hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
メゾスケール構造を有する物体表面の精確なモデリングおよび再現

テクスチャを有し複雑な反射特性を有する物体の反射特性(BTF)を効率よく獲得し,圧縮により記憶容量を削減するとともに高速かつ高品質にレンダリングするために,非負値行列因子分解(NMF)を用いる手法に関する研究を進め,一定の成果を得た.具体的には,主成分分析(PCA)を用いた圧縮法と同等の圧縮率と画質を得るために必要な基底数はNMFのほうが多いものの,負値を取り扱う必要がないことから各データを浮動小数点数でなく8ビット整数などで保持することが可能となり,記憶容量を削減することができるとともに,整数値を特に高速に処理することができるGPU (Graphics Processing Unit)との親和性が向上し,レンダリング速度も向上させられることを実験的に示した.この成果は学術論文として投稿中である.次に,物体の形状の計測については,照明の方位が不明でも陰影変化から物体の形状を求めることができる未校正照度差ステレオ法に関する研究を行った.特に,照明を変化させながら撮影した多数の画像の平均を求め,それを反射率(アルベド)の初期値として用いることで最適化演算を安定化・高速化できること,遮蔽輪郭の法線が視線と直交することを利用して未校正照度差ステレオ法で問題となるGBR不定性の問題を解決することができることを示した.以上のように,複雑な反射特性を有する物体の形状・反射特性の計測と,それらの効率的な記録・レンダリングに関する研究について一定の成果が得られた.平成29年度が最終年度であるため、記入しない。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。研究テーマ1「幾何学的原理に基づく形状計測手法のメゾスケール物体への適用,最適化および評価」については,マイクロフェーズシフト法について,個々の正弦波パターンを変形させる手法を開発した.このとき,投影パターンから位相を求める際の曖昧性が減少するように,異なる位置における輝度履歴間の類似度を評価する関数を設定し,これに基づき最適化することにより,微小な領域等において生じやすい相互反射や表面下散乱の影響を軽減させ,高精度かつ安定に形状を計測することができるようになった.研究テーマ2「測光学的原理に基づく形状計測・反射特性解析手法のメゾスケール物体への適用及び評価」については,カラー照度差ステレオ法を発展させる研究を行った.従来この手法では,広く普及しているRGB3バンドカメラを用いており,照度差ステレオ法が必要とする光源数に対して冗長性が一切なかった,それに対し提案手法では7バンドカメラと7バンド光源を用い,これにより物体が着色していても(白色でなくても),また,単一の色により構成されておらず,表面が複数の異なる色の組み合わせからなる物体であっても正しく形状を求める事ができる手法を開発した.研究テーマ3「メゾスケールモデルに基づくレンダリング手法の開発」については,双方向テクスチャ関数(BTF)を非負値行列因子分解することにより,浮動小数点演算を高速に実行できる特殊なグラフィックス描画ハードウェア(GPU)でなくても高速に任意光源画像下のCGをレンダリングできる手法を開発した.平成27年12月,開発途中の測光学的原理に基づく形状・反射解析を行う過程で,当初の予測に反し,照明方位の変化に関する試料の反射特性の変化に多様性があり,当初導入予定の大容量記憶装置および制御用計算機では,容量・性能が不充分であることが判明したため,高次元データを効率よく圧縮する手法の実装を行った上で,圧縮処理の計算量と記憶容量の関係を検討する必要が生じた.これにより200万円を繰越し,平成28年度に大容量記憶装置を導入することとしたが,この検討により問題が解決し研究の進捗そのものに遅延は生じていない.平成27年度に開発したマルチバンドカメラを用いたワンショット照度差ステレオ法について,物体表面の色が変化する部分で計測精度が低下する問題があった.これに対し,輝度変化をガイド画像として用いたジョイントバイラテラルフィルタや,遮蔽輪郭の法線方位制約などを組み合わせ,色変化による歪や誤差が小さいマルチバンド・ワンショット照度差ステレオ法を開発した.メゾスケール構造を持つ物体の具体例として,肌への化粧品の塗布による見えの変化のモデリングについて研究を行った.「厚化粧」と否定的に言われるように,化粧は厚塗りにより隠蔽力が高まれば良いわけではなく,素肌の見えを適度に残しつつ見た目を好ましい方向に変化させることが望まれる.本研究では透明なフィルムに様々な厚みで口紅を塗布し,さらにフィルムの背後に置いた紙片の反射率を変えることで,口紅自身による反射光の強度と,口紅による肌の隠蔽力が厚みによってどのように増減するのかをモデリングした.またその結果に基づきメイクアップシミュレーションを行った.微細な形状を有する物体の見え方のモデリングの一例として,層厚の調整による反射率と透過率の独立制御について研究を実施した.前面に乳白色の層,背面に黒色の層を持つ薄い物体では,主として反射率は乳白色層の厚みにより,また透過率は黒色層の厚みにより変化するが,実際にはそれらの間に相互作用が見られる(例:乳白色層が厚いほど透過率が低下するなど).そこで本研究では2つの層の厚みがそれぞれ連続的に変化するテストピースの反射率と透過率を計測し,所望の反射率と透過率を与える各層の厚みを求めた.与えられた2枚の画像の各画素値を反射率と透過率に対応させ,各層の厚みを決定することで,表から照明されたときと,夜間の看板のように裏側から照明されたときの見えが全く異なる物体を生成することが出来た.繰越金により導入した大容量記憶装置の導入効果もあり順調に進展している。

テクスチャを有し複雑な反射特性を有する物体の反射特性(BTF)を効率よく獲得し,圧縮により記憶容量を削減するとともに高速かつ高品質にレンダリングするために,非負値行列因子分解(NMF)を用いる手法に関する研究を進め,一定の成果を得た.具体的には,主成分分析(PCA)を用いた圧縮法と同等の圧縮率と画質を得るために必要な基底数はNMFのほうが多いものの,負値を取り扱う必要がないことから各データを浮動小数点数でなく8ビット整数などで保持することが可能となり,記憶容量を削減することができるとともに,整数値を特に高速に処理することができるGPU (Graphics Processing Unit)との親和性が向上し,レンダリング速度も向上させられることを実験的に示した.この成果は学術論文として投稿中である.次に,物体の形状の計測については,照明の方位が不明でも陰影変化から物体の形状を求めることができる未校正照度差ステレオ法に関する研究を行った.特に,照明を変化させながら撮影した多数の画像の平均を求め,それを反射率(アルベド)の初期値として用いることで最適化演算を安定化・高速化できること,遮蔽輪郭の法線が視線と直交することを利用して未校正照度差ステレオ法で問題となるGBR不定性の問題を解決することができることを示した.以上のように,複雑な反射特性を有する物体の形状・反射特性の計測と,それらの効率的な記録・レンダリングに関する研究について一定の成果が得られた.順調に進展しており,研究計画の変更等は必要ない.メゾスケール構造のモデリングおよび再現においては,既存の多様な物体を対象とする研究のほか,近年,技術的な発展が著しい3Dプリンタを用いて人工的に作り込んだ,形状や構造が既知の物体を対象にした研究が可能となってきているため,このような生成的アプローチについても検討していく.平成29年度が最終年度であるため、記入しない。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。
自動生産システム技術における制御の方法論と体系化に関する研究

自動生産システムを最適に管理・運用するためには,個々の機器に対する制御だけでなく,生産の計画・管理機能も制御の概念を基でとらえ,トータルなコンピュータ制御システムを作成しなければならない.そのためには,設計機能,製造機能ならびに管理機能といった3つの異なる機能をそれぞれコンピュータ支援で行い,それらを共用データベースで融合化したCIM(コンピュータ統括生産システム)を実現することが肝要である.そこでシステムインテグレーションとしてのCIMの概念とその生産方略性を明らかにし,自動生産システムのための生産管理システム,振動・騒音制御システム,並びに運用制御システムについて分析を行った.各分野の研究成果は以下の通りである.まず,生産管理システムの分野では,CIMにおける生産計画,日程計画,レイアウト計画,製品設計,工程設計について分析を行った.需要量変動,特急仕事,生産設備の故障などの変動のもとで最適な生産計画・日程計画を作成する方法論を解析し,GTの概念を用いたレイアウト計画法を示し,産業用ロボットの最適設計法を作成し,最適生産条件の決定法を明らかにした.次に,振動・騒音制御システムの分野では,工場内騒音の能動制御を主として分析し,あわせてジャイロモーメントを用いた制振機構について解析した.騒音制御では,可変減衰形能動共鳴器による消音法について分析を行い,周期的低周波騒音の適応形能動消音法を作成し,能動消音法の数値的最適化法を明らかにした.最後に,運用制御システムの分野では,生産設備の自動故障診断法ならびに品質設計について分析を行った.画像処理による工員損耗の自動測定法を作成し,ニューラルネットワークによる故障診断法を示し,ルールベースシステムを用いたフォールトツリーの自動生成法を解析し,さらに製造コストを最小にする品質設計法を明らかにした.自動生産システムを最適に管理・運用するためには,個々の機器に対する制御だけでなく,生産の計画・管理機能も制御の概念を基でとらえ,トータルなコンピュータ制御システムを作成しなければならない.そのためには,設計機能,製造機能ならびに管理機能といった3つの異なる機能をそれぞれコンピュータ支援で行い,それらを共用データベースで融合化したCIM(コンピュータ統括生産システム)を実現することが肝要である.そこでシステムインテグレーションとしてのCIMの概念とその生産方略性を明らかにし,自動生産システムのための生産管理システム,振動・騒音制御システム,並びに運用制御システムについて分析を行った.各分野の研究成果は以下の通りである.まず,生産管理システムの分野では,CIMにおける生産計画,日程計画,レイアウト計画,製品設計,工程設計について分析を行った.需要量変動,特急仕事,生産設備の故障などの変動のもとで最適な生産計画・日程計画を作成する方法論を解析し,GTの概念を用いたレイアウト計画法を示し,産業用ロボットの最適設計法を作成し,最適生産条件の決定法を明らかにした.次に,振動・騒音制御システムの分野では,工場内騒音の能動制御を主として分析し,あわせてジャイロモーメントを用いた制振機構について解析した.騒音制御では,可変減衰形能動共鳴器による消音法について分析を行い,周期的低周波騒音の適応形能動消音法を作成し,能動消音法の数値的最適化法を明らかにした.最後に,運用制御システムの分野では,生産設備の自動故障診断法ならびに品質設計について分析を行った.画像処理による工員損耗の自動測定法を作成し,ニューラルネットワークによる故障診断法を示し,ルールベースシステムを用いたフォールトツリーの自動生成法を解析し,さらに製造コストを最小にする品質設計法を明らかにした.多種少量生産に適合した自動生産システムを最適に管理・運用するためには,単に生産用機械の制御だけでなく,生産の計画・管理機能も制御の概念を基にシステムとしてとらえ,ト-タルなコンピュ-タ制御システムを実現することが肝要である.そのために,従来から提唱してきた生産システム工学という学問体系に基づき,最新の研究を組み入れて考究し,生産の制御に必要な概念を整理した.生産の機能を設計機能,製造機能並びに管理機能に大別し,各機能をコンピュ-タ支援で行うサブシステムをCAD(コンピュ-タ支援設計),CAM(コンピュ-タ支援製造),CAP(コンピュ-タ支援生産管理)としてとらえ,それらをデ-タベ-スを介して結合するために各サブシステム間の情報の流れを明らかにし,システムインテグレ-ション(SI)としてのCIM(コンピュ-タ統括生産システム)実現のための基礎概念を確立し,公表した.基礎概念を基にして,CAPのための生産管理制御システムを作成するため,ワ-クステ-ション並びにパ-ソナルコンピュ-タを購入し,制御プログラムの基礎的フロ-を分析し,詳細プログラムの作成準備を行った.CAMにおいて必要不可欠である信頼性並びに保全性を向上させるため,ニュ-ラルネットワ-クによる故障診断,画像処理による工具損耗の自動測定の分析を行い,信頼性解析モデルの自動生成についても基礎的分析を行った.また,CAMにおける振動・騒音の解析法を分析し,制振や消音を行うためのアクティブコントロ-ルに対する解析並びに実験を行い,振動・騒音制御システムの基本部分の作成した.さらに,CAMに一分野である自動組立に対しては,障害物などが存在するという複雑な作業環境に適した産業用ロボットの最適設計法を明らかにした.自動生済システムを最適に管理・運用するためには,単に生産用機械の制御だけでなく,生産の計画・管理機能も制御の概念を基にシステムとしてとらえ,ト-タルなコンピュ-タ制御システムを作成しなければならない。そのためには,設計機能,製造機能並びに管理機能といった3つの異なる機能をそれぞれコンピュ-タ支援で行い,それらを共用デ-タベ-スで融合化したCIM(コンピュ-タ統括生産システム)を実現することが肝要である。

このような考え方に基づき,自動生産システムのための生産管理制御システム,振動・騒音制御システム,並びに運用制御システムについて分析を行った。まず,生産管理制御システムについては,昨年度に作成したシステムのレベルアップをはかるために,生産リ-ドタイムの短縮と変種変量生産への対応という点に着目し,需要変動の基での最適な生産・在庫計画を作成するシステムと,日々の受注状況に適応して適切な生産管理を行うシステムとを,線形計画法を用いて分析した。また,製品性能の最大化と製造コストの最小化を目的として設計と生産の統合的最適化を行うための理論を明らかにした。次に,振動・騒音制御システムについては,小型振動試験機,MOディスクユニット,チャ-ジ増幅器,計測用増幅器,うず電流式変位計,振動計,変位計などを用いて制御システムを作成した。また,ジャイロ制振機構,能動的動吸振器,並びに音響パワ-の能動的最小化といった振動・騒音の制御法について分析を行った。最後に,運用制御システムについては,自動生産システムの信頼性並びに保全性を向上させるため,超音波探傷装置を用いた故障診断について分析し,制御システムの基本部分を作成した。また,多層ニュ-ラルネットワ-ク,ベイズ判別関数法などを用いた故障診断法を明らかにした。自動生産システムを最適に管理・運用するためには,単に生産用機械の制御だけでなく,生産の計画・管理機能も制御の概念を基にシステムとしてとらえ,トータルなコンピュータ制御システムを作成しなければならない.そのためには,設計機能,製造機能並びに管理機能といった3つの異なる機能をそれぞれコンピュータ支援で行ない,それらを共用データベースで融合化したCIM(コンピュータ統括生産システム)を実現することが肝要である.このような考え方に基づき,自動生産システムのための生産管理制御システム,振動・騒音制御システム,並びに運用制御システムについて分析を行った.具体的な研究実績は以下の通りである.まず,シテムインテグレーションとしてのCIMの概念とCIMの生産方略性とを明らかにした.生産管理制御システムについては,昨年度に分析した需要変動の基での最適な生産・在庫計画を作成するシステムと,日々の受注状況に適応して適切な生産管理を行うシステムとを詳細に検討し,設計と生産の同時最適化をめざすサイマルテイニアスエンジニアリングの概念をいかに組み入れるべきかについて考察した.次に,アクティブコントロールやアダプティブコントロール等の制御法を分析するとともに,その結果に基づいて振動・騒音制御システムに改良を加えた.さらに,昨年度までの検討にしたがい,デジタルスペクトラムアナライザを購入して運用制御システムを作成した.最後に,自動生産システムの信頼性並びに保全性を向上させるため,故障診断法と信頼性分析法についても検討を加えた.自動生産システムを最適に管理・運用するためには,単に生産用機械の制御だけでなく,生産の計画・管理機能も制御の概念を基にシステムとしてとらえ,トータルなコンピュータ制御システムを作成しなければならない.
知的クラスターの多次元化とイノベーション-集合知の経営学-

本研究プロジェクトは、日本企業の競争力の源泉としての集合知マネジメントに焦点をあてたものである。集合知の空間的な発現形態である産業クラスターがいかに知的に高度化してきたかを実証的に研究し、イノベーションを誘発する企業間および組織間プロセスを探究した。2010年度は、2つの国際ワークショップを開催し、国際的な研究交流を行うとともに、研究代表者および研究分担者による研究報告を行った。これら二つのワークショップに共通した研究テーマとして再確認された研究課題は、従来から議論されてきた技術開発のプロセスやイノベーション・プロセスを「集合知マネジメント」として再検討することである。本年度は2回の国際ワークショップを開催し、研究交流をはかるとともに、研究課題の相互批判を行った。第1の国際ワークショップは、2012年1月6日から8日まで、京都大学において、京都大学の研究チームとの合同で開催した。Kyoto University & Hosei University Joint International Workshop, "The Boundary of the Firm and Collective Knowledge Management: Reprogramming Business Institutions for Open Innovation"では、アメリカ・ワシントン大学マリー・アンチョロドギー教授、ドイツ・ハンブルグ大学ソーステン・タイヒャート教授、同・バイロイト大学リカルダ・バウンケン教授、韓国・ソウル大学からバエ・ジョンホン准教授、同・ヨンセイ大学シン・ドンギョブ教授を招聘し、日本側からも法政大学、京都大学の研究チームが11の研究報告を行った。その内容は同名のプロシーディングスにまとめた。第2はドイツ・WHU・オットーバイスハイム経営大学院・教授エルンスト・ホルガー教授とアンナ・ドゥビエル准教授を招いたワークショップであり、2012年2月26日、27日に"Collective Intelligence and Innovation: International Comparison of Japanese and German Manufacturing Companies,"をテーマとして行った。これらの研究活動を通じて、集合知管理とイノベーション・プロセスとの相関を検討した。なお、研究代表者および研究分担者は、それぞれの研究分野における国際的な学会での報告を行った。本研究では21世紀の新たな知識管理手法である集合知のマネジメントに焦点を絞り、国際経営、管理会計、経営戦略、情報科学、情報工学、ミクロ経済学といった諸分野を専攻する研究者の相互交流によって、新たな知見の発見とその総合を目指した。3年間の研究期間に企図された計画は概ね達成された。洞口は日本の産学官連携およびアメリカの航空機産業について実証研究を進め、シアトル周辺のクラスター形成過程を調査し、経営の不均衡進化についての理論的な考察を深めた。行本・李は自動車メーカーが中国において採用しているロジスティック戦略の自己組織化的な創発プロセスを跡づけることにより、海外での部品調達を遂行するための経営戦略について研究した。福田は元エプソン副社長であり現在法政大学大学院教授である木村とともにエプソンでの元技術開発担当者にインタビューを行い、事業部門間の知識移転の研究を進めた。入戸野は、オーラルヒストリー研究を積み上げてきた松島よりインタビューのテキストを入手し、テキストマイニングの手法によってトヨタの重役が海外進出に際して重視していた単語を量的に分析した。その結果、ヒト、人間といった人間重視の視点が量的に多数発話されていたことを明らかにした。児玉は教育システムに利用される集合知ブログラミングの手法を実践し、ラーニングシステムの開発を行うとともに、アメリカ、UCバークレーに客員研究員として滞在して、現地でのプログラミング開発プロジェクトに参画した。集合知の空間的構造としての産業クラスター、ロジスティック・システムの変容、事業部内の知識移転、オーラルヒストリーのテキストマイニング分析、知識フィードバックをともなうプログラミング開発という各分野において、地域、産業というメゾ分析レベルから、ミクロの企業と企業内の組織、さらに個人の頭脳のなかに反映された組織文化の様態に研究を進捗させることができた。参加している研究分担者が、それぞれの研究成果を国際的な学会でフィードバックし、高い成果を示している。アメリカ、ドイツ、韓国との研究交流を行い、その研究者らが積極的に研究成果を報告してくれており、研究の高度化のための有益なコメントを述べてくれている。交付申請書では、「(1)製造業の作業現場、(2)企業内の部門間、(3)企業間、(4)産学官連携、(5)産業集積地域、(6)ウェブ上のネットワーク、という6つの空間的次元を想定する」と記したが、国際ワークショップにおいて、それらに関する研究成果がでている。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、フィールド調査を軸とした実証研究が多く行われ、その研究成果について相互に報告することによって新たな研究テーマの発掘を試みてきた。今後の推進方策としては、実証研究の構成要素となる新たな基礎概念(construct)を自ら考案するという研究方法の深化が考えられる。既存の経営学的概念の批判的検討とともに、こうした試みを開始したい。研究計画の変更はない。研究を遂行するうえでは、大学における予算管理の日程的制限が問題である。法政大学では3月上旬に研究費の支出を終えるように指導しているが、本来、3月31日までを研究費支出の締切とし、会計報告は4月に行われるべきではないだろうか。現状は、大学の指導に従っている。
広い波長幅を持つ極短光パルスの発生と半導体光増幅器ダイナミクス測定への応用

本研究は、光通信波長帯(1.55μm帯)での半導体光増幅器(SOA)の超高速なキャリアダイナミクスを測定する手法を開拓し、光信号処理のための機能素子としてのSOAの特性の解明を行うことを目的としている。本年度は、ヘテロダイン・ポンプ・プローブ法により、高いSN比と分解能を有したダイナミクス測定を行った。ヘテロダイン・ポンプ・プローブ測定では光パルスの周波数シフターが不可欠であるが、周波数シフターにより極短光パルスのパルス時間幅が広がってしまうという問題が生じる。そこでパルスの広がりを適当な長さの光ファイバで補償することにより、短光パルス化を行った。波長ごとに補償光ファイバの長さを最適化することで、SOAの利得波長帯域の全域で100fs台の極短光パルスを得た。この光パルスを用いて、広い利得波長帯域を実現するためにバンドギャップの異なった多重量子井戸構造を活性層に有するSOAのキャリアダイナミクス測定を行った。任意の波長の100fs程度の短パルス光を用いてポンプ・プローブ測定を行うことで、キャリアの再結合時間とキャリアヒーティングの波長依存性を測定した。測定結果から高エネルギーである短波長側の量子井戸ほどキャリアの回復が遅く、キャリアヒーティングの回復速度の波長依存性は小さいことがわかった。線形利得変化の大きさは短波長ほど大きかった。キャリアヒーティングによる利得変化の大きさは、通常のSOAとは異なり長波長ほど大きかった。これはバンドギャップエネルギーの異なった量子井戸の間でキャリアの移動が起こっているためだと考える。さらに、ヘテロダイン・ポンプ・プローブ法ではポンプ光と同じ波長のプローブ光で利得変化を測定することが出来るため、スペクトルホールバーニングによる利得の変化も測定でき、100fs以下の応答速度であった。本研究は、光通信波長帯での半導体光増幅器(SOA)の超高速なキャリアダイナミクスを測定する手法を開拓し、光信号処理のための機能素子としてのSOAの特性の解明を行うことを目的としている。本年度はまず測定に用いるパルス光源の開発を行った。1.5μm帯の光パラメトリック発振器(OPO)からの出力される光パルスを長さ1mの正常分散光ファイバに入射して、300nmの10dB幅を持つスーパーコンティニウム(SC)光を発生した。そしてSC光のほぼ線形のチャープを補償する長さの異常分散ファイバを伝播させることで、半値全幅が43fsの極短光パルスに圧縮した。これらの実験結果は、光カー効果を含んだ非線形シュレーディンガー方程式を、光ビーム伝搬法を用いてシミュレートした結果と良く一致していた。また、得られた極短光パルスから任意の波長の光を切り出すために、35nmの半値全幅の光バンドパスフィルタ(BPF)に通したところ160fs程度のパルス幅になった。切り出す波長がOPOの波長に近くなると、切り出された光パルスの波形が歪むことが分かった。測定結果から高エネルギーである短波長側の量子井戸ほどキャリアの回復が遅く、キャリアヒーティングの波長依存性は小さいことがわかった。さらに高速なスペクトルホールバーニングを測定するためには、この測定では時間分解能が足りず、BPFでプローブ光パルスを切り出すのではノイズが多いことも分かった。100fsを下回るような極短パルス光を用いて、プローブ光パルスを明瞭に切り出す測定法が必要である。

さらに、ヘテロダイン・ポンプ・プローブ法ではポンプ光と同じ波長のプローブ光で利得変化を測定することが出来るため、スペクトルホールバーニングによる利得の変化も測定でき、100fs以下の応答速度であった。
ロボテックエンドサージャリーの開発・臨床応用

1,視野移動式腹腔鏡下手術システムおよび多機能鉗子の開発およびその臨床応用に成功した.2,視野移動式腹腔鏡下手術システムは,術者が直接腹腔鏡下手術画面を移動,調節出来るロボティック装置である.術者が手術用鉗子に装着したハンドスイッチを用いて,画面の移動,調整を行うことにより,術者の希望する部位への観察像が的確に得られ,かつ,カメラホルダーが腹腔鏡を確実に把持するため,内視鏡画面のぶれがなく手術が安全に施行出来る.一人の術者で手術が施行可能となり,省力化を実現した.本装置の小型化により設置が容易となり,術者の邪魔にならず,遠隔手術の際特に問題となるアームの移動による事故も防止出来る.3,多機能紺子は,腹腔鏡下手術における吸引・注水・電気メス機能が1本のプローベで施行出来る装置である.頻回の手術用鉗子の入れ替えが不要となるため,手術時間の短縮が得られ,また,紺子の入れ替え操作に起因する腸管損傷,血管損傷などが回避できる.本装置は再利用可能であることが最大の特徴であり,これにより低コスト化を実現した.4,本研究者らが作成したシミュレーション用3次元ビデオは内視鏡手術教育に極めて有用であった.5,今後の展望:本研究者らが開発・実用化した視野移動式腹腔鏡下手術システムおよび現在オリンパス光学工業で開発中である遠隔手術用装置を用い,ISDN,インターネット回線通信網を確立することにより「遠隔手術システム」の実用化が可能となる.「遠隔手術システム」を用いて,種々の高度外科手術について,まず学内,次に県内,さらには日本国内,海外とのTelesurgeryを行う.数年後にはDSL(Digital Subscriber Line)を導入し,より高速な画像情報伝達システムを実現する.1,視野移動式腹腔鏡下手術システムおよび多機能鉗子の開発およびその臨床応用に成功した.2,視野移動式腹腔鏡下手術システムは,術者が直接腹腔鏡下手術画面を移動,調節出来るロボティック装置である.術者が手術用鉗子に装着したハンドスイッチを用いて,画面の移動,調整を行うことにより,術者の希望する部位への観察像が的確に得られ,かつ,カメラホルダーが腹腔鏡を確実に把持するため,内視鏡画面のぶれがなく手術が安全に施行出来る.一人の術者で手術が施行可能となり,省力化を実現した.本装置の小型化により設置が容易となり,術者の邪魔にならず,遠隔手術の際特に問題となるアームの移動による事故も防止出来る.3,多機能紺子は,腹腔鏡下手術における吸引・注水・電気メス機能が1本のプローベで施行出来る装置である.頻回の手術用鉗子の入れ替えが不要となるため,手術時間の短縮が得られ,また,紺子の入れ替え操作に起因する腸管損傷,血管損傷などが回避できる.本装置は再利用可能であることが最大の特徴であり,これにより低コスト化を実現した.4,本研究者らが作成したシミュレーション用3次元ビデオは内視鏡手術教育に極めて有用であった.5,今後の展望:本研究者らが開発・実用化した視野移動式腹腔鏡下手術システムおよび現在オリンパス光学工業で開発中である遠隔手術用装置を用い,ISDN,インターネット回線通信網を確立することにより「遠隔手術システム」の実用化が可能となる.「遠隔手術システム」を用いて,種々の高度外科手術について,まず学内,次に県内,さらには日本国内,海外とのTelesurgeryを行う.数年後にはDSL(Digital Subscriber Line)を導入し,より高速な画像情報伝達システムを実現する.1,バーチャルリアリティー、マイクロマシンの軽量化:ヘッドマウントギアは重く、外景を見る場合ヘッドマウントの下方からのぞき見るようになっているため、視野が狭く操作性が悪い。良い視野を得るための工学系の改良および内景と外景の切り替えがフットスイッチで行える機器を検討中である。また、ヘッドマウントギアの重量が術者の頭頚部に与える影響については、前後、左右の重量バランスをとったことにより、負担はかなり軽減された。2,内視鏡下手術のデジタルビデオの作成:後腹膜腔鏡下副腎摘除術を8mmビデオに収録し、ビデオキューブを用いてコンピューターにデジタル入力し、手術のビデオを作成した。日本内視鏡外科学会において3-Dカメラおよびビデオキューブを用いたデジタルビデオ編集の有用性について報告した。3,ロボティックエンドサージャリー用手術器具の開発:1本のプローベで把持、切開、高周波機能、注水、吸引が行える多機能内視鏡鉗子を設計検討中である。吸引装置については、従来の手術室に常備してある吸引装置を用いることにより、安価で、容易に吸引操作が行えるようになった。4,動物実験:犬を用いて腹腔鏡下腎摘除術を行い、内視鏡鉗子の操作性などについて検討した。5,臨床応用:実験結果を踏まえて、副腎腫瘍の患者に対して3-D光学視管を使用し、ヘッドマウントギアを装着して、後腹膜腔鏡下副腎摘除術を施行し、機器の性能、手技の安全性、術者の疲労度などを検討した。立体画像は手技を容易にする反面、光量が弱くなる、光学視管が太く重い、デジタルビデオ編集がやりにくいなどの欠点が明らかになった。スコープホルダーの併用、メガネ不要の3-Dモニター(液晶モニター)の開発などを検討中である。6,今後、編集したビデオテープ、ヘッドマウントギアを用いて、腹腔鏡下手術のバーチャルリアリティーでのシミュレーションを計画している。

1,ロボティックエンドサージャリーシステムの開発:オリンパス光学工業との共同開発により、ハンドスイッチ誘導方式によるロボティックアームを作成した。本機器はカメラヘッド内の視野移動機構およびズーム機構により視野の移動、縮小拡大を行うもので、視野移動は両角85度、ズーム倍率は0.8-2.4倍である。豚を用いた実験の結果、I)カメラ保持のための助手を必要としない、2)術者自身で視野操作できる、3)鉗子との干渉を避け得るなどの利点がある一方、時に腹腔鏡ホルダー自身を術者が動かす必要があるなどの問題点が明らかになった。2,ロボティックエンドサージャリー用手術器具の開発:1本のプローベで把持、切開、高周波機能、注水、吸引が行える多機能内視鏡鉗子を作成した。止血や術野の洗浄機能は十分であり、既存のディスポ製品と同等の効果が得られた。3,動物実験:種々の手術機材を全て懸架式にしたドライオペレイティングルームにて豚を用いた実験を行った結果、機器の機動性、手術室の汚染防止に有用であることが判明した。4,臨床応用:動物実験の結果を踏まえて、多機能鉗子を腹腔鏡下副腎摘除に臨床応用した。本機器は十分な注水・吸引機能、高周波機能を発揮し、かつ、再滅菌が可能であるため、コストの面でも従来のディスポ製品に比べ安価であることが判明した。今後、本プローベならびに今回開発したロボティックアームの臨床応用をさらに進め、これらの結果をまとめ、発表する予定である。5,内視鏡下手術教育システムの確立:内視鏡下手術教育用のシミュレーションシステムをデジタル画像から作成した。今後、コンピューターグラフィックのプログラミングを行う必要がある。6,本研究の成果を国内外の医学学術会議および医学雑誌に発表した。1,視野移動式腹腔鏡下手術システムおよび多機能鉗子開発およびその臨床応用に成功した。2,視野移動式腹腔鏡下手術システムは,術者が直接腹腔鏡下画面を移動,調節出来るロボティック装置である.術者が手術用鉗子に装着したハンドシステムを用いて,画面の移動,調整を行うことにより,術者の希望する部位への観察像が的確に得られ,かつ,カメラホルダーが腹腔鏡を確実に把握するため,内視鏡画面のぶれがなく手術が安全に施行出来る.一人の術者で手術が施行可能となり,省力化を実現した.本装置の小型化により装置が容易になり,術者の邪魔にならず,遠隔手術の際特に問題となるアームの移動による事故も防止出来る.3,多機能柑子は,腹腔鏡下手術による吸引・注水・電気メス機能が1本のプローベで施行出来る装置である.頻回の手術用鉗子の入れ替えが不要となるため,手術時間の短縮が得られ,また,鉗子の入れ替え操作に起因する腸管損傷,血管損傷などが回避できる.本装置は再利用可能であることが最大の特徴であり,これにより低コスト化が実現した.4,本研究者らが作成したシミュレーション用3次元ビデオが内視鏡手術教育に極めて有用であった.5,今後の展望:本研究者らが開発・実用化した視野移動式腹腔鏡下手術システムおよび現在オリンパス光学工業で開発中である遠隔手術用装置を用い,ISDN,インターネット回線通信網を確立することにより「遠隔手術システム」の実用化が可能となる。「遠隔手術システム」を用いて,種々の高度外科手術について,まず学内,次に県内,さらには日本国内,海外とのTelesurgeryを行う.数年後にはDAL(Digital Subscriber Line)を導入し,より高速な画像情報伝達システムを実現する.
肺上皮細胞のリプログラミング法の開発

ヒトiPS細胞・皮膚線維芽細胞でエレクトロポレーションの条件検討を行い、低い細胞毒性と高い遺伝子導入効率が得られた。TTF-1・YAP/TAZ・FOXA2の発現ベクターを作成し、これらの強制発現により細胞分化誘導を試みた。TGF-beta・BMP-4・FGF-2のリガンドおよび阻害剤、脱メチル化剤やHDAC阻害剤の効果も検証した。肺上皮細胞培養に適した無血清培地を活用し、さらにコラーゲンゲルに包埋した肺線維芽細胞との共培養、三次元培養、air-liquid interfaceの培養法も組合せた。肺上皮細胞マーカー(SPC、CC10、FoxJ1)の発現上昇を定量的PCRで確認できた。肺の器官形成における遺伝子発現制御の階層性を明らかにすべく、公共データベースを活用して解析を進めた。具体的にはFANTOM5で提供されているマウス肺のCAGEデータや、GEOで公開されているマイクロアレイのデータセットを活用した。自己組織化マップ・クラスタリングなどの手法で、各発生段階において特徴的なgene signatureを抽出した。さらにテキストマイニングの手法も併せ、リプログラミングの鍵となりうる転写因子数十個を選定した。染色体に組み込まれず自己複製が可能なエピソーマルベクターによる遺伝子導入法を試みていたが、導入効率と細胞生存率の低さが制約であった。これを解決するためネッパジーン社のスーパーエレクトロポレーターNEPA21の活用を試みた。EGFP発現ベクターを用いて、iPS細胞、肺上皮細胞株、肺線維芽細胞株への遺伝子導入効率を、フローサイトメーターと蛍光顕微鏡での観察によって評価し、電圧・パルス幅など条件検討を行った。分化誘導培地として肺上皮細胞用の無血清培地を使用することが簡便であり、その分化誘導活性は分化マーカーの発現変化によって確認している。分化誘導の初期段階では細胞生存が妨げられるが、細胞選択という視点からはむしろ有用かもしれない。間葉系細胞との共培養や三次元培養・air-liquid interfaceについては、コラーゲンゲルを用いた実験系を構築している。さらにMACSを活用したマウス肺胞上皮細胞の分離培養法も導入しII型肺胞上皮細胞の培養に成功した。将来的な治療応用や疾患モデルでの活用を視野に入れると、分化誘導させた細胞が個体に生着するか否かを確認することが肝要である。ブレオマイシンによる肺傷害モデルや、片肺切除による肺再生モデルが進められている。肺上皮細胞のリプログラミングに関連する下記のような研究をすすめた。(1)システム生物学の活用:肺の器官形成における転写ネットワーク・遺伝子発現制御の階層性を明らかにするため、公共データベースから入手できるトランスクリプトームデータの解析を行った。共同研究者と、遺伝子発現・転写因子制御・生物学的機能を統合的に解析できるウェブツールの開発に関わった(TransReguloNet:Kibinge et al)。(2)肺上皮細胞と非小細胞肺癌細胞のCAGEデータの比較解析:様々な細胞の転写開始点を網羅的に同定し、全ゲノムレベルでのプロモーター・エンハンサー活性を解析(CAGE解析)するFANTOM5データベースを活用して、肺上皮細胞と非小細胞肺癌細胞のCAGEデータの比較を行った。さらにメチロームデータや脱メチル化剤による遺伝子発現変化を統合的に解析した。これらの解析により、脱メチル化によって発現が制御され、肺上皮細胞の癌化に関連する遺伝子、non-coding RNA、さらに特異的な反復配列が同定された。(3)肺小細胞癌のトランスクリプトーム解析:上述のような転写ネットワーク解析の手法を活用して、肺小細胞癌のトランスクリプトーム解析を行い、遺伝子発現パターンに基づくサブタイプの存在が明らかになった。(4)マウスモデル:マウスII型肺胞上皮細胞の分離培養を行い、I型肺胞上皮細胞に分化させる実験モデルを活用した。この実験系において調節性分泌機構の制御や、TGF-beta・BMPシグナルの役割について検討を行った。さらにブレオマイシン誘導性マウス肺線維症モデルを活用し、肺胞上皮細胞の傷害が関与する肺線維症の病態解明を目指して検討を行った。肺上皮細胞の分化誘導法の開発は遅れているが、研究を進める過程で非小細胞肺癌・小細胞肺癌・肺線維症などの疾患の病態解明に結び付く知見が得られ、複数の研究プロジェクトが派生・進展している。小細胞肺癌細胞株のトランスクリプトームに基づき、神経内分泌マーカーの発現レベルが高いASCL1陽性群、NEUROD1陽性群、さらに細胞接着性の高いYAP・TAZ陽性群のサブタイプを同定し、各群で遺伝子発現・細胞形態・薬剤感受性パターンが異なることを見出した(Cancer Sci, 2016)。理化学研究所FANTOM5プロジェクトに参加し、様々な組織由来の線維芽細胞のCAGEプロファイルの比較解析を行った(Sci Rep, 2016)。肺線維芽細胞が他臓器由来の線維芽細胞と異なる特性は何かを探索するため、トランスクリプトームを比較したところ、肺線維芽細胞に特徴的な転写因子群が同定された。ENCODEのH3K27ac ChIP-seqデータを活用してスーパーエンハンサーを定義したところ、さらに8個の転写因子のゲノム領域と重なり、これらが肺線維芽細胞のマスター因子として転写ネットワークの中核となっている可能性が示唆された。(論文投稿中)。非小細胞肺癌細胞と肺上皮細胞の比較解析も行い、癌特異的なプロモーター・エンハンサー・反復配列の転写活性を網羅的に同定した(論文投稿中)。転写共役因子TAZの肺線維芽

細胞における機能、および肺線維症の病態における役割について探究した。患者の肺組織の免疫染色、マウスモデル、培養細胞実験、RNA-sequencing、LGRCデータベースを活用した臨床情報との統合、などの多面的解析により、TAZは細胞外基質の硬さを感知することで活性化され、肺線維症の病態形成に関与することが判明した(Sci Rep, 2017)。ヒトiPS細胞・皮膚線維芽細胞でエレクトロポレーションの条件検討を行い、低い細胞毒性と高い遺伝子導入効率が得られた。TTF-1・YAP/TAZ・FOXA2の発現ベクターを作成し、これらの強制発現により細胞分化誘導を試みた。TGF-beta・BMP-4・FGF-2のリガンドおよび阻害剤、脱メチル化剤やHDAC阻害剤の効果も検証した。肺上皮細胞培養に適した無血清培地を活用し、さらにコラーゲンゲルに包埋した肺線維芽細胞との共培養、三次元培養、air-liquid interfaceの培養法も組合せた。肺上皮細胞マーカー(SPC、CC10、FoxJ1)の発現上昇を定量的PCRで確認できた。遺伝子発現ベクターの構築や遺伝子導入の最適化に時間がかかっている。初期の目的は肺上皮細胞のリプログラミングであったが、現状では肺上皮細胞(気道上皮細胞や肺胞上皮細胞)のidentityとは何か、という細胞特性を探求する課題へと軌道修正している。肺上皮のホメオスターシス維持機構の破綻という観点から、疾患病態の理解へとつなげたい。呼吸器内科複数の遺伝子の効率的な発現誘導を得るためにCRISPR/Cas9のシステムの導入を検討している。研究の進捗がやや遅れたため研究進捗の遅れのため肺上皮細胞に関する研究に使用する新規の実験系の構築のための消耗品などの購入(分子生物学・生化学実験試薬など)
ランダム行列の普遍性と複雑ネットワーク

インターネットや人間関係などのつながり方を記述するとされている複雑ネットワークにおいては、次数(1つの頂点に直接につながる辺の数)がべき分布する性質(スケールフリー性)が見出されることが知られている。スケールフリー性をもつネットワークの辺が向きづけられている(辺上に矢印をもつ)場合について、複雑ネットワークの数理モデルを構成し、その隣接行列について、固有値分布の(頂点数が大きい極限における)漸近的な振る舞いを評価する研究を進めている。辺が向きづけられていることから、隣接行列は一般には非対称行列になり、その固有値は複素平面上で2次元分布する。今年度は、数値的手法により、隣接行列の固有値の複素平面上での広がりを評価する研究を行った。特に、内向き次数(内向きに入る矢印の数)と外向き次数(外向きに出る矢印の数)の大きさによる頂点の順序づけが、固有値分布の広がりにどのように影響するのかを調べ、理解を深めた。また、向きづけられている辺をもつネットワークの隣接行列は、非エルミートランダム行列の例であるとみなすことができる。そのような非エルミートランダム行列モデルのうち代表的なものについては、2次元流体の統計力学との関係に着目し、複素平面上で直交する多項式の性質を利用することにより解析できることが知られている。これらのランダム行列モデルを拡張して、複素平面上の直交多項式の理論に関連づけることにより、新しい普遍的な振る舞いを導き出す方向に研究が進んだ。ランダム行列の普遍性に対する理解を深めるため,特に,ランダム行列の積に着目して研究を進めた.具体的には, N+L次のランダムユニタリ行列のL個の行とL個の列を除くことによって得られるN次の行列をM個掛け合わせた積について,固有値の分布を考え, Nが大きい極限における固有値相関関数の漸近形を厳密に評価した.非エルミートランダム行列の積に対する従来の結果と同じ評価が得られたことから,それらの漸近形は普遍的なものであると考えられる.ランダム行列の方法は,インターネットや人間関係などのつながりを記述すると考えられている複雑ネットワークの理論にも適用できる.複雑ネットワークの特徴としては,次数( 1つの頂点から出る辺の数)がべき分布する性質(スケールフリー性)が重要である.今年度は,ネットワークの辺が向きづけられている場合について考え,外向き次数( 1つの頂点から外向きに出る辺の数)と内向き次数( 1つの頂点に内向きに入る辺の数)の分布がいずれもべき分布になるモデルを構成した.このモデルに対しては,対応する隣接行列は非対称行列となり,隣接行列の特異値分布に対して場の理論的な方法(レプリカ法)を適用することができる.特に,平均次数が大きい極限においては,特異値分布の振る舞いを解析的に評価でき,特異値分布のすそ野の部分については,べき分布が得られる.さらに,ネットワークの辺が向きづけられている場合と向きづけられていない場合を連続的につなぐモデルも構成し,対応する隣接行列の特異値分布についても考察した.今年度に成果を発表した研究においては,非エルミートランダム行列の積の普遍性を調べた.具体的には, N + L次のランダムユニタリ行列のL個の行とL個の列を除くことによって得られるN次の行列をM個掛け合わせた積について,固有値の分布を考え, Nが大きい極限における固有値相関関数の漸近形を厳密に評価した.その結果,非エルミートランダム行列の積に対する従来の評価と一致する漸近形が得られた.したがって,それらの漸近形は,異なるモデルから得られる共通の結果であることから,普遍的なものであると考えられる.一方,ランダム行列理論の技法を,インターネットや人間関係などのつながり方を記述すると考えられている複雑ネットワークの理論に適用することも試みている.複雑ネットワークの特徴としては,次数(1つの頂点から出る辺の数)がべき分布する性質(スケールフリー性)が重要である.今年度は,スケールフリー性をもつネットワークの辺が向きづけられている場合と向きづけられていない場合を連続的につなぐモデルについて,対応する隣接行列の特異値分布を評価した.ランダム行列理論の技法の一つである場の理論的な方法(レプリカ法)を適用することにより,平均次数が大きい極限において,特異値分布の振る舞いを解析的に評価できる場合があることを示し,特に,特異値分布のすそ野の部分について,べき分布を導出することができた.インターネットや人間関係などのつながり方を記述すると考えられている複雑ネットワークにおいては、次数(1つの頂点につながる辺の数)がべき分布する性質(スケールフリー性)が重要である。スケールフリー性をもつネットワークの辺が向きづけられている場合について、数理モデルを構成し、その隣接行列について、固有パラメータ分布の漸近的な振る舞いを評価する研究を進めている。辺が向きづけられていることから、隣接行列は一般には非対称行列になり、その固有値は複素平面上に2次元分布する。また、それぞれの頂点に対して、内向き次数(頂点につながる内向きの辺の数)と外向き次数(頂点につながる外向きの辺の数)が定まる。今年度は、数値的手法によってそれらの固有値の2次元分布を評価して、内向き次数の多い頂点ほど外向き次数が多い場合と、内向き次数の多い頂点ほど外向き次数が少ない場合の違いなどを調べた。向きづけられた辺をもつネットワークの隣接行列をはじめとして、非エルミート行列は、一般には複素平面上に2次元分布する固有値をもつ。非エルミートランダム行列の代表的な数理モデルについては、複素平面上で直交する多項式の性質を利用することによって、厳密に解析することが可能であり、さまざまな普遍的な振る舞いが導出されている。

これらの厳密に解析できる数理モデルについては、数理的な考察によりさらに拡張することができると予想される。複素平面上の直交多項式についての理解を深めることにより、数理モデルを拡張して、新しい普遍的な振る舞いを得ることも試みている。非エルミートランダム行列について、複雑ネットワークの研究と、直交多項式に関係した数理モデルの研究の両面から理解を深めることに成功している。インターネットや人間関係などのつながり方を記述するとされている複雑ネットワークにおいては、次数(1つの頂点に直接につながる辺の数)がべき分布する性質(スケールフリー性)が見出されることが知られている。スケールフリー性をもつネットワークの辺が向きづけられている(辺上に矢印をもつ)場合について、複雑ネットワークの数理モデルを構成し、その隣接行列について、固有パラメータ分布の漸近的な振る舞いを評価する研究を進めている。辺が向きづけられていることから、隣接行列は一般には非対称行列となり、その固有値は複素平面上に2次元分布する。今年度は、スケールフリー性をもつネットワークの辺が向きづけられている場合と向きづけられていない場合を連続的につなぐモデルについて、数値的手法により、隣接行列の固有値の2次元分布を評価する研究を行った。特に、内向き次数(内向きに入る矢印の数)と外向き次数(外向きに出る矢印の数)の大きさによる頂点の順序づけが、固有値分布にどのように関係するのかに興味がある。また、ネットワークの辺が向きづけられている場合と向きづけられていない場合を連続的につなぐモデルの隣接行列は、エルミート行列と非エルミート行列を連続的につなぐ数理モデルの例になっている。そのような数理モデルのうち代表的なランダム行列モデルについては、複素平面上で直交する多項式の性質を利用することにより解析できることが知られている。これらのランダム行列モデルを拡張して、複素平面上の直交多項式の理論に関連づけることにより、新しい普遍的な振る舞いを見出したいと考えている。非エルミート行列ランダム行列の研究が進展し、特に、向きづけられた複雑ネットワークの隣接行列について、その固有パラメータ分布への理解が深まっている。辺が向きづけられていることから、隣接行列は一般には非対称行列となり、その固有値は複素平面上に2次元分布するのに対し、その特異値は実軸上に1次元分布する。特に、内向き次数(内向きに入る矢印の数)と外向き次数(外向きに出る矢印の数)の大きさによる頂点の順序づけが、それらの固有パラメータの分布にどのように関係するのかに注目している。今年度は、数値的手法により、頂点の順序づけをランダムに行うとき、隣接行列の固有値が複素平面上にどのように分布するかを調べた。
プライベートアドレス間通信方式の研究

本研究はプライベートIPアドレス空間内部に位置する端末が、他のプライベートIPアドレス空間内部に位置する端末と、VPNを確立し通信することを可能とする方式にかかわる。研究代表者は過去に、プライベートtoプライベート(以下Pr2Pr)通信を実現する方式として、Meet-in-the-Middle方式とDirectIP方式の二件の提案を行った。本研究では、これらの研究成果を踏まえ、Pr2Pr環境におけるM:N Shared ProtectionシステムのMTTF/Availabilityについて、研究を行った。すなわちMeet-in-the-Middleサーバー(あるいはDirectIPサーバー)を所要数Nに対して冗長系をM用意し、現用系故障時のバックアップを行うことにより得られる信頼性の向上を、さまざまな確率モデルに対して定量的に評価した。また研究代表者は、1高専・2大学の間にIPsec-VPNを用いた双方向遠隔講義システムを構築し、この環境にPr2Pr技術を導入することにより、BFLETS、光プレミアム、専用線SINET接続の3系統マルチホーム接続を構成してVPN冗長化方式の実証試験を行った。これは遠隔授業がネットワークトラブルにより中断しないようにすることを直接の目的としているが、一般にPr2Pr通信のように中継サーバを用いる方式の信頼性向上を実現したものである。本研究はプライベートIPアドレス空間内部に位置する端末が、他の同様なプライベートIPアドレス空間内部に位置する端末と、VPNを確立し通信することを可能とする方式にかかわる。このような形態は、家庭や企業に属する端末間の通信、例えば在宅介護安全見守りなどの応用で必要になる。研究代表者は、プライベートtoプライベート通信(以下Pr2Pr通信と略記)を実現する方式として、Meet-in-the-Middle (MiM)方式とDirectIP方式の二件の提案を行った。平成20年度の研究では、これらの研究成果を踏まえ、Pr2Pr環境における通信経路冗長化による信頼性向上、M:N Shared Protectionシステムの信頼性、ルーティング・グループ通信を含む透過的Pr2Pr技術、について研究を行った。また研究代表者が産学連携の一環として進めているプロジェクトにおいて、F県M市が運営する無線ネットワークを用いて介護支援モニタリングシステムを構築しており、セキュアーなPr2Pr通信を実現する必要があるため、同市のシステムをテストベッドとしてIPsec/NAT-T+Pr2Pr通信技術の実証試験を行っている。また研究代表者は、奈良高専と山梨大学、会津大学との間に双方向遠隔講義システムの構築をおこない、IPsec-VPNを構築している、この環境にPr2Pr技術を導入し、特にBFLETS/SINETなどのマルチホーム接続を構成してVPN冗長化方式の研究を行った。これは遠隔授業が、ネットワークトラブルにより中断しないようにすることを目的としている。(VPN冗長化は、研究代表者によるNICT-JGN2一般プロジェクト研究「VPN冗長化の研究」の継続である。)本研究はプライベートIPアドレス空間内部に位置する端末が、他の同様なプライベートIPアドレス空間内部に位置する端末と、VPNを確立し通信することを可能とする方式にかかわる。研究代表者は過去に、プライベートtoプライベート(以下Pr2Pr)通信を実現する方式として、Meet-in-the-Middle方式[2001,2004]とDirectIP方式[2007]の二件の提案を行った。平成21年度の研究では、これらの研究成果を踏まえ、Pr2Pr環境におけるLayer-2冗長化による信頼性向上、M : N Shared ProtectionシステムのMTTF/Availability評価、OSPF-over-Pr2Pr技術、VRRP+IPsec構成について研究と実証実験を行った。また研究代表者は、奈良高専と山梨大学、会津大学との間にIPsec-VPNを用いた双方向遠隔講義システムを構築している、この環境にPr2Pr技術を導入し、BFLETS、NTT光プレミアム、専用線SINET接続の3系統マルチホーム接続を構成してVPN冗長化方式の実証試験を行った。また産学連携の一環としてMessaging-basedセンサーネットワークのインフラとして透過的Pr2Prを利用する構成について研究を行った。

本研究はプライベートIPアドレス空間内部に位置する端末が、他の同様なプライベートIPアドレス空間内部に位置する端末と、VPNを確立し通信することを可能とする方式にかかわる。研究代表者は過去に、プライベートtoプライベート(以下Pr2Pr)通信を実現する方式として、Meet-in-the-Middle方式とDirectIP方式の二件の提案を行った。平成22年度の研究では、これらの研究成果を踏まえ、Pr2Pr環境におけるM:N Shared ProtectionシステムのMTTF/Availabilityについて、日本電気株式会社・会津大学と共同で理論的研究を行った。すなわちMeet-in-the-Middleサーバー(あるいはDirectIPサーバー)を所要数Nに対して冗長系をM用意し、現用系故障時のバックアップを行うことにより得られる信頼性の向上を、さまざまな確率モデルに対して定量的に評価した。また研究代表者は、奈良高専と山梨大学、会津大学との間にIPsec-VPNを用いた双方向遠隔講義システムを構築し、この環境にPr2Pr技術を導入することにより、BFLETS、NTT光プレミアム、専用線SINET接続の3系統マルチホーム接続を構成してVPN冗長化方式の実証試験を行った。これは遠隔授業がネットワークトラブルにより中断しないようにすることを直接の目的としているが、一般にPr2Pr通信のように中継サーバを用いる方式の信頼性向上を実現したものである。