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抗菌ペプチドを指標とした新規汗垢証明法の開発とDNA型検出率との関連性

犯人が「接触した」と考えられる部位からの効率的なDNA型鑑定の実施を目的として、抗菌ペプチドdermcidin(DCD)およびpsoriasinを指標とした積極的汗垢証明法の開発およびそれらの検出量とDNA型検出率との関連性について検討を行った。その結果、DCDが法科学的資料における積極的な汗垢証明の指標として応用できる可能性が確認された。しかし、汗垢試料におけるDCDの検出とヒトゲノムDNA定量結果との間に関連性は認められなかったため、DCDの検出結果からDNA型検査の実施可否を推測することは困難であると考えられた。今後は、DNAと同じ角化上皮細胞に由来する検査指標を検討することが望ましいと考えられた。近年、DNA型鑑定の精度が向上し、微量の生体資料からもDNA型の検出が可能となる中、痴漢事案等、犯人が「接触した」と考えられる部位からのDNA型検出に対する需要が高まっている。しかし、「接触した」部位に付着すると考えられる汗垢を積極的に証明する方法は確立されておらず、汗垢付着量とDNA型検出率との関連性も明らかとされていない。そこで本研究では、抗菌ペプチドであるDermcidinおよびPsoriasinを指標とした汗垢の積極的証明法を確立し、それらの検出量とDNA型検出率との関連性を明らかとすることで、犯人が「接触した」と考えられる部位からのDNA型鑑定をより効率的に実施し、かつ得られたDNA型の証拠価値を高めることを目的として検討を行った。Dermcidinについては、間接ELISA法による検出法をすでに確立しているため、本研究ではまず、間接ELISA法、免疫細胞化学染色法、あるいはreal time RT-PCR法による、汗垢からのPsoriasin検出法について検討を行った。その結果、間接ELISA法により、検討したすべての汗垢試料からPsoriasinを高感度に検出可能であったことから、Psoriasinの検出についても、間接ELISA法を用いることとした。つづいて、汗垢以外の体液における、間接ELISA法によるPsoriasinおよびDermcidinの検出について検討を行った。その結果、Psoriasinは膣内容物の一部で弱い発色が認められたものの、それ以外の体液からは検出されなかった。一方、Dermicidinは、汗垢以外の体液からは検出されなかった。したがって、間接ELISA法によるPsoriasinおよびDermcidinの検出は、積極的な汗垢証明法として適用できる可能性が示された。犯罪現場に遺留された体液については、血液型検査やDNA型鑑定に先立って体液の識別が行われる。体液の識別により、資料から得られた血液型やDNA型の由来を明確にしておくことは、犯罪の立証上重要であると考えられる。しかし、「接触した」部位に付着すると考えられる汗垢の積極的証明法は確立されておらず、汗垢付着量とDNA型検出率との関連性も明らかとされていない。研究代表者はこれまでに、エクリン汗腺より汗中に分泌される抗菌ペプチドdermcidin(DCD)が汗証明に応用できる可能性を確認している。そこで本研究では、角化上皮細胞に発現するpsoriasin(PSOR)とDCDを組みわせた、汗垢の積極的証明法を確立し、それらの検出量とDNA型検出率との関連性を明らかとすることで、犯人が「接触した」と考えられる部位から、より効率的なDNA型鑑定を実施可能とするとともに、得られたDNA型の証拠価値を高めることを目的として検討を行った。その結果、ELISA法によるDCDの検出は、法科学的資料における積極的な汗垢証明に応用できる可能性が確認された。一方、間接ELISA法によるPSORの検出は、斑痕試料への適用が困難であり、法科学的資料には適さないと考えられた。また、汗垢試料からDNA型検査に必要な量のゲノムDNAを得ることは難しく、DCDの検出との関連性も認められなかったことから、DCDの検出結果からDNA型検査実施の可否を推測することは困難であると考えられた。両者の関連性が認められなかったのは、DCDがエクリン汗腺由来、DNAが角化上皮細胞由来と、両者の由来が異なることがその一因であると考えられるため、「接触した」部位からの効率的なDNA型鑑定の実施に資するためには、角化上皮細胞に由来する検査指標による汗垢証明を検討することが望ましいと考えられた。
薬薬連携による災害時に備えた医薬品の確保と情報共有システムの構築

阪神淡路大震災や新潟県中越地震で被災した患者への調査では、「薬を持ち出せなかった」、「薬の使用の可否がわからなかった」など、被災した患者の薬についての不安や問題点が挙げられ、災害時の医薬品供給のみならず平素からの薬剤の自己管理や災害時にも対応できる服薬指導の必要性が指摘されている。また、今回の東日本大震災では薬事法第49条第1項の規定における「正当な理由」に該当し、処方せんの交付が困難な場合に該当された場合は必要な処方せん医薬品を販売又は授与が可能となったが、その場合も災害時には病院・診療所と保険薬局との連携やお薬手帳はさらに重要となることが考えられる。今回、保険薬局における病院・診療所との情報共有の実際や災害対策の現状について愛媛県内の保険薬局478施設にアンケート調査を実施し、297枚(回収率62%)の回答を得た。患者のお薬手帳の持参割合は2039%を選択したのが98施設(33%)と最も多く、このままでは病診・薬薬連携による情報共有は不十分であることが示唆された。また、お薬手帳の利便性を理解できている患者は全体の119%と少ないと薬剤師は感じており、災害時などの緊急時におけるお薬手帳の有用性について理解できていない患者が多いことが考えられた。さらに主に応需する病院の採用薬の情報は「郵送やFAXなどの通知文書によって把握している」231施設(約78%)が大半を占め、次に「医薬品集」33施設(11%)であった。一方、愛媛県薬剤師会のサイボウズ(グループウェア)を使用できる施設が半数以上あり、迅速な情報はFAXやインターネットによる複数の伝達網構築が有用と思われる。
骨成長、骨成熟に及ぼす性ホルモンと成長因子の相互作用に関する検討

下垂体の成長ホルモン合成に及ぼす性ホルモンの影響について検討した。最初に3週齢、6週齢のWistar-Imamichiラットを用いて下垂体を摘出し、免疫染色および標識cDNAprobeを用いたin situ hybridizationにより、GHの発現を再度検討した。前年度と同様に性差は明らかでなかったが、3週齢に比べて6週齢ではGHの発現は増加していた。そこで、内因性の性ホルモンの影響を除外するため、LH-RH analogを3週齢、5週齢に投与し去勢状態にした後、DHT 50ug、E_2 20ugを1週間連日皮下注し、6週齢に血中GH濃度、下垂体GH含有量、および同様に免疫染色、in situ hybridizationを行い、下垂体組織でのGHの発現を比較検討した。血中GH濃度および下垂体GH含有量は市販のラットGHキットを用いてRIA法で測定した。血中GH濃度はE_2投与により増加したが、DHT投与では変化は認められなかった。下垂体GH含有量は蛋白量で補正も行ったが、E_2およびDHT投与で変化は明きらかでなかった。現在、免疫染色およびin situ hybridizationを行っているところで、下垂体組織におけるGHおよびGHmRNAの発現に関しては後日報告する。なお、コントロール、DHT投与群に比べ、E_2投与群では発育が不良であった。骨組織について検討したが骨端線は閉鎖してないので、E_2による何らかの末梢での作用が示唆された。性ホルモンは小児の身長発育にとって重要な因子であるが、その作用として下垂体におけるGHの合成、分泌への影響、肝臓におけるIGF-1およびIGF-1結合蛋白合成の影響、骨細胞の増殖、成熟における直接的な影響が考えられている。骨の増殖、成熟における性ホルモンの作用については、血流を介するいわゆる内分泌的な機序が考えられるが、近年ではむしろ局所における傍分泌的、自己分泌的な機序の重要性が示唆されている。そこで、本年度は骨の増殖、成熟に関与する軟骨細胞自体に男性ホルモンであるテストステロンを活性型のジヒドロテストステロンに転換する5alpha-レダクターゼ活性および男性ホルモンを女性ホルモンに転換するアロマターゼ活性が存在するか検討した。方法は生後約2週齢の日本白色種家兎より助軟骨を採取し、成長軟骨細胞および静止軟骨細胞に分けて初代培養し各々の活性を測定した。アロマターゼ活性は成長軟骨細胞、静止軟骨細胞のいずれにも存在したが、静止軟骨細胞に比較し成長軟骨細胞で有意に高値を示した。一方、5alpha-レダクターゼ活性も軟骨細胞に存在することが明きらかとなったが、成長軟骨細胞と静止軟骨細胞で活性に有意差は認められなかった。アロマターゼ活性は8週齢についても同様に測定したが、2週齢に比較し8週齢では高値を示した。以上より、性ホルモンは局所で傍分泌的、自己分泌的な機序でも作用する可能性が示唆され、成長軟骨細胞でアロマターゼ活性が高値を示すことより、女性ホルモンが骨の増殖、成熟により関与していることが推測される。我々は前年度に、骨での性ホルモンの役割を明らかにするため、日本白色種家兎の培養軟骨細胞を用いて、男性ホルモンを女性ホルモンに転換するアロマターゼ活性ならびに男性ホルモンであるテストステロンを活性型のジヒドロテストステロンに転換する5α-レダクターゼ活性の局在等について検討した。アロマターゼ活性は、静止軟骨細胞より成長軟骨細胞で有意に活性が高く、骨の成長、成熟に女性ホルモンが男性ホルモンより関与していることを推測した。今年度は加齢、性差についても検討した。アロマターゼ活性は雌家兎の成長軟骨細胞では加齢とともに有意に上昇していたが、雄家兎では明きらかでなかった。また、5α-レダクターゼ活性についても同様に検討したが、加齢による変化は認められなかった。以上より、ヒトにおいても女児では男児より骨の成熟が早期に完成されると予測され、骨端線が早期に閉鎖し、小柄になることが推測された。さらに今年度は、下垂体における成長ホルモン合成に性ホルモンがどのように影響するか明らかにするため、ラットをモデルとして、成長ホルモンのmRNAを検出するための有用な標識cDNAprobeを作製し、in situ hybridizationにより加齢、性差について検討した。現在までの検討では、成長ホルモンのmRNAの発現は出生直後より十分に認められ、加齢、性差については明きらかでなかった。今後は成長ホルモンを外来性に投与し、一時的にmRNAの発現を抑制した後、性ホルモンの影響についてさらに検討する予定である。

下垂体GH含有量は蛋白量で補正も行ったが、E_2およびDHT投与で変化は明きらかでなかった。現在、免疫染色およびin situ hybridizationを行っているところで、下垂体組織におけるGHおよびGHmRNAの発現に関しては後日報告する。なお、コントロール、DHT投与群に比べ、E_2投与群では発育が不良であった。骨組織について検討したが骨端線は閉鎖してないので、E_2による何らかの末梢での作用が示唆された。
プラズマアシスト気相成長法によるホウ素-炭素-窒素薄膜の作製と冷陰極への応用

機械強度に富み、禁止帯幅を広い範囲で変化させることが期待できるホウ素-炭素-窒素(BCN)薄膜の合成をプラズマアシスト化学気相合成法を用いて試みた。材料ガスとしてBCl_3、N_2、CH_4を使用した。N_2とCH_4はプラズマにして供給し、基板付近にBCl_3を導入して活性化したN.C原子と反応させた。基板を650°Cに保持し、基板に直流負バイアスを印加して成長を行った。本実験により得られたBCN薄膜の光学的電気的評価を行い、次の結果を得た。(2)同じ成長方法で作製したBN薄膜を参照試料としてFTIR測定を行った。B-Nの伸縮モードおよびN-B-Nのべンディングモードによる1380cm^<-1>と800cm^<-1>での吸収バンドに加え、1250cm^<-1>付近のC一C、B-C結合による吸収が顕著に観測された。(3)水素プラズマ処理を施したBCN薄膜表面にシリコンウエハ一をアノード電極として対向させ、8x10^<-7>Torr程度の真空でフィールドエミッション特性を測定した。電界強度が11V/μm以上でエミッション電流が観測され、負性電子親和力を有するBN薄膜で得られている値(9V/μm)に近い結果が得られた。
生物活性天然物リコナジンAの全合成と類縁体合成

五環性骨格を有するリコポジウムアルカロイドであるリコナジンAの全合成経路を確立した。高度に縮環した四環性骨格をアザプリンス反応と電子環状反応に続く炭素-窒素結合の形成を鍵反応として構築し、その四環性骨格上のブロモアルケン部位を、アルケニルアジド化合物を経由してエノンへと変換した。そのエノンに対して独自に開発したピリドン合成を適用することにより、リコナジンAを得た。上記のエノンよりジヒドロピリドン環を構築することで、リコナジンBの合成を行なった。また鍵となる炭素-窒素結合の形成を行なわずに電子環状反応を行なう条件を確立し、リコナジンCの合成を行なった。リコナジンAはLycopodium complantumから単離・構造決定されたアルカロイドである。NGF(神経成長因子)mRNA発現増強作用が見出されており、認知症予防や、糖尿病が原因となる末梢神経障害などの予防や治療などへの応用が期待される。また高度に縮環した五環性の骨格は有機合成化学者の注目を集めてきた。本年度はDiels-Alder反応および環拡大反応を鍵工程としたリコナジンAの効率的な全合成法を開発することを目的として研究を行った。プレゴンから数工程を経て文献既知法〔J.Org.Chem., 49, 2647(1984)〕にて合成可能なエノンとイソプレンのDiels-Alder反応を行った。本反応においては、ケトンα位の異性化が問題となったが、Overmannらにより開発された方法を用いることで異性化すること無く反応をおこなうことが可能であり、シスオクタリンを得た。続いてベンジルアミンを用いた還元的アミノ化により立体選択的に窒素原子の導入を行ったのち,酸性条件下ホルマリンと反応させることでアザプリンス反応を行い、三環性骨格を構築した。アザプリンス反応の結果移動した二重結合に対しジブロモシクロプロパン化を行ったところ、低収率ながら所望の化合物が得られた。このものを加熱したところ、二電子系の逆旋的な電子環状反応が進行し、生じたアリルカチオンが分子内の窒素原子で捕捉されることで、四環性化合物を得た。プレゴンから数工程を経て文献既知法〔J/Org.Chem.,49,2647(1984)〕にて得られるエノンとイソプレンのDiels-Alder反応を行い、シスオクタリンを得た。通常のルイス酸を用いる条件では、アルファ位の異性化が観察された。その後還元的アミノ化により立体選択的に窒素原子を導入した。還元剤がより立体障害の小さい側から反応することで、望みの立体化学を有する化合物を得ることができた。導入した窒素原子を足掛かりとしてアザプリンス反応を行い三環性骨格の構築を行った。反応は酸性条件下ホルマリンを作用させることで円滑に進行した。続いて新たに生じる二重結合に対してジブロモシクロプロパン化を行ったが、窒素原子上の置換基が反応の成否に大きく影響することを見いだした。得られたジブロモシクロプロパンを加熱することで、二電子系の逆旋的な電子環状反応を行いアリルカチオンを生成し、分子内の窒素原子で捕捉することで、四環性化合物を得ることに成功した。得られた臭化アリル体を足掛かりとしてエノンへと変換する検討を行った。二重結合の酸化については、目的とする化合物を得るにはいたらなかった。ハロゲン-リチウム交換により得られるリチオ体は、ジスルフィド、亜硝酸エステル、スルホニルアジドなどと反応することが明らかとなり、エノン体を得ることに成功した。その後、エノンから当研究室で確立した方法を応用することでピリドン環の構築を行い、リコナジンAの全合成を達成した。昨年度までに確立した方法、すなわちプレゴンから数工程を経て文献既知法にて得られるエノンとイソプレンのDiels-Alder反応、還元的アミノ化による立体選択的な窒素原子の導入、導入した窒素原子を足掛かりとしたアザプリンス反応、ジブロモカルベンを作用させることによるジブロモシクロプロパン化、ジブロモシクロプロパンの逆旋的な二電子系電子環状反応を経由するアリルカチオンの生成および分子内での窒素原子による捕捉の最適化を行い、四環性化合物の効率的な大量合成法を確立した。得られた四環性化合物を足掛かりとして、種々のリコナジン類縁体の合成研究を行った。リコナジンAのピリドン部位が還元されジヒドロピリドンとなっているリコナジンBの合成研究を行った。リコナジンAの場合と異なり非対称なマロン酸エステルを用いることで、酸化段階の低い中間体を得ることに成功し、リコナジンBの全合成を達成した。さらにリコナジンAと比べて炭素-窒素結合が一つないリコナジンCの合成についても検討し、その合成を行なった。

ジブロモシクロプロパンの逆旋的な二電子系電子環状反応を用いた工程において、窒素原子上に適切な置換基を導入しておくことで、窒素原子によるアリルカチオンの捕捉を抑制しようと考えた。種々検討した結果、窒素原子を塩酸塩として反応を行なうことで、目的とする化合物を良好な収率にて得ることができた。最後にピリドン合成を経由して、リコナジンCの全合成を達成した。類縁体合成研究の基盤となるリコナジンAの全合成法を確立したから。24年度が最終年度であるため、記入しない。リコナジンAの全合成法を確立したので、種々の類縁体合成へと展開する。
窒素酸化物除去反応性セラミックスの開発

移動発生源から排出される窒素酸化物を還元無害化するシステムとして,貴金属解媒もより高活性で安価かつ環境負荷が小さい材料を用いる新しいシステムを検討し,その材料として鉄酸化物フェライトが有効であることを見出した。反応温度65°Cにおいて湿式酸化法により調整したマグネタイト,マンガン置換マグネタイト,ニッケル置換マグネタイトそして亜鉛置換マグネタイトは、250350°Cにおいて静止法と流通法のいずれの方法によっても一酸化窒素の酸素を固相に取り込み、窒素へ還元する事がわかった。今年度は、より高い反応性を示す材料を得るため、微粒子フェライト生成法を検討した。結果、従来65°C以上の加熱が必要であった湿式法が,pHや溶存酸素濃度を制御する事によって室温でも可能であり,かつ,微粒子が得られる事が見出された。この微粒子フェライトを用いて一酸化窒素との反応性を検討したところ、250°C以上では、65°C以上で得られたフェライトよりも高い高率で還元反応することがわかった。今回調整した微粒子フェライトではしかしながら、窒素酸化物還元反応は250°C以下では進行しないことがわかった。また今年度は、流通法における窒素酸化物還元速度とフェライトの鉄と置換する金属イオンとの関係も検討したが、静止法の場合とは異なり、置換金属イオンの種類と置換量は窒素酸化物還元速度にほとんど影響を及ばさないことがわかった。今後は、酸化したフェライトの活性化反応との組み合わせにより、新しいシステムの実用化に向けた実験を進めて行く。1.今年度の実験計画本申請では鉄系酸化物であるフェライトの生成反応機構と、このフェライトによる窒素酸化物除去および除去後のフェライトを再生する実験を計画し、今年度はフェライトとして高反応性が予想されていたニッケルフェライトを選び、その合成条件である反応溶液のpH、金属イオン濃度および溶存酸素濃度を変数として反応機構解析を試みた。また、窒素酸化物との反応性については、フェライト試料に窒素酸化物を流通する方式により検討した。2.実験結果室温でのニッケルフェライト合成反応において、これまで知られていなかったニッケル(II)イオンのフェライト合成に及ぼす影響、即ち、水酸化物沈殿の溶解におけるイオンの拡散過程がニッケル(II)イオンの存在によって促進される事が分かった。溶存酸素については、従来から知られている65°C条件におけるpHや酸化還元電位の変化そして中間生成物の観察から、室温合成条件においては水酸化物沈殿の溶解反応機構が異なる事を見出し、この反応について論文報告した。また、窒素酸化物反応性については、ニッケルフェライト試料を用いる事により、数10ppm(高精度測定可能な限界濃度)よりも低い濃度まで反応が進行する事を見出し、更にニッケル含有量が高い程反応性が向上する事を見出した。反応温度については、予測していた300°Cよりも更に低い200°Cあるいはそれ以下の温度でも十分に進行する事を見出した。低い温度でも窒素酸化物の還元が可能であった事から、このシステムを実用化するに際しての問題であった排ガス温度の変動に十分対応できる可能性が見出された。3.来年度以降は、フェライトのニッケル含有量を変え、比表面積やメスバウアースペクトル等によりフェライト試料の基礎物性を解析し、その窒素酸化物との反応性について検討する。移動発生源から排出される窒素酸化物を還元無害化するシステムとして,貴金属触媒もより高活性で安価かつ環境負荷が小さい材料を用いる新しいシステムを検討し,鉄酸化物フェライトを反応性セラミックス材料として実験を行った。静止法によりマグネタイト,マンガン置換マグネタイト,ニンケル置換マグネタイトそして亜鉛置換マグネタイトと100%一酸化窒素を反応させたところ,いずれのフェライトは300°Cにおいて一酸化窒素の酸素を固相に剪り込むことによって窒素へ還元する事がわかった。その反応速度は置換した金属イオンによって異なった事から、窒素酸化物還元反応性はフェライトに組み込まれる金属イオンの位置選択性が左右している可能性が見出された。

次に,フェライトと1500ppmの一酸化窒素とを流通法により反応させ,その温度依存性について検討した結果,マグネタイトとニッケル置換マグネタイト及びコバルト置換マグネタイトとの反応により,一酸化窒素は100°C以上で80%以下に減少する事が分かった。この減少は250°C以下では吸着,それ以上では還元反応によって起こる事が分かった。また,マグネタイトは350°C以上で高反応性を示したのに対して置換マグネタイトは350°C以上では殆ど反応しない事が分かった。このフェライト材料の,より環境負荷が低い製造プロセスについても検討した結果,従来65°C以上の加熱が必要であった湿式法が,pHや溶存酸素濃度を制御する事によって室温でも可能であり,かつ,微粒子が得られる事が見出された。この新しい合成法を組み合わせる事によってより高い反応活性を有するフェライトの合成が期待される。今後は室温合成によって得られたフェライトを用い,窒素酸化物還元に及ぼす置換金属イオンの効果と表面状態の影響について検討する。移動発生源から排出される窒素酸化物を還元無害化するシステムとして,貴金属触媒もより高活性で安価かつ環境負荷が小さい材料を用いる新しいシステムを検討し,その材料として鉄酸化物フェライトが有効であることを見出した。反応温度65°Cにおいて湿式酸化法により調製したマグネタイト,マンガン置換マグネタイト,ニッケル置換マグネタイトそして亜鉛置換マグネタイトは、250350°Cにおいて静止法と流通法のいずれの方法によっても一酸化窒素の酸素を固相に取り込み、窒素へ還元する事がわかった。今年度は、より高い反応性を示す材料を得るため、微粒子フェライト生成法を検討した。結果、従来65°C以上の加熱が必要であった湿式法が,pHや溶存酸素濃度を制御する事によって室温でも可能であり,かつ,微粒子が得られる事が見出された。この微粒子フェライトを用いて一酸化窒素との反応性を検討したところ、250°C以上では、65°C以上で得られたフェライトよりも高い高率で還元反応することがわかった。今回調製した微粒子フェライトではしかしながら、窒素酸化物還元反応は250°C以下では進行しないことがわかった。また今年度は、流通法における窒素酸化物還元速度とフェライトの鉄と置換する金属イオンとの関係も検討したが、静止法の場合とは異なり、置換金属イオンの種類と置換量は窒素酸化物還元速度にほとんど影響を及ぼさないことがわかった。今後は、酸化したフェライトの活性化反応との組み合わせにより、新しいシステムの実用化に向けた実験を勧めて行く。
機械特性向上のためのフェムト秒レーザピーニング技術の開発

申請者らはこれまで、フェムト秒レーザピーニングによって疲労特性や硬さといった機械特性が向上すること、高密度転位を有する特異なナノ結晶が形成されること、さらにピーニング初期過程ではこれまで予想されなかったような超高速でかつ巨大に変形することを見出してきた。しかしながら、これら機械特性、微細組織、および格子ひずみの動的挙動の相関関係は明らかになっていない。そこで本研究では、これらの相関関係を明らかにすることによってピーニング効果発現機構を解明し、さらにフェムト秒レーザピーニング施工条件を最適化し、溶接部への適用の指針を導くことによって、機械特性を向上させるための「生産加工技術」としてフェムト秒レーザピーニング技術を確立することを最終目標とする。フェムト秒レーザピーニング技術の航空機部品への適用を目指し、航空機産業で広く用いられている3種類のアルミニウム合金A2024-T3、A6061-T6、A7075-T73を供試材料として用いる。今年度は、当初計画の「(2)フェムト秒レーザピーニング効果発現機構の解明とモデル構築」と「(3)新しいレーザパラメーターの導入および施工条件の最適化」に取り組み、計画通りの成果を得ることが出来た。さらに、前倒しで進めている「(4)フェムト秒レーザピーニングによる溶接継手の性能向上」にも取り組み、レーザ溶接継手だけでなく、FSW継手に対しても、疲労特性も向上させることに成功した。本研究では、4年間で以下の4つの大項目に取り組む予定である;(1)フェムト秒レーザピーニング施工条件が機械特性および微細組織に及ぼす影響の評価、(2)フェムト秒レーザピーニング効果発現機構の解明とモデル構築、(3)新しいレーザパラメーターの導入および施工条件の最適化、(4)フェムト秒レーザピーニングによる溶接継手の性能向上。当初計画では、今年度は(1)、(2)、(3)に取り組む予定であったが、これらが順調に進み、さらにアルミニウム合金を複数の手法で溶接することが出来たため、計画を前倒しして(4)にも取り組んだ。その結果、(1)、(2)、(3)だけでなく、(4)でも良好な結果を得ることが出来た。2019年度は、研究項目「(2)フェムト秒レーザピーニング効果発現機構の解明とモデル構築」のうち、「(2-4)機構解明とモデル構築」を完結し、論文を執筆する。研究項目「(3)新しいレーザパラメーターの導入および施工条件の最適化」のうち、「(3-2)レーザパルスの時間プロファイルの影響評価」と「(3-3)ナノ秒レンジプレパルスの影響評価」には引き続き取り組み、「(3-4)施工条件の最適化」に新たに取り組む。研究項目「(4)フェムト秒レーザピーニングによる溶接継手の性能向上」のうち「(4-1)フェムト秒レーザピーニング処理された溶接継手の特性評価」には引き続き取り組み、「(4-2)溶接継手の性能向上のための指針」に本格的に取り組む。今年度は、当初計画の「(1)フェムト秒レーザピーニング施工条件が機械特性および微細組織に及ぼす影響の評価」と「(2)フェムト秒レーザピーニング効果発現機構の解明とモデル構築」だけでなく、平成30年度以降に取り組む予定であった「(4)フェムト秒レーザピーニングによる溶接継手の性能向上」にも計画を前倒しして取り組んだ。その結果、アルミニウム合金母材だけで無く、アルミニウム合金の溶接継手の疲労特性も向上させることに成功した。当初計画では、今年度は(1)と(2)に取り組む予定であったが、これらが順調に進み、さらにアルミニウム合金を複数の手法で溶接することが出来たため、計画を前倒しして(4)にも取り組んだ。その結果、(1)と(2)だけでなく、(4)でも良好な結果を得ることが出来た。

申請者らはこれまで、フェムト秒レーザピーニングによって疲労特性や硬さといった機械特性が向上すること、高密度転位を有する特異なナノ結晶が形成されること、さらにピーニング初期過程ではこれまで予想されなかったような超高速でかつ巨大に変形することを見出してきた。しかしながら、これら機械特性、微細組織、および格子ひずみの動的挙動の相関関係は明らかになっていない。そこで本研究では、これらの相関関係を明らかにすることによってピーニング効果発現機構を解明し、さらにフェムト秒レーザピーニング施工条件を最適化し、溶接部への適用の指針を導くことによって、機械特性を向上させるための「生産加工技術」としてフェムト秒レーザピーニング技術を確立することを最終目標とする。フェムト秒レーザピーニング技術の航空機部品への適用を目指し、航空機産業で広く用いられている3種類のアルミニウム合金A2024-T3、A6061-T6、A7075-T73を供試材料として用いる。今年度は、当初計画の「(1)フェムト秒レーザピーニング施工条件が機械特性および微細組織に及ぼす影響の評価」と「(2)フェムト秒レーザピーニング効果発現機構の解明とモデル構築」に取り組み、計画通りの成果を得ることが出来た。さらに、前年度から前倒しで進めている「(4)フェムト秒レーザピーニングによる溶接継手の性能向上」にも取り組み、レーザ溶接継手だけでなく、FSW継手に対しても、疲労特性も向上させることに成功した。本研究では、4年間で以下の4つの大項目に取り組む予定である;(1)フェムト秒レーザピーニング施工条件が機械特性および微細組織に及ぼす影響の評価、(2)フェムト秒レーザピーニング効果発現機構の解明とモデル構築、(3)新しいレーザパラメーターの導入および施工条件の最適化、(4)フェムト秒レーザピーニングによる溶接継手の性能向上。当初計画では、今年度は(1)と(2)に取り組む予定であったが、これらが順調に進み、さらにアルミニウム合金を複数の手法で溶接することが出来たため、計画を前倒しして(4)にも取り組んだ。その結果、(1)と(2)だけでなく、(4)でも良好な結果を得ることが出来た。今年度は、当初計画の「(2)フェムト秒レーザピーニング効果発現機構の解明とモデル構築」と「(3)新しいレーザパラメーターの導入および施工条件の最適化」に取り組み、計画通りの成果を得ることが出来た。さらに、前倒しで進めている「(4)フェムト秒レーザ
NASHの発症機序に於けるHIF-1の関与

本年度の目的は肝臓特異的HIF-1のノックアウトマウスを間欠性低酸素状態にしてNASHの発症機序に於けるHIF-1の関与のin vivoでの検討であったが、実験動物の調達の面で遅れがありin vitroでの検討を進めることとした。先ず、脂肪酸による人工脂肪肝モデルでは酸素濃度が正常でも脂肪化に比例してROS産生が高まるが有意な細胞障害は起きないこと、この状態に間欠性低酸素が加わることで脂肪化細胞でのROS産生が有意に増加した。NASHの発症には脂肪肝をベースにして何らかの2ndヒットが必要であることか、低酸素が2ndヒットの一つであることを示唆するものとして重要である。次に、HIF-1の発現を低下させた状態では間欠性低酸素下でのROSの産生が低下すること、HIF-1誘導性のCOX4-2と競合するCOX4-1の発現を高める事で間欠性低酸素でのROS産生が低下することが判明した。このことはNASHの2ndヒットである低酸素による肝障害の機序にCOX4のサブユニットのバランスの変化が関与することを示唆する。特に正常酸素で機能するCOX4-1の発現増加が脂肪化細胞の間欠低酸素によるROSの産生を低下させることは、ミトコンドリアの電子伝達系の異常がNASHの発症と関連することを示唆している。COX4サブユニットのバランスはHIF-1によって制御されることから、NASHの2ndヒットに於けるHIF-1の関与はミトコンドリアの電子伝達系のバランスを障害することであると考えられる。脂肪化のみではCOX4のサブユニットのバランスは変化しないことから、NASHのベースである脂肪肝の発生自体にHIF-1がどの程度関与するかは今後の検討を要する。本研究は、NASHの発症機序には間欠性低酸素が重要であることを示唆するものであり、これは臨床上肥満などによる睡眠時無呼吸発作などがNASHの誘因になる可能性を示唆しており、脂肪肝患者における低酸素ストレスの予防、改善がNASHの発症を低下させる可能性を示す点で重要と思われる。本年度の研究で明らかになったのは、1)肝細胞由来のHuh7細胞を間欠的な低酸素状態にするとhypoxia-inducible factor(HIF)-1の持続的な活性化が起こる事、2)cytochrome coxidase(COX)のsubunit4-2の誘が起こる事、3)ROSの産生が高まる事、4)脂肪蓄積は間欠性低酸素によるROS産生を増強させる事、などである。本研究の目的は生活習慣病の一つとして注目されるnon-alcoholic steatohepatitis(NASH)の発症機序を解明する事である。NASHの発症序にはROSが関与する事が知られており、本研究はこのROS産生が低酸素でされる転写子HIF-1によるCOX4のisoformめ一つであるCOX4-2の過剰発現によるという仮説を検証するものである。COX4-2は低酸素で誘導されて電子伝達を促進することでROS産生を抑制するが、酸素がある状態では逆にROS産生を促進する。持続性低酸素ではHIF-1の発現は4時間をピークに低下するが、間欠性低酸素では持続的にHIF-1の発現が維持される。この結果ターゲット遺伝子であるCOX4-2の発現が促進されることで肝細胞でのROS産生が促進されると考えられる。NASHは脂肪肝をベースに発症するが、本実験でも脂肪酸の投与により人工的に脂肪蓄積させた細胞では低酸素でのROSの産生が高いことが示された。これらの事実はNASHの発症に肥満などによる肝臓での脂肪蓄積をベースとして、睡眠時無効吸発作など間欠性低酸素状態が起こる事でHIF-1が持続的に誘導され、COXの構成に変化が起きる事でROSの産生が高まる事がNASH発症の一因である可能性を示唆している。この結果はまた、HIF-1の阻害剤の使用でNASHの発症を抑制できる可能性を示しており、新しい治療法開発の可能性に繋がると思われる。今後は肝細胞特異的なHIF-1のノックアウトマウスを用いてin vivoレベルでの検討を行う予定である。

COX4サブユニットのバランスはHIF-1によって制御されることから、NASHの2ndヒットに於けるHIF-1の関与はミトコンドリアの電子伝達系のバランスを障害することであると考えられる。脂肪化のみではCOX4のサブユニットのバランスは変化しないことから、NASHのベースである脂肪肝の発生自体にHIF-1がどの程度関与するかは今後の検討を要する。本研究は、NASHの発症機序には間欠性低酸素が重要であることを示唆するものであり、これは臨床上肥満などによる睡眠時無呼吸発作などがNASHの誘因になる可能性を示唆しており、脂肪肝患者における低酸素ストレスの予防、改善がNASHの発症を低下させる可能性を示す点で重要と思われる。
分裂酵母における「積極的な」窒素カタボライト抑制解除機構の解明

酵母を含む微生物は、「好きな」栄養源を優先的に利用するが、特定の条件において微生物は生存のために「嫌いな」栄養源の利用をする。生きるために好きな栄養源を諦めるメカニズムにPAF複合体が関連していることが分かっており、本研究では、PAF複合体がどの遺伝子をどのように制御し、またPAF複合体自体もどのように制御されるかを明らかにする。また同時にPAF複合体以外の生存のために「好きな」栄養源を諦めるメカニズムに関連する因子の探索も行う。
水素循環プロセスのためのPt基モデル触媒表面の構築と反応

本研究はクリーンエネルギー源としての水素の有効利用に必須である触媒開発を念頭に、Ptをベースとする2元合金モデル触媒表面を構築しその化学特性を検討したものである。具体的には、超高真空中で表面科学の手法に基づき原子レベルで構造を規定したPt-Fe表面を分子線エピタキシ(MBE)法により作製し、その表面分子挙動と最表面構造との関係について議論した。その結果、高温で熱処理したPt-Fe合金最表面は基板Pt原子が表面偏析して生じたPtスキン層が生成し、特異な分子挙動を示し触媒特性の改善に関与することを明らかにした。化石燃料の資源枯渇問題とも相まって、水素を原料とするエネルギー循環システムの構築へ向けた研究のさらなる進展が切望されている。このプロセスが成立するためには数多くの技術的ブレークスルーが不可欠であり、材料科学に課せられた問題も山積している。本研究は効率的な水素発生に必須である触媒開発を念頭にPtをベースとする2元合金モデル触媒表面を構築しその特性を検討する。より具体的には、超高真空中で表面科学の手法に基づき原子レベルで構造を規定したPt-X表面を分子線エピタキシ(MBE)法により作製し、水素循環プロセスを担う水素(H_2)や水蒸気(H_2O)、メタノール(CH_3OH)、また副次的に算出される一酸化炭素(CO)の触媒表面における分子論的振る舞いと作製プロセスの関連を明らかにする。清浄Pt(111)基板(a)、Pt(111)に基板温度473KでFeを0.5原子層(ML)厚蒸着した試料(b)および基板温度室温でFeを1ML蒸着した後さらにPtを1ML蒸着した試料(c)をそれぞれに吸着したCOバントの振動数に基づいて、(b)基板では蒸着Fe原子が表面第二層に拡散し、最表面にはPt単原子層が形成されることが推定された。また、(a)および(b)基板表面吸着COバンドの振動数および強度変化をCO曝露量に対してプロットすると、両表面におけるピーク振動数は導入初期で約40cm^<-1>、1L曝露時でも30cm^<-1>異なっている。またバンド強度についてみると、低被覆率では(b)は(a)に比較し40%程度に低下している。これはFe/Pt表面にCOが吸着しにくくなったことを示しており、Fe元素の添加がCO被毒改善に効果的であることを表面科学的に示している。本研究は効率的な水素発生に必須である触媒開発を念頭にPtをべースとする2元合金モデル触媒表面を構築しその特性を検討する。より具体的には、超高真空中で表面科学の手法に基づき原子レベルで構造を規定したPt-X表面を分子線エピタキシ(MBE)法により作製し、水素循環プロセスを担う水素(H_2)や水蒸気(H_2O)、メタノール(CH_3OH)、また副次的に算出される一酸化炭素(CO)の触媒表面における分子論的振る舞いと作製フロセスの関連を明らかにする。昨年度に引き続き、清浄Pt(111)基板に対して基板温度343Kおよび473KでFeをMBE堆積し、COを吸着させた場合の赤外バンドの振動数および昇温脱離(TPD)スペクトルにおける脱離ピーク温度に基づいて基板上におけるFeの成長様式とPt-Fe合金化が及ぼすCOの吸着・脱離挙動への影響を検討した。その結果、Fe堆積時の基板温度が高いほど、Pt原子の表面偏析によって蒸着Fe原子上にPt単原子層が形成されやすくなることがわかった。そのようなPt表面層においては、吸着CO赤外バンドのピーク振動数は、清浄Pt(111)に比較し30-40cm^<-1>程度低波数側に位置する。またTPD脱離ピーク温度は15Kほど低下した。これらの事実は、PtとFeの合金化により表面被毒が改善されることを表面科学的に示している。

昨年度に引き続き、清浄Pt(111)基板に対してFeをMBE堆積し、COを吸着させた場合の赤外バンドの振動数および昇温脱離(TPD)スペクトルにおける脱離ピーク温度に基づいて基板上におけFeの成長様式とPt-Fe合金化が及ぼすCOの吸着・脱離挙動への影響を検討した。その結果、Fe積時の基板温度が高いほど、Pt原子の表面偏析によって蒸着Fe原子上にPt単原子層が形成されやくなることがわかった。そのようなPt表面層においては、吸着CO赤外バンドのピーク振動数は、清浄Pt(111)に比較し30-40cm_<-1>程度低波数側に位置する。またTPD脱離ピーク温度は15Kほど低した。さらに清浄Pt(100)基板上においても同様の検討を行い、Pt(111)基板に比較して低温でも合金化が進行し、いずれの場合もPt-Fe合金化によりCO被毒が改善されることを結論した。
レアメタル用4ーピリドン系工業用抽出剤の開発

1.4ーピリドン類の合成と確認図1でn=0,1,2,4,6,8,10,12のアルキル鎖を有する8種の4ーピリドン類を合成し、元素分析、IR、NMRスペクトル、融点測定を行って合成した化合物の構造と純度を確認した。2.抽出平衡の検討(1)合成した4ーピリドン類の酸解離定数(Ka)及び配定数(K_D)を求めた。Kaはアルキル鎖の長さを変えても変らないが、Kaはアルキル鎖中の炭本数(n)と共に増大し、両者の間にはlog K_D=0.52+1.42で表わされる直線関係が認められた。(2)レアメタルとしてIn,Pr,Eu,Ybを選び各4ーピリドン類を用いて抽出実験を行い、錯体の結合比、半抽出PH、分抽定数(K_<DC>),抽出定数(Kex),安定度定数(β_3)を求めた、その結果いずれの金属にも1:3(金属:配位子)錯体としてジクロルエタンに抽出され、Kex,β_3はアルキル鎖長による影響は認められなかったが、K_Dはnと共に増大することがわかった。3.抽出速度の検討上記金属の4ーピリドン錯体はジクロルエタンに容易に抽出され、速度はアルキル鎖が長くなるにつれ僅がづつ遅くなったが、いずれの錯体も数分数十分の振り混ぜて定量的に抽出された。抽出の速度論的な詳細な今後引き続いて行うつもりである。以上の結果より、本研究でとりあげた4ーピリドン系化合物は、金属に対する選択性は乏しいが、上述の4元素はもとより、いわゆる硬い酸に分類される金属(例えば、Al,Ga,Ti,Zrなど)の抽出剤としては有用と考えられる。1.4-ピリドン類の合成と確認図1に示す4-ピリドン類のうち、n=1,2,4,6,8,10,12のアルキル鎖を有する7種の化合物を合成し、元素分析、IR,NMRスペクトル、融点測定などを行い、合成した化合物の構造と純度を確認するとともに、目的化合物が得られていることを確認した。2.抽出平衡の検討(1)合成した4-ピリドン類の酸解離定数〔Ka〕及び分配定数(KD)を求めた。その結果、Kaはアルキル鎖の長さを変えても変わらないが、K_Dはアルキル鎖中の炭素数(n)とともに増大し、両者の間にはlogKD=0.52n+1.42で表わされる直線関係があることがわかった。(2)レアメタルとしてInを選び、各4-ピリドン類を用いて抽出実験を行い、錯体の結合比、半抽出pH、分配比(KDC)、抽出定数(Kex)、安定度定数(β_3)を求めた。その結果、Inは1:3(金属:配位子)錯体としてジクロルエタンに抽出される(半抽出pH=)ことがわかった。また錯体の抽出定数はlogKexとして2.162.57、安定度定数はlogβ_3として32.2632.64の範囲にあり、アルキル鎖長による影響は認められなかったが、KDCはnに比例して増大し、両者の間にはlog KDC=1.67n+2.46で表わされる直線関係があることがわかった。以上の結果より、4-ピリドン類は、Inと極めて安定な錯体を形成して有機相に抽出され、抽出剤及び錯体の有機相への分配はアルキル鎖長を長くすることにより増大かつ制御できるので、少くともInの工業抽出剤として有用と考えられる。他のレアメタルの抽出についても目下検討中である。

1.4ーピリドン類の合成と確認前年度に引き続き、図1でn=10,12のアルキル鎖を有する化合物を合成し、元素分析,IR,NMRスペクトル,融点測定を行って合成した化合物の構造と純度を確認した。2.抽出平衡の検討(1)合成した4ーピリドン類の酸解離定数(Ka)及び分配定数(K_D)を求めた。前年度の結果をも考慮すると、Kaはアルキル鎖の長さを変えても変らないが、K_Dはアルキル鎖の長さと共に増大することがわかった。(2)レアメタルとしてIn,Pr,Eu,Ybを選び、本年度及び前年度合成した4ーピリドン類を用いて抽出実験を行い、錯体の結合比、半抽出pH,分配定数(K_<DC>),抽出定数(Kex),安定度定数(β_3)を求めた。いずれの金属も安定な1:3(金属:配位子)錯体としてジクロルエタンに容易かつ定量的に抽出された。希土類錯体の抽出定数はlog Kexとしてー8.4ー12.1程度、logβ_3は20.622.5程度であった。3.抽出速度の検討上記金属の4ーピリドン錯体の抽出速度はアルキル鎖が長くなるにつれて僅かづつ遅くなったが、いずれの錯体も数分数十分の振り混ぜで定量的に抽出された。抽出の速度論的な詳細な検討は本研究期間内に行えなかったので、今後引き続き検討したいと考えている。以上の結果、及び前年度の結果より、本研究でとりあげた4ーピリドン系化合物は、金属に対する選択性は乏しいものの、上述の4元素はもとより、いわゆる硬い酸に分類される金属(例えば、Al,Ga,Ti,Zrなど)の抽出剤としては有用なことがわかった。本研究期間内に検討できなかったこれらの金属の抽出については引続き検討する積りである。
岩石破壊過程のフラクトグラフィー

岩石の破壊過程において、どのような割れ目が生成されていくか、そのメカニズムを解明し、フラクトグラフィーを明らかにすることは、岩石力学や構造地質学の基礎的研究として重要であるばかりでなく、鉱脈型鉱床や石油地熱などの裂か型流体鉱床の探鉱など応用面でも重要である。本研究では、そのためにまず、岩石三軸試験のいろいろな段階で生成した割れ目の静的動的解析を行う装置を開発した。すなわち、鏡下で供試体の割れ目の三次元的方位を簡便に測定するために、デジタルユニバーサルステージを試作した。これによって、大量測定と補正計算やデータ処理の自動化が可能になった。次に、従来観察が不可能であった高圧容器の中での岩石破壊過程を知るために、ボアスコープを取り付けた高圧セルを試作し、実際に高封圧下で岩石が変形破壊する様子をビデオに撮ることに成功した。本装置の開発には、耐圧などの安全性の問題があってやや難渋したため、実際の使用は予察的研究にとどまった。今後、鋭意実験を継続していく予定である。岩石の破壊過程において、どのような割れ目が生成されていくかを知るために、岩石三軸試験のいろいろな段階で試験を中断し、偏光顕微鏡や電子顕微鏡で割れ目の観察記載を行った。用いた供試体は主として天草白亜系の粗粒砂岩であるが、生成した割れ目には大きく見て次の3通りがあった。歪が小さい段階では【◯!1】、【◯!2】の割れ目が圧倒的に多く、その三次元的方位は【σ_2】と平行である。より変形が進行した場合には【◯!3】も見られる。しかし、これはあくまでも静的解析であって、数多くの供試体を用いた実験結果を総合したものにすぎない。同一供試体について歪の進行とともに、どのような種類の割れ目が生成されていくのか、厳密には不明である。そこで、高圧容器の中で進行する破壊現象を光ファイバースコープを用いて観察する装置の開発を行った。最初、容器下部のリード線取り出し口からファイバーを挿入するつもりだったが、撮像部の耐圧性に問題があり、容器側部に耐圧ガラス窓を設置して、固体のロッドレンズで撮影する方式に変更した。しかし側部だと、万一窓が破壊した場合には人命にかかわる大事故につながる恐れがある。そのため、模型実験を繰り返すなど慎重な設計を行って、ようやく年度末問際に完成した。したがって、現在低圧状態でテスト中であり予察的な段階であるが、今のところ先の静的解析での見通しを裏付けるデータが集っている。
地方都市における配偶者選択の研究

この研究の本年度の実施結果は、配偶者選択に関して調査した約1000名の統計的調査データを様々な統計的解析技法を用いて多次元的、総合的に処理し、事例的調査研究のための仮説群を再構成し、導き出された結果に従い面接調査を行い、より具体的な配偶者選択のデータを蒐集し現在分析中である。その主な内容は、出会いから二人の人間関係がどのように進展して結婚に至ったのか、その過程の中で二人が解決しなければならなかった障害や課題が存在したのか、その逆として結婚にプッシュする内的要因と外的要因として考えられるものには何があったのかなどを調査したことである。また、統計的調査結果の中から得られた配偶者選択の決定理由としてあげられた最大要因の「愛情」、「性格の一致」、「価値観の一致」などの選択基準が結婚後の生活にどのような影響を及ぼしているのか、かつての選択基準が重要な基準であったのかなどを再評価するための質問など、より具体的な配偶者選択のデータの蒐集、分析に取り組んでいる。今後の研究の展開としては、未婚者の配偶者選択に関する統計的調査を実施し、より重層的に配偶者選択の選択-拒否のメカニズムの解明を目指したい。さらに、結婚後の生活で配偶者が「愛情」、「性格の一致」、「価値観の一致」等の選択基準を満たせなくなった時、二人の関係は解消され離婚へと容易に向かうのかなど、配偶者選択を起点に現代家族の特質を捉えてみたい。
間共存型ロボットのリスクアセスメントのための物理的接触人リスクの暴露頻度評価手法

近年,介護福祉分野等での人間共存型ロボットの活躍が期待されるようになってきた.人間共存型ロボットは,人間の周囲で活動するため,あらかじめリスクアセスメントを行うことが求められている.しかしながら,その新規性から,過去の事故履歴等のデータが存在しないため,定性的なリスクアセスメントしか行えなかった.そこで,本研究では,高度に発達した人間共存型ロボットは,人間と同様の動作,作業方法で作業を行うと仮定し,ロボット役の人間の動作を計測することによって定量的な衝突リスクの暴露頻度を評価する手法を提案した.近年,介護福祉分野等での人間共存型ロボットの活躍が期待されるようになってきた.人間共存型ロボットは,人間の周囲で活動するため,あらかじめリスクアセスメントを行うことが求められている.しかしながら,その新規性から,過去の事故履歴等のデータが存在しないため,定性的なリスクアセスメントしか行えなかった.そこで,本研究では,高度に発達した人間共存型ロボットは,人間と同様の動作,作業方法で作業を行うと仮定し,ロボット役の人間の動作を計測することによって定量的な衝突リスクの暴露頻度を評価する手法を提案した.H22年度研究実績の概要H22年度の研究目標は,(1)物理的接触リスクの暴露頻度評価のための人体運動計測システムの構築,(2)ロボット移動による接触・衝突リスクの暴露頻度評価システムの構築,(3)ロボット作業による衝突・挟み込みリスクの暴露頻度評価システムの開発,(4)動作分析手法の開発である.(1)に関しては,複数台のカメラを用いて人の移動履歴を取得するシステムを開発し,具体的なロボット作業について計測実験を行った.(2)の接触・衝突リスクの評価手法の開発,評価システムの開発を行い,(1)のデータを用いて大きさの異なる複数の部屋の中でロボットが移動した場合に,どの程度のリスクへの暴露頻度があるのかを評価した.その結果に関しては,日本機械学会ロボティックス・メカトロニクス講演会で発表を行った.現在,この内容に関して投稿論文を準備中である.また,(3)および(4)の開発のためワイヤレスのモーションセンサを購入し,人間の動作計測実験の準備を進めている.(4)の手法の予備的評価のため,(1)のシステムにカメラを追加して,評価実験も行った.本新規手法は,(2)で用いたロボットや人間の本体からの距離による評価だけではなく,高さも含めた空間分割を行い,作業を行っているロボットやロボットの使っている道具類による衝突リスクの評価も対象とできるように拡張を行った手法である.本手法の評価実験の結果は,2011年度5月に開催される日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会で発表予定である.また,次年度の研究に向けて,人間の作業中の手先の動作の計測及び分節化による作業の分類の試行等に着手しており,本手法の実用化のための手法のブラッシュアップに努めている.H23年度では,(1)提案してきた物理的接触リスクへの暴露頻度評価手法への作業内容の影響度評価を行うことによって本手法の有効性を検証すること,および(2)ロボットと人間の協調作業を行う際の接触リスクベの暴露頻度評価システムの構築,評価手法の開発を目標とした.(1)に関しては,昨年度構築した物理的接触リスクの暴露頻度評価のための人体運動計測システムを用いて,計測されるロボット役の人間が姿勢を変更した場合や道具を使用した場合のリスク評価実験を行った.特に道具を用いる場合には,その部分を含めた衝突リスクへの暴露頻度評価を行うことにし,その評価基準,詐価方法の提案を行った本成果に関しては,2011年5月に開催された日本機械学会ロボティクスメカトロニクス部門講演会Robomech2011にて発表を行った.本成果に関しては,投稿論文の執筆が終了したので,今月中にも日本ロボット学会誌に投稿を行う予定である.また,(2)の研究目標に対して人間とロボットが協調して作業を行う場合の動作計測を行う計測システムを開発した.ロボットと人間が接近して協調作業を行う場合には,部品の手渡し等,両者がほとんど触れ合うような状況も想定し,接近度だけではなくロボットを含む身体の存在確率の交叉する体積の大きさや両者の速度情報により重み付けした暴露頻度評価等の指標をいくつか考案し,比較を行った.これらの評価指標に関して,両者の手が届く程度の空間内でロボット役の人間と人間が協調して組み立て作業を行う場面を想定した衝突リスクへの暴露頻度評価実験を行った.本成果に関しては2012年5月末に開催予定の日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会にて発表予定である.本研究では,人間と作業環境を共有する人間共存型ロボットの物理的接触リスクの暴露頻度評価を定量的に行う手法の研究を行ってきた.提案手法では,高度に発達した人間共存型ロボットは,人間と同じ道具を用い,同じ作業形態で動作を行うものと考え,人間共存型ロボットに求められる作業を人間が行い,その動作を計測することによって物理的接触リスクへの暴露頻度評価を行う.平成24年度は,昨年度までに製作した人体運動計測システムを用いて,複数の異なる協調作業を行う作業者(二名,一名はロボット役)の動作計測実験を行った.実験では,お互い手の届く範囲内で,個別に組立て作業を行う場合や,協調して組立て作業を行う場合を同時並行して,あるいは交互に行わせた.また,作業を行う人間とロボット役の人間の身体の最短距離とそのサンプリング毎の相対接近速度の平均値を用いて,物理的接触リスクへの暴露頻度評価を行う評価方法を定式化し,上記の実験データを用いて暴露頻度評価を行った.

これは,距離が近い程,危険事象の発生確率が高く,また,接近速度が速い程,回避が困難になると考えられるからである.異なる作業間での暴露頻度評価を比較した所,ロボット役の人間の動作と協調作業を行う人間との活動領域が重なる大きさ,及び通過時間が少ない程,暴露頻度が低いことが示された.また,同時並行して協調組立てを行う場合が,最も暴露頻度が高くなることが確認できた.これらは,あらかじめ想定した定性的評価と一致しており,上記の定式化の有効性を確認することができた.本手法は,新規性の高い人間共存型ロボットのリスク評価を定量的に行う手法を提案するものであり,今後の実用化にあたって必要不可欠であると考えている.上記の成果をまとめて,投稿論文の執筆中である.交付申請書執筆の時点で想定していた研究成果を達成し,投稿論文の執筆を行うことができた.さらに,本提案手法の次の段階である,よりロボットと人間が接近した状況での暴露頻度評価手法も手法の開発,予備実験が終了し,良好な成果が出ており,投稿論文の執筆まで最後の実験を残すのみになっているから.24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は,残りの部分の投稿論文の執筆を開始する.それに伴い不足するデータ,実験を並行して行う.ほぼ半年以内にこれらの作業を終了できる見込みである.24年度が最終年度であるため、記入しない。