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純飛躍型マルコフ過程のディリクレ形式による確率解析

ランダム(不確実)な現象を解析する数学モデルの一つとして知られている確率過程,その中でもマルコフ過程について,対称ディリクレ形式論と呼ばれる理論を用いて,それが特に,時間に関して飛躍を持つマルコフ過程の構成に成功した,また,対応するマルコフ過程の生成作用素を具体的に表示することに成功した.更には,大域的性質として知られる,保存性や,球からの脱出時間の平均等の導出に成功した.ランダム(不確実)な現象を解析する数学モデルの一つとして知られている確率過程,その中でもマルコフ過程について,対称ディリクレ形式論と呼ばれる理論を用いて,それが特に,時間に関して飛躍を持つマルコフ過程の構成に成功した,また,対応するマルコフ過程の生成作用素を具体的に表示することに成功した.更には,大域的性質として知られる,保存性や,球からの脱出時間の平均等の導出に成功した.本年度は,適当な測度付き距離空間上にjump intensityとよばれる核を考え,それにより定義される非局所型作用素と二次形式を考え,そのある関係性を導出する研究を行った.特に,その非局所作用素及び二次形式の定義域に,いつ滑らかな関数属が属するかという,いわゆる正則性問題を考えた.これは,それらに質のよりマルコフ過程が存在するための条件を与えることにもつながり,非常に重要な問題である.これについては,比較的弱い条件をjump intensityに課すことにより導出することが出来る.一方,同じintensityより定義される非局所作用素と二次形式は同じマルコフ過程を生成するとは限らない.さらに,これらの関係も自明ではない.しかしながら,なんらかの関係性があると,これまでは(直感的には)信じられていたが,実はそれが間違いであることがわかった.その一方で,非局所作用素に対して,所謂carre du champ作用素と呼ばれるものを考え,それを積分して得られるものが,実は最初に考えていた二次形式と一致することを示すことができた.また,二次形式には生成作用素とよばれるL^2空間上の自己共役作用素が一意に対応することが知られれているが,結果として生成作用素と初めに与えた非局所作用素との関係性副産物として導出することも出来た.これを,安定型核に適用することにより,これまで比較的よく研究されていた対称安定型過程及び(非局所)安定型過程とは本質的に異なる確率過程であることがわかり,さらには安定型過程の'擬双対過程'も構成することができ,一つの核から,安定型過程の双対過程(存在するとして),4つ確率過程が解析的に構成可能であることになる.今後これらの間の関係性について研究を推し進めて行きたい.本年度は,ある積分核より定義される,非局所型作用素と,対称二次形式との間の関係について,それが,非局所型作用素から定義される平行場作用素(carre du champ operator)を考え,それを基礎となる測度で積分したものが与えられた対称二次形式と一致することを示すことが出来た.それまで関係性については指摘されていたものの,具体的な関係については知られていなかったもので,それを明らかに出来た意義は大きいと思われる.また,その対称二次形式の閉包より構成されるディリクレ形式には飛躍型マルコフ過程,通常ジャンプ過程が対応する.このジャンプ過程の標本路の性質について,特に球からの脱出時刻の上からとしたからの評価を導出することにも成功した.その評価自身は,以前対応する擬分作用素の表像(シンボル)を用いて評価していたのであるが,今回は,ディリクレ形式の生成作用素の具体的表示と,レビィ系とよばれる,対応する確率過程の飛躍を規定するジャンプ核の評価を用いることにより球からの脱出時刻の評価を導出することに成功した.すなわち,擬微分作用素の表像を経由せずに,直接ディリクレ形式の形を用いる点が新しい着想である.本年度は,当初予定の通り,Levy kernelと呼ばれる飛躍核より定義される二次形式について,それに対応する(対称な)飛躍型マルコフ過程を構成することに成功した.また,その二次形式に対応する生成作用素として非局所型作用素である,二階の微分積分作用素が現れることを示し,更には生成作用素の具体的表示を用いて,対応する飛躍型の確率過程の球からの脱出時間の平均を評価することに成功した.あわせて,確率過程の保存性も示すことに成功した.これは,推移確率の空間変数に対する滑らかさを導出する際の基本的道具である.また,与えられた二階の微分積分作用素がフェラー過程を生成するときに,適当な摂動の元でも,フェラー性が保存されるという結果も得た.これは,従来Dirichlet形式論を通じて確率過程を構成する際に生じる,出発点に関する多義性の問題点を解決するための一つの手法として注目されるものである一方,マルコフ過程の離散近似として知られるマルコフ連鎖の収束について,conductanceと呼ばれる,マルコフ連鎖に対する推移確率の列を考え,その適当なscaling極限を考えときにその収束先として現れる極限過程として,従来は連続過程が現れる場合の研究が主であったが,今回はジャンプ拡散過程と呼ばれる,飛躍部分を持つ拡散過程が現れ得ることを示した
ホール素子を用いた高温・高圧流体の粘度測定センサーの開発

本研究では、測定流体中の小物体の落下に要する時間を流体セル外部に配設したホール素子を用いて測定し、粘度を算定する高温・高圧用粘度測定の原理を提示し、それに基づいた測定装置を試作した。測定装置の粘度較正試験および精度評価を行った。その後に実際の重質油の粘度測定を実施した。とくに重質油の採油増進法を想定し、高圧下でCO2ガスを溶解させた重質油、その後に減圧でマイクロバブルを生成させたフォーミィ重質油、水蒸気圧入によって生成した原油エマルションなどの各種原油試料における粘度を測定し、その特性を実験的に明らかにした。以上の結果から、本粘度測定法が各種の原油試料の粘度測定に適用できることを確認した。本研究では,高圧セル中に入れたサンプル流体の粘度とその中での物体の落下時間が比例するという原理を利用し,高圧下にある流体セルに円筒状の磁石を外部の磁石を用いて上下動させ,ホール素子によってその落下速度を検出することにより流体の見かけ粘度を測定する装置を試作した。粘度が明らかな標準液体を用いた較正試験の結果,10%以内の精度で粘度を測定できることを平成24年度の研究で実証している。平成25年度の研究として,製作した粘度測定装置を用いて実際の高圧下での原油の粘度測定を実施した。現在、注目されている重質油の採油増進法であるCO2およびCH4ガスを重質油に溶解させた原油試料,CO2マイクロバブルが分散したフォーミィオイル試料および高圧下での油中水滴型のエマルションの各原油試料における見かけ粘度を測定し,その変化特性について実験的に調べ、本粘度測定法の適用性について調べた。溶解性ガスであるCO2やCH4を6MPaまでの圧力下で重質油に溶解させる過程と減圧によるガス溶出過程での粘度変化の測定を実施し、2種のガス溶解に対し重質油の粘度はいずれにおいても20%程度低下するものの,その後の減圧過程ではCO2の場合だけ見かけ粘度が約20%低下し,CH4の圧入では元のオリジナルな重質油の粘度に戻る異なった結果が得られた。これらの原因は,重質油に溶解したCO2が溶出するときに安定なマイクロバブルが分散することでフォーミィオイルが生成したためであることが高圧可視化セルを用いた顕微鏡観察で明らかになった。一方,油中水滴型のエマルションを生成させたときには,反対に見かけ粘度が20%程度増加することが示された。以上のように,試作した新たな粘度計により,種々の高圧環境下にある石油貯留層とくに重質油層における採油増進手法の基礎データとなる粘度変化を測定できることを示した。平成24年度の研究実施内容として,高圧セルのセル長,磁石の直径などの基本的な装置の要素設計と実験用の測定装置を完成させ,ホール素子による落体の検出感度とそれによる流体粘度の測定精度について実験的に研究を実施した。本研究では,粘度と落下物体の落下時間が比例することから落下物体の落下時間を測定する落体法を応用した粘度測定装置とシステムを独自に製作した。とくに,コイルに一定電流を流すことで磁場を発生させ,管内の流体中をサマリウムコバルト磁石が上昇・落下するプロセスを自動化した計測システムを構築した。とくに,一定時間経った後にコイルに流れる電流がオフにすることで,磁石が自由落下し,測定セル底面に設置されたホール素子によって磁場の変化から磁石の位置が精度良く測定できるように工夫した。水及び6種類の標準粘度液における磁石の落下時間をセンサーコイルとホール素子を用いてそれぞれ計測し,粘度の測定精度の比較を実施した。センサーコイルを用いた場合は,出力電圧はコイルを貫く磁束の時間変化に比例することから,流体サンプルの粘度が高いとき磁石は低速で落下するため,ピーク電圧は小さくなり,誤差が大きくなる結果が得られた。これはセンサーであるコイル出力が時間変化に比例するため,流体サンプルの粘度が高くなると磁石の速度が小さくなることで,センサーコイルに発生する誘導起電力のピーク値がノイズに埋もれることが主な理由であることがわかった。一方,時間変化に依存しないセンサーとしてホール素子を用いた場合は,同様の粘度が高い測定条件において磁石が低速で落下したとしても検出が確実に出力されることで測定された落下時間は粘度に対して比例することを確認することができた。この結果から,ホール素子を応用した落下時間の測定によって,流体粘度をある程度の精度で測定できることを実証した。平成24年度は、粘度測定圧力セルの構造、セル長や内径、さらには磁石の直径などの測定装置の要素などを確定し、プロトタイプの実験装置を完成させた。また、実施予定としていた粘度の測定精度の検証実験を行った。

その結果、磁石の落下時間の計測精度に対して、センサーコイルとホール素子の2つを用いた測定方法について比較した結果、ホール素子の特性を利用した測定システムの有効性を実証することができ、次年度に予定している実証用の小型化したセンサーの試作に繋がる成果が得られた。しかしながら、平成24年度に特許出願等を目標としていたが、出願ができなかったことと、それに伴って成果発表も実施しなかったことが、研究計画がやや遅れていると評価した理由である。平成24年度の成果に基づき、粘度測定システムをコンパクトにまとめることで小型化した検出器の製作を試みる。また,高圧セル装置に装填することで,高温高圧下におけるガス溶解系原油の粘度測定を実施予定である。さらに,従来法による測定結果との比較から本粘度センサーの適用性と性能の評価を実施する。次年度は最終年度であることから、報告書のとりまとめを実施する。次年度の研究費として、小型化した検出器の製作費、CO2ガスや試料原油などの消耗品費、実験補助に対する謝金および成果発表のための旅費などの支出を予定している。
知能システム化研究

本年度は班員6名で,知能システム化研究を進め,下記の実績を得た.・分光データ処理の自動化においては,測定系の影響を取り除く際,雑音の影響を押える為の平滑化を歪なく実行し,また微分展開法によるデコンボリューションにおける収束判定の為情報量基準を導入して検討を進めた結果, 70%までは自動処理可能となった. (合志)・パターン認識法を用いた複合ガスセンサシステムによる化学物質の自動認識では,可燃性ガス用センサ7種を組合わせることにより,出力分布をベクトル化して統計処理で3種の匂いの識別に成功した. (佐々木)・化学的多次元計測システムでは,同一のセンサアレイにより,ガスの拡散の時間変化を画像としてとらえ,ガス源の位置決定を可能にした.更にセンサの応答の時間変化からガス種判定の可能性を見出した. (山崎)・結晶性物質の相の識別と量的計測のシステム化では,X線回折強度の定量的解析の為選択配向について数多くの方法の比較検討を行い,最適な方法を見出し,また主成分分析により混合系の成分数決定法を検討し,標準試料がない場合でも成分数及び各成分の推定を可能にした. (浅田)・栄養素の適性摂取レベルの評価・予測に関する多面的診断では,ビタミンCをとりあげ,その生体内とくに小腸からの吸収及び繊維芽細胞と肝初代培養細胞中の経時変化を検討し,ビタミンCの動態に関する基礎データを得ることができた.これは個人の適性レベル決定の基礎となる. (倉田)・高分子物性予測システムでは,情報量の多い13C-NMRデータで検討を進めた.単純なファクトデータベースから学習機能に至る4段階のデータベースと機能の構築を進めている. (藤原)本年度は班員6名で,知能システム化研究を進め,下記の実績を得た.・分光データ処理の自動化においては,測定系の影響を取り除く際,雑音の影響を押える為の平滑化を歪なく実行し,また微分展開法によるデコンボリューションにおける収束判定の為情報量基準を導入して検討を進めた結果, 70%までは自動処理可能となった. (合志)・パターン認識法を用いた複合ガスセンサシステムによる化学物質の自動認識では,可燃性ガス用センサ7種を組合わせることにより,出力分布をベクトル化して統計処理で3種の匂いの識別に成功した. (佐々木)・化学的多次元計測システムでは,同一のセンサアレイにより,ガスの拡散の時間変化を画像としてとらえ,ガス源の位置決定を可能にした.更にセンサの応答の時間変化からガス種判定の可能性を見出した. (山崎)・結晶性物質の相の識別と量的計測のシステム化では,X線回折強度の定量的解析の為選択配向について数多くの方法の比較検討を行い,最適な方法を見出し,また主成分分析により混合系の成分数決定法を検討し,標準試料がない場合でも成分数及び各成分の推定を可能にした. (浅田)・栄養素の適性摂取レベルの評価・予測に関する多面的診断では,ビタミンCをとりあげ,その生体内とくに小腸からの吸収及び繊維芽細胞と肝初代培養細胞中の経時変化を検討し,ビタミンCの動態に関する基礎データを得ることができた.これは個人の適性レベル決定の基礎となる. (倉田)・高分子物性予測システムでは,情報量の多い13C-NMRデータで検討を進めた.単純なファクトデータベースから学習機能に至る4段階のデータベースと機能の構築を進めている. (藤原)
パイロクロア酸化物超伝導体におけるラットリング転移の研究

β型パイロクロア酸化物超伝導体KO_<s2>O_6における未知の相転移(ラットリング転移)のメカニズムの起源を見出すことを目的として研究を行った。本研究課題では、精密単結晶構造解析、詳細な比熱測定、NMR測定などを主に行った結果、この異常熱振動状態は、かごの中で熱振動状態の変化する新しいタイプの相転移であることが判明した。この相転移は、空間群の変化しない同型構造相転移であり、熱力学的に非常に稀有な例である。β型パイロクロア酸化物超伝導体KOs206は、"硬い"かご状構造の中で非調和的な熱振動(ラットリング)をしている稀有な系である。この物質における未知の相転移(ラットリング転移)のメカニズムに関して、多様な実験手段で明らかにしていくことを目的としている。初年度の研究において、ラットリング転移に関する重要な知見が得られている。1つは、39K-NMRと高分解能中性子線回折の実験から、低温相の構造がある程度推定できるようになったこと。具体的には、部分群の考察により、高温側のFd-3mから、低温相でFd-3mかF-43mになっていると考えられることである。前者の場合、同形構造転移、後者なら、対称中心のない超伝導体ということになる。また、転移点において格子が0.01%程度膨らむという異常な知見も得られた。2つ目は、転移の起源が通常の構造転移ではなく、Kのダイナミクスの変化を基にしていると思われることである。今後、精密なX線回折と中性子線回折実験からのラットリング転移にともなうKのダイナミクスの変化を、電子密度の変化から考察する必要があることが判明した。また、非常に試料作製が困難であった本物質について、新しい単結晶合成法を見出し、定常的な単結晶育成に成功してきている。さらなる改良で、より大きな単結晶育成が可能になり、超音波分散や単結晶中性子線回折等の重要な実験が可能になるという感触を得ている。2年目に当たる本年度は、ラットリング転移に関する非常に重要な知見が得られた。1つは、この転移が水に弱い転移のため、単結晶を2000個使用し、超高分解能中性子線回折の実験を行った結果、転移点において、極めて僅かな体積の増加を観測することに成功した。この実験を行うに際し、新たな単結晶大量合成法を開発した。また、この時、基本的な結晶構造が変化していないことも判明した。さらに、精密X線回折とNMR、比熱測定の組み合わせから、この転移がKのoff-centerに伴なうものではなく、大きなかごの中での異常熱振動状態が変化することによって起きる、同型構造相転移であることを明らかにした。これは、これまでにない全く新しいタイプの相転移であり、気液転移ともいえる状態であることが示唆される。さらに、これまでより大きな単結晶育成が可能になった結果、超音波分散の測定にも成功し、転移に伴なう異常を見出した。これらの結果について、学会発表、論文発表を行った。最終年度に当たる本年度は、ラットリング転移の起源に関する非常に重要な実験結果が得られた。1つは、高品質単結晶の合成に成功し、それを用いた精密単結晶構造解析と電子密度解析から、Kイオンの異常熱振動の方向が、転移高温側で111方向であったものから、-1-1-1方向へわずかに変化していることを見出した。また、詳細な比熱測定とNMRの測定を合わせて考えると、この異常熱振動状態は、かごの中で熱振動状態の変化する新しいタイプの相転移であることが判明した。また、この相転移は、空間群の変化しない、同型構造相転移でり、熱力学的に非常に稀有な例であるといえることも判明した。さらには、純度の高い粉末試料を用いた、Kサイトのイオン交換にも成功し、プロトン伝導体や氷の相転移の問題にも寄与できるような、制限空間水の新規合成にも成功した。
非線形楕円型偏微分方程式に対する定性的理論

本研究では、半線形楕円型偏微分方程式の解の対称性、準線形楕円型偏微分不等式に対するLiouville型定理について考察を行った。1.2次元単位円盤における半線形楕円型偏微分方程式のDirichlet問題の解の球対称性について研究を行った。解の対称性を導く方法については、Serrin,Gidas-Ni-Nirenbergが用いたmoving plane methodがよく知られている。ここでは、単位円盤にPoincare計量を導入し、Poincare discにおけるmoving plane methodを試みた。それにより、従来の解の対称性に関する結果を拡張することができた。また、moving plane methodとは異なる方法を試みたLazer-Mckennaの結果とも関連する結果が得られた。また、原点で特異性を持つ解についても、対称性を考察することができた。今後は、3次元以上の場合について研究を進めていきたい。2.ある常微分方程式の初期値問題の解の存在区間とその端点での挙動、偏微分不等式とそれに関連する常微分方程式の比較定理を考察することにより、平均曲率型微分作用素、p-Laplace微分作用素を含むような、広いクラスの準線形楕円型不等式に対してLiouville型の定理を得た。準線形常微分方程式の初期値問題の解の存在区間とその端点での挙動が、その方程式の微分作用素のもつ性質から分類ができ、その分類に応じて、関連する偏微分不等式が全域で解を持ち得たり、持ち得なかったりすることが判明した。ここでの結果は、平均曲率型微分作用素の場合、Cheng-Yauによって得られた結果の容易な証明を与えており、また、p-Laplace微分作用素の場合、全域で解を持つための必要十分条件を与えている。
古英語運動の動詞の発達

本年度は3年間の研究のまとめの年なので著書の執筆に出来るだけ時間を割くつもりであったが、国外での2つの学会発表がいずれも成功したので、その口頭発表を活字にすることを優先させた。Leedsの国際中世会議での発表は古英語詩編の行間注釈における動詞の前つづりと否定辞の要素順を扱ったもので、13のversionsの中で初期West SaxonのRegius Psalterの特異性を明らかにしたので、オランダの学会誌Neophilologusに掲載されることになった。またPoznanの国際歴史英語学会の全体会議で行った1時間の研究発表は、英語史における助動詞化の傾向を、言語理論のgrammaticalisation(文法化)という概念を用いて説明することの妥当性と不合理性について論じ、助動詞doの起源は中世前期には認められないが、その前兆となる構文をWulfstanが用いていた事実を明らかにし、学会のproceedingsに掲載されることとなった。その後国内で2つの発表を行った。1つは11月の日本英語学会のシンポジウムでの古英語動詞接頭辞の分離性に関する発表で、現代ドイツ語&オランダ語のシステムと同じと考える理論の立場が間違いであることを説明した。この論文は古ドイツ語と古英語との比較を中心に提示する形で書き換え、投稿中である。もう1つは12月の日本中世英語英文学会のシンポジウムにおける再帰構文に関する発表で、中世後期の作品内で人称代名詞のみで-selfの付かない再帰代名詞が保存された理由を実例から証明しようとしたものである。これは平成9年度からの研究として申請する予定である。またトロント大学の古英語辞書編集プロジェクトから依頼されているfaranとferan(いずれも「行く」の意)の項目執筆の副産物としての論文も掲載が決定した。古英語運動の動詞に関する著書は夏にも執筆を完了し、この分野での1933年刊行の書物に代わるものとしてイギリスから出版する予定である。この研究は運動の動詞の発達に関して、これまで文法書等に記述のなかた新事実の発見も含め、詳細な調査を行って論文・著書の形で発表することを主眼とするものであるが、今年度はその基礎的調査と資料収集に時間の大部分を費した。9月にはエヂンバラで口頭発表し(於:国際歴史英語学会第8回大会)、運動の動詞の発達過程で現われる3つの特徴について報告した。その成果は学会のProceedingsにすでに掲載が決定している。またポーランドのJacek Fisiak教授から依頼されていた論文集には、'begin to+Infinitive'構文の発達に関する論文を送った。これを拡大したテーマで、11月の日本英語学会のワークショップでも簡単なペーパーを読んだ。著書に関しては骨格ができ上がり、あとは資料を整理しつけ加える作業が中心となるが、diachronicな発達にかかわるため、これには十分時間をかけ、読むに足る内容にしたいと考える。つけ加えるに、1995年7月、Leeds(イギリス)のシンポジウム(於:国際中世文学語学会)に招かれているが、そこでは新たな発見を報告する用意がある。本年度は古英語期に関する資料の調査をほぼ終えることができた。トロント大学のDOE Projectから古英語辞典のfaran,feran,gefaran,geteranの項目の執筆を依頼されたのが、資料収集の加速と充実につながったものと思う。発表としては7月,リ-ズの国際中世会議で“OE Habban+Past Participle of A Verb of Motion"と題するペ-パ-を読み、これはすぐさまオックスフォード大学名誉教授E.G.Stanleyの記念論文集に受理されて'96年夏活字になることになった。

11月に京都(同志社大)で行われたKyoto Conferenceでは、ゲストにポーランドのJacek Fisiak教授を招いてlinguisticsとphilology双方の立場からのペ-パ-が読まれたが、ここではDouble Auxiliary構文をとり上げて発表、Fisiak教授から1996年8月のICEHL(国際歴史英語学会)で45分のペ-パ-を読むよう招された。さらに11月18日の日本英語学会のワークショップを企画し、Fisiak教授をゲストに招いて古英語方言学の方法論について討論したが、この中で読んだfaranとferanに関するペ-パ-はChiba Reviewに記載すると共にDOEの項目執筆の基礎資料とする。さらにBeowulfにおける運動の動詞について東大の中世資料センターに報告したが、この際古英詩についてかなりまとめることができた。この間、1993年にOxfordでの国際アングロサクソン学会で発表したprefixesに関する論文がASEから活字になり、また1991年にMouton(Berlin)の編集長から依頼されていた著書も11月末に出版された(出版年度は1996)。残りの年度については中英語の資料の充実と、運動の動詞の著書の執筆に努力する。本研究は英語の運動の動詞の発達に関する綿密な調査により、従来の研究や文法書で明らかにされていなかった事実の発見と、より詳細な記述を含んだ研究書の執筆を目的とするものである。このため平成6年度を準備期間、7年度を成果の部分的公表期間、8年度を執筆期間と考えていたが、国内外の口頭発表の要請が予定を上回ったため、8年度も発表に当てざるを得なかった。ただし研究書としての骨格も内容もほぼ出来上っているため、この時点で研究は完了したと報告したい。著書の出版はすでにイギリスの出版社と仮契約が出来ているので、いずれ出版の事実を報告する。準備期間の間にコンピューター本体とソフトを購入、古英語・中英語・古高ドイツ語・古フランス語・古ノルド語・言語学等、関連分野の書籍を購入した。また資料収集は国内では東大駒場の中世イギリス資料センター、京都大学、同志社大学を中心に写本のファクシミリ等を閲覧、国外では学会に参加・発表する前後の期間を利用して各大学図書館、Bodleian Library(Oxford)とBritish Library(London)を中心に写本研究を行った。成果の部分的公表としては3年間で口頭発表が国内5つ国外4つ、雑誌論文が国内は中世資料センターの方での科学研究費報告3つ、国外はすでに活字になったもの3つ、印刷中のもの7つ、投稿中のもの1つ、執筆中のもの2つ、著書は共著3つ、単著1つ(ドイツから出版)である。成果として国外でも認められたのは、(1)古英語の動詞接頭辞の機能が現代ドイツ語・オランダ語とは違う発達段階にあったこと、(2)運動の動詞の中に助動詞的機能を発達させたものがすでに古英語期にあったこと、(3)自動詞は完了の助動詞として近代英語までbe動詞をもちいていたと文法書にはあるが、古英語からhaveも用いていた実例があること、等である。
自己相似性を用いた画像の超解像に関する研究

本研究課題では、単一の画像から高速かつ高性能な超解像を行う幾つかの手法を提案する。一つは画像の自己相似性を利用し、辞書学習を必要とせず、自身の低解像度画像と原画像からランダムサンプルして辞書を作成し、これに基づいてL2近似により超解像を行う。もう一つはさらなる高速化を目指して、低解像度画像の画素差のバイラテラル重みを補間係数として、直接補間により高解像度化する超解像手法を提案する。これらの手法は従来法に比べ高速かつ高精度な超解像が実現できることを確認した。本研究課題では、画像の自己相似性を用いた単一画像の超解像技術の新しい方法を提案し、そのメリットデメリットを確認し、応用に応じた利用方法を示す。自己相似性とは信号のどの部分(パッチ)も、細部を拡大すると全体と同じ形状を示す性質を言う。画像のあるパッチは、同じ画像の他のパッチとも類似しており、拡大縮小や回転反転等の変換画像に対しても同様の性質を有している。平成25年度はこの性質を利用した2つの超解像手法について検討し、十分な成果が得られた。非局所平均(NLM)による超解像:画像の強力な雑音除去のために考案されたNLMを利用した新しい超解像手法を提案し、十分な成果が得られた。入力画像に対して、平滑化された画像と、線形拡大した画像を用意し、これを平滑化画像のNLMで表現する。この関係が得られた後、平滑化画像の代わりに入力画像を用いることにより、より鮮明なエッジを表現し、テクスチャも鮮明に表現できた。学習を用いないL2近似による超解像:従来法では膨大な低解像度及び高解像度画像ペアを用意し、スパース性(L1近似)によりそれぞれの辞書を作成する必要があった。これに対して画像をダウンサンプリングして低解像度画像を作成し、これと原画像の空間的に同じ位置のパッチをランダムに選びこれを辞書とする。低解像度辞書を使って原画像をL2近似し、その係数と高解像度辞書を用いて高解像度画像が得られる。本手法により超解像性能を同等に保ちつつ、辞書作成も必要なく、L1の代わりにL2近似を用いることにより解析的に解くことができ、計算時間を飛躍的に短縮できた。前年度は画像の自己相似性を用いた単一画像からの超解像度技術として、非局所平均による方法と、学習を用いないL2近似による方法の2つの方法を提案した。これらの方法は画像の自己相似性という性質を使った超解像度技術であり、良好な結果が得られているが、この性質が少ない画像の場合には精度が劣化したり、自己相似なパッチを検索しなければならないため計算時間が増大するという問題があった。本年度はより高速で実用性の高い新しい方法を提案した。まず超解像のための画像拡大のために、ガウス重みに基づく高精度な画像補間法を開発した。従来自己回帰モデルに基づく優れた補間法があるが、局所的なモデルを求めるために計算時間が多く、また対象とする局所領域が広いためテクスチャを再現できないという問題があった。提案する方法は対象画素の周囲4点の画素の差分値をガウス関数で表現し、これを重みとするだけの単純な方法であるが、従来法と同等の性能を持ちかつ高速に補間できることを示した。さらに補間の際に自己回帰モデルを用いることで、高速性を保ちつつ、従来法以上の性能を持つことを示した。さらに超解像のための高周波数成分生成のために、補間画像を低域と高域に分離し、広域信号にショックフィルタと呼ばれる非線形エッジ強調処理を施し、低域成分を加算するだけで、より鮮明な超解像画像が得られた。これらの方法は単純な関数計算とフィルタリング処理で実現できるため、リアルタイムの処理が可能であるという利点を有している。最終年度では、複数のフィルタの畳み込みを利用した高速なシングルフレーム画像補間法を考案した。シングルフレーム補間問題は既知画素よりも未知画素の数が多い不良設定問題であるため、手法ごとの仮定により補間品質が大きく変化し、特にエッジぎわやテクスチャ領域でジャギーや画像ボケが発生しやすいことが問題となる。これらの問題を解決するために、最小二乗法などの最適化問題を解くことによる高品質な補間を目指した手法は多く存在するが、計算コストが高くなってしまい、リアルタイムアプリケーションに不向きであるという課題がある。そこで本研究では近年マルチフレーム補間として提案された複数面フィッティング法をシングルフレーム補間に適用することで、ジャギー及び画像ボケの軽減を目指した。従来法では最小二乗法による関数導出及びその関数に未知画素の座標を代入することで推定値を得ていたが、その処理をフィルタの畳み込みのみで実現した。これによって局所的な関数を利用して画像ボケを軽減するという複数面フィッティングの強みを利用しながらも、高速な処理を可能とした。更にフィルタの水平、垂直方向にそれぞれ重みをかけることで、エッジ方向に沿った関数を利用できるように改良し、ジャギーを軽減した。以上の手法によって、提案法は高速でありながらも、ジャギーや画像ボケのない補間を可能にした。また提案法の性能を示すため、補間画像を定量・定性的の両面から評価し、従来法との処理時間の比較も行った。

もう一つはさらなる高速化を目指して、低解像度画像の画素差のバイラテラル重みを補間係数として、直接補間により高解像度化する超解像手法を提案する。これらの手法は従来法に比べ高速かつ高精度な超解像が実現できることを確認した。2年目の目標であった、実時間処理可能な超解像技術を開発でき、性能的にも良好な結果が得られている。信号処理、画像処理これまでは単一画像の超解像度技術を検討してきたが、かなりの成果が得られたため、最終年度はビデオの超解像に挑戦したいと考えている。これはマルチフレーム超解像と呼ばれ、従来から多くの研究報告があるが、複数枚の低解像度画像の位置合わせを行い、MAP推定と呼ばれる計算負荷の大きな処理が必要となる。本課題では各フレームで単一画像の超解像を行い、位置合わせを行う代わりに、雑音除去の最先端技術であるBM3Dの動画像版VBM3Dを用いて位置合わせと雑音除去を同時に行う手法を提案する予定です。本研究が完成すれば、これまでのマルチフレーム超解像のブレークスルーとなり得る可能性を秘めている。当初の予定では学習を用いないL2近似による超解像技術の研究を1年目の目標としていたが、順調に成果が得られた。この過程で辞書を作成すること無く、超解像を実現することを検討し、当初の計画に無かったNLMによる超解像技術の研究に着手した。手法的には非常に簡単であるが、高解像度画像と低解像度画像の自己相似性の取得に苦戦したが、これを克服し、より簡単に高性能な超解像度技術を獲得できた。但しブロックマッチングが必要なため計算時間がかかることが難点である。今後はこの問題も含めて様々な手法を検討したい。平成26年度は、昨年度の手法を更に改良することと、より現実的な超解像手法を確立するための非線形処理を検討する予定である。1)自己相似、自己合同性を用いた超解像:これまでは自己相似、すなわち異なるスケール間での相似性を利用して超解像を行った。しかし画像自身は多くの類似した部分を含んでおり、これを自己合同性と呼ぶこととし、これを利用してより高性能な超解像を実現したい。雑音除去の手法として近年注目されている方法にBM3Dがある。これは画像内の類似したバッチを累積してキューブを作成し、これにウイナーフィルタ等の古典的な雑音除去手法を適用すると、これまでの常識では考えられないような雑音除去が可能となり、注目されている。この手法の鍵は画像内の類似した部分を累積する、すなわち画像の自己合同性の利用である。この技術に着目し、昨年度得られた自己相似性に基づく超解像にBM3Dを適用することにより、より高性能な超解像が実現できる可能性がある。2)ショックフィルタを利用した超解像:これまでの手法の問題は計算量が多く、実時間処理を考えると限界がある。そこでエッジの傾きを鋭くすることができるショックフィルタを使った超解像を検討する。ショックフィルタ繰り返し演算の必要な非線形処理であるが、高速に実現できる。但し繰り返しを行うとテクスチャ成分が除去され、のっぺりした画像になる。そこでこのテクスチャをいかに保存するかがこの技術の鍵である。解決法は検討しており、試行錯誤しながら実時間処理可能な超解像技術を開発する。
インプリント遺伝子およびトランスジーンの核内コミュニケーションの解析

動物特有の種々の生物学的な現象とゲノムや染色体構造、遺伝子の機能的発現とその核内配置、遺伝子間コミュニケーション等との関係を明らかにすることを目指し、まずヒトSNRPNと、近傍領域の15番染色体セントロメアの細胞周期に依存したコミュニケーション、核内配置、クロモソームテリトリーとの関係をヒトHL60細胞で検討した。HL60細胞ではこの遺伝子の複製タイミングや遺伝子発現のインプリンティングは維持されているものの、細胞周期依存的ホモログ間コミュニケーションが起こらず、これには複製や発現のコントロール以外の要因が関与することを示した。また同一染色体上のSNRPNとセントロメアはS期後期に核内の同じ分室にパッケージされること、これは複製後に起こり同一複製focusで複製されるのではないこと、SNRPNは発現にかかわらずテリトリー周辺部に、セントロメアはテリトリー内部に配置していることを明らかにした。次に遺伝子発現とサイレンシング、遺伝子の核内配置の関係の一局面を明らかにするため、核内一次転写産物の検出をSNRPNを例として可視化したところ、時間依存的に片アレルから両アレルに発現パターンが変化し、SNRPNの発現はDNAメチル化やヒストン脱アセチル化によって制御されることを明らかにした。一方、マウスIgf2のアレル特異的不活性化機構に核内ヘテロクロマチンが関与するか検討した。一方のアレルがヘテロクロマチンと結合する核が30%程度見られ、発現が抑制される父方アレルが結合する割合が多く、この機構の関与が示唆され、この結合割合はS期の進行とともに減少し、複製との関連性も示唆された。またマウス胚性線維芽細胞を用いてIgf2,H19等の発現状態も可視化し、インプリント遺伝子が、アレル特異的発現制御を受けること、遺伝子の発現状態と核マトリクスへの結合性は密接に関連することを見出した。遺伝子の挙動を核内染色体領域(クロモソームテリトリー)や核内機能構造と共に視覚化し、細胞周期に依存した遺伝子間コミュニケーション、ならびに、これらのダイナミクスを明らかにすることを目的に主に以下の2点を三次元FISH解析によって検討した。1.ヒトSNRPN(small nuclear ribonucleoprotein polypeptide N)と、近傍領域の15番染色体セントロメアの細胞周期に依存したコミュニケーション、核内配置、クロモソームテリトリーとの関係をヒトHL60細胞で検討した。その結果、HL60細胞ではこの遺伝子の複製タイミングや遺伝子発現のインプリンティングは維持されているものの、細胞周期依存的ホモログ間コミュニケーションが起こらず、インプリント遺伝子のホモログの近接には、複製や発現のコントロール以外の要因が関与することを示した。また、同一染色体上のSNRPNとセントロメアはS期後期に核内の同じ分室にパッケージされることを見出した。この近接は複製後に起こり、同一複製focusで複製されるのではないことを示した。さらに、SNRPNは発現にかかわらずテリトリー周辺部に、セントロメアはテリトリー内部に配置していることを明らかにした。2.マウスIgf2(insulin-like growth factor 2)のアレル特異的不活性化機構に核内ヘテロクロマチンが関与するか検討した。その結果、一方のアレルがヘテロクロマチンと結合する核が30%程度見られ、発現が抑制される父方アレルが結合する割合が多く、この機構の関与が示唆された。また、この結合割合はS期の進行とともに減少し、複製との関連性も示唆された。しかし、この結合が起こらないパターンも多く観察され、ヘテロクロマチンを介した不活性化機構は、インプリンティングにおいては補助的な役割を果たすと考えられた。

動物特有の種々の生物学的な現象とゲノムや染色体構造、遺伝子の機能的発現とその核内配置、遺伝子間コミュニケーション等との関係を明らかにすることを目指し、今年度は、まずインプリント遺伝子であるヒトSNRPN(small nuclear ribonucleoprotein polypeptide N)と、近傍領域の15番染色体セントロメアの核内配置をヒトHL60細胞で検討し、同一染色体上のSNRPNとセントロメアはS期後期に核内の同じ分室にパッケージされることを見出したが、これらが同じ複製フォーカスに存在しないことを、ブロモデオキシウリジンの取り込みパターンによるS期の区分法を開発して確認した。また、遺伝子発現とサイレンシング、遺伝子の核内配置の関係の一局面を明らかにするため、核内一次転写産物の検出をSNRPNを例として可視化し、あわせてDNAメチル化阻害やヒストン脱アセチル化阻害のSNRPNの発現に及ぼす影響を検討した。その結果、時間依存的に片アレルから両アレルに発現パターンが変化し、SNRPNの発現はてDNAメチル化やヒストン脱アセチル化によって制御されていることが明らかになった。また、マウス胚性線維芽細胞をもちいて、Igf2,H19等の発現状態も可視化し、インプリント遺伝子が、アレル特異的発現制御を受けること、核を単離してDNaseで処理後、高塩で処理して調製した核マトリクスへの結合性も可視化し、両アレルから発現する遺伝子、インプリント遺伝子を比較したところ、遺伝子の発現状態と核マトリクスへの核マトリクスへの結合性は密接に関連することを見出した。
子どもの健康生活習慣の自己管理能力テストの開発

本年度は昨年度に引き続き健康生活習慣に関するデータを収集した。国内では1300名以上の同一フォーマットによる調査データを得ることができた。さらに,若干調査フォーマットは異なるが食育に関する調査の中で,ほぼ共通領域の調査項目により約1700名のデータを得た.加えて,今年度は海外(アジア)においても同一の調査を実施する機会を得,約2700名のデータを得た.こちらのデータに関しては,学年間比較分析を行い,学会にて発表を行った.昨年度までに収集されたデータおよび生活習慣改善方策の実践結果は論文(発育発達研究vol.37)として発表した.報告した内容は本研究課題において評価指標の妥当性検証の際に実践を考えていた手法の妥当性を示すものであった.論文として発表したことにより,手法の妥当性を事前に示すことができた.今後,実践をさらに進めていく.最後に,生活習慣の自己管理能力指標の作成アルゴリズムについてであるが,これに関しては別のデータを用いて指標作成およびテスト化のアルゴリズム作成とその確認を完了した(論文執筆中).不足部分のデータを収集し充実させた後に本研究課題における最終目標である自己管理能力テストとして完成させる予定である.研究課題の期間は平成19年度で終了するが残った課題に関しては継続して実行し完成後,論文として公表する.2006年度においては,過去の研究文献をもとに,網羅的な項目構成による健康生活習慣管理の調査用紙を作成した.調査項目は,各行動ができているかどうかを質問する形式とした.また,2006年度においては,多くの調査項目による実施協力を得やすいと考えられる大学生に調査を実施し,他学年における調査精選の基礎材料とした.大学生の健康生活習慣に関するデータを収集し,500名以上のデータを得た.得られたデータと,これまでに報告されている他学年におけるデータとを比較分析し,現在の大学生の健康生活管理能力実態および問題点を報告した.また,予定している小学高学年,中学,高校でのデータ収集にあたっては,大学生に比べ,コンパクトな調査様式が必要と考えられる.そこで,前述の通り2006年度に大学生より得たデータの項目分析結果をもとに項目の精選,および選択肢の改善を終え,新しい調査用紙作成を終えた.調査は2007年度前半に行う予定である.さらに2006年度においては,タイおよびミャンマーの児童生徒を対象に健康生活習慣調査を実施および依頼した.調査は3月に概ね終了しているため,今後データ入力を完了し,詳細な分析を実施する予定である.また,タイでは,本科学研究採択以前までに実施してきたものを継続し,現地小中学校において,HQC手法による生活習慣改善行動の実践および,それに伴うデータを得た.得られたデータを分析し,成果出現の確認を完了した.同国における調査および実践は2007年度においても継続する.本年度は昨年度に引き続き健康生活習慣に関するデータを収集した。さらに,若干調査フォーマットは異なるが食育に関する調査の中で,ほぼ共通領域の調査項目により約1700名のデータを得た.加えて,今年度は海外(アジア)においても同一の調査を実施する機会を得,約2700名のデータを得た.こちらのデータに関しては,学年間比較分析を行い,学会にて発表を行った.昨年度までに収集されたデータおよび生活習慣改善方策の実践結果は論文(発育発達研究vol.37)として発表した.報告した内容は本研究課題において評価指標の妥当性検証の際に実践を考えていた手法の妥当性を示すものであった.論文として発表したことにより,手法の妥当性を事前に示すことができた.今後,実践をさらに進めていく.最後に,生活習慣の自己管理能力指標の作成アルゴリズムについてであるが,これに関しては別のデータを用いて指標作成およびテスト化のアルゴリズム作成とその確認を完了した(論文執筆中).不足部分のデータを収集し充実させた後に本研究課題における最終目標である自己管理能力テストとして完成させる予定である.研究課題の期間は平成19年度で終了するが残った課題に関しては継続して実行し完成後,論文として公表する.
寧波地域の水利開発と環境

寧波では唐代に東銭湖、它山堰を中心とした水利灌漑システムが整い、米の二期作が行われた。人々は它山廟などの廟会によって水利功労者に感謝するとともに、経済的物資交流・娯楽を行った。月湖の龍舟によって親水意識が高まり、水環境維持の心性が形成された。朱舜水による水戸藩水利事業、呉錦堂による神戸小束野開発、慈溪県杜湖・白洋湖改修事業など日中の水利交流が行われた。本研究班は寧波地域の水利開発と環境を研究することを目的とし、本年度は以下の研究を実施した。中国方志叢書浙江省第1期、第2期、『浙江省水利志』等の書籍を購入し、また、乾隆『〓県志』『寧波市志』等の資料を複写し、さらに、2度にわたる寧波現地調査により『〓県水利志』『甬江志』『皎口水庫志』『2005寧波統計年鑑』など多数の関連資料を収集した。寧波水利に関する先行研究文献については「寧波関係先行研究文献目録」を作成し、斯波義信『宋代江南経済史の研究訂正版』(汲古書院、2001年)、繆復元「它山堰考疑」(『它山堰曁浙東水利史学術討論会論文集』中国科学技術出版社、1997年)等を収集した。これらの資料、先行研究から寧波地域の水利開発についての歴史的経緯は既に明らかにされているが、歴史研究が中心であり、各水系の防水、利水の具体的内容の検討、及び工学的分析、地理学的分析は十分ではないことが明らかになった。また、2度にわたり寧波調査を行い、寧波水利局、〓州区水利局、寧波市規画局を訪問し、現代水利建設のマスタープランを伺い、寧波市水利の重点は都市生活用水の確保であり、水環境の保全にも力を入れていることが明らかとなった。寧波大学城市発展与規画研究所の訪問により、寧波港の建設、都市建設の概要を聞き取り調査した。さらに、它山堰、東銭湖、広徳湖、水門、皎口水庫(ダム)などの古代から現代の水利施設を参観し、立地条件、水利機能、工学的特長を考察した。その結果、古代水利施設は海潮を防ぎ、淡水を農村、都市部に供給する重要な施設であり、現代の水庫(ダム)建設は都市部の生活用水の機能が大きかったことが明らかになった。水の娯楽に関してはペーロン・龍舟関係文献資料を収集するとともに、日本の相生のペーロン関係者からの聞き取りにより、中国の龍舟との関連について示唆を得た。中国水利技術の日本への伝播については17世紀の朱舜水による水戸の偕楽園建設、20世紀の華僑呉錦堂による慈渓県杜湖・白洋湖治水、神戸小束野開拓に焦点をあて、資料・先行研究文献収集を行った。「寧波地域の水利開発と環境」班(以下、水利班と略称)は以下の調査、文献資料収集、研究発表、論文作成を行なった。まず調査では、2006年5月に兵庫県相生市のペーロン調査、6月に湖南省岳陽を訪問し、屈氏祠、汨羅江の調査を来ない、8月にアメリカワシントンの米国公文書館で寧波地図資料を収集し、9月10月に寧波の水利施設調査を行なった。さらに水利関連調査として西安、福建調査も行なった。文献資料収集では中国方志叢書華中地方漸江省第3期分、湖南省龍舟関係資料、水利関係資料を購入し、また、12月に北京の中国社会科学院を訪問し、寧波水利関係資料を収集し、これらの資料を整理、分析した。研究発表では8月の立命館大学史学会において「寧波の水利調査について」の研究発表を行い、10月の寧波プロジェクト現地調査班打ち合せ会で「寧波地域GISデータベースの構築-現地調査班におけるGPSを利用したデータ収集方法について-」を報告し、「朱舜水と水戸学」シンポジウムにおいて「水戸藩の水利事業と朱舜水」の研究発表を行い、ギリシャにおける「古代文明における水と廃水技術に関する第1回国際シンポジウム」で'DRAINAGE SYSTEM OF ANCIENT CAPITALS IN JAPAN'の論文発表を行った。11月には水利班は中国水利史研究会、土木学会と共催で「中国・日本の治水・水利技術の比較研究」、「水と人のかかわり」のシンポジウムを行ない、中国水利水電科学研究院から周魁一先生をはじめ3先生を招待して、研究発表して戴き、水利班も「寧波の水利事業-峩夫を中心に-」「寧波水利の地理的考察」「水の娯楽-寧波の例-」を発表して相互討論を行なった。2007年2月のシンポジウム「東アジアの海域交流:歴史と現地研究の方法をめぐって」では「水利班における現地調査の経過とその課題」を報告した。論文作成は11研究発表に記載のとおり行なった。

「寧波地域の水利開発と環境」班(以下、水利班と略称)は以下の現地調査、文献資料収集、研究発表、論文作成を行った。中国調査では2007年9月14日9月19日に寧波地域の水利施設調査、2008年3月8日3月13日に浙江杭州地域の水利調査を行ない、国内調査では2008年1月13日16日に茨城県水戸市で水利調査、同年1月18日20日に鳥取県で近世都市水利調査を行なった。文献資料の収集・分析においては中国方志叢書華中地方浙江省第1・2・3期分(成文出版社)、同湖南省第1・2期分(成文出版社)等を購入し、華中地域の水の娯楽、龍舟関係史料を収集した。2007年7月12日に京都大学文学部・人文科学研究所で史料収集し、8月11日に兵庫県舞子の孫文記念館で呉錦堂関係史料収集を行った。また、中国の研究協力者に依頼して中国第一歴史档案館所蔵の寧波水利関係史料を収集した。5月18日に班員の本田治が第52回国際東方学者会議で「宋代明州沿海部における開発と移住」を行つた。2007年11月に『中国水利史研究』第36号を「中日水利史シンポジウム特集号」として出版し、松田吉郎が「寧波の水利事業-峩夫を中心に-」、「水の娯楽-寧波の例-」を発表し、南埜猛が「建国後の現代中国における水利問題の展開-浙江省寧波市と兵庫県との比較考察をもとに」を発表し、神吉和夫が「周魁一教授一行を迎えての中日水和史シンポジウムほか報告」を発表した。また、本田治が「Development and Migration in Coastal Ming-chou during the Sung」『国際東方学第52冊(2008年)、神吉和夫が「中国・西安の暗渠都市給水施設の現地調査」『土木史研究講演集』第127巻(2007年)、「わが国における近代初期の治水思想-沖野忠雄-」全研究センター研究報告』第11号(2008年)を発表した。平成20年6月に神戸でメンバーが集まり、本年度研究計画、研究分担の確認を行って研究を進めた。各メンバーは旅費を用いて中国に赴き、水利調査を行った。松田吉郎は寧波水利調査(平成20年9月、21年2月、3月)を行い、本田治は浙江省上虞県・餘姚県・慈谿県の水利調査(平成21年3月)を行い、神吉和夫は北京の歴史的水利施設の資料収集(平成20年10月)、西安における明清時代の水利施設に関する資料収集を行った(平成21年1月)。各メンバーはこれらの研究成果を学会で発表するとともに研究雑誌等で公表した。また、松田は謝金を用いて研究協力者に依頼して北京第一歴史棺案館所蔵の清代寧波水利関係資料を複写・送付してもらい、同資料を分析し、論文の基礎資料とした。本年度の最大の成果は平成20年10月22日-26日に、科研メンバー、日本・中国の水利史研究者が四川成都で「2008年古代堰〓工程歴史価値及其保護利用国際学術研討会(2008年古代水利施設の歴史的価値及びその保護利用国際学術・討論会)」を開催したごとである。50数名の研究者が集まり、日本、中国の水利施設の特徴、比較、技術・文化伝播について議論し、平成21年明に『古代水利施設の歴史的価値及びその保護利用国際学術討論会論文集』(科研報告書、全431頁)を刊行した。同科研報告書において、日本・中国の古代水利施設は現代水利においても有効性をもち、環境保全にも貢献しており、その歴史研究の重要性が確認された。ただ同シンポジウムに経費が掛かったために、当初予定していた『文淵閣四庫全書(電子版)』は購入できず、これは平成21年度の科研費で購入し、資料分析を行うことにした。本年度は最終年度として以下の調査研究を行った。第一に設備備品費を用いてDVD版資料『浙江省-杭州市地方誌-』『浙江省-寧波市地方誌-」『四庫全書』『四部叢刊』を購入し、文献資料を最終的に確認し、分析を行った。第二に旅費を用いて寧波水利調査5回、天津・北京水利調査1回を行った。
多機能型光アクチュエ-タ・サ-ボシステムの研究

自律型マイクロロボットを実現するためのエネルギ-供給に関しては、電源ケ-ブルをなくすために各種方法が考えられる。本研究では、最近報告されている光駆動型圧電素子PLZTの光歪現象を利用する光アクチュエ-タに、新たな機能を付加した多機能型光アクチュエ-タを提案する。これは、光(紫外線の波長領域)の照射によってエネルギ-の供給(例えば、マイクロ・バルブではバルブの開状態の維持など)をするとともに、制御信号等の情報をその光に重畳して同時に伝送することで、応答性能の改善、複数動作制御等を可能とすることを目的としている。本年度は圧電素子であるPLZTに紫外線を照射したときの光歪現象による光歪駆動型のアクチュエ-タを試作し、その応答特性を調べ、光アクチュエ-タ・サ-ボシステムの機構と制御方法について検討した。アクチュエ-タの変位をかせぐために、バイモルフ型のPLZTを試作し、紫外線(最大1200mW/cm^2)を照射による変位応答特性を調べた。実験は、紫外線を用いた照射実験および加熱実験を行ない、圧電素子(PLZT)の変位量を非接触センサで、起電流をピコアンペアメ-タで測定した。紫外線照射は、波長365nmを中心とする狭帯域幅のスペクトル幅を有する紫外線を微小スポットで照射し、その強度を最大1200mW/cm^2とした。実験で、圧電素子の紫外線照射における歪応答特性を調べたところ、その応答特性は光歪効果、焦電効果、熱変形による事が定量的に示された。これらの結果から、光センサを用いて光サ-ボ系を構成する事により、多機能型光アクチュエ-タ・サ-ボシステムが実現できる可能性が示された。