hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
チャープマイクロ波変調近赤外レーザを用いた合成開口イメージングの研究

本研究では、空間分解向上を目的としたチャープマイクロ波変調レーザレーダの開発、及びイメージング実験を進めた。レーダの空間分解を決める周波数及び変調幅は総務省による割当て制限があるが、波長1550nmの近赤外線では該当しないことを利用し、18GHzの超広帯域変調を用いた。本方式は、SN比低下の原因となるスペックル雑音はレーザを搬送波に使用するため、コヒーレンス長の低下は信号処理をマイクロ波領域で行、問題とならない等の利点がある。送信ビームを二次元掃引し、反射波の位相解析により、距離10mにわたり5-10 mmの分解で、物体の三次元イメージングの形成に成功した。平成26年度の課題は、「チャープマイクロ波変調レーザレーダの開発」および「スポットライト方式合成開口レーダシステムの構築」に分類される。下記1、2が前者、35が後者に対応する。1.広帯域マイクロ波変調近赤外レーザレーダの確立を進めた。送受信光学系として大口径(20mm)のファイバーコリメータを使用し、サーキュレータにより送受信を1体化したモノスタティック方式、両者を分離したバイスタティック方式に対して、周波数掃引形レーダとして空間分解1cmとなることを検証した。2.遠距離の測定対象に対しては反射波が微弱となるため、受信側初段に低雑音ファイバーアンプを用い、第二アンプとの間に狭帯域フィルタ(バンド幅1nm)を挿入することにより、信号対雑音(SN)比の改善を図った。3.入射光を二次元掃引して得られる反射波信号を合成開口処理とイメージング解析の実現。掃引の手法として、ガルバノスキャニング型回転ミラー(応答速度200 ms、±20度の二次元掃引)、GPS-慣性センサ付ジンバル制御装置(-25度+20度、40度/秒)の二通りについて設計・製作を進めた。4.合成開口イメージングのため、レーザの振幅変調を0.05-18 GHzチャープ信号で行い、反射波信号を同周波数帯域で処理、その振幅・位相情報を二次元フーリエ変換解析し画像化する。変調用高精度チャープ信号として、ベクトルネットワークアナライザのポート1出力を使用、広帯域光ディテクタで復調されたマイクロ波成分をポート2に入力してS21(透過波)データを取得するシステムを構築した。5.実験室内に設置した種々の物体(距離5-10m)に対して合成開口イメージングの検証実験を進めた。位相変化の測定よりレンジ方向の空間分解1 mm以下を検証した。アジマス方向では、被測定物体を二次元掃引することにより振幅・位相信号の同時測定を実現した。平成27年度の課題は、「マイクロ波変調レーザレーダシステムの構築」、「レーザイメージングおよび合成開口イメージングの実証」に分類される。下記研究実績で1が前者、2および3が後者に対応する。1.レーザレーダ送受信光学系の最適化:送受信光学系にファイバコリメータを使用することがビームの大口径化および安定性向上に適していることが示された。また、反射波信号のSN比向上のためには、送受信分離バイスタティック方式の採用が不可欠である。本システムの光路には直径9ミクロンのシングルモードファイバを使用しており、送信・受信光軸が独立な場合、反射光の受信に厳密な光軸調整が要求される。測定対象の位置が固定の場合は調整が可能であるが、任意のレンジ方向に対する測定では調整困難となるため、安定かつ光軸調整の緩和された送受信光学系の確立が不可欠であった。解決策として、「ファイバコリメータにマルチモードファイバ(直径100300ミクロン)を用いた後シングルモードファイバに変換する」および「ビームスプリッタにより、送受信光学系を分離するとともに、光軸もほぼ同軸になる設定を適用する」二方式を試みたところ、後者の方式で優れた結果が得られ、レンジ方向の位置にかかわらず光軸調整が不要となることを実証した。2.反射波信号の解析と画像再構成:レーザの変調および反射波の評価にベクトルネットワークアナライザを使用し、透過(S21)測定からその振幅・位相信号を得ている。レーダ測定では、レンジ方向の空間分解<1 cmであった。また、光学系の二次元掃引を行い、反射波の強度分布および位相分布から、被測定物体の三次元イメージング(空間分解1-10mm)を実現した。3.送受信光学系を駆動する慣性センサ付ジンバル制御マウントの設計製作を行った。本機器はレーザレーダをスポットライト方式合成開口レーダとして動作させるために使用する。1.システムハードウェアの整備については、実機応用を目標にしているため、周辺の機械的振動に対し安定度が高く、レンジ方向のダイナミックレンジが大きい送受信光学系の確立が最重要課題の一つであった。ビームスプリッタを使用したバイスタティック方式の有用性検証は大きな成果の一つである。2.マイクロ波変調近赤外レーザレーダ、および反射マイクロ波の位相信号解析を利用した画像処理ソフトウェアを組み合わせ、実験室内(距離5-15 m)において物体の三次元イメージングの実現に成功した。3.スポットライト方式合成開口イメージングに使用する慣性センサ付ジンバル制御システムの製作およびテストを実施した。平成28年度は、「マイクロ波変調近赤外レーザイメージングシステムの確立」および「三次元イメージングの実験的検証」の課題を中心に研究を進めた。下記項目の1が前者、2および3が後者に対応する成果をまとめたものである。1.近赤外レーザの振幅変調のための広帯域チャープマイクロ波信号、および被測定対象からの反射波信号の取得には、ベクトルネットワーク

アナライザ(周波数10 MHz30 GHz)のS21パラメータ(振幅および位相成分含む)を使用した。送受信光学系の決定のため、モノスタティック、バイススタティック両方式に対して、レーダ装置としての実験的検証を行った。その結果、無偏光キューブ形ビームスプリッタを使用した同軸仕様バイスタティック方式を用いることにより、被測定対象のレンジ方向位置にかかわらず反射波の光軸のずれを抑制することができ、ファイバコリメータに設置されたシングルモードファイバ(直径9μm)に安定して反射波を導入することが可能となった。2.送受信光学系をステップモータ駆動回転ステージに設置することにより、入射光をX軸、Y軸の二方向で精度よく(角度分解0.02度)掃引することが可能になった。反射波信号の周波数-位相解析により、レンジ方向(Z軸)の位置情報が得られるため、これらを組み合わせることにより、実験室内に配置した任意の被測定物体(距離5-10 m)の三次元イメージングを再構成することが可能となった。3.位相信号の処理は、i)位相変化が1フリンジ(360度)以下の場合は、掃引周波数に対する位相変化の傾きを評価し、レファレンス(参照)位置からのZ軸の変化を求める(レンジ方向空間分解2mm)、ii)多フリンジの場合は、ゼロクロス法、フーリエ解析法を利用し、レンジ方向のダイナミックレンジを上げることに成功した(空間分解8mm)。1.レーザイメージング装置のハードウェアについては、周辺の環境変化や機械的振動にかかわらず安定度が高く、ダイナミックレンジの大きい、すなわちレンジ方向の反射点の変化に対して光軸のずれが小さい送受信光学系の確立が最重要課題の一つであった。ビームスプリッタを使用したバイスタティック方式の有効性検証は大きな成果の一つである。2.回転ステージを利用した送受信光学系によるアジマス方向二次元掃引、反射光変調マイクロ波成分の位相信号を処理することによるレンジ方向の導出を組合わせ、被測定対象の三次元イメージングの導出に成功した。レンジ方向の等高線から空間分解2 mmを得たことによりマイクロ波変調レーザイメージングの原理的検証が実現したと考えている。1.近赤外レーザ(1550 nm)とベクトルネットワークアナライザを用いたマイクロ波変調および復調方式を確立し、変調周波数領域を0.1-18 GHzに拡張することによりレンジ方向の空間分解向上を図った。また、送受信光学系としてビームコリメータとビームスプリッタを使用したバイスタティック方式を採用し、レンジ方向測定点の移動による光軸のずれを抑制することに成功した。本方式は、再現性も良く、振動にも強いことから、システムを設置したプラットホームの移動にも対応可能であることを示した。反射波信号を、二段光増幅器、狭帯域フィルターに通すことによりSN比の向上を図った。2.実験室でのイメージング検証実験を進めた。測定距離5-10 mの範囲で、二方向回転ステージによるクロスレンジ方向移動と反射波の位相変化を用いたレンジ方向解析を組合わせ、物体の三次元イメージングを空間分解2 mmで導出することに成功した。
重症筋無力症胸腺およびリンパ節の分子生物学的及び臨床病理学的研究

自己免疫疾患である重症筋無力症(MG)の胸腺濾胞及び胸腺腫について、免疫組織学的及び遺伝しレベルで検討した。MGの胸腺濾胞はtenascin染色では、リンパ節リンパ濾胞と異なり、この間質線維により囲まれ、他の組織より明瞭に区画され、その区画内において、胚中心部B cellsはapoptosis促進FAS抗原発現の減弱を認めた。更にapoptosis抑制蛋白bc1-2発現陽性細胞の散在を示したが、リンパ節連破濾胞にはこれら陽性細胞は殆ど認められなかった。このことは抽出mRNAよりRT-PCR法でも確認した。この結果より、MG胸腺濾胞Bcellsの内、当然消滅すべき抗体産生Bcellsが選択死を免れ延命し、自己抗体産生を続け得ると推定された。このことは、MG胸腺胚中心形成濾胞発達と血清抗ヒトAcn-R抗体価が相関することに反映する。MGと胸腺腫との関連では、胸腺髄質細胞を特異的に染色する抗CK-17抗体を用いて免疫組織染色を行い、陽性細胞に含むMG胸腺腫が46%例に認められた。胸腺腫上皮細胞型との関係では、多角型上皮細胞のみの胸腺腫の内、髄質化(medullary differetiation)を示す腫瘍にのみ、その部に陽性細胞を認め、他は紡錘型細胞混合腫瘍に散在性に陽性細胞が認められ、上皮細胞優位型胸腺腫では、多角型細胞であれ、紡錘型であれ、陽性細胞を認めず、かつ浸潤型胸腺腫にも陰性であったが、胸腺扁平上皮癌では陽性反応を認め胸腺腫の皮質及び髄質発生由来は、細胞形態及び免疫染色においても判定困難であった。CK-17陽性胸腺腫例では胸腺の胚中心形成濾胞発達例が多く、かつ血清抗ヒトAch-R抗体価の高値を示した。これら陽性細胞は抽出mRNAでのRT-PCR法を用いて確認した。胸腺濾胞内B cellsの接着分子との関連はリンパ節リンパ濾胞と免疫組織染色で相違を認めなかった。重症筋無力症(MG)胸腺の胚中心形成濾胞はTenascin陽性の細線維に囲まれる区画性を示し、胸腺髄質の他組織と区画されている。この区画的特異性はリンパ節リンパ濾胞には認められなかった。区画されたMG胸腺濾胞にはapotosis関連抗原であるFAS抗原発現が、MG胸腺髄質、新生児胸腺に比し、限局的に低下を示した。さらにRT-PCR法により、mRNAでのFAS抗原遺伝子発現の低下も伴っていた。次に、apoptosis抑制抗原であるbc1-2抗原発現細胞が、MG胸腺濾胞中心部に散在したが、リンパ節リンパ濾胞中心部には全く認められなかった。これらの結果よりMG胸腺濾胞はリンパ節リンパ濾胞と異なり、限局区画性を有し、上皮細胞増殖に関連する間質線維に囲まれ、その中において、apoptosisの減弱を示し、異常Bリンパ球生存延長を許容し、異常抗体産生の基を成していることを示唆している。MG胸腺濾胞中に存在する上皮様細胞と抗体産生の関連について、接着因子免疫組織染色を行った。LFA-1α、ICAM-1染色においてMG胸腺濾胞とリンパ節リンパ濾胞の染色差を認めなかった。

MG胸腺に胸腺腫が合併することが多く、胸腺腫合併MG症例では血清抗Ach-R抗体価陰性例はなく、この点より、胸腺腫上皮細胞の発生学的関連を追求するため、サイトケラチン17(CK17)免疫組織染色および、CK4、CK19mRNA発現をRT-PCR法により検討した。CK17は胸腺髄質上皮細胞のみに発現が認められ、リンパ球に発現を認めなかった。胸腺腫では約半数例に発現を認め他は陰性であった。CK19mRNA発現は胸腺腫、胸腺組織に強く認めたが、CK4mRNA発現は正常胸腺、MG胸腺にのみ弱く認めた。このことから、胸腺腫上皮細胞は多様性の発生起源を示し、MG抗体産生との明瞭な関連は得られなかった。重症筋無力症(MG)胸腺濾胞とリンパ節リンパ濾胞内B cellsの内、memory Bcells分布においても、CD38、CD20抗体を用いた免疫組織染色で、明らかな差異を認めなかった。胸腺腫非合併MG症例に於ける胸腺胚中心形成の程度と胸腺切除効果の関連について検討した結果、胚中心形成発達の強い例に切除効果が良く、又胚中心形成の発達に従い血清抗ヒトAch-R抗体価の上昇を見ることより、MG症例の胸腺切除効果は胸腺胚中心形成に関連すると推定される。胚中心形成の無い症例では切除効果は劣るが、術後ステロイド療法が極めて有効であった。胸腺腫上皮細胞の胸腺皮質及び髄質発生由来とMGとの関連を検討するため、胸腺髄質細胞に特異的に強く反応染色する抗CK-17抗体を用い免疫組織染色を行った。MG胸腺腫では、髄質化(medullary differentiation)部に集合的に染色する例と腫瘍中に散在性に染色する例(MG胸腺腫の46%)があり、前者はほぼ多角型細胞より構成され、後者は多角型細胞と紡錘型細胞の混合型腫瘍に留まる。また、リンパ球混合程度との関連では上皮細胞優位型では多角型細胞であれ、紡錘型細胞構成であれ、CK-17の発現は認められず、更に浸潤型では陽性細胞を認めなかったが、胸腺扁平上皮癌では発現を認めた。CK-17発現はmRNAレベルでRT-PCR法を用い確認した。これらの結果より、胸腺腫上皮細胞の胸腺皮質あるいは髄質発生由来判定は細胞形態と免疫組織染色何れにおいても困難であった。MGとの関連では、CK-17陽性細胞を含む胸腺腫例において、残遺胸腺胚中心形成の著しい例が多く、また血清抗ヒトAch-R抗体価の高値を示した。胸腺腫のCK-17陽性細胞はAch-R抗体産生に関与し、更に腫瘍進展にも複雑に関与するようである。
行動選択の総合的規範理論の構築をめざして

与えられた状況において人々に選択すべき行動を指示する規範の性質を、情報的基礎と受容可能性の観点から考察した。採るべき行動の指示には、状況に含まれるさまざまな情報の中でどれに注目し、どのように判断を下すかをあらかじめ指定しておく必要がある。同様の状況で異なる判断を下してはならないという意味で合理性と整合性を持つことが当然要請されるし、規範に従うことが当人に多大な犠牲を要求するものであっても正当性を持たない。そこで本研究課題では、さまざまな状況において有効性を発揮する諸規範原理を総合的に考察し、今日頻繁に利用されている規範原理を含んだ諸原理を体系的に取り扱うことができる規範理論の構築を試みた。第1に、様々な状況に応じて、我々のとるべき行動は異なる。政治的自由や経済的自由が最大限に許容されている理想的な市場社会では、行動選択基準は明確であり、結果も効率性と公平性を満たすことが示される。しかしながら、いったん理想から離れてしまうと、社会保障を前提として行動選択を考えなければならず、その情報的基礎も権利や所得、資産にまで拡大しなければならない。巨大災害の場合、起こる確率は極めて小さい一方で、その被害が甚大で社会全体を危機的状況に陥れるので、単純な期待値計算では適切な行動選択行われえない。マキシミン原理や予防原則のような基準を適用する必要について論じた。第2に、時間軸を明示的に導入すると、同一の行動選択基準に服することが意思決定の順番に依存して異なる利益をもたらすため、容易に正当化できなくなる。具体的に世代間衡平性の問題を扱った。将来世代に強い影響を与える現在世代の決定はクジ引きに似ているので、ある世代には損失を与えるが、残りの世代には利益を与えるようなクジに参加すべきかを考察した。種としての世代間クジの期待値を計算し、クジを引く順番が決定的に重要であること、現在世代は常に最初にクジを引くという有利な地位にあることを示した。第3に、パターナリズムの問題を行動経済学の立場に立って議論することで、行動選択基準の実証分析の足がかりを得た。アメリカ社会に蔓延する肥満問題に対する処方箋の一つとして、行動経済学の知見を利用したパターナリズムが注目されているが、実はパターリズムがあまり有効な処方箋ではないことを示した。また、サンスティーンとセイラーによるリバタリアン・パターナリズムを取り上げ、行動選択基準の実証理論として行動経済学がどれほどの有効性を持っているかを実験経済学の手法を用いて検討した。彼らの理論は、実際にはそれほど妥当する範囲が広いわけではないことを示した。初年度であるので、基礎的な研究に集中し、メンバー間でテーマの統一的な理解を得ることに努めた。[個別テーマ]行動選択基準の公理化社会的選択理論の公理化の方法を行動選択基準の公理化に適用して、様々な基準の特徴づけを行うことを目標として掲げた。この目標自体が本研究課題の全体関わりを持つので、センの潜在能力アプローチを具体例として取り上げ、公理化に際して克服すべき課題を洗い出した。様々な機能が行動選択に影響を及ぼす場合、ある機能の観点からは許容される行動が別の機能の観点からは拒否されるならば、最終的にどの行動を選択するかという道徳的対立が発生する。このように、非厚生主義の立場に立つ行動選択基準の公理化を、行動選択の理論に適用するためには、帰結の評価を超えて非帰結を情報的基礎とした場合の理論展開が要請されるため、メタレベルでの公理の哲学的基礎を吟味するという作業が必要となった。ヘアによる功利主義の正当化理論は、有益な示唆を与える点を確認した。[理論的体系化のテーマ]行動選択基準の情報的基礎の再検討基礎的な研究として避けて通れないのが、行動選択基準の情報的基礎に関わる哲学的問題である。この年度の[個別テーマ]と重なるテーマであったので、区別を設けず議論を進めた。特に重視したのが、センの潜在能力アプローチにおいて、自由と責任、権利と義務、帰結とプロセスなどの情報的基礎を、行動選択基準との関連でどのように扱うことができるか、またそれらの情報的基礎の持つ社会的意味と価値について十分な検討が行えるだけの土俵が提供されているかであった。現段階では、我々とは異なる目標の下で構築された理論であるので、コンパクトに再構成する必要があることを確認し、その作業を継続している。以上のように、いずれのテーマについても大体において当初の予定通りに、本研究は順調に進んでいると考えている。第1に、我々のとるべき行動は、他者への影響や社会からの反応をどう捉えるかによって異なる。個人的自由が最大限に許容されている場合、合理性の仮定の下ではナッシュ的行動が生じる。しかしながら、いったん他者への様々な影響やその反作用、それに基づく環境の影響を帰結以外も含めて考慮しなければならなくなると、あらゆる相互作用を含むほどに定義域を拡張して行動選択を考えなければならない。仮に帰結の次元ですべての影響や相互作用を捉える場合でも、帰結に至る経路によって評価は異なりうるので、正しい行動を一意に決定するためには、経路からの独立性のような条件が必要となった。第2に、経路からの独立性のような条件をさらに厳格化していくと、無条件的に正しい行動といった概念に辿り着く。これはカントの定言命法のような行動理論が示している義務論的行動原理であり、行動の帰結に全く言及せずに行動選択ができるため簡便であるが、他者への影響を全く考慮しないという意味で限定的である。

一般的な社会状況の下では、具体的に個人間の公平性を扱う中で正しい行動とは何かを考える必要がある。そこで、カントの定言命法を若干緩めた条件の下で再定式化し、それによって正しいとされる行動を特徴づけるという作業を行った。すなわち、様々な情報的基礎の下で、他者の状況が同じ時に同じ行動を採るのが正しいといった定式化を行った。第3に、合理性に関する、行動経済学に基づくリバタリアン・パターナリズムの主張と、通常の経済学による自由放任主義の立場とを比較検討することで、両者が前提とする行動基準としての合理性が持つ問題点を明らかにした。両者ともにあまりに極端な議論に陥っているので、どこに脱出口を見つけ出すかを検討した。1つはサイモンの限定合理性であり、もう1つは生態学的合理性である。両者とも『足るを知る』という中庸の思想につながる意味を持っている。28年度も具体的テーマと理論的テーマに分け、適切な役割分担の下に資料収集し議論を深めた。センの潜在能力アプローチに基づく行動選択基準については28年度も継続して行ったが、個別テーマとして、功利主義の対極にある義務論とその代表であるカント的行動原理についても検討を行った。行動選択の基準として現実の世界で決定的な重要性を持っているのが、義務の概念である。各人の社会的な地位に対応して様々な義務があり、それに従う行動選択は社会構成員としての不可欠な資質とさえみなされる。義務論に与する極端な立場は、カントの定言命法によって表現される行動原理である。この行動原理は行動の帰結に全く言及せずに行動選択ができるため簡便であるが、他者への影響を全く考慮しないという意味で限定的である。すなわち、他者の状況が同じ時に同じ行動を採るのが正しいといった定式となるが、センの潜在能力アプローチなどに対応して、様々な情報的基礎の下で定式化を行うことで、状況に応じた正しい行動を特徴づけることができる。前年度に続いて、行動選択基準の情報的基礎に関わる哲学的問題を扱った。効用と権利、自由と責任、権利と義務、帰結とプロセスなどの情報的基礎を、行動選択基準との関連でどのように扱うことができるか、またそれらの情報的基礎の持つ社会的意味と価値について十分な検討を行った。昨年度の研究を通じて、行動選択基準を包括的に比較検討するためには、情報的基礎のメタレベルでの吟味が必要であることが判明したので、メタレベルと日常レベルを分ける際に情報的基礎が果たす役割について検討を続けている。以上のように、いずれのテーマについても大体において当初の予定通りに、本研究は順調に進んでいると考えている。第1に、行動選択基準の情報的基礎に関わる哲学的問題は、厚生情報と非厚生情報を行動選択基準との関連でどのように扱うことができるか、またそれらの社会的意味と価値についての検討である。厚生情報を超えた情報的基礎の下で行動選択基準を包括的に比較検討するために、情報的基礎のメタレベルでの吟味が必要であることが判明した。もちろん、メタレベルで情報的基礎を考えるだけでは、高次の比較可能性を導入することが要請されるに過ぎず、問題解決にはならない。
乳化脂質を用いたウシ体外受精胚の発生促進

家畜が摂取する飼料に含まれる生理活性脂質について、ウシ受精卵の体外培養液への添加を意図した簡易で安定な乳化方法を開発した。乳化VEBC(α-トコフェロールとβ-カロテンの混合物)には胚発生(特に胚盤胞の孵化率)を促進する効果が見られ、一方、乳化オレイン酸は胚盤胞発生率を低下させた。乳化VEBCによる胚発生促進メカニズムの解明を目指し、マイクロアレイを用いた網羅的解析により、乳化VEBCの添加によって胚において発現が変化する遺伝子をリスト化した。卵子と精子の融合によって受精卵ができる。受精卵は細胞分裂を繰り返し、ウシの場合、受精後68日目に、百個程度の細胞からなる胚盤胞と呼ばれる発生段階に達する。ヒト、家畜いずれにおいても、この胚盤胞までの体外培養方法が確立されており、生殖医療や家畜の効率的生産に応用されている。家畜の受精卵が胚盤胞まで発生できるかどうかは、卵子の段階でも大きく決まっているが、受精卵がストレスを受けたり、体外培養条件に不備があると、本来胚盤胞に発生できるはずの受精卵もそれができなくなる。本研究は、体外培養条件の改善によって胚盤胞発生を促進することを目指す研究の一つとして行った。ウシの受精卵の培養液は通常水に溶ける物質のみで作られ、油のような水に溶けにくい物質(脂質)は一般的には用いられない。本研究では、植物油に含まれる、胚発生を促進する脂質を同定し、受精卵の培養液への添加を想定した簡易な乳化方法を開発するとともに、その胚発生促進メカニズムの解明を目指した。平成24年度は、乳化剤の種類と濃度および乳化方法を検討し、中鎖脂肪酸油、オレイン酸、α-トコフェロールの簡易な乳化方法を確立した。調製した乳化製剤をウシ体外受精卵の培養液に添加したところ、乳化α-トコフェロール製剤に胚盤胞発生を促進する活性が見られた。一方、乳化中鎖脂肪酸油、乳化オレイン酸には逆に胚盤胞発生を阻害する活性が見られた。平成25年度は、β-カロテンとα-トコフェロールの混合物の乳化製剤を調製し、胚盤胞の孵化率を促進する活性を得た。この乳化製剤の受精卵培養液への添加がウシ胚盤胞の遺伝子発現に及ぼす影響をマイクロアレイにより解析した。受精卵は細胞分裂を繰り返し、ヒトの場合、受精後5日目に、百個程度の細胞からなる胚盤胞と呼ばれる発生段階に達する。家畜として有用性の高いウシの場合は、受精後68日目に胚盤胞となる。胚盤胞は比較的簡易な方法で子宮へ移植(胚移植)することが可能である。ヒトの受精卵の全てが胚盤胞まで発生できるとは限らないことが、報道などによって一般の方にも広く知られてきているが、実は家畜においても同様の問題を抱えている。本研究は、体外培養条件の改善によって胚盤胞発生を促進することを目指す研究の一つとして行っている。ウシの受精卵の培養液は通常水に溶ける物質のみで作られ、油のような水に溶けない物質(脂質)は用いられない。しかし、脂質には様々な生理作用を有する多くの物質が含まれる。本年度は、受精卵の培養液への脂質の添加方法として、乳化を用いた方法を検討した。乳化剤の種類と濃度および乳化方法を検討し、中鎖脂肪酸油、オレイン酸、α-トコフェロールの簡易な乳化方法を確立した。本研究は、植物油に含まれることが予想された胚盤胞発生を促進する活性を持つ脂溶性の因子(脂質)を同定し、その乳化製剤を培養液に添加することによって、ウシ体外受精胚の発生促進を目指したものである。当初、活性因子として脂肪酸を予想していたが、実際に同定されたものは脂溶性ビタミンの一種であるα-トコフェロールであった。活性因子が脂肪酸であることを前提とした試験計画があったため、その実施には至らなかったが、植物油中に含まれる活性因子の同定、培養液調製において有用な、簡易な脂質乳化方法の確立を達成しており、胚発生促進のメカニズム解明を中心とする次年度の研究に繋げることができた。効果の確認された乳化α-トコフェロールについて、その効果のメカニズムを胚の遺伝子発現の網羅的解析から検討する。該当なし
花が咲く時に植物体で起きることーDeathホルモンはあるのか？

本研究では、これまで申請者が独自に作製してきたトランスジェニック植物体を活用し、花が咲く時に植物体で起きるエピジェネティックおよびシグナル伝達系の変化を解析することにより、「Deathホルモン」ー花からメリステムに至る新規シグナルの分子的実体やそのシグナル経路を同定することを目指して研究を行ってきた。最初に、遺伝学的、生化学的解析によりKNUタンパク質によるWUS遺伝子の抑制における二段階の転写抑制機構を見いだした。さらに、花が咲く時に起きるメリステム間のシグナル伝達を明らかにするために、カルシウム、ATP、植物ホルモンをリアルタイムで定量性をもって検出するためのバイオセンサーを作出した。本研究では、花が咲く時に植物体、特にメリステムで起きる変化をエピジェネティックと植物ホルモンシグナルの二面に着目して解析を行っている。我々は、遺伝学的、生化学的解析によりKNUタンパク質によるWUS遺伝子の抑制は、WUSの活性化因子であるSPLAYED (SYD)の「排除」とポリコム因子の「導入」による二段階の転写抑制機構を見いだした。転写抑制機構の新規メカニズム機構として論文投稿しており、現在リバイズにて実験を補足中である。さらに、花が咲く時に起きるメリステム間のシグナル伝達を明らかにするために、カルシウムのバイオセンサーを作出した。これはすでに動物で報告されていたものを植物コドンに最適化したものを作出し、トランスジェニック植物を作成している。さらに植物ホルモンを植物体内でリアルタイムに定量性をもって検出するために、さまざまな植物ホルモンを特異的に認識する分子とシグナルを発する分子を利用したバイオセンサーを作成中である。現在、2種類の植物ホルモンそれぞれに特異的検出して、そのうち一つは300%程度のシグナルが変化するセンサーが得られており、有望である。これらの候補に、さまざまな改変を加えスクリーニングすることで、それぞれのホルモン依存的に大きくシグナルが変化するバイオセンサー作出に努めている。花発生分子遺伝学
抗菌性銀添加型ハイドロキシアパタイトの創製と形態制御

整形外科や歯科における人工関節および人工歯根への置換手術中または術後の感染を予防できる新しいインプラントの開発を目指し、抗菌性イオンを置換固溶したハイドロキシアパタイト粉末の合成を行い、抗菌性を有する元素を添加することによる、生成相や微細組織、抗菌特性をはじめとする諸特性へ及ぼす影響を調査した。Ag添加により、高い抗菌特性を付与することが可能であるものの、その固溶量は極めて少量であり、添加したAgの大部分は金属Agとして試料中に存在していた。一方、Cu添加では、HApのCaに対して10 mol%程度の固溶が可能であり、本研究にてAgを固溶させて合成したHApと同様の抗菌特性の発現が確認された。抗菌性生体材料の開発に向けて、湿式プロセスによるAgおよびCu添加型ハイドロキシアパタイトの合成を試みた。Ag添加型ハイドロキシアパタイトの合成では、Ag添加量が増加するに伴い試料の結晶性が低下する傾向が確認された。またICP分析の結果から、試料中に含まれているAg量は仕込み量の1/10程度であることが明らかとなり、ハイドロキシアパタイト構造中へのAgの固溶は当初の予想通り難しいと考えられるが、Ag系化合物の生成の無い合成手法を見出すことに成功している。一方で、気相プロセスにて合成したAg添加型ハイドロキシアパタイトでも同様にAg相の生成が報告されているものの、得られた被膜は生体親和性や細胞毒性を示すことなく、持続的な高い抗菌性を有していることが示されており、ハイドロキシアパタイト構造中に置換固溶が難しいが、ハイドロキシアパタイト粉末とAg粒子の分布を制御することにより抗菌性生体材料としての利用が可能になることが期待できる。同じく抗菌性を有するCu添加型HApの合成では、Cu添加量が10 mol%においてHApの単一相が得られており、Cu添加量の増加と共に、格子定数の縮小、結晶性の低下、微粒子化が生じた。さらに、溶解性試験の結果から、Cu添加量の増加に伴い、試料の溶解性は低下するが、溶出されるCuイオン量が増加したため、今後取得予定の抗菌性試験結果を基に、持続的に高い抗菌性を発現させる材料設計が可能になると考える。高輝度X線を用いた局所構造解析に関しては、予定している測定はほぼ終了しており、データの解析を進めていくことで、添加元素の化学状態および置換位置、固溶限の解明を進めていく。試料粉末の形態制御に関しては、実験装置の設置および基礎的なデータの取得が終了した。予定通りに次年度から粒子合成を進めていく。整形外科的手術においてよくある合併症の一つである術中・術後の細菌感染を予防できる新しいインプラントの開発が強く望まれている現状を踏まえ、本研究では、水溶液プロセスを用いてハイドロキシアパタイト(HAp)へ抗菌性を有する銀および銅を固溶させることで抗菌性生体材料を開発し、添加元素が結晶構造、微細組織、溶解性、抗菌性に及ぼす影響を調査した。Ag添加型では、2 mol%以上の添加により金属Agが生成した。XAFSスペクトル解析においても、Ag K端のXANESスペクトルは金属Agのものと類似しており、添加したAg+の大部分はHAp構造中に存在していなかった。本研究にて用いたすべての合成法においても、僅かなAg添加量で合成した試料にて、金属Agと同様のXAFSスペクトルが得られているため、Ag+イオンはHAp構造中に固溶し難いことが示唆された。Cuを添加型ではXRD測定にてすべての添加量においてHAp単一相が得られ、また、Cu添加量増加に伴い結晶粒の微細化が確認された。XAFSスペクトル解析結果から、Cu-K端のXANESスペクトルはCu3(PO4)2のものと類似しており、添加したCu2+イオンの周囲にはPO43-イオンが存在しており、さらに、XRDおよびCu添加に伴う格子定数変化および元素分析結果とを合わせて評価することにより、添加したCuはHAp構造中Caサイトへ置換固溶していることが示唆された。大腸菌を用いた抗菌性評価では、Ag添加型・Cu添加型試料いずれもコントロール材と比較して103104程度のコロニー数が減少している様子が確認され、AgおよびCuの添加により、HApに抗菌性を付与することが可能であった。また、添加量の増加に伴い、溶出するイオン量が増加するため、それぞれの試料の抗菌力も強くなった。セラミックス材料平成25年度は(1)ハイドロキシアパタイトへの銀の固溶を行い、生成相、微細組織、結晶性、化学状態を固溶量、熱処理温度の関係として整理し、材料設計のための基盤とする。(2)銀固溶量と生体活性、抗菌特性、生体毒性の関係を調査する。(3)形態制御に向けた静電噴霧プロセスの立ち上げの3点を目標としている。ハイドロキシアパタイトへのAgの固溶に関しては、試料中に存在しているAgが仕込み量の1/10程度と微量ではあるが、Ag系化合物等の生成が無い

単一相の合成に成功し、生成相、微細組織、結晶性、化学状態に関する測定データの取得はおおむね終了しており、これらを随時整理していく。また、Agよりも固溶量の多いCu添加型ハイドロキシアパタイトに関しても同様のデータを取得しており、相互補完しながらまとめていく。抗菌性、生体活性、細胞毒性等の評価に関しては、測定に必要なサンプル量の準備が整い、次年度初めに評価を行う予定である。装置の立ち上げも予定通りに終了し、基礎データの取得を行っているところであり、本研究の達成度はおおむね順調に進展していると考える。平成25年度に取得した各種データを、固溶量や熱処理温度との関係で整理していく。また、平成25年度で取得できていない抗菌特性や生体活性に関するデータの取得、放射光施設を用いた実験に係る課題申請を随時進める。平成26年度では、試料の形態制御に重点を置いた研究内容となるが、形態制御された試料から得られる各種データと、前年度に取得したデータを常に比較検討することで、最適な材料設計および基礎学理の体系化を進めていく。また、今年度から3次元プリンタに関する多額の予算が計上されており、この分野においてセラミックスの高次元で制御された粉末の需要は高まると予想されることから、学会発表をはじめとする広報にも注力していく。26年3月開催の学会参加費の支払いが翌年度に持ち越しとなった。4月3日付で執行済み。
高励起領域に於ける原子核構造とその励起機構

最終年度の本年も、原子核の高励起・極限領域に関する5つの主要課題に関する研究を継続的に発展させた。超変形核構造の高スピン状態に関する課題は、超変形回転帯の各領域の系統的分光学的性質の実験データの蓄積に対応して理論的研究は着実な発展を示した。INS国際シンポジュウム「高速回転原子核1992」(10.26-30,東京)は、この分野の研究の国際的な総括の場となった。又、分子共鳴状態の発生の機構に関する研究も、より重い核種の分子構造や高スピン状態に関連して着実な発展を見せた。又、中性子過剰核の構造と励起構造に関する研究課題は、特異なハロー構造と固有なソフト励起モードの解明の理論的研究も一段落するまでに進展した。又、短寿命核の研究は安定核から中性子雫線下の中性子超過剰核に至る全域的研究及び軽い核から重い核への構造研究へ広がり、短寿命の中性子過剰核を入射粒子とする破砕反応や融合反応に関する理論的研究も進展した。又、量子力学的的分子動力学に基づく破砕反応のシュミュレーション解析法も確立してきた。ハイバー核構造の研究は、S=ー1のランダー及びシグマハイパー核の研究の発展と共にS=ー2の二重ランダーハイパー核への研究の展開が本格的に進み始め、その成果が研究会や学会で発表されるに至っている。スピン・アイソスピン自由度を含む巨大共鳴に関する研究は、中高エネルギーの準弾性散乱反応過程の理論的研究の着実な展開がみられた。これらの成果を背景に、本研究計画の総括の研究会(新潟村上市)が本年10月組織された。5つの重要個別課題の研究発展の全容が、代表者分担者全員の研究発表によって明かにされると共に、個別分野での新たな研究課題や、分野にまたがる新たな研究課題をを巡っての検討が活発に行われた。以上の様な成果と発展からみて、本研究計画の基本目的はは成功的に達成されたといえる。これらは、研究成果報告書に纏められた。本年取り上げた課題は6つあった。いずれも各々成果が認められる。超変形構造の高スピン状態に関する課題は超変形回転帯の発見の増大につれての系統的分光学的性質に関する実験デ-タの蓄積に対応して理論的研究も着実な発展を示した。中性子過剰核の構造と励起構造に関する研究課題は中性子ハロ-の発見以来急速に発展している。理論的研究も,特異な構造とそれに固有な励起モ-ドの解明の研究から始まったが,それらの研究が一段落すると共に,それらの特異構造を含んでの安定核から中性子雫線下の中性子超過剰核に至る全域的研究の検討がはじまっている。重イオン反応での分子共鳴状態に関する課題は継続的に発展しているが,より重い核での分子的状態の発生の機構や,外殻核子との結合の機構の解明等の研究に発展がみられた。ハイパ-核構造の研究は,s=ー1のランダ-及びシグマハイパ-核を中心に発展がみられたが,今年の一つの重要な発展はs=ー2の二重ランダ-ハイパ-核への研究の展開が始まったことである。スピン・アイソスピン自由度を含む巨大共鳴に関する研究も励起高温状態のなかでの発現の他に,新たに中性子超過剰核でのソフトモ-ドの発生という新らしい問題となって展開がみられた。これらの構造状態の生成反応の機構に関する研究は,上記構造とその固有な励起モ-ドの研究とは,現象の解明に於て不可なものであり,この面での研究の発展がみられた。

又,上記の研究は天体核現象と又核融合の課題と密接な関連があり,これらの面の研究に発展がみられた。更に興味深いこととして,不安定な中性子超過剰核の融合反応よって超重核を含む重い不安定核の合成がこれまでよりも高い確率で出来る可能性が考えられるようになった事である。端緒であるが,本研究計画においても既に一部成果が生まれつつある。以上の様な成果と発展からみて,来年度以降の研究計画の展開が一層楽しみな状況になったと言えよう。本計画の課題は5つで,前年度に引続き成果が認められる。超変形核構造の高スピン状態の課題は,超変形回転帯の領域の増大と共に,分光学的性質に関する実験デ-タの蓄積に対応して理論的研究は着実な発展を示した。INS国際シンポジュウム「高速回転原子核1992」に向けての研究会が昨年度末に開かれ,国内研究の進展状況が纏められた。中性子過剰核の構造と励起機構の研究は本格的な発展をみせ,特異なハロ-構造とそれに固有な励起モ-ドの微視的模型に基づく研究は,一段落する迄に進展した。また中性子雫線核に至る全域的研究が進んだ。特に進展したのは,量子的分子動力学に基づく破砕反応の解析と,低エネルギ-の核融合反応の理論的解析である。これらの研究成果を基に,国際研究集会「不安定核の構造と反応」が,本研究代表者が主催者となって6月に開催されたことは特筆できる。分子共鳴状態に関する課題は,より重い核での分子的状態の発生の機構や,外殼核子との結合の機構の解明等の理論的研究に着実な進展がみられた。ハイパ-核構造の研究は,S=ー1のランダ-及びシグマハイパ-核と共にS=ー2の二重ランダ-ハイパ-核への研究が本格的に進み始めた。我国(KEK及びINS)の実験研究と共に発展しているため,下田でのINS国際シンポジュウム「ハイパ-核とストレンジ粒子の物理学」(1991年12月)での研究諸成果の報告は注目を浴びた。スピン・アイソスピン自由度を含む巨大共鳴の研究は,ソフトモ-ドの発生という新たな課題を含めて展開がみられた。以上の様な成果と発展からみて,本研究計画の重要な狙い「5つの極限領域を含む高励起領域に於ける広義の核多体系の構造とその励起機構の研究」は相互に内的関連性をもち,研究領域の拡大の相互の重なりの拡大で新たな発展を迎えている。最終年度が楽しみな状況となっている。最終年度の本年も,原子核の高励起・極限領域に関する5つの主要課題に関する研究を継続的に発展させた。超変形核構造の高スピン状態に関する課題は,超変形回転帯の各領域の系統的分光学的性質の実験データの樫積に対応して理論的研究は着実な発展を示した。INS国際シンポジュウム「高速回転原子核1992」(10.26-30,東京)は,この分野の研究の国際的な総括の場となった。又,分子共鳴状態の発生の機構に関する研究も,より重い核種の分子構造や高スピン状態に関連して着実な発展を見せた。又,中性子過剰核の構造と励起構造に関する研究課題は,特異なハロー構造と固有なソフト励起モードの解明の理論的研究も一段落するまでに進展した。又,短寿命核の研究は安定核から中性子雫線下の中性子超過剰核に至る全域的研究及び軽い核から重い核への構造研究へ広がり,短寿命の中性子過剰核を入射粒子とする破砕反応や融合反応に関する理論的研究も進展した。又,量子力学的的分子動力学に基づく破砕反応のシュミュレーション解析法も確立してきた。
軟X線レーザー極超高分解能光電子分光による非従来型超伝導体の超伝導機構の研究

フェルミオンのペアリングはBCS-BECクロスオーバーという枠組みで統一的に説明されるが、固体中電子系の超伝導相でもこれが適用可能かについては未解明であった。鉄系超伝導体Fe(Se,S)の超伝導相においてBCS-BECクロスオーバーが起こっていると示唆されているため、レーザー角度分解光電子分光を用いて電子構造を直接観測する。極低温における超精密測定が求められるため、大強度連続波5.8eVレーザーを開発する。
毛周期の制御にCRHの果たす役割の解明-CRHノックアウトマウスを用いて-

本研究の目的は、皮膚におけるCRH-POMC反応系が毛周期の制御機構に及ぼす影響を解明することにある。前年度(2003)は、心理ストレスがマウス毛周期のtelogen stageを有意に延長させ、そのメカニズムは毛包ケラチノサイト、脂腺細胞に強く発現するCRHの作用を介することを証明した。従来、毛周期の研究にはC57BL/6マウスの背部皮膚を機械的に脱毛し、直後から成長期が同調して開始する性質を利用する。我々の研究もこの性質を応用している。しかしながら、現在、成長期の強制発現がどのようなメカニズムに基づいているか不明である。本研究の遂行にあたって、このメカニズムを明らかにしておくことは必要不可欠のことと考える。特に、CRHの関与については興味深い。その結果、両マウスに共通して、成長期初期(anagen IIII)に毛包ケラチノサイト、脂腺細胞、平滑筋細胞にNGFが急速かつ多量に発現することが一義的変化であることが明らかになった。その後、POMCの発現、SP陽性神経線維の増加、活性化肥満細胞の増加、毛包におけるTNF-αなどサイトカインの増加が続いた。CRHノックアウトマウスにおいてはCRHの発現はなかったが、α-MSH、ACTHなどPOMCの発現はwild typeと有意の差はなかった。以上の結果は、機械的脱毛によって皮膚に創傷反応をきたした結果NGFが産生され、ケラチノサイトの増殖、神経細胞の可塑化/成長、肥満細胞由来のサイトカインによる毛乳頭細胞の活性化などの反応が進展していったことを示唆した。また、CRHの存在がなくとも別のルート(例えば、NGFなどの作用)でPOMCの発現が誘導され、その後の毛周期が進行、維持されることが推測された。本研究の目的は、皮膚におけるコルチコトロピン放出ホルモン(CRH)-Proopiomelanocortin(POMC)反応系の存在を証明し、この反応系が及ぼす毛周期の制御機構を解明することにある。本年度は、間歇的フットショックストレスに加え新たに心理ストレスをC57BL/6マウスに与え、それぞれの毛周期への影響を観察し比較検討した。その結果、心理ストレスはフットショックストレスより有意に休止期を延長させ、成長期の誘導を遅らせた。また、心理ストレス下の休止期毛の毛包角化細胞、脂腺細胞におけるCRHの発現は、免疫染色でより強く陽性となった。そして、心理ストレスにより皮膚の活性型マスト細胞数とサブスタンスP陽性神経線維数も顕著に増加しているのが観察された。次に、選択的CRHリセプター拮抗薬をマウスに連日投与したところ、抜毛後第1毛周期の成長期の発現が遅延した。さらにCRHノックアウトマウスの抜毛後毛周期の経時的変化を肉眼的に観察(成長期皮膚の面積計測)したところ、wildマウスと有意な差はなかった。現在、組織学的毛周期判定、PCNA染色による成長期毛の定量、Ki-67染色とTUNEL染色の2種染色による陽性細胞数の測定による、毛周期の判定を施行中である。

その結果、両マウスに共通して、成長期初期(anagen IIII)に毛包ケラチノサイト、脂腺細胞、平滑筋細胞にNGFが急速かつ多量に発現することが一義的変化であることが明らかになった。その後、POMCの発現、SP陽性神経線維の増加、活性化肥満細胞の増加、毛包におけるTNF-αなどサイトカインの増加が続いた。CRHノックアウトマウスにおいてはCRHの発現はなかったが、α-MSH、ACTHなどPOMCの発現はwild typeと有意の差はなかった。以上の結果は、機械的脱毛によって皮膚に創傷反応をきたした結果NGFが産生され、ケラチノサイトの増殖、神経細胞の可塑化/成長、肥満細胞由来のサイトカインによる毛乳頭細胞の活性化などの反応が進展していったことを示唆した。また、CRHの存在がなくとも別のルート(例えば、NGFなどの作用)でPOMCの発現が誘導され、その後の毛周期が進行、維持されることが推測された。
橋梁狭隘箇所の変状認識を目的とするGNSSを援用したUAV自律航行システムの開発

社会インフラの高精度な観測体制の構築,橋梁支承部など局所的かつ狭隘な部分の外観や機能劣化状態の早期把握は,構造物の長寿命化や安全供用に直結する。UAV援用型の維持管理技術の開発・運用が広く実施されているが,運用上の課題は少なくない。本年度は,橋梁の局所的部分の機能や健全度などの状態把握を目的に,以下の項目の検討,要素技術開発,および検証を行った。(1)日射に伴う支承機能的変化の確認:橋梁観測データを用いた橋梁桁および支承部の動態変化に関するFE解析を実施し,日射に伴う桁挙動,特に日射面/非日射面を有する場合の橋梁の移動支承の変位を試算した。その結果,特定条件下において,環境変化がもたらす橋梁各部材(桁および支承部周辺部)の挙動を明らかにした。(2)GNSS測位データの取得および精度評価:UAV管理および制御上,GNSS観測データの収集と位置精度を予め評価しておく必要があったため,本年度は,従来保有していた機器を用いて実測を行い,GNSSの測位精度を検証した。また,障害物の多い実構造物周辺で発生し得る位置精度上の問題点について取り纏めるとともに,飛行運用を支援するためのGNSS衛星軌道情報の視覚化(AR)のための基本プログラムを仮想計測器ソフトウェアで構築した。(3)トータルステーション(TS)を用いた移動体位置管理:一般に,橋梁周辺には本体を含め障害物が多く,GNSSのみでは自己位置の確定が困難となる。本年度はTSを用いた反射鏡自動追尾するための基盤システムの開発と検証を行った。さらに,模型車両を用いての実験を行い,対象物までの距離および対象物の移動速度などを変化させた場合の追尾性能を評価した。初年度における上記の各研究項目の成果の一部は,土木学会西部支部研究発表会等で報告済みである。以下に記述したとおり,一部,計画変更等が生じた箇所があるが,総じて当初の計画をおおむね達成できたことから,本年度の進捗は「おおむね順調」とした。(1)日射に伴う支承機能的変化の確認:当初の計画とおり,橋梁観測データを用いた橋梁桁および支承部の動態変化に関するFE解析を実施し,環境変化がもたらす橋梁各部材(桁および支承部周辺部)の挙動を明らかにした。次年度は,より密な温度計測を実施するとともに,観測結果に基づく3次元FE解析を行い,温度変化に伴い発生する支承部の応力集中について詳細な検討を行う予定である。(2)GNSS測位データの取得および精度評価:上述のとおり,GNSS観測を実施し測位精度について取り纏めた。なお,RTK-GNSS用受信アンテナの導入が初年度後半部にずれこんだため,高精度GNSSによる精度評価には至っておらず,当初計画が一部達成できていない。基盤システムの施設内設置については本年度内に終了していることから,次年度前半部には運用できると考えている。(3)トータルステーション(TS)を用いた移動体位置管理:当初の計画のとおり,TSを援用した移動体追尾システムの基盤を構築し,さらに模型車両を用いた計測実験により,その追尾性能を評価することができた。研究の進捗とともに,移動体が加速的に位置変化する場合にも対応できるようなフェイル&セーフ機能を新たに組み込む必要が生じたが,それに対応できる基本ロジックを構築することができた。(4)UAV計測対象となる構造物および飛行環境の決定:UAV実機導入は機種の選定に時間を要したため,初年度後半部の導入となった。これにより実構造物に対するUAV飛行計画の立案は次年度以降に先送りすることとなったが,地元自治体の協力により,実支承装置を研究施設内に設置できたため,これを用いて飛行計画の検討を行うことができた。橋梁などに代表される社会インフラは他の工業製品とは異なり,単品生産となる。さらに同様の形式であっても,外的環境が異なるため,そのライフサイクルは異なる。日射面/非日射面を有する橋梁の温度変化に起因する支承部の応力変化,および支承機能に与える影響を評価するためは,詳細な橋梁温度の観測が必要である。これまでサーミスタや熱電対を用いた点観測を行ってきたが,より効率的に筐体温度を得るためには,赤外画像などによる面観測を行う必要がある。UAVを用いた計測が本研究の目的の一つであることから,次年度に,地上赤外カメラおよび,UAV搭載型赤外カメラによる観測体制の構築を検討し,実計測につなげていく予定である。また,当初の予定にはなかったが,地元自治体の協力を得て,実際の橋梁に使用されていた支承(ローラ支承)一機を研究施設内に設置することができた。これにより,支承装置及びその周辺を想定した橋梁狭隘箇所の変状認識の事前検討および計測シミュレーション,また画像処理技術による変状観測など,さらなる研究の推進に役立てたい。一方,本研究の当初の目的を達成するために必要な課題として,(1)光学的計測データ処理(点群データを用いた対象構造物の情報管理とFE解析への適用),(2) UAV飛行経路付近の障害物(橋梁および付近の地物)による位置精度の定量評価の2点を挙げる。いずれも,支承変状の確認およびUAV自律航行の支援のために必要な技術的課題である。これらを解決するための方策として,それぞれの研究実績を有する研究者からの技術的支援が必要と考えており,次年度に研究分担を依頼したいと考えている。

社会インフラの高精度な観測体制の構築,橋梁支承部など局所的かつ狭隘な部分の外観や機能劣化状態の早期把握は,構造物の長寿命化や安全供用に直結する。UAV援用型の維持管理技術の開発・運用が広く実施されているが,運用上の課題は少なくない。本年度は,橋梁の局所的部分の機能や健全度などの状態把握を目的に,以下の項目の検討,要素技術開発,および検証を行った。(1)日射に伴う支承機能的変化の確認:橋梁観測データを用いた橋梁桁および支承部の動態変化に関するFE解析を実施し,日射に伴う桁挙動,特に日射面/非日射面を有する場合の橋梁の移動支承の変位を試算した。その結果,特定条件下において,環境変化がもたらす橋梁各部材(桁および支承部周辺部)の挙動を明らかにした。(2)GNSS測位データの取得および精度評価:UAV管理および制御上,GNSS観測データの収集と位置精度を予め評価しておく必要があったため,本年度は,従来保有していた機器を用いて実測を行い,GNSSの測位精度を検証した。また,障害物の多い実構造物周辺で発生し得る位置精度上の問題点について取り纏めるとともに,飛行運用を支援するためのGNSS衛星軌道情報の視覚化(AR)のための基本プログラムを仮想計測器ソフトウェアで構築した。(3)トータルステーション(TS)を用いた移動体位置管理:一般に,橋梁周辺には本体を含め障害物が多く,GNSSのみでは自己位置の確定が困難となる。本年度はTSを用いた反射鏡自動追尾するための基盤システムの開発と検証を行った。さらに,模型車両を用いての実験を行い,対象物までの距離および対象物の移動速度などを変化させた場合の追尾性能を評価した。初年度における上記の各研究項目の成果の一部は,土木学会西部支部研究発表会等で報告済みである。以下に記述したとおり,一部,計画変更等が生じた箇所があるが,総じて当初の計画をおおむね達成できたことから,本年度の進捗は「おおむね順調」とした。(1)日射に伴う支承機能的変化の確認:当初の計画とおり,橋梁観測データを用いた橋梁桁および支承部の動態変化に関するFE解析を実施し,環境変化がもたらす橋梁各部材(桁および支承部周辺部)の挙動を明らかにした。次年度は,より密な温度計測を実施するとともに,観測結果に基づく3次元FE解析を行い,温度変化に伴い発生する支承部の応力集中について詳細な検討を行う予定である。(2)GNSS測位データの取得および精度評価:上述のとおり,GNSS観測を実施し測位精度について取り纏めた。なお,RTK-GNSS用受信アンテナの導入が初年度後半部にずれこんだため,高精度GNSSによる精度評価には至っておらず,当初計画が一部達成できていない。基盤システムの施設内設置については本年度内に終了していることから,次年度前半部には運用できると考えている。(3)トータルステーション(TS)を用いた移動体位置管理:当初の計画のとおり,TSを援用した移動体追尾システムの基盤を構築し,さらに模型車両を用いた計測実験により,その追尾性能を評価することができた。研究の進捗とともに,移動体が加速的に位置変化する場合にも対応できるようなフェイル&セーフ機能を新たに組み込む必要が生じたが,それに対応できる基本ロジックを構築することができた。(4)UAV計測対象となる構造物および飛行環境の決定:UAV実機導入は機種の選定に時間を要したため,初年度後半部の導入となった。