hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
動物細胞内での細胞内抗体選択法の開発

モデル系としてP53ペプチドとMDM2のN末端ドメインを挿入した2種類のキメラ受容体を構築し、AP20187濃度を種々に変えた条件下で細胞増殖と運動性を指標として、これら2種類のキメラ受容体の蛋白質間相互作用特異的二量体化を検証した。その結果、F36VとP53ペプチドあるいはMDM2のN末端ドメインの間にGly4Serを5回繰り返したペプチドリンカーを導入したキメラ受容体が細胞内での蛋白質間相互作用を検出するのに適していることを明らかにした。本研究では次世代抗体医薬品の創製を目指して、動物細胞の細胞質内に発現させた蛋白質抗原に対する細胞内抗体を迅速、かつ直接的に選択することが可能な汎用的新規選択法の開発を行った。抗原と結合することにより増殖シグナルを伝達する人工受容体として、単鎖抗体scFvのナイーブライブラリーと受容体c-kitの細胞内ドメインを柔軟なG4Sリンカーで連結したキメラ受容体ライブラリーを構築した。このキメラ受容体をモデル抗原である狂犬病ウイルス由来の核蛋白質とともにIL-3依存性の動物細胞Ba/F3内で発現させ、IL-3非存在下の培養条件で増殖してきた細胞から、抗原蛋白質に結合するscFvを取得することに成功した。AP20187依存的な細胞の運動性の亢進が見られる抗体ー受容体キメラを選択した後で、scFv部分にナイーブライブラリーを組み込んだ抗体ー受容体キメラライブラリー構築し、これらを安定に発現するBa/F3細胞株を取得する。また、インフルエンザウイルスのRNAポリメラーゼのサブユニットPB1との結合領域とRNA合成活性領域を含み、安定な3本のαヘリックス構造を有するPB2のN末端領域ドメイン(アミノ酸残基1ー259)を抗原とする抗原キメラを用いて、これに特異的に結合するscFvを細胞の運動性の亢進を評価指標にしてscFvのナイーブライブラリーから選択できるかどうかを検証する。バイオテクノロジー、細胞工学
「伊勢湾台風復興住宅」の建築デザインに関する史的研究

本研究は、1960年代初頭に建設された「伊勢湾台風復興住宅」の全容を解明し、その建築デザインについて史的考察を加えたものである。最初に、伊勢湾台風後の復興都市計画と公営住宅に関する資料の悉皆調査を行い、次に、現存住宅の実測調査を行った。前者では、自治体による都市計画のみならず黒川紀章や浅田孝による農村都市計画を、干拓地の復興計画という観点から再評価し、後者では、勝田千里(鍋田干拓・川口干拓・平坂干拓)や小菅百寿(城南干拓・水茎干拓)によるCB造住宅と、農林省(多芸輪中)によるRC造集合住宅について、同時代の都市住宅における建築計画と構法が応用された実験農村住宅として評価した。2013年度は、まず、前年度に行った実測調査と資料調査の結果を、学術講演会やシンポジウムにおいて発表することで、その成果を整理することができたとともに、多くの知見を得ることができた。具体的には、2013年度日本建築学会大会学術講演会において、「鍋田干拓における「伊勢湾台風復興住宅」の建築デザインについて」と題する発表を行い(札幌、2013/8/309/1)、2013年度日本建築学会東海支部研究発表会シンポジウムにおいて、「現代干拓地考:伊勢湾台風復興住宅から学ぶこと」と題する発表を行うとともにその内容について建築・都市系他分野の研究者と討論を行った(名古屋、2014/2/17)。その際、復興住宅の図面化を精力的に行った昨年度の作図作業に加えて、本年度は、干拓地のランドスケープの表現方法について積極的に検討した。なお、昨年度に実測調査の大半は完了したが、一部干拓地については、調査先の事情と調査対象の想定外の広がりのために未完了の部分がある。これらの実測対象については、次年度の早い段階で行うことができるように、目下調整中である。次に、これまでの実測調査と資料調査の成果について、第二次世界大戦後の日本における他所の干拓地開発と比較検討を行うために、大潟村干拓博物館(秋田、2013/8/2629)と児島湾干拓資料室(岡山、2013/10/1820)にて資料調査を行うとともに、同干拓地における巡検を行った。この結果、上記干拓地はもとより、第二次世界大戦後の日本における干拓地開発に関して、多くの未発掘の資料を収集することができた。また、伊勢湾台風復興住宅の設計者である勝田千利の活動について調査するために、国立国会図書館にて複数回にわたる資料調査を行い、多くの有意な資料を入手することができた。なお、設計当時の様子を知るため、当該設計者を知る人物に目下連絡中である。2012年度における本研究の実施内容は、(1)「伊勢湾台風復興住宅」に関する全容解明、(2)主要干拓地の踏査調査からなる二点に大別でき、こうした成果の一部は2013年度日本建築学会北海道大会において口頭発表する予定である。以下に概要を記述する。(1)「伊勢湾台風復興住宅」に関する全容解明について:愛知県図書館と愛知県公文書館における資料調査と、本年度入手した関連図書の内容から、鍋田干拓(愛知県弥富市鍋田町)136棟、川口干拓(同碧南市川口町)33棟、平坂干拓(同西尾市南奥田町)24棟からなる補強コンクリートブロック造の「伊勢湾台風復興住宅」が、勝田千利によって設計され、財団法人日本開拓協会ブロック建築指導所によって建設されたことが確認できた。また、鍋田干拓については「愛知県鍋田碧南平坂干拓農住宅標準設計図」と「確認申請資料(副)」を入手することができたことは、大きな成果であった。(2)主要干拓地の踏査調査について:鍋田干拓と平坂干拓において、実測調査と聞取調査を行い、「伊勢湾台風復興住宅」に関する建造物リストが作成できたことは大きな成果である。その結果、鍋田干拓では49棟、川口干拓では19棟、平坂干拓では16棟がそれぞれ現存することが確認できた。これらの情報をもとに、「伊勢湾台風復興住宅」の平面図・立面図・断面図・軸測投影図(1:50)および模型(1:100)を作成することができたこと、また、鍋田干拓と平坂干拓について、干拓以前・干拓以後(被災以前)・干拓以後(被災以後)の国土地理院発行2万5千分1地形図と現況の2千5百1都市計画図を入手し、建設当時の干拓地全体に関する軸測投影図(1:15000)を作成することができたことは特筆に値する。2014年度は、「伊勢湾台風復興住宅」に関連して、滋賀県近江八幡市のコンクリートブロック造住宅と、岐阜県養老町の鉄筋コンクリート造集合住宅を実測調査するとともに、その実測図面を作成した。

その際、前者コンクリートブロック造住宅については、設計者である小菅百寿に関連する資料を国立国会図書館と日本文理大学にて、後者鉄筋コンクリート造集合住宅については、設計者である農林省生活改善科に関する資料を国立国会図書館にて、それぞれ渉猟することができた。こうした調査の一部を、「日本建築学会東海支部研究報告」において「水茎干拓における「伊勢湾台風復興住宅」の建築デザインについて」と題して報告し(名古屋、2015/02/23)、これまでの調査の総括として、「名古屋大学減災館企画展ギャラリートーク」において「「伊勢湾台風復興住宅」を知る」と題した講演と討議を行った(名古屋、2014/10/15)。なお、本研究に関する調査活動は、『中日新聞』(2014/09/21付朝刊一面)、「キャッチネットワークTV」(2014/12/27放映)に取り上げられたことからもわかるように、大きな反響を得ることができた。建築史・建築意匠研究の達成度が順調である点は以下の三点である。・実測調査の大半が終了し、復興住宅の特徴と設計者が明確になりつつあること・当初は、2014年度に計画していた学会等における発表に着手できたこと・当初は、2014年度に計画していた他所の干拓地との比較に着手できたこと本年度内に「伊勢湾台風復興住宅」の全容が概ね明らかになったことと、鍋田干拓と平坂干拓について実測調査と聞取調査を行うことができ、建造物リストと各種図面が作成できたこと、を考慮すれば、本年度の研究は概ね順調な進展であったと言える。しかしながら、(1)文献資料を見つけることができず、全容が以前不明のままである事例(城南干拓(三重県桑名市立田町および太平町))が残されていることと、(2)全容は解明できたが、当該自治体との連絡と調査補助作業員の不足という理由から、実測調査を行うことができなかった事例(川口干拓)が、次年度以降の継続研究内容として残された。これらについては、早急に補足調査を行う予定であるが、いずれも想定内の出来事である。ところで、調査対象干拓地は、自家用車以外の交通手段によるアクセスが極めて不便であることから、予定通りに旅費を使用することができなかった。また、調査方法の工夫によって、調査補助者への謝金は最低限で済むことがわかったが、本研究に関連する災害復興住宅関連図書および干拓裏関連図書は、当初想定していた以上に必要となることが明らかとなった。今後の研究の推進方策は以下の三点である。・一部干拓地に関する未了実測調査について、至急実施すること今後は、まず前年度の継続研究内容について、補足調査を行う予定である。文献資料を見つけることができず全容が以前不明のままである城南干拓については、次年度以降、三重県立図書館と三重県立博物館にて悉皆調査を行う予定である。また、実測調査を行うことができなかった川口干拓については、次年度の比較的早い段階で補足調査を行う予定である。一方、次年度以降は、第二次世界大戦後における主要な干拓地開発との比較分析を行うため、八郎潟や児島湾などの事例に関する巡検を開始する。次年度以降は旅費として研究費を積極的に使用するとともに、調査現場にて使用するために軽量なノートブックPCとデジタルカメラを購入し、作業効率を向上させたいと考えている。また、本研究に関連する災害復興住宅関連図書および干拓裏関連図書については、次年度以降も継続して資料を購入する予定であるとともに、国立国会図書館と国立公文書館を中心として、農林省関連資料の収集に務める予定である。昨年度は研究を想定以上に遂行することができたため、当初計画では想定していなかった他所の干拓地との比較研究に着手することができた。
政権交代の比較研究と民主政治の可能性に関する考察

20世紀後半に民主主義国で確立された二大政党制、二極的政党システムにおける政権交代というモデルは、1980年代の新保守主義的政治、1990年代後半の中道左派の復活までは、順調に作動し、民意の吸収と政策転換という効果をもたらした。しかし、2000年代に入って、経済のグローバル化の一層の進展と、雇用の不安定化や格差の拡大は政治的安定の基盤をなした経済的安定を侵食した。その結果、政権交代に対する国民の期待が低下し、ポピュリズムが現れた。こうした危機を打開するためには、従来の左右を超えた政党再編が必要とされている。今年度は1日本の政権交代の検証、2東アジアにおける政権交代の比較、3政治転換と政策刷新の連関に関する日欧比較の3つのテーマに即して、研究を進めた。1に関しては、日本における2009年の政権交代とその後の民主党政権の展開に関する当事者へのインタビューを継続し、政権運営の実態と政策転換の成否を規定した要因について明らかにした。特に、野田政権時代の外交に関して、リーダーシップと対外関係の改善に関するイニシアティブが発揮された場合とされなかった場合の対比、その要因を明らかにできた。2について、12月にソウル大学で政権交代以後の民主政治の変容というテーマで国際会議を開いた。そこでは、日韓両国において「政権交代可能」なシステムの出現によって、政党はかえって競争相手との差異化を強調し、政党システムは遠心化するとともに、リーダーは浮動する選挙民からの支持を得ようとしてナショナリズムなど感情刺激的なシンボルを多用するようになるという同様の変化を経験していることが確認された。政権交代を健全な政党間競争につなぐための条件についてさらに日韓比較の中で考察することが、今後の課題となる。3について、イギリス、サウサンプトン大学のジェリー・ストーカー教授を招いて国際会議を開催した。同教授は、現代民主政治における政治的幻滅や失望の分析で著名である。政治変革ついて、変革の意義に関する説得と、変革の可能性や条件、コストに関する現実的な説明の両面を包含したシナリオを提示することが政党やリーダーの任務となる。比較の視座から適度な期待水準を確保するという政治学的言説も必要とされる。以上のような討議から、政権交代をポピュリズムや無力感につなげないための条件に関する考察を深めることができた。民主主義においては、政党間の競争と政策変化が不可避、不可欠である。しかし、20世紀末以来、グローバル化の中で国家単位の政策形成の余地がなくなったこと、政党や政治家が政策路線について収斂し、競争的システムが変質したことが強調されてきた。それでも、社会経済システムには国による相違が存在し、それを規定するのは各国の民主政治である。本研究は、民主政治への無力感が広がる状況の中で、政治的競争と政権交代の意義をどのように再発見、再定義できるかを考察するプロジェクトである。初年度の24年度は、2009年に日本で起こった政権交代とその後3年継続した民主党政権において、どのような政策転換が達成され、どのような限界が存在し、何故に国民の期待を裏切る形で政権が崩壊するに至ったかを追跡する作業を行った。中核的な作業としては、政権中枢部で活動した指導的政治家9名を対象にのべ11回のインタビューを行い、新政権における政策形成過程に関する事例研究とオーラルヒストリーの整備を進めた。これらの資料は、日本政治の同時代史的分析にとって極めて重要な素材を提供すると思われる。また、東アジア・日欧の政権交代比較に関しては、韓国・台湾・米国各国で現地情報の収集にあたる一方、3月には東京で日韓ワークショップを開催し、両国研究者による議論を行った。ワークショップでは、保守派と進歩派の間での典型的な政権交代が日韓両国で起こった結果、政策内容、政治手法、民意にどのような変化が生じたか、比較考察を加えた。この中で、日本においては政権交代によって野党となった保守勢力が伝統的なイデオロギー位置と争点形成に向かったのに対して、韓国では社会的公平や福祉国家政策に関して収斂現象がみられるという、対照的な現象が明らかになった。この点は、現代政治に関する今後の日韓比較に重要な課題をもたらした。2014年度は、最初の2年間に行った日本の民主党政権に関するヒアリングの記録を整理、再編成し、出版する作業を行い、成果は『民主党政権とは何だったのか』(山口二郎・中北浩爾編、岩波書店)として公刊した。これまでも主要な政治家にインタビューした記録は出版されているが、我々の証言録は、時期、テーマごとに政治家の談話を再構成し、民主党政権の特徴と問題点がより鮮明に理解できるように工夫した。これにより、2009年の政権交代の政治史的意味づけと、民主党政権の運営、政策決定、それらに関する失敗について、我々自身の分析と、後世の研究者のための素材の提供を行うことができた。また、比較の観点から、経済政策に関する選択の余地が狭まるという一般的な言説が定着する中、政権交代と政策の刷新、転換の結びつきがどのようなものでありうるか、先進国の事例分析を通して、議論を深めた。2015年2月には、スウェーデンから、スウェーデン社会民主党の政策立案にも携わった研究者、実務家を招いた国際シンポジウムを開催し、北欧モデルの現状を分析する議論を行った。2014年10月の日本政治学会では、「2つの民主党--日本とイタリア」という分科会を設け、90年代の政治改革と政党再編から始まった民主政治のモデル転換の現状と課題について、議論を深めた。

さらに、2015年3月のイギリス政治学会(Political Studies Association)において、日本の政治変動に関する報告を行い、同学会会長のマシュー・フリンダース、シェフィールド大学教授と議論を深めることができた。研究の最終的とりまとめに向けて、政権交代による政党政治のイノベーション、政策基調の転換という従来の競争的民主主義のモデルの有効性についての考察を深めた。とくに、グローバル化と金融資本主義の隆盛という世界的な潮流の中で、デモクラシーを通した再分配や規制政策の決定・実施が困難になる中で、従来進歩派、リベラル派を支えた労働者・市民層が希望をもって政治参加を続けることがいかにして可能となるか、西欧、アメリカ、日本、韓国の様々な事例の比較を通して考察した。その中で、市民運動と政党の対話の仕組みを構築すること、両者の往復運動の中で政策アジェンダを形成し、市民の側も現実的な政策評価の準拠枠を形成することの重要性が確認された。他方、大衆の不安・不満を刺激し、その反作用を支持の源泉とするポピュリズムという政治手法が先進国に広く表れつつあることにも留意し、現状変革を求める民意を建設的な政策イノベーションにつなぐためのリーダーシップの在り方や政策のパラダイムについても考察を深めた。左派、リベラル派の政党の場合、政権についても、経済的グローバル化に伴う様々な制約の中で、政策転換を強力に推進できないことが多く、政権交代の経験がかえって幻滅や失望を強める結果をもたらすケースが欧米と日本に共通している。この逆説を突破するために、市民、とりわけ支持層に対する広義の政治教育、期待水準の引き下げと冷静な評価を求めていくことも重要となる。そうした課題にこたえるためにも、リーダーシップの再構築と開かれた政党運営が必要となることも確認された。日本、韓国、アメリカ、西ヨーロッパの主要な民主主義国における政党政治の展開、政党間の競争の実態とグローバリゼーション時代における政党競争の変化に関して、研究分担者による多くの実証的な事例研究が蓄積された。また、比較政治の観点から政党政治のモデルに関しても議論の蓄積が進んだ。西洋、東アジアを通じた広い視野からの比較という本プロジェクトの構想は実を結びつつある。研究の最終年度において、政党間の競争、選挙における政権交代によって政治のイノベーションを起こすという伝統的な政党政治のモデルが21世紀の世界に適応可能かという問いを考察することを課題とした。比較検討の対象は、日本、アメリカ、イギリス、フランス、イタリアをとりあげた。アメリカ、フランスの大統領選挙を中心に、現在進行中の政治現象も考察の対象に取り入れた。特に問題となるのは、各国の左派、リベラル側における政党の混迷であった。1990年代以来、左派、リベラル派は政権担当能力を示すために、グローバル資本主義を統御し、経済成長と一定水準の平等や生活保障の両立を志向した。グローバル資本主義との共存に成功した左派、リベラル政権は存在したが、再分配の拡大によって平等を実現することはできなかった。そして、伝統的な左派、リベラル派の支持基盤に大きな不満を生み出した。
光学活性トリフルオロメチル化合物の直接的合成法の開発研究

本研究課題ではトリフルオロメチル基を有する光学活性物質の効率的かつ汎用的な合成手法の開発を目的に立体選択的な新規トリフルオロメチル化反応の開発研究を行なってきた。トリフルオロメチル化反応と同時にN-複素環を構築し、これまでにラセミ体を与える反応に関しては反応条件を確立し、その成果は国際誌に論文として掲載された。本年度も引き続き、その不斉化を目指し、添加剤や溶媒などの反応条件の精査に加え、用いるアルケン基質の構造および保護基が立体選択性または生成物選択性に及ぼす影響を検討した。その結果、構造の異なる基質を用いて反応を行った場合に、これまでは良い結果を与えなかった配位子が効率よく立体選択性を発現することが明らかとなった。すなわち、本研究課題で新規に合成された配位子群から基質の構造に応じて適切に組み合わせて用いることで良好な立体選択性を得ることが可能となった。本結果は、立体選択制の発現機構に関して知見を与えるものであり、より優れた触媒の設計に重要である。加えて、基質上の保護基を変えることで副生成物の生成を防ぎ、目的生成物を高選択的に得ることにも成功した。原料の転化率には未だ改善の余地が残されているが、本研究によって触媒および添加剤による反応の精密制御によって良好な立体化学および生成物の選択性で目的のトリフルオロメチル化生成物を得ることができた。本年度新たに得られた化合物は、従来法では合成するのが未だ容易ではない重要骨格を有している。このため、医薬品や農薬などの合成における有用な中間体として期待できる。29年度が最終年度であるため、記入しない。トリフルオロメチル基を有する光学活性物質の効率的な合成手法の開発を目的とし、研究活動を開始した。具体的には、触媒的な遷移金属エノラート形成を経るトリフルオロメチル化反応およびアルケン類の二官能基化による分子内環化を伴うトリフルオロメチル化反応について大まかな反応条件の検討を実施した結果をもとに、初年度は、特に二重結合への求電子的なトリフルオロメチル化反応に限定し、種々の反応において不斉化に対する実現可能性を検討することにした。始めに、銅触媒および数種類の不斉配位子を検討し、反応性および不斉収率を調べた。その結果、アルケンの二官能基化を伴うトリフルオロメチル化反応において僅かながら不斉誘起がみられた。また、反応の物質収支が良好であったことから、同反応の不斉化における反応条件を詳細に検討することにした。現在、引き続き、不斉収率の向上を目的に触媒、配位子、添加剤、溶媒などの条件検討を行っている。二官能基化を伴うトリフルオロメチル化反応は、アルケンに対し一挙にトリフルオロメチル基と求核部位を導入できるため、単純なアルケンから生理活性物質が有する主要骨格を直截的に構築することが可能である。しかし、その不斉化に成功した例はほとんど知られていない。このため、今後の検討によって収率および不斉収率が改善できれば学術的かつ産業的に重要な反応となることが予想される。初期的検討で、低いながら不斉誘起が可能な反応条件を見いだしたため。本研究課題ではトリフルオロメチル基を有する光学活性物質の効率的かつ汎用的な合成手法の開発を目的に立体選択的な新規トリフルオロメチル化反応の開発を行なっている。本年度は、昨年度に引き続きアルケンの立体選択的な二官能基化を伴うトリフルオロメチル化反応の開発に関する検討を行った。昨年度は、遷移金属および市販の不斉配位子を触媒に用いて検討を行った。その結果、特定の骨格を有する配位子を用いた場合に僅かながら不斉が誘起されることが明らかになった。そこで本年度は、同骨格の構造を元に新規配位子を設計および合成し、新規配位子と遷移金属触媒を組み合わせた場合の触媒活性と不斉収率に与える影響を検討した。特に、元の骨格に種々の置換基を系統的に導入することで、立体選択性に対する配位子の電子的および立体的な影響を詳細に検討した。その結果、置換基による電子的な効果はあまり見られなかったが、嵩高さが不斉収率に強く影響することを見出した。また、遷移金属触媒に対して非常に強いルイス酸を共触媒として添加することで調整したカチオン性錯体が、より効率の良い立体選択性を発現することも同時に明らかになった。以上の検討により大幅な不斉収率の向上を達成できたが、まだ化学収率に課題が残っている。そこで次年度は、さらなる不斉収率向上に加え、生成物の収率を向上させることをめざす。また、今年度は、別のタイプのアルケン基質の二官能基化を伴うトリフルオロメチル化反応についても初期的検討を行った。新規配位子の設計および合成開発によって、不斉収率を向上させることに成功したため。

その結果、構造の異なる基質を用いて反応を行った場合に、これまでは良い結果を与えなかった配位子が効率よく立体選択性を発現することが明らかとなった。すなわち、本研究課題で新規に合成された配位子群から基質の構造に応じて適切に組み合わせて用いることで良好な立体選択性を得ることが可能となった。本結果は、立体選択制の発現機構に関して知見を与えるものであり、より優れた触媒の設計に重要である。加えて、基質上の保護基を変えることで副生成物の生成を防ぎ、目的生成物を高選択的に得ることにも成功した。原料の転化率には未だ改善の余地が残されているが、本研究によって触媒および添加剤による反応の精密制御によって良好な立体化学および生成物の選択性で目的のトリフルオロメチル化生成物を得ることができた。本年度新たに得られた化合物は、従来法では合成するのが未だ容易ではない重要骨格を有している。このため、医薬品や農薬などの合成における有用な中間体として期待できる。アルケンの二官能基化を伴うトリフルオロメチル化反応において僅かながら不斉誘起がみられた事から、まずは当該反応に的を絞って研究を推進する予定である。特に、目的生成物の収率および選択性に改善の余地が残されており、これまでに開発した配位子を用いて溶媒、反応温度および添加剤といった反応条件の精査を行うことでより効率の良い反応の開発を行う。29年度が最終年度であるため、記入しない。
金属ナノ粒子がもたらす有機太陽電池の電力変換効率と耐久性の向上に関する研究

有機太陽電池は、シリコン太陽電池に比べ、電力変換効率や光照射耐久性が低い課題がある。現在は、10%を超える高い変換効率をもつ、高分子バルクヘテロ型やペロブスカイト型の有機太陽電池が報告されているが、励起子の拡散長の制約から、有機層膜を厚くできない。この解決のために、ナノメートル・オーダーの貴金属微粒子を有機層に分散させ、プラズモン効果により、キャリア生成を促す方法が提案されている。一方、光照射耐久性に対しては、紫外光成分をカットしたり、アノードとしてのインジウムスズ酸化物(ITO)電極上に、薄膜金属層を蒸着する方法などが提案されている。薄膜金属層の導入は、製造プロセス上簡便であり、表面拡散による凝集効果で、島状金属微粒子が生成される。これが、プラズモン効果により変換効率を改善する報告は多数あるが、この微粒子の大きさ、面密度に対する体系的なデータは不十分である。また、以上の報告は、高分子型の有機太陽電池を対象にしているものが多く、その有機層膜厚の制御が曖昧である。本研究では、古典的な構造ではあるが、厳密な有機材料の純度と膜厚の制御が可能な、低分子型有機太陽電池を対象にした。ITO電極上、あるいは、ITO電極上に有機緩衝層を成膜した上に、薄膜金属層を導入し、これを、加熱温度と加熱時間を制御しながら、微粒子の大きさと面密度を調整した。これがもたらす電力変換効率や光照射耐久性に対する、体系的なデータを取得した。ITO電極上に銅フタロシアニン(20nm)/フラーレン(40nm)/バソクプロイン(10nm)/銀(100nm)を、順に真空蒸着法で成膜して有機太陽電池を作成した。ITO電極上に3nmのペンタセン有機緩衝層と0.3nmの薄膜金層を蒸着した場合、50°C100°Cで30分間加熱処理すると最適な条件を示し、ペンタセンのみの場合と比べて、約42%の耐久性向上を確認した。ITO電極上、あるいは、ITO電極上に有機緩衝層を成膜した上に、薄膜金属層を導入し、これを、加熱温度と加熱時間を制御しながら、微粒子の大きさと面密度を調整し、これがもたらす電力変換効率や光照射耐久性に対する、体系的なデータを取得した。この一連の実験により、約42%の高い光照射耐久性の向上は確認した。しかし、島状金属微粒子によるプラズモン効果から期待できる、電力変換効率の向上の、明確な確認はとれていない。一連の実験は、順調に進められているものの、薄膜金属層の構造を、さらに最適化し、検討を深めていく必要があるため。有機太陽電池の電流電圧特性(J-V特性)の初期性能と光照射劣化特性を、変換効率を形作る短絡電流密度(Jsc)、開放端電圧(Voc)、曲線因子(FF)、さらに、これら個々のパラメータを構成する微細な要因に分解して、丁寧に、島状金属微粒子がもたらす物理的なメカニズムと効果を調べていく。特に、加熱温度と加熱時間に対する、変換効率、耐久性、及び歩留まりのデータの二次元等高線図を作成し、最適な条件を絞り込んでいく。ITO電極上またはペンタセン上の薄膜金属の、走査型電子顕微鏡(SEM)像、原子間力顕微鏡像、分光特性、及びX線回折などの結晶や表面の分析を進め、金属微粒子の凝集効果を、詳細に調べていく。

ITO電極上、あるいは、ITO電極上に有機緩衝層を成膜した上に、薄膜金属層を導入し、これを、加熱温度と加熱時間を制御しながら、微粒子の大きさと面密度を調整し、これがもたらす電力変換効率や光照射耐久性に対する、体系的なデータを取得した。この一連の実験により、約42%の高い光照射耐久性の向上は確認した。しかし、島状金属微粒子によるプラズモン効果から期待できる、電力変換効率の向上の、明確な確認はとれていない。一連の実験は、順調に進められているものの、薄膜金属層の構造を、さらに最適化し、検討を深めていく必要があるため。有機太陽電池の電流電圧特性(J-V特性)の初期性能と光照射劣化特性を、変換効率を形作る短絡電流密度(Jsc)、開放端電圧(Voc)、曲線因子(FF)、さらに、これら個々のパラメータを構成する微細な要因に分解して、丁寧に、島状金属微粒子がもたらす物理的なメカニズムと効果を調べていく。特に、加熱温度と加熱時間に対する、変換効率、耐久性、及び歩留まりのデータの二次元等高線図を作成し、最適な条件を絞り込んでいく。ITO電極上またはペンタセン上の薄膜金属の、走査型電子顕微鏡(SEM)像、原子間力顕微鏡像、分光特性、及びX線回折などの結晶や表面の分析を進め、金属微粒子の凝集効果を、詳細に調べていく。当初、電磁界数値シミュレーションのソフトウェアのレンタル更新費を予定していたが、これを実施しないことにしたため、次年度使用額が生じた。この次年度使用額は、有機太陽電池の実験を行うための、材料や設備などの費用に充当し、実験的な研究の推進を図っていく。
前胸腺刺激ホルモン細胞の神経活動による昆虫発生タイミング制御機構の解明

昆虫の幼虫は各齢において十分なサイズに達してから次の齢へと脱皮・変態し,栄養不足などにより成長が遅れた場合には脱皮のタイミングも遅延する。しかし,発生のタイミングが内外の環境によって適応的に制御される機構の全貌は未だに不明のままである。本研究は,昆虫の発生タイミングが個体の内外の環境に対して適応的に制御される仕組みを,PTTH細胞の生理特性の変化に着目して解き明かすことを目的としている。初年度はPTTH細胞の神経活動を制御するシグナル因子の解析を行った。これまでに実施済のシングルセルRNA-SeqによるPTTH細胞選択的に発現する遺伝子のスクリーニング結果より,Gタンパク質共役型受容体に着目すると,PTTH細胞にはPDF(Pigment-Dispersing Factor)受容体が高発現していることを見出した。これまでのCaイメージングによる神経活動解析から,PTTH細胞は朝,活発に活動し,夕方には活動が低下するといった概日制御があることを見出していていたことや,PDFは朝を知らせるシグナル因子であることがショウジョウバエを用いた研究で明らかとなっていたことから,PTTH細胞の活動性をPDFが概日制御すると仮説を立て,更なる解析を行った。CaイメージングによってPTTH細胞をPDFペプチドで刺激した際の応答を解析したところ,PDFペプチドはPTTH細胞の神経活動を誘発することを見出した。また,抗PDF抗体を用いた免疫組織化学により,PDF発現神経はPTTH神経の線維がある脳領域に神経線維を伸ばしており,両者の間に神経接続がある可能性が認められた。さらに上記の仮説を検証する目的で,現在,PDFおよびPDF受容体のノックアウト系統をCRISPR/Cas9によって作出している。今後,これらのノックアウト系統を用いることで,PTTH細胞の神経活動への影響を検討する予定である。本研究の最大目標であるPTTH細胞の神経活動を制御するシグナル系としてPDFを候補として同定することができた。さらにCaイメージングや免疫組織化学によって,PDF経路がPTTH細胞の神経活動を概日制御するシグナルである可能性を支持する結果が得られた。これらの結果をもとにPDFシグナル経路のノックアウトによって仮説の検証をさらに進めている。以上の点から、順調に進捗していると判断した。まず現在PTTH細胞の刺激に用いているPDFペプチドの濃度が1マイクロMと比較的高濃度であるので,様々な濃度でPTTH細胞の応答性を検討し,dose-response関係からEC50となる濃度を検討する。これによってPDFが神経伝達物質的に作用しているのか,それともホルモン様に作用しているのかということを明らかにする。次にPDFおよびPDF受容体のノックアウト系統を作出しているので,これらの系統において発生タイミングやPTTH細胞の神経活動にどのような影響があるか調べ,PDFシグナルが発生タイミングの制御に与える影響を検討する。光及び化学遺伝学的手法(チャネルロドプシンやDREADD)によってPTTH細胞の神経活動を任意のタイミングで制御することが出来る系統を作出したので,幼虫の様々な時期にPTTH細胞の神経活動を活性化や抑制し,血中エクジソン濃度や発生タイミングに与える影響を調べる。また,絶食や栄養素制限食などによる栄養状態の操作と組み合わせ,適応的な脱皮タイミング制御に及ぼす影響を明らかにする。

これによってPDFが神経伝達物質的に作用しているのか,それともホルモン様に作用しているのかということを明らかにする。次にPDFおよびPDF受容体のノックアウト系統を作出しているので,これらの系統において発生タイミングやPTTH細胞の神経活動にどのような影響があるか調べ,PDFシグナルが発生タイミングの制御に与える影響を検討する。光及び化学遺伝学的手法(チャネルロドプシンやDREADD)によってPTTH細胞の神経活動を任意のタイミングで制御することが出来る系統を作出したので,幼虫の様々な時期にPTTH細胞の神経活動を活性化や抑制し,血中エクジソン濃度や発生タイミングに与える影響を調べる。また,絶食や栄養素制限食などによる栄養状態の操作と組み合わせ,適応的な脱皮タイミング制御に及ぼす影響を明らかにする。カイコの飼育に必要な餌やジェノタイピングに用いる試薬を節約するなどした結果,少額の次年度使用が発生した。これは餌や試薬の購入タイミングによるものであり,今年度の予算と合わせて計画通り使用する予定である。
神経活動による眼球運動の予測-自然刺激を用いた探索課題による検討-

平成19年度は、主に脳の複数領域から記録された神経活動のデータを比較することによって,神経活動による眼球運動方向の予測が脳の領域毎にどのように異なるかを検討した。具体的には,眼球運動が必要な行動課題を行っているサルの視床背内側核から記録された複数の神経活動から算出したポピュレーションベクトルの時間変化を,同様の課題を行っているサルの前頭連合野背外側部から記録された複数の神経活動から算出したポピュレーションベクトルの時間変化と比較した。両領域とも,視覚刺激が提示された方向と眼球運動の方向が同じ課題条件では,視覚刺激の提示と眼球運動の開始までの間の待ち時間(遅延期間)にポピュレーションベクトルの方向は視覚刺激および眼球運動の方向を表現し続け,視覚刺激と眼球運動の方向が異なる課題条件では,遅延期間に視覚刺激の方向から眼球運動の方向へとポピュレーションベクトルの方向が変化した。しかし,ポピュレーションベクトル方向が変化し始めるタイミングは前頭連合野背外側部に比べて,視床背内側核の方が早いことが明らかになった。以上の結果から,前頭連合野背外側部よりも視床背内側核の方が,視覚情報から運動情報への変換が早く始まっているとことが示唆される。また視床背内側核,前頭連合野背外側部ともに,ポピュレーションベクトルの時間変化を調べることにより,実際に行う眼球運動の方向を予測できるが,視床背内側核の方がより早い段階で予測できる可能性が示された。本研究では神経活動から実際に行う眼球運動の方向を予測すること、動物から長期間安定して神経活動を記録できる技術を確立することを目指す。平成18年度は電気生理学実験に必要な機器を購入し、神経活動を記録するための実験環境の整備を行った。また、複数の神経活動から眼球運動の方向を予測するために必要なプログラムの作成を行い、眼球運動が必要な行動課題を行っているサルの視床背内側核から記録した153個の神経活動を解析することにより、神経活動による眼球運動方向の予測を試みた。まず視覚刺激提示時の神経活動から、個々の神経細胞の好みの方向をベクトル表示し、それを加算したポピュレーションベクトルを作成した。その結果ポピュレーションベクトルの方向は正しく視覚刺激の方向を表現した。次に、眼球運動を行っている時の神経活動から、同様にポピュレーションベクトルを作成したところ、ベクトルの方向は正しく眼球運動の方向を表現した。そこで眼球運動を行う前に、眼球運動の方向を神経活動から予測することができるかを調べるために、視覚刺激の提示と眼球運動の開始までの間の待ち時間(遅延期間)にポピュレーションベクトルがどのように変化しているかを検討した。その結果、ベクトルの方向は、視覚刺激が提示された方向と眼球運動の方向が同じ条件では遅延期間にも視覚刺激および眼球運動の方向を表現し続け、視覚刺激と眼球運動の方向が異なる条件では、遅延期間に視覚刺激の方向から眼球運動の方向へとベクトルの方向が変化した。視床背内側核の複数の神経活動から計算されたポピュレーションベクトルの時間変化を調べることにより、実際に行う眼球運動の方向を予測できることが明らかになった。
連続繊維シート貼付けコンクリートの非破壊試験による診断法に関する研究

(1)材齢約50日の嫌では、塩水散布による腐食促進環境下での連続繊維シートによる環境遮断効果は確認できなかった。RC巻立て補強では、補強部コンクリートによる環境遮断効果が現れ始めている。(2)電食による腐食促進の場合、FRP層は腐食ひび割れを抑制する効果があるが、コンクリートとFRP層の間に腐食生成物が蓄積し付着劣化の生じる可能性がある。この腐食状況が自然腐食のものと一致するかは今後の検討が必要である。(3)無補強供試体では、約8%の重量減少率の鉄筋腐食による静的曲げ耐力と部材剛性の低下はみられなかった。連続繊維シート補強部材では、同程度の鉄筋腐食による部材剛性の低下はみられなかった。また、せん断補強筋の腐食に伴いせん断耐力が低下したことにより、引張主鉄筋の腐食による曲げ耐力の低下は把握できなかった。(4)連続繊維シート補強部材におけるせん断補強筋の腐食および軸方向主鉄筋の腐食に伴う側面ひび割れは、せん断耐力を低下させるとともに、シートヘの応力伝達を阻害し、シートの軸方向応力分布を変化させる。1)超音波パルス伝播速度は、FRP層表層への適用が可能である。対称法を用いた場合、FRP層の材料の違いが伝播速度の差に現れる傾向がある。表面法では、FRP層は伝播速度を低下させる傾向がある。なお、90サイクルまでの凍結融解繰返し作用による劣化は判別できなかった。2)表面法による超音波パルス伝播速度は、その低下による曲げひび割れの発生の検知に優れている。最も顕著にひび割れの影響が現れるのは中心間距離100mmだが、ひび割れを判別可能な伝播速度の低下を約20%の低下と考えると、中心間距離が200mmなら十分判別可能であり、中心間距離100mm・200mmによる表面法が適しているといえよう。3)共鳴振動法による相対動弾性係数は、特にたわみ振動を与えた場合、FRP層の材料の違いを検知しやすい。4)超音波パルス伝播速度と相対動弾性係数に特に低下は認められない場合でも、引張型付着試験や曲げ試験で付着強度や曲げひび割れ発生荷重などに有意な低下が確認された。これらの非破壊試験結果に変化が見られない場合でも、コンクリートやFRP層の劣化が進行している可能性があることを考慮しなければならない。伝播速度と相対動弾性係数のそれぞれに検出可能・不可能な現象があり、また適用精度にも限界があるため、連続繊維シートで補強したコンクリートの維持管理には数種の検査を併せて行うことが望ましい。5)引張型付着試験は、90サイクルまでの凍結融解繰返し作用によるコンクリートの劣化を判別した。柔軟タイプの樹脂を用いた場合は、膨張拘束力が弱いため劣化が顕著であったと考えられる。
Wilson病遺伝子産物(ATP7B)の細胞内局在とその点突然変異の影響

銅は生体に必須の微量元素であるが、過剰に存在すれば細胞を障害する。生体からの唯一の銅排泄経路は肝細胞から胆汁中へ銅排泄であり、この異常が銅が体内へ蓄積する遺伝性疾患であるウィルソン病(WD)の病因である。しかし、この排泄機構の詳細は明らかにされてはいない。我々はWDの原因遺伝子産物で膜に存在する銅ポンプと考えられているATP7Bとgreenfluorescentprotein(GFP)のキメラ蛋白(GFP-ATP7B)を培養細胞に遺伝子発現させ、細胞内小器官に特異的な蛋白を間接蛍光抗体法で染色することによりその局在を共焦点レーザー顕微鏡で検討した。また、WD患者で報告されている変異ATP7B(H1069Q、N1270S)の局在も同様の方法で観察した。GFP-ATP7Bは核周囲に斑点状に存在した。細胞内小器官との関連ではGFP-ATP7Bは後期エンドゾームの蛋白と共在したが、ゴルジ装置やライソゾームの蛋白とは共在しなかった。培養液中の銅濃度を変化させるために培養液に銅もしくは銅キレート剤を添加してもGFP-ATP7Bは核周囲に存在し、後期エンドゾームの蛋白と共在した。以上よりATP7Bは肝細胞後期エンドゾームに存在し細胞質の銅をその内腔に取り込むと考えられた。GFP-N1270Sは後期エンドゾームに存在するが、GFP-H1069Qは細胞内でプロテアゾームにより分解された。この事よりH1069Qは正常なfoldingが不能で小胞体蛋白質品質管理機構により分解されると考えられた。以上よりATP7Bは肝細胞の後期エンドゾームに存在し銅を細胞質から取り込み、その後ライソゾームを関して銅を胆汁中へ排泄させると考えられた。またWD変異蛋白はその銅ポンプとしての活性の有無の違いのみならず、その局在にも違いがみられ、そのような蛋白としての性質の違いが本疾患の臨床症状の多様性に関与していると考えられた。ウイルソン病では肝細胞から胆汁中への銅の排泄障害により体内に銅が過剰に沈着する。近年ウイルソン病遺伝子が同定されその遺伝子産物、ATP7Bが銅トランスポーターと考えられるようになったが、その正確な細胞内局在は明らかではない。我々は培養肝癌細胞(Huh7)にgreenfluorescent protein(GFP)cDNAを結合させたヒトの全長ATP7B cDNAを遺伝子導入することによりGFP-ATP7Bキメラ蛋白を発現させ細胞内のATP7Bの局在を検討した。さらにウイルソン病患者に認められる2種のミスセンス変異(H1069Q、N1270S)cDNAをsitedirected mutagenesisにより作製しGFP cDNAと結合させ細胞に遺伝子導入しその局在を検討した。細胞内小器官は各小器官に特異的に存在する蛋白に対する抗体で蛍光抗体法により染色した。異常蛋白の小胞体蛋白質品質管理機構によるproteasomeでの分解の関与を調べるためにproteasome阻害剤のlactacystin、ALLNを使用した。また電子顕微鏡にて遺伝子導入した細胞の超微形態を観察した。GFP-ATP7Bは核周囲に存在し、後期エンドゾームマーカーと共在するが、ゴルジ装置、ライソゾーム、形質膜のマーカーとは共在しなかった。GFP-N1270SはGFP-ATP7Bと同様の分布を示した。GFP-H1069Q発現細胞では細胞全体にGFPの蛍光が観察され、この蛍光は抗ATP7B抗体に認識されずキメラ蛋白の分解産物と考えられた。

また一部の細胞では細胞質に凝集体が観察され、凝集体の形成はproteasome阻害剤により著明となった。以上よりATP7Bは肝細胞の後期エンドゾームに存在し、細胞質より銅を内腔へ取り込み、ライソゾームを介して銅を胆汁中へ排泄すると考えられた。H1069Qは後期エンドゾームにsortingされず小胞体蛋白質品質管理機構により分解されると考えられた。銅は生体に必須の微量元素であるが、過剰に存在すれば細胞を障害する。生体からの唯一の銅排泄経路は肝細胞から胆汁中へ銅排泄であり、この異常が銅が体内へ蓄積する遺伝性疾患であるウイルソン病(WD)の病因である。しかし、この排泄機構の詳細は明らかにされてはいない。我々はWDの原因遺伝子産物で膜に存在する銅ポンプと考えられているATP7Bとgreenfluorescentprotein(GFP)のキメラ蛋白(GFP-ATP7B)を培養細胞に遺伝子発現させ、細胞内小器官に特異的な蛋白を間接蛍光抗体法で染色することによりその局在を共焦点レーザー顕微鏡で検討した。また、WD患者で報告されている変異ATP7B (H1069Q、N1270S)の局在も同様の方法で観察した。GFP-ATP7Bは核周囲に斑点状に存在した。細胞内小器官との関連ではGFP-ATP7Bは後期エンドゾームの蛋白と共在したが、ゴルジ装置やライソゾームの蛋白とは共在しなかった。培養液中の銅濃度を変化させるために培養液に銅もしくは銅キレート剤を添加してもGFP-ATP7Bは核周囲に存在し、後期エンドゾームの蛋白と共在した。以上よりATP7Bは肝細胞後期エンドゾームに存在し細胞質の銅をその内腔に取り込むと考えられた。GFP-N1270Sは後期エンドゾームに存在するが、GFP-H1069Qは細胞内でプロテアゾームにより分解された。この事よりH1069Qは正常なfoldingが不能で小胞体蛋白質品質管理機構により分解されると考えられた。以上よりATP7Bは肝細胞の後期エンドゾームに存在し銅を細胞質から取り込み、その後ライソゾームを関して銅を胆汁中へ排泄させると考えられた。またWD変異蛋白はその銅ポンプとしての活性の有無の違いのみならず、その局在にも違いがみられ、そのような蛋白としての性質の違いが本疾患の臨床症状の多様性に関与していると考えられた。
鼻過敏症の発症における血管内皮細胞由来一酸化窒素(NO)障害の関与-呼気ガス中とヒト鼻粘膜由来血管内皮培養細胞のNO産生能測定-

lwamotoらの方法に準じ、減圧下学発光式NO測定装置、スパイローター、AD変換装置(マックラボ)および小型コンピュータを組み合わせ、呼気ガス中NO時分産生量(V_<NO>)測定システムを作製し、従来の、呼気中濃度による評価に代わり、時分産生量による絶対量評価を用い上下気道中NOガス産生能を検討した。まず喉頭摘出後の無喉頭患者での詳細な検討では、気管口からの呼気中NO産生量は鼻腔の20分の1以下であり、下気道はNOを産生しないか、産生するとしても呼気まで到達できないと思われた。またNO産生が亢進すると報告されている気管支喘息症例では、V_<NO>では正常者と有意差なく、気道閉塞に伴う時分換気量の減少が見かけ上NO濃度を上昇させると思われた。通年性アレルギー性鼻炎症例でもV_<NO>に変化はなく、抗原誘発時にのみ一過性の上昇がみられた。一方、慢性副鼻腔炎および副鼻腔気管支症候群症例ではV_<NO>はあきらかに低下しており、鼻内内視鏡下膜温存手術によって、V_<NO>は回復をしめした。また慢性副鼻腔炎症例で線毛運動機能とV_<NO>はある程度相関した。これらの検討から呼気中NOは気道線毛運動に促進的に作用し、慢性副鼻腔炎や気管支拡張症など線毛運動機能障害を一次的病態とする好中球性気道炎症では、気道中NO濃度の低下が線毛運動機能障害を惹起すると考えられた。これまでのNOS活性の検討からはNO濃度の低下の原因は、NO産生量の減少ではなく、好中球由来の活性酸素によるNOの消去が原因と考えている。該当年度の本研究では気道炎症における活性酸素とNOの関与はアレルギー性炎症ではなく慢性好中球炎症において重要と考えられた。また、ヒト鼻粘膜由来培養血管内皮細胞のNO産生能の検討では、ヒスタミン刺激による還流液中NO濃度の上昇は証明できた。今後はより直接的な検討手段であるNO蛍光色素(DAF2)による光化学的検討を予定している。NO測定装置Sievers 280、信号遅延装置、AVコンバータ-(マックラボ)を介しコンピュータに出力し、既有のスパイログラフィーからの入力を同時測定し、呼気中NO濃度と呼気量からNO時分散生量(V'_<NO>)を同時測定できるようにした。このシステムによって、呼気ガス中のNO産生量を測定した。本年度の検討では、以下の新しい知見が得られた。1)咽頭全摘出後患者における検討では、下気道におけるNO産生量は上気道の1/10程度である、2)慢性副鼻腔炎患者でのNO産生量は正常者の1/2程度である。3)アレルギー性鼻炎患者でのNO産生量は正常者と同程度である、4)アレルギー性鼻炎患者では抗原誘発によってNO産生量が一過性に増加した、5)喫煙者でのNO産生量は非喫煙者に較べ有意に減少していた、6)片側下鼻甲介粘膜切除患者では、切除側でのNO濃度は非切除側の1/10程度に低下した、7)片側Caldwell Luc手術後の患者では、手術側と非手術側のNO濃度に差はなかった。さらに、呼気中NO産生量に大きな影響を及ぼす室内のNOおよびNOX濃度に関しても検討した。現在の時点では、1)NOXに関しては、室内での炊事や喫煙によって、気道粘膜障害をきたすといわれている3ppm(環境基準の100倍)まで容易に上昇すること、2)ディーゼルエンジン搭載車では運転席においてもNOXは著しく増加していること、3)NOは喫煙によって200倍程度まで容易に増加することなどが明らかになった。わが国では室内の窒素酸化物汚染に関する検討がほとんど行われておらず、今回の検討が始めてのものと思われる。平成9年度には、以上の知見を発表し、さらに、呼気中NOに関しては、その産生細胞を明らかにすることと、生理的作用(線毛運動におよぼす作用、下気道拡張作用)を検討したい。また、室内の窒素酸化物汚染に関してはNOX除去装置の効果を検討したい。これらの検討から呼気中NOは気道線毛運動に促進的に作用し、慢性副鼻腔

炎や気管支拡張症など線毛運動機能障害を一次的病態とする好中球性気道炎症では、気道中NO濃度の低下が線毛運動機能障害を惹起すると考えられた。これまでのNOS活性の検討からはNO濃度の低下の原因は、NO産生量の減少ではなく、好中球由来の活性酸素によるNOの消去が原因と考えている。該当年度の本研究では気道炎症における活性酸素とNOの関与はアレルギー性炎症ではなく慢性好中球炎症において重要と考えられた。また、ヒト鼻粘膜由来培養血管内皮細胞のNO産生能の検討では、ヒスタミン刺激による還流液中NO濃度の上昇は証明できた。今後はより直接的な検討手段であるNO蛍光色素(DAF2)による光化学的検討を予定している。
積み降ろし点と掬いとり点及び走行経路の同時最適化によるホイールローダの作業連携

2018度は,1DEMによる土砂の掬い取りシミュレーションと模型ロボットを用いた土砂の掬い取りの実験の比較と評価,2屋外実験をするための移動ロボットのナビゲーションシステムの開発とその評価について取り組んだ.1DEMによる簡単なシミュレーションと模型ロボットの開発と実験環境の整備は2017年度に行っている.2018年度は模型ロボットを用いた土砂の掬い取り実験を行い,土砂の形状変化の測定,そして,ホイールローダのバケットが土砂から受ける反力の測定及び解析を行った.模型実験の際に,少ない量の土砂からバケットが受ける反力を計測するための測定システムを開発することに成功した.当初は走行する車輪のトルクまたはモータの電流値を計測することで,バケットからの反力を測定できると予想していたが,走行中の摩擦などが大きく,微細な反力をその方法では計測ができなかった.模型ロボットを用いたバケットの反力推定ができるようになり,現在,DEMとの比較を行っているところである.2雪上でも走行できるよう市販の電動クローラを改造し,それを屋外用の実験ロボットとした.模型ロボットよりもスケールが大きい移動体で実験することで,スケールファクタに対する開発したシミュレータや技術の有効性を評価できると考える.土砂だけでなく,積雪などについても実験が可能になる.実験のために,屋外で実験をするための移動体の制御システムと位置情報取得システムの構築を行った.移動体の制御ソフトにはROSを元にしたパッケージを利用した.また,RTK-GNSSやレーザーを利用したSLAM,そして,ジャイロやオドメトリを使った内界センサを融合することで移動体の位置情報を取得するシステムを構築した.関連の技術研究として,RTK-GNSSを利用した屋外で簡単に目的経路を移動ロボットに指示する方法を提案し,実機実験によりその手法の有効性を評価した.移動体の位置を取得するためにRTK-GNSSを利用することにした.RTK-GNSSを利用した位置情報取得システムの構築,及び,その精度を評価するための作業に多くの時間を費やしたため.提案した経路計画を評価するために,その他の手法についても調査し,比較検討を行う予定である.本研究の最終目的は,ホイールローダ(図1右上)による土砂の掬い取り・移動・積み降ろしの繰り返し作業の自動化システムの構築である.その中で,土砂山の形状変化に対応しながら,それぞれの作業をどのように適切に連携させるかが課題である.そこで,移動距離を短くするという観点から,作業の進展に伴い変化する最適な複数の掬い取り位置・姿勢と,積み降ろし位置・姿勢を決定し,同時に,その間の複数の最適な移動経路も生成するアルゴリズムを提案する.本年度は,(1)複数の掬い取り点に対応した同じ積み降ろし点の決定と種々の拘束条件を考慮したアルゴリズムの開発,そして,(2)柱状要素モデルを用いた掬い取り後の土砂形状の予測シミュレーションを行った.(1)について:本研究を開始する前に,1つの掬い取り点に対して,移動距離を短くするという観点から最適化された,1つの積み下ろし点とその間の経路を同時に決定するアルゴリズムを提案している.本年度は,複数の掬い取り点に対しても,最適化された1つの積み下ろし点とその間の複数の経路を同時に決定できるアルゴリズムを開発した.これまでと同様に,最大速度や衝突回避などの種々の拘束条件についても考慮することが可能である.(2)について:土砂を構成する粒の一つ一つを,同じパラメータをもつ長方形と仮定し,3次元の全方向に対して,お互いの粒の角度が安息角以下になるまで,積み上げられた上の粒から移動させるシミュレーションを行った.救い取り時のシミュレーションは,バケットが突入した部分の土砂部分が無くなると仮定して,掬い取り時の土砂形状の変化をシミュレーションした.下記の2点については,概ね計画通りに進んでいる.(1)複数の掬い取り点に対応した同じ積み降ろし点の決定と種々の拘束条件を考慮したアルゴリズムの開発(2)柱状要素モデルを用いた掬い取り後の土砂形状の予測シミュレーション上記(2)のシミュレーション形状と実際の土砂形状を比較評価する予定であったが,そのための実験準備は現在行っている.前年度は,土砂の掬い取り後の形状を,柱状要素法により予測した.柱状要素法は単純であるため計算時間が短いという利点があるが,粒子の安息角のみしか考慮していないため,実際の実験結果と異なるケースがあると考える.より,実際の結果をシミュレーションすることを目的に,本年度はDEMを用いた土砂の掬い取り時,及び,掬い取り後のシミュレーションを行った.DEMにおける固体粒子に作用する接触力は,弾性と粘性減衰を足し合わせた,Voigt modelとした.DEMのシミュレータはMatlabを用いて構築した.また,粒子同士の衝突判定の探索を効率化するために,ボックスによる空間分割を適用した.現時点では堆積した土砂の2次元断面のシミュレーションを行っている.また,バケットと土砂の先には壁を想定するプログラムとなっている.このシミュレーションにより,掬った後だけでなく,掬い取り中の土砂の挙動についても,解析が可能になった.DEMを用いた掬い取り時の土砂シミュレーションの結果が妥当であるか,模型と実際の土砂による実験の準備を行った.土砂断面を観察できる透明な枠と観察装置を用意した.また,バケットを制御し,その時の力や移動量を計測するためのシステムを構築した.ミニチュアのホイールローダ模型をロボット化し,遠隔で操作するシステムも構築した.