hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
UAVボクセルによる3次元配置ディスプレイに向けた基礎研究

本研究ではUAVを画素の様に用いて空間的に画像を描画するUAVの分散制御システムを提案し,そのための基礎研究をおこなった.分散制御システムとはタスクに応じて個々のUAVが自律的に状況を判断し行動するシステムである.これにより柔軟な運用とシステムとしてのロバスト性が得られる一方で,UAV同士の衝突や近接したUAVから風の影響を受けるといった問題が生じる.この問題に対し本研究ではUAV単体の制御性能向上と共に風外乱へのロバスト性向上手法を提案した.さらにモデルに基づく予測を用いた制御に風外乱への対策や衝突回避機能を追加することで上記の問題を解決できることを数値計算,実機実験を通して示した.空間的に配置した複数のUAVによって画像情報を再現するためには個々のUAVの運動制御だけでなく全体として3次元的な位置・姿勢のフォーメーション制御をおこなう必要がある.またUAVの制御において風などの外乱の影響を抑制することは重要な制御課題である.これらの問題に対し平成27年度は市販されているUAVを対象として以下のような研究結果を得た.1.位置・姿勢フォーメーション制御整った描画をおこなうためには,全てのUAVが同期した運動をおこなうことが重要となる.このような課題に対してUAVの隊列飛行にモデル予測制御を組み合わせることで,リーダーがモデル予測制御で予測した未来の状態や入力をフォロワーに伝達しその情報を元にフォロワーはモデル予測制御をおこなう.このようなアプローチで有限時間未来のフォーメーションまで考慮し,同期した隊列飛行を実現するアルゴリズムを作成した.また,数値シミュレーション,実機実験によって提案手法の有効性を示した.2.ロバストなUAVの運動制御フォーメーションを組みながら複数のUAVが密集して飛んでいることから,風などの外乱情報を共有しあうことで,一台のUAVが外乱を受けた時,残りのUAVはその外乱情報を既知のものとして利用できるようになる.このように外乱情報を既知とした場合の外乱抑制を兼ね備えた運動制御手法を提案した.これら予知可能な外乱情報に対して,有限時間未来までの状態を予測した上で最適な制御入力を算出する手法であるデル予測制御といった制御手法を用いることでロバストな運動制御則を構築し,数値シミュレーション,実機実験でその有効性を示した.応募当初の研究計画に挙げた位置・姿勢のフォーメーション制御,ロバストなUAVの運動制御についてそれぞれ研究を進め,次年度に計画していた実機実験による検証まで先んじておこない成果を挙げている.一方でUAV相互の影響については,学会発表に向け投稿はしているが,発表が確定していないという点で,当初の計画以上に進展しているとは言えない.以上の理由よりおおむね順調に進展しているといえる.個々のUAVのロバストな運動制御,編隊を組むUAVのフォーメーション制御について以下の成果を得た.1.相互干渉に対してロバストなUAVの運動制御UAVの相互干渉の問題として2台のUAVが異なる高度ですれ違うシチュエーションでは,上を飛行するUAVの推力や下のUAVによって生じる下降気流の影響でそれぞれのUAVの飛行が不安定になるなどの問題が生じる.このような相互干渉はお互いの位置や速度などの運行状況を共有しあうことで事前に予測可能な外乱としてモデル化することができることを提案し,特に影響が大きい下方を飛行するUAVに着目し,運行情報から外乱マップとして相互干渉をマップ化することに成功した.得られた外乱マップから相互干渉をキャンセルする入力を印加することで影響を抑制し,より安定的な飛行を実現した.2.UAVのダイナミクスや大きさを考慮した3次元空間での位置・姿勢フォーメーション制御位置・姿勢フォーメーションを実現するためには分散的なフォーメーション制御手法がスケーラビリティや耐故障性などから求められるが,既存手法のほとんどは2次元平面上でのものであったり,エージェントの大きさやエージェント同士の衝突を考慮していない.平成28年度の研究によって3次元空間内でのエージェント同士の衝突を自律的に回避しつつ,フォーメーションを実現する制御手法を提案し,数値シミュレーションや実機実験によって,その有効性を確認した.さらにモデル動特性に基づく予測や外乱情報の推定・共有,通信遅れの補償を組み合わせた制御系を構築することで,通信遅れや横風外乱にロバストなフォーメーション制御を実現した.一部計画した内容と実施内容が異なる点があるが,相互干渉に対してロバストな運動制御については概ね計画通りの成果を得ており,3次元空間での位置・姿勢フォーメーション制御においては次年度計画していた実機を用いた検証まで先んじておこない成果を挙げている.さらに当初計画には組み入れていなかった通信遅れの補償やフォーメーションでの外乱情報の共有によるロバストなフォーメーション制御手法を構築し,数値シミュレーションや実機を用いた実験によって検証している.これらを総合して概ね順調に進展しているといえる.本研究では以下2つの課題に取り組み,それぞれについて解決手法を提案し,その有効性を数値シミュレーション,実機実験を通して実証してきた.1.相互干渉に対してロバストなUAVの運動制御本研究ではこれまで相互干渉の影響を予備実験を用いてマップ化し,その情報を予測に基づく運動制御の中で利用することで,相互干渉の影響を抑える効果が得られることを確認してきたが,平成29年度にはマップ化しきれない擾乱成分にも対応するため,モデルの出力と実験機の出力の差をフィードバックし入力を補償するモデル誤差補償器を用いることで経路追従性能を向上させられることを実機を用いた実験によって示した.また,姿勢まで含めたUAVの非線形ダイナミクスが我々の開発した近似を用いない線形化手法で厳密に線形化可能であることを明らかにし,数値シミュレーションでその有効性を示すことで,外乱マップの高精度化と更なるロバスト性獲得へ向けた新しい道を拓いた.2.UAVのダイナミクスや大きさを考慮した

3次元空間での位置・姿勢フォーメーション制御本研究のこれまでの研究によって3次元空間内でのエージェント同士の衝突を自律的に回避しつつ,フォーメーションを実現する制御手法を提案し,数値シミュレーションや実機実験によって,その有効性を確認した.さらにモデル動特性に基づく予測や外乱情報の推定・共有,通信遅れの補償を組み合わせた制御系を構築することで,通信遅れや横風外乱にロバストなフォーメーション制御を実現した.平成29年度にはフォーメーションだけでなく被覆制御というフォーメーションとは異なる分散制御手法に被覆効率を上げるための機能を追加することで,より柔軟に3D画像を描画することを可能にした.本研究ではUAVを画素の様に用いて空間的に画像を描画するUAVの分散制御システムを提案し,そのための基礎研究をおこなった.分散制御システムとはタスクに応じて個々のUAVが自律的に状況を判断し行動するシステムである.これにより柔軟な運用とシステムとしてのロバスト性が得られる一方で,UAV同士の衝突や近接したUAVから風の影響を受けるといった問題が生じる.この問題に対し本研究ではUAV単体の制御性能向上と共に風外乱へのロバスト性向上手法を提案した.さらにモデルに基づく予測を用いた制御に風外乱への対策や衝突回避機能を追加することで上記の問題を解決できることを数値計算,実機実験を通して示した.平成28年度以降も27年度に引き続き個々のUAVのロバストな運動制御,編隊を組むUAVのフォーメーション制御について研究していく.1.相互干渉に対してロバストなUAVの運動制御UAVの相互干渉の問題として2台のUAVが異なる高度ですれ違うシチュエーションが考えられる.この時,上を飛行するUAVの推力や下のUAVによって生じる下降気流の影響でそれぞれのUAVの飛行が不安定になるなどの問題が生じる.このような相互干渉はお互いの位置や速度などの運行状況を共有しあうことで事前に予測可能な外乱としてモデル化することができる.また,UAV自身のモデルも簡単化した線形モデルから,各ローターの影響が相互作用した複雑なモデルなど様々なモデルとコントローラの組み合わせを試し,実験を通してそれぞれを評価していくことで,予知可能な外乱の抑制手法として相応しいモデルとコントローラの組み合わせを探索していく.一方で,制御モデルとしては複雑すぎるモデルは扱いづらい.そのため,ダイナミクスの本質をとらえたノミナルモデルと,モデル誤差を補償する機構を組み合わせることで適切な制御系を構築することを目指す.2.UAVのダイナミクスや大きさを考慮した3次元空間での位置・姿勢フォーメーション制御規模の拡大をおこなうためには情報集約による集中的なコントロールやリーダー・フォロワーのような構成では難しくなることが予想される.
破壊のパターン形成と分布法則の普遍性

水田の泥のひび割れのような現象には、実は隠れた法則があります。その法則によると今のひび割れの状態を見ると、過去どのような割れ方をしていたか、また未来にどのような割れ方をするのかということが明らかになります。この法則は研究代表者らによって見つけられました。ではこの法則はどこまで成り立っているのでしょうか?水田のひび割れに雨が降りひび割れがリセットされたらどうなるでしょう?もっと複雑な柱状節理などのひび割れでは?またはマスクメロンの表皮やエウロパなどの氷で覆われた衛星ではなにか法則があるでしょうか。本研究課題ではひび割れの法則がどこまで普遍的なのか明らかにすることを目的としています。
生体情報を用いた障害児養護訓練効果定量計測法の開発

(研究目的)障害児の養護訓練効果を、多面的な生理心理学的情報の定量的解析によって計測し、結果を実践的治療教育場面に迅速に還元する方法を開発するための基礎を確立する。(研究成果)I.生理心理学的指標による養護訓練効果定量計測法の開発認知情報処理パラダイムと事象関連電位計測の結合によって下記の研究成果が得られた。A.養護訓練による生理心理学的指標の変容過程の解明1.心身の適応について二次元ARモデルによる頭皮上脳波の空間分布と部位間関係が行動状態の安定性の有効な指標となる。2.感覚・運動機能の向上について認知葛藤課題における反応時間と成分分離事象関連電位によって、刺激受容・評価系から反応生成系への神経情報処理過程を解明することができ、両情報処理系間の情報伝達の良否が運動障害発生の要因となる。3.意思の伝達について語音聴取時の事象関連電位はカテゴリー知覚と密接な関係を有し、音声認知の神経過程解明の有力な手掛かりとなる。また、漢字・仮名読みの異なる符号化過程を反映する事象関連電位が得られ、失語症解明の手掛かりが得られた。B.生理心理学的生体情報の統合的計量システムの開発脳波・筋電図などの生体現象について、自己回帰モデルによる解析方式が確立され、脳波・事象関連電位構成成分の周波数・時間領域の成分分離法がパソコンレベルで実用化されたほか、S/Nの良好な小型生体能動電極が実用化された。II.障害児生理心理情報の治療教育場面フィードバック方式の開発EWSによる生理心理学的生体情報の統合的計測システムをWindows管理下のマイクロコンピュータへ移植し、学内LANとの結合によって、解析結果の治療教育場面へのフィードバックが可能となり、小規模のネットワークによる運用が試行された。(研究成果)1.養護訓練による生理心理学的指標の変容過程の解明1)心身の適応について二次元ARモデルによる頭皮上脳波の空間分布と部位間関係が心理的適応状態の有効な指標となる。2)感覚機能の向上について事象関連電位の成分分離によって、感覚受容から刺激の心理的評価への神経過程が解明し得る。3)運動機能の向上についてカスケードモデルによる運動関連脳電位の成分分離が運動機能の正常・異常性の解明の有力手段となる。4)意志の伝達について語音聴取時の事象関連電位は、音声認知神経過程の正常・異常性解明の有力な手掛かりとなる。2.生理心理学的生体情報の統合的計量システムの開発脳波・筋電図などの生体現象について、自己回帰モデルによる解析方式が開発されたほか、事象関連電位の構成成分の時間領域計測について、事象生起前・後の成分分離法が開発された。(研究成果)I生理心理学的指標による養護訓練効果定量計測法の開発認知情報処理パラダイムと事象関連電位の導入によって下記の研究成果が得られた。A.養護訓練による生理心理学的指標の変容過程の解明1.心身の適応について二次元ARモデルによる頭皮上脳波の空間分布と部位間関係が適応行動状態の有効な指標となる。2.感覚・運動機能の向上について事象関連電位の成分分離によって、刺激受容・評価系から反応生成系への神経情報処理過程を解明することができ、両情報処理系間の情報伝達の良否が障害発生の要因となる。3.意思の伝達について語音聴取時の事象関連電位はカテゴリー知覚と密接な関係を有し、音声認知の神経過程解明の手掛かりが得られた。B.生理心理学的生体情報の統合的計量システムの開発

脳波・筋電図などの生体現象について、自己回帰モデルによる解析方式が確立され、脳波・事象関連電位構成成分の周波数・時間領域の成分分離法が開発されたほか、S/Nの良好な生体電極が実用化された。II障害児生理心理情報の治療教育場面フィードバック方式の開発EWSによる生理心理学的生体情報の統合的計測システムのWindows管理化のマイクロコンピュータへの移植と、学内LANとの結合によって、解析結果の治療教育場面へのフィードバックが可能となった。(研究目的)障害児の養護訓練効果を、多面的な生理心理学的情報の定量的解析によって計測し、結果を実践的治療教育場面に迅速に還元する方法を開発するための基礎を確立する。(研究成果)I生理心理学的指標による養護訓練効果定量計測法の開発認知情報処理パラダイムと事象関連電位計測の結合によって下記の研究成果が得られた。A.養護訓練による生理心理学的指標の変容過程の解明1.心身の適応について二次元ARモデルによる頭皮上脳波の空間分布と部位間関係が行動状態の安定性の有効な指標となる。2.感覚・運動機能の向上について認知葛藤課題における反応時間と成分分離事象関連電位によって、刺激受容・評価系から反応生成系への神経情報処理過程を解明することができ、両情報処理系間の情報伝達の良否が運動障害発生の要因となる。3.意志の伝達について語音聴取時の事象関連電位はカテゴリー知覚と密接な関係を有し、音声認知の神経過程解明の有力な手掛かりとなる。また、漢字・仮名読みの異なる符号化過程を反映する事象関連電位が得られ、失語症解明の手掛かりが得られた。B.生理心理学的生体情報の統合的計量システムの開発脳波・筋電図などの生体現象について、自己回帰モデルによる解析方式が確立され、脳波・事象関連電位構成成分の周波数・時間領域の成分分離法がパソコンレベルで実用化されたほか、S/Nの良好な小型生体能動電極が実用化された。II障害児生理心理情報の治療教育場面フィールドバック方式の開発EWSによる生理心理学的生体情報の統合的計測システムをWindows管理下のマイクロコンピュータへ移植し、学内LANとの結合によって、解析結果の治療教育場面へのフィールドバックが可能となり、小規模のネットワークによる運用が試行された。
Spring-8マイクロX線CT実験による粒状体微視力学構成モデルの検証と高度化

講造物の性能設計への移行に伴い、構造物を支える地盤の変形・破壊解析の重要性も一層高まっている。地盤を連,続体として解析する場合、その信頼性の鍵を握るのが材料の構成モデル(応力-ひずみ関係)である。本研究は、多種多様な地盤材料も、微視的に見ると「土粒子の集まり」であることから、その土粒子の運動やカのやりとりをべースとした汎用的な構成モデル、いわゆる粒状体のマイクロメカニックス構成モデルを開発することを目的とした。そして、様々な材料、様々な載荷条件に対して定量評価が可能であることを検証するために、放射光施設であるSPring-8におけるマイクロX線CTを用いた地盤材料実験を行い、巨視的な力学挙動のみならず、微視的な土粒子挙動も併せて検討するツールの開発を行った。得られた成果は以下のとおりである。(1)粒状体の微視力学構成モデルの提案既往のマイクロX線CT等で観察された「粒子の柱構造の座屈現象」を、新たに組み込んだ構成モデルを開発した。その結果、座屈を制御するパラメータを変化させることで、粒状体の様々な力学応答が統一的に再現できることが確認された。さらに、本モデルに不規則粒子形状が粒状体のせん断強度に及ぼす影響を、物理的に明快に取り込む手法についての基礎的検討を行った。(2)マイクロX線CT実験結果のデータ処理手法の開発様々な砂のマイクロ3軸圧縮試験および1軸圧縮試験のX線CTデータの自動処理を行う手法を開発した。データは、試験体の3次元粒子構造情報が、変形と共に変化していく膨大な情報であり、粒子形状が不規則であるために、これまで個々の粒子の3次元運動追跡が困難であったものである。また、粒子破砕に関する新たな実験も行った。今後は、本手法で得られる粒子運動に関する観察結果と、(1)の構成モデルの応答結果を比較する作業行う予定である。本年度は、これまでにSPring-8で行った実験結果の定性的情報をベースに粒状体の微視力学構成モデルの提案を行うと共に、定量的なデータ取得のためのデータ処理手法の開発を行った。(1)粒状体の微視力学構成モデルの提案Changらによって提案されている粒状体のマイクロメカニックス構成モデルを用いて、砂の集合体の弾性から破壊に至る、広い範囲の応答を再現するために、本研究では、既往の研究で観察されている微視的な粒子の柱構造の座屈現象を、新たに組み込んだ構成モデルを開発し、そのマクロ応答の妥当性の検討を行った。(2)実験結果のデータ処理手法の開発2003年および2004年にSPring-8にて行った、様々な砂のマイクロ3軸圧縮試験および1軸圧縮試験のX線CTデータの自動処理を行う手法を開発した。データは、試験体の3次元粒子構造情報が、変形と共に変化していく膨大な情報であり、粒子形状が不規則であるために、これまで個々の粒子の3次元運動追跡が困難であった。本研究では、互いに接触している不規則形状粒子を自動で分離・同定し、それが次の変形状態におけるどの粒子に対応しているのかを、粒子形状パラメータと配列情報を活用して同定する手法を新たに開発し、その精度の検証を行った。次年度は、(2)の手法によって実際に得られた粒子運動情報と、(1)のモデルにおける粒子運動の比較を行い、より高精度な構成モデルの開発を行う予定である。

また、2007年度前半にはSPring-8での実験申請が採択されたので、新たなマイクロX線CT実験を行う予定である。本年度は、SPring-8で新たに行った実験のデータ整理と、それを粒状体の微視力学構成モデルに活かす方法の検討を行った。(1)SPring-8における破砕性材料の粒子挙動の可視化粒子破砕性は、地盤全体の圧縮性やせん断強度に影響を及ぼす。特に粒子形状が極めていびつな材料の場合、粒子同士のかみ合いによってせん断強度が上昇するのか、破砕によって圧縮性が増大するのかは、実験での観察が困難なことから未解明の問題である。今回の実験では特に、月面の表層砂を対象としてこのような粒子挙動の3次元可視化を行った。その結果、粒子レベルの検討から地盤の圧縮性が急激に増大する応力レベルや、その際の圧縮量などを見積もることが可能であることを示した。(2)粒状体中の微視堆積構造に関する検討過去に行われたSPring-8マイクロX線CT実験のデータから、粒子の堆積構造を高精度に自動取得する手法を開発し、不規則形状粒子の微視構造についての重要なデータが得られた。(3)粒状体マイクロメカニックスモデルの高度化不規則粒子形状が粒状体のせん断強度に及ぼす影響を、Changらによって提案されている粒状体のマイクロメカニックス構成モデルに取り込む手法についての検討を行った。(4)粒子破砕のSPHシミュレーション手法の開発粒状体中の粒子破砕のメカニズムを検討するために、粒子法の一種であるSPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)法を適用する方法についての検討を行った。以上の結果について、現在論文発表を準備中である。
相転移温度近傍における電気／磁気双極子秩序の同時制御による新奇冷却素子の創製

マルチフェロイクス物質は、電場の印加により分極(電気双極子)だけでなく磁気スピン(磁気双極子)も制御できるという特性をもつ。本研究では、それぞれの秩序が、大きなエントロピー変化の得られる相転移温度近傍においてどのような相関を示すのかを明らかにすることで、分極と磁気スピンという2つの秩序を利用する新奇冷却素子の創製を目指す。このために、相転移温度近傍での電場印加時における分極/磁気スピン秩序の相関を誘電特性と磁気特性の評価から明らかにするとともに、薄膜の微細組織構造が分極と磁気スピン秩序の相関に与える影響について評価を行うことで、新奇冷却素子の作業物質に適した物質の設計指針を獲得する。
天然物による食品の貯蔵性改善に関する総合的研究

1.獣鳥魚肉類にマスタ-ドまたはクロ-ブと酢酸を組み合わせて加え、1030°Cに貯蔵して試料中微生物の消長を見た。酢酸は殺菌、静菌作用が最も強く。温度では20°Cの作用が強かった。これら微生物のうち、大腸菌群と酵母の増殖は阻害されたが、乳酸菌は抵抗性が強かった。マスタ-ドは試料加熱後に加えるより、加熱前の方が効果を発揮し、3%程度の添加は官能的にも好まれた。その主要抗菌成分イソチオシアン酸アリルは蛋白質、脂質の存在でその作用が低下したが、糖質では低下しなかった。クラッカ-や餅に生えるカビの増殖にはRHの低下と、シナモン、マスタ-ドまたはクロ-ブの添加は有効であった。2.食品腐敗菌の生産するプロテア-ゼに及ぼすクロ-ブとその主要成分であるオイゲノ-ルの影響を知るために、カゼインを含む平板培養と液体培養でのプロテア-ゼの挙動を調べた。平板培養ではクロ-ブの方がクロ-ブ中と同濃度のオイゲノ-ルよりもプロテア-ゼを強く阻害した。またクロ-ブは増殖阻害を示すよりも低濃度でプロテア-ゼを阻害した。液体培養でAeromonas hydrophilaはオイゲノ-ルの100ppmまでの添加では増殖に影響を示さなかったが、プロテア-ゼ特に金属酵素の活性低下が見られた。3.脂質、ならびに脂質を含む食品の調理時および保存時における酸化を防止するために有効な食品成分とその防止条件を検討した。その結果、ロ-ズマリ-、オ-ルスパイス、クロ-ブのような市販香辛料は、加熱調理時においても抗酸化性を発揮することが示された。次に検討した食品中で特に鶏卵に顕著な抗酸化性を見いだした。この効果は、卵白よりも卵黄に強く、卵黄の抗酸化効果は、リノ-ル酸あるいはラ-ドのような脂質に対しても、さらにはクッキ-の調理時および保存時における脂質酸化に対しても有効であることが明らかになった。1.食品の調理加工、貯蔵時における脂質酸化を防止するために、調味料その他の日常比較的よく利用する数種の食品材料について抗酸化性を調べた。その結果、鶏卵、特に卵黄に強い抗酸化効果を認め、またその効力をイワシの加熱調理やクッキ-の調理時に有効に利用しうることを見出した(農化、1990年度大会にて発表)。またこのような卵黄の抗酸化性に関与する主要な成分についても分析、検討を加えた。さらに脂質劣化のより精度の高い指標としてHPLCによる脂質酸化物(マロンアルデヒド等)の定量方法を検討し、実用のための予備実験を重ねた。2.鶏肝臓を摩砕してクロ-ブ、またはマスタ-ド粉末、酢酸などを加え、10、20、30°Cで保温して菌数の消長をみた。その結果、30°Cよりも20°Cの方がこれら添加物による増殖阻害効果が大であった。また肝臓の野生菌の中では、酵母、大腸菌群はこれらにより阻害を受けやすく10°Cよりも20°Cの方が殺菌される傾向にあった。また乳酸菌は比較的低抗性があった。一方ブイヨン培地を基礎に、これにアリルイソチオシアネ-ト(AIT)を加え、S.aureusを培養した場合、培地にカゼインナトリウムを加えるとAITの阻害を緩和したが、グルコ-スにはこの緩和作用がなかった。

3.抗微生物作用を有する香辛料のうち、クロ-ブとその主要精油成分であるオイゲノ-ルを用い、食品の腐敗時に細菌が生産する菌体外酵素の一つであるプロテア-ゼに対する阻害程度を調べた。その結果(1)一般にクロ-ブの方がクロ-ブ中と同濃度のオノゲノ-ルよりもプロテア-ゼを強く阻害した。(2)クロ-ブは細菌の増殖阻害を示す濃度よりも低濃度でプロテア-ゼを阻害した。(3)使用した6種類の細菌のうちPs.fragi、Aeromonas hydrophilasubsp.hydrophilaに対するプロテア-ゼ阻害が最も顕著であった(農化、1990年度大会にて発表)。1.鳥獣魚肉の摩砕物に36%マスタ-ド、0.51%酢酸、または12%エタノ-ルを加え、1020°Cに保存して菌数の消長をみた。その結果、酢酸の静菌または殺菌作用が最も強く、また20°Cの方がその効果が大きかった。これらの添加は官能的にはより好まれる場合が多かった。昨年度報告したカゼインナトリウムによるアリルイソチオシアネ-ト(AIT)の細菌増殖阻害の緩和作用の原因は、アミノ酸およびその誘導体に対する作用とクロマトグラムからαーアミノ基との反応によりAITが変化したと考えられる結果を得た。その他クラッカ-や餅に生える糸状菌の増殖阻害にRHの低下と、シナモン、マスタ-ド添加の併用が有効なことを認めた。2.食品腐敗菌である<Aeromonas>___ー<hydrophila>___ーのオイゲノ-ルによる増殖阻害と、菌体外プロテア-ゼ活性の関係を調べた。その結果、プロテア-ゼは菌の増殖より遅れて生産され、セリン酵素と金属酵素が主要なものであった。培養時にオイゲノ-ルを添加しても100ppmまでは生菌数に大きな影響を及ぼさなかったが、プロテア-ゼ生産は100ppmで殆ど阻害された。なおオイゲノ-ルはA__ー・<hydrophila>___ーの菌体外プロテア-ゼを阻害しなかった。3.ラ-ドあるいはリノ-ル酸を油脂として用いてクッキ-を調理し、その調理時および保存時における卵黄の抗酸化効果を調べた結果、小麦粉重量の25または50%の添加で顕著な抗酸化効果を認めた。またこのような卵黄の抗酸化性に関与している成分を検討した結果、卵黄脂質画分の効果は弱く、卵黄中のLDLやHDLのようなリポ蛋白質に強い効果を認め、さらに、それらを構成しているアポ蛋白質に他の蛋白質と比べてもきわだって強い抗酸化力を見いだした。また、魚の生での保存時における酵素的脂質酸化の関与について検討したが、カレイやヒラメのような白身の魚には活性がみられず、イワシ、特にその血合肉部分に活性を認め、イワシの保存時における脂質酸化に関わっている可能性が見られた。1.鶏ササミ磨碎物にマスタ-ド粉末を加え、20°Cまたは10°Cに貯蔵する際に、磨碎物を沸騰水中で5分加熱すると、大腸菌群と酵母は殆ど死滅した。これに3%マスタ-ドを加えると、乳酸菌の増殖をむしろ促進したが、添加後同様に加熱し、20°Cに貯蔵すると、無添加対照よりも全好気性細菌と乳酸菌の増殖を阻害した。またササミ磨碎物にマスタ-ド09%と醤油を加えて加熱、官能検査をすると、6%添加が最も好まれた。またクラッカ-調製時、ドウに3%マスタ-ドを加えて焼いたものは、カビの増殖を阻害し、官能的にも好まれた。2.食品腐敗菌であるAeromonas hydrophilaのオイゲノ-ルによる増殖阻害と、菌体外プロテア-ゼ活性の関係を調べた。
生体内一酸化窒素測定カテーテルの開発と不安定プラーク診断への応用

本研究は、新たに開発された生本内一酸化室素(NO)測定用カテーテルおよび、血管内に挿入し血管壁の組織性状を生体内て解像度10μmの超高精度に観察可能な光干渉断層装置(optical coherent tomography : OCT)を用い、ウサギの種々の動脈硬化モデルにおける動脈硬化所見を生体内で観察し、動脈硬化病変の生理学的、組織学的、分子生物学的、免疫組織学的所見と対比し、動脈硬化所見、特に不安定プラークの生体内診断法を確立することを目的としている。平成20年度は、正常ウサギ(n=5)、1%コレステロール食負荷ウサギ(n=8)、動脈硬化を容易に形成するWHHLウサギ(n=8)を用い、NOカテーテル及びOCT装置による血管の観察を行い、それらの病理標本の各種免疫染色を行った組織所見と得られた画像との対比、解析を進めた。その結果、NOカテーテルによる測定は、雑音が多く解析に困難を伴うことか判明し、その対策に苦慮、生体内での測定は不可能との結論に達した。一方、OCTでは、非常に鮮明な画像が安定して得られ、動脈硬化病変の生体内診断に向けていくつかの新知見を得た。すなわち、動脈硬化血管において、1.不安定プラークの特徴てあるマクロファージの集簇部位は、強く高輝度シグナルを示し、かつ遠位に放散するシャドウを伴うこと、2.不安定プラークのもう一つの所見である血管のびらん面は、内皮細胞の小ささから直接描出することはできないものの、びらん面に小血栓か付着する、あるいはマクロファージか露出する、などにより、不規則な凹凸面を示すことがある。3.不安定プラークのもう一つの特徴てある動脈硬化巣における粥腫内新生血管の描出も可能である。などである。これらの知見は、複数の学会に報告し、現在、論文執筆中てある。本研究は、新たに開発された生体内一酸化窒素(NO)測定用カテーテルおよび、血管内に挿入し血管壁の組織性状を生体内で解像度10μmの超高精度に観察可能な光干渉断層装置(optical coherent tomography: OCT)を用い、ウサギの種々の動脈硬化モデルにおける動脈硬化所見を生体内で観察し、動脈硬化病変の生理学的、組織学的、分子生物学的、免疫組織学的所見と対比し、動脈硬化所見、特に不安定プラークの生体内診断法を確立することを目的としている。平成19年度は、正常ウサギ(n=5)、1%コレステロール食負荷ウサギ(n=8)、動脈硬化を容易に形成するWHHLウサギ(n=8)を用い、NOカテーテル及びOCT装置による血管の観察を行った。現在、それらの病理標本の作成が終了し、各種免疫染色を行っており、その組織所見と得られた所見および画像との対比、解析を進めている。現在までの所、NOカテーテルによる測定は、雑音が多く解析に困難を伴うことが判明し、その対策に苦慮している。種々の検討の結果、NOの測定には雑音(電流)の混入が最も大きな障害となるが、そのほかにも温度の変動、そして何よりもカテーテルチップの移動などが障害となることが明らかとなってきた。現在、対策を含め検討を重ねている。一方、OCTでは、非常に鮮明な画像が安定して得られており、動脈硬化病変の生体内診断に向けて結果を得つつある。すなわちOCT画像におり、生体内で血管壁のプラークの存在に加え、血栓、繊維性性被膜の存在とその大きさ、厚さ、さらに内膜下の細胞集簇の判定も可能と思われる画像が得られている。これらを各種免疫染色を行った組織所見と対比、解析すれば、生体内動脈硬化組織診断の基礎が確立できる。本研究は、新たに開発された生体内一酸化窒素(NO)測定用カテーテルおよび、血管内に挿入し血管壁の組織性状を生体内で解像度10μmの超高精度に観察可能な光干渉断層装置(optical coherent tomography:OCT)を用い、ウサギの種々の動脈硬化モデルにおける動脈硬化所見を生体内で観察し、動脈硬化病変の生理学的、組織学的、分子生物学的、免疫組織学的所見と対比し、動脈硬化所見、特に不安定プラークの生体内診断法を確立することを目的としている。その結果、NOカテーテルによる測定は、雑音が多く解析に困難を伴うことが判明し、その対策に苦慮、生体内での測定は不可能との結論に達した。すなわち、動脈硬化血管において、1.不安定プラークの特徴であるマクロファージの集簇部位は、強く高輝度シグナルを示し、かつ遠位に放散するシャドウを伴うこと、2.不安定プラークのもう一つの所見である血管のびらん面は、内皮細胞の小ささから直接描出することはできないものの、びらん面に小血栓が付着する、あるいはマクロファージが露出する、などにより、不規則な凹凸面を示すことがある。3.不安定プラークのもう一つの特徴である動脈硬化巣における粥腫内新生血管の描出も可能である。などである。これらの知見は、本年度、複数の学会に報告し、現在、論文執筆中である。

本研究は、新たに開発された生本内一酸化室素(NO)測定用カテーテルおよび、血管内に挿入し血管壁の組織性状を生体内て解像度10μmの超高精度に観察可能な光干渉断層装置(optical coherent tomography : OCT)を用い、ウサギの種々の動脈硬化モデルにおける動脈硬化所見を生体内で観察し、動脈硬化病変の生理学的、組織学的、分子生物学的、免疫組織学的所見と対比し、動脈硬化所見、特に不安定プラークの生体内診断法を確立することを目的としている。平成20年度は、正常ウサギ(n=5)、1%コレステロール食負荷ウサギ(n=8)、動脈硬化を容易に形成するWHHLウサギ(n=8)を用い、NOカテーテル及びOCT装置による血管の観察を行い、それらの病理標本の各種免疫染色を行った組織所見と得られた画像との対比、解析を進めた。その結果、NOカテーテルによる測定は、雑音が多く解析に困難を伴うことか判明し、その対策に苦慮、生体内での測定は不可能との結論に達した。一方、OCTでは、非常に鮮明な画像が安定して得られ、動脈硬化病変の生体内診断に向けていくつかの新知見を得た。すなわち、動脈硬化血管において、1.不安定プラークの特徴てあるマクロファージの集簇部位は、強く高輝度シグナルを示し、かつ遠位に放散するシャドウを伴うこと、2.不安定プラークのもう一つの所見である血管のびらん面は、内皮細胞の小ささから直接描出することはできないものの、びらん面に小血栓か付着する、あるいはマクロファージか露出する、などにより、不規則な凹凸面を示すことがある。3.不安定プラークのもう一つの特徴てある動脈硬化巣における粥腫内新生血管の描出も可能である。などである。これらの知見は、複数の学会に報告し、現在、論文執筆中てある。
昆虫病原性線虫の共生細菌代謝産物の解明とその生理活性物質の利用開発

土壌中の害虫に対する生物農薬として欧米を中心に使われているSteinernema属およびHeterorhabditis属の昆虫病原性線虫は,それぞれXenorhabdusまたはPhotorhabdus属の細菌と種特異的な共生関係を持つことによって昆虫に対する病原性を示す.共生細菌の代謝物の生理活性を応用する際には,より多くの細菌について活性を検討し,より良い細菌を選抜することが重要である.そこで,日本産昆虫病原性線虫から細菌を単離し,16S rDNAのシークエンスによる同定を行った.また,線虫種についてもrDNAおよびCOIの領域を用いて系統解析を行った.その結果,日本産Steinernema属線虫およびXenorhabdus属細菌はそれぞれ4つおよび3つのクレードに分かれ,共生関係を持つ線虫と細菌の間に一部対応していない関係が見られた.一方,Heterorhabditis属線虫およびPhotorhabdus属細菌ではともに2つのクレードに分かれ,ほぼ対応した関係が見られた.病原性の強い細菌の分離株を単離するため,甲虫類のロイヤルワームおよび鱗翅目のカブラヤガ終齢幼虫を用いて共生細菌の殺虫活性を比較した.供試したXenorhabdus属細菌9分離株およびPhotorhabdus属細菌7分離株では,ほとんどの場合100万個の細菌を注入してもロイヤルワームに対する殺虫力は30%以下だったが,Photorhabdus属細菌のうちH.indicaから単離した2分離株の場合,1万個の細菌を注入しても72時間以内に100%の殺虫力を示した.また,この2分離株はカブヤラガ終齢幼虫に対しても高い殺虫性を示し,100細胞を注入した場合でも72時間には100%の殺虫力を示した.線虫と細菌の組み合わせを変えた2者培養では,Xenorhabdus属細菌の一部の種類は他種の線虫が発育できなかったため,発育阻害因子を産生していることが考えられた.昆虫病原性線虫感染態幼虫の腸内にはI型の共生細菌が存在するが,人工培地上や線虫が感染した昆虫体内で,時間の経過とともにII型が出現する.そこで,I型からII型を選抜し,細菌用普通寒天培地にコーン油を添加した培地に,無菌化した1期幼虫とI型またはII型の共生細菌を入れ,線虫の増殖を比較した.Steinernema carpocapsaeとその共生細菌であるXenorhabdus nematophila,またはHeterorhabditis baceriophoraとその共生細菌であるPhotorhabdus luminescensの組み合わせでは,線虫の増殖には細菌のI型,II型でほとんど違いは見られなかった.そのため,線虫にとって栄養的にはI型とII型ではあまり違いはないと考えられる.また,無菌化したS. carpocapsaeの1期幼虫を大腸菌とともに培地に接種した場合に線虫は発育し,増殖した.H. bacteriophoraでは大腸菌を餌とした場合,1期幼虫を接種すると線虫は全く発育しなかったが,無菌の感染態幼虫を作出し線虫を耐久状態から回復させた後に培地に接種すると,線虫は発育・増殖した.一方.S. carpocapsaeとPhotorhabdusのI型の組み合わせ,H. bacteriophoraとX. nematophilaのI型の組み合わせの場合,線虫は全く発育できず,死亡したため,それぞれの細菌が殺線虫物質を産生していることが予想された.しかし,X. poinariiRS92のII型を用いた場合H. bacteriophoraは増殖可能であった.このことから,I型の共生細菌は共生関係にある線虫以外の線虫に対する殺線虫物質を産生するが,II型では産生しないことが明らかになった.昆虫病原性線虫の発育に必要な脂質について解析するため,無菌化したSteinernema carpocapsae1期幼虫と細菌を組み合わせ,二者培養を行った.S.carpocapsaeの共生細菌であるX.nematophilaまたは大腸菌を用いて二者培養を行ったところ,コーン油を添加した培地に接種した場合,線虫はいずれの細菌を摂食して発育・増殖したが,脂質を添加しない普通寒天培地上ではS.carpocapsaeは発育できなかった.細菌食性の自由生活性線虫は、培地に油を添加しない培地上でも発育・増殖できることから,S.carpocapsaeは細菌だけてなく,エサに含まれる油成分が発育に必須であることが考えられた.共生細菌をNutrient broth (NB)またはNBに1%のコーン油を添加した液体培地上で培養し,細菌の脂肪酸組成を解析したところ,NBのみで培養した場合.X.nematophilaの主要な脂肪酸組成はパルミチン酸,パルミトレイン酸,オレイン酸であったが,NBにコーン油を添加して培養した場合には総脂肪酸の約20%をリノール酸が占めていた.同様に大腸菌(OP50)を液体培養した場合にも,培地にコーン油を添加した場合にのみリノール酸が多く検出された.X.nematophilaはリノール酸の前駆体となるオレイン酸を総脂肪酸の20%も含んでいるのにもかかわらず,コーン油を添加しない培地上では発育できないことから,S.carpocapsaeはオレイン酸をリノール酸へ不飽和化する酵素の活性が低いか欠損している可能性が考えられる.線虫においても,リノール酸は発育に不可欠な生理活性物質の前駆体であることが考えられるため,線虫におけるリノール酸の代謝と合成される生理活性物質を解明していくことが必要だと思われる.

土壌中の害虫に対する生物農薬として欧米を中心に使われているSteinernema属およびHeterorhabditis属の昆虫病原性線虫は,それぞれXenorhabdusまたはPhotorhabdus属の細菌と種特異的な共生関係を持つことによって昆虫に対する病原性を示す.共生細菌の代謝物の生理活性を応用する際には,より多くの細菌について活性を検討し,より良い細菌を選抜することが重要である.そこで,日本産昆虫病原性線虫から細菌を単離し,16S rDNAのシークエンスによる同定を行った.また,線虫種についてもrDNAおよびCOIの領域を用いて系統解析を行った.その結果,日本産Steinernema属線虫およびXenorhabdus属細菌はそれぞれ4つおよび3つのクレードに分かれ,共生関係を持つ線虫と細菌の間に一部対応していない関係が見られた.一方,Heterorhabditis属線虫およびPhotorhabdus属細菌ではともに2つのクレードに分かれ,ほぼ対応した関係が見られた.病原性の強い細菌の分離株を単離するため,甲虫類のロイヤルワームおよび鱗翅目のカブラヤガ終齢幼虫を用いて共生細菌の殺虫活性を比較した.供試したXenorhabdus属細菌9分離株およびPhotorhabdus属細菌7分離株では,ほとんどの場合100万個の細菌を注入してもロイヤルワームに対する殺虫力は30%以下だったが,Photorhabdus属細菌のうちH.indicaから単離した2分離株の場合,1万個の細菌を注入しても72時間以内に100%の殺虫力を示した.また,この2分離株はカブヤラガ終齢幼虫に対しても高い殺虫性を示し,100細胞を注入した場合でも72時間には100%の殺虫力を示した.線虫と細菌の組み合わせを変えた2者培養では,Xenorhabdus属細菌の一部の種類は他種の線虫が発育できなかったため,発育阻害因子を産生していることが考えられた.
リーマン面のモジュライ空間の関数としてのリーマン面上の調和体積

私はリーマン面の複素構造の違いに興味を持ち,研究を行っている.調和体積は,調和1形式に関するチェンの反復積分を用いてハリスにより定義され,複素構造のみに依存して決まる.調和体積を調べることにより,複素構造の違いを知ることが当面の目標である.フェルマー商曲線の調和体積の像を求めた.この結果よりただちに,そのヤコビ代数多様体のセレササイクルの代数的非自明性を示すアルゴリズムを得た.実際に1000以下の3で割ると1余る素数Nに対するフェルマー商曲線について非自明性を示した.私はリーマン面の複素構造の違いに興味を持ち,研究を行っている.調和体積は,調和1形式に関するチェンの反復積分を用いてハリスにより定義され,複素構造のみに依存して決まる.調和体積を調べることにより,複素構造の違いを知ることが当面の目標である.フェルマー商曲線の調和体積の像を求めた.この結果よりただちに,そのヤコビ代数多様体のセレササイクルの代数的非自明性を示すアルゴリズムを得た.実際に1000以下の3で割ると1余る素数Nに対するフェルマー商曲線について非自明性を示した.私はRiemann面の複素構造の違いに興味を持ち,研究を行っている.調和体積は,調和1形式に関するChenの反復積分を用いてHarrisにより定義され,複素構造のみに依存して決まる.調和体積を調べることにより,複素構造の違いを知ることが当面の目標である.本年度は,調和体積を用いてRiemann面のヤコビアンにおけるある代数的サイクル,Ceresaサイクルと呼ばれる,の非自明性を示す新たな十分条件をみつけた.その結果を論文にまとめているところである.N次Fermat曲線から得られるCeresaサイクルの非自明性は,Harris(N=4)と私(N=6)の結果が知られていた.大坪紀之氏は,これらの結果を拡張し一般のN次Fermat曲線のCeresaサイクルの非自明性を示す十分条件を発見した.私は,彼の結果を利用し,数式処理ソフトMathematicaの数値計算を実行した.得た結果を述べる.以下,Nをある条件を持つ素数とする.N次Fermat曲線から得られるある代数曲線のCeresaサイクルの非自明性を示す新たな十分条件をみつけた.本研究を進めるためにRiemann面,トポロジー,複素解析に関連する書籍を適宜購入した.国内の研究集会等に参加し研究者と議論を交わしたが,その際の旅費を科研費から捻出した.Riemann面のモジュライ空間のWeil-Petersson体積に関する研究を始めた.また,新たに一本の論文が採録された.私はRiemann面の複素構造の違いに興味を持ち,研究を行っている.調和体積は,調和1形式に関するChenの反復積分を用いてHarrisにより定義され,複素構造のみに依存して決まる.調和体積を調べることにより,複素構造の違いを知ることが当面の目標である.以下の研究成果に関する論文をまとめ,投稿した.Nをある条件を持つ素数とする.N次Fermat商曲線の調和体積を求めることにより,そのヤコビ代数多様体におけるCeresaサイクルの非自明性を示す十分条件を発見した.Mathematicaにより数値計算を実行し,1000以下のNに対してCeresaサイクルが非自明であることを示した.国内の研究集会および国外の研究集会2つに参加し研究者と議論を交わしたが,その際の旅費を科研費から捻出した.3つの研究集会で講演を行った.また,Riemann面のモジュライ空間のWeil-Petersson体積に関する研究を始めた.本研究を進めるためにRiemann面,トポロジー,複素解析に関連する書籍を適宜購入した.私はRiemann面の複素構造の違いに興味を持ち,研究を行っている.調和体積は,調和1形式に関するChenの反復積分を用いてHarrisにより定義され,複素構造のみに依存して決まる.調和体積を調べることにより,複素構造の違いを知ることが当面の目標である.調和体積を求めることにより,Femat商曲線のヤコビ代数多様体のCeresaサイクルの非自明性を示すアルゴリズムについて書いた論文は現在も投稿中である.これによって,研究目的の一つである「ヤコビ代数多様体におけるCeresaサイクルが代数的に非自明であるようなRiemann面を生成するアルゴリズムの導出」は達成された.もう一つの研究目的である「特殊なRiemann面,およびリーマン面のモジュライ空間におけるその近傍のRiemann面族の調和体積・高次元調和体積の決定」を実現するために,代数曲線として表されるRiemann面の調和体積の計算を実行した.その方向での大きな進展はなかったが,その際に出てきたRiemann面の周期行列の計算手法について整理し,公開する準備をしている.国内の4つの研究集会に参加し研究者と議論を交わしたが,その際の旅費を科研費から捻出した.2つのセミナーで講演を行い,いくつかの助言を得た.本研究を進めるために,Riemann面,トポロジー,複素解析に関連する書籍およびノートPCを適宜購入した.
一卵性双生児間の後天性の精神発達差異の解明にむけたiPS技術の次世代応用

【本研究の目的】1つの受精卵の分離から発生する一卵性双生児間においてその表現型が異なる場合があることが知られてきた。これを受けて我々は、これまでMECP2遺伝子変異を共有しレット症候群を呈する一卵性双生児の神経症状の差意が、遺伝的素質(全ゲノムDNA配列)ではなく、環境の影響を受けて変化する素因(エピゲノム:DNA上のメチル化修飾)の差異とこれに起因する遺伝子発現差異である可能性を報告た(PLoS ONE 2013)。しかしながらこの結果は、脳組織や神経細胞に基づくものでなく末梢組織(皮膚線維芽細胞)で獲得した知見であった。このような背景の下、皮膚線維芽細胞からiPS技術を用いて、神経細胞を作製した(Mol Brain 2015)。以上を踏まえ、本研究の目的は、Rett症候群双子患者からiPS技術を介して作製した神経細胞において、皮膚線維芽細胞で観察されたエピゲノム差異がiPS細胞化の差異の初期化の過程で消去されずに残存し、神経細胞内での遺伝子の差異を生み出していることを明らかにすることであった。【具体的な実施内容】iPS細胞化前の元組織で見出されたわずかなエピゲノム差異が神経細胞誘導後も認められることを明らかにするために、平成27年度は、旧来のiPS細胞作製法の課題(ゲノム領域に初期化4遺伝子を挿入する方法:挿入部位は株によりバラつくこと)を解決した新法(ゲノム領域に挿入させることが不要:エピソーマル・プラスミド法)を用いて均質なiPS細胞株を一卵性双生児の皮膚線維芽細胞から樹立した。
高効率エネルギー源開発に向けた低仕事関数表面の創成

本研究では,真空管型発電デバイスへの応用を目指して低仕事関数表面の形成を試みた。発電効率がコレクターの仕事関数に大きく依存するため,仕事関数が小さく高温でも安定な表面が求められていた。高温でも安定な表面として炭素表面に注目し,ナノダイヤモンドを利用した炭素形成表面の作成方法を確立した。また,仕事関数の評価と発電デバイス応用のための最適化として,ヒ化ガリウムのセシウム終端表面と,n型単結晶ダイヤモンド表面の評価を行った。これにより,低仕事関数表面の高温での安定性や,ダイヤモンド内部での電位勾配による発電効率の低下等,発電効率改善のための指標を得た。本研究は,真空エレクトロニクスを利用した高効率発電デバイスの開発を目指し,コレクターに低仕事関数の表面を形成することで,高効率発電技術の実現を目指すものである。平成27年度には,高効率発電技術への応用を目指し,ダイヤモンドの不純物と表面終端元素による仕事関数制御の実証に取り組んだ。先行研究では,リンを不純物として添加したダイヤモンドの水素終端表面について,熱電子放出に基づく仕事関数測定が行われ,0.9 eVという非常に小さい仕事関数が報告されていた。本研究では,光電子分光法と電界放出電子分光法を組み合わせた測定を行い,リン添加ダイヤモンドのバンド構造を詳しく調べた。その結果,ダイヤモンド内部に上向き1.45 eVのバンドベンディングが存在すること,水素終端表面の電子親和力が-1.38 eVと負の値をとることがわかった。PETE発電デバイスの動作を考えると,エミッターから放出された電子が1.38 eVの電位障壁を乗り越えてダイヤモンド内部に注入されることを意味する。これをPETEの動作原理から考えると,数値上の仕事関数が小さいことよりも,表面終端とダイヤモンド内部でのバンドベンディングの抑制が発電効率向上につながる可能性を示し,発電デバイスの効率向上のために新しいアプローチの可能性を示す結果といえる。また,炭素表面以外の低仕事関数表面として,ヒ化ガリウム(GaAs)表面をセシウムと酸素で処理することにより,負の電子親和力を持つ表面を形成し,光電子放出特性から仕事関数を評価した。当初の予定では,基板上への炭素表面形成手法として,CVD法とナノカーボン形成法の2通りの実験を平成27年度中に完了予定であった。研究代表者の所属変更に伴い,新しい任地に実験装置を設置・運用する必要があったが,可燃性高圧ガスの使用等の理由で設置場所の整備に予想外の時間を要した。このため,当初は平成28年度に集中的に実施する予定であった,発電デバイスのための仕事関数制御を先行して実施することとした。進捗の回復のため,外部の専門家に協力を依頼し,炭素表面形成のための実験条件等について助言を得ながら進めることとした。今後は助言を活用しつつ炭素表面形成法の確立に努め,進捗を回復する見通しである。本研究で扱う発電デバイスは,熱電子放出と光電子放出の二つの電子放出現象を組み合わせることで高効率での発電が可能になるとされている。発電効率は電子を放出する側(エミッター)と電子を受け取る側(コレクター)の仕事関数の差によって決まる。従来はエミッターの高効率化に関する研究が中心であったが,本研究ではコレクターに焦点を当てて研究を行った。高効率な発電を実現するには,仕事関数の小さいコレクターを使用することが重要である。本研究では,リン添加ダイヤモンドの表面終端による仕事関数制御と,低仕事関数コレクター作成のためのナノ炭素表面形成を目指して研究をおこなった。リン添加ダイヤモンドの仕事関数制御については,平成27年度に水素終端表面,平成28年度に酸素終端表面およびグラフェン形成表面について仕事関数評価をおこなった。その結果,リン添加ダイヤモンド内部に上向きのバンドベンディングが存在すること,表面終端によってバンドベンディングと電子親和力が変化することがわかった。この結果から,ダイヤモンド内部でのバンドベンディングの抑制が発電効率向上につながる可能性を示し,発電デバイスの効率向上のために新しいアプローチの可能性を示した。ナノ炭素形成については爆轟法ダイヤモンドを下地材としてCVD法によるダイヤモンド合成を行い,仕事関数を評価した。また,本研究の成果から派生して,ダイヤモンド電子源を用いた光検出器の感度改善の可能性が示された。平成28年度は,PETE発電デバイスに向けたコレクター表面形成法の確立を目指す。初年度に得られた知見により,従来提案されていたリン添加ダイヤモンド水素終端表面ではダイヤモンド内部に大きなバンドベンディングが存在することがわかった。このバンドベンディングは,ダイヤモンドの不純物準位と表面の終端元素によって大きく変化することが示唆されている。表面終端元素を変えることで,PETE発電デバイスに必要な低仕事関数表面の形成を目指す。

また,装置の導入が遅れていた炭素表面形成についても早急に研究を進め,基材の伝導タイプやバンドギャップの相性から,コレクターとして最適な基材/表面の組み合わせを決定する。成果公開のためのホームページを開設予定であったが、静岡大学が提供するリポジトリサービスを利用し成果公開を行うこととする。電子物性,信号処理研究代表者の所属変更に伴い,当初導入予定であったCVD装置の受け入れ準備に予想外の時間を要したため。装置受け入れに必要な工事は平成27年度に完了し,現在は装置を導入済みである。平成27年度中に実施予定であった装置の追加部品については,導入が平成28年度になるものの,同年度内に導入・整備が完了する見込みである。