hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
異形根性に注目した作物根系水吸収・輸送構造の解明

本研究では、根系を、種類と齢が異なる個根によって形成される不均一な組織体として捉えることで、水吸収輸送構造の詳細な解明を目指した。主に水耕栽培したイネ幼植物を実験に用いた。吸水機能の評価軸として、根系の吸水速度を規定する、根表面積および単位根表面積当たりの水通導性を用い、それらの形質に対する主軸根と異形側根の貢献差およびその解剖学的要因を調べた。さらに、根系の大部分を構成する異形側根の発達位置・時期と吸水速度を評価した。本研究は、イネの吸水機構の重要な知見として、主軸根と異形側根間に機能的役割分担が存在すること、水輸送に有利な側根発育様式が備わっていることを示した。1.根系を構成する異形側根間の形態学的差異の解明と観察手法の確立根組織の透明化と,導管内に強制的に発生させた気泡の移動の観察によって,切片を作製することなく導管の成熟を観察する手法を,従来,導管の成熟を調べる手法として用いられてきた樹脂切片法と比較し,より容易に導管の成熟を観察できることが明らかとなった.播種後10日目の種子根軸の基部において,L型側根のLMX,PX,木部柔組織,内皮,一部の外皮の細胞壁にリグニンが蓄積した一方,S型側根ではPX,木部柔細胞,内皮に蓄積が観察された.両側根において,スベリンは内皮および中心柱で観察されたが,肥厚したスベリンラメラは観察されなかった.また,皮層空隙は種子根軸基部に分布したL型側根でのみ観察された.そして,L型側根のPX,LMXはそれぞれ,L型側根の出現から約1,4日目においてL型側根の根長の50%以上の範囲で成熟していた一方,S型側根のPXは,S型側根の出現から1日目においてS型側根の根長の50%以上の範囲で成熟していた.2.種子根系を構成する種子根軸および異形側根の水吸収速度、量の比較アポプラスティックトレーサーとして,蛍光色素であるSulphorhodamine GとPTSを用い,種子根軸の位置別ならびに側根種類別に吸水量、また各根表面積当たりの吸水速度の推定手法の検討を行った.その結果,蛍光色素を含む水耕液に植物体を移植して90分後から,蒸散量と根系内の蛍光色素の蓄積量との間に有意な正の相関が得られた.一方,吸水量と根内部における蛍光色素の動態の観察,蛍光色素を吸収させる時間の決定,および蛍光色素の抽出方法の決定に対して,より詳細な検討が必要であることが分かった.1.根系を構成する異形側根間の形態学的差異の解明と観察手法の確立種子根軸に沿って横断切片を作成し、向基的に、外皮、内皮、カスパリー帯、皮層空隙(通気組織)、導管の成熟、導管内隔壁、そしてそこから発生する側根(LとSとを区別)の位置関係、ならびに種子根軸と側根との維管束連絡を詳細に調べる実験をさらに続けた。さらに、改善した組織透明化法を用いて、隔壁を、切片を作成することなく観察し、計測点数を格段に増やした。2.種子根系を構成する種子根軸および異形側根の水吸収速度、量の比較日本晴を供試し、水耕栽培によって、通気組織が極力形成されない、また斉一な長さの根系を供試材料とし、アポプラスティックトレーサーとしての性質を有する蛍光色素Sulphorhodamine Gを用いて測定した、種子根軸の位置別ならびに側根種類別に吸水量、また各根表面積当たりの吸水速度を、他のトレーサー(PTSなど)を用いて測定した結果と比較し、測定精度と再現性を向上させるための実験を繰り返している。3.根系の水通導性から見た水吸収能力の評価と異形側根間の役割分担日本晴/Kasalathの戻し交雑によって作製された、54系統のイネ染色体部分置換系統群を用いて、日本晴と比較して、L型またはS型側根の発生密度、あるいは伸長が顕著に異なる系統を選抜する(これまでの予備実験で系統28番が有望であることがわかっている)。プレッシャーチャンバー法によって根系の水通導性を測定する。また、ルートプレッシャープローブ法の導入を試みる。これによって、3の方法で問題になっている、組織、細胞別の通導性測定の問題の解決の糸口を見つけたい。上述のように、実験手法、とくに水通導性の測定が、当初考えていたとおりには進んでいない。分離したプロトプラスト細胞のシンプラストの水透過性に加え、根系全体の通導性測定のためのプレッシャーチャンバー法の改良ならびに、インタクトな根系および個根の測定法の確立が鍵になる。1.種子根系を構成する種子根軸および異形側根の水吸収速度、量の比較日本晴を供試し、水耕栽培によって、アポプラスティックトレーサーである蛍光色素Sulphorhodamine Gを用いて測定した、種子根軸の位置別ならびに側根種類別に吸水量、また各根表面積当たりの吸水速度を測定した。その結果、吸水に伴わない色素の表皮組織等への吸着が生じ、測定誤差となりさらに検討が必要となった。2.根系の水通導性から見た水吸収能力の評価と異形側根間の役割分担まず、蒸散速度と根表面積との間、出液速度と根表面積との間、蒸散速度とHydrostatic Lpとの間、および、出液速度とOsmotic Lpとの間に、有意な正の相関関係が認められた。

次に、根表面積とLpに対する個根の貢献度を評価した。播種後5日目から20日目の間に、S型側根は、L型側根および主軸根と比較して、根表面積をより速く増加させた。また、根系全体と主軸根系のOsmotic Lp、および根系全体のHydrostatic Lpは、各根系の総表面積に占めるS型側根の割合との間に有意な正の相関関係があった。一方、L型側根および主軸根の割合との間には有意な負の相関関係があった。以上より、生育に伴う、蒸散および浸透圧による水吸収速度の増加は、根表面積とLpの増加に起因していることが明らかとなった。また、根表面積の増加には、S型側根が最も寄与していた。さらに、根系のLpの増加が、根系の根表面積に占めるS型側根の割合の増加によって起こることが明らかとなった。本研究では、根系を、種類と齢が異なる個根によって形成される不均一な組織体として捉えることで、水吸収輸送構造の詳細な解明を目指した。主に水耕栽培したイネ幼植物を実験に用いた。吸水機能の評価軸として、根系の吸水速度を規定する、根表面積および単位根表面積当たりの水通導性を用い、それらの形質に対する主軸根と異形側根の貢献差およびその解剖学的要因を調べた。さらに、根系の大部分を構成する異形側根の発達位置・時期と吸水速度を評価した。本研究は、イネの吸水機構の重要な知見として、主軸根と異形側根間に機能的役割分担が存在すること、水輸送に有利な側根発育様式が備わっていることを示した。全体的に実験・観察手法の確立に当初予想していたより,多くの時間を要しているのが最大の原因である.具体的には、1)種子根軸と側根との維管束連絡の観察および共焦点レーザー顕微鏡による導管成熟の観察方法の確立,2)種子根軸の位置別ならびに側根種類別の吸水量,また各根表面積当たりの吸水速度の推定のための蛍光色素を用いる手法について詳細な条件設定,3)プロトプラストの膨張速度を計測することで細胞の水透過率を求める手法の確立.これらについて,現在鋭意検討中である.根の可塑性の乾物生産、成長、収量に対する役割の検証については、圃場実験に加え、ポットや根箱を使った容器実験を併用して、水吸収能や、プレッシャーチャンバー法による水通導性などの生理機能を精密に測定する。また、水通導性のメカニズム解析に関しては、hydraulic architectureをさらに精密にするために、プレッシャーチャンバー法の改良ならびにルートプレッシャープローブ法の導入を試みる。28年度が最終年度であるため、記入しない。作物学種子根軸と側根との維管束連絡の観察では,連絡部における細胞質を伴う細胞の存在部位と細胞壁へのリグニンとスベリンの蓄積を調べる.また,アポプラスト経路のみを移動できる蛍光色素の蓄積部位を凍結置換法と樹脂切片法によって明らかにする.さらに,異形側根別の伸長速度および構成細胞の老化程度を調べる.老化程度はエンバスブルー染色法によって細胞膜の色素排出能を評価する.そのために,これまでより生育期間を延長し,播種後20,30日程度の種子根系を観察する.また,根内部における蛍光色素の動態の観察,蛍光色素を吸収させる時間の決定,および蛍光色素の抽出方法の決定を行い,吸水速度をより正確に測定する.また,種子根軸の位置別ならびに側根種類別の吸水量、また各根表面積当たりの吸水速度と比例関係にある水通導性の評価をルートプレッシャープローブの利用を検討することで,蛍光色素による吸水速度の推定を補完する.
地盤及び構造物の地震時応答特性抽出のための水平アレー型微動観測システムの開発

地盤及び構造物の地震時応答特性抽出のためのアレー型微動観測システムを開発し、その有効性を確認するのが本研究の目的であるが、この目的に沿い以下の研究を実施した。1アレー型微動観測を行なう上で問題となるケーブル展開の煩雑さを解消する無線伝送装置を試作した。この無線伝送装置は微動計からのアナログデータをAD変換し、モデム、無線機を経由させた後、微弱電波を搬送する送信機とこの逆のプロセスを経てノート型パソコンをコンソールとした記録装置にデジタルデータを記録させる受信機から構成されている。2試作した無線伝送システムの信頼性を確認するため有線方式と無線方式の同時観測を実施した。この同時観測は無線装置における微弱電波の伝送性能を調査するため種々の障害物を設置して試行した。その結果、障害物のない水平距離では300メートル程度まで有効であることがわかった。また、4階建の建物内の鉛直アレーでもかなり正確にデータ伝送が行なわれることを確認した。3本無線システムによる微動アレー観測結果と地震観測を行なっている建物の地震応答特性を比較した。その結果、微動による周波数応答関数は地震動の周波数応答関数と良く一致することが知れた。ただし、地震動の周波数応答関数には固有周期の増加が認められた。4ローカルサイト効果の抽出を対象として地震動と微動における表層地盤の影響の度合いを検討した。特に、地震動では半経験的モデルに基づき強震記録の統計解析を行ない、表層地盤の最大地動に対する影響を定量的に明らかにし、それらの影響が微動の周波数特性と一定の関係を有することを確認した。
高性能、低騒音の低圧遠心ファンの羽根車の開発研究

空調用などとして利用される低圧の遠心送風機について、空力性能の向上と低騒音化を目指して新たな羽根車の開発およびその主構成要素である翼の流動と音響特性の関連性について研究を行った。その結果、以下の結果を得た。1.空力性能で重要な点は、高圧の送風機のように効率の向上を計るよりむしろ流動状態の良否である。設計どおりの流れ分布を得ることで、羽根車から流れが付属機器を適切に作動させる。2.翼の前縁をシュラウドから出張らせること、また三次元形状にすることによって流力性能の向上は若干得られる。騒音特性の面ではあまり効果は見られない。3.口金部分の騒音の特性に影響を及ぼす。静粛な環境を必要とする場合(病院など)では、すきまを小さく、また極端に変形させない出口形状にすることによって騒音を押さえることができる。4.入口出口面積比が一般に小さいが、それを可能なかぎり1に近づけるように大きくした羽根車を開発した。それによって、流力性能と騒音性能を大幅に向上することができた。5.翼から発生する空力騒音について、基礎実験と数値実験によってその周波数、レベルの予測法を提案した。それによって、良好な騒音予測が可能となり羽根車の設計において騒音を考慮する有効な手段を提供できた。通常遠心ファンは、スクロール内に羽根車を設置して使用される。この場合、スクロールは羽根車を出た流れの圧力の回復を図る。また、舌部が羽根車との干渉による騒音発生や流力性能の問題を生じる。一方、空調などの低圧ファンでは羽根車から出た流れが熱交換器に直接流入する。このため圧力回復の部分が無く、有効に利用されるのは静圧のみである。また、流速や圧力の分布の羽根高さ方向および周方向の均一性が重要である。これらの点に注目して、低圧ファンの適正条件を調べた。その結果、羽根車の入口出口面積比がおよそ0.81.0においては、翼間流れが羽根高さ方向に均一で良好な条件が得られる。これは乱流騒音を多少増加させるが、流体力学的性能を向上させ総合的には性能が向上する。羽根を高さ方向へ傾けた3次元羽根は、スクロールがある場合は舌部との干渉を押さえる効果があるものの、スクロールがない場合は羽根車と熱交換器との干渉が小さいために意義が少ない。さらに、羽根高さ方向に偏り流れが生じやすいために流動条件としてはあまり好ましくない。口金すき間が大きいと漏れ流れが増加し、流体力学的には性能の低下をもたらす。一方、すき間が小さいと製作誤差による周方向不均一さの影響が大きく現れ、もれ流れが周方向に偏流を生じ羽根車との干渉騒音を発生させる。また、羽根車前縁の口金部からの出っ張り長さは、流体力学的には無い方が良いが騒音特性としては口金すき間からの周期的な吹き出し流れを乱して周期性を弱めるために、干渉騒音を多少減少される効果が得られる。このことから、口金すき間が小さく羽根前縁を若干出すことで比較的良好な性能が期待できる。以上のことから、空調等に用いられるファンに必要な諸条件が実験的に得られた。これらをもとに次年度は流体力学的特性及び騒音特性の両面を考慮した適切な設計法を開発する。昨年度の実験結果から、空調などに用いられる従来の低圧遠心ファンの流動特性とその問題点を明確にした。本年度はその結果をもとに、流体力学的特性と騒音の特性の向上を計る目的で、ファンの構成要素の相互の関係を調べてマッチングを試みた。昨年度の結果から、羽根車の入口出口面積比がおよそ1.0近くで低圧ファンの流体力学的特性が良好となることより、このような条件のもとで羽根の形状・材質を変化させて、羽根車流出後に置かれる装置とのマッチングの特性を調べた。その結果、羽根の弦長を長くすると羽根の負荷分布が緩やかになるために羽根の性能は多少良くなる。弦長の20%程度の変化に対して10%程度の圧力の上昇を期待できる一方、効率はほとんど変わらない。また、羽根車での速度分布はあまり変わらず騒音の特性にはほとんど相違は現れなかった。

ただ、低圧の遠心ファンでは羽根車入り口から出口までがどうしても短くなるために前面シュラウド側の流れに比較的大きなひずみが生じそれが大きな影響を及ぼしている。騒音面の特性の向上を図る目的で羽根の材質を吸音性のあるものにしたが、その効果は得られなかった。逆に羽根表面での摩擦の増加によって損失が若干増加する傾向にある。羽根車とその出口に置かれる装置(熱交換器や静翼、駆動用支持装置など)とのマッチングの関係では、羽根車にそってまわりを円周状に囲む場合には流れの特性、騒音の特性ともに良好であるが周方向に不均一、非対称な配置のものがあると流れの偏流が大きく、流体力学、騒音両特性ともに大幅な悪化をもたらす。しかもその影響は離れた場合にも大きい。以上のことから、空調等に用いられる低圧遠心ファンの羽根車の総合的な特性が評価できた。現在それをもとに設計段階で以上の評価ができうるような推定法を検討中である。昨年までの結果から、空調等に用いられる低圧の遠心ファン羽根車の特性の総合的な評価を行うことができた。今年度はそれをもとにした良好な性能の羽根車を製作し、その性能の吟味を行った。また、その結果をふまえ、騒音性能の予測理論を数値流体力学と結び付けて理論化した。さらに、比較的簡単な数値シミュレーションによって羽根車の非定常特性の予測法を提案し、羽根車の騒音と振動へ応用を示した。以上のことについて、具体的な項目を以下に、まとめる。回転数が数百rpmの比較的低速の場合には、騒音特性の面では乱流騒音が支配的となる。この場合は、羽根車内部での相対速度と羽根車からのはく離流れを代表する後流幅が騒音の重要なパラメータとなる。この時の発生騒音のレベルの評価を、これら乱流騒音の特性をもとに、次元解析の理論をもとに羽根車の諸元から評価する方法を提案し、騒音設計の良好な指針となることを示した。一方、回転数が千rpmを超える比較的高速の場合には、わずかな入口流れの偏りが、羽根車に大きな非定常的な負荷をもたらす。このために、騒音面では離散周波数騒音が増大し、騒音の支配因子となる。これは実際上は避けることができず、存在する上で影響を極力押さえるように考慮することが必要である。その点で、動翼の後流の拡散を促す構造、また流入偏流を押さえ、拡散を計るためのベルマウスの設定、など総合的に行うことを提案した。流体力学的特性としては、入口出口面積比の影響を考慮して設計した羽根車によって、良好な性能を得ることができた。この場合に、低回数数の場合は、その比か0.8から1.1程度とかなり制限がある。高回転数では0.6程度から大きい範囲では良好な性能が得られることを示した。
培養細胞試験系を用いた抗腫瘍性海洋天然物の探索

海洋生物抽出物のLCMS分析およびその分画物の細胞毒性試験を行ったところ、大島新曽根産カイメンStelletta sp.の抽出物に、分子量が1133の新規細胞毒性成分が含まれることが判明した。そこで、より大量のカイメンを抽出して活性成分を単離した。昨年度までに、そのおよその性状を調べることができた。本年度は、構造決定の完成を目指して研究を進めた。NMRデータから長鎖アルキル基中に隣接したジオールがあり、その位置は2次元NMRデータの解析からは決定できなかった。そこで、その位置を決定するために、FAB-MS/MSデータの解析を行った。一般的に受け入れられている開裂パターンの予想からは、開裂位置を決定できなかったため、モデル化合物の合成を行い、そのFAB-MS/MSデータの解析結果に基づき、天然物中のジオールの位置を決定した。ジオールの片方に3つのアラビノースからなるトリサッカライドが結合しており、その結合様式およびアセトキシル基の位置はNMRデータの解析により明らかにした。また、アラビノースの絶対配置はキラル試薬による誘導体化の後にLCMS分析に付して明らかにした。鎖中のジオールの相対配置は、イソプロピリデン誘導体に導きエリスロ型と決定した。それらの絶対配置を決定するために誘導体のCDスペクトルを測定したが、決定的な情報を得ることはできなかった。前述の化合物に加えて炭素がひとつ少ない誘導体も得られた。これらの化合物はHeLa細胞に対するIC50値は10 mcg/mLであった。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、探索源としてカイメンを選定した。当研究室で過去20年にわたりわが国沿岸各地でスクーバダイビングにより、または、わが国周辺の海丘の頂上などでドレッジにより採取したカイメンを中心とする無脊椎動物を探索源とした。探索の指標とする生物試験として、本年度はHeLa細胞に対する細胞毒性を選定した。はじめに、上記試料の粗抽出物を液体クロマトグラフ-質量分析(LC-MS)分析に付して、未知化合物と思われる分子量およびクロマトグラフィーにおける挙動を示す化合物が含まれるカイメン試料(試料番号S08-353)を選定した。まず、少量のカイメンを抽出し、溶媒分画および各種クロマトグラフィーによって分画物を取得した。これらについて細胞毒性試験を行ったところ分子量が1000を越えるピークを含む2つの画分に活性が認められた。そこで、構造決定に必要な量の化合物を取得するために、大量のカイメンを抽出して、同様に分画を実施した。抽出、溶媒分画、およびオープンカラムを用いたクロマトグラフィーまでは、少量の試料を用いた実験とほぼ同様の結果が得られ、目的とする画分の増量に成功した。しかし、精製の最終段階の液体クロマトグラフィーで得られた画分の純度が期待したほど上がらなかったこと、および、目的画分がどのような溶媒を用いても可溶化しなかったことなどのため、まだ、純粋な化合物を得るに至っていない。液体クロマトグラフィーの固定相を検討してさらに精製を進める予定である。スクリーニング用試料の粗抽出物を液体クロマトグラフ-質量分析(LC-MS)分析に付して、未知化合物と思われる分子量およびクロマトグラフィーにおける挙動を示す化合物が含まれ、かつHeLa細胞に対する細胞毒性を示すカイメン試料(試料番号S08-353)を選定した。カイメンの抽出物を溶媒分画およびオープンカラムを用いたクロマトグラフィーにより、活性フラクションを得た。ついで、逆相のODSカラムクロマトグラフィーをアセトニトリルを用いて行い、各画分をLCMS分析に供した結果、分子量1134を示す分子を含み、かつ細胞毒性を示す画分を得ることができた。これをさらに、分取用逆相HPLC(コスモシル5C18-AR2)で精製し、210nmで検出したが、目覚ましいピークは得られなかった。そこで、HPLCからの溶出物を時間で分取し、各フラクションを質量分析に供することにより、目的の分子量を示す物質を含む画分を得ることができた。得られた画分の純度を上げるため、分取液クロを同カラムを用いて、0.1%酢酸の存在下で行い、およそ1mgの活性成分の単離に成功した。同様に、分子量1120の類縁化合物も得た。まず、分子量1134の化合物の構造解析をNMRを中心とする機器分析により実施した。CD3OD中で活性成分はよく分離された1H NMRシグナルを与えたため、2次元NMRを測定し、その解析を行った。長鎖脂肪鎖、ポリアミン、および、糖から構成されているため、それぞれの詳細な構造研究を行っている。

一般的に受け入れられている開裂パターンの予想からは、開裂位置を決定できなかったため、モデル化合物の合成を行い、そのFAB-MS/MSデータの解析結果に基づき、天然物中のジオールの位置を決定した。ジオールの片方に3つのアラビノースからなるトリサッカライドが結合しており、その結合様式およびアセトキシル基の位置はNMRデータの解析により明らかにした。また、アラビノースの絶対配置はキラル試薬による誘導体化の後にLCMS分析に付して明らかにした。鎖中のジオールの相対配置は、イソプロピリデン誘導体に導きエリスロ型と決定した。それらの絶対配置を決定するために誘導体のCDスペクトルを測定したが、決定的な情報を得ることはできなかった。前述の化合物に加えて炭素がひとつ少ない誘導体も得られた。これらの化合物はHeLa細胞に対するIC50値は10 mcg/mLであった。26年度が最終年度であるため、記入しない。試料の量が少ないため慎重に実験を進めたことが、研究がやや遅れた理由である。試料の量が少ないため、化合物を失わないよう注意深く実験を行った結果、進展は遅れている。今回のカイメンから活性物質が得られるなら、その構造研究を進める。構造研究に必要な試料量を確保できない場合は、別のカイメンからの活性物質の探索を行う。現在、全体の平面構造は決定されたが、長鎖脂肪鎖中の水酸基の絶対配置の決定を行っている。本研究が終わったら、別のカイメンを材料として、さらに有用物質の発見を続ける。
窒素アニオンおよび硫黄アニオンを含む半導体光触媒を用いた可視光水分解系の開発

窒素アニオンまたは硫黄アニオンを含む半導体材料を用いた高効率水分解系の開発を行った。ニオブ系酸窒化物半導体の5価のニオブサイトに、チタンなどの4価のカチオンをドーピングすることでキャリア密度を下げ、光電極性能が向上することを見出した。また適切な助触媒を表面に担持することによって安定に水を酸化できることを見出した。ZnIn2S4硫化物光触媒に亜鉛またインジウムを含むシアノフェレート種を修飾することで、シアノフェレート種が正孔伝達体として機能し、水素生成活性が向上することを見出した。本研究では、太陽光と水を用いたクリーンな水素製造技術として期待される半導体光触媒を用いた水分解の飛躍的な高効率化を目的とし、窒素アニオンまたは硫黄アニオンを含む可視光応答型光触媒を用いた水分解系の構築を行った。硫黄アニオンを含む光触媒材料として金属硫化物(硫化カドミウム:CdS)に着目した。金属硫化物は可視光吸収が可能であり、水分解に適してバンド構造を有しているものが多い。しかし、生成した正孔により自身が容易に分解してしまうため、水を酸化することは不可能であった。本研究では、金属硫化物光触媒を2段階水分解システムの水素生成系に適応することで、可視光水分解を試みた。様々な可逆な電子供与体からの水素生成反応を行った結果、フェロシアン化物イオン([Fe(CN)6]4-)を用いた際にほぼ量論量の水素生成が確認された。また、緩衝溶液としてホウ酸緩衝溶液を用いることでpHの上昇に起因するプロトン還元活性の低下を抑制し、水素生成活性が顕著に向上することを見出した。同条件において、他の金属硫化物(ZnIn2S4、CdIn2S4)による水素生成活性はCdSと比較して明らかに低かった。詳細なキャラクタリゼーションを行ったところ、高い活性を示したCdS表面には、複合シアノ錯体(Mx[CdFe(CN)6])が他の硫化物より多く形成されており、これが水素生成反応に対して重要な役割を果たしていることが示唆された。適切な酸素生成系(CoOx/TaON光アノード)と組み合わせることで、可視光二段階水分解を実証した。この結果は、水の全分解に対して金属硫化物が利用可能であることを示し、金属酸化物や窒化物に限定されてきた可視光水分解用光触媒材料の選択肢を大きく広げるものと言える。これまで水の完全分解に利用できなかった硫化カドミウム光触媒を、フェロシアン化物イオン/フェリシアン化物イオンを電子伝達体とする2段階水分解システムに適応することで、水分解を実証することができた。また、複合シアノ錯体の形成が水素生成系として機能するためには、必須であることが示唆された。今後、この知見を基に、他の金属硫化物光触媒への応用展開が期待される。これまでに、複合金属シアノ錯体K2[CdFe(CN)6)]を硫化物光触媒に担持すると、フェロシアン化物イオン存在下で、安定に水素を生成できることを見出してきた。これは、硫化物光触媒中に生成した正孔を、このシアノ錯体が効率良く捕捉し、フェロシアン化物イオンの酸化を促進することで、硫化物光触媒の自己酸化失活が抑制されたためである。このように金属シアノ錯体修飾は硫化物光触媒を水分解系へ適用する方法として有用である。今年度は、有毒なCdを含まない系の構築および高効率化を目的とし、様々な複合金属シアノ錯体の物性と光触媒活性との相関について検討した。様々な複合金属シアノ錯体(M-Feシアノ錯体)の電気化学測定を行い、酸化還元特性を検討したところ、金属種Mの種類によって、可逆性や酸化還元電位が異なることが明らかとなった。次に、様々なM-Feシアノ錯体を修飾し、光電極および光触媒粉末を用いた性能の検討を行った。その結果、従来報告してきたCd-Feシアノ錯体に加えてIn-Feシアノ錯体の修飾も水素生成速度の向上に寄与することを見出した。Ag-Fe, Cu-Feシアノ錯体の修飾では水素生成速度が大幅に低下し、これは、Ag-Feシアノ錯体の不可逆な酸化還元挙動やCu-Feシアノ錯体のCu(II)の還元に励起電子が消費されたことが主な要因であると考えられる。この際、M-Feシアノ錯体の酸化還元電位と活性に相関はなく、酸化還元の可逆性が光触媒活性に影響を与えることが示された。窒素アニオンを含む系では、ANbO2N (A = Sr, Ba)にカチオンドーピングを行うことでキャリア密度を制御し高効率化を試みた。Nb5+サイトに低価数カチオンをドープすると、還元種の生成が抑制されて(キャリア密度が減少)、光電流特性が向上することを見出した。Cdを含む複合金属シアノ錯体以外に、インジウム(In)を含む錯体も有用であり、担持したときの水素生成活性はIn体の方が高いことが明らかになった。また硫化物光触媒自体の開発も行っており、組成比を変えることで長波長の光が利用可能な固溶体硫化物光触媒(AgIn)xZn2(1-x)S2も新たにフェロシアン化物イオンから水素を生成できることを見出しており、順調に進展している。また、窒素アニオンを含む系では、Nb系酸窒化物に異種カチオンドーピングを行うことにより、キャリア密度を制御することで光電極性能の高効率化が可能となり、今度の進展が期待できる。

半導体光触媒粉末を用いた水分解」は、太陽光を駆動力として水から直接水素を製造できることから広く注目され、活発に研究開発が進められている。金属硫化物半導体の多くは、可視光吸収能と水分解に適したバンドレベルを有しているが、光生成した正孔による光溶解が容易に進行するため、一般的に不安定である。最近、Cdを含むメタルシアノフェレート種(K2Cd[Fe(CN)6])を各種金属硫化物(例:ZnIn2S4)表面に修飾すると、光溶解が抑制され、フェロシアン化物イオンを電子供与体とする可視光水素生成の速度が向上することを報告している。さらなる水素生成活性向上のためには、修飾される種々のメタルシアノフェレート(MHCF, M:金属種)の特性と水素生成活性との相関を明らかにする必要がある。そこで本研究では、各種MHCFの物性評価を行うとともに、これらをZnIn2S4光触媒に修飾することで可視光水素生成活性への影響を検討した。各種MHCF(M = Zn, Cd, In, Ag, Cu)を修飾したPt/ZnIn2S4粒子を用いた可視光水素生成反応を検討したところ、従来のCdHCFに加え、ZnHCF、InHCFの修飾によっても未修飾体より水素生成速度が向上することを見出した。各MHCFの電気化学測定から、AgHCF、CuHCFよりもZnHCF、CdHCF、InHCFの酸化還元挙動が比較的安定であったことから、Pt/ZnIn2S4に光生成した正孔によってMHCF(M = Zn, Cd, In)が酸化され、これらがフェロシアン化物イオンを酸化して再び還元状態に戻るサイクルを通じ、正孔が効率的に消費され、結果として励起電子による水素生成が促進されたと考えられる。窒素アニオンまたは硫黄アニオンを含む半導体材料を用いた高効率水分解系の開発を行った。ニオブ系酸窒化物半導体の5価のニオブサイトに、チタンなどの4価のカチオンをドーピングすることでキャリア密度を下げ、光電極性能が向上することを見出した。また適切な助触媒を表面に担持することによって安定に水を酸化できることを見出した。ZnIn2S4硫化物光触媒に亜鉛またインジウムを含むシアノフェレート種を修飾することで、シアノフェレート種が正孔伝達体として機能し、水素生成活性が向上することを見出した。本年度は、硫化カドミウム光触媒がフェロシアン化物イオン/フェリシアン化物イオンを電子伝達体とする2段階水分解システムの水素生成系として機能することを実証し、硫化カドミウム光触媒表面への複合シアノ錯体の形成が、この反応を進行させるために必要であることが示唆された。しかし、硫化カドミウムの吸収端は550nm程度であり、可視光を有効に利用できているとは言いがたく、また、複合シアノ錯体が有効であることはわかったが、その詳細はまだ明らかになっていない。H28年度では、固溶体型の金属硫化物をベースに用い、長波長化を目指す。また、固溶体の利点を利用し、価電子帯の位置を系統的に変化させ、複合シアノ錯体を修飾させた際のフェロシアン化物イオンの酸化反応の評価を光電気化学測定により行い、複合シアノ錯体と硫化物光触媒の価電子帯位置との相関について検討する。窒素アニオンを含んだ光触媒材料として金属酸窒化物を用い、高性能な光アノードを調製する。これまで複合酸窒化物バリウムタンタル酸窒化物(BaTaO2N)に、異種金属イオンドーピングを行うことでキャリア密度を制御し、適切なキャリア密度に調整することで、光電極性能が向上することを見出している。
ブナ科植物と共生する菌根性担子菌類の分散と定着に関する研究

京都市東山区東山に位置するブナ科常緑樹ツブラジイが優先する林分、千葉市中央区平山町に位置するブナ科落葉広葉樹のコナラが優先する林分、千葉市若葉区大宮町に位置するブナ科常緑樹スダジイ・シラカシが優先する林分の合計3ヶ所において研究をおこなった。まず、非平衡系の菌根菌を人工的に発生させるために、3ヶ所に調査地に、それぞれ6、4、4ヶ所の方形区を設け、尿素肥料による化学処理をおこなった。また、昨年度から観察中のものは、継続して調査をおこなった。一方、平衡系の菌類の調査として、継続して調査してきた、京都市、及び千葉市における一般菌類の調査地において、本年度の継続して調査及び解析作業をおこなった。千葉市平山町の処理区では、ワカフサタケ属菌1種(既知種)、千葉市大宮町の処理区で発生した菌根菌はワカフサタケ属2種(既知種)が発生し、子実体が発生した7月と10月に調査と採集をおこない、各区ごとに、マッピング法により、発生した子実体の調査をおこない、あわせて、それぞれの区毎に約10-20の子実体から菌株の分離をおこなった。また継続して調査してきた京都市と千葉市における一般菌類の調査区に発生した菌類については、それぞれの採集品にもとづいて、標本の作成とデータの整理・入力をおこなった。処理区に発生した菌類については、各子実体から分離・培養した菌株について、それぞれの種ごとに対峙培養、クローンの解析等をおこなうため現在培養・解析中である。また、一般菌類のデータにつていは、現在標本の整理とデータの整理・解析を継続中である。
パラレル機構を用いた高速・高精度三次元測定機の研究

本年度は、実験装置の改良、ジョイント部の再設計、運動学パラメータの同定を行った。1.測定の高速化を目的とした制御系の改良昨年度試作した実験装置はモータの出力不足のため、高速な運動が困難であった。そこで、今年度は以下のような改良を行った。・モータ制御回路を新たに製作し出力の強化を図った。・モータ制御および測定のソフトウェアのアルゴリズムを再検討した。その結果、従来の三次元測定機と同等またはそれ以上の速度でプロープを動かすことができるようになった。また、指令値に対してもよく追従するようになった。2.ジョイント部の再設計以前試作した球面磁気軸受けは剛性の面で問題があったため、昨年度試作した実験装置には搭載せず、ベアリングを用いたジョイントを採用していた。しかし、昨年度の実験でジョイント部のがたが測定精度に与える影響が無視できないことがわかったため、球面磁気軸受けの改良を行った。その結果、特異点付近では不安定になるが、実用範囲内では問題なく動作するジョイントを製作することができた。また、ベアリングを用いたジョイントに比べて、非常にがたの少ないものとなった。3.運動学パラメータを求めるための同定法の確立機構を組みあげた状態で他の測定機で運動学パラメータを測定するためには、パラレル機構よりも大きな可動範囲を持ち目的とする精度と同等かそれ以上の測定制度を持つ測定機が必要となる。そこで、試作した測定機で値が既知のアーティファクトを実際に測定することで、設計値と実際の値との差を求める方法について検討した。その結果、統計学の誤差行列を導入することで、パラメータを効率よく求めることができることが分かった。また、上記の改良された球面磁気軸受けを用いた場合には、他の測定機で球間距離が容易に実測できるためより高精度なパラメータ同定が可能となる。本年度は、実験装置の設計、製作、測定実験を行った。1.実験装置の設計以前の試作機は直動型のアクチュエータを駆動することで,可動部の位置と姿勢を変化させることができた。しかし、測定機として用いるには、可動範囲、工作精度等が不十分であるため、実際に測定実験を行うことができるような機構の設計を行った。その際、主に以下のことを考慮して設計を行った。-測定機として十分な測定範囲をとり得るようにリンク長などの機構パラメータの最適値を計算によって求めた。-以前の試作機で採用していた大球と3つの小球から成るジョイントは、ガタがなく測定機に向いているが、剛性が十分ではない。そこで、測定機として十分な剛性を有するようにベアリングを用いてジョイント部の設計を行った。2.実験装置の製作-機構の製作、モータの制御回路、接触式プローブを用いた測定回路の製作を行った。-装置の駆動、測定値の取得に必要なソフトウェアを作成した。3.測定実験以上のように設計、製作したパラレル機構を用いた三次元測定機の基本的な機構の特性を調べた。-本来ベースと平行に働くべきである出力リンクは、現有の他の測定機の分解能では測定不能なくらい高精度に動くことが分かった。-パラレル機構としての基本的な運動性能をハードウェアの面とソフトウェアの面から評価したが、高速に運動させるためには、ソフトウェアの改良が必要であることが分かった。-測定用のプローブを用いてブロックゲージ等の寸法が既知の物体を実際に測定したが、ジョイント部のがたによる測定精度の低下が観測された。次年度はジョイント部の検討を行う予定である。
中高生が先端科学技術のオーセンティシティを深化するネット援用科学館学習プログラム

(A)科学館学習プログラムの事例調査ロンドン科学博物館ダナ・センターの市民参加型の討論会ほか、諸外国の科学館における生徒・大人向け教育諸活動ならびにアウトリーチ活動の実情を取材した。(B)ネット上の「協調学習環境」の改良と学習プログラムの運営方法についての検討これまで(平成1516年度)の学習活動向けWebサイトhttp://musedu.jp/の運用評価を通じて得た経験的知見を踏まえ、学習者にとって参画するコミュニティや活動の相手方の様子を捉えやすいと考えられ、また、他の既存のWebサイトからインタフェースのデザインが想起しやすい、「ソーシャル・ネットワーキンク・サイト(SNS)」型の情報提示のスタイルに変更した。さらに、参加可能なレベルのディスカッション課題のあり方を見極めるため、運営方法上の差異を設けた上で、Webサイト上の参加者の発話からキーワードを採り時系列的な変化があるかなど、活動の質的な比較を行なった。検討の中で、科学・技術に関する情報提供が、科学・技術の「現在の動向・現状」と「未解決の点」とに分かれて整理されていることが、学習者の仮説形成(abduction)の活動により結びつく可能性があるのではないかとして、特に着目した。運営方法上の工夫として、「現在の動向・現状」と「未解決の点」の両者をあらかじめ整理しておいた上で、参画するボランティアらに、その分かっていない分野に関わっている研究者、あるいは研究動向に詳しい者がいることが、より円滑な学習活動の展開につながることを見出すことができた。(C)成果発表ここまでの実践から得た経験的知見について、Web援用協働学習に関する国際会議において報告を行った。◎研究進捗状況本課題では、先端科学技術の研究活動やその成果を、創造性・独創性を育むための格好の教材として活用することを目的とした、科学館学習プログラムの教育内容や指導方法の「学習環境のデザイン」研究を行う。(A)科学館学習プログラムの事例調査諸外国の科学館における生徒・大人向け教育諸活動ならびにアウトリーチ活動の実情を取材した。ロンドン(Science Museum, Dana Centre)では来館する子どもたちに対する教育活動・来館者支援の実情、子ども向けのアウトリーチ活動の現状、夜間に開催される主として大人向けのアウトリーチ活動拠点を取材した。パリ(Cite des Sciences et de l'Industrie)では同館の教育支援活動のあり方、ならびに館内での来館者対応・接遇業務の実施方法についてインタビューを行った。(B)ネット上の「協調学習環境」の改良これまでの学習活動向けWebサイトhttp://musedu.jp/の運用評価を通じて得た経験的知見を踏まえ、学習者にとって参画するコミュニティや活動の相手方の様子を捉えやすいと考えられて、他の既存のWebサイトからインタフェースの特質が想起しやすい「ソーシャル・ネットワーク・サイト」型の情報提示のスタイルに変更した。こんご科学館ボランティア・高校生による交流活動を取り入れた実践研究を展開する。(C)成果発表科学館を利用する学習者との交流活動のあり方について、インド全国科学館協議会が主催する国際ワークショップに招聘者として参加し、実践の報告を行った。
ポジティブ心理学的介入が大学生のメンタルヘルスと自律神経機能に及ぼす影響

本研究の目的は、大学生のメンタルヘルスケアとしてのポジティブ心理学の応用可能性を検討するために、ポジティブ心理学の代表的な介入手法である“3つの良いこと(Three Good Things)エクササイズ"によって生じる心理生理学的な変化を、心理学的指標である種々の質問紙、生理学的指標である自律神経機能検査によってとらえ、ポジティブ心理学的介入の効果を多角的に検証することである。研究2年目にあたる2018年度においては、前年度に引き続きデータの収集をおこなった。研究への参加を希望する18歳30歳までの大学生を介入群とWaiting list control群に割り付け、介入群には、“3つの良いことエクササイズ"(毎晩寝る前に今日起きた良いことを3つ挙げるとともに、それがなぜ起きたかを記入する)を一週間継続して行ってもらった。介入の効果を検討するため、介入開始前と介入終了時点、介入終了後1か月の合計3回、質問紙調査と自律神経機能検査をおこなった。自律神経機能は、静かな環境が保てる個室で座位にて、左手人差し指にPPG(Photoplethysmography)モニターを装着し、心拍変動を測定した。なお、Waiting list control群は3回目の測定が終了した時点で介入をおこなった。昨年度の分も合わせ、累計53名のデータが取得できており、次年度はデータ解析を行い、研究成果をまとめる予定である。当初の計画どおり進んでおり、必要なデータをほぼ取り終えた。これらのことからおおむね順調に進展していると考えられる。平成31年度はデータを解析し、関連学会にて随時研究成果を発表する。本研究の目的は、大学生のメンタルヘルスケアとしてのポジティブ心理学の応用可能性を検討するために、ポジティブ心理学の代表的な介入手法である“3つの良いこと(TGT:Three Good Things)"エクササイズによって生じる心理生理学的な変化を、心理学的指標である種々の質問紙、生理学的指標である自律神経機能検査によってとらえ、ポジティブ心理学的介入の効果を多角的に検証することであった。TGTは、毎晩寝る前に今日起きた良いことを3つ挙げるとともに、それがなぜ起きたかを記入するというものである。研究初年度にあたる2017年度においては、まず「金沢大学医学倫理審査委員会」による承認を得た後、研究を開始した。予備調査では、“3つの良いこと"エクササイズを1週間行い、その前後で心理学的評価、生理学的評価を行った。心理学的評価は、ポジティブ・ネガティブ感情尺度(日本語版PANAS)、楽観性尺度(LOT-R)、うつ病(抑うつ状態)自己評価尺度(CES-D)、気分プロフィール検査(POMS)により測定した。生理学的評価は、自律神経機能検査を実施した。修了後には、介入内容に負担がなかったかどうかなど、参加者にフィードバックを求めた。予備調査で特に問題がなかったため、予定を早めて本調査を開始した。本調査では、研究への参加を希望する大学生を介入群とWaiting list control群に割り付け介入を行っており、各指標の評価は、介入開始前(T1)と介入終了時点(T2)と介入終了後1ヶ月(T3)の合計3回実施した。現在までに26名のデータを取得した。引き続き、データを集める予定である。当初の計画どおり、予備調査を終えることができた。現在は、本調査の段階に入っている。これらの進捗状況に鑑みて「当初の計画以上に進展している」と判断した。平成30年度は引き続きデータを取得する。当初の実施計画に従い、大学生を対象にポジティブ心理学的介入を行い、種々の質問紙と自律神経機能を指標とした効果測定を実施する。当初購入を予定していた、自律神経機能測定器の購入費が少なく済んだため。また、学会参加費や旅費についても当初の予定より少なく、次年度使用額が生じた。次年度は、引き続きデータの取得をおこない、さらに学会参加も複数予定していることから、差額はその費用として使用する。参加を予定していた学会・研究集会などの開催地が比較的近く、旅費の支出が少なかったため次年度使用額が生じた。
魚類における天然倍数体の出現機構とその育種素材としての利用に関する研究

本研究はドジョウ類を材料に天然倍数体の出現機構ならびにこれら変異体の遺伝の様式と特性の解明から、魚類における倍数体育種の基礎的知見を得ることを目的として行ない、以下の成果を得た。1.ドジョウ天然四倍体(4n)は集荷業者由来の標本に多くみられ、各地水系より採集した標本には見られなかった。一方、三倍体(3n)は各地の標本に低い頻度で出現した。2.ドジョウ2nおよび4nの卵を紫外線照射により遺伝的に不活性化した精子で受精し、雌性発生を誘起すると、前者からは致死性の、後者からは生存性の稚魚が得られた。同様の結果は、シマドジョウ小型(2n)、大型種族(4n)の卵を、雌性発生させた場合も得られた。以上の事実はドジョウ天然4nとシマドジョウ大型種族は、4セットの染色体セットを有し、遺伝様式の上からも四倍体であることを示す。3.ドジョウ4nと2nの間の交配より生じた3nおよび交配後、第2極体放出を阻止して作出した五倍体(5n)はいずれも生存性であり、雌は成熟卵を産した。3n、5n由来の卵を正常2nの精子で受精した場合、生存性の稚魚が得られた。紫外線照射を媒精し、雌性発生を誘起、また、第2極体放出阻止を行なった場合も生存性の稚魚が得られた。以上の事実は、3n、5nの妊性ならびにその子孫の生存性を示す。4.3n雌は、大型、小型の卵を産む場合があり、大型卵の出現率は、雌の家系により異なった。大型卵からは、正常稚魚の生じる率が小型卵に比べて高かった。5.3n、5nは奇数の倍数体にかかわらず妊性をもち、正常な子孫を残すことから、異数性をじない特殊な配偶子形成機構の存在が示唆された。本研究は天然倍数体の出現機構とその産地の解明から、遺伝資源保全をはかるとともに、これらの変異体を素材とした倍数体育種技術の開発をすることを目的として行ない、以下の成果を得た。1.ドジョウの天然四倍体(4n)は集荷業者由来の標本に多くみられ、岩手、茨城、広島等の各地水系より採集した標本中には見られなかった。一方、天然三倍体(3n)は上記集団中ならびに養殖業者由来の標本のすべてで低い頻度で出現した。しかし、これらが交雑により生じたのか、受精後の過程で自然に生じたのかを特定することはできなかった。2.ドジョウの天然4nと通常の二倍体(2n)において、紫外線照射により、遺伝的に不活性化した異種(コイ等)由来精子を用いた雌性発生の誘導を行うと、前者からは生存性の、一方、後者からは致死性の仔魚が得られた。このことから天然4nドジョウは4セットの染色体を有し、その配偶子は2nのゲノムをもつことが強く示唆された。3.染色体観察の結果より、2nと4nの交配に由来する子孫は三倍体(3n)であることが判明した。そして、これらの交配の後、受精卵に温度処理を加えることにより染色体数倍化をはかると、四倍体、五倍体等の高次倍数体が比較的容易に生産可能であることが判明した。4.ドジョウと同じ科に属するシマドジョウには、大型、小型の二種族があり、これらの核型は近似的に倍数関係を示すことが既報にあるが、その遺伝様式は不明であった。

そこで、ドジョウと同様に紫外線照射精子による雌制発生を試みたところ、小型種族からは致死性の般数体が生じたのに対し、大型種族からは正常仔魚が出現した。この結果から、シマドジョウ大型種族も染色体4セットを有する真の四倍体であり、四倍性変異体としての利用が可能なことが判明した。天然四倍体(4n)ドジョウと通常二倍体(2n)の正逆交雑から作出した三倍体(3n)と、交雑後の高温処理より作出した五倍体(5n)の妊性とこれら子孫の発生能力につき検討したところ以下の成果を得た。1.3n雄は1対の精巣を有したが、接水により活性を示す精子は認められなかった。なお、飼育5n(8尾)中には雄は見られなかった。2.2n♀×4n♂由来3nは最大4279個の卵を産んだが、4n♀×2n♂由来3nの最大卵数は137個であった。5nの最大産卵数は224であった。3.3n、5n雌より得た卵子に2nの精子と人工受精(3n×2n、5n×2n)し、その一部は加圧処理による第2極体放出阻止を行なった(3n×2n・PS)。また、紫外線照射精子による雌性発生誘導(3n×UV、5n×UV)および第2極体放出性阻止(3n×UV・PS、5n×UV・PS)を行なったところ、3n×2nにおける正常稚魚出現率は雌により異なり0-75%であった。3n×2n・PSの正常率は1-29%で、3n×UVでは雌により正常雌魚が出現しない場合と21%近く生じる場合があった。3n×UV・PSの正常率は3n×UVと変わらなかった。5n×2nの正常率は35-39%、5n×UVはすべて奇形であった。4.3n雌は大型卵(平均卵径1.44mm)と小型卵(1.04mm)を産む場合があり、大型卵の出現率は家系により異なった。小型卵は、通常二倍体の卵(1.09mm)とほぼ同じ大きさであった。5nの卵(1.17mm)は3nの大型卵と小型卵の中間であった。5.3n×2nでは、大型卵を用いた場合の正常率が高く、3n×UVでは、小型卵からは正常な稚魚はほとんど得られなかった。以上の結果より、天然4nより由来する3n、5nは雌で妊性を有し、その子孫は生存能力をもとことがわかった。
パネルフラッタによる超音速境界層の乱流遷移メカニズム解明に基づく新境界層制御法

本研究の最終的な目的は,航空機の表面に形成される境界層の乱流遷移を抑制するための新しい制御方法を提案することである.具体的には,壁面に設置するパネルの振動によっての壁面境界条件を制御し,これが境界層内部の圧力変動と境界層遷移に与える影響を調べる.本年度は,昨年度に設計した平板模型に,薄い金属製のパネルを設置し,風洞実験を実施した.金属パネルの下流の壁面に設置した圧力センサにより,壁面における圧力変動の周波数をパワースペクトル密度として評価した.その結果,パネルの振動周波数(kHzオーダー)は,パネルの固有振動数にもよるが試験気流における圧力変動の周波数とおおむね一致することが分かった.したがって,流体(気流)から構造(パネル)に誘起される振動は,気流中の振動と直接の相関がある可能性が高いといえる.一方で,振動するパネルから境界層へ伝達される壁面圧力変動は,周波数ピークの観点からは直接の相関がみられなかった.ただし,パネル近傍の下流で見られる高周波(数10kHzオーダー)ピークが低周波側にシフトする効果が見られた.この結果から,パネル振動が高周波の圧力変動を変調する効果がある可能性を示すことができた.ただし,この現象がどのように生じるか突き止めるには至らなかった.本研究の主目的である乱流遷移に対してパネル振動が与える影響を実験するには至らなかった.これは,初年度の気流発生装置の整備によって研究計画が遅延したためである.乱流遷移の検出及び制御については,研究実施期間終了後も継続して実施し,パネル振動による効果の解明を行い,研究実施期間中に達成できなかった対外発表を積極的に行っていく.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は,航空機の表面に形成される境界層の乱流遷移を抑制するための新しい制御方法を提案することである.これを達成するため,壁面に設置されたパネルの振動(フラッタ)現象を利用する.簡単化された平板モデルについて風洞実験を行い,パネルフラッタによる境界層遷移の抑制効果を実験的に確かめる.当初の計画では,初年度は以下の項目を行う予定であった.即ち,1実験模型の作製,2試験気流条件の選定,3パネル境界条件による境界層遷移抑制効果の調査,の3項目である.本年度に達成された項目は1と2である.3のパネル境界条件に関する調査は,現在実施中であり,遷移抑制効果を確認するには至っていない.1では,当初計画以上の性能を有する実験模型を作製することが出来た.パネルには振動を検知する歪ゲージに加えて内部圧力を調整する機構を取り付けたことで,パネル外部の試験気流による圧力変化に対してパネル内外の差圧を除去することが出来るようにした.また,当初計画よりも広帯域の周波数の圧力変動をとらえるため2種類の圧力センサを採用し,境界層内の圧力変動の計測性能を向上させた.2の試験気流条件選定は,当初使用を予定していた超音速風洞の不調により使用する設備を変更したため,試験気流総圧によるレイノルズ数の制御が困難となった.超音速気流を生成するため代替設備として破膜式のLudwieg tubeを採用したため,試験気流レイノルズ数の制御は隔膜の変更により行うこととした.現段階でいくつかの有用な気流条件を選定し,今後実施する『3パネル境界条件の調査』において必要があれば,気流条件の選定も継続して行う予定である.当初の計画で使用を予定していた超音速風洞の不調により,超音速気流生成のための代替装置(Ludwieg tube)を整備する必要が生じた.そのため,現段階での進捗は当初計画よりもやや遅れている.初年度の研究期間が半年間であったこともあり,Ludwieg tubeの整備(超音速ノズル作製,センサ系統配線,模型支持部作製など)に費やした期間が初年度の研究遂行のうち大きな割合を占めた.結果として,初年度に行う予定だった風洞試験におけるパラメトリックスタディを完了するに至らなかった.ただし,超音速気流発生装置の変更は本研究の遂行に対して重大な困難を生じるものではなく,想定外の時間を費やす必要が生じたのみである.したがって,これは研究遂行自体を不可能にするものではない.研究の進捗状況として,気流発生装置の整備に予期せぬ時間を要したが,その他の事項については当初計画に沿って直実に実施することが出来た.初年度に達成できなかった事項については,次年度に繰り越して実施することで達成できる見込みである.以上から,現在の進捗状況はやや遅れていると評価した.本研究の最終的な目的は,航空機の表面に形成される境界層の乱流遷移を抑制するための新しい制御方法を提案することである.具体的には,壁面に設置するパネルの振動によっての壁面境界条件を制御し,これが境界層内部の圧力変動と境界層遷移に与える影響を調べる.本年度は,昨年度に設計した平板模型に,薄い金属製のパネルを設置し,風洞実験を実施した.金属パネルの下流の壁面に設置した圧力センサにより,壁面における圧力変動の周波数をパワースペクトル密度として評価した.その結果,パネルの振動周波数(kHzオーダー)は,パネルの固有振動数にもよるが試験気流における圧力変動の周波数とおおむね一致することが分かった.したがって,流体(気流)から構造(パネル)に誘起される振動は,気流中の振動と直接の相関がある可能性が高いといえる.一方で,振動するパネルから境界層へ伝達される壁面圧力変動は,周波数ピークの観点からは直接の相関がみられなかった.ただし,パネル近傍の下流で見られる高周波(数10kHzオーダー)ピークが低周波側にシフトする効果が見られた.

この結果から,パネル振動が高周波の圧力変動を変調する効果がある可能性を示すことができた.ただし,この現象がどのように生じるか突き止めるには至らなかった.本研究の主目的である乱流遷移に対してパネル振動が与える影響を実験するには至らなかった.これは,初年度の気流発生装置の整備によって研究計画が遅延したためである.乱流遷移の検出及び制御については,研究実施期間終了後も継続して実施し,パネル振動による効果の解明を行い,研究実施期間中に達成できなかった対外発表を積極的に行っていく.初年度の後半に実施予定であった,パネル境界条件についての実験を引き続き次年度に繰り越して実施する.パネル境界条件に関するデータは,次年度に予定している境界層遷移制御実験に必要な大元のデータベースとなるため,本研究の最も重要な段階の一つである.データベースを取得した後は,次年度の当初計画に従い,境界層遷移の制御方法及びその制御パラメータの探究を行う.制御方法は,能動的制御と受動的制御の二つの方式を軸に,最適な手法を提案する.また,本研究の最終的な目標である境界層制御のロバスト性に関して調査を行い,パネルフラッタによる境界層制御の特性を理解する.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。