hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
プロトン導電材料としての新しいポリ酸の合成と多孔質無機酸化物との複合化

窒化モリブデンと過酸化水素との反応により得られる過酸化ポリ酸のXRDパターンはこの物質が非晶質であることを示していた。過マンガン酸カリウム滴定により求めた試料のペロキソ酸素の量は、Mo原子あたりほぼ1であった。また、生成時のpH変化量より求めた試料中のプロトン量はMo1当たり0.15となった。次に合成した化合物に含まれる窒素の^<14>N NMRは-830から3250ppmの範囲で、20.8および377.5ppmに2本のシグナルが観測された(液体アンモニア基準)。20.8および377.5ppmのシグナルは、それぞれNH_4^+、NO_3^-に帰属される。NH_4^+、NO_3^-のシグナルの面積強度比は1.3:1であった。試料のXPSスペクトル中には、約402eVにNH4_+に帰属されるシグナルがショルダーとして観測された。なお、NO_3^-のシグナルは、Mo3p1/2のサテライトピーク(約406eV)と重なっていた。従って、XPSの結果も化合物中の窒素がNH_4^+、NO_3^-の形で存在するという前述の結果を支持している。また、IRやラマンスペクトルもこの考えを支持していた。以上より、試料に含まれる窒素はNH_4^-とNO_3^-として存在していることが明らかとなった。次に試料の分子量を検討するためにpositive ionTOF massを測定した。m/e=1486に強いシャープなピークが観測された。元素分析の結果も考慮すると、TOF massの結果は得られた試料分子にはMoが8原子含まれていることを示している。これは、合成条件下のpH2.0では、Moが8原子縮合したペロキソポリ酸が生成しやすい報告とも一致している。従って、窒化モリブデンと過酸化水素との反応により得られた試料の分子式はH_<7.7>(NH_4)_<1.7>Mo_8O_<19>(O_2)_<9.0>(NO_3)_<1.4>・12H_2Oであると推定される。試料の熱安定性をTG熱分解質量分析及びIRにより測定した。試料中に含まれる水は約150°Cまでに脱離すること、NH_4^+やNO_3^-はより高い温度まで存在し、240°Cで完全に脱離すること、さらに温度を上げると320°CでMoO_3が生成しはじめること、が明らかとなった。
糖鎖遺伝子の細胞導入による癌転移能のmodulationの試み

細胞表面の糖鎖の構造は、細胞間認識あるいは細胞接着などに重要な役目をはたしている。癌細胞においては、この表面の糖鎖構造、特に枝分かれ構造が多くなった糖タンパク質糖鎖の出現と転移能との間に深い関連があることが明らかになってきた。我々は、酵素の精製、クローニングに成功したN-アセチルグルコサミン転移酵素III(GnT-III)の遺伝子を、マウスメラノーマ細胞株B16F1に導入してGnT-IIIをpermanentに発現するmutant細胞株を樹立し、これらの人工的に細胞表面糖鎖構造を変化させた細胞をマウスに静注し、各細胞株の転移能を検討した。GnT-III遺伝子による糖タンパク質糖鎖の変化をレクチンブロット解析したところ、GnT-III遺伝子導入細胞では、GnT-IIIの反応生成物であるbisecting GlcNAc構造を認識するE-PHAレクチンの反応性増加が認められていたことから、GnT-III導入は明らかに細胞糖鎖を変化させることが判明した。さらにGnT-IIIの遺伝子が導入されて活性の高い細胞は、GnT-IIIの活性が発現していない細胞に比較して、有意にその転移能が低下していた。このGnT-III発現細胞と非発現細胞の間で、明らかな細胞増殖能の変化などは認められなかったことから、この癌転移実験系ではGnT-IIIが細胞表面の糖鎖構造を変化させ癌転移能を抑制したものと考えられる。
抗酸化・抗ストレスビタミンによる生活習慣病予防型食習慣の確立

わが国は現在、世界史上、類を見ない超高齢社会に移行しつつあり、人々の最大の関心事は「健康」、特に生活習慣病の予防・治療等に関連する諸問題にある。一方、糖尿病等の生活習慣病に対する抗酸化・抗ストレスビタミンの予防効果については、従来の研究からある程度は分かっているがその詳細は残念ながら不明である。本研究の目的は、生活者としての立場から、健全な食生活の構築に向けて「生活習慣病予防型食習慣の確立」に必要な基礎資料の集積を図り、主要な抗酸化・抗ストレスビタミンであるビタミンCの生活習慣病(糖尿病)予防効果の基本メカニズムを明らかにすると共に、その研究成果に基づき「抗酸化・抗ストレスビタミンによる生活習慣病予防型食習慣の確立」のための提言を行うことにある。平成12年度は前年度までに得られた研究成果に基づき、糖尿病合併症の進行阻止に対するビタミンCの投与効果に関する基礎データの集積を更に図ることにした。すなわち、実験用小動物(主としてラット)に糖尿病誘導薬剤を投与して実験的糖尿病動物をつくり、一定の条件下で飼育し、その間外部から各種化学的ストレス(受動喫煙、ラップ類の加熱処理で生じる化学ストレス物質、パラコートなど)を負荷し、それらに対する動物の生理・生化学的応答につき、動物体内主要臓器中のビタミンC濃度の変化、肝薬物代謝系酵素活性の変動、m-RNA発現量の変化等々を中心に、種々の角度から多面的な解析を試みた。さらに、ビタミンCの栄養機能に関して世界各国で近年実施された多数の各種調査・研究成果の収集を実施した。上記研究成果ならびに調査結果を総合し、研究成果報告書に記載の提言を行い、我が国のビタミンC所要量策定に役立てた。現在わが国は世界史上、類を見ない超高齢化社会に移行しつつあり、人々の最大の関心事は「健康」、特に生活習慣病の予防・治療等に関連する諸問題にある。一方、ビタミンCに代表される抗ストレス・抗酸化ビタミンの糖尿病等の生活習慣病に対する予防効果については、未だにその詳細が十分には明らかにされていない。本研究では、生活者の立場から健全な食生活の構築に向けて、「生活習慣病予防型食習慣の確立」に必要な基礎資料の集積を図り、主要な抗酸化・抗ストレスビタミンであるビタミンCの生活習慣病(糖尿病)予防効果の基本メカニズムを明らかにすると共に、その研究成果に基づき「抗酸化・抗ストレスビタミンによる生活習慣病予防型食習慣の確立」に関する提言を行う。まず、糖尿病合併症の進行阻止に対するビタミンCの効果について調べた。すなわち、人間と同様にビタミンCを生合成できない実験用小動物(主としてODS/Shiラット)に糖尿病誘導用薬剤を投与して人工的に糖尿病動物をつくり、一定の条件下で、一定量のビタミンC投与下に飼育し、その間における血糖値の変動、糖化ヘモグロビン量の消長、白内障の進行度等を調べると共に、飼育実験終了後、動物体内の主要臓器中のビタミンC濃度、肝薬物代謝系酵素活性の変動等々を測定し、外部環境から化学ストレスを負荷しない場合の糖尿病動物における合併症の進行度の評価を試みた。さらに、種々のビタミンC投与レベルで、健常動物および糖尿病動物を飼育し、それぞれ所定の条件下でタバコの煙に曝す処理を行うことにより一定の化学ストレスを加え、この間における血糖値の変動、糖化ヘモグロビン量の消長、白内障の進行度等を調べた。また、飼育実験終了後、動物体内の主要臓器中のビタミンC濃度、肝薬物代謝系酵素活性の変動等を測定し、外部環境から化学ストレスを負荷した場合の糖尿病動物における合併症の進行状況を明らかにした。現在わが国は世界史上、類を見ない超高齢化社会に移行しつつあり、国民の最大の関心事は「健康」、特に生活習慣病の予防・治療等に関連する諸問題にある。

本研究では、生活者の立場から健全な食生活の構築に向けて、「生活習慣病予防型食習慣の確立」に必要な基礎資料の集積を図り、主要な抗酸化・抗ストレスビタミンであるビタミンCの生活習慣病(糖尿病)予防効果の基本メカニズムを明らかにすると共に、その研究成果に基づき「抗酸化・抗ストレスビタミンによる生活習慣病予防型食習慣の確立」に関する提言を行う。まず、糖尿病合併症の進行阻止に対するビタミンCの効果に関する基礎的データの集積をはかった。実験用小動物(主としてラット)に糖尿病誘導用薬剤(ストレプトゾトシン)を投与して人工的に糖尿病動物をつくり、一定の条件下で飼育し、外部環境からの化学的ストレスを負荷した。飼育期間における血糖値の変動、糖化ヘモグロビン量の消長、白内障の進行度等を調べると共に、飼育実験終了後、動物体内の主要臓器中のビタミンC濃度、肝薬物代謝系酸素活性の変動等々を測定し、外部環境から各種化学ストレス(受動喫煙、ラップ類の加熱処理で生じる化学ストレス物質など)を負荷した場合及びしない場合の糖尿病動物における合併症の進行度の評価を非糖尿病動物との対比のもとに試みた。わが国は現在、世界史上、類を見ない超高齢社会に移行しつつあり、人々の最大の関心事は「健康」、特に生活習慣病の予防・治療等に関連する諸問題にある。一方、糖尿病等の生活習慣病に対する抗酸化・抗ストレスビタミンの予防効果については、従来の研究からある程度は分かっているがその詳細は残念ながら不明である。本研究の目的は、生活者としての立場から、健全な食生活の構築に向けて「生活習慣病予防型食習慣の確立」に必要な基礎資料の集積を図り、主要な抗酸化・抗ストレスビタミンであるビタミンCの生活習慣病(糖尿病)予防効果の基本メカニズムを明らかにすると共に、その研究成果に基づき「抗酸化・抗ストレスビタミンによる生活習慣病予防型食習慣の確立」のための提言を行うことにある。平成12年度は前年度までに得られた研究成果に基づき、糖尿病合併症の進行阻止に対するビタミンCの投与効果に関する基礎データの集積を更に図ることにした。すなわち、実験用小動物(主としてラット)に糖尿病誘導薬剤を投与して実験的糖尿病動物をつくり、一定の条件下で飼育し、その間外部から各種化学的ストレス(受動喫煙、ラップ類の加熱処理で生じる化学ストレス物質、パラコートなど)を負荷し、それらに対する動物の生理・生化学的応答につき、動物体内主要臓器中のビタミンC濃度の変化、肝薬物代謝系酵素活性の変動、m-RNA発現量の変化等々を中心に、種々の角度から多面的な解析を試みた。さらに、ビタミンCの栄養機能に関して世界各国で近年実施された多数の各種調査・研究成果の収集を実施した。上記研究成果ならびに調査結果を総合し、研究成果報告書に記載の提言を行い、我が国のビタミンC所要量策定に役立てた。
太陽系天体における水・物質循環のモデリング

本研究では、太陽系天体における水・物質循環に関する実証可能な物理モデルを構築し、多様な水環境を有する太陽系天体が、いかにして作られたのかを明らかにする。最終的には、実験班により定量化された化学過程を、各天体の物理モデルに組み込み、探査・分析データを実証として、太陽系天体の水・物質循環の歴史を紐解くことを目的とする。多様な小天体の水・揮発性元素量解明を目的とし、小天体内部の水岩石反応から予想される鉱物組み合わせに対して理論スペクトル計算を行い、近赤外リモセンデータから母天体組成を制約する理論的枠組みを構築した。また、衝突計算を行い、リュウグウを形成した母天体の破壊的な衝突によって一部の含水鉱物が脱水するが、一部は生き残ることを明らかにした。はやぶさ2に続くミッションである火星衛星探査計画も推進している。氷天体の内部海の維持に関しては、特に冥王星を対象にした研究を進めた。ガスハイドレートの薄い層が内部海の凍結を防ぐことがわかった。同時に、巨大盆地の安定性や、窒素に富む表層などといった冥王星の謎も解明できることを明らかにした。金星の大気大循環モデル実験および、古火星大気を想定した大気放射モデルの構築を行った。金星大気実験からは、金星探査機あかつきが発見した惑星規模筋状構造の成因を明らかにした。火星に関しては、酸化的大気組成下での太古の流水活動を示す火星探査データを受け、過酸化水素による温暖化機構を提唱した。地球型惑星の大気と水の起源解明を目的とし、揮発性元素供給・分配・散逸の理論モデル構築を行った。その成果として、原始惑星円盤内のダスト進化・小天体組成に応じた初期惑星の水量・大気組成の予想が可能となった。また、集積期の火星大気形成と進化を、脱ガス成分と原始太陽系星雲ガス成分の成層性を考慮し、含水素大気の長寿命化の可能性を示した。各天体の物理モデルの構築も順調に進んでおり、すでに実験班の結果を用いた共同研究や、探査班のデータを用いた共同研究なども行われ始めていることから、「おおむね順調に進展している」といえる。当初の計画通りに研究を推進する。対象とする天体によってサイズ・水量・環境が異なるため、個々の天体について物理モデルを構築する。微惑星に関しては、まず、短寿命放射性核種の壊変によるエネルギーを熱源とした熱史モデルを構築し、氷の融解による含水鉱物の生成過程を調べた。微惑星内の水循環モデルとしては、水文学で用いられている地下水モデル(GETFLOWS)を任意の重力場で計算できるように拡張した。火星に関しては、古火星の気候の維持メカニズムを調べることを目的として、厚い二酸化炭素大気に適用可能な放射伝達モデルの構築に取り組んだ。近年の古火星気候研究の精密化を鑑み、構築中のモデルから得られる放射フラックスを先行研究と比較した結果、概ね一致した結果が得られた。氷天体に関しては、長期内部熱進化を、高速かつ高精度に数値シミュレーションするプログラムを開発した。それを用い、土星系氷衛星における内部海保持の条件を決めた。

また、氷衛星の潮汐変形の大きさから、粘弾性潮汐変形理論を用いて内部構造や組成を制約した。原始地球に関しては、地球のマグマオーシャンでの金属の分離過程を取り扱う数値モデルに任意の元素のケイ酸塩・金属間の分配と移流を組み込み、分離直後の金属とケイ酸塩メルトにおける各元素の濃度の計算を可能にした。状態方程式と地震波観測値の比較により、外核全体の組成を制約し、コアに入りうる水素の量の上限を明らかにした。ポスドクの雇用が予定より遅れてしまったため、微惑星の水循環モデルの構築に関しては若干の遅れが生じてしまったが、そのほかの天体における物理モデルは極めて順調に進んでいるため、全体として「おおむね順調に進展している」とした。当初の計画通りに研究を推進する。
弾性線維腫の原因遺伝子同定とモデルマウス開発―病態解明に向けて

弾性線維腫の原因遺伝子を同定し、その発症機構の解明を目的とする。弾性線維腫は、主に高齢者の肩甲骨と胸壁間に生じる硬い線維性病変で、沖縄県、特に渡名喜島と粟国島の家族内に多発することから、遺伝要因の関与が強く伺われる。4年間の研究項目として、両島での調査・DNA収集、原因遺伝子同定、異常遺伝子の検証、モデルマウス開発から環境リスク因子の評価を行う。本疾患によりADL低下をきたす患者は多く、治療法は外科的切除しかないが、再発率が非常に高いため病態解明が喫緊の課題である。この病態解明は、弾性線維腫の増大の予防、新規薬物療法の開発、新たなメカノトランスダクションのしくみの解明にもつながる。
エリスロポエチン刺激により特異的に誘導されるチロシンリン酸化蛋白p85の解析

【はじめに】近年サイトカインとその受容体を介する情報伝達機構の分子レベルでの解析がさかんに行われており、エリスロポエチン(Epo)細胞内シグナル伝達系においても、Epo刺激により145、130、80-85、40kDa蛋白がチロシンリン酸化され、そのなかにはraf-1、Jak2、Epo受容体が含まれることが明らかにされている。しかし145kDa蛋白と80-85kDa蛋白の同定はいまだなされていない。われわれはEpo受容体を高発現しているUT-7/EpoA細胞株を樹立し、Epo刺激により急速にチロシンリン酸化される145kDa蛋白がPLC-γ1であること、p80-85蛋白はチロシンリン酸化されたのち、PLC-γ1に結合することを明らかにしたので報告する。【研究結果】UT-7/EpoA細胞にEpo添加後急速に145、130、80、および40kDa蛋白がチロシンリン酸化され、145kDa蛋白は抗PLC-γ1抗体に反応したことからPLC-γ1であることが示唆された。そこで抗PLC-γ1抗体を用いて免疫沈降し、抗リン酸化チロシン抗体でウエスタンブロットを行った。Epo添加により145kDaのPLC-γ1が検出され、PLC-γ1がEpo添加によりチロシンリン酸化されることが証明された。さらにEpo添加郡にのみ80-85kDaと40kDaのチロシンリン酸化蛋白が同時に検出され、これらの蛋白はEpo添加によりチロシンリン酸化されたのちにPLC-γ1に新たに結合することがわかった。80-85kDa蛋白の同定を試みたが、PI3キナーゼ、raf-1、Epo受容体ではなかった。Epo刺激によりPLC-γ1の活性化が認められ、Ins-P_3の産生が増加し、細胞内カルシウム濃度が上昇した。【考察】イノシトールリン脂質に特異的に作用するPLC-γ1は細胞増殖の細胞内情報伝達に重要で受容体および非受容体チロシンキナーゼによりチロシンリン酸化され、かつ活性化される。Epo細胞内シグナル伝達系においてもPLC-γ1のチロシンリン酸化および活性化がおこることが本研究により明らかになった。80-85kDa蛋白と40kDa蛋白がチロシンリン酸化されたのちにPLC-γ1に新たに結合することが証明された。今後は80-85kDaと40kDa蛋白分子を同定することによりさらに細胞内シグナル伝達系の解明に寄与するものと思われる。

我々はエリスロポエチン(Epo)依存性ヒト巨核芽球性細胞株UT-7の樹立に成功し(Cancer Research 51:341,1991)、ヒトEpo受容体cDNAのクローニング及びその機能解析について研究を進めてきた(science 257:1138,1992)。さらにEpo刺激によってp85蛋白のチロシンリン酸化が強く誘導されることを見出した(Blood 80:53,1992)。最近UT-7から分離した赤芽球系の性質を持つ亜株UT-7/Epo(Blood 82:456,1993)でもp85蛋白のチロシンリン酸化が強く誘導されることからp85蛋白の機能的意義を明らかにすることを本研究の目的とした。ウエスタンブロッティング法によってp85蛋白はEpo受容体でもraf-1セリン/スレオニンキナーゼではないことを確認している。またEpoによってPl3キナーゼは活性化されないことから、p85がPl3キナーゼである可能性は少ないと考える。抗リン酸化チロシン抗体で免疫沈降後、抗Pl3イナーゼ抗体を用いてウエスタンブロッティング法を行ったが。明らかなPl3キナーゼ分子は検出できなかった。また抗体Epo受容体抗体でも検出されなったことから、Epo受容体ではないと思われる。今後はUT-7細胞をEpo添加後可溶化し、抗リン酸化チロシン抗体を用いて、免疫沈降後電気泳動を行い、目的とするp85を切出しアミノ酸分析を行う。決定された部分的アミノ酸一次構造をもとに、オリゴヌクレオチドを合成し、^<32>Pで標識、プローブとし、UT-7から作製したcDNA libraryから陽性クローンを吊り上げる。その塩基配列を決定し、それをもとに全アミノ酸一次構造を決定し、p85蛋白の構造上の機能を明らかにする。p85蛋白遺伝子を組み込んだ大腸菌発現プラスミドを作製し、大腸菌で蛋白を発現させる。この純品をウサギに免疫し、ポリクローナル抗体を作製し、ウエスタン法ならびに免疫沈降法を用いて、p85蛋白とEpo受容体、さらには他のシグナル伝達分子との相互関係についても解析する。【はじめに】近年サイトカインとその受容体を介す情報伝達機構の分子レベルでの解析がさかんに行われており、エリスロポエチン(Epo)細胞内シグナル伝達系においても、Epo刺激により145、130、80-85、40 kDa蛋白がチロシンリン酸化され、そのなかにはraf-1、Jak2、Epo受容体が含まれることが明らかにされている。しかし145kDa蛋白と80-85kDa蛋白の同定はいまだなされていない。われわれはEpo受容体を高発現しているUT-7/EpoA細胞株を樹立し、Epo刺激により急速にチロシンリン酸化される145kDa蛋白がPLC-γ1であること、p80-85蛋白はチロシンリン酸化されたのち、PLC-γ1に結合することを明らかにしたので報告する。【研究結果】UP-7/EpoA細胞にEpo添加後急速に145、130、80、および40kDa蛋白がチロシンリン酸化され145kDa蛋白は抗PLC-γ1抗体に反応したことからPLC-γ1であることが示唆された。そこで抗PLC-γ1抗体を用いて免疫沈降し、抗リン酸化チロシン抗体でウエスタンブロットを行なった。Epo添加により145kDaのPLC-γ1が検出され、PLC-γ1がEpo添加によりチロシンリン酸化されることが証明された。さらにEpo添加群にのみ80-85kDaと40kDaのチロシンリン酸化蛋白が同時に検出され、これらの蛋白はEpo添加によりチロシンリン酸化されたのちにPLC-γ1に新たに結合することがわかった。80-85kDa蛋白の同定を試みたが、PI3キナーゼ、raf-1、Epo受容体ではなかった。Epo刺激によりPLC-γ1の活性化が認められ、Ins-P_3の産生が増加し、細胞内カルシウム濃度が上昇した。【考察】
ガラス系のダイナミックスにおける時空間構造の解析

今年度はまず、スピングラスを含むガラス系のメソスケールでの特異な階段的応答を、平均場理論によって解析する方法論を完成させ、それに従った1段階レプリカ対称性の破れを示す系における具体的な解析計算をまとめた。最終段階で、レプリカ法に基づく解析計算の方法論の開発に大きな発展があった。興味深いことに、これによって、一見無関係に思われる「乱流の速度場における間欠性」の問題と共通の数理構造が見いだされた。今後この観点からさらに平均場理論を越えた理論の発展が期待される。一方、これまでのスピングラス系での研究で得られた知見に基づき、今後、粉体のジャミング相を含むより公汎なガラス系のダイナミックスを解析する研究の試みを開始した。具体的には、ある種の位相模型における非線形レオロジーを解析する研究に着手した。今年度はまず、フラストレーションのない場合、すなわち通常の固体にシアを掛けた場合についての解析を行った。まず解析的な繰り込み群解析の結果、我々の位相模型は2次元でコステリッツ-サウレス型の固体-液体転移を示すことがわかった。さらに、シア応力下でのダイナミックスについての詳細な数値計算を行った結果、上記の相転移に伴って非線形レオロジーが動的臨界現象として発現することが明らかになった。また、この系の非線形レオロジーの問題は、電荷密度波系、超伝導ジョセフソン結合系における非線形輸送現象と興味深い類似性を持つ問題であることが明らかになった。本研究でガラス系のダイナミックスを支配する物理的なプロセスを解明する為にある種の4点時空間相関関数を詳しい解析を行っている。今年度は初年度の研究として、まず、この4点相関関数に対応する非線形応答関数の、平衡状態における性質の解明を精力的に行った。具体的には1段階のレプリカ対称性の破れを示す平均場模型のガラス相における外場に対する線形および非線形応答関数の解析を行なった。低温展開とレプリカ法の2つの方法によって、ガラス相において非線形応答関数が強いサンプル揺らぎをしめして非自己平均的であること、系のサイズとともに発散することを解析的に明らかにした。このことは外場に対する系の応答が、メソスコピックなスケールでは外場の関数として階段的に振舞うことを意味する。1つ1つの階段は、基底状態と励起状態のレベル交差を反映している。これはレプリカ対称性の破れと深く関係する現象であり、非線形応答すなわち4点相関関数の振る舞いからガラス相の平衡状態を支配する低エネルギー励起の物理的な情報を取り出せることを示唆している。一方、巨視的なスケールでは階段の幅は無限小になり、滑らかな関数に収束してゆく。これが通常の熱力学的な応答に対応することがわかった。マクロなスケールではレベル交差も巨視的に起こっている。これを定量的に調べるために一般化されたcomplexityを導入した。ここでcomplexityとはガラス系のエネルギー状態密度の対数をとったものであり、普通はエネルギーだけの関数として定義するが、これを一般化し、エネルギーと同時に今、注目する外場に共役な物理量の2つの変数に対する状態密度を定義した。具体的な平均場模型でこの一般化されたcomplexityの計算を実行するとともに、その情報から巨視的なレベル交差について物理的な考察を展開した。本年度はガラス系の静的・動的な非線形応答について、平均場模型に基づく解析的な研究を行った。まず、前年度に引き続き、1段階のレプリカ対称性の破れを示す平均場模型のガラス相に注目し、外場に対する階段的な静的非線形応答を詳細に解析した。具体的には、揺動散逸の関係に基づいて、線形・非線形感受率のサンプル揺らぎを解析するための母関数を構築し、それに基づいて、感受率のサンプルゆらぎを解析した。前年度の計算は、外場が0の近傍場合に限られていたが、ある種の模型では任意の外場における計算を正確に実行することができた。これらの結果から、メンスケールでの階段的応答にともなう特異な熱揺らぎの統計的性質の一般性が示された。揺動散逸の関係は、応答が外場に関して解析的であることを仮定している。上記の結果から、階段的応答の強い非線形性によって、応答の外場についての展開の収束半径が、階段の「幅」のスケールに限定されることが結論される。この「幅」は低温極限で0となる。そこで次に、揺動散逸の関係を用いず、低温展開によって低温極限での応答を直接計算する解析を実行した。個々のサンプルにおける応答は、低温極限では階段の連続で、強い非線形関数である。しかし、サンプル平均した応答は、外場について滑らかな関数となる。実際、これについて階段と階段の「間隔」のスケール程度の収束半径をもつ級数展開が得られた。これもまたメンスケールでの応答を表していると考えられる。以上の結果の概略についての論文を発表した。その際、比較のために実空間繰り込み郡に基づく数値解析も行い、上記の平均場理論の結果との比較を提示し、密接な対応関係があることを指摘した。また現在、より詳細を含め、メソスコピックなガラス系における階段的非線形応答についての本論文を投稿中である。また、球形模型とよばれる平均場スピングラス模型のLangevin方程式を解析的に解き、相転移点および、ガラス相における静的・動的な非線形応答を詳細に解析した。この模型はレプリカ対称性の破れを示さない、簡単な系であるが、非常に詳細な解析が可能である。特に、動的な非線形帯磁率のスケーリング特性を明らかにすることができ、実験との比較も行った。

今年度はまず、スピングラスを含むガラス系のメソスケールでの特異な階段的応答を、平均場理論によって解析する方法論を完成させ、それに従った1段階レプリカ対称性の破れを示す系における具体的な解析計算をまとめた。最終段階で、レプリカ法に基づく解析計算の方法論の開発に大きな発展があった。興味深いことに、これによって、一見無関係に思われる「乱流の速度場における間欠性」の問題と共通の数理構造が見いだされた。今後この観点からさらに平均場理論を越えた理論の発展が期待される。一方、これまでのスピングラス系での研究で得られた知見に基づき、今後、粉体のジャミング相を含むより公汎なガラス系のダイナミックスを解析する研究の試みを開始した。具体的には、ある種の位相模型における非線形レオロジーを解析する研究に着手した。今年度はまず、フラストレーションのない場合、すなわち通常の固体にシアを掛けた場合についての解析を行った。まず解析的な繰り込み群解析の結果、我々の位相模型は2次元でコステリッツ-サウレス型の固体-液体転移を示すことがわかった。さらに、シア応力下でのダイナミックスについての詳細な数値計算を行った結果、上記の相転移に伴って非線形レオロジーが動的臨界現象として発現することが明らかになった。また、この系の非線形レオロジーの問題は、電荷密度波系、超伝導ジョセフソン結合系における非線形輸送現象と興味深い類似性を持つ問題であることが明らかになった。
半導体ナノ構造におけるスピンコヒーレンスの制御の理論的研究

光子から電子スピンへの量子状態転写に際して、その有効性を妨げる要因の一つである電子正孔交換相互作用について、シュミレーションを含めた解析を行い、転写の純粋度、忠実度を1に近くするための条件を考察した。その結果、正孔の引き抜き時間を電子正孔交換相互作用の逆数よりも短くすることが主要要件であることを明らかにした。量子ドットにおける単一電子スピンの緩和について研究した。最低エネルギー準位のゼーマンダブレット間の縦緩和について、1フォノン過程と2フォノン過程の競合の様相を明らかにした。Kroutvarらの実験に則した解析により、実験データのない低磁場側での縦緩和時間を定量的に予言した。電子スピンのデコヒーレンス時間については、double-time Green関数を用いた理論を定式化した。これを用いて、最低エネルギー準位のゼーマンダブレット間のデコヒーレンス時間を評価した。Steelらの実験値は不均一ひろがりを含むT2*になっているため、理論値より数桁短いことを明らかにした。結合量子ドットにおける励起子の位相緩和の理論を定式化した。それを用いて位相緩和定数のドット間距離依存性及び温度依存性を明らかにした。励起子のエネルギー準位構造がドット間距離に対して敏感に変化するため、位相緩和定数も複雑なドット間距離依存性を示す。一方、温度依存性は、単一ドットの場合と同様な単純な振る舞いを示す。これらの結果を実験と比較し、定性的な一致を得た。半導体ナノ構造における電子スピンを量子ビットとして用いる場合、その位相コヒーレンス時間が重要なパラメーターである。ところが、従来スピン緩和時間というと、それは縦緩和時間をさすことが多く、実験的にも縦緩和時間と横緩和時間とを区別して測定した例は少ない。ここでは、この両者を理論的に評価する定式化を完成させた。電子スピンの緩和機構としては、従来よりD'yakonov-Perel'機構、Elliott-Yafet機構、Bir-Aronov-Pikus機構が議論されており、ノンドープIII-V族半導体のバルク及び量子井戸においてはD'yakonov-Perel'機構が重要であることがわかっている。量子ドットにおいては、波数ベクトルは良い量子数ではないので、従来の議論をそのまま使うことはできない。そこで、伝導帯と価電子帯の結合を取り入れた8-band k・p Hamiltonianに、D'yakonov-Perel'機構のもととなっているDresselhaus項を付け加えて、電子準位を計算した。計算に用いた量子ドットは、x-y平面内では楕円形状のディスクである。Hamiltonianの時間反転対称性を反映して、すべての準位はKramers縮重している。従来の議論では緩和を引き起こす原因として考えられていたスピン軌道相互作用をも含めて対角化し、電子準位を求めたので、これらの準位間の遷移を引き起こすものが緩和機構ということになる。主要なものとしては、電子格子相互作用、原子核との超微細相互作用が考えられる。ここでは、前者の電子格子相互作用を考えた。電子スピンの位相緩和は量子コヒーレンスに関するものであり、密度行列の非対角要素の時間発展を追うことにより調べられる。double Feynman diagramを用い、secular項を取り除く定式化を開発して計算を行った。更に、磁場を印加した時の、Zeemanサブレベル間の位相緩和時間を計算する定式化を完成させた。原子核スピンとの超微細相互作用及び原子核スピンどうしの双極子相互作用が、電子スピンの緩和時間に及ぼす効果について考察を進めた。
環境適応型エネルギーハーベスティング回路技術の研究

本研究ではエネルギーハーベスティング回路の動作状態をモニタリングし、適応的に回路パラメータを再構築することで環境変動が生じても安定した電力効率を実現するためのシステム及び要素回路の開発を行った。提案手法では負荷回路に供給する電源回路とエネルギー回収を行う電源回路を分けることで、負荷変動に関わらず回収電力を最大点に対して5%以内の範囲で制御できることを確認した。また、適応制御に必要となるモニタ回路の要素回路であるアナログ・デジタル変換器を開発した。0.6Vの動作において有効ビット9.1ビット、動作周波数10kHzにおいて0.1μWの電力、FoM=19.5fJ/conv.で動作することを確認した。本研究では、極低電力シリコンCMOS回路技術を用いてエネルギーハーベスティング回路の動作状態をモニタリングし、適応的に回路パラメータを変化させることで環境変動が激しい場合においても安定した電力効率を実現するためのシステムを開発することを目的している。エネルギー回収の対象は電磁波、光、熱、振動、圧力とあるが、本システムはDC電圧を発生させるエネルギー回収素子を対象としている。また、エネルギーハーベスティング回路の構成としては、パワーマネージメントユニット(PMU)、DC-DCコンバータ、モニタリング用ADC及びアナログ比較器からなる。本年度はシステムに必要となる消費電力の内訳を検討した。PMUは市販マイコンから構成され、動作周波数を100kHzとしたときのデータシート上での消費電力は2.6μWとなった。DC-DCコンバータについてはスイッチング周波数を10kHzとした場合のアナログスイッチをON/OFFさせる消費電力と抵抗値の関係から、駆動電力と損失を見積もり、30nWが得られた。モニタリング用ADCについては、エネルギー回収素子の環境の時間変化が大きくない場合においては、モニタリング用ADCの動作周波数はそれほど高くなくてもよい。仮に動作周波数が1kHzでよい場合においては、消費電力は70nWとなる。降圧型DC-DCコンバータは負荷回路に安定した電圧を供給する必要があるため、それなりに高い周波数での制御が求められる。仮にDC-Cコンバータの動作周波数を10kHzとした場合のアナログ比較器の消費電力は1nW程度である。以上の考察から、最終的なシステムの消費電力は2.69μW程度となる見込みであり、そのうちの大半は2.6μWの電力を消費するPMUで占められている。今後はPMU部分については必要な機能だけを残して最適化し、消費電力を下げる努力が必要な状況である。本研究ではCMOS回路技術を用いたエネルギーハーベスティング回路の動作状態をモニタリングし、適応的に回路パラメータを再構築することで環境変動が生じても安定した電力効率を実現するためのシステムおよび要素回路の開発を行った。はじめに、最大電力効率追従制御回路(MPPT)の動作をVerilog-AMSを用いたアナログ・デジタル混載シミュレーションで確認した。従来ハーベスティング電源回路のような低消費電力動作が求められるMPPTは電源回路の出力電圧の変化分を検出し、回収電力が最大となるよう山登り法を用いて制御されることが多いが、負荷変動に対して出力電圧が変動すると追従できない可能性がある。一方提案手法では負荷回路に供給する電源回路と、エネルギー回収を行う電源回路を分けることで、負荷変動に関わらず、回収電力を最大点に対して5%以内の範囲で制御できることを確認した。次に低電力で上記の制御を可能とさせるための逐次比較型アナログ・デジタル変換器(SAR ADC)の検討を行った。当初計画では180nmプロセスを用いる予定であったが、目標とする消費電力に対して不足であったため、65nmプロセスを用いて検討を行った。0.6Vの動作において有効ビット9.1bit,最大サンプリング周波数4MSpsを確認した。動作周波数10kHzにおいては0.1μWの電力で動作し、FoM=19.5fJ/conv.と当初の目標20fJ/conv.以下を達成した。これらの成果については学会等を通して今後発信していく予定である。アナログ・デジタル混載集積回路設計研究計画においては、PMUについて市販のものを用いる予定であったが、システムの消費電力を検討したところ際立って電力消費量が大きいため、改善が必要となった。このためPMUについては専用の回路設計が必要であり、この分の開発が新たに必要となったため、若干計画が遅れている。その他の要素回路については順調に設計が進んでいる。PMUの最適設計を行い、システムシミュレーションを再実施する。また、回路設計が終了している要素回路については試作を行い、評価を行うことこととする。平成26年度にシステムシミュレーションを行い性能が満足することを確認したうえで試作を行う予定であったが、システムシミュレーションを行った結果、一部回路について消費電力の仕様を満たさないことが判明した。このため計画を変更し、消費電力を削減するよう設計変更を優先的に行った結果、回路の試作まで行うことができなかったため、未使用額が生じた。このため消費電力の削減を実現する設計変更の残り分と、集積回路の試作を次年度に行うこととし、未使用額についてはその経費に充てることとしたい。
継続時間を考慮した西南日本のスロースリップイベント観測解析手法の開発

本年度はSSEと深部低周波微動の関係を詳しく調べるため、2通りのアプローチでGNSSデータの解析をすすめた。第一のアプローチは、先行研究により北米カスケード地域などで有効性が示された深部低周波地震データを基にGNSSデータをスタッキングする手法である。微動と短期的SSEが完全に同期していると仮定し、その日に発生した微動の総エネルギーがある閾値を超えたGNSSの日座標値差を足し合わせることによって、2004年4月-2009年12月のSSEに伴う総変位量を計算した。閾値を5×10^5 Jとした時のGNSSの総変位量は傾斜計データから推定されたSSEの断層モデルから期待される総変位量よりもはるかに大きく、四国中部や四国東部でその影響が顕著であった。よって、本手法により地殻変動データだけでは検出できない微小なSSEに伴う変位が検出できることが示された。本手法では、個々の短期的SSEは検出できないが、SSEの特性を解明するための重要な知見を与えてくれることが期待される。第二のアプローチは、GNSS等による地殻変動の連続時系列データから断層のすべりの時空間変化を推定する手法である改良型のネットワークインバージョンフィルター(モンテカルロ混合カルマンフィルタ)を用いた手法である。この手法を、1996年から2010年までの東海地方のGNSS時系列データに適用し、プレート境界で発生するスロースリップイベント(SSE)の時空間変化を推定した。その結果、MCMKFの優位性を活かして、浜名湖直下の長期的SSEと小規模な短期的SSEが同時に推定され、両者のすべりの時空間発展が推定できた。H30年度は、台風などによる想定外の観測点の故障により、本研究における重点的な観測対象地域である紀伊水道周辺の2か所のGNSS観測点でのデータが得られなくなり、復旧に時間と労力がとられたため、この地域のデータを用いた研究と傾斜計とGNSSデータを併合処理した研究は予定より遅れることととなった。しかしながら、研究実績の概要に記したとおり、研究開始当初は予定していなかった新たなアプローチでの研究を進めており、SSEの発生様式の地域性を調べるという当初の目的は達成しつつある。研究計画を1年延長し、傾斜計とGNSSデータの併合処理による短期的SSE検出手法を完成させるとともに、GNSSデータを用いた短期的SSE検出手法の改良についても、観測点変位時系列の相関を用いた手法など複数の手法を南海トラフ沿いのGNSSデータに適用して、従来の手法との比較を行い、最適なSSE検出手法の確立を行う。さらに、GNSS観測が開始された1996年以降のSSE発生履歴と南海トラフ沿いの地域性を明らかにする。平成28年度においては,統合GNSS基線自動解析システムの構築とGNSSと傾斜計データを組み合わせた短期的SSEの新解析手法の開発に着手した.統合GNSS基線自動解析システムとは,国土地理院GEONET,京都大学防災研究所,海上保安庁,共同研究中の各機関などによって設置されたGNSS観測点のRINEXデータをダウンロードし,GNSS解析ソフトウェアgipsyを用いて各観測点の日座標値を算出し,地域ごとに過去1年間の変位ベクトル,過去2年間の座標変化グラフを自動的に作成するものである.衛星軌道情報として約2週間後に公開される最終暦だけでなく,速報暦を用いた座標値算出を毎日行うことで,2日前までの座標値が閲覧できるようになり,SSEや地震などによる地殻変動が生じた場合,速やかに確認できるシステムが完成した.本システムにより,一部の観測点では1994年から同一の座標値算出手法に基づいた座標値を得ることができるようになり,長期的な地殻変動の観測においても貴重なデータセットを構築した.GNSSと傾斜計データを組み合わせた短期的SSEの新解析手法については,防災科研Hi-net傾斜計データの潮汐除去やノイズレベルの確認を行い,既に報告されている短期的SSEに伴うシグナルだけでなく,GNSSデータによって検出されたSSEに対応する時期に対応するシグナルが含まれていることを確認した.GNSSデータを用いて単純な震源時間関数を仮定することにより,SSEの継続時間が推定できることがわかり,南海トラフ沿いで様々な時定数を持つSSEが発生していることがわかった.概ね当初計画に沿って平成28年度の成果が得られているが,GNSS観測点の新設についてはH28年度に和歌山県日ノ御埼周辺において観測点の予備調査を行い,候補地を見つけた段階にとどまっており,年度内の観測点設置を行うことができなかった.その理由は,平成28年度に西日本で熊本地震(M7.3),鳥取県中部の地震(M6.7)が相次いで発生し,これらの地震の調査研究と震源域周辺における臨時GNSS観測を優先したためである.それ以外の部分については,概ね予定通りの進捗状況である.平成29年度においては、本研究の重点地域である和歌山県美浜町にGNSS連続観測点を新設し、紀伊水道周辺の他の京都大学観測点とあわせて、この地域のSSEの検出能力を向上することができた。これらの観測点と国土地理院GEONET観測点のデータを合わせて、観測点座標を自動的に推定する統合GNSS基線自動解析システムの構築が完成し、継続的な運用を行うことにより、この地域の地殻変動をより詳細にモニタリングすることが可能になった。短期的SSEの新解析手法の開発については、紀伊半島周辺で発生した短期的SSEの数例において、GNSSと傾斜計データの両方のデータを用いて短期的SSEの断層モデル推定を行い、両データを整合的に説明できる断層モデルが推定できることを確認した。

GNSSデータは断層モデルの位置に比較的鈍感で、多少断層位置が動いてもデータを概ね説明することが出来るのに対し、傾斜計データは位置に非常に敏感なため、両データから推定された断層モデルは傾斜計データのみを用いた場合に近いモデルが推定された。一方、GNSSデータのみでもMw6.0程度よりも大きな短期的SSEについては、Fukuda et al.(2008)による改良型時間発展インバージョンを適用することにより、すべりの時空間発展を推定することに成功し、伊勢湾周辺では微動と同期したすべり域の移動が確認された。GNSSデータは長期的な安定性に優れているので、短期的SSEと長期的SSEの両者を同時にすることが出来るという長所があるが、推定されたすべりは微動活動と最大で数日程度ずれる場合があり、GNSSデータを用いた解析の時間方向の誤差や分解能の限界を表していると考えられる。観測網の構築とGNSS基線解析システムについては、H29年度において観測網が完成し、システムが安定的に運用できていることから、ほぼ計画通りの進捗状況であるが、GNSSと傾斜計データの両方を用いた短期的SSEの新解析手法の開発においては、両データを用いて自動的にイベントを検出する基準が完成しておらず、当初目標としていたデータから自動的にSSEの断層モデル推定までを行う手法の開発がH29年度には完成しなかった。一方、当初の計画には含まれていなかったGNSSデータのみで短期的SSEのすべりの時空間発展を推定することに成功するという成果を得ているが、研究計画から見ると全体としてはやや遅れていると判断した。本年度はSSEと深部低周波微動の関係を詳しく調べるため、2通りのアプローチでGNSSデータの解析をすすめた。第一のアプローチは、先行研究により北米カスケード地域などで有効性が示された深部低周波地震データを基にGNSSデータをスタッキングする手法である。微動と短期的SSEが完全に同期していると仮定し、その日に発生した微動の総エネルギーがある閾値を超えたGNSSの日座標値差を足し合わせることによって、2004年4月-2009年12月のSSEに伴う総変位量を計算した。閾値を5×10^5 Jとした時のGNSSの総変位量は傾斜計データから推定されたSSEの断層モデルから期待される総変位量よりもはるかに大きく、四国中部や四国東部でその影響が顕著であった。よって、本手法により地殻変動データだけでは検出できない微小なSSEに伴う変位が検出できることが示された。本手法では、個々の短期的SSEは検出できないが、SSEの特性を解明するための重要な知見を与えてくれることが期待される。第二のアプローチは、GNSS等による地殻変動の連続時系列データから断層のすべりの時空間変化を推定する手法である改良型のネットワークインバージョンフィルター(モンテカルロ混合カルマンフィルタ)を用いた手法である。この手法を、1996年から2010年までの東海地方のGNSS時系列データに適用し、プレート境界で発生するスロースリップイベント(SSE)の時空間変化を推定した。その結果、MCMKFの優位性を活かして、浜名湖直下の長期的SSEと小規模な短期的SSEが同時に推定され、両者のすべりの時空間発展が推定できた。
力覚提示のための柔軟物体モデリングを自動化する三次元力覚スキャナ

2018年度は研究実施計画に従い,三次元力覚スキャナのハードウェア構築,および,最適化ソフトウェアの基礎検討に取り組んだ.ハードウェアでは,反力測定用の力覚プローブの軌跡と接触に伴う反力の記録が可能な装置の開発を進行中である.本年度は,構成要素である3軸ロボット,6軸力覚センサを導入し,制御システムの構築を行った.また,手法開発段階でも円滑な測定データ作成を実現するため,ロボットの代わりに人間の手により直感的な入力を可能とするモーションキャプチャシステムの導入を行った.最適化ソフトウェアについては,最終的には3次元かつ不均質な材料に対する内部材料特性の推定を目指すが,本年度は初期検討として2次元均質材料を対象とした検討を行った.また,最終的には開発したハードウェアを用いて得られたプローブの軌跡と反力の実測値を最適化ソフトウェアに入力し,物体内部の材料特性の推定を行うが,現段階では実測値の代わりのデータを数値シミュレーションにより作成し最適化アルゴリズムの入力値とした.したがって材料値が既知であり,最適化アルゴリズムによる推定値とこの既知の値を比較することでアルゴリズムの妥当性を評価可能である.現状では,MATLAB Optimization Toolboxの非線形計画法ソルバーを用い,均質な線形弾性体モデルに対しヤング率の推定が可能であることを確認した.今後は本フレームワークをベースに発展させていく.また,2018年度はソフトウェア開発において最適化アルゴリズムの一部である物理エンジンの改良を行い,能動的運動対象物に対する力覚的相互作用と接触力の時空間分布計算が可能となった.これらの成果についてはそれぞれCEDEC2018,VR学会年次大会,ハプティクス研究委員会研究会等で発表し,VR学会年次大会では学術奨励賞を受賞した.2018年度はハードウェアの構築と最適化アルゴリズムの基礎検討を行う予定であった.ハードウェアに関してはおおむね計画通りに3軸ロボット,6軸力覚センサ,制御システム(AD変換器、PC等),モーションキャプチャシステムを調達し導入した.しかしながら,これらの物品を組み合わせシステム統合することには作業時間を要しており,それぞれの構成要素を統合したシステムとしては完成していない.最適化アルゴリズムの開発については,最適化の基本的なフレームワークを作成し,最低限の動作検討を行うことができた.当初の計画通り,ソフトウェア構成としては独自の物理エンジンを用いた力覚の数値シミュレータとMATLAB Optimization Toolboxを用いた最適化ソルバーを結合することとした.当初予定していた不均質材料・3次元の問題に対しては十分に検討することができなかったが,2次元の均質な線形弾性体モデルを対象とした場合に,目的変数が既知の正解値であるヤング率へ収束する結果が得られた.したがって,最低限の進捗は得られたと考えている.また,計画を進行につれ解決すべき問題が明瞭になり,当初の計画よりも具体的な段階的開発目標が得られた.以上の状況を踏まえ,全体として遅れているがある程度の進捗が得られているため,進捗状況の区分は「(3)やや遅れている。」とした.現状の進行状況を考慮し,以下のように実施計画を変更し実施する.ハードウェアについては,次年度も継続して開発を進め2019年度前半の完成を目指し進める.なお,当初は3自由度から5自由度への拡張を予定していたが,2019年度ではまずは3自由度での構築を目標とし,5自由度化は必要性について再検討し,より重要な最適化アルゴリズムを優先的に進める.最適化アルゴリズムについては,2019年度には数値シミュレーションによる入力データでなく,実測データを用いる予定であったが,研究を段階的に進めるため引き続き数値シミュレーションをベースとした検討を進める.具体的には以下のとおりである.まず,2次元問題において不均質材料の問題に取り組む.これが本研究課題の中で最も重要な段階であるため,十分に検討する.検討事項としては,問題に適した非線形計画法ソルバーの選択,非線形計画法ソルバーに与える適切な目的関数と制約条件の選択などがあげられる.最適化の結果の状況を見て,機械学習の利用などアルゴリズムの変更も視野に検討する.2次元・不均質材料における最適化問題の解決が順調に進めば,入力にモデル化誤差または測定誤差が含まれる問題の検討を行い,さらに3次元問題で同様の問題について検討する.入力データを数値シミュレーション結果でなく実測値を用いて行うことは,3次元問題での検討が終わってからを計画しているが,実測値取得のためのハードウェアの開発は並行して進め,シミュレーションベースの検討が終了した際に,容易に利用可能となるように準備する.2018年度は研究実施計画に従い,三次元力覚スキャナのハードウェア構築,および,最適化ソフトウェアの基礎検討に取り組んだ.ハードウェアでは,反力測定用の力覚プローブの軌跡と接触に伴う反力の記録が可能な装置の開発を進行中である.本年度は,構成要素である3軸ロボット,6軸力覚センサを導入し,制御システムの構築を行った.また,手法開発段階でも円滑な測定データ作成を実現するため,ロボットの代わりに人間の手により直感的な入力を可能とするモーションキャプチャシステムの導入を行った.最適化ソフトウェアについては,最終的には3次元かつ不均質な材料に対する内部材料特性の推定を目指すが,本年度は初期検討として2次元均質材料を対象とした検討を行った.また,最終的には開発したハードウェアを用いて得られたプローブの軌跡と反力の実測値を最適化ソフトウェアに入力し,物体内部の材料特性の推定を行うが,現段階では実測値の代わりのデータを数値シミュレーションにより作成し最適化アルゴリズムの入力値とした.

したがって材料値が既知であり,最適化アルゴリズムによる推定値とこの既知の値を比較することでアルゴリズムの妥当性を評価可能である.現状では,MATLAB Optimization Toolboxの非線形計画法ソルバーを用い,均質な線形弾性体モデルに対しヤング率の推定が可能であることを確認した.今後は本フレームワークをベースに発展させていく.また,2018年度はソフトウェア開発において最適化アルゴリズムの一部である物理エンジンの改良を行い,能動的運動対象物に対する力覚的相互作用と接触力の時空間分布計算が可能となった.これらの成果についてはそれぞれCEDEC2018,VR学会年次大会,ハプティクス研究委員会研究会等で発表し,VR学会年次大会では学術奨励賞を受賞した.2018年度はハードウェアの構築と最適化アルゴリズムの基礎検討を行う予定であった.ハードウェアに関してはおおむね計画通りに3軸ロボット,6軸力覚センサ,制御システム(AD変換器、PC等),モーションキャプチャシステムを調達し導入した.しかしながら,これらの物品を組み合わせシステム統合することには作業時間を要しており,それぞれの構成要素を統合したシステムとしては完成していない.最適化アルゴリズムの開発については,最適化の基本的なフレームワークを作成し,最低限の動作検討を行うことができた.当初の計画通り,ソフトウェア構成としては独自の物理エンジンを用いた力覚の数値シミュレータとMATLAB Optimization Toolboxを用いた最適化ソルバーを結合することとした.当初予定していた不均質材料・3次元の問題に対しては十分に検討することができなかったが,2次元の均質な線形弾性体モデルを対象とした場合に,目的変数が既知の正解値であるヤング率へ収束する結果が得られた.したがって,最低限の進捗は得られたと考えている.また,計画を進行につれ解決すべき問題が明瞭になり,当初の計画よりも具体的な段階的開発目標が得られた.以上の状況を踏まえ,全体として遅れているがある程度の進捗が得られているため,進捗状況の区分は「(3)やや遅れている。」とした.現状の進行状況を考慮し,以下のように実施計画を変更し実施する.ハードウェアについては,次年度も継続して開発を進め2019年度前半の完成を目指し進める.なお,当初は3自由度から5自由度への拡張を予定していたが,2019年度ではまずは3自由度での構築を目標とし,5自由度化は必要性について再検討し,より重要な最適化アルゴリズムを優先的に進める.最適化アルゴリズムについては,2019年度には数値シミュレーションによる入力データでなく,実測データを用いる予定であったが,研究を段階的に進めるため引き続き数値シミュレーションをベースとした検討を進める.具体的には以下のとおりである.まず,2次元問題において不均質材料の問題に取り組む.これが本研究課題の中で最も重要な段階であるため,十分に検討する.検討事項としては,問題に適した非線形計画法ソルバーの選択,非線形計画法ソルバーに与える適切な目的関数と制約条件の選択などがあげられる.最適化の結果の状況を見て,機械学習の利用などアルゴリズムの変更も視野に検討する.
温度感受性変異体を用いたc-fos遺伝子機能の解析

前年度までの成果をふまえ,本年度はin vitro mutagenesisによるfosタンパクの機能領域の同定と,前年度に見い出したc-fos関連抗原の遺伝子のクローニングと構造決定をおこなったので報告する。v-fos遺伝子内に欠失変異をもつレトロウイルスベクターを使用して,CEFに対するトランスフォーメーション活性及びニワトリ神経網膜細胞に対する増殖刺激活性を検定した。その結果,野生株v-fosの約1/4の分子量からなる100アミノ酸残基未満からなる変異体(NDCD2)のfosタンパク質にも両活性が存在した。この領域は,野生株v-fosの中央部に位置し,進化的に極めて良く保存されていると共に,c-jun,GCN4遺伝子産物とある程度の相同性をもっていた。NDCD2のもつ変異体fosタンパク質は,野生株v-fosと異なり,細胞内でリン酸化を受けていないことから,v-fosタンパク質によるトランスフォーメーションには,fosタンパクのリン酸化が必須でないことが示された。2.fos関連遺伝子のクローニングと構造解析前年度に調製した抗fosペプチド抗体が,CEF中からc-fosタンパク質以外に数種の関連抗原を免疫沈降することを見い出した。この関連抗原が,細胞の増殖刺激を与えた後にc-fosタンパク質とは異なったkineticsで発現の誘導を受けることから,その機能の重要性が示唆された。そこで,この関連抗原の遺伝子のクローニングを試み,ニワトリゲノミックライブラリーから,複数のクローンを得た。そのうち1つのlocusから由来するものについては,塩基配列決定を含み構造解析中である。これまでの結果,c-fos遺伝子とはことなる未知の遺伝子であることが判明したが,c-fosタンパク質と同様leucine zippen構造を保有していることがわかった。