルオロメチル基置換芳香族アセチレン類をリチオ体とした後,助色団(ジメチルアミノ基)をもつベンゾフエノン類と反応させ対応するヒドロール体を得た。さらにこれらのヒドロール体を過塩素酸で処理し,対応する新規のトリアリールメタン系色素を合成した。4.トリフルオロメチル基を含む多数のトリアリールメタン系色素について,それらの構造と最大吸収波長位置,耐光性などとの関係について検討した。たとえば4,4′-ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフエノンから得られた色素の場合,三重結合の導入により約65nm,芳香環にトリフルオロメチル基1ケ導入することにより1015nmの深色効果(長波長シフト)があった。また耐光性についても,オルト位へのトリフルオロメチル基の導入により若干の改善が認められた。1、1,2ージフルオロテトラクロロエタンから出発して1,1ージクロロ-2,2ージフルオロエチレンを合成した後、これを1,4-ビス(トリフルオロメチル)ベンゼンのリチオ体と反応させて、2,5ービス(トリフルオロメチル)ー1ーハロビニルベンゼンを得た。次いで得られたハロビニルベンゼンをブチルリチウムとの反応により脱ハロゲンして、2,5ービス(トリフルオロメチル)ー1ーエチニルベンゼンを合成した。2、上記トリフルオロメチル置換フェニルアセチレンをブチルリチウムでリチオ体とし、ジアルキルアミノ基をもつべンゾフェノンと反応させて対応するカルビノ-ルを得た。次いでこれを過塩素酸と反応させ、アセチレン結合をもつトリフェニルメタン系の色素を得た。3、これらの色素の吸収スペクトルと耐光性を測定した結果、最大吸収ピ-クはアセチレン結合やトリフルオロメチル基の導入により長波長シフトすること、トリフルオロメチル基を含まない色素にくらべ耐光性が向上することなどがわかった。なお備品としてスペクトル測定試料調製のため、セミミクロの天秤を購入、使用している。1.トリフルオロメチル基をもつ安息香酸クロリドと4-(ジメチルアミノ)ベンゼンから,フリーデル・クラフト反応により,ジメチルアミノ基とトリフルオロメチル基とを併せもつベンゾフエノン類を合成した。

たとえば,4,4 ́-ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフエノンから得られた色素の場合,三重結合の導入により約65nm,芳香環にトリフルオロメチル基1ケ導入することにより1015nmの深色効果(長波長シフト)があった。また耐光性についても,オルト位へのトリフルオロメチル基の導入により若干の改善が認められた。
非線形回路理論に基づく先端的メカトロニクス系の制御

ロボットの腕や手を始め,宇宙構造物や大型構造まで含めたあるクラスの非線形機械系の運動が位置依存型の非線形回路で表わされることは,既に,昨年度迄の研究で示した.本年度は,非線形回路表現が仮想仕事の原理に基づいたEuler-Lagrangeの定式化(EL定式化)とほぼ同等であることを示すとともに,手先拘束下にあるロボットダイナミクスの回路表現を詳細に検討し,手先インピーダンス制御の理論的展開をはかった.特に,静摩擦やクーロン摩擦を含めた摩擦項と重力項を同時に回帰子(regressors)に基づいた回路モジュールで補償することにより,慣性オンリー(重力/摩擦フリー)ロボットの実現が可能になることを理論的に示すとともに,3自由度のDDロボットを使った実験によってもこのことを確認した.こうして,ロボットのダイナミクスが慣性に依存する項のみで支配されるようにした上で,手先インピーダンス作業の制御系を設計する.そのため,最も単純な1自由度系の素過程について,ロボット側の質量も未知であり,かつ環境側にある対象面の柔軟材質の非線形スチッフネス特性も未知であるという状況のもとで,非線形性まで含めたインピーダンス・マッチングが取れる枠組みを設計し,これがインピーダンス条件を満足する二つの超安定ブロックの負帰還結合で表わされることを示した.つまり,手先作業がうまくいくことは,慣性の補償を行う超安定ブロックと,手先と対象面の間の物理的相互作用(押しつけ力)を調節する超安定ブロックのインピーダンス・マッチングによることを示した.ロボットの腕や手を始め,宇宙構造物や大型構造まで含めたあるクラスの非線形機械系の運動が位置依存型の非線形回路で表わされることは,既に,昨年度迄の研究で示した.本年度は,非線形回路表現が仮想仕事の原理に基づいたEuler-Lagrangeの定式化(EL定式化)とほぼ同等であることを示すとともに,手先拘束下にあるロボットダイナミクスの回路表現を詳細に検討し,手先インピーダンス制御の理論的展開をはかった.特に,静摩擦やクーロン摩擦を含めた摩擦項と重力項を同時に回帰子(regressors)に基づいた回路モジュールで補償することにより,慣性オンリー(重力/摩擦フリー)ロボットの実現が可能になることを理論的に示すとともに,3自由度のDDロボットを使った実験によってもこのことを確認した.こうして,ロボットのダイナミクスが慣性に依存する項のみで支配されるようにした上で,手先インピーダンス作業の制御系を設計する.そのため,最も単純な1自由度系の素過程について,ロボット側の質量も未知であり,かつ環境側にある対象面の柔軟材質の非線形スチッフネス特性も未知であるという状況のもとで,非線形性まで含めたインピーダンス・マッチングが取れる枠組みを設計し,これがインピーダンス条件を満足する二つの超安定ブロックの負帰還結合で表わされることを示した.つまり,手先作業がうまくいくことは,慣性の補償を行う超安定ブロックと,手先と対象面の間の物理的相互作用(押しつけ力)を調節する超安定ブロックのインピーダンス・マッチングによることを示した.ロボットの腕や手を始め,宇宙構造物や大型構造物まで含めたあるクラスの非線形機械系の運動が位置依存型の非線形回路で表わされることは,既に,昨年度迄の研究で示した.本年度は,非線形回路表現が仮想仕事の原理に基づいたEuler-Lagrnageの定式化(EL定式化)とほぼ同等であることを示すとともに,手先拘束下にあるロボットダイナミクスの回路表現を詳細に検討し,手先インピーダンス制御の理論的展開をはかった.特に,静摩擦やクーロン摩擦を含めた摩擦項と重力項を同時に回帰子(regressors)に基づいた回路モジュールで補償することにより,慣性オンリー(重力/摩擦フリー)ロボットの実現が可能になることを理論的に示すとともに,3自由度のDDロボットを使った実験によってもこのことを確認した.こうして,ロボットのダイナミクスが慣性に依存する項のみで支配されるようにした上で,手先インピーダンス作業の制御系を設計する.そのため.最も単純な1自由度系の素過程について,ロボット側の質量も未知であり,かつ環境側にある対象面の柔軟材質の非線形スチッフネス特性も未知であるという状況のもとで,非線形性まで含めたインピーダンス・マッチンングが取れる枠組みを設計し,これがインピーダンス条件を満足する二つの超安定ブロックの負帰還結合で表わされることを示した.つまり,手先作業がうまくいくことは,慣性の補償を行う超安定ブロックと,手先と対象面の間の物理的相互作用(押しつけ力)を調節する超安定ブロックのインピーダンス・マッチングによることを示した.
先端材料プロセスにおけるナノ単位操作

本研究では先端材料開発において用いられているサブミクロンからナノメーターレベルでの材料設計・構造制御・合成手法のなかから普遍的な手法を「ナノ単位操作」として体系化することを目的にしている。原子レベルでの物質の混合操作(ナノ混合操作)について、有機、無機、バイオなどの分野に普遍的な特徴を明らかにするとともに、ナノ拡散操作、ナノ分離操作、ナノ被覆操作、ナノ晶析操作、ナノ分散操作、ナノ細孔制御、ナノ反応操作、ナノ構造解析、ナノ分解操作、ナノ粉砕操作など先端材料開発におけるナノレベルでの単位操作群の体系化を図るため、「ナノサブマイクロメーター」領域における個々の単位操作に関する調査研究を行った。研究代表者、および各分担者はそれぞれ各ナノ単位操作の調査、検討を行い、1回の幹事会、2回の全体研究会を開催し、相互に討論を行い、個々の研究を発展させ、その構築化を図ってきた。さらに研究報告会を開催し、成果を公開するとともに、多方面より批判を仰ぎ、研究の発展に役立ててきた。研究成果として理学分野の理論研究者、実験研究者、ならびに先端材料開発に関係する電気、機械、材料、バイオなど可能な限り、広い分野からの参加者を得て、ナノ単位操作をより広範な基盤の上に構築するために、最終的に平成7年度重点領域研究「ナノ構造材料のための単位操作群の構築とその展開」を申請し、この研究の最大の目的を果たした。