hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
風力発電安定化のための数時間先局所風況予測手法の研究

さらに、サポートベクトル回帰(SVR)を用いた短時間風速予測を検討した。k近傍法により類似した過去データを学習データとして用いる際、風速以外の気象データを重回帰分析により選択することでも、風速のみを学習データとして用いた場合に比べ、予測結果が改善し得ることを確認した。重回帰分析を用いることで、風速には現れない予兆を他の気象データから読み取ることができ、気象学的にも理にかなったデータの活用ができることを確認した。風力発電のための風速予測手法を検討した。時系列風速データを対象にした回帰モデルの使用を前提に、類似した過去データを活用する予測手法を組み合わせ、予測誤差の把握と低減を狙う。風速の短期先予測において、複数地点のデータの因果関係をインパルス応答関数と言った手法を用いて分析し、この結果に基づき、ニューラルネットワーク(NN)において、過去の類似風速データを用いてモデルを毎時生成する際、過去の類似データ選択に、ベクトル自己回帰(VAR)モデルの係数に着目して、VAR係数をデータの選択条件に含める方法と、VAR係数自体が高い過去の風速データをNNへの入力とする風速予測を提案した。複数地点の風速データが有する特性に関して得られた知見をベースに、基本的な風速予測の方針を得ることができたと考える。おおむね順調に進んでいると考える。今年度の結果に基づき、下記を推進する。・類似データの特性理解の上、ベクトル自己回帰モデルを発展させる。・風車基準での予測誤差の自律的修正による予測精度向上の仕組み具体化・風況データの追加と評価改良なお、多地点の風速データを対象にしたが、予測地点を包囲するには不足しており、さらに時刻の観点でも限定されたデータである。今後、方位と時刻のカバー範囲を拡大すべく、更なるデータ入手を図り、まだ見えていない特性があるかどうかを見極めたい。時系列データ分析、マシンビジョン前年度までの準備と試行に基づき、下記を推進する。・選択した類似データの理解とデータ選択方式改良・風車基準での予測誤差の自律的修正による予測精度向上の仕組み構築・風況データの追加と評価改良なお、多地点の風速データを対象にしたが、予測地点を包囲するには不足しており、さらに時刻の観点でも限定されたデータである。また、風況をどの周波数レベルで予測するか、予測できるかは、まだ見えない課題であり、因果関係を調査する。計算負荷が大きいため、計算機環境の整備拡充に支出を回し、一方で、可能な限りメール等を使用することによって旅費の支出を抑制した。このため、差額が生じた。計算機環境を整備する一方で、可能な限りメールと電話を多用し、旅費の支出を抑制したため、差額が生じた。計算機環境の整備拡充と最低限の出張旅費に使用する。データ取得の方法と条件の議論、授受に関しては最低限の出張が必要であり、これに使用する。
新しい分野横断型大学院の研究―移転可能なスキルを如何に習得するか

本研究は、「新しい分野横断型大学院の研究ーTransferable Skill (日本語で移転可能なスキル:以下TS)を如何に教育するか」をテーマに行ってきた。この研究事業の最終年度となる今期では、イギリスのBerne InstituteのTransactional Analysis Seminarに参加し、実際に欧州で科学者が、どのように、移転可能なスキルを学んでいるかを調査した。ビジネススクールINSEADのチャン・キム教授とも共同研究を行い、その成果を2019年から始めた新しいリーダーシップのコースのカリキュラム作成に反映することができた。グローバル人材のキャリア形成の研究者で「グローバル・コスモポリタン」という本の著者であるビジネススクールINSEADのリンダ・ブリム教授を招いて東京でセミナーを開催した。彼女と一緒に、グローバルに活躍する人材のキャリア形成における克服すべき課題を研究している。研究成果はグローバルコスモポリタンシリーズとして、発信していく予定であるが、第1回はグローバルで活躍する人材の例として米国で起業し成功を納めた日本人女性のマインドセットについて論文として発表した。フランスのボルドー大学のエマニュエル・ソバージュ教授の異文化理解に関するセミナーを2018年6月に京都大学で開催した。米国とフランス、スイスそして今年度は英国、韓国における大学関係者のインタビューを通して、各国のTS教育の内容が明らかになった。現在研究者が所属する大学院では、TS教育、例えば、海外インターンシップ・PBR (Project Based Research)を通して、Global Leadershipなどの学生の行動特性(コンピテンシー)をインターン以前と以後と比較するなど、TS教育の効果の数値化しているが、数値の上でも明らかに我々のTS教育の有意義性が認められる。本研究は、新しい分野横断型大学院においてTransferable Skill (日本語で移転可能なスキル:以下TS)を如何に教育するかを具体的に明らかにすることである。研究者が所属している大学院で直面している課題に他ならない。研究対象国の高等教育の制度上におけるDoctoral Trainingについて更なる文献調査をした。研究代表者は欧州(フランスとスイス)と米国(ハーバード大学)に出張し、インタビュー調査を通して今まで客観的な評価が難しかったTS教育の結果を定性的に調査する準備をした。対象国の大学の責任者、大学院生、卒業生にインタビューをした。今回の研究では様々なステーク・ホルダーにインタビューし、TS教育に対する全体的な評価と実績を明らかにした。カリキュラム構築、過去の経緯、学生のニーズ、将来の計画について質問した。具体的にはどのようなコースを提供するべきか、、カリキュラムに組み入れているか、国際的に活躍するために、海外インターンシップ、留学、語学、異文化理解、リーダーシップ教育などをどのようにカリキュラムに反映しているかなどについて質問した。研究分担者は、Transferable skillsを育む場(共鳴場)が企業のイノベーションにどのように関わるか、その生成モデルを考察して、『イノベーションはなぜ途絶えたかー科学立国日本の危機』を執筆した。本書は、28年12月にちくま新書として出版された。序章沈みゆく日本を救え/第1章シャープの危機はなぜ起きたのか/第2章なぜ米国は成功し、日本は失敗したか/第3章イノベーションはいかにして生まれるか/第4章科学と社会を共鳴させる/第5章イノベーションを生む社会システム。この中で本研究では、とくに第3章と第4章に関わる研究を行なった。さらに、この第3章と第4章との翻訳を行なった。申請したように新しい分野横断型大学院においてTransferable Skill (日本語で移転可能なスキル:以下TS)を如何に教育するかという命題について研究はおおむね順調に進んでいる。国際会議(USJI)の場で代表者はモデレーターとして、また分担者は発表者として、アメリカの研究者や実践者と共に研究成果を発表した。日本を代表するグローバル企業における人事・教育に携わる関係者を招聘し、グローバル人材の育成に関する課題や方法について、全9回にわたる研究会を開催し、議論を行った。その際、企業関係者だけではなく、人材育成について研究している他大学の学者を講師として招き、多角的な視点からあるべきグローバル人材の育成について検証を行った。また他国におけるグローバル人材育成教育を先進事例として、質的な調査を行った。具体的には、スイスの著名なビジネススクールが開催した1週間のリーダーシッププログラム(High performance leadership)に参加し、実際のカリキュラムについて参与観察を行った。また、教育担当者には別途聞き取り調査を実施した。その中で、グローバル人材に必要なスキル・資質をどうカリキュラムに反映させるかや、どのようにオーガナイズするか、また、育成にかかる課題についてなどについて明らかにし、それらを踏まえたうえで、本邦ではどのような人材育成の在り方が望ましいかについての知見を得た。また、研究分担者(山口栄一)は、とくに理系大学院生における移転可能なスキル(トランスフェラブル・スキル:TS)がプログラム・マネージャーやプログラム・ディレクター等のいわゆるイノベーション・デザイナー、イノベーション・ソムリエとして、科学と産業社会を連携させるために不可欠な能力であることに着目して、インタビューに基づく研究を進めてきた。日本を代表するグローバル企業におけるグローバル人材育成について人事関係者を招き研究会を全9回において開催した。企業関係者だけではなく、人材育成について研究している他学の学者を講師陣と招いた。また海外における教育について、実際にスイスのビジネススクールが開催した1週間のリーダーシッププログラム(High performance leadership)に参加し、教育法について見識を深めた本研究は、「新しい分野横断型大学院の研究ーTransferable Skill (日本語で移転可能なスキル:以下TS)を如何に教育するか」をテーマに行ってきた。

ビジネススクールINSEADのチャン・キム教授とも共同研究を行い、その成果を2019年から始めた新しいリーダーシップのコースのカリキュラム作成に反映することができた。グローバル人材のキャリア形成の研究者で「グローバル・コスモポリタン」という本の著者であるビジネススクールINSEADのリンダ・ブリム教授を招いて東京でセミナーを開催した。彼女と一緒に、グローバルに活躍する人材のキャリア形成における克服すべき課題を研究している。研究成果はグローバルコスモポリタンシリーズとして、発信していく予定であるが、第1回はグローバルで活躍する人材の例として米国で起業し成功を納めた日本人女性のマインドセットについて論文として発表した。フランスのボルドー大学のエマニュエル・ソバージュ教授の異文化理解に関するセミナーを2018年6月に京都大学で開催した。米国とフランス、スイスそして今年度は英国、韓国における大学関係者のインタビューを通して、各国のTS教育の内容が明らかになった。現在研究者が所属する大学院では、TS教育、例えば、海外インターンシップ・PBR (Project Based Research)を通して、Global Leadershipなどの学生の行動特性(コンピテンシー)をインターン以前と以後と比較するなど、TS教育の効果の数値化しているが、数値の上でも明らかに我々のTS教育の有意義性が認められる。研究代表者と分担者は、28年度に行われたインタビュー調査から導かれた仮説を確認するため1年目の結果から、さらに質問事項を充実し、より多い人数の卒業生と人事担当者にインタビュー、アンケート調査を1年目とは異なる大学の担当者、学生、卒業生、と企業の人事担当者とおこなう。1年目に得られた日本企業の期待しているグローバル人材教育と欧米の企業が考えているグローバル人材教育の違いを明らかにするために、海外、国内インターンシップ、留学、語学、異文化理解、リーダーシップ教育などについて質問する。日本の企業について1年目と同様にインタビュー調査をするが、異なる企業で調査をする。2年目の調査で明らかになったことを基本にして、研究者が所属する大学院で「グローバル環境における経営幹部人材像と育成に関する研究会」を定期的に開催する。その結果をまとめてシンポジウムを開催し発表する。
グルコース非依存的エネルギー産生機構による細胞生理機能の解明

地球上に生息する生物は、動物の場合は食物からエネルギーを獲得し、植物の場合は光合成によりエネルギーを獲得している。本研究では、遺伝子コード型ATPセンサーを開発し、さまざまな生物の細胞や個体を光学顕微鏡下で可視化することで、ATPを基盤としたエネルギー代謝を解析した。ATPを産生する経路は複数存在しており、グルコース代謝はもちろんのこと、それ以外のATP産生機構についても可視化した。グルコース非依存的ATP動態を可視化するために、まずATPを可視化するプローブの開発を行った。まずGFPの変異体に枯草菌のF0F1-ATP syntaseのεサブユニットを導入した。このサブユニットはATPと結合して、構造変化をすることが知られており、この構造変化を蛍光タンパク質の輝度変化へと変換することを目指す。まず最初にεサブユニットをGFP変異体の発色団の近傍に分子生物学的に導入した。このプロトタイプはATPに応答して20ー30%程度の輝度の低下しか見られないため、イメージングへの使用は困難であった。このプロトタイプのダイナミックレンジを改良するために、挿入する場所を少しずつずらす、N末、C末のリンカーの長さを変更する、リンカーのアミノ酸を変更するなどしたところ、ダイナミックレンジの改良や輝度低下型から輝度増加型への転換が見られ、最終的にはATP濃度上昇に応答して5倍ほど輝度が上昇するATPプローブの作製することに成功した。このプローブの吸収スペクトルを測定したところ、400nmと500nmあたりに2つのピークが見られ、ATPを添加すると、400nmのピークが減少、500nmのピークが上昇した。400nmのピークはプロトン化した発色団、500nmのピークは脱プロトン化した発色団であると考えられている。したがって、ATPによりプロトン化した発色団が、脱プロトン化した発色団に変換されることにより、輝度が上昇するのではないかと考えられた。また、このプローブの核酸への特異性を測定したところ、dATP、ADP、GTPに比較して、ATPに特異的に結合し、輝度変化を引き起こすことがわかった。今後、さらにこのプローブの性質を検討し、イメージングへと応用していく。昨年度に開発したATP動態を可視化するプローブを培養細胞に導入した。このプローブは遺伝子コード型の蛍光タンパク質プローブであり、大腸菌より精製すると、ATP添加により5倍ほどの蛍光強度の増加が見られるプローブであった。本年度は、このプローブをHeLa細胞に導入し、細胞内におけるATP動態を検出できるかどうかを検討した。このATPプローブをHaLa細胞で発現させると、大腸菌発現プローブを蛍光分光光度計で測定したのとほぼ同様の緑色の蛍光を発した。HeLa細胞の細胞質にATPプローブを発現させ、解糖系の阻害薬であるフッ化ナトリウムを添加したところ、顕著な蛍光強度の低下が観察された。このことより我々の開発したATPプローブは、細胞質におけるATP濃度の低下を検出できることが判明した。つまり、精製タンパク質だけでなく、動物細胞内におけるATP動態を可視化できるツールの開発に成功したと言える。さらに遺伝子コード型であるメリットを生かして、細胞内小器官へのターゲットも試みた。ミトコンドリアターゲットシグナルを融合し、HeLa細胞に発現させたところ、ATPプローブはミトコンドリアに局在して発現していた。そこで酸化的リン酸化の阻害薬であるオリゴマイシンを添加したところ、ミトコンドリアに局在しているATPプローブは顕著な蛍光強度の低下を示した。このことより我々の開発したプローブは細胞質のみならずミトコンドリアにおいてもATP動態を可視化できることが判明した。本研究課題で開発したATP動態を可視化するプローブは、昨年度までに精製タンパク質で機能すること、HeLa細胞などの細胞株に導入したときに、精製タンパク質のときと同様の蛍光輝度変化を起こすことを確認した。本年度はさらにHeLa細胞でより詳細に解析した。HeLa細胞にオリゴマイシンを添加し、ミトコンドリアによるATPの産生をブロックしたところ、ミトコンドリアにおけるATP産生はブロックされる(昨年度に報告済)。同様にオリゴマイシン刺激で、細胞質でのATP産生を検討したところ、ATP濃度が上昇していることを発見した。これはミトコンドリアによるATP産生が阻害されたことを補うために、細胞質でのATP産生が亢進しているのではないかと考えられた。本年度はさらに、生体の体温維持に深く関わっていることが知られている褐色脂肪細胞へこのATPプローブを導入した。これは最終的にはATPがどのように、熱産生に関わっているかを知るためである。ATPプローブをミトコンドリアに発現させ、オリゴマイシンで刺激すると、HeLa細胞と同様に、ATPの濃度が低下した。さらに細胞質にATPプローブを発現させ、オリゴマイシン刺激した。興味深いことに、HeLa細胞とは異なり、ミトコンドリアとほぼ同様に細胞質のATP濃度が低下することが判明した。このことは細胞の種類や性質の違いにより、解糖系と酸化的リン酸化の相互作用が異なることを意味する。ATPプローブは完成しており、新しい現象を徐々に発見している。

ATPの動態を可視化するプローブの開発はすでに達成しており、本年度は培養細胞に導入することに成功している。精製タンパク質、培養細胞での検証は終了している。さらに検討する細胞や個体を増やし新しい現象を発見する。バイオイメージング培養細胞に導入し、適用可能であることを示した。今後は生理的条件下でのATP動態を検討する。ATPを可視化するプローブを開発することを本年度の主目的として研究を行ってきたが、順調にダイナミックレンジを大きくすることに成功した。今後の生理機能の解明に応用していくことができそうである。現在、論文の投稿準備中であり、論文投稿料として必要であるため、消耗品を節約した。また学会発表やセミナーでの発表したいため、次年度使用額を捻出した。初年度に研究機器として購入を予定していた顕微鏡を共通機器を使うことにより節約し、プローブ開発に注力したため。論文の投稿料、英文校正代などに使用する。また学会やセミナー発表、追加実験のための出張に使用する。今後はさらにATPプローブを培養細胞へと適用し、細胞生理機能とエネルギー産生機構の関係性を明らかにしていく。次年度使用額を利用して、プローブ開発により注力する。研究機器として購入を予定していた倒立顕微鏡を共通機器を使うことにより節約し、より高性能のプローブを開発することに使用したため。次年度使用額を利用して、さらに高性能のプローブを開発することを試みる。
椅子の立ち座り動作の特性とトレーニングへの応用

椅子の立ち座り動作における動作の特性(1年目)や腹腔内圧(腹圧)と血圧上昇からみた安全性(2年目)について、若年者から高齢者を対象に実施した。1年目は、50歳代15名、60歳代23名、70歳以上29名を対象に、10回連続いす立ち座り運動における立ち上がり速度を検討した結果、50歳代よりも60歳代以降に速度が顕著に低下するものの、連続10回の動作速度は低下することなく維持されること、2年目は、椅子の立ち座り動作に負荷抵抗を加えた上で腹圧の変化や、高齢者への安全性を心拍数や血圧などの応答から検討した結果、腹圧の上昇は負荷抵抗により増加するが自体重負荷では低いこと、この動作は高齢者にとって心拍数や血圧を上昇させるが、動作速度や筋収縮様式をコントロールすれば安全であることを明らかにし、トレーニングとして有用であることを示した。最終年度は、これら研究結果を基にトレーニングへ応用し、70歳以上の高齢者を対象に短縮性あるいは伸張性の筋収縮を強調したトレーニングが日常生活動作能力に及ぼす影響について検討した。高齢者の男女18名に12週間、週1回の伸張性トレーニング(ECC-T群11名:79±4歳)あるいは短縮性トレーニング(CON-T群7名:76±5歳)を実施した。各トレーニング10回3セット実施し、前後に6種目(10m速歩、握力、開眼片脚立ち、階段昇段・降段時間、10回いす立ち座り時間)の効果測定を行った結果、握力や開眼片脚立ちは改善効果が認められなかったものの、ECC-Tは階段昇段・降段、CON-Tは10m速歩で有意な時間の短縮がみられた。高齢者であっても動作特異的なトレーニング効果が得られることが明らかになった。総じて、椅子の立ち座り動作は、加齢により低下するものの、10回程度では疲労の影響が少なく、心拍数や血圧の変化をみても比較的安全で有用なトレーニングであることが示された。平成28年度は、50歳代15名(男性5名,女性10名)、60歳代23名(男性12名,女性11名)、70歳以上29名(男性15名,女性14名)を対象に、10回連続いす立ち座り運動における、各年代のパワー(速度)の特徴について明らかにするため、立ち上がり時の各回数における速度推移を分析した。その結果、1回目の値は年代間で差が見られないものの、2回目以降は50歳代が、60歳代や70歳以上よりも立ち上がり速度が速くなることが明らかとなった。また、すべての年代で2回目に立ち上がり速度が上昇し、その後3回目から10回目まで大きな差が認められなかった。以上の結果から、60歳以降にいす立ち座り運動の2回目以降の立つ速度が顕著に低下すること、高齢であっても自体重負荷での連続10回いすの立ち座り運動において筋疲労と考えられる速度低下によるパワー減少がなく、パワー評価のための体力測定あるいはトレーニングツールとして有用であることが示された。2回目以降立つ速度が顕著に低下する60歳以降を対象に、年代間の反動動作の影響を検討するため、連続10回の動作を行った際に、各回で座る速度が立つ速度にどのように影響を及ぼすか検討した結果、60歳代(22名:男性12名,女性10名)よりも70歳代(13名:男性13名,女性10名)の座る速度が有意に遅く、相関分析により男女ともに60歳代では座る速度と立つ速度とに相関関係が認められるものの、70歳代では、最初の反動動作となる1回目の座る速度と次の立つ速度とに相関が認められなかった。以上の結果から、70歳代以降では座る動作が低下するとともに、座る動作を立つ動作に転換できずに反動動作が使いにくくなることが示唆された。年度途中の採択通知(10月下旬)ではあったが、個人的に本研究課題にかかわる実験準備を進めていたため、順調に課題が進展している理由である。平成29年度は、平成28年度に実施した研究報告と研究課題であった。1いすの立ち座り動作に類似した運動(スクワット)が体幹部、特に腹腔内圧にどのような影響を及ぼすかについて、異なる負荷抵抗を加えて検討した。さらに、2いすの立ち座り動作をトレーニングへの応用するにあたり、安全性を検討するため、連続指血圧計を用いて、運動中の血圧応答に関する実験を実施した。研究のまとめは下記の通りである。これら2つの研究から、いす立ち座り動作の安全性や体幹部の活動の重要性が明確にされた。1スポーツ系科学部に所属する男子大学生11名(年齢21±1歳)であった。各被験者はスクワットの1回最大重量を計測後、両脚を左右それぞれの床反力計に設置させた状態で、1回最大重量を基準とした重量の100%1回、90%2回、80%、60%、40%、20%の負荷抵抗で各3回行わせ、同時に床反力と腹腔内圧を比較した。その結果、負荷抵抗の増加に伴ってが、腹腔内圧は増加し、いす立ち座り動作のような運動では、課し負荷抵抗の増大とともに腹腔内圧も上昇することを明らかにした。2男女高齢者18名(男性8名:年齢73±4歳、女性10名:年齢71±4歳)を対象とした。連続指血圧測定器を被験者の右手

第三指に、電子角度計を左膝関節に装着しいすの立ち座り動作の速度は1スロー(3秒立ち上がり動作と3秒の座る動作)2フリー(任意の速度で立ち座り動作)3ファスト(被験者の最大努力で素早く立ち座り動作)で各速度10回×1セット実施した。その結果、心拍数はファストで動作開始後に一番高く有意に上昇し、運動終了後の回復は早かった。一方、スローは心拍数の上昇は小さいが、回復時間は遅延した。収縮期血圧はファストでは動作開始後に有意な変化がなくほぼ同じ値で推移するが、スロー動作時には運動開始後から有意に上昇し、運動終了10秒後には安静時の値までに戻った。申請した研究内容のいす立ち座り動作に抵抗負荷を加えた上での、腹腔内圧の変化を検討した。さらに、高齢者へのいす立ち座り動作の安全性を検討すべく心拍数や血圧などの応答を異なる動作速度で研究することができた。椅子の立ち座り動作における動作の特性(1年目)や腹腔内圧(腹圧)と血圧上昇からみた安全性(2年目)について、若年者から高齢者を対象に実施した。1年目は、50歳代15名、60歳代23名、70歳以上29名を対象に、10回連続いす立ち座り運動における立ち上がり速度を検討した結果、50歳代よりも60歳代以降に速度が顕著に低下するものの、連続10回の動作速度は低下することなく維持されること、2年目は、椅子の立ち座り動作に負荷抵抗を加えた上で腹圧の変化や、高齢者への安全性を心拍数や血圧などの応答から検討した結果、腹圧の上昇は負荷抵抗により増加するが自体重負荷では低いこと、この動作は高齢者にとって心拍数や血圧を上昇させるが、動作速度や筋収縮様式をコントロールすれば安全であることを明らかにし、トレーニングとして有用であることを示した。最終年度は、これら研究結果を基にトレーニングへ応用し、70歳以上の高齢者を対象に短縮性あるいは伸張性の筋収縮を強調したトレーニングが日常生活動作能力に及ぼす影響について検討した。高齢者の男女18名に12週間、週1回の伸張性トレーニング(ECC-T群11名:79±4歳)あるいは短縮性トレーニング(CON-T群7名:76±5歳)を実施した。各トレーニング10回3セット実施し、前後に6種目(10m速歩、握力、開眼片脚立ち、階段昇段・降段時間、10回いす立ち座り時間)の効果測定を行った結果、握力や開眼片脚立ちは改善効果が認められなかったものの、ECC-Tは階段昇段・降段、CON-Tは10m速歩で有意な時間の短縮がみられた。高齢者であっても動作特異的なトレーニング効果が得られることが明らかになった。総じて、椅子の立ち座り動作は、加齢により低下するものの、10回程度では疲労の影響が少なく、心拍数や血圧の変化をみても比較的安全で有用なトレーニングであることが示された。いす立ち座り動作遂行中に体幹を安定させるために一定の腹腔内圧をかけているとの仮説から、今後は研究計画案通り、体幹の安定性が前後方向の動揺を減少させ、円滑に立ち座り動作を行うことが可能となるかについて検討を行う予定である。腹腔内圧の立ち上がりと、被検者の足下に置いた床反力の鉛直方向の力の立ち上がり(Δ力/Δ時間)が効率よく実施される結果となると予想している。腹腔内圧の測定にはカテーテル型圧力センサー(Miller社製)を用い、肛門から約15cmの直腸圧を計測する。また、椅子たち座り運動の高速実施の安全性を検討すべく、運動中の血圧応答について検討を加える予定である。平成30年度は最終年度で、予定通り高齢者を対象に、いすの立ち座り運動を応用したトレーニングが、日常動作や体力に及ぼす効果について検討する。特に、トレーニングがいす立ち座り動作に関して、どのような点(動作の速さや連動性など)に変化や効果が認められるかについて検討していく予定である。年度途中の採択通知のため、予定していた国際学会参加等による旅費や人件費を使用しなかったため。
マイクロアクチュエータを指向する赤外応答性ナノカーボン/ポリマー複合粒子の開発

本研究では、赤外照射に伴う発熱により変形が誘起される微小球状ポリマー/ナノカーボン複合粒子の開発を目的とする。従前の研究例で主流であったシート状の複合体とは異なる、微小な占有体積中での等方的な膨張・収縮を可能とする球状アクチュエータの実現を目指す。温度応答性ポリマーとナノカーボン粒子から種々の粒子を作製し、光熱変換による昇温と変形に適する粒子の設計指針を確立するとともに、マイクロアクチュエータとしての可能性を評価する。
高頻度語に着目した景観法制定前後の景観形成基準の変化に関する分析

本研究では、景観法制定前後の景観形成基準文を分析し、その変化と背景を明らかにした。得られた主な知見としては、自主条例制度の景観計画への移行の影響として、事前協議における助言・指導の幅を確保するための基準内容の緩和や基準表現の柔軟化を行っている事例があることが明らかになった。本年度は,景観法制定前後の景観形成基準文の変化に関する分析のために,分析対象の39市について,景観行政団体への移行状況,景観計画策定状況などを,既に,景観計画を策定している団体については景観計画の収集を行い,景観形成基準の見直し状況について調査した.国土交通省のホームページ(平成21年12月1日時点)に基づき調査したところ,39市のうち33市が景観行政団体になっており,25市について景観計画が策定されていることがわかった.次に,景観計画を入手することができなかった日田市を除く24市について,景観計画の中で景観形成地区と同等の地区指定制度を設けているか否かについて調査を行なった.その結果,24市のうち2市(浜松市,佐賀市}は景観計画に地区指定制度が記述されておらず,22市については景観形成地区と同等の地区指定制度が設けられていることがわかった.景観計画として,既に地区を指定している市が19市,地区指定制度を設けているが,地区を指定していない,若しくは景観計画に記述のない市が3市(秋田市,高崎市,川崎市)あることがわかった,景観計画として地区指定を行っている19市では景観法制定前に70の景観形成地区が指定さていた.その70地区の新旧景観形成基準の比較分析のために,旧景観形成地区と新景観形成地区の同定作業を行い,70地区中48地区については地区名称に基づいて同定をすることができた.ただし,藤沢市の辻堂熊ノ森景観形成地区と湘南通り地区は合併して辻堂熊ノ森景観形成地区となっているため,新地区として抽出された地区は合計で47地区となった.この同定できた47の地区を対象に,景観形成基準の見直し状況を調査し,景観形成基準の見直しが行われている地区が27地区,見直しが行われていないものが20地区となった.つまり,概ね半数の景観形成地区の景観形成基準が変化していることがわかった.平成22年度には,北九州市が法定景観計画で指定している7つの「景観重点整備地区」の「建築物等の形態意匠に関する行為の制限に関する事項」(以下,新基準)を対象として,景観法制定前後の変化について分析を進めた.この7地区は,法定景観計画策定前には,北九州市都市景観条例に基づき「都市景観整備地区」に指定されており,自主条例に基づく景観形成基準が定められていた(似下,旧基準).この旧基準は法定景観計画の策定にあたり,現在,適用されている新基準に見直しが行われている.見直しが行われたのは景観形成基準文のみであり,基準を適用する地区範囲などの見直しは行われていない.この7地区の景観形成基準について新旧対照表を作成し,その変化について分析を行った結果,「敷地」「用途」に関する景観形成基準が新基準では多く削除されていることが分かった.さらに,北九州市の景観計画を所管している北九州市建築都市局計画部都市計画課に対してのヒアリングの結果,自主条例に基づく強制力の弱い景観形成基準から法に基づく強制力の強い景観形成基準になったことを背景に,事前協議における助言・指導の幅を確保するために,基準内容の緩和や,基準文の表現を柔軟なものに変更するなどを景観形成基準の見直しの方針としたことがわかった.特に「敷地」「用途」に関する基準は,敷地利用や建築計画に影響を与える可能性があり,景観形成基準に適合させることによって,建築主に経済的負担が発生することなどが予想される.そのため,厳格に基準を適用することが困難になる場合も想定される.このことを背景に「敷地」「用途」に関する基準が多く削除されているものと推察した.本研究では,景観法制定前後の景観形成基準文を分析し,その変化と背景を明らかにした.得られた知見を以下に示す.1.分析対象の39市について国土交通省のウェブサイトに基づき,景観法制定前後の景観形成地区制度の変化の分析を行い,自主条例から景観計画への移行に伴っての景観形成地区または景観形成地区制度自体の取り扱いに地方公共団体間でバラツキがあることがわかった.2.次に景観形成基準文が一部改正されている7市25地区を対象とし,景観形成基準の新旧対照表を作成し,都市別に景観形成基準文の改正類型(削除,表記・表現変更,追加)ごとの分析を行った結果,景観形成基準文の改正への自主条例制度の景観計画への移行による影響として,色彩に関する基準の追加が出雲市と宮崎市の事例で確認され,逆に,色彩に関する基準の追加以外の景観形成基準文改正への自主条例制度の景観計画への移行による影響は,北九州市を除く6市では確認できなかった.3.このことから,北九州市については詳細な分析を行い,(1)建築物本体の操作要素では「敷地」「位置」「用途」「形態」と,外部空間では「駐車・駐輪場」「付属建物・工作物」の各操作要素において景観形成基準に適合させることにより,建築主に経済的負担が発生することが予想され,厳格に適用することが困難な基準は新基準で削除されていること,

(2)建築物本体の操作要素である「位置」「用途」「意匠」「建築設備」と外部空間の「外構」「駐車・駐輪場」「付属建物・工作物」で表現変更された基準では,抽象的な表現から具体的な表現への変更と,「する」などの断定的な表現から「努める」など柔軟な表現への変更が多く,限定的な表現を削除し,対応の幅を広げるケースも多く見られ,自主条例に基づく強制力の弱い景観形成基準から法に基づく強制力の強い景観形成基準になったことを背景に,事前協議における助言・指導の幅を確保するための見直しが行われていることがわかった。
選択的多重同位体標識による光反応の磁気化学的制御

軽炭素C-12とは異なり、重炭素C-13は、その核磁気モーメントを通じてラジカル内の不対電子と相互作用をもつ。炭素中心ビラジカルを反応中間体とする系では、反応速度や反応収量に対して外部磁場効果と重炭素磁気同位体効果が期待される。実際に、同位体純度が99%の重炭素標識体と天然組成体について、ビラジカル中間対の消失速度と最終生成物収量に対する外部磁場効果を検出し、スピン格子緩和速度から超微細相互作用の大きさを見積もった。4-ニトロー1-ナフトキシ基とアニリノ基を12個のメチレン鎖により連結させた鎖状分子の光酸化還元において、かご内生成物と散逸生成物の収量に対して磁気同位体効果を検討した。また、7-ニトロー2-フルオレニルオキシ基とアニリノ基を連結させた鎖状分子を用い、同様に検討を加えた。キサントンカルボン酸(XO)とキサンテンカルボン酸(XH)をメチレン基12個で連結した化合物については、ビラジカル中間体の寿命に対して重炭素磁気同位体効果を研究した。アニリノ窒素と直結するメチレン基とXOのカルボニル基に重炭素置換を行った。反応収量に対する磁気同位体効果は定常光照射実験により評価し、ピラジカル寿命に対する磁気同位体効果はナノ秒レーザー閃光光分解法により測定した。アニリノ窒素に隣接するメチレン基が脱水素酸化を受け、アニリノアルキルラジカルとなるので、この部位を重炭素により標識した化合物を用いると、明確な磁気同位体効果が観測された。XO-XH連結体の分子内水素引き抜きにより生じるビラジカル中間体の寿命は、重炭素標識により約半分にまで減少した。以上は、異方的な超微細相互作用に基づくスピン格子緩和により説明できた。本研究ではベンゾフェノンとジフェニルアミンとをメチレン鎖10個で連結した化合物(BP-10-DPA)の分子内光反応について、ビラジカル中間体寿命に対する外部磁場効果と同位体置換効果を検討した。実験には、天然組成体(Natural)、カルボニル炭素の重炭素標識体(13BP)、窒素末端メチレン基の重炭素標識体(α-13)の3種類を用いた。過渡吸収強度の時間変化に対する外部磁場効果および磁気同位体効果を検討したところ、1Tの時の寿命は零磁場の時の27倍にもなる非常に大きな磁場効果が観測された。これは磁場の印加によるゼーマン分裂により三重項副準位間の縮重が解け、三重項-一重項間の遷移が抑制されたためと解釈される。また0.1Tから1Tまでの高磁場領域では、明確な磁気同位体効果が観測された。今回得られた磁気同位体効果の大きさはこれまで報告されているうちで最大であり、天然組成体に比べて2倍以上のビラジカル減衰速度を示している。これは不対電子密度の高い部分を同位体標識したために異方的な超微細相互作用が増大し、緩和速度が大きくなった結果である。横軸に磁場強度の自乗、縦軸に同位体置換によるスピン格子緩和速度の増加分の逆数をとりグラフに直線関係を仮定すると傾きと切片から、重炭素置換による磁気的相互作用の増加分と回転相関時間を見積もることができた。本研究のように非常に大きな磁場効果・磁気同位体効果の現れる条件を検討することによって、磁場を用いたラジカル反応の制御や磁気同位体濃縮などにとって有用なデータが数多く得られた。4-ニトロー1-ナフトキシ基とアニリノ基を12個のメチレン鎖により連結させた鎖状分子の光酸化還元において、最終生成物反応収量に対して磁気同位体効果を検討した。

また、7-ニトロー2-フルオレニルオキシ基とアニリノ基を連結させた鎖状分子を用い、外部磁場効果と磁気同位体効果を同様に検討した。キサントンカルボン酸(XO)とキサンテンカルボン酸(XH)をメチレン基12個で連結した化合物については、ビラジカル中間体の寿命に対して重炭素磁気同位体効果を研究した。アニリノ窒素と直結するメチレン基とXOのカルボニル基に重炭素置換を行った。反応収量に対する磁気同位体効果は定常光照射実験により評価し、ビラジカル寿命に対する磁気同位体効果はナノ秒レーザー閃光光分解法により測定した。ニトロナフタレン誘導体のかご内生成物と散逸生成物の収量に対して、外部磁場効果を検出し、クロマトグラムのピーク面積強度から0Tと1Tの磁場存在下での生成物分布を求めた。トロフルオレン誘導体の場合にも、ニトロナフタレン誘導体と同様に外部磁場の印加により、かご内生成物収量が減少し、散逸生成物収量が増加した。これは、1分子かご内過程と2分子散逸過程の競合が磁場の印加により変化したものと解釈できる。ここでビラジカルのかご内反応速度を支配する過程としてスピン格子緩和を考慮すると、合理的な説明が可能となった。アニリノ窒素に隣接するメチレン基が脱水素酸化を受け、アニリノアルキルラジカルとなるので、この部位を重炭素により標識した化合物を用いると、明確な磁気同位体効果が観測された。XO-XH連結体の分子内水素引き抜きにより生じるビラジカル中間体の寿命は、重炭素標識により約半分にまで減少した。以上は、異方的な超微細相互作用に基づくスピン格子緩和により説明できる。
ナノ結晶粒創製一切削摩擦加工法の提案と材料評価

様々な製品の旋盤加工最終段階において,形状を整えるのと同時に,摩擦によって強歪加工を行うことで表面にナノ結晶粒を創生し,疲労強度を向上させるための研究を行った.特許出願の特殊形状チップを用いた切削摩擦加工を行うことによって,S45C調質材,S45C焼きなまし材および,Ti-6Al-4V合金の表面に微細結晶粒を創生し,回転曲げ疲労強度を大幅に向上させることに成功した.様々な製品の旋盤加工最終段階において,形状を整えるのと同時に,摩擦によって強歪加工を行うことで表面にナノ結晶粒を創生し,疲労強度を向上させるための研究を行った.特許出願の特殊形状チップを用いた切削摩擦加工を行うことによって,S45C調質材,S45C焼きなまし材および,Ti-6Al-4V合金の表面に微細結晶粒を創生し,回転曲げ疲労強度を大幅に向上させることに成功した.研究は以下の2項目について行われている1.ナノ結晶粒生成メカニズムの解明と摩擦加工適応材料範囲の拡大.2.表面精度がよく欠陥の無い加工層を作るための切削摩擦条件の確立22年度は研究計画を前倒ししてチタン合金への摩擦加工を試みた.α-β合金である6Al-4Vに摩擦加工を行った結果表面層に微細結晶粒を生成させることに成功した.しかし,疲労強度は向上しなかった.この原因は摩擦加工によって生じた亀裂状の欠陥であることが確かめられた.またβチタン合金やαチタン合金にも摩擦加工をおこない,表面結晶粒微細化を確認したが,疲労強度の大幅な向上は確認されなかった.これらの材料には目立った欠陥は発見されなかったが,表面粗さを低くすることが出来なかった.これは摩擦加工技術が未成熟であることと,それに加えチタン材料が切欠き感受性が高いので,摩擦加工に不向きな材料であることが分かった.表面の仕上がりを向上させるために,切削と摩擦加工を組み合わせた切削摩擦加工を行うための加工チップを製作し,これを用いてS45C調質材に切削摩擦加工を行った.その結果従来の摩擦加工と同じような表面ナノ層を創成することが出来た.表面の状態は凹凸が大きく疲労強度は低いと予想されたが,860MPaの疲労限度を記録した.摩擦加工材では有限寿命域で寿命がばらつく傾向が見られたが,切削摩擦加工材ではSN曲線上に実験データが乗る傾向が見られ,安定した疲労強度を持つ製品作りに利用できることが確認できた.23年度の研究実施計画は以下の2項目であった.(1)切削摩擦加工を行うためのバイトチップ形状を模索する.この場合の目指す所はまずボイド等のような欠陥が生じないこと.表面精度が良いこと,そして一番重要視するのは表面硬さを上げることである.このために,摩擦加工用のホルダを改良し,市販のバイトチップが装着できるようにする.これにより市販のバイトチップを研削加工して切削摩擦加工チップを作成することが出来るようになる.当面摩擦加工は鉄鋼材料を素材として行い表面粗さ,表面硬度,硬度分布および疲労強度を測定して切削摩擦加工の評価とする.(2)摩擦加工対象金属をTi合金に展開する.Ti合金でありながら結晶構造の違う3種の合金(Ti-3Mo-3Al(hpc),Ti-8Mo-3Al(bct),Ti-15Mo-3Al(bcc))を製作.これらの合金は,引張強さはほぼ等しいものの,結晶構造の違いから全違った応力ひずみ線図を呈する.このように加工に対して性質の違った合金で摩擦加工を行うことで,ナノ結晶粒生成機構解明の手がかりを得る.以上2項目について実績を報告する,(1)については欠陥が生じにくい倍とチップ形状を考案し,特許出願を行った.また,バイトホルダーの改良にも成功した.(2)については,22年度の研究で,6Al-4V Ti合金に摩擦加工を行ったものの疲労強度向上がならなかったが,(1)で考案したバイトチップを使用することで,疲労強度の大幅な向上が得られた.この材料は一般に表面処理による疲労強度向上が難しい材料とされており,切削摩擦加工の効果の証明となった.24年度の研究実施計画は以下の3項目であった.(1)これまでにS45C調質材および6Al-4VTi合金に切削摩擦加工を行いその効果を実証できた.これらは比較的強度の高い材料であるので,次の段階として比較的軟質な材料に対して切削摩擦加工の効果を確かめる.(2)切削摩擦加工チップを保持する治具の改良を行い,特別な旋盤でなくても装着可能となるようにする.(3)切削摩擦加工技術を公表するために論文発表を行う.以上3項目について実績を報告する,(1)についてはS45C焼きなまし材にCNC旋盤を用いた摩擦加工を行い,表面の組織変化及び疲労強度向上について調査を行い得られた結果は以下のとおりである.摩擦加工材の最表面から約10μmにおいて500nm程度の微細結晶粒が生成され,最表面の硬さは素材の3.9倍(654Hv)に向上した.このことと,圧縮の残留応力の影響で摩擦加工材の疲労限度は未加工材と比較して約46%向上した.このように比較的やわらかい材料においても疲労強度の大幅な改善があることを確かめた.これにより摩擦加工が適応できる金属の幅が広がった.(2)についてコイルばねを用いない摩擦加工治具を考案製作した.

この治具を用いてS45C調質材に摩擦加工を行った結果,これまの治具とほとんど変わらない表面加工が可能でることが分かった.(3)口頭発表3件,論文は執筆中である.10月25日福岡マリンメッセで行われた「ものづくりフェア2012」に協賛して行われた九州沖縄地区国立高専新技術マッチングフェア2012において,関連特許を紹介した.切削摩擦加工で疲労強度の向上を図ることについては,バイトチップ形状で特許申請を行い,Ti合金にまでその適応範囲を広げることが出来たので当初の計画以上に進んでいると判断されるが,ナノ結晶粒生成のメカニズムを解明する点ではまた不明なところが多く,したがって区分(2)おおむね順調に進展しているとした.24年度が最終年度であるため、記入しない。(1)これまでにS45C調質材および6Al-4VTi合金に切削摩擦加工を行いその効果を実証できた.これらは比較的強度の高い材料であるので,次の段階として比較的軟質な材料に対して切削摩擦加工の効果を確かめる。(2)切削摩擦加工チップを保持する治具の改良を行い,特別な旋盤でなくても装着可能となるようにする.(3)切削摩擦加工技術を公表するために論文発表を行う.24年度が最終年度であるため、記入しない。
超多色・超高感度組織蛍光イメージング法による T 細胞分化過程の組織学的解析

色素の抗体へのラベル化状態を評価する方法として、ゲル濾過カラムクロマトグラフィー、蛍光相関分光法、超高倍率の走査型電子顕微鏡法の確立及び超高感度画像分光法の試行を行い、それらの知見に基づいて2つのラベル化法の確立を行い、T細胞分化特異的転写因子である、T-bet, GATA-3, ROR-gt, FoxP3の同時イメージング及びサイトカインのうちIL-10, IFN-aのイメージングまでこぎつけた。免疫応答においては、多種の細胞が複雑な相互作用を介してシステムとしての応答を行う。この機序を解明するために、超多色・超高感度の組織解析法が必須である。半島対色素は超高感度のラベル化法として最有力候補であり、この適用の基礎的研究を行った。ラベルとしてのS/N比向上のためには適切なconjugation法の確立、具体的にはクラスター形成を伴わないconjugation法の確立、が本質的であり、今年度はconjugation法の評価法として(1)ゲル濾過法による分析、(2)蛍光相関分光法による分析、(3)超高感度高時間分解能画像分光による分析、を確立ないし試行した。(1)、(2)は比較的軽便であり、解析に厳密性を欠くがかなりの情報をもたらす。(3)はやや特殊な装置を必要とするが、最も高い精度・信頼性のある定量的情報をもたらす。現時点で得られたconjugation法はまだかなりのクラスター形成を伴い、サイトカイン・ケモカインのイメージングを行える水準にはない。しかし、T細胞分化特異的転写因子である、T-bet, FoxP3, GATA-3, ROR-γtをイメージングするには十分であり、4種同時イメージングが可能である。今後Conjugationにおける化学反応、反応過程制御、精製法、評価法に関する検討を進めると同時に、EAEにおけるT細胞各サブセットの関与の組織学的検討を進める予定である。本年度は、すでにほぼ確立できたと考えている4つのT細胞サブセット特異的転写因子であるT-bet,GATA-3,ROR-gt,FoxP3の多色化と、実際にEAEを誘導したマウスのリンパ節及び中枢神経系におけるT細胞サブセット解析及び、IL-2,IL-10,TGF-b,IFN-g等のサイトカインのイメージングの確立を行い、EAEを誘発したマウスの臓器を対象としてサイトカインイメージングを行うとともに、得られた画像の解釈の理論的枠組みとなるmulti agent systemによるシミュレーション法を確立することを計画していた。しかし、半導体色素による抗サイトカイン抗体のラベル化に関しては今もってクラスター形成の問題がのこり、現在十分なS/N比を得るに至っていない。一方、multi agent systemによるシミュレーションにおいては、200程度のT細胞、B細胞が数種のサイト間を分泌、検知しつつ分化・増殖を行う段階まで動作を確認した。クローンに特異を持たせるためTCR-pMHC間結合自由エネルギーを評価する手法の確立が必要となり、すでに報告のあるHarvard大Chakrabortyのグループにより報告されている、string modelとMiyazawa-Jernigan matrixによる計算に関する徹底したcharacterizationを行い、この計算法に大きな問題があることを明らかにした(免疫学会にて報告、論文準備中)。また、現実的な計算効率で比較的精度の得られる、誘電体連続モデルと分子動力学を結びつけた方法(MM-PBSA)によるTCR-PMH結合エネルギー計算法をGeneral purposegraphic processing unit(GPGPU)により効率的に行う方法を確立し、この領域における種々の計算手法を含めて論じ、著書として発表した。本研究課題を達成するために技術要素として、高いS/N比を得るために、抗体に対しクラスター形成を起こさずに半導体色素をコンジュゲート(ラベル化)することが必要であるが、関与する官能基が抗体、半導体色素いずれの側にも複数有り、本質的に困難を含む技術である。この目的を達成するために抗体のラベル化状態をモニターする方法が必須であり、走査電顕による観察、ゲル濾過クロマトグラフィーによる分子量測定、蛍光相関分光による分子量評価を確立した。また、コンジュゲーションの方法として、半導体メーカーのeBioscience社より供与された色素を用いて、抗体の側の-NH2基を標的として半導体色素上に-NHS基を付加し結合させる方法と、抗体側の-SH基を標的として半導体色素上に-maleimideを導入する方法を、主として探索した。このいずれの方法も、抗体とコンジュゲートを生成したが、上記モニター法でチェックすると、かなり大きなクラスターを形成していることがわかった。上記コンジュゲーション法を用いて、マウス脾臓、胸腺、リンパ節等を試料とし、T細胞サブセット分化因子である、FoxP3, GATA3, ROR-gt, T-betを染色し、蛍光画像を得た。また、サイトカインとして、量が比較的多いと思われる、IL-10,TNF-aに関しては蛍光画像を取得できたと判断している。しかし、クラスター形成によりバックグラウンドノイズが高くなることから、それ以外のサイト感に関しては蛍光画像を取得できていない。半導体色素の2大供給元であるモレキュラープローブ社、eBioscence社いずれも、この問題に関し、進捗を示していない。

得られた画像の解釈の枠組みを作る目的で、T細胞の挙動とTCR-pMHC結合自由エネルギーの関係を調べるための、分子動力学に基づくシミュレーションを並行して行い、その発展を企図している。半導体色素によるラベル化にともなうクラスター形成の問題がまだ十分に解決されていない一方、解釈の理論的枠組みの基礎となる計算機シミュレーションにおいて、multi agent systemによるT細胞・B細胞を含んだシミュレーションの構築を行い、TCR・pMHC間相互作用に関してstring model+Miyazawa-Jernigan matrixを用いた結合エネルギー計算に関する根本的な探索を行い、現実的な計算効率で比較的精度のよいMM-PBSA法による計算法を確立し、実際に計算を行った。当初予定とやや比重の置き方が変わってしまったが、Systemsimmunologyの最先端の水準にほぼ相応していると考えている。24年度が最終年度であるため、記入しない。基本的に、当初の計画と進める。しかし、抗体ラベルにおけるクラスター形成の問題は、必ず解決できると言い切れる問題ではない。一方、TCR-pMHC間結合エネルギー計算の問題は計算を行えば必ずそれなりの結果がでるため、実験における問題の解決が困難となった場合には、シミュレーションの方に比重を移すことも検討している。その際、目標とするべき水準は、MM-PBSAによる、信頼性の高いTCRのbinding profileの計算、その知見を反映しつつmulti agent systemに取り込むことが可能な、TCR-pMHC相互作用の評価法の確立、それらを用いての免疫応答のシミュレーションの確立、である。