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代数的手法に基づく種々の組合せ的対象の総合的研究

完全グラフの特殊な分割であるアソシエーションスキームの各頂点に対して定まるTerwilliger代数等の非可換半単純代数の表現論について、理論・応用の双方の観点から研究を行い、極値集合論・デザイン理論・符号理論等に関する種々の結果を得た。この際に用いた表現論の応用の手法は、半正定値計画法の双対性や、各既約加群に付随する直交多項式の性質等を駆使するものであり、研究代表者も関わって近年発展してきたこれらの手法をさらに深化・整備することができた。1. Erdos-Ko-Radoの定理及びその拡張は、Delsarteによる線型計画の手法の最も優れた応用例の一つであるが、平成25年3月4月に愛知教育大学の須田庄氏と共同で、有限体上のベクトル空間の二つの部分空間族の間の交叉に関する定理を、半正定値計画の双対性を用いて証明した。この成果については本年度中に数回の口頭発表を行ったが、本年度はさらに須田氏及び琉球大学の徳重典英氏と共同で、この研究で用いた手法を一般の有限単純二部グラフ上に定式化し、特に有限集合の二つの部分集合族の間の、ある種の測度を考慮した交差に関する定理を考察した。今回一般化した手法は1-交差族については適用が特に容易であり、既存の組合せ的証明とは全く異なった、簡潔な代数的証明を与えることが可能となる。2.距離正則グラフに関する100ページを超える解説論文の執筆をTilburg大学のEdwin van Dam氏及び中国科学技術大学のJack Koolen氏と平成23年度より継続して進めており、現時点では草稿をVan Dam氏のウェブサイトに公開している。本年度は特に集中的に執筆に取り組み、次年度の初期に完成する見込みとなった。この作業を通して、距離正則グラフの理論に関する膨大な知見の蓄積を行っており、平成26年2月に東北大学で開催された(小規模な)国際集会で入門講義を行った。3. Q-多項式距離正則グラフの、球面デザインとしての強さ(strength)が最大値5を取る場合の分類について、須田氏と研究を行った。また、対称群のある種のCayleyグラフの独立数について、Bandung工科大学のEdy Tri Baskoro氏と研究を行った。これらの成果は現時点では論文として纏めるには少々弱いと思われるが、いくつかの重要な知見を含んでおり、今後の研究への課題となっている。1. Tilburg大学のEdwin van Dam氏及び中国科学技術大学のJack Koolen氏と平成23年度より継続して執筆を進めてきた、距離正則グラフに関する解説論文が本年度ようやく完成した。最終的に122ページ及び650弱の引用文献を擁する長大な論文となった(arXiv:1410.6294)。現在投稿中である。この論文の執筆作業を通して得られた距離正則グラフの理論に関する膨大な知見の蓄積は、今後の研究の基盤となるものである。2.私の学生の渡邊悠太氏(M2)と共同で、重要な距離正則グラフの例であるGrassmannグラフについて、Terwilliger代数と呼ばれる非可換半単純代数の既約加群を全て決定することに成功した。ただし、通常のTerwilliger代数は各頂点に付随して定まるが、ここではdescendentと呼ばれる代数的・幾何的に非常に良い性質を持った頂点部分集合に拡張して考察した。証明は球函数に関するDunklの1970年代の結果をフル活用したものであり、直交多項式の理論の観点からも興味深い。11月に中国科学技術大学で開催された国際研究集会に於いて、この研究の成果について招待講演を行った。また、既に得られている関連した研究成果と合わせて、田中利恵氏も加えた3名の共著論文として現在執筆準備中である。3.琉球大学の徳重典英氏及び愛知教育大学の須田庄氏と共同で、有限集合の二つの部分集合族の間の、ある種の測度を考慮した交叉に関する定理を証明した。証明の基本的な方針は半正定値計画の双対性に基いており、昨年度須田氏と行った研究の手法を踏襲しているが、一方で組合せ的な議論も多く用いており、より一層込み入っている。成果をまとめた論文を現在投稿中であり(arXiv:1504.00135)、徳重氏が3月に口頭発表を行った。1.中国科学技術大学のJack Koolen氏、(元)浦項工科大学のWoo Sun Lee氏及びWorcester工科大学のBill Martin氏と共同で、Hammingグラフ上の「等差完全正則符号」に関する論文を執筆した。既に出版済みである。この論文ではまず当該概念の導入、基礎理論の展開を行った後、線形なものについて分類を本質的に完成させた。距離正則グラフ上の完全正則符号は、Terwilliger代数と密接に関連したトピックであり、本研究計画に沿ったものである。2.私の学生の渡邊悠太氏と共同で平成26年度に行ったGrassmannグラフの(一般化された)Terwilliger代数に関する研究をLie理論の観点から根本的に見直し、より簡明なものに整理した。さらに、距離正則グラフのTerwilliger代数のある種の既約加群に付随する「Terwilliger多項式」に関する理論の拡張・一般化を行った。新たな進展を次々と付け加えていっているため共著論文の執筆に結局一年以上かかっているが、ページ数は本稿執筆時点で既に50ページを超えている。近日中に完成の見込みである。3.上海交通大学の坂内英一氏、坂内悦子氏、Yan Zhu氏と共同で、(主に)2進Hammingグラフ上の「相対デザイン」に関する研究を行った。

タイト、すわなち所謂Fisher型不等式で等号が成立し、さらに二つの「同心球面」上にある相対デザインは、コヒーレント配置と呼ばれる構造を持つことを証明した。さらにそのような相対デザインの存在が、ある種の直交多項式の根の整数性を導くことを証明し、これを用いて小さなパラメータの範囲の多くで非存在を示した。現在他の結果と合わせて共著論文の執筆を準備中である。本年度は、Terwilliger多項式や相対デザインの構造の研究等、Terwilliger代数の理論及びその応用に関して、大きな進展を得ることができた。また、平成26年度にようやく完成した距離正則グラフに関する解説論文の、査読者のレポートに基づく改定も済ませることができ、近日中に掲載が確定する見込みである。Tilburg大学のEdwin van Dam氏及び中国科学技術大学のJack Koolen氏と、距離正則グラフに関する概説論文を執筆した。これは平成23年度に開始したプロジェクトであり、最終的に156ページ及び650以上の引用文献を擁するものとなった。Erdos-Ko-Radoの定理及びその拡張は、Delsarteによる線型計画の手法の優れた応用例であるが、琉球大学の徳重典英氏及び愛知教育大学の須田庄氏と、半正定値計画の双対性に基づいた二つの族の交叉に関する研究を行った。これはDelsarteの手法の「二部グラフ版」であり、他の応用を検討中である。距離正則グラフのTerwilliger代数の研究を行った。理論面では、従来各頂点に付随させるTerwilliger代数を、ある種の良い性質を持つ頂点部分集合に拡張して考察した。この研究は田中利恵氏及び私の学生の渡邊悠太氏と進めており、特に「Terwilliger多項式」と呼ばれる4次多項式の理論の拡張・一般化を行った。また、外国人特別研究員のJae-Ho Lee氏と、双対極グラフに関してさらに拡大した代数を導入し、ダブルアフィンヘッケ環のある種の退化との関連を見出した。応用面では、上海交通大学の坂内英一氏、坂内悦子氏、Yan Zhu氏と「相対デザイン」を研究し、特定の性質を満たすものについて、存在条件等に関する結果をTerwilliger代数を用いて証明した。一方、私の学生のJohn Vincent Morales氏と、より一般のアソシエーションスキームのTerwilliger代数の表現論の研究を進め、符号理論で有名なAssmus-Mattsonの定理を拡張した。これは特に重要なZ/4Z上の符号の場合を含む。以上の成果の多くは現時点で論文執筆中の段階であり、順次公開する。完全グラフの特殊な分割であるアソシエーションスキームの各頂点に対して定まるTerwilliger代数等の非可換半単純代数の表現論について、理論・応用の双方の観点から研究を行い、極値集合論・デザイン理論・符号理論等に関する種々の結果を得た。この際に用いた表現論の応用の手法は、半正定値計画法の双対性や、各既約加群に付随する直交多項式の性質等を駆使するものであり、研究代表者も関わって近年発展してきたこれらの手法をさらに深化・整備することができた。
膵臓ランゲルハンス島における細胞外ATPシグナルの時空間動態の解明

膵島をはじめとする生体組織中における細胞外ATPシグナルを明らかにするため、バイオセンサーを用いた細胞外ATPイメージング法の確立を目指して研究をおこなった。まず、既存のFRET型ATPバイオセンサーを用いて細胞外ATP濃度をイメージングすることに成功した。また、単一蛍光タンパク質型ATPバイオセンサー、BRET型ATPバイオセンサーの開発にも成功した。しかし、これらの新規バイオセンサーを用いた細胞外ATP濃度のイメージングについては、解決すべき技術的問題が残されている。単一の円順列緑色蛍光タンパク質(cpEGFP)とバクテリアATP合成酵素εサブユニットをベースにした新規蛍光ATPバイオセンサー「QUEEN」を開発した。QUEENは400ナノメートルと490ナノメートルに励起極大を持っており、ATPの結合によって400ナノメートルにおける励起効率が上昇し、490ナノメートルの励起効率が低下するという性質を有していた。QUEENを発現する細菌を、2つの励起波長で交互に励起しながら蛍光イメージングすることにより細菌細胞内のATP濃度を非常に高い定量性で決定することに成功した。次に、QUEENをベースに細胞外ATP濃度を可視化するための改良を加えた。QUEENは光異性化が生じ易かったため、cpEGFPの蛍光団近傍のアミノ酸残基にランダムに変異を加え、光異性化が生じにくい変異体をスクリーニングによって得た。また、細胞外に放出されるATPはすみやかに拡散し、かつ細胞外ATP分解酵素によって消去されると考えられているため、細胞外ATPを検出するためには非常に高速にATPと結合する必要があった。QUEENはATPに対する反応速度が10秒程度と遅かったが、εサブユニット部分に変異を加える事で、反応速度を100倍以上高めることに成功した。このようにして改良したQUEENにGPIアンカー配列を付与することで動物細胞の細胞表面に提示させ、培地中にATPを加えたところ、ATP依存的に非常に速やかな蛍光シグナルの変化を観察した。この事から、改良したQUEENは動物細胞表面においても機能すると考えられる。1単一蛍光タンパク型ATPバイオセンサーの改良前年度までに、光安定性を改善したATPバイオセンサーの変異体を作製したものの、ATPに応答した蛍光変化が小さいという問題が残っていた。そこで、蛍光タンパク質とATP結合タンパク質の間のリンカー配列を検討することにした。まず、ランダムプライマーを用いたPCR法よって、リンカー配列をランダムに変化させた多数のクローンを作製した。続いて個々のクローンを大腸菌で発現させた後にアフィニティービーズを用いて精製し、蛍光マイクロプレートリーダーを用いてATPに対する応答を調べた。200個以上のクローンをスクリーニングした結果、蛍光変化量が2倍以上増大したクローンを複数個得ることに成功した。続いて、新たに作製したATPバイオセンサーにGPIアンカーを融合せせた人工遺伝子を哺乳類細胞に導入し、哺乳類細胞の細胞膜表面に発現を試みた。ところが、蛍光顕微鏡による観察をおこなった結果、ほとんど全く蛍光を観察することができなかった。2生物発光共鳴エネルギー移動型ATPバイオセンサーの開発蛍光ATPバイオセンサーは励起光を必要とするため、光に弱い、あるいは光に応答する生物に応用することは困難であった。そこで供与体に発光タンパク質、受容体に蛍光タンパク質をもつ生物発光共鳴エネルギー移動型ATPバイオセンサーの開発を試みた。その結果、ATP濃度に応じて共鳴エネルギー移動効率が大きく変化するバイオセンサーを得ることに成功した。バイオセンサーの開発においては、通常、大腸菌で発現させたバイオセンサーを精製して評価をおこない、次に哺乳類細胞など目的の細胞に導入する。今回、大腸菌レベルでは大きな改善が見られたATPバイオセンサーが、哺乳類細胞でほぼ全く発現しないという予想外の問題に遭遇した。そのため、当初の予定よりも研究の進捗がやや遅れる結果となった。1単一蛍光タンパク質型ATPバイオセンサーの改良前年度までに、光安定性が高くかつ蛍光シグナルの変化量が大きい単一蛍光タンパク質型ATPバイオセンサーの開発に成功したが、このバイオセンサーを哺乳類細胞の細胞膜表面へ発現させてもほとんど蛍光が観察できないという問題が生じていた。コドン改変体を含む様々な変異体を作成してこの問題の原因を探索したところ、光安定性を付与するアミノ酸変異が入ることにより、哺乳類細胞内におけるタンパク質の安定性が著しく低下していることが強く示唆された。細胞質に発現させた場合は僅かではあるが蛍光が観察されることから、安定性の低下は特に小胞体・ゴルジ体において顕著であると考えられた。そのため、単一蛍光タンパク質型ATPバイオセンサーを用いた細胞外ATPイメージングは、いったん中断することとした。2生物発光共鳴エネルギー移動型ATPバイオセンサーの開発前年度に開発した、供与体に発光タンパク質、受容体に蛍光タンパク質を有する生物発光共鳴エネルギー移動(BRET)型ATPバイオセンサーの改良に取り組み、極めて大きなBRET効率変化を示すバイオセンサーの開発に成功した。このバイオセンサー(BTeam)を哺乳類細胞の細胞質およびミトコンドリアに発現させ、発光マイクロプレートリーダーを用いて、生細胞内ATP濃度を極めて高い定量性で検出することに成功した。また、顕微鏡を用いて個々の生細胞内のATP濃度を経時的にイメージングすることにも成功した。現在、この技術を転用し、発光を用いて細胞外ATPをイメージングする手法の開発を進めている。

しかし、これらの新規バイオセンサーを用いた細胞外ATP濃度のイメージングについては、解決すべき技術的問題が残されている。初年度は細胞外ATPを検出するためのATPバイオセンサーの構築し、動物細胞を用いて実際に機能するかを確かめるまでを予定していたが、ほぼその予定通りに進捗している。ただし、予定していたイメージング手法の検討についてはまだ着手していないため、今後進める必要がある。1単一蛍光タンパク型ATPバイオセンサーの哺乳類細胞での発現大腸菌では発現していたバイオセンサーが哺乳類細胞では発現が見られなかった理由としては、大腸菌と哺乳類間のコドン使用頻度の違い、mRNAのスプライシングといった理由が考えられた。こうした問題を避けるため、人工遺伝子合成により、コドンを哺乳類細胞に最適化するほか、スプライシングなどのmRNAの不安定化につながる要因を除去する。同時並行して、哺乳類細胞を用いたバイオセンサー評価系を立ち上げる。スクリーニング系に哺乳類細胞を用いることで、哺乳類細胞で発現しないような配列を有するバイオセンサーをスクリーニング段階で除外することができると考えている。発現に改善が見られたバイオセンサーを膵島β細胞やマスト細胞、アストロサイト等の細胞膜表面に発現させ、ATP放出を誘導する刺激を加えた際に、イメージングによって蛍光シグナルを検出できるかを検討する。蛍光シグナル変化の検出に成功したクローンを用いてさらいに詳細なイメージングをおこなう。2発光型ATPバイオセンサーを用いた細胞外ATPの検出新たに作製した発光型ATPバイオセンサーにGPIアンカーを融合せせた人工遺伝子を哺乳類細胞に導入し、哺乳類細胞の細胞膜表面に発現を試みる。その後、上と同様に発光シグナル変化を検出できるかを検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。バイオイメージング前年度に開発したバイオセンサーの更なる改良(特に蛍光変化量)をおこないつつ、膵島でのバイオセンサー発現系を構築し、膵島における細胞外ATPの動態をイメージングする。細胞外ATPシグナルは、発生や免疫などにおいても重要性が指摘されていることから、膵島以外の細胞についても当該バイオセンサーを発現させてイメージングをおこなう。この過程で、前年度着手できなかったイメージング手法の検討も合わせておこなう。培養動物細胞の系でバイオセンサーの評価を確定させた後に、バイオセンサーを発現するトランスジェニックマウスやトランスジェニックゼブラフィッシュを作製し、in vivoにいおける細胞外ATPシグナルのイメージングを進める。研究に若干の遅れが生じ、予定していた研究の一部が遂行できなかったため、次年度使用額が生じた。
ピックアップ法により生成した分子会合体のダイオードレーザー分光

いろいろな形状をしたArクラスターを用意し、その振動運動を分子動力学法でシミュレートした。その結果、球形に近い形状のクラスターでは主としてブリージング振動だけが励起されるのに対して、非球形のクラスターでは四重変形振動の励起もかなりの強度で観測された。この四重変形振動の励起は、主慣性モーメントから求めたクラスターの球形度と密接に関連があることが解った。一方、非球形のAr_<30>を励起をシミュレートしたところ、フーリエ変換で得られた振動スペクトル中に3つの強いピークが現れた。このうちのひとつはクラスター全体の折れ曲がり振動に帰属された。ピックアップ法によるアルゴンクラスターとCO_2分子の分子交換反応を質量分析法によって調べた。生成物を質量分析したところ、二成分クラスター、Ar_mCO_2、がクラスターと標的分子の衝突による分子交換反応によって生成することが見出だされた。反応断面積と反応で放出されるアルゴン原子の数を測定し、結果を分子動力学計算の結果と比較すると、ほぼ一致することが解った。ピックアップ法による(CO_2)_nクラスターとCH_3OHの分子交換反応を質量分析法で調べた。また、ダイオードレーザーを用いて二量体の振動回転スペクトルの測定装置を組立て(CO_2)_2の振動回転スペクトルを測定した。スペクトル中のピークはクラスターを含んだジェット中にCH_3OHを導入すると消失し、(CO_2)_2がピックアップ法により減少することが解った。1.測定装置の製作とスペクトルの測定ピックアップ法により生成した分子会合体の赤外分光測定を行うため、3つの真空容器からなる差動排気系によって生成したノズル分子線に標的分子を衝突させる装置を製作した。CO_2を試料ガスとして性能試験を行った。四重極質量分析計で生成物を観測したところ分子会合体の生成が観測され、振動回転スペクトルの測定に十分な量の分子会合体の生成が可能であることがわかった。一方、振動回転スペクトルの測定は多重反射の光学系の製作を終え、現在、調整を行っている段階である。平成7年度には、Ar-OCSのスペクトルの観測を行っていく予定である。2.計算機による分子動力学シミュレーションアルゴンの分子会合体の分子動力学計算を行い、その振動運動をDense Sphere Modelによって調べた。その結果、球形の分子会合体では球対称の振動(Breathing Vibration:BV)が励起されるのに対し、非球形の分子会合体ではBVに加えて、変形振動(Quadruple Spheroidal Vibration:QV)も励起されることがわかった。これらの振動励起と分子会合体の形状との関係を明らかにし報告した(Ozaki et.al.,Surf.Rev.Lett.in press.)。これにより大きな分子会合体の振動運動がBVやQVを用いて説明できることが解った。またピックアップ法による二成分分子会合体の生成をシミュレートするプログラムを作成し、現在はこのプログラムを用いてピックアップ法による分子会合体生成の機構を調べている。1.(CO_2)_nとCH_3OHの反応の質量分析法による観測と(CO_2)_2のダイオードレーザースペクトルの観測超音速分子ジェット中で(CO_2)_n分子会合体を生成した。ノズルの下流にCH_3OHを導入し,ピックアップ法により二成分分子会合体(CO_2)_mCH_3OH生成し,質量分析法により観測した。一方,超音速分子線の装置中に多重反射の光学系を設置し,CO_2のν_3バンドに漸近する(CO_2)_2のダイオードレーザースペクトルを観測した。このスペクトルは,質量分析の結果と同様に,CH_3OHの導入によって消失した。2.計算機による非球形Ar分子会合体の振動運動の分子動力学シミュレーション非球形のAr分子会合体の分子動力学計算を行い,その振動運動を調べた。その結果,この分子会合体では会合体全体の折れ曲がり振動が強く励起されることが解った。

これは,分子会合体中の分子がいくつかの分子団を形成し,これらの分子団が疑似分子としてふるまうことによると考えられる。結果はOzaki et. al., Proceedings, Yamada Conference XLIIIに報告した(印刷中)。3.Ar_n分子会合体とCO_2分子の衝突による二成分分子会合体の生成Ar_n分子会合体とCO_2のを衝突させ,ピックアップ法によって生成したAr_mCO_2を質量分析法で観測し,生成断面積およびこのときに放出されるAr原子数を求めた。同様の衝突過程を分子動力学法でシミュレートし,計算結果を実験結果と比較した。結果はOzaki et. al., Sci. Rep. RITU, Series Aに報告した(印刷中)。
首都における文化政策の国家史的研究-比較史の視実から-

都市とは単なる人口の集積地でもなければ、交易の中心でもない。それは政治権力の集中地であり、政治権力によって意図的に創り出された計画的空間である。だから都市の典型をみようとすれば、一国の首都をまずみなければならない。近代日本においてはまず東京をみなければならない。しかし大切なことは、都市を創り出す意図や計画は権力の正当性を支える文化があってはじめて生まれるということである。だが後れて資本主義世界体制に参加した日本にとって、自立的な文化を創り出し維持していくことは並大抵のことではなかった。岡倉天心のアジア主義創出の試みが挫折したことなどはその難しさを示す一例であった。明治20年代に起こったアジア主義に基づく美観都市建設の試みは、明治30年代には挫折していた。かくて日本には都市計画を支える強烈な文化的アイデンティティーがなかった。だから都市はいつでもどこでも計画なき都市として造られた。本年度はまず、都市を考える場合、なぜ首都をまず第一に問題にしなくてはならないかを考えた。都市の本質は多様性ないしは混沌にある。従ってそれは一定の秩序のもとに統合されることが極めて困難な社会集団というべきである。では、にもかかわらず大抵の都市の秩序はなぜ保たれているのか。その多様な人間を、市民という抽象的で均質的な人間に還元し統合することに一応成功しているからである。ではその成功は何によってもたらされているのか。人々を消費=生活のレベルで均質化する一定の「文化」の存在によってであり、人間を一般性においてとらえることが得手であり、特殊性においてとらえることが本来不得手な「権力」の強制によってである。したがって都市は、文化の生み出される場所であり、権力の集中する場所において、最もよく発展する。従って都市の典型を見るとすれば、それは首都に見なければならないのである。なぜならば首都は、宮廷費も含めて大量の国家予算が採算性を度外視して「浪費」される場であり、いうまでもなく一国の権力の中心だからである。本研究の目的は、第一に、都市とは何かを定義することであり、第二に、その都市の定義に基づいて日本の都市の特質を浮き彫りにすることであった。そして、第一の課題については、都市とは政治権力の所在地を中心に、意図的、計画的に創出された交易中心である(従って首都こそ都市の典型だ)という結論を得、後者の課題については、奇妙な結論だが、意図性、計画性のないところが日本の都市の特徴だという結論に到達した。そこで次に、ではなぜ日本の都市には意図性、計画性が弱いのかを、日本近代都市に即して考えた。そして都市を創出する権力の意図を支える、社会の文化的アイデンティティーの弱さに原因があるという結論に到達した。近代日本人の美意識を創り上げた岡倉天心のアジア主義や、日露戦争後広まった日本主義を素材に以上のことを考えた。
Ai CTによる肺の死後変化の診断支援システムの構築

1975年、我が国にX線CT装置が導入されて以来、CTによる「生体画像診断」は確立されつつある。しかし、「死後画像診断(オートプシー・イメージング:以下Ai)」、特に死後変化についてはまだ十分に検討されていない。肺の死後変化と、生前の疾患による肺水腫などの内因性や溺水などの外因性の死因との区別が困難なことがある。今回我々は、ラット安楽死モデルにより、生前、死亡直後から経時的にCTによるAiを行い、視覚的評価のみでは判断困難な胸部の死後変化を定量的に診断支援するシステムを構築し、死因究明の推進に寄与することを目的とする。「AiCTによる肺の死後変化の診断支援システム構築」を目的に、疾患モデル教育・研究センターに設置されている実験動物用CTで実験を行う。最初に麻酔下ラットで撮像条件を決定する。次に同一個体のラットについて、麻酔下、安楽死後の経時的な胸部のCTの撮像を行う。別個体で、各撮像時間においてCT撮像後、肺を摘出し、HE染色を行う。三次元画像処理ワークステーションで肺野の三次元画像を作成し、全体体積と、各CT値における相対体積の経時的変化を求め、間質性陰影など器質的変化出現時間との関係を検討する。経時的にHE染色標本で器質的変化出現を病理組織的に評価する。AiCTの視覚的な画像で判断困難な肺の死後変化を三次元画像処理による解析結果で定量的に診断できるかを病理組織所見を元に検討する。撮像したCT画像から各評価項目につき検討した結果、気管・気管支の体積が死後一過性に増加するという経時的変化が存在する可能性が示された。この経時的変化を用いることで、AiCTの所見から死後時間の推定を行え得る可能性があると考える。ラット安楽死モデル(n=13)、実験動物用CTを用いてAiCTにおける肺の死後変化を検討した。経時的な変化を観察するため、生前及び死後直後、死後1,2,3,6,9,12,24,48時間後に同様の条件でCTを撮像した。また死後48時間の時点で、ラットの肺を摘出し、病理標本を作成した。三次元画像処理ワークステーションで肺野の三次元画像を作成し、全体体積と、各CT値における相対体積の経時的変化を求め、間質性陰影など器質的変化出現時間との関係を検討した。また、摘出した肺の標本の所見とも比較・検討した。検討の中で、気管・気管支の体積(含気量)が一過性に増加する現象を認め、生理的な死後変化を捉えている可能性が考慮される。今後はこの現象を中心に、検体数を増やし、死後変化の特定・定量化を目的として、研究を継続する。実験の実施、検討、解析を行えている1975年、我が国にX線CT装置が導入されて以来、CTによる「生体画像診断」は確立されつつある。引き続き実験を継続し、検体数を増やした上での再検討を行います。実験施設の工事のため、施設が利用可能な期間が短くなったため。
形式的に検証可能なプログラム変換フレ.ムワ.クの構築

ポインタ操作や例外処理のような進んだ計算機構を含むプログラムに対してプログラムの段階的詳細化の手法を拡張することによって、プログラムの正しさを保証しながらプログラム変換を行う手法を与えた。論理体系としては、ポインタ操作にはseparation logic,例外処理には4値論理がそれぞれ対応することを示し、計算機上でそれぞれの論理体系に基づく形式的証明を行うことによってプログラム変換の正当性を保証することができることを示した。プログラム変換は以前から研究されてきているテーマであるが、これまで提案されてきた個々の変換手法が本当に正しいかどうかは必ずしも明らかではない。特に、プログラム変換の対象をポインタ操作・大域的制御・並行計算プリミティブなどの実際のプログラムに含まれるものにまで拡張したときについては研究が進んでいない。正しさが必ずしも保証されないということは、プログラム変換を適用することによってプログラムがうまく動かなくなってしまう可能性があるということであり、これは高度な安全性の要求される分野においては絶対許されないことである。本研究は、プログラム変換が正しいこと、すなわち意図したプログラムの動作がプログラム変換の前後で変化しないことを保証するため、プログラム変換工程の形式的検証のためのフレームワークを定理証明支援系等の上に構築することを可能とするような理論的基礎を確立することを目的とする。このような目的を達成するため、プログラム単体の意味(プログラムの動作)および変換前後のプログラムの対応関係を厳密に定義し、これらを形式的に記述できるようにする。このため、本研究では、形式的技法(formal methods)の分野で仕様からプログラムを導出するための詳細化と呼ばれる技法を基本とし、これをプログラム変換の過程において適用することによってプログラム変換の正しさを保証するフレームワークを構築する。具体的には、詳細化技法の基礎となっている述語変換子意味論を、従来の古典論理による形式化から拡張することによって、上記のような実際的なプログラミング概念に対応する。ポインタ操作やヒープ領域の確保や開放を含むプログラムに関するプログラム変換を形式的に導出可能な枠組みを、プログラムの段階的詳細化を行うための形式的な枠組であるrefinement calculusの拡張として与えた。この拡張では、従来の古典論理に代えて、ヒープメモリに関する言明を表現可能なseparation logicを用いてプログラムを述語変換子として表した。この手法により、ヒープやポインタに関する操作が、separation logicの論理演算子に対応する基本的な述語変換子の組み合わせに分解できることを明らかにした。これら基本的な述語変換子は、ヒープの確保と開放に対応するものであり、これらを用いて他のポインタ操作を表現できるだけでなく、これらがお互いに打ち消しあう性質を持つことを示した。このような基本的な述語演算子を用いて表されたプログラムに、いくつかの変換規則を繰り返し適用することにより、ヒープやポインタ操作を含むようなプログラムのプログラム変換がその正しさを保障した形で導出可能であることを示した。例外の発生と例外の補足を許すようなプログラムに関するプログラム変換を形式的に導出可能な枠組みとして、4値論理に基づくrefinement calculusを提案した。Refinementcalculusは、プログラムあるいはプログラムの仕様から最終プログラムを段階的な詳細化(プログラム変換)によって導くための洗練された枠組みであるが、古典論理をその基礎としておりプログラムが正常に終了するかどうかの区別しかできない。実際のプログラムでは、実行時エラー(例えばゼロ除算など)によって実行を異常終了させたり、異常終了を補足して正常実行に復帰する仕組みが用意されているが、これらは従来のRefinement Calculusでは扱うことができなかった。今年度の研究では、古典論理に代えてArieliとAvronによる4値論理を用いることによって正常終了と異常終了を区別して扱うことを可能とし、これによって上記のような実行時エラーやエラーからの回復機構をもつプログラムについてプログラムの段階的な詳細化を形式的に導出することが可能となった。この結果を、9月にポルトガルで開催された国際シンポジウムLogic-Based Program Synthesis and Transformation (LOPSTR 2009)と国内研究集会において発表した。国際シンポジウムで発表した内容はシンポジウムのpost-proceedingsのselected paperとして出版される。構造化文書XMLにおいて、文書中におけるデータをXMLの構造に関する相対的な位置関係で指定するための標準的な言語であるXPathに関して、その等価性を形式的に推論するためのフレームワークを与え、いくつかの自明でない等価性を導出できることを示した。(本大学院生の池田雄太氏との共同研究)XPathの相対的な位置関係による当該データの検索は、XMLが表す木構造上での計算を行うプログラムの表現であると考えられ、この等価性を論じることはプログラム変換の正しさを論じることに他ならない。本共同研究では、XPathの式をその入力と出力の間の2項関係として表現し、異なるふたつのXPath式の等価性を関係間の相互の包含関係を示すことによって示した。(ここで関係の包含関係はプログラムの詳細化と対応する。)また、XPathでよく用いられる、条件によるデータの絞り込みを、統一的な方法で2項関係によって表現することができることも示した。

これによって、XPathの等価性および詳細化を、関係に関する少数の代数規則を運用することにより、既存の手法より簡潔に証明することが可能となった。実際に証明した等価性にはすでに知られていたものだけでなく、否定命題によるデータの絞り込みを伴うものなども含まれる。また、これまで正しいと信じられていたある等価性が実は等価ではないということをこのフレームワーク上で発見し、これを修正することにも成功した。この結果を、1月にアメリカ合衆国テキサス州オースティンで開催されたプログラム変換に関する国際研究集会ACM SIGPLAN 2011Workshop on Partial Evaluation and Program Manipulation (PEPM'11)において発表した。並行計算プログラムに関する安全なプログラム変換に向けての研究を行った。並行プログラムは、近年その重要性が増しているが、並行計算に本質的に内在する複雑さのため、並行計算プログラムを正しく変換するのは容易ではない。困難の原因は並行計算プログラムの適切な形式的モデルの欠如にあると考え、プログラミング言語の意味モデルを具体的かつ正確に与えることができるとして近年研究が進んできているゲーム意味論に基づく形式化を試みた。この目的のため、プログラミング言語Algolに基づいた並行言語を設計し、そのゲーム意味論を与えた。ゲーム意味論では、プログラムの実行システムとプログラムの2者で交互に手を打つ一種のゲーム上の対局として定式化し、プログラムの実行を2者の打ち手の履歴で表現する。並行プログラムをゲーム意味論で定式化する際問題となるのは、素直に複数のプログラムの実行を混ぜ合わせる(interleave)と上述の2者が交互に手を打つという条件が崩れてしまうことにある。この問題を、プログラムが一時的に他の並行実行されているプログラムに実行権を譲り、実行権が回復され次第再開する、という動作を表す打ち手を導入することにより解決した。このような定式化が並行実行に関する完全抽象モデルを与えること、すなわち2つの並行プログラムの等価性が、それぞれのプログラムに関する可能な打ち手の履歴(戦略)の等価性に帰着できることを示した。(渡辺敬介氏との共同研究)また、ある一定の条件を満たすプログラムについては対応する戦略が正規言語で表され、これによって並行プログラムの等価性が判定できることを示した。このことは、並行プログラムの等価性の判定が原理的に自動化可能であることを示唆しており、並行プログラムの安全なプログラム変換の正当性の形式的検証に向けての重要な方向づけになると考えられる。
近世近代移行期環大西洋世界におけるユグノー・ネットワークの影響

平成30年度は、この科研のテーマである18世紀後半から19世紀にかけてのユグノー亡命者の子孫の活動について、平成29年度に引き続き、ユグノー亡命者の子孫らによって設立された救貧委員会およびユグノー・ホスピタル所蔵の史料調査(英国サリー州キューにある英国国立文書館内のユグノー文庫所蔵)および史料分析を進めるとともに、ユグノー・ホスピタル(英国ロチェスター)に隣接して建設されたユグノー博物館での会合およびフランス・ユグノー協会が運営した国際ユグノー協会の会合に参加することができた。特に、ユグノー・ホスピタル所蔵の史料を読み進めることにより、アーサー・ジロー・ブラウニングというユグノーとヴァルド派の子孫が、歴史学会としてのユグノー協会設立に貢献したことが確認できた。また、フランスのランスで行われた国際ユグノー協会の会合では、英国と同じく、19世紀に、子孫たちの間に自分たちのアイデンティティを模索する歴史意識が生まれ、ユグノー教会堂の再建等が行われたことが確認できた。しかし、一方では、フランスのユグノー教会の信者は激減し、歴史協会としての活動も滞りがでてきているように思われた。子孫たちが中心となってになってきた歴史協会の活動にも現在のヨーロッパの変化が影響している様子がうかがわれた。イギリス・ユグノー協会とオランダのユグノー関連史料(ワロン教会が所蔵)については、史料紹介をまとめたが、これは今年度の『歴史学研究』で8月頃に掲載予定である。2018年度は校務が忙しく、1週間弱の海外調査を3回行うにとどまった。それでも、それらの機会にイギリスのユグノー協会の活動に2回出席するなど行なったが、新たに史料調査を行う時間はほとんどなかった。ユグノー協会の設立にかかわった。特に、歴史協会としてのユグノー協会の設立に深くかかわったと推察されるアーサー・ジロー・ブラウニングという人物について、調査を行う機会が得られなかったのは、残念である。ユグノー協会設立にかかわったブラウニングとそのネットワークについて、調査を行いたい。2019年6月初頭にイギリスに調査に行き、その際に、現在のユグノー協会理事長バーバラ・ジュリアン氏およびユグノー研究家のロビン・グィン氏に面会し、助言を仰ぐ予定である。また、アーサー・ジロー・ブラウニングは何冊かのパンフレットを残しているらしいので、それらの調査も行いたい。平成29年度は、この科研のテーマである18世紀後半から19世紀にかけてのユグノー亡命者の子孫の活動について、3点から手がかりを得ることができた。一つはユグノー亡命者の子孫らによって設立された救貧委員会およびユグノー・ホスピタル所蔵の史料調査(英国サリー州キューにある英国国立文書館内のユグノー文庫所蔵)により、18世紀の救貧委員会の活動およびユグノー・ホスピタルの運営と並行して、これら子孫の間に、後のユグノー研究の中心的学術団体ユグノー協会の設立につながる動きの発生を確認できたことである。これについては、18世紀後半から19世紀にかけて、子孫たちの間に自分たちのアイデンティティを模索する歴史意識が生まれつつあったのではないかと仮定している。2点目は、18世紀後半のイギリス政府およびイングランド国教会によるヨーロッパ大陸のプロテスタント救済は、これら子孫に担われたことが、ユグノー文庫の資料により改めて確認できたことである。3点目は、ユグノーの子孫のネットワークが宮廷で影響をもっていたことを示唆する資料をみつけることができたことである。特に18世紀半ばのザールブリュッケンのプロテスナント教会援助については、王族の女性たちのネットワークとユグノーのネットワークが関わりあったのではないかと推測している。今後、以上の3点について資料調査を継続することにより、18/19世紀におけるユグノー・ネットワークの影響を明らかにすることが期待できる。なお、この科研テーマの前提となったプロテスタント・ネットワーク研究については、3点の英語論文の形で発表することができ、デプレツェン改革派カレッジのエイブラハム・コヴァーチ博士やダブリン・トリニティ・カレッジのグレアム・マードック博士など海外の研究者からも示唆をえることができた。平成29年度は、3回、海外での短期調査をおこなった。特に、英国サリー州の英国公立文書館内のユグノー文庫において、18世紀から19世紀の救貧委員会およびユグノー・ホスピタルの調査を行い、改めて同文庫の資料群が非常に重要であることが判明した。しかし、ユグノー文庫は8月はほとんど開室しておらず(それ以外の時期でも週2回しか開室日はない)、学期中の海外渡航を本務校が制限をしているために、あわせて5日間分ほどしか調査を行えなかった。また、ドイツのザールブリュッケン改革派教会での調査は、同教会の牧師が病気であったため、一次資料をみることができず、二次文献の収集に終わった。現在のところ、ザールブリュッケンの救援については、ユグノー・ネットワークがイギリス王族に働きかけたのではないかと推測しているが、それを裏付ける資料を調査する時間はなく、発見には至っていない。

特に、ユグノー・ホスピタル所蔵の史料を読み進めることにより、アーサー・ジロー・ブラウニングというユグノーとヴァルド派の子孫が、歴史学会としてのユグノー協会設立に貢献したことが確認できた。また、フランスのランスで行われた国際ユグノー協会の会合では、英国と同じく、19世紀に、子孫たちの間に自分たちのアイデンティティを模索する歴史意識が生まれ、ユグノー教会堂の再建等が行われたことが確認できた。しかし、一方では、フランスのユグノー教会の信者は激減し、歴史協会としての活動も滞りがでてきているように思われた。子孫たちが中心となってになってきた歴史協会の活動にも現在のヨーロッパの変化が影響している様子がうかがわれた。イギリス・ユグノー協会とオランダのユグノー関連史料(ワロン教会が所蔵)については、史料紹介をまとめたが、これは今年度の『歴史学研究』で8月頃に掲載予定である。2018年度は校務が忙しく、1週間弱の海外調査を3回行うにとどまった。それでも、それらの機会にイギリスのユグノー協会の活動に2回出席するなど行なったが、新たに史料調査を行う時間はほとんどなかった。ユグノー協会の設立にかかわった。特に、歴史協会としてのユグノー協会の設立に深くかかわったと推察されるアーサー・ジロー・ブラウニングという人物について、調査を行う機会が得られなかったのは、残念である。今年度中に、イギリスのユグノーの慈善活動について詳しいテッサ・マードック博士に情報交換の機会をもち、18世紀後半から19世紀にかけてのユグノー子孫と政治家やイギリス王族の関係について、資料調査の手がかりを得たい。そして29年度の資料調査で得た一次資料・二次文献の分析をすすめ、その上で、ドイツのザールブリュッケンやハンガリーのデプレツェンへの援助およびイングランド国教会のヨーロッパ管区設立等の背景の調査を進めていく。また、イギリスのユグノー協会の設立とともにフランスのユグノー子孫の協会についても調査を行う。ユグノー協会設立にかかわったブラウニングとそのネットワークについて、調査を行いたい。2019年6月初頭にイギリスに調査に行き、その際に、現在のユグノー協会理事長バーバラ・ジュリアン氏およびユグノー研究家のロビン・グィン氏に面会し、助言を仰ぐ予定である。また、アーサー・ジロー・ブラウニングは何冊かのパンフレットを残しているらしいので、それらの調査も行いたい。
造血幹細胞移植後のGVHDの病態に関与するmiRNAの同定とその役割の解析

臍帯血16検体と健常人末梢血11検体からヘルパーT細胞、細胞障害性T細胞、単球、NK細胞を分画し、各分画について炎症刺激前後の細胞よりmicroRNAを含むtotal RNAを抽出した。臍帯血、健常人末梢血のヘルパーT細胞、細胞障害性T細胞、単球について、免疫細胞の分化・活性化への関連が予想される69個のmicroRNAおよび11個の蛋白コード遺伝子mRNAの発現レベルをreal time PCR法で解析・検討した結果、20個のmicroRNAの発現が臍帯血由来細胞と健常人末梢血由来細胞の間で異なることが判明した。そのうち、3個のmicroRNAは、3分画共通、7個のmicroRNAはT細胞2分画共通の発現変化を示し、これらのmicroRNAは、臍帯血もしくは臍帯血T細胞を特徴づけるものと考えられた。また、8個のmicroRNAはMYCによる発現調節の影響が推測された。炎症刺激に対する反応は、臍帯血と健常人末梢血由来細胞とで大きく異なった。異なる挙動を示したmicroRNA、蛋白コード遺伝子mRNAは、臍帯血由来細胞の免疫学的な未熟性の分子的機序に関与することが推測された。本年度は、特徴的な挙動を示したmicroRNAの標的となりうる遺伝子について、バイオインフォマティクスを用いて解析・絞り込むとともに、実際に蛋白発現レベルの変化について検討した。現在、結果をまとめ、論文投稿中である。臍帯血移植後または骨髄移植後に急性GVHDを発症した症例のGVHD極期と回復期、およびGVHD未発症症例の末梢血サンプルを用いて同様の発現解析を予定していたが、十分な数のサンプルが集まらなかったため、行わなかった。統計的解析を行うのに十分な数のサンプルが集まり次第、解析を行う予定である。臍帯血16検体と健常人末梢血11検体からヘルパーT細胞、細胞障害性T細胞、単球、NK細胞を分画し、各分画について炎症刺激前後の細胞よりmiRNAを含むtotal RNAを抽出した。本年度は、臍帯血、健常人末梢血各6検体のヘルパーT細胞、細胞障害性T細胞、単球について、免疫細胞の分化・活性化への関連が予想きれる69個のmiRNAおよび11個の蛋白コード遺伝子mRNAの発現レベルをreal time PCR法で解析・検討した。その結果、20個のmiRNAの発現が臍帯血由来細胞と健常人末梢血由来細胞の間で異なることが判明した。そのうち、3個のmiRNAは、3分画共通、7個のmiRNAはT細胞2分画共通の発現変化を示し、これらのmiRNAは、臍帯血もしくは臍帯血T細胞を特徴づけるものと考えられた。また、炎症刺激に対する皮応は、臍帯血と健常人末梢血由来細胞とで大きく異なった。異なる挙動を示したmiRNA、蛋白コード遺伝子mRNAは、臍帯血由来細胞の免疫学的な未熟性の分子的機序に関与することが推測された。解析結果について、近日中に論文投稿する予定である。サンプルは現在、QIAZOLに溶解した状態で保存している。
スーパーメカノシステム:制御と機構の融合による新機能創出

本年度は本研究の最終年度であるため,これまでの研究成果を集大成してロボットの実機を開発・製作し,11月に行われたロボフェスタの会場で広く一般に公開した.この公開は単なる展示ではなく,それぞれのロボットの実演を行いながら解説をした.実演したロボットは以下の通りである.また同時に国際シンポジウムを開催し,国内外の招待講演者を交えてスーパーメカノシステムについての活発な討論を行った.発表件数は基調講演5件,口頭発表27件,ポスター発表80件であった.完全自立型索状能動体ACM-R1省自由度壁面4足歩行ロボットHyperion空圧駆動ヘビ型推進巻付ロボットPneumnake作業型2足歩行ロボット自励ヘビロボットTwin-Frame型作業移動ロボットPara Walker-II完全自立3次元型索状能動体ACM-R3全身型作業を行う4脚ロボット立体運動ヘビ型ロボットスーパーメカノアナコンダ地雷撤去用4足歩行ロボットTITAN-IX3次元ヘビ型ロボットサンプルリターンロボット連結型多車輪移動ロボット玄武2号機群型ロボット衛星連結型多車輪移動ロボット玄武3号機親子型惑星探査ロボットSMC-Rover(Uni-Rover)瓦礫内探査ヘビロボット蒼龍1号機3輪ローバーTri-Star II水中ヘビロボットHELIXスーパーメカノコロニー(SMC)実験システムイルカロボットトランポリンロボット超多関節自重補償型アームFloat Arm COEアクロバット・ロボットスーパーメカノボーイ受動2足歩行ロボット鉄棒ロボットAcrobot自励歩行ロボット二足歩行型階段昇降ロボットZero Walker多自由度跳躍ロボットワイヤー連結作業ロボットHyper-Tether恐竜型二足歩行ロボットTITRUS-III自己変形ロボットハイハイロボット全方向車両The Vutonヘビ型ロボットでは自励振動を利用して小さなエネルギーで推進力を得る制御方法を確立した.また,3次元動作を行う実験機を開発し,頭部を持ち上げる動作,鉛直面内の波を伝搬させる推進方法,捻転による転がり動作を実現した.さらに防水型の実験機により,水中で螺旋型体型をとり捻転することで推進する動作を実現した.また,イルカロボットでは宙返り方向転換を実現した.歩行ロボット関係では,自励運動を使った省エネルギー歩行制御,ホッピング,前転と起きあがり運動,恐竜型の2足高速歩行,ハイハイ型歩行などを実現した.また,自在変形を行うロボットでは,4角形や5角形の体型を作って移動する制御法を確立した.群ロボット関係では,親子型のローバーを開発し,多数の子機による親機の移動,探索動作,2台の子機による物資搬送などを実現し,スーパーメカノコロニーの基本的制御方法を確立した.ダイナミクスを応用したロボットでは,トランポリン運動,前方へのジャンプ,前転と起きあがり,鉄棒への飛び付き,大車輪,宙返り降りなどを実現した.21世紀に向けて開発すべき機械システムは,産業の発展と福祉に貢献し,さらに,環境保全も考慮した人類にとって真に有益なものでなくてはならない.本COEではこのような機械システムを「スーパーメカノシステム(Super Mechano-System,SMS)」と呼び、それを「目的に合わせて、高い機能・性能を実現するように自己組織的に形態を変えることのできるマシン」と定義した.そして、先端機械技術と先端制御技術の有機的結合により、制御系を考慮した機械システム設計学の構築,新しい要素技術の導入,新しい動的機能設計理論の構築,などの研究を推進し,SMSの設計理論の体系化と具体的開発を遂行することを目的としている。より具体的には、環境適応機能を持つ超冗長自律分散型機械システムの開発(サイバーメカニズムの開発)、新機能機械要素の創出(ネオファンクションの創出)、機械システムの動的機能設計理論の体系化の3つを研究の柱として研究を実施し、最後にそれらの成果をスーパーメカノシステム学として体系化するものである.各サブグループでの本年度の主たる研究経過は以下の通りであり,概ね予定通りに進行している.1.サイバーメカニズムの開発冗長自由度度を有する機構として、歩行型、群型、蛇型、腕型の機構をとりあげ、その機構と制御に関して研究を進めてきた。歩行型機構については環境適応機能を持ち、地雷探索・撤去,急傾斜地での建設作業などを行う4足歩行ロボットを取り上げ、その機械構成法と制御原理を開発し、第1次モデルの試作を行い、有用性を確認した。群型機構に関しては協調型自律分散作業を行なう6車輪型車両と蝶番型の二つの群ロボットの設計を行い、不整地走行、回転移動という二つの機能をもつSMSを開発した。腕型機構に関しては、超冗長機械の制御を分布定数系として扱う場合の安定化制御則を導出し、柔軟アームの実験にてその有効性を確かめるとともに、宇宙ステーション用超冗長多関節ロボットの基本設計を行った。2.ネオファンクションの開発宇宙船の姿勢制御装置、手の平操り機構をノンホロノミック拘束系制御という観点から開発し、さらに、ノンホロノミク拘束系の制御則の展開という観点から鉄棒の大車輪運動の最適軌道解析を行った。また、固有モード自励駆動による調和運動制御機能の実現という目的の下で、非対称フィードバック制御法を提案し、揺動型水上推進機構と2足ロボットの自律歩行制御に適用し、シュミュレーションによってその有効性を確かめた。歩行型ロボットに走行、ジャンプ機能を備えるため、衝突方程式を基礎にしたインパルス制御というものを提案し、ジャンプ可能な4足ロボットの1号機を試作した。さらに、受動性の立場から複数台のロボットアームシステムの協調制御システムを完成した。更に、複数台移動ロボットシステムからなるノンホロノミック系の制御方式も開発中である.

3.動的機能設計理論の体系化構造と制御系の同時設計の基礎理論として、機械システムの共振/反共振周波数、極、および零点に着目し、それらが制御性能の限界とどのような関係にあるかを調べ、反共振-共振パターンの方が共振-反共振パターンよりも性能がよいことを明らにするとともに、同時設計や別途提案している同相制御の意義について検討した。また、センサやアクチュエータが分布的に与えられるような理想的な機構を想定し、最適制御を実現していくために本質的に必要となるセンサ分布およびアクチュエータ分布を検討した。一方、新機能を創出する機械を設計するためには、実体がなく構造も決まらない段階でも機能を検討し、最適化するためのモデルがしばしば必要である。そこで、機能モデルという新しい概念を提唱し、これを使うと構造から離れた機能の表現が可能となること、機能が同一ならば異なる物理系が同じ方法で表現できることを、適用事例により示した。先端機械技術と先端制御技術の有機的結合を計った機械システムの創造を目的に掲げ,「目的と環境に合わせて,高い性能を実現するように自己組織的に機能と形態を変えることのできるマシン」を「スーパーメカノシステム(Super Mechano-System,SMS)」と呼び,その研究をサイバーメカニズムの開発(超冗長/可変拘束・適応構造/自律集散機械システムの開発),新機能機械要素の創出(ネオファンクションの創出),機械システムの動的機能設計理論の体系化,の3つを柱として実施してきた。最終目標はその具体的研究・開発を通して,スーパーメカノシステム学の体系化を行うことにある。各グループでの成果は以下の通りであり,概ね予定通りに進行している。1.サイバーメカニズムの開発超冗長多関節多機能ロボットとして,災害現場の瓦礫内を推進するヘビ型ロボットの原理確認用機械モデルの試作を行った.また,環境に合わせて拘束条件を静的に変えながら作業を行う多足ロボットシステムとして,災害現場で働くパラレル/シリアル複合型移動作業ロボットでセンサー系統を搭載しない機能確認機の試作,急斜面や凹凸環境を移動する視覚装置付き歩行ロボットの試作,地雷が埋設された凹凸面を移動し地雷撤去作業を行う歩行型ロボットの小型機械モデルの試作,地表を打撃しながらの地雷誘発動作についてのダイナミクスの検討,安定な姿勢保持と高い作業製法を発揮する多脚ロボットの機構・センサー系・制御系の検討を行った.さらに,自律集散しながら作業を行う群ロボットのための基本ユニットとなる移動機構の試作,群ロボットに搭載した複数のマイクロホンによる瓦礫内被災者の発見システムの検討,群ロボットの自律集散による運搬動作の実現,宇宙空間で浮遊する衛星の安定捕獲作業を行うロボットシステムの検討,などを行った.