hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
双方向電流モード多値回路技術に基づく超高速非同期データ転送VLSIの開発

現有VLSIの同期制御方式に伴うクロック分配問題を解決する一手法として,クロック信号を用いない非同期式回路が知られているが,非同期制御方式のための配線数とハードウェア量が増大する問題が指摘されていた.これらの問題点を解決するため,本研究課題では,まず(1)データと非同期制御信号を2本の配線に重畳する多値2線符号化方法を考案した.従来までの2線符号化では「2値データとリクエスト(Req)信号を表現」するのみで,アクノリッジ(Ack)信号用にさらに一本の配線が必要であったが,提案方式では,2線上に,データ,Req信号,Ack信号の全てを重畳できる.また,データには2値データのみならず,原理的には任意の多値データの重畳が可能である.さらに,双方向同時データ転送に対しても本符号化方法で実現できることも示した.この結果,双方向から1ビットずつデータ転送する場合,同期式と同じ配線数で非同期データ転送ができることを明らかにした.(2)ハードウェア量増大に対する対処として,本研究では,電流モード多値回路技術の徹底活用によるコンパクト化を行った.上述した多値符号化では,非同期データの到来を「2線信号値の和で検出」するプロトコルを提案しており,信号レベルを電流値で直接表現することで「和」を「電流値の線形加算」で能動素子を用いずに結線のみで簡単に実現することに成功した.この回路構成の基本動作は,回路シミュレータHSPICEで確認すると共に,0.18umCMOSルールで実回路チップを試作し,その動作を実証した.この結果,同一消費電力の下で,従来までの非同期回路と比べて約1.5倍高速化することに成功した.以上の研究成果は,IEEE ISMVL(多値論理国際シンポジウム)等に採録されるなど高く評価されている.現有VLSIの同期制御方式に伴うクロック分配問題を解決する一手法として,クロック信号を用いない非同期式回路が知られているが,非同期制御方式のための配線数とハードウェア量が増大する問題が指摘されていた.これらの問題点を解決するため,本研究課題では,まず(1)データと非同期制御信号を2本の配線に重畳する多値2線符号化方法を考案した.従来までの2線符号化では「2値データとリクエスト(Req)信号を表現」するのみで,アクノリッジ(Ack)信号用にさらに一本の配線が必要であったが,提案方式では,2線上に,データ,Req信号,Ack信号の全てを重畳できる.また,データには2値データのみならず,原理的には任意の多値データの重畳が可能である.さらに,双方向同時データ転送に対しても本符号化方法で実現できることも示した.この結果,双方向から1ビットずつデータ転送する場合,同期式と同じ配線数で非同期データ転送ができることを明らかにした.(2)ハードウェア量増大に対する対処として,本研究では,電流モード多値回路技術の徹底活用によるコンパクト化を行った.上述した多値符号化では,非同期データの到来を「2線信号値の和で検出」するプロトコルを提案しており,信号レベルを電流値で直接表現することで「和」を「電流値の線形加算」で能動素子を用いずに結線のみで簡単に実現することに成功した.この回路構成の基本動作は,回路シミュレータHSPICEで確認すると共に,0.18umCMOSルールで実回路チップを試作し,その動作を実証した.この結果,同一消費電力の下で,従来までの非同期回路と比べて約1.5倍高速化することに成功した.以上の研究成果は,IEEE ISMVL(多値論理国際シンポジウム)等に採録されるなど高く評価されている.本研究プロジェクト初年度にあたる本年度はまず、従来までの非同期データ転送における問題点の抽出を行った。すなわち、有効信号と無効信号を交互に転送する.「2値2線4相方式」では有効データの送受信と無効データの送受信で計4回のモジュール間データ転送が必要となること、並びに奇数相および偶数相を交互に転送する「2値2線2相方式」でも、有効データを送受信するため、2回のモジュール間データ転送が必要であり、これらのデータ転送が非同期式制御の高速化の妨げになっていることを明らかにした。次いで、モジュール間データ転送オーバーヘッドを本質的に解消できる新しい高速非同期データ転送実現のための多値2線符号化方法を検討した。送信側および受信側の双方から同時に「要求」信号を出し合い、これらの信号を加算し、その加算結果を送信側および受信側の双方で観測すれば、1回の転送でモジュール間データ送受信が完了することとなる。この双方向非同期データ転送プロトコルを実現するために、加算結果が単調性を満たしている必要があることを見出すと共に、提案プロトコルのための多値符号化を考案した。さらに、加算をできるだけコンパクトなハードウェアで実現するため、本研究では、電流モード回路技術による多値回路構成を提案すると共に、その原理動作を電子回路解析シミュレータHSPICE上でシミュレーションし、所望の動作が行われていることを確認した。これらの研究成果は、多値論理研究で最も権威のあるISMVL(多値論理国際シンポジウム)にて、2003年採録と2004年採録決定されると共に、電子情報通信学会論文誌Cに掲載決定された。本年度は、昨年度までに考案した双方向同時に非同期データ転送が可能な「双方向同時多値2線1相方式」の回路構成を種々検討した。本方式では、単方向の非同期データを転送する「単方向多値2線1相方式」と比べ、モジュール間で双方向同時にデータ転送できるにもかかわらず、多値電流信号レベルが7値(単方向では6値必要)でよく、多値レベルを効率的に活用できる。この符号化レベルの高効率化は、回路実現上において高性能化に寄与する。

すなわち、双方向にデータを転送していながら、識別すべき多レベル電流信号は1値のみの増大で済むこととなるため、単方向多値2線1相方式を2個使用する場合と比較し、本方式が非同期データ転送サイクル全体として高速化が達成されることとなった。また、多レベル電流信号の識別をできるだけ高速に実行するために、比較回路にシュミットトリガ回路を活用する方法も検討した。すなわち、シュミットトリガ回路は自身の出力信号をフィードバックする構造を有していることに着目し、これを提案回路にも活用することで信号の立上り(立下り)を急峻にする方法を検討した。この結果、数10%程度の高性能化が達成できることを明らかにした。さらに、これらの回路技術の有効性を評価するため、HSPICEシミュレーションによる性能比較と共に、東京大学VDECセンターにより0.18ミクロンCMOS試作を行い、提案回路が所望の性能を実現できることを明らかにした。。これらの研究成果は、多値論理研究で最も権威のあるISMVL(多値論理国際シンポジウム)にて、2005年5月発表に採録決定された。最終年度となる本年度は,昨年度までに検討してきた非同期双方向同時(デュプレックス)データ転送のための多値回路について,さらに改良点について検討した.多値データ表現と多値電流モード回路を活用することで,非同期デュプレックス・データ転送を2線のみで実現できる.しかしながら,単方向データ転送の場合と比べ,「多値中間値」のダイナミックレンジが「7値」となる.このため,この多レベル電流値をできるだけ高速に検出する回路技術について検討した.具体的には,高感度のアンプ回路やフィードバック回路を組み合せ,高性能化できることを明らかにした.また,本研究で考案した「多値符号化に基づく高速非同期デュプレックス・データ転送技術」の有用性を示す典型例として,強力な誤り訂正符号能力を有するLDPC(Low-Density Parity-Check)デコーダの構成に活用することを検討した.LDPCデコーダでは,Variableノードとcheckノード間でデータをデュプレックス・データ転送が必要となる.各ノードでは簡単な論理演算が実行されるだけであり,かつ実用的応用ではノード数が数千ビット必要であるため,このデュプレックス・データ転送が処理のボトルネックとなることが問題となっている.そこで,本提案方式を活用し,その有効性について検討した.これらの成果は,多値論理研究に関する国際ジャーナル「Journal of Multiple-Valued Logic and Soft Computing」に採択されると共に,2005年多値論理国際シンポジウム「ISMVL」,最新VLSI技術として著名な国際会議「Symposium on VLSI Circuits」などに採択された.
フィリピン海領域下におけるマントルの非弾性構造およびレオロジー

地震学的に観測される減衰及び速度構造の不均質の成因は、地球科学における主要な問題の一つである。本研究では、観測された地震波の減衰異常と速度異常とを、非弾性及び弾性実験の結果から導かれた理論的関係によって評価することで、温度、含水量、化学組成の不均質、および部分融解の影響の分離を試みた。フィリピン海北部下における上部マントルでは、速度の異常域が存在する、すなわち不均質が存在することがわかっている。これと比較するために、まず本研究では、地震波減衰の3次元構造の決定を行った。次に、本研究により求められた3次元減衰構造とWidiyantoroet al.[1999]による3次元速度構造の関係を、室内実験による結果と比較して評価し、不均質の成因を明らかにした。その結果、深さ200kmまでの浅部の低速度異常は、減衰異常から、温度、含水量の影響を考慮して予測されるそれよりもはるかに大きいことが明らかになった。これは、現在、大量の部分融解が生じているのではなく、度重なる部分融解によって化学組成の不均質が強くなったことを示唆している。一方300-350kmの深さにおいては、温度の影響はほとんどなく、含水量の影響が卓越しているとの結果を得た。この深さでは、通常のマントルの10-50倍程度の水を含んでいると推定される。以上の結果は、長く続く沈み込みや活発な背弧拡大の歴史といったフィリピン海領域のテクトニクスと調和的である。フィリピン海北部下において、上部マントルの非弾性構造を求めた。対象領域は北緯30度から北緯35度、東経130度から140度の上部マントルである。まず、J-arrayおよび、F-net(旧FREESIA)によって記録された高品質の広帯域地震波形を収集した。この波形を用いて、Phase Pair法によりP波とS波の高周波減衰率の差をあらわすδt^*を求めた。次に、Qトモグラフィーに必要なプログラムのコーディングを行い、さきのδt^*をデータとして、Qトモグラフィーを実行し、100kmオーダーの詳細な3次元の非弾性構造を求めた。その結果、太平洋スラブ、フィリピン海スラブに対応していると考えられる2つの低減衰領域が存在することがわかった。その位置は、Widiyantoro et al.[1999]による速度構造の高速度領域と調和的であり、この低減衰領域のQ値はQp>1000である。また、この二つの低減衰領域の間に存在する高減衰領域が明らかになった。この高減衰領域は、四国海盆のかつての拡大軸直下に位置しており、Q値はQP=100程度である。また、widiyantoro et al.[1999]による速度構造の低速度領域の中心が深さ50-100kmの残部であるのに対し、この高減衰領域の中心は深さ250kmに存在することは興味深い。さらに、この様な大局的な構造は、対象領域内で、南北に続いていることが明らかになった。
一分子鎖折り畳みポリマー：精密ナノ空間の構築と革新機能の発現

本研究では、リビングラジカル重合により一次構造が精密制御された両親媒性機能性ポリマーを合成し、側鎖機能基の分子内相互作用(疎水性・フルオラス性、水素結合性)により溶液中で一分子鎖にて折り畳み、種々の一分子鎖折り畳みポリマーを創出した。さらに、その内部の精密ナノ空間を用いて機能を創出した。特にここでは、一分子鎖折り畳みポリマーの分子設計指針の確立、折り畳み構造の評価、折り畳み構造の固定化と機能化、精密空孔(分子インプリント法)や特殊空間(星型ポリマーの折り畳み)の構築、及び機能の創出(分子認識・触媒作用)を達成した。本研究では、リビングラジカル重合により一次構造制御した機能性直鎖ポリマーを合成し、本ポリマーを分子内で会合または組織化して「一分子鎖折り畳みポリマー」を構築する。平成25年度では、特に一分子鎖折り畳みポリマーの機能化と星型ポリマーを用いた一分子折り畳み構造の構築へと展開した。(1)疎水性・水素結合による一分子鎖折り畳み機能性ポリマールテニウム触媒により親水性ポリエチレングリコールメタクリレート(PEGMA)と疎水性・水素結合性ウレア基を持つメタクリレート(BPUMA)をリビングラジカル重合し、分子量と組成比を制御した両親媒性ランダムコポリマーを合成した(Mw/Mn = 1.2-1.4)。本ポリマーは、BPUMA組成比を40mol%以下に設定すると、水中にて疎水性水素結合により効率的に一分子鎖で折り畳まれ、疎水性相互作用のみ(昨年度開発)と比べ、さらにコンパクトな形態を形成した。また、水素結合によりハロゲン系溶媒中でもfolding構造をとり、種々の溶媒中で自在にfolding構造を形成する分子設計指針を確立できた。(2)一分子鎖インプリント折り畳みポリマー:イオン性色素の認識4級アンモニウム塩を色素認識部位として有する両親媒性ポリマーを合成した。本ポリマーにアニオン性色素を認識させ、水中にて一分子内で架橋後、色素を除去し、色素構造とサイズ、対応する認識基の位置を固定化・記憶したインプリントポリマーを合成した。本ポリマーは、対応する色素を効率的に認識・捕捉した。(3)両親媒性星型ポリマーの折り畳みを利用したナノカプセルの構築多官能性開始剤をもちいて枝数が精密に制御された両親媒性星型ポリマーを合成した。本ポリマーは、昨年度の両親媒性直鎖ポリマーと同様、水中で一分子にて折り畳み構造(分子内会合)を形成し、疎水性ナノ空間を有する新たなナノカプセルの創出に成功した。本研究では、リビングラジカル重合により一次構造制御した機能性直鎖ポリマーを、外部環境(溶媒・温度)を制御してポリマー側鎖機能基を分子内会合または組織化し、ポリマー一分子鎖の折り畳み(Folding)構造をもつ「一分子鎖折り畳みポリマー」を構築する。さらに、分子内Folding構造と運動性を詳細に解析し、一分子鎖Foldingによる内部ナノ空間を用いた革新的機能の創出を目指す。上記目的のもと、平成24年度は、以下の一分子鎖折り畳みポリマーを合成、評価するとともに、機能創出へと展開した。(1)疎水性相互作用による一分子鎖折り畳みポリマーの構築ルテニウム触媒により親水性ポリエチレングリコール鎖を持つメタクリレート(PEGMA)と疎水性アルキル鎖を持つメタクリレートをリビングラジカル重合し、分子量や共重合組成比を制御した両親媒性ランダムコポリマーを合成した(Mw/Mn = 1.2-1.4)。多角度光散乱と動的光散乱より、PEGMAとドデシルメタクリレートDMAからなるコポリマーの場合、疎水性DMA組成比を40%以下に設定する([PEGMA]/[DMA] = 200/0-120/80)と、水中にて一分子鎖で折り畳まれ、コンパクトな形態を取ることが明らかとなった。また、1H NMRやUV-vis測定により、本コポリマーは、水中にて運動性の小さいナノ疎水場を形成していることがわかった。さらに、その疎水場を利用して、水中に疎水性色素を可溶化させることにも成功した。(2)一分子鎖折り畳みポリマーの分子内架橋による一分子鎖星型ポリマーへの展開疎水性オレフィン側鎖をもつ両親媒性コポリマーを水に溶解し、一分子鎖折り畳み構造を形成した後に、フリー(又はリビング)ラジカル重合すると、その疎水性空間を高選択的に分子内架橋でき、一分子鎖星型ポリマーを構築できることに見出した。平成24年度は、リビングラジカル重合により分子量や組成比などを精密に制御した両親媒性コポリマーを合成し、さらに光散乱など各種手法を多角的に用いて、水中での折り畳み構造を精密に評価解析することに成功した。このように、当初平成24年度に計画していた一分子鎖折り畳みポリマーの合成・設計指針を確立することに成功している。また、本コポリマーは、疎水性色素を水中にて効果的に可溶化・認識することが明らかになり、当初は平成25年度に詳細な検討を予定した機能の創出をすでに実現しつつある。

さらに、一分子鎖折り畳みポリマーを水中にて架橋すると、高選択的な分子内架橋が進行し、一分子鎖星型ポリマーを創出することにも成功した。これは、申請者が予想していなかった発見であり、今後新たな展開が大いに期待される。以上の理由から、当該研究は当初の計画以上に親展していると判断される。上述の平成24年度の結果に基づき、平成25年度は、一分子鎖折り畳みポリマーの機能化、一分子折り畳みを利用した特殊構造高分子の創成、及びこれらのポリマーを利用した特異な機能の創出に焦点をあてる。具体的には以下を検討予定である。(1)機能性一分子鎖折り畳みポリマーの構築リビングラジカル重合により水素結合性ウレア基などの機能性基を有する機能性両親媒性ランダムコポリマーを合成し、水中での折り畳み構造を多角的に評価する。さらに、その機能基を利用した分子認識や触媒反応を検討する。例えば、モノマーと相互作用する機能基(ウレアなど)を側鎖に持つ両親媒性ランダムコポリマーを用い、水中での精密重合を検討する。特に、従来精密重合が困難であったモノマーに適応し、分子量や立体、連鎖などの制御を目指す。(2)精密側鎖重合による一分子鎖星型ポリマー・ラダーポリマーの構築リビングラジカル重合を用いて、疎水性オレフィン(スチレン、ビニルエーテルなど)側鎖を有する両親媒性コポリマーを設計する。さらに、この疎水性側鎖を交互共重合し、モノマー連鎖が精密制御された核や側鎖を有する一分子鎖星型ポリマーやラダーポリマーを合成する。本手法では、両親媒性コポリマーの側鎖に導入するオレフィン量により、星型ポリマーからラダーポリマーまで、そのポリマー構造を自由に設計できる点が独創的である。また、簡便に精密連鎖制御ユニットを組み込めるため、その連鎖配列を利用した特異な機能創出も検討する。(3)多分岐両親媒性コポリマーの折り畳みを利用したナノカプセルの構築多官能性開始剤をもちいて両親媒性コポリマーを合成し、これを水中で一分子にて折り畳み、疎水性球状内部空間を有するナノカプセルを創出する。本カプセルは、高い分子捕捉容量と極めて低い粘性が予想され、新たな分子捕捉材料として興味深い。平成25年度は、上記研究計画を推進するため、平成24年度と同様に合成実験を行う必要がある。また、本研究を遂行して得られた成果は、国内外の学会にて発表する予定である。従って、平成25年度も、昨年と同様に研究費を、各種化合物の購入のための物品費と学会発表などの旅費として使用する。
美の経験の意味と論理あるいは記述と還元

本年度も研究成果の刊行を目途にしつつ研究発表,討論を重ねてきた。発表は何れも美の経験や藝術的なるものの体験の成立をめぐるものである。長野順子はカントの『判断力批判』における「崇高」の体系的位置づけを試みつつその契機の両義性を析出しようとした。渡辺裕は藝術体験について何がどのように論じられるべきかという観点から、最近の論争を取上げて新しい視点の提示を試みた。村山康男はビアズリ-とグッドマンを対比させ、はたして美的体験はそれ自体で充足しているものか或いはグッドマンのようにあくまでもシンボルとしての藝術作品という観点から言わば外なるものとの関係に立つものかという論点の下に両者における美的体験や藝術体験についての固定観念の危険性を指摘している。この報告はその意味で本研究のテ-マと最も原理的に関わったものである。一色裕は文献学的なプラトン研究の立場から、そもそも価値の生ずる場としての心のトポスの特異性を論じたが、この問題は形を変えてハイデガ-における存在者の存在論的位置づけにも関連してくるヘラクレイトスに始まる古くて新しい問題である。山穴晶子の論じたのは、ジャンルを異にするものの間に成立すると思えるアナロジ-の問題であり、この問題を深く掘り下げることによって美的体験のある種の還元が果されるかも知れないとの可能性を示唆した。また大石昌史は文藝作品の呈示する可能的世界への純粋志向性をインガルデンに即して論じ、作品の自己同一性と解釈における像の多様性との間の論理的緊張を明らかにし、ハイデガ-の存在論的文脈との関わりを探った。総じて,作品の同一性,経験の純粋性、解釈の多様性と普遍性,経験の場としての〈心〉の問題など,統一主題をめぐる基本的な問題が一層深化させられた。残された問題は少くないが,同と異の弁証法的運動を引受けつつより広いパ-スペクティヴを実現してゆかなくてはならない。本年度は、さしあたり個々の研究者が自己の当該課題についての研究経過を再吟味し、試論を公共の場に討論の資料として提供することを目的としていた。参加者以外の講師を招いて研究領域の拡大を企てることも当該年度のひとつの課題であったが、これは日程上の問題が大きく関与して実現しなかった。しかし、定例研究会の方は、広島大学の金田晋氏の現象学的思惟における価値問題の析出についての意欲的な研究を皮切りとして、東京大学の藤田のニーチェとプラトンを両極にすえた思惟の場におけるパトスとロブスの緊張についての研究、聖心女子大学の細井雄介氏によるリップスの心理学的な感情移入の美学的な再検討と着実に意欲的に開催され、既に活発な議論を喚起している。今後も東京大学の坂部恵氏、日本女子大学の増渕宗一氏、東京大学の佐々木健一氏などの研究発表が予定されている。資料の収集や調査に関しては各々の研究者によって順調になされているとの報告があり、中心となっている東京大学の美学研究室においても順調に研究資料が整備されつつある。次年度においてもかかる研究活動がより精力的により厳密に遂行されてゆく筈である。無論、我々の研究において最も大切なことは、言わば〈Sache〉としての《美》の問題を如何に確かなこととして把捉するかということであり、そのためのアプローチの方法を従来にも増して厳密に考えてゆくことであった。還元をあえて研究題目に揚げたのは、何によりも我々と事との間の慣習的関係を根本的に洗い直す必要を痛切に感じたからに他ならない。この点については、まだ遺憾ながら充分な省がなされているとは言難い。多様なアプローチが示唆されながら問題がそれとして仕上げられているとは言えない。我々は必ずしもひとつの理念や方法を指定しようとは思わないが、何らかの方向性を足出すべく努力している。当初の研究代表者であった藤田の海外出張のため、代表者は交代したが、研究方針はそのまま踏襲し、各研究分担者の研究報告を柱とする研究会を重ねてきた。振部はカントの行った美的判断の分析に注目し、そこに生成文法の考えを適用し、カントの令題の根底にある「深層構造」を抽出することを試みた。増渕はヴェルフリンやマルンハイムを手掛りとして、造形芸術作品の要素が生み出す心理的効果について考察した。また増成は、言語的な概念表現に対する視覚的表現の特徴を明らかにすることに努め、その長所を強調した。佐々木は1988年の国際美学会議でつアメリカのS,フィツシャ-の研究発表を糸口として、美的経験という主題そのものに対して提起されている疑念を紹介し、反省を提起した。戸澤は現代フランスの哲学者E・レヴィナスの思想全体を概観しつつ、特に音楽の体験を念頭に置きつつ、その時間論を考察した。西村は美的真もしくは藝術的真の概念の批判を展開した、すなわち、これらの概念は美的経験を他の現実経験と同じ性質のものとするとし、その批判を通して西村は美的経験の独自性を強調した、松尾はハウムかルテンの美学の中心概念である「理性類似者」をとり上げ、原典の検討に基づいて従来の解釈を一々批判し、その思想の真相に迫った。このあと。3月には久保の研究報告が予定されている。いまだ、総括する段階ではないが美的経験の実態

正分析する偏差から始まって、新しい角度や方法でこの主題を捉えようとするもの、更には美的経験の問題そのものを反省するものまで、我々の研究は多面的多居的に美的経験の問題を捉えている。本年度も研究成果の刊行を目途にしつつ研究発表,討論を重ねてきた。発表は何れも美の経験や藝術的なるものの体験の成立をめぐるものである。長野順子はカントの『判断力批判』における「崇高」の体系的位置づけを試みつつその契機の両義性を析出しようとした。渡辺裕は藝術体験について何がどのように論じられるべきかという観点から、最近の論争を取上げて新しい視点の提示を試みた。村山康男はビアズリ-とグッドマンを対比させ、はたして美的体験はそれ自体で充足しているものか或いはグッドマンのようにあくまでもシンボルとしての藝術作品という観点から言わば外なるものとの関係に立つものかという論点の下に両者における美的体験や藝術体験についての固定観念の危険性を指摘している。この報告はその意味で本研究のテ-マと最も原理的に関わったものである。一色裕は文献学的なプラトン研究の立場から、そもそも価値の生ずる場としての心のトポスの特異性を論じたが、この問題は形を変えてハイデガ-における存在者の存在論的位置づけにも関連してくるヘラクレイトスに始まる古くて新しい問題である。山穴晶子の論じたのは、ジャンルを異にするものの間に成立すると思えるアナロジ-の問題であり、この問題を深く掘り下げることによって美的体験のある種の還元が果されるかも知れないとの可能性を示唆した。また大石昌史は文藝作品の呈示する可能的世界への純粋志向性をインガルデンに即して論じ、作品の自己同一性と解釈における像の多様性との間の論理的緊張を明らかにし、ハイデガ-の存在論的文脈との関わりを探った。総じて,作品の同一性,経験の純粋性、解釈の多様性と普遍性,経験の場としての〈心〉の問題など,統一主題をめぐる基本的な問題が一層深化させられた。残された問題は少くないが,同と異の弁証法的運動を引受けつつより広いパ-スペクティヴを実現してゆかなくてはならない。
アークイオンプレーティング法により作製したセラミック薄膜の機械特性および化学特性

近年,金属材料等の表面に数ミクロンのセラミックス系硬質膜を被覆する表面処理技術が切削工具,摺動部材,精密金型をはじめとする工業分野で注目されている.カソディックアークイオンプレーティング法は物理蒸着法の1つであり,固体のアーク放電および高電圧のバイアスを印加するため,作製した膜には準安定な結晶構造が出現し,また優れた物理的特性を有することが知られている.これらの薄膜は,通常立方晶形のものが製品として使用されているが,立方晶から六方晶に相転移する領域で,特に高硬度を示すとの報告がある.しかしながら,電子顕微鏡やX線回折を用いた詳細な研究は報告例がなく,統一的に理解されていないのが現状である.そこで本研究では,金属原子を2種類以上含んだ多元系窒化物薄膜を作製し,X線回折法や高分解能透過型電子顕微鏡を用い,第2金属元素量および相変態に対する物性変化と微構造との関係を系統的に明らかにすることを目的とした.Ti_<1-X>Al_XNにCrを添加することでAl固溶限界の拡張を試みた.さらに作製した薄膜の熱処理による高温安定性およびアルミニウム原子の熱拡散が結晶構造に与える影響について調べた.立方晶Ti_XCr_YAl_ZNのAl固溶限界は73at.%まで増加し,立方晶から六方晶への相変態に対応し,微小硬度が29GPaから27GPaまで減少することがわかった.そして900°Cに加熱すると,アルミニウム原子の熱拡散により立方晶から六方晶への結晶構造変化が生じ,1000°Cでは,格子定数が増加した.既存の薄膜を凌駕する材料開発を目的として,ボロン(B)元素添加による新たな硬質薄膜を作製した.具体的にはCr_<1-X>Al_XNをベースにB元素を添加し,微小硬度,微構造,耐酸化性を評価した.その結果,B元素を10at.%添加することによりCr_XAl_YB_ZNの硬度は27GPaから33GPaまで増加した.さらにB含有量の増加に伴い,格子定数は0.411nmから0.409nmまで減少した.セラミック薄膜は切削工具,摺動部材の保護膜として耐熱性・耐食性・耐摩耗性の機能が求められる.実際に薄膜は様々な使用条件において用いられる.1970年台後半から2元系薄膜であるTiNが用いられるようになり、1986年からAl元素を添加したTiAlN薄膜が産業界に多大な貢献を果たした。本研究では新材料創製を目的としアークイオンプレーティング法によりCrAlN、ZrAlN、を作製した。分析手法としてX線回折法・透過型電子顕微鏡、マイクロビッカース硬さ試験機を用いた。得られた概要を以下に示す。CrAlN薄膜はAl含有量が60at%において最大硬度をとり27GPaを示し、その後軟化傾向を示した。これは異種元素の添加により材料硬度が上昇したためである。X線回折法の結果においても回折角度の高角度遷移からAl元素が固溶したことが確認できた。この高角度遷移は格子定数の0.416nmから0.413nmへの減少を示していた。さらにAl70at%以上ではウルツ鉱型の結晶構造を薄膜は示した。また電子顕微鏡の観察結果から薄膜は約100から200nmの粒子からなり相転移とナノ構造の相関は確認できなかった。ZrAlN薄膜はAl含有量が40at%において最大硬度をとり29GPaを示した。X線回折法からAlの固溶限界は40at%であることが確認できた。格子定数は0.458nmから0.444nmへの減少した。透過型電子顕微鏡の観察結果から薄膜はAl含有料量20at%において約100から200nmの粒子からなり、Al含有量60at%から70at%において格子像とともにアモルファス像を確認できた。相転移に伴うナノ構造変化を実証した。近年,金属材料等の表面に数ミクロンのセラミックス系硬質膜を被覆する表面処理技術が切削工具,摺動部材,精密金型をはじめとする工業分野で注目されている.カソディックアークイオンプレーティング法は物理蒸着法の1つであり,固体のアーク放電および高電圧のバイアスを印加するため,作製した膜には準安定な結晶構造が出現し,また優れた物理的特性を有することが知られている.これらの薄膜は,通常立方晶形のものが製品として使用されているが,立方晶から六方晶に相転移する領域で,特に高硬度を示すとの報告がある.しかしながら,電子顕微鏡やX線回折を用いた詳細な研究は報告例がなく,統一的に理解されていないのが現状である.そこで本研究では,金属原子を2種類以上含んだ多元系窒化物薄膜を作製し,X線回折法や高分解能透過型電子顕微鏡を用い,第2金属元素量および相変態に対する物性変化と微構造との関係を系統的に明らかにすることを目的とした.Ti_<1-X>Al_XNにCrを添加することでAl固溶限界の拡張を試みた.さらに作製した薄膜の熱処理による高温安定性およびアルミニウム原子の熱拡散が結晶構造に与える影響について調べた.

立方晶Ti_XCr_YAl_ZNのAl固溶限界は73at.%まで増加し,立方晶から六方晶への相変態に対応し,微小硬度が29GPaから27GPaまで減少することがわかった.そして900°Cに加熱すると,アルミニウム原子の熱拡散により立方晶から六方晶への結晶構造変化が生じ,1000°Cでは,格子定数が増加した.既存の薄膜を凌駕する材料開発を目的として,ボロン(B)元素添加による新たな硬質薄膜を作製した.具体的にはCr_<1-X>Al_XNをベースにB元素を添加し,微小硬度,微構造,耐酸化性を評価した.その結果,B元素を10at.%添加することによりCr_XAl_YB_ZNの硬度は27GPaから33GPaまで増加した.さらにB含有量の増加に伴い,格子定数は0.411nmから0.409nmまで減少した.
創面でのデュロタキシス依存性細胞移動がケロイド発症に及ぼす影響

ケロイドは難治性の皮膚肉芽腫であり、過剰な細胞外マトリックスの蓄積や、線維芽細胞の増殖により特徴付けられる異常な創傷治癒の形態である。また、創傷部位を越えて浸潤・進展することにより、腫瘍性の増殖としても捉えられている。創傷治癒過程におけるサイトカイン等の関与については多くの議論がなされているが、ケロイド発症の病因は不明のままであり、このような過剰増殖性瘢痕の治療・予防法の確立は、形成外科領域において緊急かつ重要な課題である。病因を解明する一つのヒントとして、創傷治癒過程における細胞の異常増殖、浸潤及び進展が起こるという点が上げられる。また、それに伴う細胞外基質の不整な蓄積が見出されている。ケロイドはメカニカルストレスを受けやすい前胸部や関節部などの部位に好発することが示唆されている。我々は伸展培養装置NC-500を使用し、コラーゲンコートシリコン膜上で創傷治癒モデルを用いたケロイド線維芽細胞の創面の埋まり方を観察したところ、伸展方向と創面の方向が垂直な場合と水平な場合で差異がみられた。デュロタキシスは細胞の接着、移動と関与するため、我々が以前より着目していたテトラスパニンウェブ関連分子の創面における細胞接着、移動への関与を調べたところ、テトラスパニンウェブ関連分子のCD151、EWI-FのSiRNAノックダウンにて、細胞接着能の低下がみられた。ケロイド由来繊維芽細胞、正常皮膚繊維芽細胞に比べて、表皮角化細胞への影響が大きく、以上の結果より、テトラスパニン関連分子がケロイド繊維芽細胞に与える影響は非常に少ないが、表皮細胞においては細胞接着能に影響を与えていることが考えられ、皮膚創傷治癒に大きく関連した分子である可能性が示唆された。ケロイドは難治性の皮膚肉芽腫であり,過剰な細胞外マトリックスの蓄積や,線維芽細胞の増殖により特徴付けられる異常な創傷治癒の形態である。また,創傷部位を越えて浸潤、進展することにより,腫瘍性の増殖としても捉えられている。ケロイド発症メカニズムとしては遺伝的因子,サイトカインの分泌および感受性制御,細胞外マトリックス構築の制御等様々な問題が予想されているが未だ明確なメカニズムは示されていない。病因を解明する一つのヒントとして,創傷治癒過程における細胞の異常増殖,浸潤及び進展が起こるという点が上げられる。また,それに伴う細胞外基質の不整な蓄積が見出されている。この結果,ケロイドは柔軟性に乏しい固い組織となり,正常組織に浸潤することで機能的また形態的な問題を惹起している。さらに重要な別の特徴としてケロイドはメカニカルストレスを受けやすい前胸部や関節部などの部位に好発することが指摘されている。我々はこの点に着目し伸展培養装置NC-500を使用し,コラーゲンコートシリコン膜上でのケロイド線維芽細胞のメカニカルストレス感受性とそのシグナル伝達経路について解析してきた。皮膚由来線維芽細胞は伸展解説に対して垂直に配列した。一解創傷治癒モデルにおいて,伸展ベクトルに対して平行にスクラッチすると細胞の這い出しを認め,欠損部は24時間後には修復されたが,伸展ベクトルに垂直方向にスクラッチすると細胞の這い出しが少なかった。また,ウェスタンブロット法解析の結果,伸展負荷によりERKの発現量が増加することが明らかになった。さらにMEK分子の発現量が伸展方向に対するスクラッチの方向(水平と垂直)で差があることが明らかになった。ケロイドは難治性の皮膚肉芽種であり、過剰な細胞外マトリックスの蓄積や、線維芽細胞の増殖により特徴付けられる異常な創傷治癒の形態である。

ケロイド発症のメカニズムとしては遺伝的因子、サイトカインの分泌および感受性制御、細胞外マトリックス構築の制御等様々な問題が予想されているが、未だ明確なメカニズムは示されていない。病因を解明する一つのヒントとして、創傷治癒過程における細胞の異常増殖、浸潤及び進展が起こるという点が上げられる。また、それに伴う細胞外基質の不整な蓄積が見出されている。この結果、ケロイドは柔軟性に乏しい固い組織となり、正常組織に浸潤することで機能的または形態的な問題を惹起している。さらに重要な別の特徴としてケロイドはメカニカルストレスを受けやすい前胸部や関節部などの部位に好発することが指摘されている。我々はこの点に着目し伸展培養装置NC-500を使用し、コラーゲンシリコンシート膜上でのケロイド線維芽細胞のメカニカルストレス感受性とそのシグナル伝達経路について解析してきた。皮膚由来線維芽細胞は伸展方向に対して垂直に配列した。一方創傷治癒モデルにおいて、伸展ベクトルに対して平行にスクラッチすると細胞の這い出しを認め、欠損部は24時間後に修復されたが、伸展ベクトルに垂直方向にスクラッチすると細胞の這い出しが少なかった。また、ウエスタンブロット法解析の結果、伸展負荷によりERK及びFGF2の発現量が増加することが明らかになった。さらにMEK分子の発現量が伸展方向に対するスクラッチの方向(水平と垂直)で差があることが明らかになった。また、創傷治癒とテトラスパニンウェッブ関連タンパク質の関係に着目し、表皮角化細胞において、SiRNAを用いたEWF-1,CD9,CD81遺伝子のノックダウン実験にて細胞の形態変化が明らかとなった。ケロイドは難治性の皮膚肉芽腫であり、過剰な細胞外マトリックスの蓄積や、繊維芽細胞の増殖により特徴付けられる異常な創傷治癒の形態である。また、創傷部位を超えて浸潤・進展することにより、腫瘍性の増殖としても捉えられる。ケロイド発症のメカニズムとしては遺伝子的因子、サイトカインの分泌および感受性制御、細胞外マトリックス構築の制御等様々な問題が予想されているが、未だ明確なメカニズムは示されていない。病因を解明する一つの手がかりとして、創傷治癒課程における細胞の異常増殖、浸潤および進展が起こり、それに伴い細胞外基質が不整に蓄積することが挙げられる。2000年にChun-Min Loらが報告したデュロタキシスという現象があるが、これは細胞が足場の強度を認識し、より安定性の高い足場へと移動するというものである。ケロイドはコラーゲンなどの蓄積により形成された固く安定した組織であり、従ってケロイド組織自体が足場を提供している可能性があり、デュロタキシスがケロイドの重要な特徴である浸潤・進展に関与する可能性が予想され、また足場認識と細胞移動には細胞接着分子が重要な働きをしていると考えられ、その細胞接着を制御する因子として、テトラスパニンウェッブ関連のタンパク質に着目し、ケロイド繊維芽細胞が足場の強度変化に対する影響を調べた。しかしながら、足場強度の異なるシャーレを用いて、ケロイド繊維芽細胞の増殖、細胞形態、スクラッチ創への細胞移動を観察したが明らかな差は認めず、各種テトラスパニン関連タンパクのSiRNAノックダウン実験を行ったが、ケロイド繊維芽細胞では変化が認められなかった。
ヒト側頭骨における鼓室・乳突蜂巣の発育に関する病理組織学的,免疫組織化学的研究

(目的)ヒト側頭骨内の骨芽細胞や破骨細胞の詳細な分布に関する病理組織学的な研究を行った.両細胞の鼓室および乳突蜂巣での分布を成長時期別および部位別に詳細に観察し評価した.また側頭骨標本作成において,形態学的な変化が最小と言われるセロイジン包埋標本に対して免疫組織科学的手法の可能性に対して評価を行った.(対象)福島県立医科大学医学部耳鼻咽喉科学講座で保有するヒト側頭骨標本のうち,胎生30週から29才までの63耳.(方法)出生前を胎児群,15才未満を小児群,15才以上を成人群と分類し,側頭骨の各部位の中耳腔側と骨髄側でそれぞれ骨芽細胞と破骨細胞の出現頻度について観察した.免疫組織化学実験としてセロイジン包埋された側頭骨標本に対してMethanol,トリプシン,ペプシン,マイクロ波照射等の抗原腐賦活化処理を行い,白血球分化抗原のうちマクロファージ抗原であるCD68の他,予備実験としてPCNA, p53等の抗体を用いて免疫染色を試みた.(結果)(1)成長時期別にみると,両細胞の出現頻度は胎児群と小児群が成人群に比べ有意に高かった.(2)観察部位別にみると乳突蜂巣が他の部位に比べ両細胞の出現頻度が高い傾向を示した。また中耳腔側では破骨細胞が,骨髄側では骨芽細胞が優位に出現した.(3)HE染色で観察された破骨細胞はCD68によく染色された.(4)別途作成したヒト乳ガンセロイジン標本ではPCNAはある程度の染色性を保ったが,その他の抗体はあらゆる賦活処理を施したが,抗原性は消失すると考えられた.(結論)成長時期別にみると15歳以降の標本では両細胞はほとんど観察されず,形態の維持の時期に移行していると考えられた.また部位別にみると特に乳突蜂巣では活発な骨形成や骨吸収が繰り返されている可能性が示唆され,主に中耳腔側では骨吸収が、骨髄腔側では骨形成が繰り返され中耳腔が拡大する様式が推測された.白血球分化抗原のうちCD68はセロイジン標本での免疫染色に適すると考えられた.ヒトの鼓室や乳突蜂巣の発育について基礎的に明らかにすることを目的に研究を行っている.当教室所有の側頭骨標本1200余耳を用いて,骨代謝に関与する骨芽細胞や破骨細胞の定量的な観察を側頭骨の部位毎に行った.研究の第一段階として,中耳炎,奇形および放射線照射例や化学療法例を除外した,「外因のないと考えられる」症例についての観察を終了した.胎生30週から29才までの側頭骨標本63耳を胎児群(出生前),小児群(15才未満),成人群(15才以上)とに分類し,乳突蜂巣,上鼓室の外側,蝸牛骨胞,耳管,耳管周囲蜂巣および乳突洞口の各部位の中耳腔側と骨髄側で,それぞれ骨芽細胞と破骨細胞の出現頻度について光学顕微鏡下に観察した.各部位における骨芽細胞と破骨細胞の出現頻度を4段階に分けて評価した.結果:(1)成長時期別の検討では,胎児群と小児群で骨芽細胞や破骨細胞は多数出現しており,その出現頻度は成人群に比べ有意に高かった.また一部の観察部位では胎生群に比べ小児群で有意に各細胞の出現頻度が高かった.(2)観察部位別の検討では,乳突蜂巣などでは他の部位に比べ両細胞の出現頻度が高い傾向を示した.(3)中耳腔側では破骨細胞が多く出現し,骨髄側では骨芽細胞が優位に出現した.考察:成長時期別にみると成人群では骨芽細胞と破骨細胞はほとんど観察されないことから,側頭骨の活発な代謝は15歳までに終了すると考えられた.次に部位別の検討では骨芽細胞と破骨細胞の出現する頻度に違いがあり,特に乳突蜂巣の各部位,蝸牛骨胞上部および耳管周囲蜂巣では他の部位に比べ両細胞の出現頻度が高い傾向を示し,これらの部位ではより活発に骨の形成や吸収が繰り返されていると推察された.また蝸牛骨胞の中鼓室部・下鼓室部と乳突蜂巣の上鼓室部後方と中鼓室部では,胎児群に比べ小児群で有意に骨芽細胞の出現頻度が高く,出生後に骨代謝が活発化している可能性が示唆された.(目的)ヒトの鼓室および乳突蜂巣の発育には成長段階や個体差があり,これまでヒト側頭骨の発生や,鼓室および乳突蜂巣の発育の方向については研究がなされてきた.しかし側頭骨内の骨芽細胞や破骨細胞の詳細な分布に関する病理組織学的な研究の報告は見られない.本研究の目的は正常な鼓室および乳突蜂巣の成長過程を知ることにあり,両細胞の分布を成長時期別および部位別に詳細に観察し評価した.(対象)福島県立医科大学医学部耳鼻咽喉科学講座で保有するヒト側頭骨標本のうち,胎生30週から29才までの63耳(方法)出生前を胎児群,15才未満を小児群,15才以上を成人群と分類し,側頭骨の各部位の中耳腔側と骨髄側でそれぞれ骨芽細胞と破骨細胞の出現頻度について観察した.(結果)(1)成長時期別にみると,両細胞の出現頻度は胎児群と小児群が成人群に比べ有意に高かった.(2)観察部位別にみると乳突蜂巣が他の部位に比べ両細胞の出現頻度が高い傾向を示した。

また中耳腔側では破骨細胞が,骨髄側では骨芽細胞が優位に出現した.(結論)成長時期別にみると15歳以降の標本では両細胞はほとんど観察されず,形態の維持の時期に移行していると考えられた.また部位別にみると特に乳突蜂巣では活発な骨形成や骨吸収が繰り返されている可能性が示唆され,主に中耳腔側では骨吸収が、骨髄腔側では骨形成が繰り返され中耳腔が拡大する様式が推測された.(目的)ヒト側頭骨内の骨芽細胞や破骨細胞の詳細な分布に関する病理組織学的な研究を行った.両細胞の鼓室および乳突蜂巣での分布を成長時期別および部位別に詳細に観察し評価した.また側頭骨標本作成において,形態学的な変化が最小と言われるセロイジン包埋標本に対して免疫組織科学的手法の可能性に対して評価を行った.(対象)福島県立医科大学医学部耳鼻咽喉科学講座で保有するヒト側頭骨標本のうち,胎生30週から29才までの63耳.(方法)出生前を胎児群,15才未満を小児群,15才以上を成人群と分類し,側頭骨の各部位の中耳腔側と骨髄側でそれぞれ骨芽細胞と破骨細胞の出現頻度について観察した.免疫組織化学実験としてセロイジン包埋された側頭骨標本に対してMethanol,トリプシン,ペプシン,マイクロ波照射等の抗原腐賦活化処理を行い,白血球分化抗原のうちマクロファージ抗原であるCD68の他,予備実験としてPCNA, p53等の抗体を用いて免疫染色を試みた.(結果)(1)成長時期別にみると,両細胞の出現頻度は胎児群と小児群が成人群に比べ有意に高かった.(2)観察部位別にみると乳突蜂巣が他の部位に比べ両細胞の出現頻度が高い傾向を示した。また中耳腔側では破骨細胞が,骨髄側では骨芽細胞が優位に出現した.(3)HE染色で観察された破骨細胞はCD68によく染色された.(4)別途作成したヒト乳ガンセロイジン標本ではPCNAはある程度の染色性を保ったが,その他の抗体はあらゆる賦活処理を施したが,抗原性は消失すると考えられた.(結論)成長時期別にみると15歳以降の標本では両細胞はほとんど観察されず,形態の維持の時期に移行していると考えられた.また部位別にみると特に乳突蜂巣では活発な骨形成や骨吸収が繰り返されている可能性が示唆され,主に中耳腔側では骨吸収が、骨髄腔側では骨形成が繰り返され中耳腔が拡大する様式が推測された.白血球分化抗原のうちCD68はセロイジン標本での免疫染色に適すると考えられた.
フォトクロミックベンゾフラン誘導体の光反応性の向上

ジアリールエテン誘導体は紫外光・可視光照射によって可逆に異性化するフォトクロミック化合物として知られている。ジアリールエテンの光化学的物性は、2箇所の芳香環の種類と2箇所のアルキル置換基の種類によって決まる。前年度の研究で、対称型直鎖アルキルベンゾフラン部位を有するジアリールエテン誘導体は、紫外光照射による光閉環反応性が向上した。また、アンチパラレル構造を有するジアリールエテンの割合が向上することが明らかになった。本研究では、非対称型直鎖アルキル置換基を有するジアリールエテン誘導体を合成し、フォトクロミック反応に基づく光閉環反応性について検討を行った。非対称直鎖アルキル置換基を導入した結果、対称型直鎖アルキル置換基を導入した場合と比べて光閉環反応量子収率は大きく減少した。^1H NMRの測定の結果、アンチパラレル構造の割合が減少し、光閉環反応に寄与しない開環体ジアリールエテンのパラレル構造の割合の増大が確認された。比較のために行った非対称アリール誘導体で同種の直鎖置換基を導入した場合、光閉環反応性の減少は認められなかった。研究の結果、ベンゾフラン誘導体においては、直鎖アルキル置換基とベンゾフラン環の問に相互作用があり、アルキル置換基が対称な場合は、開環体のアンチパラレル構造の割合が増大するが当非対称なアルキル置換基の場合は、逆にパラレル構造を増す寄与があることが明らかになった。
自律移動ロボット群によって構築する無線通信網を介したネットワークベース制御

自律的に移動する複数の移動ロボットによって無線通信を中継することで、無線ネットワーク網を構築し、探索ロボットの活動範囲を拡張すると共に、探索ロボットの移動に追従して動的に配置を最適化するための制御系の開発を目的に研究を行った。このなかで、中継を行う各ロボットの最適な配置位置に制御するため、電波強度とロボットの位置関係を考慮した手法を考案した。また、中継時に発生する遅延を含むシステムの性能を向上するため、性能劣化の要因となる保守性を軽減した制御法を考案した。本研究において製作した複数の移動ロボットを使用し、電波が阻害される屋内環境において検証実験を行い提案手法の有効性を確認した。本研究では、複数の移動ロボットが無線通信を中継する配置に自律的に移動することによって無線ネットワーク網を構築し、探索ロボットの活動範囲を拡張すると共に、探索ロボットの移動に追従して動的に配置を最適化するための制御系を開発することを目的としている。当年度においては、下記のように中継を行う各ロボットの最適な配置位置を算出するための手法の開発や、遅延を含む制御系の設計における保守性を緩和する理論の構築を行った。1.最適中継位置を算出する指標として、受信電波強度を導入した。同強度は、中継ロボット間の通信速度に強い相関があるうえ、取得時間が短いため、通信速度を測定する間にロボットが移動することによる測定誤差の問題が解消する。一方、受信電界強度は極めて変動しやすいため、ロボット間距離を積分変数とする低域通過フィルタを適用し、強度値の変動によってロボットが必要以上に振動的な動作をすることを抑制した。2.中継時に発生する遅延を含む制御系(遅れ時間系)の性能を向上するため、従来のリャプノフ・クラソフスキー関数に替えて、完全二次型の関数を導入し、性能劣化の要因となる保守性を軽減した。また、同関数の微分によって安定性を確保する数値解を算出する際に、安定条件を与える行列の算出過程を改良することで実装可能な解を導き出すことに成功した。3.上記理論面での検討を踏まえ、コンピュータ上での数値シミュレーションを十分に行い、提案手法の有効性を確認した。その後、昨年度までに製作した複数の移動ロボットを使用し、壁などによって電波の伝搬が阻害される屋内環境において検証実験を行った。また、翌年度の総合実験の準備段階として、探索ロボットを人型ロボットとした基礎実験を併せて行った。自律的に移動する複数の移動ロボットによって無線通信を中継することで,無線ネットワーク網を構築し、探索ロボットの活動範囲を拡張すると共に、探索ロボットの移動に追従して動的に配置を最適化するための制御系の開発を目的に研究を行った。1.各自律移動ロボットの配置に必要な自己位置情報を取得するため,地図生成と位置推定を同時に行うSLAM(Simultaneous Localization and Mapping)手法の実装した。また,生成した地図を移動ロボット間で共有することによって,地図の精度を向上すると同時に,未探索エリアの解消を図った。また,従来課題であった袋小路部からの脱出ロジックの開発を併せて行った。2.中継時に発生する遅延を含む制御系(遅れ時間系)の性能を向上するため、昨年度までに構築した完全二次リャプノフ・クラソフスキー汎関数による安定解析を更に改良し,時間遅れの変動があっても安定化可能な制御器の設計手法を開発した。また,制御器の設計においては出力フィードバックおよび状態フィードバック双方における設計法を導出した。3.上記理論面での検討を踏まえ、移動ロボットに搭載した制御装置(ボードコンピュータ)に,受信電波強度推定,SLAM,移動制御等のロジックをソフトウェアによって実装し,実建物内の屋内環境において検証実験を行った。実験の結果,所望の配置への追従,経路追従性能を確認し,研究の当初の目標に到達したことを確認した。本研究では、複数の移動ロボットが無線通信を中継する配置に自律的に移動することによって無線ネットワーク網を構築し、探索ロボットの活動範囲を拡張すると共に、探索ロボットの移動に追従して動的に配置を最適化するための制御系を開発することを目的とする。当年度においては、適用対象の精査により要求仕様を明確化した後、中継器の最適配置のための分散制御則の構築、変動遅延を含む制御系に対する制御器の設計を行った。1.複数の中継ロボットの配置を最適化する分散制御系の設計複数の中継ロボットの最適配置を行うために、隣接するロボット間の位置(配置)を制御量とし、個別のロボットが隣接ロボットとの相対位置関係をもとに、自己位置を分散制御することで、集団目的を実現する設計を行った。同制御系の設計においては、隣接ノードの算出においては、センサネットワークにおける被覆制御問題のための手法であるVoronoi(ボロノイ)分割法を適用し、各ロボット間に相互作用する仮想力によって配置の最適化を行った。

2.変動遅延を含むフィードバック系の設計と検証:ネットワークを通信路に含んだ制御系では、通信路上の遅延が制御系の性能を劣化させると同時に、系が不安定になる恐れがある。こうした制御系に対して、安定性を保証しつつ所望の性能を発揮する制御系の設計を行った、具体的には、変動遅延を含む制御系の設計において、制御性能の指標を周波数依存の重み関数によって与え、重みを含む拡大プラントに対して保守性を緩和したLyapnov-Krasovskii型の関数をベースにしたLMI(線形行列不等式)条件を導出し、制御器の設計を行った。上記成果は、従来提案されていた手法(Voronoi重心法)による配置に比べ、計算コストが小さいためリアルタイム性が高く、災害時のような緊急性を要する場面における特に有効である。本年度の研究の実施においては、前年度成果について自己評価および学会等で発表した際に指摘された点を十分検討し、当初計画における手法を、より改善し性能を向上する手法を考案、実装した。また、同手法の検証は、数値シミュレーションおよび検証実験を繰り返し行って検討し妥当性を確認している。以上のように、本年度においては実環境における実験も含めた検証段階にも進んでおり、おおむね順調と判断した。複数の中継ロボットの配置を最適化については、従来の手法(Voronoi重心法)に比して、格段に計算コストの小さい方法を考案し、複数の中継器を用いた数値シミュレーションを、建物内を模した環境(壁や部屋によって電波が遮断される環境)において行い、任意の初期状態から探索ロボットの動作に応じて所望の配置(最適配置)となることを確認した。また、移動ロボットを試作し、同ロボットを使用した実験を実際の建物内で行い、提案した手法が実環境下において実現可能であることを実証した。また、通信遅延を含む制御系の設計においては、周波数依存の性能を考慮しない設計であったのに対し、本研究では同性能を陽に考慮したことで、外乱に対して頑強な制御系を構築した。同制御系の有効性についてもシミュレーションおよび実験の両面から有効性を検証した。以上のように、実環境における実験も含めた検証段階にも進んでおり、おおむね順調と判断した。次年度は本研究課題の最終年度であり、下記のような方策のもとで研究を行うと同時に、これまで構築した成果を統括する総合実験によって、本研究の総括を行う予定である。1.中継移動ロボットの自律性を向上するために、ロボットの自己位置を推定する機能の導入を目指す。ロボットに搭載したセンサによって、外界(環境)を自律的に測定することで、環境地図を構築し、同地図を他の移動ロボットと共有することで、互いの位置関係をより正確に取得する手法を開発する予定である。2.通信を含む制御系の設計においては、実際の制御対象のモデルを陽に考慮した制御系について制御器の設計を行い、同制御器によって系を安定かつ性能を向上することを目指す。
四肢セグメント内の位置情報の解析

切断された四肢がどのように再生する領域を認識しているのか解明することを目的とした。上腕の皮膚を四角く切り取り、皮膚を切り取った直下の深部組織(筋肉など)をさらに切り取り骨を露出させ、骨の一部を切り取る。そこに肘で切断した神経を遊走させ、切り取った場所の反対側の皮膚を移植すると、上腕の一部とそこから先の構造が形成される(Satoh et al, 2010)。この実験系を用いて上腕の様々な場所に過剰肢を誘導し、形成される過剰肢の上腕の長さに影響があるか検証した。その結果、上腕の位置によって形成される過剰肢の上腕の長さは異なるが、基部側に誘導した過剰肢の上腕は短く、先端側に誘導した過剰肢の上腕は長くなるという、予想と反する結果が得られた。これにより、今後の解析が必要である。