hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
反強磁性体を用いた非磁性金属のスピン偏極

本研究では、FeやCoなどの強磁性元素(単体で強磁性体になる元素)を用いない系において、界面交換結合を用いた非磁性元素のスピン偏極の可能性について検討してた。特に、非磁性重金属(Ptなど)を反強磁性絶縁体(Cr2O3など)と界面交換結合させることによる重金属のスピン偏極の可能性について検討を進めた。平成30年度の主な成果を下記に記す。(1) Pt/Cr2O3界面において、界面Crスピンに起因するPt層内での非線形ホール効果を検出し、その膜厚依存性、温度依存性を明らかにした。(2)観測されたホール効果の起源として、Pt層のスピン偏極について検討するために放射光を用いたX線磁気円二色性測定を行った。(3)上記の検討の段階で、Pt/Cr2O3界面においてスピンホール磁気抵抗効果(Spin Hall Magnetoresitance: SMR)が発現していることを新たに見出した。特に、この成果については研究開始当初には想定していなかった効果であり、この原理に基づいて反強磁性Cr2O3層の反強磁性転位を検出することにも成功している。これらの結果については、2019年秋の日本金属学会において一部を発表しており、また、(3)については論文掲載済みである。(1)、(2)の成果についても、現在論文執筆を進めている。現在は、上記の成果を基に、さらなる発展を目指して、重金属元素の最適化、Cr2O3層のスピン方向を制御することによる、反強磁性スピン制御に展開する予定である。本研究では、Fe, Coなどの強磁性元素を用いない系において、界面交換結合を用いた非磁性元素のスピン偏極に取り組んでいる。特に、非磁性重金属(Ptなど)/反強磁性絶縁性酸化物(Cr2O3など)積層膜を研究対象として、非磁性重金属のスピン偏極(非磁性元素中に磁気を誘起させる)の可能性について電気特性と磁気特性の両面から検討を進めている。平成29年度は、異常ホール効果(AHE)と磁気円二色性(XMCD)を主な検出手法として研究を進めた。平成29年度に得られた主な結果を以下に記す。(1)超薄膜領域にある良質なエピタキシャルCr2O3薄膜の生成技術を確立した。(2)(1)で確立した手法を用いて作製したPt/Cr2O3積層膜において、通常の非磁性金属では観測されない磁場に対する非線形なAHEを観測した。(3)観測した非線形AHEの測定温度、膜厚依存性を基に、非線形AHEの発現メカニズムの解明を進めた。(4)硬X線、軟X線によるXMCD測定を基に、非線形AHEの起源となる磁気秩序のメカニズムについて検討を進めた。これらの結果については、2018年春の日本金属学会において一部を発表しており、現在、詳細なメカニズムの検討を連携研究者とともに進めている段階にある。平成30年度は、平成29年度に得られた成果(特に非線形AHE)を取り掛かりとして、Pt以外の重金属、および、軽金属系との比較を進めることで、観測されたAHEと非磁性重金属におけるスピン偏極の可能性を明確にする。当初の計画通りに、Pt/Cr2O3系において磁気秩序の可能性を示唆する異常ホール効果を検出できたことが主な理由である。現在は、観測された異常ホール効果とPtのスピン偏極の可能性について、磁気円二色性測定を基に検討を進めている。仮に、観測された異常ホール効果がPtのスピン偏極を起源とするものではない場合、これまでに考えられていたメカニズムとは全く異なる新規メカニズムの発見につながる可能性があり、この意味においても新しい成果の創出が期待できる。平成29年度に得られたPt/Cr2O3系における非線形異常ホール効果の起源を明確にすることを最大の目的として、Pt以外の重金属、軽金属との比較を進める。

また、磁気円二色性測定などを用いて界面磁気モーメントの直接的な検出を試み、Ptのスピン偏極、および、その他の可能性について電子論的起源に基づく解明を進める。当初予定していた試料作製装置用のスパッタリング装置制御用ガス(N2)を年間2本と想定していたが、年度末に当たってわずかではあるが使用可能な残量が生じたため新規のガス購入を平成30年度に実施するため。
大気中磁気泳動による単一微粒子の質量測定法の発明

平成17年度は、以下の研究実績を挙げた。1微粒子の落下開始法の開発ガラスに付着させたポリスチレン微粒子を、絞り込んだ532nmのパルスレーザーにより選択的に落下させる方法を考案し、最適条件を検討した。垂直落下において、約10%の横方向の広がりを伴うことが確認された。2微粒子の速度測定法について800マイクロメータのポールピース空隙に0.4TのNd-Fe-B磁石により磁気勾配を発生させ、そこにレーザ脱離により落下させたポリスチレン微粒子の速度を測定する方法として、レーザー光散乱法を開発した。すなわち、マルチラインスリットを装着したオプティカルファイバーと対物レンズを用いて、散乱光をスパイク状の信号としてオシログラフ上にて観測する方法を考案した。この方法により、マイクロ秒オーダーの落下速度の測定に成功した。3速度変化から質量と磁化率を同時に求める解析法の検討磁気勾配中のポリスチレン微粒子の落下速度は、磁気力の作用により勾配中の位置に依存して変化した。この速度の変化から、解析式を用いて質量と磁化率を同時に求める方法を検討した。その結果、10μmレベルのポリスチレン微粒子において、良好な結果を得ることができた。以上のように、昨年度より開始した本研究の目的は、基本原理の確証ができたことより、ほぼ達成されたと言える。4さらに、磁場と電場により発生する電磁力により、液中の微粒子の付着力を測定する方法を検討し、実試料として、酵母細胞の付着力の測定を行った。本研究は、従来の質量分析法(MS)とは全く原理のことなる、磁気力を用いる新しい磁気質量分析法の開発を行うものである。これまでの質量分析法では、電荷をもたない微粒子はイオン化によって電荷をもたせる必要があったが、このことが分解しやすい化合物やサイズの大きな生体微粒子の質量分析を困難としていた。本発明による磁気質量分析法は、高磁気勾配の中を飛行する微粒子の加速度から、その磁化率と質量を同時に測定するものである。本研究は、このような前例のない革新的な方法の原理を実証的に示すことを目的とする。今年度は以下の点を検討した。1、試料の射出法の検討現有のインクジェット方式のマイクロ液滴放出装置を用いて、微粒子を含む体積フェムトリットルの液滴を精度良く射出するための、溶媒、電圧、周期等の条件を検討した。2、ポールピースの製作間隔が1mm以下の鉄製のポールピース(磁場勾配増強ピース)を製作した。そして現有の10T超伝導磁石の直径10cmのボア内に設置できるようにした。3、測定光学系の製作現有のCCDカメラを用いて、微粒子の飛行軌跡を測定するためのプラットフォームを非磁性素材で作成した。インクジェット型マイクロ液滴放出装置、ポールピース、対物レンズ、CCDカメラ、現有のストロボライト等を、直径10cmのボア内のプラットフォームに設置した。4、測定、解析法の整備磁気力の作用する領域で微粒子が等速運動に至るまでの時間(緩和時間)を測定する方法を検討し、その緩和時間より質量を求める解析式を検討した。
鉄欠乏状態によるビタミンB12代謝を介した骨特異的エピジェネティクス変動の解明

各年代における食生活の変化に伴うミネラル摂取過不足に関する研究については、疫学調査を含めて世界中で盛んに行われ、摂取基準も設けられている。しかしながら、近年になり、鉄、銅や亜鉛トランスポーターをはじめ、ミネラルの吸収/排出を制御するトランスポーターの遺伝子欠損および変異によりミネラル代謝異常の重篤な症状が引き起こされることが明らかになってきた。このように疫学調査から基礎研究、そして応用研究へとミネラル研究は新たな時代を迎えていることからも、ミネラル研究とビタミン研究をつなぐシグナル分子を探索すべく、鉄欠乏状態モデルとして骨代謝とタンパク質翻訳語修飾の観点から明らかにする。
世界大学ランキングの認識論：計量への科学技術社会論的アプローチ

平成30年度は、平成29年度に実施したインタビューおよび分析に対して、さらに各社のランキングの構成に関して今年度に実施した分析を加え、ランキング作成における恣意性の存在とその問題点・改善点等を明らかにした。また文献データベースから作成した指標を用いて、シミュレーションあるいは統計的な解析を行って、理論的な検討と併せて、各大学ランキングがどのような仕掛けによって生み出されているかについて確認を行った。これらの内容の一部については平成30年8月にシドニーで開催された国際科学論学会で発表した。また、当該の内容をベースに新しい大学の研究評価のあり方等を検討し、その内容については2019年度開催の国際科学計量学会大会にconference paper(Research in progress)として投稿し、採択された。並行して、新聞記事の内容分析を行った。研究費との兼ね合いで、当初予定の国内主要紙すべてを対象とした分析をすることは断念したが、朝日新聞記事を対象に内容分析や共語に基づくネットワーク分析などを実施し、世界大学ランキングがどのような文脈でどのような問題を対象に語られているかを分析するとともに、計量手法や数字の意味等について「適切な」理解に基づいた記事がかかれているかなどを確認した。分析の結果、当初は教育との関係を中心に語られていた世界大学ランキングが(ゴーマンレポートの影響)、研究中心にシフトするとともに、大学のいわゆるグローバル化が主要トピックとなっていったことが確認された。さらに、東京大学を中心とした国内大学の順位低下にともなって、「アジアのライバル」がまた主要な話題となってきたことも明らかになっている。当初予定した国内主要新聞全紙および(次年度に向けての)国際主要紙の分析については、コスト面から困難が予想されることから、一紙に絞って分析を行うことにした。結果として、得られる情報量が減ってしまったものの、詳細な分析を前倒しで実施し、必要な知見は得られた考えられるので、大きなマイナスとはならずに済んだ。一方、研究成果については、予定を含め2つの国際学会で公表することができることとなり、順調に取りまとめが進んでいる。国内・国外の新聞の分析はコスト面で難しいことが平成30年度に明らかになった。そこで、大体的な分析手段としてSNS等を活用して代わりのデータを収集することを計画している。そのデータを用いて、2019年度前半は、国内外の大学ランキングに対する反応の違いを分析する。さらに年度後半は、これまでの調査・分析結果をまとめる。すなわち、調査の対象とした各国で大学ランキングの意味が社会的に構成されていく過程を明らかにし、各国の違いがどのような要因に起因するかを明らかにしたい。研究成果の一部については8月に実施される国際科学計量学会(ISSI)大会で報告する。また、一般向けの書籍あるいはテキストブックによってその一章の形で成果の一部を公表することも進めている。平成29年度は世界大学ランキングについて、過去の変遷も含めてその計量手法について確認を行った。ついで、主たる世界大学ランキング作成機関関係者(上海交通大学世界一流大学センター、Times Higher Education社、QS社)を対象とするインタビュー調査を企画した。インタビュー調査の実施にあたっては、まず事前に文献・Web調査を行い、各ランキングの計量手法およびその変遷をまとめるとともに、手法の問題点やその代替的な選択肢などについても指摘できるように準備を行った。具体的な調査については当初予定の順番を入れ替え、29年度は上海交通大学世界一流大学センター、Times Higher Education社の関係者に対してインタビューを行った(後者は国内で実施した簡易的なものであり次年度以降に本格的なものを実施する)。上海交通大学が世界大学ランキング(ARWU)を作成する目的等については、当初理解していたものとは異なっていた。中国政府がワールドクラスの大学を育成するために指定する大学群の一つとして上海交通大学を選定し、大学側がその目標を到達する施策等を策定・実施するにあたって、ワールドクラスの大学の在り方や彼我の差を理解する目的でARWUを策定したのであった。インタビューからまた、ARWUの構成には多くの問題点を指摘できるものの、ランキング作成に費やせる資源に制約があったため、いわば予算の範囲内で済むようにランキングを構成する指標は選定されたこと、さらには、優れたランキングを作成するのではなく、大学経営上の目標を定めることがランキング作成の目的であったことを勘案すれば、ARWUは十分に「合理的」なものであることが確認された。当初の計画では29年度は主たる3つの世界大学ランキング作成機関関係者(上海交通大学、THE社、QS社)へのインタビュー調査の準備を行い、さらにTHE社とQS社を対象としてインタビュー調査を実施する予定であったが、都合によりQS社と上海交通大学を入れ替えたものの、ほぼ計画通り2機関を対象としてインタビュー調査を実施できたため、おおむね順調と判斷した。

研究費との兼ね合いで、当初予定の国内主要紙すべてを対象とした分析をすることは断念したが、朝日新聞記事を対象に内容分析や共語に基づくネットワーク分析などを実施し、世界大学ランキングがどのような文脈でどのような問題を対象に語られているかを分析するとともに、計量手法や数字の意味等について「適切な」理解に基づいた記事がかかれているかなどを確認した。分析の結果、当初は教育との関係を中心に語られていた世界大学ランキングが(ゴーマンレポートの影響)、研究中心にシフトするとともに、大学のいわゆるグローバル化が主要トピックとなっていったことが確認された。さらに、東京大学を中心とした国内大学の順位低下にともなって、「アジアのライバル」がまた主要な話題となってきたことも明らかになっている。当初予定した国内主要新聞全紙および(次年度に向けての)国際主要紙の分析については、コスト面から困難が予想されることから、一紙に絞って分析を行うことにした。結果として、得られる情報量が減ってしまったものの、詳細な分析を前倒しで実施し、必要な知見は得られた考えられるので、大きなマイナスとはならずに済んだ。一方、研究成果については、予定を含め2つの国際学会で公表することができることとなり、順調に取りまとめが進んでいる。30年度は前年度に引き続きインタビュー調査を行う。平成30年度は残された英国でのインタビュー(QS社およびTHE社)を実施する。さらに、3機関のインタビュー調査の結果をまとめ、計量手法の詳細について確定する。この確定した結果に基づいて、文献DBからデータを引き出し、シミュレーションを行い、理論的な検討とその結果を併せて、各ランキングのmethodologyが実際に何を測定しているのかを明らかにする。たとえば、ランキングを構成する項目citationは、各大学が生み出した研究成果のインパクトの平均値を表すとされているが、現実にはその大学の教員数名が特定のビッグプロジェクトに参画しているかによって引きずられることはよく見られる。そのような極少数の影響を適正レベルにするような処理などのシミュレーションを行って、実態として何が計量されているのかを明らかにする。平行して、国内関係者およびアジアの有力大学関係者と大学行政関係者へのインタビュー調査を実施する。主な調査項目は、世界大学ランキングに対する基本的な考え方、政策あるいは大学運営との関係、具体的な対応策(ランキング向上策)の有無とその内容、などである。新聞記事の内容分析を行うために、国内4紙(朝日、讀売、毎日、日経)、海外数紙より世界大学ランキングに関係する記事データを収集する。海外紙についてはWebによる予備調査を行い、その結果を元にデータを収集する新聞を選択する。
臨床応用を目指した血液凝固関連因子による骨リモデリング制御機構の細胞生物学的研究

我々は,血液凝固制御系と骨形成・破壊の関連を明らかにするため,抗凝固セリンプロテアーゼである活性化プロテインC(APC)のヒト骨芽細胞の細胞増殖、及びヒト破骨前駆細胞からの破骨細胞形成に及ぼす影響を解析した.その結果、APCは内皮細胞プロテインC受容体及びp44/42MAPキナーゼを介して骨芽細胞の増殖を促進すること,同様に, APCは内皮細胞プロテインC受容体を介してNF-κBの活性化を阻害することにより破骨前駆細胞の破骨細胞への分化を阻害することが明らかになった.我々は,血液凝固制御系と骨形成・破壊の関連を明らかにするため,抗凝固セリンプロテアーゼである活性化プロテインC(APC)のヒト骨芽細胞の細胞増殖、及びヒト破骨前駆細胞からの破骨細胞形成に及ぼす影響を解析した.その結果、APCは内皮細胞プロテインC受容体及びp44/42MAPキナーゼを介して骨芽細胞の増殖を促進すること,同様に, APCは内皮細胞プロテインC受容体を介してNF-κBの活性化を阻害することにより破骨前駆細胞の破骨細胞への分化を阻害することが明らかになった.・研究の内容骨折などの骨に物理的障害が加わる病態では、骨折部における血液凝固亢進がみられる。しかしながら、それに続く骨リモデリングにおける血液凝固制御系の役割は明らかでない。本研究では、血液凝固制御系と骨形成・破壊の関連を明らかにするため、抗凝固セリンプロテアーゼである活性化プロテインC(APC)のヒト骨芽細胞の細胞増殖及びヒト破骨前駆細胞からの破骨細胞形成に及ぼす影響を解析した。・研究の成果(1)APCは、p44/42MAPKを活性化して骨芽細胞の増殖を促進することを明らかにした。また、この作用にはAPCのプロテアーゼ活性は関与せず、プロテアーゼ活性化受容体-1(PAR-1)以外の細胞膜受容体の関与が示唆された。(2)APCは、RANKL及びM-CSF誘導性の破骨細胞分化を、血管内皮細胞プロテインC受容体(EPCR)を介してNF-κBの活性化を阻害して抑制することを明らかにした。・研究の重要性APCの骨芽細胞増殖促進作用、破骨前駆細胞の破骨細胞への分化阻害作用の分子機序について解析し、骨リモデリングと血液凝固制御系との関連の重要性を示した。・研究の内容骨折などの骨に物理的障害が加わる病態では、骨折部における血液凝固亢進がみられる。・研究の成果(1)APCが、骨芽細胞上の血管内皮細胞プロテインC受容体(EPCR)を介して、p44/42MAPKを活性化することにより骨芽細胞の増殖を促進することを明らかにした。また、このAPCの作用には、そのプロテアーゼ活性は関与しないことから、プロテアーゼ活性化受容体-1(PAR-1)以外の細胞膜受容体の関与が示唆された。(2)APCは、破骨前駆細胞上のEPCRを介してNF-κBの活性化を阻害することにより、RANKL及びM-CSF誘導性の破骨細胞への分化を抑制することを明らかにした。(3)APCによる破骨前駆細胞から破骨細胞への分化抑制には、APCのプロテアーゼ活性は関与せず、破骨前駆細胞上に存在するAPCの受容体としても機能することが報告されているアポリポ蛋白E2受容体が関与している可能性が示唆された。・研究の重要性本研究により、APCによる骨芽細胞増殖促進作用、破骨前駆細胞の破骨細胞への分化阻害作用及びそれらの分子機序が明らかになり、骨リモデリングが免疫系だけでなく血液凝固制御系とも密接に関連することが示された。
伝熱制御に関する研究

まず本課題の研究方針と具体的方策について、打ち合せを行ない、今後の研究計画を決定し、下記の活動を行った。1.平成元年9月26日機械研究所において第1回調査研究報告会行ない、5件の話題提供と討論を行なった後、機械技術研究所、筑波大学並びに日立製作所機械研究所における研究状況の調査を行ない、産官学にわたる共同研究の基磯を固めた。2.平成元年12月22日、東北大学工学部青葉記念会館において、第2回調査研究報告会を行ない、3件の話題提供と討論を行なった。3.平成2年1月29日、東北大学流体科学研究所において、第3回調査研究報告会を行ない、4件の話題提供と討論を行った。4.平成2年6月12日、東北大学流体科学研究所において、第4回調査研究報告会を行い、3件の話題提供と討論を行った。5.平成2年7月24日、東京大学工学部において、第5回調査研究報告会を行い、3件の話題提供と討論を行った。6.平成2年10月15日、東京工業大学100年記念館、第6回調査研究報告会を行い、3件の話題提供と討論を行った。7.平成2年12月17日、東北大学流体科学研究所において、第7回調査研究報告会を行い、3件の話題提供と討論を行った。8.平成3年3月29日、東京大学生産技術研究所において、4件の話題提供を行った後、科研費最終報告書の打ち合わせを行った。9.上記の成果を10章の分野に分類し、約140頁の冊子にまとめた最終報告書を出版した。以上要するに、本研究目的は、ほぼ達成されたものと考えられる。まず本課題の研究方針と具体的方策について、打ち合せを行ない、今後の研究計画を決定した。次に、平成元年9月26日機械研究所において、日本機械学会の「熱伝達の制御に関する研究会」(主査・相原利雄)と「次世代熱工学研究分科会」(主査・成合英樹)との協賛で第1回調査研究報告会行ない、下記の話題提供と討論を行なった後、機械技術研究所、筑波大学並びに日立製作所機械研究所における研究状況の調査を行ない、産官学にわたる共同研究の基礎を固めた。(1)熱伝達の制御について(東北大・相相原利雄)(2)EHD効果による伝熱の促進と制御(機械研・矢部彰)(3)磁性流体による伝熱制御(東北大・円山重直)(4)高温ウエハの熱制御(日立・平沢茂樹)(5)熱焼制御に関する最近の研究(東北大・稲村隆夫)平成元年12月22日、東北大学工学部青葉記念会館において、日本機械学会「熱伝達の制御に関する研究会」との協賛で、第2回調査研究報告会を行ない、話題提供と討論を行なった。(1)地下空間の伝熱制御用原位置岩盤熱物性値長期観測システムの開発(東北大・幾世橋広)(2)円管まわりの伝熱制御(3)沸騰限界熱流束と伝熱制御(東北大・熊谷哲)平成2年1月29日、東北大学流体科学研究所において、日本機械学会「熱伝達の制御に関する研究会」との協賛で、第3回調査研究報告会を行ない、話題提供と討論を行なった。(1)微粒子混合による媒体の熱物性の改質と制御(東北大・増田英俊)(2)粒子混合による連続体の熱物性制御(秋田大・山田悦郎)(3)滴状凝縮と伝熱制御(一関高専・千葉陽一)(4)すきまを通過する流れと熱伝達(石巻専修大・島田了八)以上要するに、本年度の研究目的は、ほぼ達成されたものと考えられる。本年度は5回の調査研究報告会を行い、最終打ち合せ会で報告書のとりまとめを行った。以上の成果をまとめ約140頁の報告書を作成し、出版した。各報告会の日時・開催場所・報告内容は、以下の通りである。

1.第4回報告会:平成2年6月12日・東北大学流体科学研究所・(1)分子レベルでの伝熱制御(東大・小竹進)(2)多孔性固体における燃焼面の挙動と制御(東工大・越後亮三)(3)急冷凝固連続鋳造における伝熱と制御(東北大・斎藤武雄)2.第5回報告会:平成2年7月24日・東京大学工学部・(1)生体の凍結保存における伝熱制御(東大・棚沢一郎)(2)二成分媒体による伝熱制御(東工大・土方邦夫)(3)電場を活用する伝熱制御について(工技院・矢部彰)3.第6回報告会:平成2年10月15日・東京工業大学100年記念館・(1)射出成形加工における伝熱制御(東工大・黒崎晏夫)(2)過冷却凝固過程の制御(東工大・斎藤彬夫)(3)極限環境利用における伝熱(IHI・矢野歳和,塩冶震太郎)4.第7回報告会:平成2年12月17日・東北大学流体科学研究所・(1)Nonlinear Energy Transfer in Exited Gases(USSR,S.A.Zhdanok)(2)衝突水噴流の膜沸騰領域における伝熱制御(東北大・機世橋広)(3)沸騰熱伝達における伝熱制御(東大・西尾茂文)(4)浸漬冷却形単一パンケ-キ巻超伝導コイルの安定限界(日立・岡田定五,東北大・相原利雄,金柱均)5.最終打ち合せ会:平成3年3月29日・東京大学生産技術研究所・(1)剥離の制御による伝熱制御(東北大・太田照和)(2)液体金属ミスト冷却による高熱負荷熱除去制御(東北大・戸田三朗)(3)固体微粒子の添加による燃焼制御(東北大・北野三千雄)(4)加熱壁に沿う液膜流の流動熱伝達に関する研究(岩手大・大内雅樹)以上要するに、本年度の研究目的は、ほぼ達成されたものと考える。
クランプによるレプリソームの制御機構の機能構造連関の研究

PCNAはDNAクランプと総称される蛋白質であり、DNAを囲む様にリング状3量体を形成し、様々な複製因子と結合することから、これらの因子をDNA近傍に留めるレプリソームの基盤分子であると考えられている。これらの因子の切り換え機構及び制御機構を調べるため、DNAポリメラーゼ、DNAリガーゼ、フラップエンドヌクレアーゼ等とPCNA、及びDNAから構成される複合体の構造を単粒子解析によって明らかにした。その結果、2つの異なる因子間でDNAを正に受け渡す瞬間を捉えることができた。その結果これまで定説であったツールベルトモデルは修正される必要がある事が分かり、新たに複製因子の切り換え機構を考察した。レプリソームの重要な基盤分子であるPCNAはDNAを囲むように3量体リングを形成し、多数のDNA関連酵素と結合しこれを制御する。本課題は生体超分子複合体の機能構造を直接可視化できる電子顕微鏡を用いてPCNAによる複製因子の制御機構、複製フォーク複合体の構成、再編機構を明らかにすることである。前年度から引続き行った、HjmヘリケースとPCNA及びDNAから構成される複合体については、古細菌Thermococcus kodakarensisからPyrococcus furiosus由来のタンパク質に変更して改善を試みた。その結果、これまで可視化できていなかった、DNAのほぼ全長を可視化する事に成功し、DNAの長さを更に伸ばすことで複合体の安定性が向上する可能性があることもわかった。また、FEN-PolB-PCNA-DNA複合体やFEN-Lig-PCNA-DNA複合体の解析にも着手した。このうちFEN-Lig-PCNA-DNA複合体については、ニック入りDNAを用いて、複合体の再構成、ゲル濾過による精製を行い、電子顕微鏡像の撮影に成功した。単粒子解析法により立体構造を解析したところ、Lig-PCNA-DNA複合体と類似した構造が得られ、3つのPCNAのうち、Ligと相互作用のないサブユニット上に、FENに相当する領域を可視化することに成功した。DNAについてはPCNAリング内において一部可視化することができた。FEN-PolB-PCNA-DNA複合体は、モデリングの結果FENとPolBが同一PCNAリング上で共存できることが示唆された。この複合体については、用いるDNA基質の形状によって複合体の形成の様子、安定性がかなり異なることが複合体の再構成実験、ゲル濾過による精製実験等で明らかになった。その他GINS-GAN複合体、PolD-PCNA-DNA複合体の解析を行った。昨年度に引続き、複製因子とクランプの複合体の構造解析を行った。本年度は複合体を形成する上で、より安定な条件をゲル濾過、画像解析、構造解析の結果から検討した。またDNA基質を変えることで受ける影響等を調べた。画像解析、構造計算に於いてはベイズ統計を用いた解析ツールを導入し、画像及び立体構造の分類をこれまでより厳密にすることで、構造、組成がヘテロな系に対応できるように計った。その結果FEN-Lig-PCNA-DNA複合体について、構成因子のほぼ全てを可視化することに成功し、結晶構造等を当てはめることで原子モデルを構築することに成功した。この他、NucS-PCNA-DNA複合体の解析を行い、分担者白井によって得られたNucSーDNA複合体の結晶構造と比較することにより、複合体モデリングツールによって構築した予想モデルを指示する平均像を得ることができた。PolDに関しては2つのサブユニットを等量含む最適な精製条件を見いだし、PCNA及びDNAとの複合体をゲル濾過によって精製した。また新たに導入した構造計算ツールは、ベイズ統計を利用するため、これまでより段違いの計算量を要する。これに対処するために64コアのワークステーションを導入した。現在はクラスター化することで、さらに収束条件の探索の高速化を検討している。既に試験的に小規模なシステムを構築し、ほぼ予想通りに高速化されることを確認した。引き続き複製因子とクランプ、及びDNAから構成される複合体の構造解析を行った。昨年度に導入したベイズ統計を用いた解析ツールを利用し、粒子数及び分類するクラスを増やす事でより詳細な解析を行った。DNAのFlapを解消するFEN、ニックを埋めるLigの双方を保持したFEN-Lig-PCNA-DNA複合体については、各構成因子を可視化することができ、溶液中でこの中間状態が、更に2つの状態に部類し得ることを明らかにした。またこの中間状態の前に形成されるFEN-PCNA-DNA複合体の立体構造も得ることができた。FENのエンドヌクレアーゼ活性が極めて高いため、基質であるFlapを用いる際、そのままではFlapが切断されてしまうので、活性部位に変異を入れ、DNAの切断箇所にS化DNAを用いる等して対処し、複合体形成への影響を調べ、安定な複合体を得ることに成功した。FENについてはDNAを欠いたFEN-PCNAの結晶構造が既に得られていたが、複合体中のFENはこの結晶構造の配置に極めて近く、自身の長軸回りに回転することでDNAとの相互作用を可能にしていることが明らかになった。また、FENとの反応後、Ligの方へDNAが押し込まれ、ニックで屈曲した構造からライゲーション反応のために必要な伸展した構造にDNAが移行して行く様子が捉えられた。両複合体についてはクライオ電子顕微鏡による解析を開始し、凍結試料を用いて、複合体の粒子像を記録することに成功した。

また他の因子間におけるDNAの受け渡しの機構の解析にも着手し、PolBからFENへDNAが受け渡される時に形成される、PolB-FEN-PCNA-DNA複合体の精製等に成功した。PCNAはDNAクランプと総称される蛋白質であり、DNAを囲む様にリング状3量体を形成し、様々な複製因子と結合することから、これらの因子をDNA近傍に留めるレプリソームの基盤分子であると考えられている。これらの因子の切り換え機構及び制御機構を調べるため、DNAポリメラーゼ、DNAリガーゼ、フラップエンドヌクレアーゼ等とPCNA、及びDNAから構成される複合体の構造を単粒子解析によって明らかにした。その結果、2つの異なる因子間でDNAを正に受け渡す瞬間を捉えることができた。その結果これまで定説であったツールベルトモデルは修正される必要がある事が分かり、新たに複製因子の切り換え機構を考察した。レプリソームの最重要因子のひとつであるPCNAはDNAを囲む様にリング状3量体を形成し、多数のDNA関連酵素と結合してこれを制御する。本課題は生理的条件下で試料の機能的構造を直接可視化できる電子顕微鏡を用い、レプリソームの基盤分子PCNAによる複製因子の制御機構を明らかにすることである。本年度はヘリケースHjmとPCNA及びDNAから構成される複合体の構造解析に着手した。蛋白質はPyrococcus furiosus(Pfu)の近縁種のThermococcus kodakarensis(Tko)由来のものを用いた。Thermococcus kodakarensisもPyrococcus furiosus同様に超好熱性であり、構造的に安定な蛋白質を有し、また超好性古細菌中で唯一遺伝子破壊株作成法が確立しているため、変異体実験が行いやすい利点がある。精製した個々の因子と基質のDNAを混合することで複合体を再構成した後に、ゲル濾過にて精製した。精製したTkoHjm-TkoPCNA-DNA複合体を電子顕微鏡を用いて観察し、単粒子解析法にてクラス平均像を得た。既に初期立体構造が得られているPyrococcus furiosus由来の複合体と同様の平均像が確認できたものの、PCNAやHjm単独の粒子が多数混在していることから、複合体の顕著な解離がみられ、構造解析に最適な条件を更に検討する必要性が認められた。特にPCNAの解離が確認されたため、TkoHjm-PfuPCNA-DNA複合体を同様に解析したところ、安定性に若干の改善が認められた。立体構造を解析した結果、以前得られていた構造と大変類似した初期構造が得られた。またDNAの高次構造を利用した標識を実際にPCNA-DNA複合体中のDNAの標識として使用し、高次構造によるバルク構造を、標識化複合体の2次元平均像及び再構成立体構造の両者において、明瞭に可視化することに成功した。予定通り3者複合体の構造解析が進行しており、また次のステージで個々の因子の全構造中での位置を同定する際に極めて有用となる分子標識法の有効性も、実際の複合体を用いて検証できており、順調に進展している。4者複合体の解析が進展し構成因子を全て可視化することに成功した。
分類空間のホモトピー分類

最近のホモトピー論では分類空間のホモトピー的性質の研究が盛んであるが、これに関連して分類空間のホモトピー同値類の群についての研究を行った。特に、GをLie群、Tをその極大トーラスとするときに、次のファイバリングが得られるが、G/T→BT→BGこのファイバリングに対し、ファイバーホモトピー同値類の群を調査し、この群が非可算群になることを示した。また、以前からspringer lecture noteにて提起していた、群作用のあるホモトピー同値類の群からそれを無視したホモトピー同値類の群への自然な写像ε_G(x)→ε(x)が単射であるか?であるが、これに対し単射でない例がXが無限CW-複体のときに得られることを示した。
マルチバイオ分析や極微スピン回路への応用を志向した新規磁性材料の創製

本研究では,これまでマクロなレベルでのみ認識されていた散逸構造という物理現象による自己集合現象が,ナノ・分子レベルといった極微の世界でも存在していることを証明した.また,単一のナノ結晶の構造形成において,結晶成長とエッチングを同時に適用することによって,それぞれの手法を単独で適用したときには得られない,ユニークな形状を有するナノ結晶が得られた.本研究では,これまでマクロなレベルでのみ認識されていた散逸構造という物理現象による自己集合現象が,ナノ・分子レベルといった極微の世界でも存在していることを証明した.また,単一のナノ結晶の構造形成において,結晶成長とエッチングを同時に適用することによって,それぞれの手法を単独で適用したときには得られない,ユニークな形状を有するナノ結晶が得られた.近年,超高比表面積を有するナノ材料の新規基幹構造として,ナノワイヤー材料が基板に配向固定化されたナノリーフ(ナノ珊瑚)が大きな注目を集めている,これまでに,バイオ分析,高性能太陽電池,超高活性熱・光触媒の応用を目指してTiO_2ナノリーフの合成が盛んに検討されてきた.しかしながら,既報の合成手法は,数100°C以上の高温を要する気相合成や,液相合成であってもオートクレイブといった加圧反応容器が必要であったり,多段階の合成ステップを必要とするなど様々な問題を有していた.このような背景の中,今回の研究活動によって,液相,100°C以下の低温でアナタースールチル接合型TiO_2ナノリーフのワンステップ合成法を見出した.合成は,一般のガラスサンプル管に,硫酸チタニルの過酸化水素水溶液を調製し,そこに基板を入れて80°Cで18時間行うというシンプルなものである.本手法は低温プロセスであることから,ガラス,ポリマー薄膜,ITO,普通紙,布といった非常に広範囲な基板にTiO_2ナノリーフを合成することができた.さらにこの形成メカニズムについて検討したところ,反応初期にアモルファスチタン酸化物が土台層として基板に成長後,その上に芝層となるルチルナノワイヤーが成長し,土台アモルファスは長時間の熱処理でゆっくりとアナタースへと変化していることがわかった.今回見出された手法は,土台層と芝層の反応時間が大きく異なるために,それら2つの反応を取り出してそれぞれを別で進行させることが可能である.そこで,あらかじめTiO_2ナノリーフを固定化した薄膜に,さらに芝層のみを成長させる反応を繰り返し行ったところ,ナノリーフの構造をより階層的に制御することに成功した.このナノリーフの特性として水に対する濡れ性を評価したところ,水に完全に濡れる挙動を示した.これはナノリーフの微細な凹凸構造をマクロな現象として反映した結果であり,超親水性薄膜として様々な応用が期待できる.本課題においては,精密に構造制御した磁性材料の創製による新規バイオ分析の確立,また自己組織性を付与した磁性ナノ粒子の開発を試みたが,磁性材料の合成が非常に困難であった.そこで,別材料でのバイオ分析システムの構築を目指して,バイオ分析へと応用可能な表面プラズモン共鳴を示す金ナノ材料の合成を目指した.本課題の具体的な成果として,1.非平衡系において形成される散逸構造を利用した金ナノ材料の合成に成功し,2.ナノ彫刻法というこれまでにない新しいナノ材料創製法を開拓した.1の項目については,これまでマクロなサイズでしか報告されていなかった散逸構造が,ナノや分子レベルでも存在することを世界で初めて明らかにすると共に,この散逸構造を利用することで,既存の平衡系における材料合成法では得られない特徴的な構造を有する金ナノ結晶を合成できることを報告した.具体的には,金錯体と四級アンモニウムカチオンが水/有機溶媒界面を介して水中で一次元集合体を形成し,これを光還元することで中空構造を有する金ナノワイヤーが得られた.2の項目については,結晶の成長とエッチングを原子による自己集合と解離現象であるとそれぞれ捉え,これまでそれぞれ独立してナノ材料の合成法として利用されていた手法を,意図的に同時に進行させるナノ彫刻法を開発した.具体的には,水中,高分子溶存下において,金イオンの光還元による金ナノシートの形成反応のプロセス中に,溶存酸素による金結晶のエッチングを同時に進行させた.その結果,花冠状金ナノシートやナノプロペラといった,これまで報告例のない金ナノ構造体を得ることに成功した.これらの金ナノ材料について,表面プラズモン共鳴を利用したバイオセンサーの開発が期待できる.なお,上記の研究成果について,外国雑誌や新聞等によって数回報道された.
近世漆工芸基礎資料の研究-江戸時代在銘遺品を中心に-

1.本研究では、数ある近世の漆芸品の中でも、作者銘のある作品、あるいは伝来の確かな作品に焦点を絞って、広範な資料の収集と研究をおこなった。これにより、主要な作品の所在、その質の良否などを明らかにし、工芸の分野ではなかなか困難な「作品データの標準化」を推し進めることができた。2.当該年度中、以下のような展示施設等を調査対象として、該当作品の調書の作成・写真撮影をおこなった。また、その調書・写真等を整理し、電算機によるデータベース化をおこなった。青森県立郷土館(青森市)、弘前市立博物館(弘前市)、山形美術館(山形市)、本間美術館(酒田市)、仙台市博物館(仙台市)、福島県立美術館(会津若松市)、国立歴史民俗博物館(佐倉市)、出光美術館、サントリ-美術館、根津美術館(以上東京都)、石川県立美術館(金沢市)、大和文華館(奈良市)、本法寺、高津古文化会館、洛東遺東館、京都国立博物館、野村美術館、田村資料館(以上京都市)、大阪市立美術館、萬野美術館、藤田美術館(以上大阪市)、神戸市立博物館(神戸市)、毛利報公会(防府市)、林原美術館(岡山市)、太宰府天満宮(太宰府市)、福岡市美術館、福岡市博物館(以上福岡市)、長崎県立美術博物館(長崎市)、松浦史料博物館(平戸市)、熊本県立美術館(熊本市)、尚古集成館(鹿児島市)、沖縄県立博物館(那覇市)、浦添市美術館(浦添市)、そのほか各個人所蔵家。3.このような調査・資料整理の結果、個々の作者における基準作や、技術が伝承される過程などが一部明らかになった。また、データは広く公開し、一般の研究の進展に有益なものとなるよう電算化をはかった。1,本研究では、数ある近世の漆芸品の中でも、作者銘のある作品、あるいは伝来の確かな作品に焦点を絞って、広範な資料の収集と研究をおこない、個々の作者における基準作の特定、また技術が伝承される過程などを明らかにしていくこととしている。この作業をおこなうことによって、主要な作品の所在、その質の良否などを明らかにし、最終的には、工芸の分野ではなかなか困難な「作品データの標準化」を推進していきたい。2,本年度は、以下の展示施設等を調査対象として、該当作品の調書の作成・写真撮影をおこなった。青森県立郷土館(青森市)、弘前市立博物館(弘前市)、国立歴史民俗博物館(佐倉市)、熱田神宮宝物館、徳川美術館(以上名古屋市)、石川県立美術館(金沢市)、京都国立博物館、野村美術館、田村資料館(京都市)、大和文華館(奈良市)、大阪市立美術館(大阪市)、神戸市立博物館(神戸市)、毛利報公会(防府市)、林原美術館(岡山市)、福岡市美術館、福岡市博物館(以上福岡市)、長崎県立美術博物館(長崎市)、松浦史料博物館(平戸市)、熊本県立美術館(熊本市)尚古集成館(鹿児島市)、沖縄県立博物館(那覇市)、浦添市美術館(浦添市)他3,このような調査・資料整理の結果、一部の作者については基準作を特定し、また一部の主要な作品の所在、その質の良否などを明らかにした。このことにより、「作品データの標準化」を可能にする基盤をつくった。電算化したデータや作者銘等の写真を公開してゆくことは、今後、一般の研究の進展に有益であると思われる。2.本年度は、以下の展示施設等を調査対象として、該当作品の調書の作成・写真撮影をおこなった。

また、その調書・写真等を整理し、電算機によるデータベース化をおこなった。山形美術館(山形市)、本間美術館(酒田市)、仙台市博物館(仙台市)、福島県立美術館(会津若松市)、出光美術館、サントリ-美術館、根津美術館(以上東京都)、大和文華館(奈良市)、大阪市立美術館、萬野美術館、藤田美術館(以上大阪市)、本法寺、高津古文化会館、洛東遺東館(以上京都市)、太宰府天満宮(太宰府市)、そのほか各個人所蔵家。3.このような調査・資料整理の結果、個々の作者における基準作や、技術が伝承される過程などが一部明らかになった。また、データは広く公開し、一般の研究の進展に有益なものとなるよう電算化をはかった。
硬組織石灰化異常に関連した変異アルカリホスファターゼの分子細胞生物学的解析

1.乳児型の低ホスファターゼ症患者で報告されたミスセンス突然変異を有する組織非特異型アルカリホスファターゼ(Arg433-Cys)の解析を目的に変異酵素の一過性発現系で、または安定株化細胞を樹立してその細胞生物学的な解析行った.その結果、本ミスセンス変異によりサブユニット間にジスルフィド架橋が形成される事を見いだした.そしてこの架橋は合成直後に小胞体で形成されるが、その後の細胞内輸送には影響を与えないことを見いだした.しかし、本変異酵素は細胞表面に発現するにも係わらす、野生型に比べて著しくその活性が低下すると同時にプロテアーゼに対する感受性が増加しており、これらの事は架橋による酵素の立体構造のゆがみに起因すると示唆された(雑誌論文1).2.重症の低ホスファターゼ症患者で報告された組織非特異型アルカリホスファターゼ(Val406-Ala)の細胞生物学的な解析を一過性の発現系と安定株を用いて行った.その結果、本変異酵素は細胞表面に野生型とほぼ同じ速度で運ばれて局在するにも係わらず、変異の結果その活性が著しく低下していることを分泌型の酵素として精製した変異酵素の酵素学的な検討により明らかにした.また、406番目のアミノ酸の他の疎水性アミノ酸への変異実験により、406番目のアミノ酸が位置するクラウン領域の重要性を酵素の3次元モデルを踏まえて考察した(雑誌論文3).3.血液中に微量存在する組織非特異型アルカリホスファターゼと免疫グロブリンの複合体を特異的に認識するアッセイ系を樹立した(雑誌論文2).1.乳児型の低ホスファターゼ症患者で報告されたミスセンス突然変異を有する組織非特異型アルカリホスファターゼ(Arg433-Cys)の解析を目的に変異酵素の一過性発現系で、または安定株化細胞を樹立してその細胞生物学的な解析行った.その結果、本ミスセンス変異によりサブユニット間にジスルフィド架橋が形成される事を見いだした.そしてこの架橋は合成直後に小胞体で形成されるが、その後の細胞内輸送には影響を与えないことを見いだした.しかし、本変異酵素は細胞表面に発現するにも係わらす、野生型に比べて著しくその活性が低下すると同時にプロテアーゼに対する感受性が増加しており、これらの事は架橋による酵素の立体構造のゆがみに起因すると示唆された(雑誌論文1).2.重症の低ホスファターゼ症患者で報告された組織非特異型アルカリホスファターゼ(Val406-Ala)の細胞生物学的な解析を一過性の発現系と安定株を用いて行った.その結果、本変異酵素は細胞表面に野生型とほぼ同じ速度で運ばれて局在するにも係わらず、変異の結果その活性が著しく低下していることを分泌型の酵素として精製した変異酵素の酵素学的な検討により明らかにした.また、406番目のアミノ酸の他の疎水性アミノ酸への変異実験により、406番目のアミノ酸が位置するクラウン領域の重要性を酵素の3次元モデルを踏まえて考察した(雑誌論文3).3.血液中に微量存在する組織非特異型アルカリホスファターゼと免疫グロブリンの複合体を特異的に認識するアッセイ系を樹立した(雑誌論文2).変異酵素R433CをコードするcDNAを部位特異的突然変異法を用いて作製した。次に哺乳動物細胞への遺伝子導入により発現した変異酵素の細胞生物学的な検討を行った。特に、以前から用いていたCOS-1細胞での一過性の発現系に加えて、Tet-On CHO細胞を用いた条件発現系を用いることにより、詳細な実験が可能となった。その結果、野生型酵素とは異なり、変異型酵素ではサブユニット(433番目のシステイン)間にジスルフィド結合が形成されることが明らかになった。また、この変異酵素は野生型の酵素とほぼ同じ速度で細胞表面に運ばれ、グリコシルホスファチジルイノシトールアンカーで膜に結合することが明らかとなった。このことは筆者の研究室でこれまで解析された数種の変異酵素が小胞体で滞留し、最終的に分解されて細胞表面への発現が阻害されることと著しい対照を示した。しかし、R433CはトリプシンやプロテイナーゼKに対する感受性の比較検討から野生型とは異なった立体構造を取っており、細胞表面に局在するにも係らずジスルフィド結合による活性部位の構造変化により触媒能が強く阻害され、そのことが原因で本変異を有する患者は低ホスファターゼ症を発症すると推測された。(2)学部内及び他大学との共同研究2-1癌の骨転移やステロイドホルモン投与における骨の微細構造の変化を解析する過程で骨芽細胞の動態を明らかにした(研究発表2,4)。2-2亜鉛に特異的な輸送タンパク質を欠損させた細胞を用いてTNSALPの発現実験を行い(亜鉛は本酵素の必須の金属である)、亜鉛欠乏により酵素の細胞表面への輸送が阻害されることを明らかにした(研究発表3)1.血液中に微量存在する組織非特異型アルカリホスファターゼと免疫グロブリンの複合体を特異的に認識するアッセイ系を樹立した(雑誌論文1).今後この複合体の出現と疾患との相関から臨床応用が期待される.2.組織非特異型アルカリホスファターゼを特異的に認識するモノクローナル抗体を作製した.本モノクローナル抗体は骨由来の酵素よりも肝臓由来の酵素により特異的であることから血清中のアルカリホスファターゼ活性の鑑別に役立つことが期待される(雑誌論文2).

3.重症の低ホスファターゼ症患者で報告されたミスセンス突然変異を有する組織非特異型アルカリホスファターゼ(Val406-Ala)を一過性発現系で、または条件安定株化細胞を樹立してその細胞生物学的な解析行った.その結果、本変異酵素は細胞表面に野生型とほぼ同じ速度で運ばれて局在するにも係わらず、変異の結果その活性が著しく低下していることを見だした.さらに、野生型酵素と変異型酵素をGPI(glycosylphosphtidylinositol)を欠く分泌型の酵素として培地中に回収後アフィニティークロマトグラフを用いて精製し、その酵素学的な検討により変異酵素の触媒効率の低下を明らかにした.また、406番目のバリンを他の疎水性のアミノ酸で置換することにより、406番目のアミノ酸が位置するクラウン領域の重要性を酵素の3次元モデルを踏まえて考察した(FEBS J.,2008投稿中).4.軽症の低ホスファターゼ症患者で報告されたミスセンス突然変異を有する組織非特異型アルカリホスファターゼ(Thr787-Cys)の解析を行ない、変異の立体構造への影響を見いだした(学会発表).
不整地走行を想定した無人走行車両に関する研究

本研究は、不整地かつ障害物によるGPS使用が困難なフィールドにおける無人走行車両と、農支援アシストシステムの提案に関するものである。我々は先の研究によって、農地などの不整地を走行可能なUGV (Unmanned Ground Vehicle)を比較的高速域(時速23[m/s])で、高精度な経路追従を達成し、農薬散布などに応用可能であるという知見を得ている。しかし、牽引車後退走行の自律化を達成しなければ、実用的なシステムとしての運用は難しい。牽引車両の後退制御は非ホロノミック拘束の影響を強く受ける、理論的に非常に困難な問題であるが、Path following手法を用いることで、安定的に高精度な牽引後退追従制御を実現し、実験によって、その有効性を示した。これらの研究成果について、第32回日本ロボット学会学術講演会にて発表をおこなった。無人走行車両に加えて自律化が困難かつ、人の手が必要な作業を想定し、アシストロボットによる作業支援システムも検討、提案した。歩行アシストロボットは膝関節に受動関節(フリーリンク)を採用し、装置自体の重量の免荷や、脚接地時に脚に加わる負荷を最小限の機構でアシストすると同時に、遅延フィードバック制御(Delayed Feedback Control)によってアシスト制御を行った。実験は北海道農業研究センター内の圃場にて行い、測定内容は下肢の大腿、膝下の主要な筋の表面筋電位を被験者(計5名)を対象として行った。実験結果から腰部の二つのモータによって,大腿部(大腿二頭筋)だけでなく,膝下の筋へのアシスト効果(前脛骨筋)が認められた.これらの成果については、日本福祉工学会誌論文誌に投稿予定である。また、本研究は共同研究者である、アクティブリンク株式会社から2017年の実用化が予定されている。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、深刻化する農作業従事者の高齢化や、新規就農者の問題に対する農作業支援に関するものであり、その具体的な課題として「無人走行車両による農作業の自律化による農作業支援」と「自動化が困難な作業に対して、農作業従事者の作業支援のためのアシストロボットの提案」を対象に取り組んできた。「無人走行車両による農作業支援」については、具体的な農作業での課題に着目し、重量のある収穫物や肥料などの運搬を想定したトレータによる無人走行車両に機能を拡張し、さらに農地における取り回しの面から、トレーラの牽引後退での経路生成と後退制御を実現し、実用的な農作業支援プラットフォームの構築が完了した。「作業支援のためのアシストロボットの」については、モータの数を最小限の2つとして、システムをシンプルにかつ軽量なものとした。そして、理想的な人の歩行形態であると言われている受動的動歩行の原理を用いて、それにカオス制御の一種である遅延フィードバック制御を用いることで、不整地に対応したアシスト制御手法を提案し、実際の農地にて実機実験を行うことでその有効性を確認することが出来た。これらの二つの成果については現在その成果をまとめ論文誌に投稿中である。当初、無人走行車両について、より多くの時間を充てる予定であったが、理論の提案からシミュレーションでの検証を経て、実機での実験までを非常に円滑に推進することが出来たため、農作業のの無人化、自律化の面での一定の成果を得た後の、無人化が困難なタスクについて、同時に検討する時間を確保することが出来た。作業従事者のアシストは予定よりも多くの時間を使って作業が可能となったが、不整地おける実用的なアシストロボットの運用はほぼ前例のないもので、実際の農地において機能的であること自体が困難な課題であるが、実際の農地における実機実験、モーションキャプチャシステムなどによるアシスト性の評価などから一定の有効性を確認することが出来た。しかし、今後どのように産業に、無人化の技術を導入していくかという議論に対して、無人化の研究と、無人化だけでなく作業者のアシストという相対する研究を両面から行っている研究者は非常に稀であるが、このような研究の手法をとることで、無人化、有人化のグッドバランスを見極めるこ出来ると考えており、ひいては真に実用的な農作業支援システムの提案が可能となると信じている。

実験結果から腰部の二つのモータによって,大腿部(大腿二頭筋)だけでなく,膝下の筋へのアシスト効果(前脛骨筋)が認められた.これらの成果については、日本福祉工学会誌論文誌に投稿予定である。また、本研究は共同研究者である、アクティブリンク株式会社から2017年の実用化が予定されている。今後は「無人化が困難な作業におけるアシスト」に研究の比重を置いて推進していく予定であるが、無人化の研究は近年の、コンピュータ産業、センサ技術の進展によって大きく加速し、現実のものになってきている。一方、アシストに関する研究においては、アシストするための動力であるアクチュエータ、人の運動に対する理解などに関して、ブレイクスルーといわれるような技術の革新が起こっていない分野である。アシストはロボットと人との相互作用がもっとも密で、激しい領域であるので、それら人・機械システムについて、制御工学的な側面と、バイオメカニクスの側面の両方を考慮した。人にとって本当に有効なアシストロボットを提案することを目標とする。そのため、人の基本的動作についてそれぞれの動作に対応したアシスト手法の考案、実験と評価を行い、科学的な有効性を明確にしながらも、人の使用感などの感性の部分も含めた評価をし、提案するアシストロボットの有効性を示したい。その成果から、共同研究先の、パナソニック社内ベンチャー、アクティブリンク株式会社での商品化を現実のものとし、作業支援システムとしての一つの提案が可能になると考えている。28年度が最終年度であるため、記入しない。