hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
冗長な構造を有する人口ニューラルネットワークに関する研究

擬記憶問題の改善など、標準的な緩和型ネットに比べて優れた特性を示すことが明らかになりつつある。一般に、連想記憶のタスクでは、記銘すべき点は状態空間内の1点(固定点アトラクタ)として場所が分かっており、写像能力のあるネットを導入することの効果はある程度予想することが可能であった。しかしながら一方、最適化問題の場合には、連想記憶タスクの場合とは異なりネットワークに記銘すべき点の位置は不明であり、むしろその点がどこに存在しているかを探索すること自体がタスクとなる。そのため、緩和プロセスの中に「写像」を導入することの意味付けは困難であり、最適化の際に遭遇するローカルミニマムの問題を解決するには、上述のモデルをそのまま応用することはできず、別なアプローチが必要であった。そのような状況のもと、本研究代表者は、自由度を上げるためではなく自由度を抑制するために「ネットワークの冗長さ」を利用することを考え、本研究において、「構造の冗長性」というこれまでにない全く新しい視点に立ったニューラルネットワークのモデルを構築した。そして、その基本的な振る舞いを、単純構造のモデルに絞って解析とシミュレーションの両面から調べたところ、モジュール数が増加するにつれ、その構造的冗長性によって初期値依存性が弱くなり、モジュール数が十分に多い場合には、ニューロンの状態は常に大局的な最小値に収束することが明らかとなった。冗長な構造を有する大工ニューラルネットワークは、最適化問題を解くのに適した構造をしている可能性があり、今後より規模の大きなネットワークを調べることが重要であると考えられる。
窒化ニオブを用いた断熱型超伝導集積回路の開発

従来(4 K)より高い温度で動作が可能な超伝導集積回路を実現するため、窒化ニオブ(NbN)を用いた断熱超伝導回路(AQFP)の検討を行った。情報通信研究機構(NICT)が提供するNbN集積回路プロセスを用いて、NbN-AQFP論理ゲートの設計を行った。基本的な論理ゲートを含むテスト回路のマスクパターンを設計し、NICTのプロセスを用いてNbN-AQFP回路を作製した。回路シミュレーションにより、NbN-AQFP回路の動作安定性や消費エネルギーを評価した。本研究結果より、NbNを超伝導集積回路に用いるメリット(小型、高い動作安定性、低消費エネルギー)が示された。本年度は、窒化ニオブを用いた断熱型超伝導集積回路の実現に向け下記の研究を実施した。【セルライブラリの構築】回路設計を効率的に行うため、インバータ等の基本論理セルを含むセルライブラリを設計した。従来より超伝導集積回路に広く用いられてきたニオブに比べ、窒化ニオブは磁場侵入長が大きいためシートインダクタンスが大きい。そのため、基本論理セルの面積を従来のデザインに比べておよそ半分に低減することに成功した。また、液体ヘリウムよりも高い温度(10 K程度)においても低誤り率で動作が可能なように、論理セル中のジョセフソン接合の臨界電流値を従来のデザインに比べて倍の100 uAとした。各論理セルは、申請者がこれまでに提案したミニマル設計と呼ばれる方法で効率的に設計された。また、素子ばらつきや不要な磁気結合の影響を抑えるため、対称的なレイアウトを採用した。各論理セルのパラメータはインダクタンス計算ツールによって抽出され、シミュレーション環境を構築した。【数値計算による小規模論理回路の実証】構築したセルライブラリを用いて、小規模論理回路であるXORゲートを設計した。数値計算により動作実証を行い、電源電流の変動に対する広い動作マージンを確認した。また、バッファチェインを設計し消費エネルギーの見積もりを行った。計算結果より、ゲート当たり約10 zJ nsという非常に小さなエネルギー遅延積を確認した。この値は、半導体集積回路に対して3、4桁の優位性がある。本年度の研究テーマであるセルライブラリの構築、小規模論理回路の実証、共におおむね順調に進展した。【セルライブラリの構築】インバータ等の基本論理セルを設計し、各セルのパラメータをインダクタンス計算ツールにより抽出した。よって、窒化ニオブを用いた断熱型超伝導集積回路の実証で必要となる設計・シミュレーション環境を一通り構築することができた。また、窒化ニオブの比較的大きい磁場侵入長を活かし、面積の半減という予想以上の成果が得られた。窒化ニオブで作成するジョセフソン接合の特性は比較的ばらつきが大きいが、セルの小型化によりジョセフソン接合を近い距離で配置できるため、素子ばらつきの影響を低減できることが期待できる。上記二点(小型化、ばらつきに対するロバスト性)より、窒化ニオブを超伝導ディジタル回路へ応用する際のメリットが示された。【数値計算による小規模論理回路の実証】構築したセルライブラリの論理セルを用いてXORゲートを設計し、数値解析により広い動作マージンを確認した。また、バッファチェインの解析からゲート当たり約10 zJ nsという非常に小さなエネルギー遅延積を確認した。これまで断熱型超伝導回路はニオブを用いて研究が行われてきたが、本検討結果より、窒化ニオブを用いた際にも優れた動作マージンとエネルギー効率が得られることが示された。窒化ニオブ(NbN)を用いた断熱超伝導回路(AQFP)の実現に向けて下記の研究を行った:【NbN-AQFPの設計】情報通信研究機構が提供するNbN集積回路プロセスのパラメータを反映し、AQFPゲートのレイアウト及び回路図の設計を行った。NbNの比較的大きな磁場侵入長を活かすことで、従来のニオブ(Nb)を用いた設計に比べて、回路面積を半減することに成功した。本検討結果より、NbNを用いることで、超伝導集積回路を小型化できることが明確に示された。【セルライブラリの構築】インバータ等の基本的なAQFPゲートを含むセルライブラリを構築した。構築したセルライブラリを用いてXORゲートを設計し、数値解析により広い動作マージンを確認した。さらに、バッファチェインの解析により、約10 zJ nsという非常に小さいエネルギー遅延積を確認した。本検討結果より、NbNを用いることで優れた動作安定性とエネルギー効率が得られることが示された。また、NbNを用いることで従来(4.2 K)よりも高い温度(10 K)で動作できるため、冷却のためのエネルギーコストを低減できる。【デバイス作製】構築したNbN-AQFPのセルライブラリを用いて、基本的な論理回路を含むマスクパターンを作製した。情報通信研究機構において、デバイス作製に向けて検討を行った。クリーンルームの移設及び露光装置の変更により、回路作製条件が変わったため、成膜及びエッチング条件の最適化、露光装置の焦点合わせの最適化、層間絶縁層に用いるSiO2薄膜の成膜レートの調整、等を実施した。以上の問題を解決し、作製したマスクパターンを用いて、ジョセフソン接合の作製まで完了した。配線層作製の際に装置トラブルが発生したため、全てのレイヤーの作製には至らなかった。装置が復旧次第、NbN-AQFP回路の作製を完了し、動作実証を行う予定である。

情報通信研究機構(NICT)が提供するNbN集積回路プロセスを用いて、NbN-AQFP論理ゲートの設計を行った。基本的な論理ゲートを含むテスト回路のマスクパターンを設計し、NICTのプロセスを用いてNbN-AQFP回路を作製した。回路シミュレーションにより、NbN-AQFP回路の動作安定性や消費エネルギーを評価した。本研究結果より、NbNを超伝導集積回路に用いるメリット(小型、高い動作安定性、低消費エネルギー)が示された。窒化ニオブを用いた断熱型超伝導集積回路の最大回路規模の見積りに向け、下記の研究を行う。【シートインダクタンスの評価】本研究では、情報通信研究機構が提供する窒化ニオブ超伝導集積回路プロセスを用いて断熱型超伝導論理回路を作成する。そこで、超伝導回路のパラメータに影響を与えるシートインダクタンスの測定を行う。測定結果より、セルライブラリ設計時に仮定した回路パラメータの妥当性を検討する。【論理回路の作成及び動作実証】情報通信研究機構が提供するプロセスを用いて断熱型超伝導論理回路を作成し、実験により動作実証を行う。複数種類の論理回路を作成し、各回路の動作マージン及び歩留まりを評価する。動作マージンがシミュレーション結果よりも小さかった場合には、シートインダクタンスの測定結果を考慮して考察を行う。【最大回路規模の見積もり】各論理回路の歩留まりから、素子ばらつき及び最大回路規模を見積もる。また、素子ばらつきの改善により最大回路規模をどこまで改善することができるか考察を行う。超伝導エレクトロニクス
膵炎発症とオートファジー-Spink3によるオートファジーの制御機構

膵臓内在性のトリプシンインヒビターSPINK1は構造的に上皮増殖因子EGFと類似しており、我々はSPINK1がEGFRに結合し、活性化(リン酸化)することを報告している。またSpink3 (SPINK1のマウスホモログ)欠損マウスでは出生直後の膵腺房細胞において、特異的に過剰なオートファジーが誘導されることから、分泌されたSPINK1/3がEGFRを介してオートファジーを負に制御している可能性がある。この仮説を検証する目的で、EGFRコンディショナルKOマウスを樹立し、解析を行った。このマウスは正常に出生し、その後の成長も正常であった。EGFRfamilyにはEGFR以外にもHER2,3,4が存在するが、これらのEGFR family分子の発現量には差が見られなかった。オートファジーの誘導に異常がないかを確認するために、24時間の飢餓を行ったが、野生型と同等にオートファジーが誘導されることが確認された。EGFRの主要は細胞内シグナル経路であるMAPK経路、JAK-STAT経路、PI3K-AKT経路でもEGFR欠損による変化は見られなかった。また急性膵炎惹起刺激を加えたが、オートファジーの誘導には差がなく、急性膵炎の重症度にも差が見られなかった。急性膵炎発症には膵内でトリプシノーゲンからトリプシンへの活性化が重要で、その過程でオートファジーが関わっていることを我々は報告しているが、EGFR欠損状態においてもトリプシン活性化に差が見られなかった。以上の結果から、膵腺房細胞において、EGFRはオートファジーの制御には関与していないことが明らかとなった。膵腺房細胞で発現する遺伝子にSpink3 (SPINK1のマウスホモログ)を選択し,Cre-loxシステムを用いて,Spink3プロモーター支配下にCre蛋白を置換した(Spink3-Creマウス)。Spink3-CreマウスとROSA26Rマウスを交配し,X-gal染色を行い、膵臓では腺房細胞でβ-galactosidase活性が確認されたが,内分泌細胞,膵管細胞では確認されなかった。
単一視床外側腹側核皮質投射細胞上の、網様核細胞、介在細胞による抑制入力の空間分布

視床の運動核である視床外側腹側核への抑制性入力の起源として考えられている核内の介在ニューロンと視床網様核ニューロンの、視床核内で果たす役割を明らかにする目的で実験を行った。ネンブタール麻酔ネコを用い、吻側視床網様核にWGA-HRPを注入し視床への入力を順行性に標識し、さらに大脳皮質運動野にWGA-HRPを注入し、視床皮質投射ニューロンの逆行性標識を行った。反応を可視化し、電顕包埋した後、視床外側腹側核の超薄切連続切片を作成し、GABA抗体を用いた包埋後染色法を施した後、電顕観察を行った。電顕観察により、標識終末と樹状突起、他の神経終末の微細構造上の特徴を明らかにした。さらに電顕写真をトレースし、HRP標識終末とその周辺の構造物を、RATOC社のTRIシステムを用いて三次元再構築し、コンピュータグラフィクスによる表示を行い、視床外側腹側核の網様核由来の神経終末と、投射ニューロンの樹状突起、核内の介在ニューロンのシナプス前樹状突起間の相互関係を定量的に解析した。網様核終末は、小型で直径が0.7-2.9μm(1.3±0.4,N=97)であり、GABA陽性であった。多形性のシナプス小胞を含み、対称性シナプスを形成していた。シナプス後側の構造物は、投射ニューロンの細胞体、及び遠位樹状突起に多く、近位樹状突起上にはまれであった。97個の終末のうち8.3%が細胞体、3.0%が細胞体と樹状突起両者に接触していた。また、わずかながら、2本の樹状突起に接触しているものも認められた。シナプス後側の樹状突起の直径は、平均1.2μmと細かった。網様核由来の終末の介在ニューロンの突起との接触は、観察されなかった。これらの観察により網様核が、単シナプス性に投射ニューロンに抑制入力を及ぼすことが確認され、特に細胞体への入力は、投射ニューロンの活動に強い影響力を与えるものと考えられた。また、近位樹状突起に多く接触している小脳由来の終末とは、分布域が重なりあわないことから、投射ニューロン上で入力の分化がなされている可能性が示唆された。
ヒト脳腫瘍におけるp16遺伝子およびその発現異常の研究

日本人脳腫瘍患者由来DNA75例(上衣腫3例、乏突起膠腫9例、星細胞腫12例、退形成性星細胞腫11例、髄芽腫1例、膠芽腫39例)を用い、9番染色体短腕に存在するがん抑制遺伝子候補であるp16遺伝子の異常を検索した。まずp16遺伝子のホモ接合型欠失の有無を、p16遺伝子エクソン2および同じ9番染色体長腕に存在する9pSTS5を増幅する2種のプライマー系を用いたマルチプレックスPCR法により調べた。p16遺伝子のホモ接合型欠失は1例の退形成性星細胞腫と6例の膠芽腫においてのみ認められた。PCR-SSCP法によるp16遺伝子変異のスクリーニングでは星細胞腫の1例、退形成性星細胞腫の1例および膠芽腫の6例での移動度のことなるシグナルが見られた。この8症例のPCR産物をベクターに組み込み塩基配列を決定した。全例に突然変異が検出され、膠芽腫のの3例のコドン66,143,145にアミノ酸置換の予測される変異が見られた。抗p16抗体を用いた免疫染色法によりp16蛋白発現を検索した45症例(上衣腫1例、乏突起膠腫4例、星細胞腫5例、退形成性星細胞腫6例、膠芽腫29例)中70%異常の腫瘍細胞が反応陰性であった例は星細胞腫の1例、退形成性星細胞腫の2例、および膠芽腫の6例であり、その他の例でも反応陰性細胞のクローナルな増殖がしばしば認められた。また上衣腫の1例、膠芽腫の3例では部位による差が大きく、70%以上の腫瘍細胞が陽性の部位と陰性の部位が認められた。以上、悪性度の高い症例でp16遺伝子のホモ接合型欠失率、突然変異率、発現異常率のいずれも高かった。しかし悪性脳腫瘍においてはp16遺伝子のホモ接合型欠失が50%以上と高頻度に認められ、突然変異はほとんどみられないとする欧米からの報告とは異なり、本研究による日本人悪性脳腫瘍患者のp26遺伝子のホモ接合型欠失の頻度は約15%と低く、脳腫瘍発生機構に人種差がある可能性が示唆された。日本人脳腫瘍患者由来DNA63例(上衣腫1例、乏突起膠腫6例、星細胞腫10例、退形成性星細胞腫10例、髄芽腫1例、膠芽腫35例)を用い、9番染色体短腕に存在するがん抑制遺伝子候補であるp16遺伝子の異常を検索した。まずp16遺伝子のホモ接合型欠失の有無を、pl6遺伝子エクソン2および同じ9番染色体長腕に存在する9qSTS5を増幅する2種のプライマー系を用いたマルチプレックスPCR法により調べた。様々の割合でpl6遺伝子欠失DNAと正常組織由来DNAを混合したマルチプレックスPCR産物のバンド濃度を定量化し得られた標準曲線より、20%の正常組織DNA混入時の値以下を示した検体をp16遺伝子ホモ接合型欠失とした。pl6遺伝子ホモ接合型欠失は1例の退形成性星細胞腫と6例の膠芽腫においてのみ認められた。PCR-SSCP法によるpl6遺伝子変異のスクリーニングでは星細胞腫の1例、退形成性星細胞腫の1例および膠芽腫の6例で移動度の異なるシグナルがみられた。

この8症例のPCR産物をベクターに組み込み塩基配列を決定した。全例に突然変異が検出され、膠芽腫の3例のコドン66、143、145にアミノ酸置換の予測される変異がみられた。抗pl6抗体を用いた免疫染色法によりpl6蛋白発現を検索した46症例(上衣腫1例、乏突起膠腫4例、星細胞腫5例、退形成性星細胞腫6例、膠芽腫29例)中70%以上の腫瘍細胞が反応陰性であった例は星細胞腫の1例、退形成性星細胞腫の2例、および膠芽腫の6例であり、その他の例でも反応陰性細胞のクローナルな増殖がしばしば認められた。また上衣腫の1例、膠芽腫の3例では部位による差が大きく、70%以上の腫瘍細胞が陽性の部位と陰性の部位が認められた。これらの所見はpl6遺伝子の異常およびその発現異常は脳腫瘍の悪性化の段階に働いていることを示唆する。昨年に引き続き症例を増やし、日本人脳腫瘍患者由来DNA75例(上衣腫3例、乏突起膠腫9例、星細胞腫12例、退形成性星細胞腫11例、髄芽腫1例、膠芽腫39例)を用い、9番染色体短腕に存在するがん抑制遺伝子候補であるp16遺伝子の異常を検索した。まずp16遺伝子のホモ接合型欠失の有無を、p16遺伝子エクソン2および同じ9番染色体長腕に存在する9qSTS5を増幅する2種のプライマー系を用いたマルチプレックスPCR法により調べた。P16遺伝子ホモ接合型欠失は1例の退形成性星細胞腫と6例の膠芽腫においてのみ認められた。PCR-SSCP法によるP16遺伝子変異のスクリーニングでは星細胞腫の1例、退形成性星細胞腫の1例および膠芽腫の6例で移動度の異なるシグナルがみられた。悪性度の高い症例でp16遺伝子のホモ接合型欠失率、突然変異率共高かった。しかし悪性脳腫瘍においてはp16遺伝子ホモ接合型欠失が50%以上と高頻度に認められ、突然変異はほとんどみられないとする欧米からの報告とは異なり、日本人悪性脳腫瘍患者のp16遺伝子のホモ接合型欠失の頻度は約15%と低く、脳腫瘍発生機構に人種差がある可能性を示唆する。p16エクソン2にスプライスしp16とは全く異なる蛋白を作るE1β遺伝子がコードする蛋白が、p53蛋白と関連し発がんに関与するとの報告がある。日本人脳腫瘍患者由来DNA75例のE1β遺伝子の異常をPCR-SSCP法により調べたがE1β遺伝子変異は全く認められなかった。
モバイル機器とインフラ設置機器が協調動作する歩行者ナビゲーション環境の実現

本研究課題は,携帯電話機などのモバイル機器とインフラ設置機器(キオスク型端末)が協調動作することを前提とした歩行者ナビゲーション環境の実現を目指すものである.具体的には,モバイル機器を用いたシステムの基本性能の向上と処理方法の比較,キオスク型端末を用いたシステムの案内情報と提示方法の評価,キオスク型端末で提示した案内文をモバイル機器で持ち運ぶ効果の検証を行った上で,協調動作を前提としたシステムの構築を行い,モバイル機器とインフラ設置機器の協調動作を前提とした歩行者ナビゲーションシステムの基本設計手法の知見を得,シームレスな歩行者ナビゲーション環境の社会実現に向けた可能性を示した.モバイル機器とインフラ設置機器が協調動作する歩行者ナビゲーション環境の実現に向けて、本年度はモバイル機器・インフラ設置機器が提示する案内文に関する検討を行った。具体的には、まず、インフラ設置機器(キオスク型端末)のみを利用する場合にシステムが提示する案内文と経路の複雑さの関係を明らかにするために、経路の複雑さを表す指標として「経路複雑度」を定義した上で、案内情報の詳細度(=案内文の長さ)の異なる3種類を用いて、埼玉大学構内を移動する実験を行った。案内文の長さは、S(16文字以下)、M(1739文字)、L(40文字以上)の3種類で、文字数が少なく記憶しやすいが案内情報がやや少ないSから案内情報は十分だが文字数が多く記憶しにくいL、その中間をMとした。実験の結果、案内文の長さは、簡単な経路ではM、複雑な経路ではLを用いることで、目的地到達に要する時間が短く、提示された経路から逸脱する割合が減少するという結果が得られた。次に、モバイル機器とインフラ設置機器の協調動作する際に、前述のインフラ設置機器が提示する案内文をモバイル機器によって持ち運ぶ効果について検討を行い、その効果を確認している。本検討の成果について現在発表準備を進めている。また、本研究課題を遂行する上で必要な基本事項として、処理方法の異なる三種の歩行者ナビゲーションシステムの比較に関してまとめたものが電子情報通信学会論文誌に採択された(現在発行待ち)。さらに、本研究に関連する空間的心地よさの質に関する論説を1通、電子情報通信学会技術研究報告およびソサイエティ大会でそれぞれ1件ずつ発表を行った。モバイル機器(可搬端末)とインフラ設置機器(固定端末)が協調動作するMICO(Mobile/Infrastructure Collaborative Operation)指向の歩行者ナビゲーション環境の実現に向けて、本年度は、MICO指向の歩行者ナビゲーションシステム(以降、ナビシステム)の機能の一つである固定端末で示された案内文を可搬端末で持ち運ぶ効果の検証を行った。その結果、案内文を持ち運ぶことが固定端末上の案内文の読み取り時間の削減に効果的であることを確認した。また、システム構築に必要な知見として、固定端末では前年度求めた適切な文字数の案内文を提示し、可搬端末では、案内する目的地までの経路の複雑度(距離、曲がる回数、性別から算出)に応じて、固定端末と同じかまたはより詳しい案内文を持ち運ぶことの有効性を明らかにした。これまで得られた知見に基づき、埼玉大学構内の案内を行うMICO指向のナビシステムを構築した。開発した固定端末でユーザが目的地を入力すると、画面上に案内情報とQRコードが表示され、このQRコードをユーザが所有する可搬端末のリーダで読み取ることで、案内情報が可搬となる。また、QRコードの利用は可搬端末の種類や機種への非依存を意味する。さらに、地図と案内文を利用した固定端末による歩行者ナビゲーションシステムのHMI(Human-Machine Interface)の検討、可搬機器と三種のマーカを用いたナビシステムにおけるマーカ種自動識別手法を含めた統合システムの開発を行った。これらの知見に基づく更なる論文の執筆を進めている。以上、本研究課題では、MICO指向のナビシステムの設計・実装、可搬機器とマーカを用いたナビシステムの統合、固定端末のHMIの評価、可搬端末で案内文を持ち運ぶ効果の検証を通じ、MICO指向のナビシステムの基本設計手法の知見を得た。本研究課題は,携帯電話機などのモバイル機器とインフラ設置機器(キオスク型端末)が協調動作することを前提とした歩行者ナビゲーション環境の実現を目指すものである.具体的には,モバイル機器を用いたシステムの基本性能の向上と処理方法の比較,キオスク型端末を用いたシステムの案内情報と提示方法の評価,キオスク型端末で提示した案内文をモバイル機器で持ち運ぶ効果の検証を行った上で,協調動作を前提としたシステムの構築を行い,モバイル機器とインフラ設置機器の協調動作を前提とした歩行者ナビゲーションシステムの基本設計手法の知見を得,シームレスな歩行者ナビゲーション環境の社会実現に向けた可能性を示した.モバイル機器とインフラ設置機器が協調動作する歩行者ナビゲーション環境の実現に向けて、本年度は、その基礎検討として、HMIの観点でモバイル・インフラ協調型歩行者ナビゲーションシステムの設計、実装、評価を行った。具体的には、まず、協調型システムの基本アーキテクチャを設計していく上で必要なモバイル機器およびインフラ設置機器の特徴の整理を行った。次に、その整理した結果に鑑みて、モバイル機器とインフラ設置機器が協調動作することで歩行者ナビゲーションシステムの特にユーザビリティ向上が見込まれるHMI(目的情報の入力と案内情報の表示)に注目し、HMIの観点で協調型システムの設計を行った。さらに、Android搭載スマートフォン(モバイル機器)とタッチパネル搭載Windows PC(インフラ設置機器)への実装を行い、埼玉大学構内で評価を行った結果、従来手法(モバイル機器単独利用、インフラ設置機器単独利用、固定案内板)と比較して、有効性が高いものの、操作方法に関して改良の余地があることが明らかとなった。

また、人のモビリティとそのためのナビゲーションシステム実現のための基礎的知見を電子情報通信学会および国際交通安全学会で論文、論説、学会発表をそれぞれ行った。「9.研究実績の概要」で述べたように、本研究課題を通じて、インフラ設置機器単独システム、モバイル・インフラ協調型システムにおける経路複雑度とシステムが提示する案内文の長さの関係が明らかになったことで、性能(ここでは、旅行時間と逸脱率)の良い歩行者ナビゲーションシステムの案内文の生成方法が明らかになった。これらの研究成果は、本研究代表者が目指す「モバイル機器とインフラ設置機器が協調動作する歩行者ナビゲーション環境」を実現する上で欠くことのできない重要な知見を得ている。「9.研究実績の概要」で述べたように、本研究課題を通じて、HMIの観点でモバイル・インフラ協調型歩行者ナビゲーションシステムの設計方法および実装方法が明らかとなった。また、構築した実験システムを用いた評価によって、協調型システムの有効性および改善点も明確化することができた。これらの研究成果は、本研究代表者が目指す「モバイル機器とインフラ設置機器が協調動作する歩行者ナビゲーション環境」を実現する上で欠くことのできない研究成果である。モバイル・インフラ協調型歩行者ナビゲーションシステムについて、次年度は、今年度までに得られた知見をもとに協調型システムのアーキテクチャを確立し、それに基づく実験システムの構築および埼玉大学構内における評価実験を行う。また、構築したモバイル・インフラ協調型歩行者ナビゲーションシステムを、埼玉大学構内などの実環境下で運用し、実証実験を実施することにより、システムを導入することで当該空間の歩行者のモビリティに与える影響や効果を検証し、社会普及に向けた知見の獲得を目指す。モバイル・インフラ協調型歩行者ナビゲーションシステムについて、次年度はHMI以外の観点からもアプローチし、協調型システムの基本および詳細アーキテクチャの確立と、それに基づく実験システムの構築および埼玉大学構内における評価実験を行う。また、構築したモバイル・インフラ協調型歩行者ナビゲーションシステムを、埼玉大学構内や中部国際空港などの実環境下で運用し、実証実験を実施することにより、システムを導入することで当該空間の歩行者のモビリティに与える影響や効果を検証し、社会普及に向けた知見の獲得を目指す。該当なし次年度の研究費は主に実証実験遂行に使用する予定である。具体的には、準備段階では、モバイル機器を用いた歩行者ナビゲーションシステムで利用するマーカ(視覚障害者誘導用ブロック、タイルカーペット、インターロッキングブロック)の購入および敷設費用、インフラ設置機器の制作費用、実証実験遂行に向けた研究打ち合わせのための旅費を予定している。また、実証実験実施期間中は、実験協力者および被験者への謝金、実験時に不足するモバイル機器(スマートフォン)のレンタル費用、アンケート用紙等の印刷費用としての使用を予定している。
磁気嵐時の内部磁気圏―電離圏結合系における対流電場の発達過程

オーロラサブストーム開始に至る時系列、および関連して発生する地磁気変動(magnetic bay,Pi 2)は40年以上にわたって論争が続いてきた、磁気圏-電離圏結合系における大きな未解明問題であった。本研究では米国カリフォルニア大学ロサンゼルス校(UCLA)のLyons教授を訪問し、NASAのTHEMIS衛星、地上全天カメラ網のデータを用い、オーロラ帯極側境界増光がsubstormの前兆現象となることを事例解析と統計解析から明らかにした。また、SuperDARNレーダーによる電離圏プラズマ流の同時観測との比較の結果、オーロラ帯極側境界増光に先行して極冠域の赤道側向きプラズマ流が増大することが確かめられた。さらに、Resolute Bayに設置されている大気光観測データとの同時観測を調べてみると、昼側電離圏から経度方向に局在した高密度プラズマが視野内に流れてきて、磁極付近を通過して極側オーロラ帯境界に到達した。そしてその直後にオーロラ帯極側境界増光が発生した。これらの結果は、開いた磁力線上を局在した速いプラズマ流がopen-closed境界に向けて伝搬し、それがオーロラ帯極側境界増光およびそれに引き続く南北オーロラ(オーロラ帯の赤道向きプラズマ流)に接続することを示している。さらにオーロラと地磁気変動との比較をしたところ、オーロラオンセットの開始とオーロラ帯のbay変化はほぼ同時であるが、その変動はその後のものと比べて数分の一程度と小さい。その数分後にさらなるオーロラの増光が起き、高緯度側に拡大していく。その過程には1-2分周期でオーロラの増光が繰り返し起きていた。このタイミングはオーロラ帯のbayの増強、中低緯度でのbayとPi 2の開始と対応していた。これまではこれらの時系列には数分程度の任意性があったが、本研究における高解像度のオーロラ観測により、その順序が明らかになった。平成21年6月より米国カリフォルニア大学ロサンゼルス校(UCLA)のLyons教授を訪問し、NASAのTHEMIS衛星、地上観測網のデータを用いオーロラ爆発現象(substorm)の研究を行った。この現象のトリガー機構は40年以上の未解明問題であったが、本研究の結果、オーロラ帯極側境界増光がsubstormの前兆現象となることを事例解析と統計解析から明らかにした。この結果についてアメリカ地球物理学連合大会(AGU)で4件のシリーズ発表を行い、さらにJournal of Geophysical Research誌に投稿し既に受理・印刷中となっている。AGUでの発表では私は第1発表の筆頭著者であると共に、後続の3件発表で全て第二著者となっており、この研究プロジェクトで主導的立場を担っている。さらにこの発表はNASAのPress Releaseに選ばれ、現在NASAのwebsiteに研究内容が掲載されている。さらに所属している名古屋大学での研究では、太陽風動圧および磁場変動に伴う磁気圏電場変動の研究を行った。まずCRRES衛星のデータを用い、IMF southward/northwardturningに伴う内部磁気圏対流電場の応答時間を調べた。その結果、電子プラズマシート地球側では電場はIMFの変動に伴いすぐに応答する一方,プラズマシートでは電場の応答は遅いという領域依存性が見出された。さらにAkebono衛星との同時観測では、5RE以上離れた点で電場が同時に増大する様子が見られ、この瞬時電場増大は広い領域に及んでいることが分かった。さらにCluster衛星でPoynting fluxを計測したところ,磁気急始に伴い電離圏から磁気圏へと磁力線に沿って伝搬するPoynting fluxが計測された。この結果は,地上-電離圏導波管を高速に電磁エネルギーが磁気圏にまで輸送されていることを表している。以上の結果をJournal of Geophysical Research誌に投稿し、一件が既に受理・出版されており、もう一件が査読中となっている。オーロラサブストーム開始に至る時系列は40年以上にわたって論争が続いてきた、磁気圏-電離圏結合系における大きな未解明問題であった。この結果は、開いた磁力線上を局在した速いプラズマ流がopen-closed境界に向けて伝搬し、それがオーロラ帯極側境界増光およびそれに引き続く南北オーロラ(オーロラ帯の赤道向きプラズマ流)に接続することを示している。ここで問題となったのは、このような南北オーロラはsubstorm直前で無くとも様々な地磁気状態で見られる事が知られていることである。そのため、substormの開始する時としない時でどのようにプラズマシートの状態が異なるかを調べた。その結果、南北オーロラの大きさや明るさには有意な差は見られないのに対し、substormトリガー領域のアークの明るさが異なる事が見出された。つまりアークが明るい時に南北アークが到達するとsubstormが起こり、アークが暗いまたは存在しない時はsubstormが起きない。このことは、南北アークの存在以外に近地球プラズマシートの圧力の高さがsubstormトリガーの条件になっていることを示唆している。

本研究では米国カリフォルニア大学ロサンゼルス校(UCLA)のLyons教授を訪問し、NASAのTHEMIS衛星、地上全天カメラ網のデータを用い、オーロラ帯極側境界増光がsubstormの前兆現象となることを事例解析と統計解析から明らかにした。また、SuperDARNレーダーによる電離圏プラズマ流の同時観測との比較の結果、オーロラ帯極側境界増光に先行して極冠域の赤道側向きプラズマ流が増大することが確かめられた。さらに、Resolute Bayに設置されている大気光観測データとの同時観測を調べてみると、昼側電離圏から経度方向に局在した高密度プラズマが視野内に流れてきて、磁極付近を通過して極側オーロラ帯境界に到達した。そしてその直後にオーロラ帯極側境界増光が発生した。これらの結果は、開いた磁力線上を局在した速いプラズマ流がopen-closed境界に向けて伝搬し、それがオーロラ帯極側境界増光およびそれに引き続く南北オーロラ(オーロラ帯の赤道向きプラズマ流)に接続することを示している。さらにオーロラと地磁気変動との比較をしたところ、オーロラオンセットの開始とオーロラ帯のbay変化はほぼ同時であるが、その変動はその後のものと比べて数分の一程度と小さい。その数分後にさらなるオーロラの増光が起き、高緯度側に拡大していく。その過程には1-2分周期でオーロラの増光が繰り返し起きていた。このタイミングはオーロラ帯のbayの増強、中低緯度でのbayとPi 2の開始と対応していた。これまではこれらの時系列には数分程度の任意性があったが、本研究における高解像度のオーロラ観測により、その順序が明らかになった。
害虫防御物質の選択性に物する研究

選択性の高い新しいタイプの害虫防除剤を見いだす目的で、昆虫の生育生理にとって重要な産卵と神経の興奮機構に作用するある種の化合物の効果についての研究を行ない,次のような結果を得た。1.1ーデオキシノジリマイシンおよび誘導体の、ワモンゴキブリ由来のトレハラ-ゼの阻害活性を測定し化合物間で顕著な差のあることを見いだした。2.未交尾ワモンゴキブリ雌雄1匹ずつをペアにして1ーデオキシノジリマイシンおよび誘導体を混合した餌を与えて飼育し、産まれた卵鞘数とふ化率に対する影響を調べた。その結果、1ーデオキシノジリマイシンを含むいくつかの化合物は卵鞘の産下数を抑制したが,このような条件で産卵された卵鞘のふ化率には顕著な影響を及ぼさなかった。3.シラフルオフェンを代表とする含ケイ素系殺虫剤と、相当する構造を持つケイ素原子を含まない化合物、およびそれらのエ-テル系化合物の、ワモンゴキブリの中枢神経索における興奮誘起活性と遮断活性を測定した。その結果、これらの化合物の系列間でこれらの活性において顕著な差が認められなかった。4.これらの化合物の、ザリガニ中枢神経索に含まれる巨大神経軸索膜におけるナトリウムイオン電流に対する影響を、膜電位固定法によって測定した。その結果、薬剤によって処理しない標本においては、膜に与えた脱分極性パルスの終了後には、ナトリウムイオンの流れによって生じる内向き電流は急速に減衰したのに対して、供試化合物で処理した場合には、これらの系列の化合物はいずれもこのような電流を流し続ける作用を示した。しかしながらこれらの系列の化合物間では、このような効果における差はあまり顕著でないことがわかった。高選択性の新しいタイプの害虫防除剤を創製する目的から、本研究は次の2点について検討し、それぞれ以下のような結果を得た.1.昆虫と哺乳動物との間における、エネルギ-代謝に関する相違点をふまえた、選択的防除剤の探索法についての検討.(1)1ーデオキシノジリマイシンおよび誘導体の、ワモンゴキブリ由来のトレハラ-ゼの阻害活性を測定し化合物間で顕著な差のあることを見いだした.(2)未交尾ワモンゴキブリ昆虫に、上記化合物を混合した餌を与えたときの、産卵鞘数とふ化率に対する影響を調べた.その結果、1ーデオキシノジリマイシンを含むいくつかの化合物は、産卵鞘の数を抑制したが、ふ化率には顕著な影響を及ぼさなかった.産卵鞘に対する抑制効果を化合物間で比較すると、それはトレハラ-ゼ阻害におけるものとよく似たものであった.2.害虫と魚類との間の選択性のある化合物についての作用機構の解明.(1)エステル結合をもつピレスロイド系殺虫剤を合成供試し、それと構造類似でありながらエステル結合をもたないエトフェンプロックス、およびその含ケイ素類縁体も供試した.(2)一般に魚毒性が高いといわれている、エステル型ピレスロイドの摘出神経に対する作用を測定し、魚毒性が低いといわれている、非エステル型化合物の作用と比較した.(3)非エステル型化合物のワモンゴキブリや、ザリガニより摘出した神経標本に対する異常興奮の誘導はある種のエステル型ピレスロイドのものと同類の効果であったが、効果の発現する速度は、極めてゆっくりしたものであった.選択性の高い新しいタイプの害虫防除剤を見いだす目的で、昆虫の産卵と神経系に対するある種の化合物の効果についての研究を行ない、次のような結果を得た。1.未交尾ワモンゴキブリ雌雄1匹ずつをペアにして1ーデオキシノジリマイシンおよび誘導体を昆合した餌を与えて飼育し、産下された卵鞘数とふ化率に対する影響を調べた。

その結果、1ーデオキシノジリマイシンを含むいくつかの化合物は卵鞘の産下数を抑制したが、このような条件で産卵された卵鞘のふ化率には顕著な影響を及ぼさなかった。2.シラフルオフェンを代表とする含ケイ素系殺虫剤と、相当する構造を持つケイ素原子を含まない化合物の、ワモンゴキブリの中枢神経索における興奮誘導活性と遮断活性を測定した。その結果、両化合物の間でこれらの効果において顕著な差を認められなかった。3.上記2.で使用した化合物の、ザリガニ中枢神経索に含まれる巨大神経軸索膜におけるナトリウムイオン電流に対する影響を、蔗糖隔絶法に基づく膜電位固定法によって測定した。その結果、薬剤によって処理しない標本においては、膜に与えた脱分極性パルスの終了後にはナトリウムイオンによる内向き電流は急速に減衰したのに対して、供給化合物で処理した場合には、両系列の化合物ともこのような内向き電流を流し続ける作用のあることを示した。従って両系列の化合物の間ではこのような効果においては顕著な差が認められなかった。
実験・測定・グラフを活用した「考える授業」の開発

本校では授業中に実験を行い、結果のグラフを提示しながら生徒に現象を考えさせる授業の開発に取り組んでいる。本研究では、可視領域のスペクトル強度分布のグラフを表示させることができる分光器を用いて、光の分野での新しい教材の開発と授業実践を行った。光源のスペクトルを提示するだけでも発光現象を考えさせる教材になるが、光の吸収と組み合わせることでより深く学習させることのできる教材になることがアンケート結果などから分かった。以下は教材の概要であり、物理Iでは光源の観察と1の実験を行い、物理IIでは1から3の実験と水素原子スペクトルの理論的な説明を行った。金属光沢や光源温度とスペクトルの関係の教材化も試みたが、効果的なものができず、今後の課題となった。1〈ナトリウムによる光の吸収〉;ナトリウムランプの光と食塩の炎色反応の光が同じ波長であることを示しておく。ナトリウムランプと電球型蛍光灯の光を同時に測定すると、545nm, 589nm, 611nmに鋭いピークが観察される。食塩とアルコールを混ぜて燃焼させた炎をセンサーの前に置くと589nmの光の強度のみが減少し、炎を遠ざけると元に戻る。この現象はアルコールだけの炎では起こらない。2〈LEDによる光の吸収〉;赤色LEDに赤色LEDの光を当てると1.5V程度の電圧が生じるが、青色LEDの光を当てても電圧は生じない。青や黄色の強度が少し強い連続スペクトルを持つ白色LEDに、青色LEDの光を当てると1.0V程度の電圧が生じるが、橙色LEDの光を当てても電圧は生じない。擬似白色発光ダイオードの発光について考えさせることができる。3〈水素原子のスペクトル〉;水素のスペクトル管からの光を測定すると、485nmと655nmの光であることが分かり、理論式からの計算値と一致する。
東京都区部における蓋掛河川再生のための湧水に関する調査研究

水は限られた資源であると共に、生活に欠かせない資源である。しかし都市部では、不透水面が増加したことにより降水時の表面流出量が増加し河川への負荷が大きくなり、また常時の河川流量が少なくなってしまっている。また、都市化の進展につれ水需要が増加し、かつ水の供給源である河川での流量が減少傾向にあるため、渇水時の対応が懸念されている。こうした背景より、降水やトンネル湧水、既存の水循環施設などを有効に活用するための社会基盤が必要とされている。そこで、その整備方針を明らかにするために地域の水収支を把握することが要求されている。本研究では、千代田区周辺地域を対象に人工系・自然系の水収支について調査を行い、分水嶺により分割した5つのエリアごとに水収支をまとめることでエリア間の水収支の特性の違いを明らかにした。特にこの中で試みた都心部における湧水調査は先進的な調査と位置付けられる。また、実際の施策への反映も視野に入れ、地域によっては最大限に水を活用することでトイレ洗浄水全てを賄うことができるポテンシャルを持っていることが分かり、事業実施に向けての詳細検討が望まれる。今後は、メッシュなどによる詳細分析、水質の面からの雑用水利用用途の選択や、その利用効果を明らかにすることで、具体的事業提案につなげることが可能である。また、環境と防災両面に資する都市環境インフラの構築に向けての包括的な概念検討を継続して進めており、関連の実測調査や現地調査、文献調査を組み合わせ、今後の研究展開に資する基盤的な要素について幅広く検討を行い成果を得た。研究は、1.人工系都市基盤・都市インフラに関連する研究、2.都市内自然資本に関連する研究、3.各都市の基礎調査、4.安全・安心確保のための関連事例等の基礎調査に分類される。関連する社会的な要求を背景に、意義ある研究を行うことができた。研究助成に御礼申し上げる次第である。今年度の研究においては、千代田区周辺地域における水収支に関する調査研究として、現在は具体的な水に関する社会基盤の整備の方針が決まっていない千代田区を対象に、自然系、人工系の水収支の調査及び算定を行った。千代田区周辺地域を対象に人工系・自然系の水収支について調査を行い、分水嶺により分割した5つのエリアごとに水収支をまとめることでエリア間の水収支の特性の違いを明らかにした。結果の概要は以下の通りである。・Aエリアでは、表面流出水が830mmと有用な資源であることが分かった。・Bエリアでは、雑用水消費量が3,079mmと高く、かつ表面流出量は830mmでありその活用の有効性が分かった。・Cエリアでは、既存の施設である循環利用水と下水再生水を有効に活用することでトイレ洗浄水の40%を賄うことができることがわかった。・Dエリアでは、雑用水消費量が3,658mmと高く、表面流出量が1,011mm、トンネル湧水量も252mm多くその活用の有効性が高いことが分かった。・Eエリアは表面流出水以外の水資源で最も水量が多く、かっ雑用水消費量も7,406mmと最も多いため、水資源活用の有効性が高いことが分かった。また、環境と防災両面に資する「都市環境インフラ」の構築に向けての包括的な概念検討を継続して進めており、関連の実測調査や現地調査、文献調査を組み合わせ、今後の研究展開に資する基盤的な要素について幅広く検討を行い成果を得た。

研究は、1.人工系都市基盤・都市インフラに関連する研究、2.都市内自然資本に関連する研究、3.各都市の基礎調査、4,安全・安心確保のための関連事例等の基礎調査に分類される。関連する社会的な要求を背景に、意義ある研究を行うことができた。研究助成に御礼申し上げる次第である。水は限られた資源であると共に、生活に欠かせない資源である。しかし都市部では、不透水面が増加したことにより降水時の表面流出量が増加し河川への負荷が大きくなり、また常時の河川流量が少なくなってしまっている。また、都市化の進展につれ水需要が増加し、かつ水の供給源である河川での流量が減少傾向にあるため、渇水時の対応が懸念されている。こうした背景より、降水やトンネル湧水、既存の水循環施設などを有効に活用するための社会基盤が必要とされている。そこで、その整備方針を明らかにするために地域の水収支を把握することが要求されている。本研究では、千代田区周辺地域を対象に人工系・自然系の水収支について調査を行い、分水嶺により分割した5つのエリアごとに水収支をまとめることでエリア間の水収支の特性の違いを明らかにした。特にこの中で試みた都心部における湧水調査は先進的な調査と位置付けられる。また、実隙の施策への反映も視野に入れ、地域によっては最大限に水を活用することでトイレ洗浄水全てを賄うことができるポテンシャルを持っていることが分かり、事業実施に向けての詳細検討が望まれる。今後は、メッシュなどによる詳細分析、水質の面からの雑用水利用用途の選択や、その利用効果を明らかにすることで、具体的事業提案につなげることが可能である。また、環境と防災両面に資する都市環境インフラの構築に向けての包括的な概念検討を継続して進めており、関連の実測調査や現地調査、文献調査を組み合わせ、今後の研究展開に資する基盤的な要素について幅広く検討を行い成果を得た。研究は、1.人工系都市基盤・都市インフラに関連する研究、2.都市内自然資本に関連する研究、3.各都市の基礎調査、4.安全・安心確保のための関連事例等の基礎調査に分類される。
南極点に於けるオーロラと大気光ダイナミックスの研究

1996年に南極点基地に設置された超高感度全天イメージャ(ASI)に、昨年に引続き、1998年南半球冬期にらいても稼働する事が出来た。人工衛星を経由してのインターネットを使用し、基本的なオペレーション・コマンドの送出と、1日数枚のクイック・ルック画像の取得を行って、正常な機器の運用を行うことが出来た。但し、全データは光磁気ディスクに蓄積されているのでそのデータ回収、さらに1年毎の機器メンテナンス(感度較正、テープ装置の設置、焦点調整等)の為、1998年11月に田口をアムンセン・スコット南極点基地に派遣した。南極域での輸送等については、国立極地研究所と米国科学アカデミィー(NSF)との協定で米国南極観測事業の一環として実施された。田口は12月初旬所期の作業及び現地支援要員の訓練も終え無事帰国した。昨年得られたデータから、昼間側カスプ/クレフト帯のオーロラの動きと高エネルギー粒子の動きの新しい観測事実が明らかになってきた。その解析結果は、江尻により第25回欧州光大気科学国際会議で発表し(1998年9月)、さらに海外の共同研究者マイク・テーラー博士と得られた結果についての検討会を持つことが出来た。同会議で麻生は、南極点との共役にあたる北極域でのオーロラ観測結果とそのオーロラの立体構造の再構成法と成因について発表した。磁気圏全体のダイナミックスの視点で南極点での観測結果を見る必要がある。その全体計画等は、江尻により1998年7月名古屋で開催されたCOSPARでも発表された。さらに共同研究者による研究成果発表は米国地球物理連合年次大会をはじめ多数あり、近々成果報告書として出版する予定である。一昨年の全データはホームページhttp://www.nipr.ac.jp/asi-dp/にて全世界の研究者に公開されている。96年11月に南極点基地に設置されたASIは97年4月から実運用を開始した。極地研究所から衛星回線を通じてASI制御用コンピュータに接続し、運用モード設定、CCDカメラ制御、データ取得、国内へのデータ転送を行う。1日に国内に転送可能なデータ量は約4MBである。運用開始から観側装置の調整及びソフトウェアの改修を続け、6月中旬から8月末まで本観測を行った。国内に転送されたサンプル画像からASIが順調に稼働していることが確認された。8月に岡野がスウェーデン・キルナのIRFにおいてオーロラ画像の高速解析に関する研究について打ち合わせ、ノルウェーのオスロ大学においてはカスプ・オーロラの南北半球比較観測の計画・検討及び観測モード制御コマンドプログラムを開発した。910月に堤がオーストラリアのラ・トローブ大学及びアデレイド大学にて、ASI観測で得られた初期結果をレーダー等による中層大気観測結果と比較検討するとともに、大気重力波の時空間伝播特性の新たな解析手法を開発した。11月には田口が南極点基地へ赴き、97年観測シ-ズンのデータテープ回収、空テープの補給、絶対感度校正、新しいテープドライブの接続、故障したテープドライブの回収、現地支援要員の訓練を行った。98年1月には修理したテープドライブとOH観測用フィルターを南極点に輸送し、現地支援要員の手によりASIにインストールされた。一方、持ち帰ったテープに記録された約100GBの画像データは、静止画像及び動画像として公開されている。97年観測シ-ズンに得られた全画像を一通り見渡し、極点におけるオーロラの日変化や昼側カスプ領域に現れるオーロラについて調べた。またオーロラが現れていない時間帯に観測された大気光イメージに大気波動によると思われる変動現象が見つかっている。現在、特に興味深い昼側カスプ・オーロラ現象例について詳細な解析を進めている。一昨年の全データはホームページhttp://www.nipr.ac.jp/asi-
非線形インピーダンスモデルによるフォースフィードバックコミュニケーションの実現

本研究課題では,人と機械システムの協調制御を検討するにあたり,人と機械システムの相互作用力に着目し,その相互作用力に基づいた制御手法を提案している.また,二輪駆動型の電動車椅子およびスレーブに不安定機構を有する移動マニピュレータを導入したマスタ・スレーブシステムにおいて,提案手法を適用することでシステムの安定性と協調制御における操作性を同時に向上できることを実機実験により確認している.本研究課題では,人と機械システムの協調制御を検討するにあたり,人と機械システムの相互作用力に着目し,その相互作用力に基づいた制御手法を提案している.また,二輪駆動型の電動車椅子およびスレーブに不安定機構を有する移動マニピュレータを導入したマスタ・スレーブシステムにおいて,提案手法を適用することでシステムの安定性と協調制御における操作性を同時に向上できることを実機実験により確認している.本研究課題では,電気自動車,電動車椅子等の機械システムにおいて,操作性および操作安全性の向上のための操作者への適切な動作支援制御の確立を最終的な目的としている.特に,フォースフィードバックコミュニケーションと呼ぶ能動的な力作用に対する動作支援において,人のモデルを含む機械システムのモデル構築を目指している.また,そのシステムモデルに対応した非線形インピーダンス制御(制御パラメータ調整アルゴリズム)の活用を試みている.平成22年度では,電気自動車の運転支援制御および制御の基礎となる外乱オブザーバの性能特性の評価を行った.電気自動車の支援制御では,フォースフィードバックの行えるステアリングハンドル(ステア・バイ・ワイアシステム),アクセルペダルおよびブレーキペダル(ハプティックペダル)システムに対し,危険性の認知,人の操作性の向上,負荷感覚の低減(パワーアシスト)の適切な融合制御を行うための基盤技術を開発した.具体的には,ステアリングハンドル,アクセルペダル,ブレーキペダルのハードウェアを有する自動車の運転シミュレータの構築,さらにフォースフィードバックコミュニケーションに適するインターフェイスデバイスの開発を行っている.本年度は,ステアリング操作とペダル操作の融合手法に着目し,環境変動や車両特性変動(トレーラを設置したトラクタへの応用)ための運転支援制御システムの開発を行った.特に,環境変動に対応するためのポテンシャルフィールドの設定,トラクター・トレーラの安全運転支援制御に焦点をあて,安全運転支援のための制御系構成法についての検討を深く行った.また,外乱オブザーバの性能評価を異なる制御対象を取り上げて明確化した.本年度では,まず昨年度において構築したモデル予測制御による電気自動車の運転支援システムに基づいて,運転操作性向上のための非線形インピーダンスモデルの設定アルゴリズムの構築を目指し,危険性認知の制御および負荷低減制御(パワーアシスト制御)との融合を試みた.特に,人の操作性向上を促すステアリングハンドル,アクセルペダル,ブレーキペダルの非線形インピーダンスモデルを用いた協調制御器の設計手法を確立し,危険性認知の制御と操作性向上制御の融合制御を実現した.構築した融合制御については,車間距離制御を踏まえた自動車のカットイン,カットアウト等の具体的な走行状態へ適用し,ドライビングシミュレータを用いた検証実験によりその有効性を確認した.人の操作意志推定に基づいた負荷低減制御(パワーアシスト制御)と危険性認知制御の融合制御の検証にあたって,本年度当初において,電動車椅子を用いた検証を考えていたが,まずはステアリングハンドルの基本的な制御構成を決めているステア・バイ・ワイアシステムの特性解析を行うことを優先した.特に,人の意思決定遅れ(操作遅れ)に対するステア・バイ・ワイアシステムの安定性をマニピュレータによるマスタ・スレーブシステムを用いて検証した.その結果,仮想インピーダンスモデル(非線形インピーダンスモデル)に基づいたカセンサレスによる力帰還型のマスタ・スレーブ構成が最適であることをシミュレーションおよび実験により明確化した.上記に加え,本年度は多自由度双腕移動マニピュレータを用いた車椅子の押し動作において非線形インピーダンス制御の有用性について検証を行った.特に,床環境から受ける反力情報に基づいて押し動作における並進方向および旋回方向のインピーダンス特性を変更することによって,押し対象物の軌道追従性および安定性(低振動性)を向上できることを確認している.このアルゴリズムは電気自動車の運転操作支援制御へも拡張可能と考えられ,適用時には乗り心地改善等も期待できる.平成24年度では,まず平成23年度において構築したステア・バイ・ワイアシステムの特性解析に基づき,人の操作性の向上とともに操作の安全性を向上させるための非線形インピーダンス制御アルゴリズムを構築した.また,操作者の多様な操作環境状態,または作業を想定し,ステア・バイ・ワイアシステムの実質的な操作評価も行った.ここで,非線形インピーダンスに基づいた制御アルゴリズムの有用性を実機実験により確認するため, 2軸駆動型電動車椅子およびマスタ・スレーブマニピュレータを仮定した人-機械システムの協調動作を試みている.当初の計画では,電気自動車の追従制御を仮定した操作評価を予定していたが,操作評価をより明確に行うため,スレーブに2軸駆動型移動マニピュレータを用いたマスタ・スレーブシステムにより評価を行っている.2軸駆動型電動車椅子では,非線形インピーダンスを用いた力フィードバックを行うことによって,段差乗り越えの動作がより安定に行えることを確認した.特に,零速度での段差乗り越えに関しては,従来手法では不可能であった段差乗り越えが提案手法により実現できている.一方,スレーブに2軸駆動型移動マニピュレータを採用したマスタ・スレーブシステムでは,非線形インピーダンス制御を用いた操作性向上制御についての検証を行った.