hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
核内外の遺伝情報発現による種間F1雑種イネの個葉光合成の制御機構

1.昨年度考案した,クロロフィル蛍光とガス代謝(光合成)との同時測定による光化学系・炭酸固定系・光呼吸系の3者の相対バランスの評価法を用い,実際に正逆交雑F_1と両親との間の比較を行った。得られた結果としては,(1)クロロフィル当たりの個葉光合成速度に両F_1系統ともにヘテロシスが認められた。このことは上記3者のバランスが良好であり,総合値としての個葉光合成速度が向上したことを意味していると考えられた。(2)光化学系IIの量子収率はF_1系統において高く,光化学系において獲得,生産される光化学エネルギーが両親に比較して高いことが明らかとなった。(3)光呼吸率(炭酸固定に対する光呼吸の割合)はF_1系統において低く,これが個葉光合成速度を向上させた一要因として考えられた。(4)F_1系統の量子収率が高いのに対して光呼吸率が低い原因としては,単に炭酸固定速度が高いのではなく,その他のエネルギー消費機構により,エネルギーを消費しているためであることが低酸素下(光呼吸抑制条件)の測定結果から示唆された。(5〉正逆F_1間には,今回の検討項目においては明確な差が認められず,核外遺伝情報の影響を明確にするためには更なるアプローチ手法の検討が必要であると考えられた。2.炭酸固定系のキー酵素であるRubiscoの諸形質における正逆F_1系統と両親との差異について検討した。得られた結果としては,(1)可溶性タンパク含量は両親系統ではサティバ種がグラベリマ種よりも高かった。F_1系統においては両親系統よりも総じて低く,さらに正逆間でも母親系統の影響が見られ,サティバを母親にもつF_1系統の方が高かった。(2)可溶性タンパク質当たりのRubiscoタンパク含量比は系統間で違いが見られ,F_1系統において両親系統より有意に高く,F_1のRubiscoタンパク合成能力が高いことが推察された。1.種間F1雑種の乾物生産および個葉光合成の無機栄養利用効率に注目し,低窒素栄養下における適応性ならびに低窒素状態からの回復能力について両親系統との比較を行った.得られた結果としては,(1)種間F1雑種は低窒素下でも乾物生産に超優性的なヘテロシスを示した。これは高い葉面積拡大能力と、窒素当たりの光合成能力が向上することにより葉面積当たりの光合成能力が維持されることの2要因によるものであった。さらにF1雑種を正逆交雑系統間で比較した場合、低栄養条件下での葉への窒素分配および葉面積拡大能力に関して母系の形質の影響がみられた。(サティバ種を母親にもつF1雑種が優れていた。)(2)欠乏状態からの回復能力に関しては、生長解析の結果、個体生長速度(PGR)および相対生長率(RGR)において顕著なヘテロシスが認められた。特にRGRにおいては正逆F1雑種間に差が見られ、分げつ力、葉面積拡大能力に対する施肥反応性に起因しており、これらに母系の形質の影響がみられた。(グラベリマ種を母親にもつF1雑種が優れていた。)2.種間F1雑種の光合成反応における光化学系の能力を評価するためにクロロフィル蛍光消光の測定を改良し、ガス代謝(光合成)測定との同時測定法を考案した。イネを用いた測定には、多くの経験・工夫を要するのでまず手始めにモデル植物として用いてきたマングビーンを用いて、予備的実験を試みた。その結果、ガス代謝速度を光化学系のエネルギー収支の面から捉えることが可能となり、光化学系、炭酸固定系、光呼吸系の3者の相対的なバランスを推定することが可能となった。(2)可溶性タンパク質当たりのRubiscoタンパク
光-熱エネルギー変換・蓄積機能を有する高分子の合成

本研究は、高性能の光-熱エネルギー変換・蓄積機能を有する高分子の合成方法の確立と得られたポリマーの光-熱変換性能の評価を目的としたものであり、研究概要は以下の通りである。(1)機能性モノマーである2{[(3-フェニル-2、5-ノルボルナジエニル)-2-カルボニル]オキシ}エチルビニルエーテルを合成し、このモノマーのカチオン重合や他のモノマーとのカチオン共重合により、側鎖にノルボルナジェン(NBD)残基を有する可溶性ポリマー類を合成し、得られたポリマーの光反応について検討を行なった。(2)光熱変換・蓄積高分子の簡便な合成方法の確立の観点から、ポリグリシジルメタクリラート(PGMA)側鎖のエポキシ基と2、5-NBD-2-カルボン酸およびカルボン酸クロリドとの付加反応により、側鎖にNBD残基を有する種々のポリマーを合成について検討した。さらに、得られたポリマーの光反応についても検討を行った。(3)界面重縮合法による、2、2-NBD-2、3-ジカルボン酸クロリドとジアミン類との反応により主鎖にNBD残基を有する種々のポリアミド類を合成し、得られたポリマーの光反応について検討を行なった。(4)既報の側鎖にNBD残基を持ったポリマーの吸収波長領域は250-420nm程度である。したがって太陽光の有効利用の観点から、さらに広い感光波長領域を有する高感度のNBD残基の開発が必要とである。そこで、新しいタイプのNBD化合物の合成とその高分子化について検討を行なった。3-フェニル-2、5-NBD-2-(4'-ヒドロキシフェニル)ケトン型のNBDを合成し、ポリクロロメチルスチレンとの高分子反応を行なった。その結果、得られたポリマーは高い光反応性を示し、約60秒の光照射でQCの変換される事が判明した。本研究は高性能の光ー熱エネルギ-変換・蓄積機能を有する高分子の合成方法の確立と、得られたポリマ-の光ー熱変換性能の評価を目的としたものである。2ークロロエチルビニルエ-テルとカリウムー3ーフェニルー2,5ーノルボルナジエンー2ーカルボキシラ-トとの反応により、機能性モノマ-:2ー(3ーフェニルー2,5ーノルボルナジエンー2ーカルボニルオキシ)エチルビニルエ-テル(PNVE)を合成した。カチオン重合触媒を用いて、PNVEの単独重合および他のビニルエ-テルとのカチオン共重合により側鎖にノレボルナジエン(NBD)残基を有するポリマ-を合成した。得られたポリマ-の光照射により、ポリマ-側鎖のNBD残基は容易にクワドリシクラン(QC)に変換されることが判明した。さらに光照射(311nm)により生成したポリマ-側鎖のQC残基は、コバルトポリフィリン錯体触媒との接触、加熱(80°C以上)または紫外線の照射(250nm)により再びNBD残基に変換されることが明らかとなった。また光照射により生成するQC残基は1モル当り約20Kcalの熱エネルギ-を蓄積することも明らかとなった。以上の結果から側鎖に3ーフェニルー2,5ーノルボルメジエンー2ーカルボキシレ-ト型のNBD残基を有するポリビニルエ-テルは優れた光熱交換機能を有することが確認された。

さらに、光熱変換機能を有する高分子材料の簡便は合成方法の確立を目的として、ポリグリシジルメタクリラ-トおよびその共重合体側鎖のエポキシ基と3ーフェニルー2,5ーノルボルナジエンー2ーカルボン酸およびその他のNBD化合物との付加反応による側鎖にNBD残基を有するポリマ-の合成についても検討を行った。この結果、反応条件を選択するこてにより、容易にNBD残基を有するポリマ-が得られることが判明した。本研究は、高性能の光ー熱エネルギー変換・蓄積機能を有する高分子の合成方法の確立と、得られたポリマーの光ー熱変換性能の評価を目的としたものである。始めに、ポリグリシジルメタクリラート側鎖のエポキシ基と3-[(フェニル)カルバモイル]-2、5-NBD-2-カルボン酸クロリド類との付加反応により、側鎖に種々のNBD残基を有する可溶性のポリマーを合成した。この反応により得られたポリマー側鎖のNBD残基は320nmの光照射によりQCに変化するが、光照射により生成したQC残基は258nmの光照射により速やかにNBDに逆異性化し、この光反応が繰り返し可能であることも判明した。これまで、側鎖にNBD残基を有するポリマーの合成と光反応について研究を行なってきたが、主鎖にNBD残基を有するポリマー類の合成に関する研究は報告されていなかった。ここでは、界面重縮合法による、2、2-NBD-2、3-ジカルボン酸クロリドとジアミン類との反応により主鎖にNBD残基を有するポリアミド類の合成について検討を行なった。その結果、いずれの反応もよく進行し、主鎖にNBD残基を有する種々のポリアミドが高収率で得られた。さらに、ポリマー主鎖中のNBD残基は優れた光反応性を示すことも判明した。既報の側鎖にNBD残基を持ったポリマーの吸収波長領域は250-420nm程度である。したがって太陽光の有効利用を考えると、さらに広い感光波長領域を有する高感度のNBD残基の開発が必要である。そこで、新しいタイプのNDB化合物の合成とその高分子化について検討を行なった。3-フェニル-2、5-NBD-2-(4'-ヒドロキシフェニル)ケトン型のNBDを合成し、ポリクロロメチルスチレンとの反応を行なった。その結果、得られたポリマーは高い光反応性を示し、約60秒の光照射でQCに変換された。
鉄代謝制御による細胞増殖制御機構とその生理機能の解明

本研究では、細胞内鉄量の増加や減少に起因する細胞増殖異常のメカニズムをより深く掘り下げることによって、細胞増殖の恒常性維持に関わる未知の鉄代謝因子群の同定をめざす。具体的な到達目標としては、(1)細胞内の鉄過剰・欠乏状態を再現可能なシステムを構築する、(2)遺伝学的スクリーニングにより鉄過剰時・鉄欠乏時の細胞増殖に必要な分子群を同定する、(3)同定された新規鉄代謝関連分子の機能を明らかにする。本研究の遂行によって、鉄代謝制御経路が介する新たな細胞増殖制御機構が明らかとなり、癌や神経疾患といった鉄代謝制御の破綻に起因する疾患の克服をめざすような研究の理論的知見が得られることが期待される。
単細胞緑藻によるアスタキサンチン生産と光バイオリアクタ-の開発

単細胞緑藻<Haematococcus>___ー<pluvialis>___ーは増殖末期や窒素源の欠乏など生育環境の悪化にともない、赤色カロチノイドのアスタキサンチンを顕著に蓄積する。アスタキサンチンは、ニジマスやギンザケなどの養殖時の体色改善に色揚げ剤として注目されつつある天然色素である。本微細藻は二酸化炭素を基質に独立栄養生育する場合と同様、酢酸を基質に従属栄養的に増殖する際にも、光照射を必要とする。そこで、本研究では細胞増殖と二次代謝産物としてのカロチノイド生産の向上を、光バイオリアクタ-において開発・実用化するための知見を得ることを目的に、照射する光の強度及び光質(光の波長)、照射時間周期など光に関する基礎的な操作因子について検討を加えた。1.緑藻__H <pluvialix>___ーの増殖およびアスタキサンチン生産の培養条件について、人工気象器と着色フィルタ-を用い、光強度、光質、照射時間周期などの光関連因子ならびに細胞増殖、アスタキサンチン生産について検討した。その結果、連続照射条件のもとでは光強度に応じてアスタキサンチン生成が促進されるが、高い光強度下では、蓄積したカロチノイドの分解が培養後期に進行した。さらに、光質については白色・赤色・緑色に比べ、青色光がアスタキサンチン生成を最も有効に誘起することが明らかになった。種々の光強度下で照射時間周期を変化させた結果、光強度よりむしろ照射する光の総量がカロチノイド合成に強く相関することが判明した。2.目的産物のアスタキサンチンに至るまでのカロチノイド中間体の生成およびアスタキサンチンのジエステル、モノエステル、遊離型の分別定量のための高速液体クロマトグラフィ-分析システムを開発中である。また、アスタキサンチンを含む試料を用いて、従来のカロチノイドのけん化条件を再検討した。
耳から耳へ音空間を伝える収音・再生システムの開発

本研究では,音に関する空間の情報を任意の場所で仮想的に再現するため,ダミーヘッドによる収音で得られる両耳信号を聴取者の両耳信号に変換することで,多数のマイクロホンを必要としない小規模な収音・再生システムの実現を目標とする.従来のマイクロホンアレイで収音する方法は,低域の再現精度を高めるために巨大なアレイを用いる必要がある.一方,ヒトが両耳信号から空間を知覚していることを考えると,収音時に両耳信号を得ることで音空間情報は十分取得可能であると考えられる.方向知覚の手がかりである両耳間レベル差に着目して音空間を方向別に分解し,聴取者の両耳間レベル差に基づく個人化を行うシステムを実装する.本研究では,音に関する空間の情報を任意の場所で仮想的に再現するため,ダミーヘッドによる収音で得られる両耳信号を聴取者の両耳信号に変換することで,多数のマイクロホンを必要としない小規模な収音・再生システムの実現を目標とする.従来のマイクロホンアレイで収音する方法は,低域の再現精度を高めるために巨大なアレイを用いる必要がある.一方,ヒトが両耳信号から空間を知覚していることを考えると,収音時に両耳信号を得ることで音空間情報は十分取得可能であると考えられる.方向知覚の手がかりである両耳間レベル差に着目して音空間を方向別に分解し,聴取者の両耳間レベル差に基づく個人化を行うシステムを実装する.
口腔癌病巣集積型マイクロバブルの開発と治療への応用

本研究は、マイクロバブルを口腔癌の治療に応用するための病巣集積型マイクロバブルを開発し、治療への応用を検討することを目的とする。本研究においては、当初マイクロバブルに血小板膜の性質を組み込むことにより、癌症巣への標的性を与えることことを目指し、血小板膜をマイクロバブル被膜に取り込んだ血小板キメラバブルの作成技術を検討した。まずヒト血液から血小板を抽出し、キメラバブルを作製した。しかし、このキメラバブルの作製過程において、将来の臨床応用を想定した場合のキメラバブルの生物学的活性の維持、血小板の供給源、キメラバブル作製のための費用、時間など様々な問題が明らかとなり、本来の本研究の目的を達成することが困難と思われた。しかしその一方で、本研究を遂行する過程において、マイクロバブルの大きさを直径200mm以下にすることにより、バブルが腫瘍血管から漏出し、腫瘍血管周囲に停滞すること、高周波超音波イメージング装置を用いることにより、雌内を流れる直径200mmの一個一個のノミブルの動きが可視化されること、我々が開発した高効率型超音波分子導入装置を用いることにより、細胞への分子導入高率が飛躍的に向上することなど、本研究の本来の目的の達成を可能にするマイクロバブルの腫瘍組織内での物理学的特性が明らかとなった。本研究においては、当初主眼においていた血小板キメラバブルの開発という構想は達成できなかったが、本研究で行った様々な実験結果からマイクロバブルの極めて有用な物理学的特性が明らかとなり、当初想定した目的よりもより汎用性のあるマイクロバブルによる癌組織への分子導入システムの開発への道が開けた。マイクロバブルは、気泡が超音波照射により破壊される時に生じる衝撃波や液体ジェット等の衝撃圧を利用して、非侵襲的で、免疫原性や細胞毒性もなく、標的組織に遺伝子などの高分子を導入する手段として注目されている。口腔癌の治療で大きな問題となるのは、抗癌剤や放射線治療による重篤な口内炎や皮膚炎の発症である。しかし、血小板が病巣に集積する程の炎症をさらに増悪させない方策があれば、患者の苦痛はかなり緩和され得る。血小板は、血栓形成のみならず炎症においても重要な役割を演じ、血小板機能は、細胞膜上の接着分子などの働きにより、炎症巣に集まることで発揮される。従って、マイクロバブルに血小板膜の性質を組み込むことができれば、炎症巣への標的性を与えることができる。さらに、血小板膜の特性を有するマイクロバブルに、抗炎症作用と腫瘍血管新生阻害や抗腫瘍活性を有する薬剤を封入できれば、抗癌剤や放射線治療による重篤な口内炎や皮膚炎の発症を血小板が集積する段階で抑制し、且つ腫瘍の増殖抑制も期待できる。平成17年度においては、血小板膜をマイクロバブル被膜に取り込んだ血小板キメラバブルの作成技術を検討した。まず、ヒト血液から血小板を抽出し、キメラバブルを作成した。このマイクロバブルは、抗血小板抗体による免疫染色やウエスタンブロットで血小板キメラバブルであることが確認できた。さらに、キメラバブルに治療薬剤を吸着させることを想定し、蛍光タンパクであるGFPを吸着させた血小板キメラバブルを作成した。しかし、このGFPを吸着させた血小板キメラバブルの生物学的活性を検討したところ、血小板の生物学的活性は失われていた。今後、生物学的活性を維持した血小板キメラバブルの作成法の検討が必要である。
含遷移金属活性種研究の新展開～ナノクラスターの高分解能分光を目指して～

ナノクラスターの高分解能分光を目指し、フーリエ変換マイクロ波分光器にレーザーアブレーション装置を作成して組み込んだ。また、マイクロ波信号処理系について大幅な見直しを行うとともに、アブレーションとパルス放電を同時に行うシステムを構築した。まだ多少の改善が必要ではあるが、制作した装置の性能は当初の期待にほぼ沿うものであり、これにより高分解能分光法のナノクラスター研究への拡張に対して一つの目途が立った。本年度は、これまで行ってきた含遷移金属活性種の高分解能分光による研究を、より複雑な系に適用すべく研究を進めたほか、ナノクラスターへの研究拡大を目指し、分光器の高感度化およびレーザーアブレーションの導入を行った。まず、マイクロ波アンテナ周りの形状等を細かく検討した結果、これまでに比べて3倍程度S/Nの改善が見られた。その結果、不安定な短寿命活性種であるCH_2Iラジカル回転スペクトルを初めて検出することができた。またレーザーアブレーション装置のプロトタイプを作成して分光器に組み込んでテストを行い、含遷移金属活性種のひとつであるCuClの回転スペクトルの観測に成功した。しかし、ステッピングモーターの発熱により、長時間の測定ができないという機械的なトラブルが発生したため、現在放熱機構を考慮したシステムに改良中である。また、よりサイズの大きなクラスターの観測のために、現在の分光器の下限周波数である12GHz帯以下の範囲が測定できるように、新しいマイクロ波増幅器を導入した。その結果、分光器の周波数下限を8GHzまで下げることができた。本年度も引き続き、含遷移金属活性種の高分解能分光による研究をより複雑な系に適用すべく研究を進めたほか、ナノクラスターへの研究拡大を目指し、分光器の高感度化およびレーザーアブレーション装置の開発を行った。昨年製作したレーザーアブレーション装置のプロトタイブでは、ステッピングモーターの発熱により、長時間の測定ができないという機械的なトラブルが発生したため、本年度は放熱機構を考慮したシステムを新たに作成した。これを分光器に組み込んでテストを行い、含遷移金属活性種のひとつであるCuClの回転スペクトルを観測したところ、長時間の測定に対しても安定動作することが認められた。さらに、CuClのスペクトル強度自体もこれまでより3倍程度増加して観測することができた。また、本分光器は旧いPC-9801コンピュータにより制御されているために経年劣化によるトラブルが頻発したことから、Windows PCによる制御を目指してシステムの大幅な改造にも着手した。手始めとして、今回製作したアブレーション装置をWindows PCから制御するシステムを製作し、安定動作することを確認した。昨年までのレーザーアブレーション装置の更なる高感度化を進め、最終的にテスト分子CuClのスペクトル強度を当初より2桁改善することに成功した。これは、測定時間を当初の1/10000程度に短縮できることを意味する。また、レーザーアブレーションとパルス放電を同時に行えるシステムを構築した。現在、上記のCuClのほかより複雑な構造を様々な活性種を使って最終的な調整を進めており、ノズルや放電電極の材質や形状、および最適実験条件等に関する基礎データの蓄積を行っている。本年度までの開発により、FTMW分光器を中心としたシステムがほぼ完成した。まだ多少の改善が必要な点があるものの、現在までに得られた性能はほぼ当初の期待に沿うものであり、これにより高分解能分光法のマイクロクラスター研究への拡張に対して一つの目途が立った。
COPD合併肺癌発症機序解明のための癌幹細胞およびDriver geneの探索

扁平上皮癌は遺伝子変異の多型が多く、そのためPD-L1の発現が高いと報告されている。我々はCOPDでの発生頻度が高い扁平上皮癌と様々な癌関連遺伝子との関係を調査した。肺扁平上皮癌50例に対して手術摘出標本の免疫染色(p65,PTEN, p16, PI3K, FGFR1)を行った。その結果、COPD合併肺扁平上皮癌例(25例)はCOPD非合併例(25例)と比較し、PTENおよびFGFR1の発現頻度が高い傾向を示した。また現在PD-L1の免疫染色を追加し、その関係をさらに検討している。1)肺癌発症因子として重要な疾患に慢性閉塞性肺疾患(COPD)および間質性肺炎(IP)が挙げられる。我々は、COPDからの肺癌機序の解明とCOPD合併肺癌患者の臨床的特徴および術後長期予後・予後因子を解析した。その結果、COPDからの発癌においては、慢性炎症下での組織修復機転にかかわる様々な遺伝子および因子が関与していることが分かった。炎症下での組織修復に気管支肺胞幹細胞(BASC: bronchioalveolar stem cells)が関与しており、その修復過程で突然変異、異常な細胞増殖、アポトーシスの抑制、免疫抑制因子の放出などが起こっていた。また、様々なSignaltransducer(NF-kBやSTAT3)が発癌に関与していた。COPD肺癌の特徴は、軽症COPDでは腺癌が多いのに対し、中等度以上のCOPDでは扁平上皮癌が多く見られた。分子標的薬が有効とされるEGFR mutationはほとんど検出されず、進行スピードの速い癌が多く認められた。このような高悪性度の癌はCOPDの重症化に伴い、より高い頻度で認められた。そのため、長期予後もCOPDの重症化に伴い低下していることが分かった。2) 2008年1月から2012年12月の間に八千代医療センター呼吸器外科に入院し、肺癌手術を受けた患者のうち、研究目的で検体を保管した肺扁平上皮癌の患者対象とした。手術検体の免疫染色によるDriver gene発現測定(Nf-κB,FGFR1, PIK3CA, PTEN, CDKN2A/p16)と肺機能および胸部CTでの肺気腫の程度との相関を見た。〔結果〕63名の患者に対して免疫染色を施行した。現在上記免疫染色を終了し、肺機能および肺気腫の重症度との相関を調査中である。〔考察〕現段階ではまだはっきりとしないが、重症COPDほどSCC driver gene発現が高まっているのではないかと期待している。背景:肺気腫合併肺線維症(combined pulmonary fibrosis and emphysema: CPFE)は上葉優位の気腫性変化と下葉優位の線維化が混在する病態である。肺癌患者の8.9%に認められ長期予後も不良である。我々は肺癌手術症例におけるCPFE合併肺癌の臨床的解析を行った。方法:2008年から2012年までに肺癌手術を施行した250例に対してretrospectiveに画像的評価を行い、肺気腫合併肺線維症(CPFE群, 11例)、肺気腫のみの症例(emphysema群, 108例)、間質影のみの群(IP群, 7例)、それ以外の群(normal群, 124例)の4群に分別し、CPFE症例の臨床的特徴、予後に関して比較検討をおこなった。結果:CPFE群ではすべて男性有喫煙歴で組織型は扁平上皮癌の割合が多く、呼吸機能検査においては、努力肺活量(FVC)や一秒量(FEV1)、一秒率(FEV1%)においては他の群と有意差を認めなかった。予後に関しては4群において有意差を認め(p=0.0016)、CPFE群は最も予後不良であり、多変量解析において単独のリスク因子となった。stageIの肺癌症例におけるemphysema群との比較においてもCPFE群は有意に予後不良(p<0.0001)であり、死因として呼吸不全の割合がCPFEで有意に多かった(p=0.0008)。結論:CPFEは呼吸機能検査では正常値を示す事も多いが、予後に関しては肺気腫のみの症例よりも悪く、さらに癌死よりも呼吸不全で死亡する割合が高い傾向があり、術式の選択や周術期および長期管理に注意する必要があると考えられた。肺扁平上皮癌50例に対して手術摘出標本の免疫染色(p65、PTEN、p16、PI3K、FGFR1)を行った。その結果、COPD合併肺扁平上皮癌症例(25例)はCOPD非合併例(25例)と比べ、PTENおよびFGFR1の発現頻度が高い傾向を示していた。現在さらなる免疫染色を行い、呼吸機能や背景因子との関連について調査を進めていく予定にしている。免疫染色を依頼する技師不足が最大の理由と考えています。(1)背景:肺気腫合併肺線維症(combined pulmonary fibrosis and emphysema: CPFE)は上葉優位の気腫性変化と下葉優位の線維化が混在する病態である。

方法:2008年から2012年までに肺癌手術を施行した250例に対してretrospectiveに画像的評価を行い、肺気腫合併肺線維症(CPFE群, 11例)、肺気腫のみの症例(emphysema群, 108例)、間質影のみの群(IP群, 7例)、それ以外の群(normal群, 124例)の4群に分別し、CPFE症例の臨床的特徴、予後に関して比較検討をおこなった。結果:CPFE群ではすべて男性有喫煙歴で組織型は扁平上皮癌の割合が多く、呼吸機能検査においては、努力肺活量(FVC)や一秒量(FEV1)、一秒率(FEV1%)においては他の群と有意差を認めなかった。予後に関しては4群において有意差を認め(p=0.0016)、CPFE群は最も予後不良であり、多変量解析において単独のリスク因子となった。stageIの肺癌症例におけるemphysema群との比較においてもCPFE群は有意に予後不良(p<0.0001)であり、死因として呼吸不全の割合がCPFEで有意に多かった(p=0.0008)。結論:CPFEは呼吸機能検査では正常値を示す事も多いが、予後に関しては肺気腫のみの症例よりも悪く、さらに癌死よりも呼吸不全で死亡する割合が高い傾向があり、術式の選択や周術期および長期管理に注意する必要があると考えられた。(2)扁平上皮癌は遺伝子変異の多型が多く、そのためPD-L1の発現が高いと報告されている。実際PD-1阻害薬であるオプジーボは非扁平上皮癌と比較し、扁平上皮癌でその効果が高いと報告されている。今年度は、PD-L1の発現とCOPD,IPとの関連を免疫染色を用いて検討しているところである。その結果は、次年度に明らかとされる予定である。扁平上皮癌は遺伝子変異の多型が多く、そのためPD-L1の発現が高いと報告されている。我々はCOPDでの発生頻度が高い扁平上皮癌と様々な癌関連遺伝子との関係を調査した。肺扁平上皮癌50例に対して手術摘出標本の免疫染色(p65,PTEN, p16, PI3K, FGFR1)を行った。その結果、COPD合併肺扁平上皮癌例(25例)はCOPD非合併例(25例)と比較し、PTENおよびFGFR1の発現頻度が高い傾向を示した。また現在PD-L1の免疫染色を追加し、その関係をさらに検討している。目標症例数は100例であり、その半数以上の免疫染色を終え、各関連Driver geneの染色陽性率を測定することができた。最終年度に当たり、追加実験によりまとめる予定にしています。肺癌肺扁平上皮癌患者はCOPDを合併している症例が圧倒的に多い。さらに症例数を増やすと同時に、画像上の肺気腫・肺機能上のCOPDとの関連を探るための臨床データ収集を今後行っていく予定にしている。研究の進捗が若干予定より遅れたため、研究費の一部を翌年度に回しました。COPD合併肺癌におけるDriver gene研究、特に抗体の免疫染色と臨床データの照合を行う予定です。症例の追加と追加免疫染色を行う予定としています。免疫染色のための抗体の追加購入と臨床データの解析のための機器購入を予定しております。海外発表も2件予定しております。
作用素の順序構造と作用素ノルムに関する研究

作用素、特に行列の空間では、作用素の正定値性から入る順序構造が基本となるが、他にも完全正値性から入る順序構造やマジョリゼ-ション関係から入る順序構造などがあり、作用素論・作用素代数論で重要な役割を演じている。また、これらの順序構造と関連して作用素および行列に対するいくつものノルムが考えられている。本研究は、作用素の順序構造と代数構造に立脚して、作用素および作用素空間上の線形写像の各種のノルムの性質を解明することを目的する。以下に本研究で得られた主要な成果を述べる。1.工学などのいろいろな分野に現れる非線形な方程式の一つにRiccati方程式がある。安藤は、Bunce等と特に応用上重要な行列を係数とするRiccati方程式の解の表示を、今まで知られていたものとは別の変分型パラメ-タ-を使った形で行なった。2.順序構造やノルムの不等式を扱うときに、いろいろなスカラ-の不等式が重要でありかつ必要である。安藤は中村等と、Sierpinskiの不等式およびKy Fanの不等式について新たな考察を試みた。3.正値作用素の順序関係は、ある種の操作を施しても保たれることが多い。特に、順序の付いた正値作用素の組に対していろいろな平均を考えたときに、これらの間には一定の規準で順序が付くものと予想される。安藤は久保とともに、対称関数から決まる平均操作について、これらの間の順序関係を確立した。4.作用素スペクトルの研究は、作用素論において基本的な役割を果たしている。日合・中村はvon Neumann代数の枠組みで作用素のスペクトルの間のマジョリゼ-ションの関係を研究し、ユニタリ不変ノルムの下でのユニタリ軌道間の距離およびユリタリ軌道の凸包への距離などをスペクトル配列を用いて表示する公式を求めた。
パルミチン酸誘導体の大腸がん治療の臨床試験への新展開

転写因子抑制薬の弱点(腫瘍選択性、副作用発現)を克服した大腸がん治療薬を独自に開発した。初期リードに天然物を利用することで腫瘍選択性の高い(低毒性の)新しい抗がん物質の発見につながった。蜂産品に含まれる中鎖脂肪酸であるデセン酸(炭素数10)を初期リードとして、構造活性相関解析により炭素鎖と側鎖構造を最適化することで抗がん効果発現のファルマコフォアを突き止めた。最終的に、増殖抑制効果と腫瘍特異性に優れた新規抗がん薬palmitoyl piperidinopiperidine(PPI)の成果となった(特許第5597427, 2014)。インシリコ解析、転写活性解析、タンパク発現解析、鶏卵漿尿膜法、細胞増殖アッセイなどによりPPIは転写因子STAT3を標的として転写活性抑制、STAT3リン酸化抑制、細胞周期停止、アポトーシス誘導、血管新生抑制などの抗がん効果を発揮することがわかった。マウス皮下移植腫瘍モデルおよびラット大腸前がん病変モデルによりPPIは腫瘍縮小効果と発がんプロモーション抑制効果を持つことを明らかにした。機序として、移植腫瘍における血管新生抑制とアポトーシス誘導、サイズの大きい前がん病変(大腸粘膜異常陰窩巣, aberrant crypt foci(ACF))の発生を有意に抑制することを見出した。ファルマコフォアの情報にもとづきpiperidineの求核性を増加させることで、より腫瘍特異性に優れた次世代のリード化合物(化合物DPHおよびDPHE,特願070424,審査請求中)を新たに発見することに成功した。インシリコ解析(Discovery Studio 2017R2)でDPHおよびDPHEはPPIに比べてSTAT3のSH2ドメインへの親和性が高いことが示された。新規物質DPHおよびDPHEもPPI同様に腫瘍選択性(低毒性)の抗がん薬としての有効性が期待される。H30年度の研究成果より、初期リード化合物PPI(特許第5597427, 2014)の構造とインシリコ解析結果から構造中の求核性の向上が腫瘍選択性と抗がん効果とを規定するカギになることに気づき、このアイデアをもとに新規物質DPHおよびDPHEを設計した。インシリコ解析で、DPHおよびDPHEは従来型STAT3阻害物質(Cryptotanshinone(CTS))やPPIよりもSTAT3 SH2ドメインへの親和性が高いことが計算上示され(ドッキングスコア(=親和性)はDPH>DPHE>PPI>CTS)、私たちの設計上の仮説が正しいことが期待された。SH2ドメインへの結合様式は(1)通常の水素結合、(2)炭素-水素結合であることがわかった。H30年度の研究の推進方策への現状での成果として、(1)PPIの細胞増殖抑制効果がSTAT3依存的に起きているかを解析するため、既知のSTAT3阻害剤(CTS)でヒト大腸がん細胞株を前処理したところ、PPI単独ばく露群と比較し、CTS+PPIばく露群において細胞増殖抑制効果がキャンセルされることがわかった。現在、同実験システムにてDPEおよびDPHEの効果を検証中である、(2)DPEおよびDPHEはHCT116細胞株のSTAT3リン酸化を抑制した。DPHEはBcl-2の発現抑制、DPHはVEGFの発現抑制およびp53の発現増加を誘導した。FACS解析にてDPEおよびDPHEはHCT116細胞株のsubG1フラクションを増加させた。(3)SW837細胞株において、DPHはSTAT3転写活性を用量依存的に抑制することがわかった。(4)特願2015-070424について特許審査請求し(2018.3.9)、拒絶理由書が示されたため(2018.11.1)、反証用の意見書を作成し(2019.2.26)、その後、特許庁から査定された(2019.5.14)。(1)細胞増殖抑制効果がSTAT3依存的に起きているかを解析するため、既知のSTAT3阻害剤(CTS)でヒト大腸がん細胞株を前処理し、DPH/DPHE単独ばく露群と比較し、CTS+DPH/DPHEばく露群において細胞増殖抑制効果がキャンセルされるか否かを検証する、(2)DPHおよびDPHEのSTAT3リン酸化への影響と腫瘍選択性との関連、細胞周期およびアポトーシスへの影響をインビトロでしらべる。(3)DPHおよびDPHEの効果を個体レベルでしらべる。マウス皮下移植腫瘍モデルおよびラット大腸前がん病変(大腸粘膜異常陰窩巣, aberrant crypt foci(ACF))モデルにより腫瘍縮小効果と発がんプロモーション抑制効果を検証する。大腸がんを治療標的として初期リードに天然物を利用することで低毒性の新しい抗がん物質を独自に開発した。蜂産品に含まれる中鎖脂肪酸であるデセン酸を初期リードとして、構造活性相関解析により炭素鎖と側鎖構造を最適化することで抗がん効果のファルマコフォアを突き止めた。最終的に、増殖抑制効果と腫瘍特異性に優れた新規抗がん薬palmitoyl piperidinopiperidine(PPI)の発見につながった(特許第5597427, 2014)。インシリコ解析、転写活性解析、タンパク発現解析、鶏卵漿尿膜法、細胞増殖アッセイなどによりPPIは転写因子STAT3を標的としてSTAT3リン酸化抑制、転写活性抑制、細胞周期停止、アポトーシス誘導、血管新生抑制などの抗がん効果を発揮することがわかった。

マウス皮下移植腫瘍モデル、ラット大腸前がん病変モデルによりPPIは腫瘍縮小効果と発がんプロモーション抑制効果を持つことを明らかにした。これらの動物実験では移植腫瘍における血管新生抑制とアポトーシス誘導、前がん病変の発生抑制とサイズの縮小効果を見いだした。ファルマコフォアの情報にもとづきpiperidineの求核性を増加させることで、より腫瘍特異性に優れた次世代のリード化合物(DPH,特願070424)を新たに発見することに成功した。インシリコ解析(Discovery Studio 2017R2)でDPHはPPIよりSTAT3のSH2ドメインへの親和性が高いことが示され、ヒト大腸がん細胞に対するIC50値は0.080.1 μM、pSTAT3の発現を用量依存性に抑制した。また、予備実験においてSTAT3転写活性を用量依存的に阻害した。これらの所見より、化学構造中の求核性の増加は抗がん効果の向上につながることがわかった。DPHもPPI同様に抗がん剤としての有効性が期待される。DPHとSTAT3との親和性についてインシリコ解析を行った。当初は解析ツールが古いバージョンでの解析実施を予定していたがDiscovery Studio 2017R2最新バージョンを利用することができる環境が整ったため、より詳細な解析ができた。PPIの構造とインシリコ解析結果から構造中の求核性の向上が抗がん効果と腫瘍特異性を規定するカギになることに気づき、このアイデアをもとにDPHを設計した。Discovery Studio 2017R2によるインシリコ解析で、DPHは従来型STAT3阻害物質(Sigma社)やPPIよりもSTAT3 SH2ドメインへの親和性が高いことが計算上示され、私達の設計仮説がある程度正しいことが期待された。実際にがん細胞増殖抑制効果や転写活性抑制効果を測定すると効果がPPIよりも高いことがわかり、仮設の正しさが証明された。新規性(物質特許、用途特許)と合わせて審査請求まで進めることができた(2018.3.9)。転写因子抑制薬の弱点(腫瘍選択性、副作用発現)を克服した大腸がん治療薬を独自に開発した。初期リードに天然物を利用することで腫瘍選択性の高い(低毒性の)新しい抗がん物質の発見につながった。蜂産品に含まれる中鎖脂肪酸であるデセン酸(炭素数10)を初期リードとして、構造活性相関解析により炭素鎖と側鎖構造を最適化することで抗がん効果発現のファルマコフォアを突き止めた。最終的に、増殖抑制効果と腫瘍特異性に優れた新規抗がん薬palmitoyl piperidinopiperidine(PPI)の成果となった(特許第5597427, 2014)。インシリコ解析、転写活性解析、タンパク発現解析、鶏卵漿尿膜法、細胞増殖アッセイなどによりPPIは転写因子STAT3を標的として転写活性抑制、STAT3リン酸化抑制、細胞周期停止、アポトーシス誘導、血管新生抑制などの抗がん効果を発揮することがわかった。マウス皮下移植腫瘍モデルおよびラット大腸前がん病変モデルによりPPIは腫瘍縮小効果と発がんプロモーション抑制効果を持つことを明らかにした。
生物的自己組織化による新規の自己修復・再生工学システムの構築

生物発生システムでは、多くの場合、各々の「対等な関係の細胞」の相互の情報交換により全体の自己組織化と再生が実現される。本研究はこの発生システムを単純化し、人工生命的な自己修復する新規工学システムの実現を図った。具体的には、複数の制御系と制御対象が連結して全体が成立つシステムで、どの制御系が故障あるいは破壊された場合でも、どの制御系にも成りうる「幹細胞的制御系」を導入することで、全体機能が自己修復するシステムをモデル化し、その実装を行った。前年度までの結果を発展させ、制御系3個、幹細胞的制御系2個、リモートI/O3個、制御対象ロボットアーム3個からなるシステムで、自動修復系の実装とその実行動作の安定性を検証を行った。このシステムの特徴は、システムを上位から監視・制御するエージェントを設けず、各エージェントは「対等」な情報交換をする点にある。その為に、I/Oノード、Control(C)ノード、Stem(S,幹細胞)ノードを設定し、それぞれの間で、「Link情報」、「制御信号」、「制御要求」の情報交換を行う。あるCノードからの「Link情報」や「制御信号」が一定間隔以上途絶した時に、SノードがそのCノードは停止したと判断し、どのSノードがそのCノードの代替となるべきかが決定した後、そのSノードはCノードとして機能を開始し、途絶した所から制御信号の再送信を開始する。これらによりシステムの自己修復が行われる。制御信号を送出する間隔やSノードがCノードからの制御信号送出断を検知する基準値を変化させ、UDPパケットのI/Oノードへの到達時間間隔を計測した結果、全ての組み合で大部分のパケットは問題ない時間間隔で到達することも示された。数多くのCノード停止実験より、システム中にSノードが存在するかぎり、Cノードをどの順番に停止させた場合でも、Sノードからそれぞれの当該Cノードへの切り替えが実行され、各ロボットアームの動作が保証される結果が得られた。今後は大規模化への対応の為にシステム仕様に種々の変更を加える予定である。本研究はこの発生システムを単純化し、人工生命的な自己修復する新規工学システムの実現を目指すものである。具体的には、複数の制御系と制御対象が連結して全体が成立つ工学システムにおいて、どの制御系が故障あるいは破壊された場合でも、各制御系を、どの制御系にも成りうる「幹細胞的制御系」が自動的に修復する工学システムをモデル化しその実装を行う。本年度はその基本となる最小モデルシステムとして、「制御系A」1個、「幹細胞的制御系」1個、「リモートI/O」1個、「制御対象のロボットアーム」1個、の要素からなるシステムを構築し、実行動作の確認を行った。「制御系A」、「幹細胞的制御系」、「リモートI/O」をネットワークで連結しUDPにより相互通信をおこなった。通常状態においては「制御系A」からの「制御信号」はUDPにより「リモートI/O」に送られ、「リモートI/O」はRS232Cによりロボットアームを制御する。今回のシステムでは、「制御系A」と「幹細胞的制御系」が共通の変数を使用することでお互いの状態を把握させており、これにより「制御系A」を任意にダウンさせた場合に、「幹細胞的制御系」がその状態を把握して「制御系A」に成り代わりロボットアームへの制御信号を送る状況を実現した。実行動作として、ロボットアームに特定の作業を行わせている途中で、「制御系A」を人為的にダウンさせた場合、「幹細胞的制御系」からの信号により「リモートI/O」を介してロボットアームが正常に動作し続けることが確認できた。今後はこのシステムを拡大し、それぞれ複数の「制御系」「幹細胞的制御系」「リモートI/O」「ロボットアーム」からなるシステムの構築を進める。具体的には、複数の制御系と制御対象が連結して全体が成立つ工学システムにおいて、どの制御系が故障あるいは破壊された場合でも、どの制御系にも成りうる「幹細胞的制御系」を導入し、全体機能が自動的に修復する工学システムをモデル化し、その実装を行う。前年度は、全体計画の中の最小基本モデルの設計を行い、「制御系」1個、「幹細胞的制御系」1個、「リモートI/O」1個、「制御対象ロボットアーム」1個、の要素からなるシステムを構築し、実行動作の確認を行った。本年度は,このシステムの構成を拡大し、「制御系a,b,c」3個、「幹細胞的制御系a,b」2個、「リモートI/O a,b,c」3個、「制御対象ロボットアームa,b,c」3個からなるシステムを構築して、特に、どの制御系a,b,cがダウンした際でも、何れかの「幹細胞的制御系」が機能しだすことにより、システムの全体機能の調和が保たれる自動修復系の構築に重点をおき、その実装と実行動作の確認を行った。上記システムをネットワークで連結し、それぞれの上記構成ノード間で、UDPパケットを基本とした情報交換を行わせることにより、システム構成各ノードの確認、各ノードからのロボットアーム制御情報の正常・異常の確認、異常が確認された場合の幹細胞的制御系ノードによる制御系ノードへの変換、などについて実現を図った。

その結果、制御系「a」、「b」、「c」が各々制御対象ロボットアーム「a」、「b」、「c」をそれぞれ独立に制御し、それぞれのロボットアームが独自の動作を行っている状況を基本状態とし、ここで故意に制御系「a」を破壊すると、幹細胞的制御系の一つが制御系「a」に変化しロボットアーム「a」の動作を継続することが確認された。さらに、次に制御系「b」を破壊すると、残りの一つの幹細胞的制御系が制御系「b」に変化し、ロボットアーム「b」の動作を継続することが確認され、基本的に幹細胞的制御系がシステム内に存在する限り、どの制御系「x」が破壊された場合においても、「幹細胞的制御系」が破壊された制御系「x」に変化し、システム全体の修復が実現される実行動作が確認された。生物発生システムでは、多くの場合、各々の「対等な関係の細胞」の相互の情報交換により全体の自己組織化と再生が実現される。本研究はこの発生システムを単純化し、人工生命的な自己修復する新規工学システムの実現を図った。具体的には、複数の制御系と制御対象が連結して全体が成立つシステムで、どの制御系が故障あるいは破壊された場合でも、どの制御系にも成りうる「幹細胞的制御系」を導入することで、全体機能が自己修復するシステムをモデル化し、その実装を行った。前年度までの結果を発展させ、制御系3個、幹細胞的制御系2個、リモートI/O3個、制御対象ロボットアーム3個からなるシステムで、自動修復系の実装とその実行動作の安定性を検証を行った。このシステムの特徴は、システムを上位から監視・制御するエージェントを設けず、各エージェントは「対等」な情報交換をする点にある。その為に、I/Oノード、Control(C)ノード、Stem(S,幹細胞)ノードを設定し、それぞれの間で、「Link情報」、「制御信号」、「制御要求」の情報交換を行う。あるCノードからの「Link情報」や「制御信号」が一定間隔以上途絶した時に、SノードがそのCノードは停止したと判断し、どのSノードがそのCノードの代替となるべきかが決定した後、そのSノードはCノードとして機能を開始し、途絶した所から制御信号の再送信を開始する。これらによりシステムの自己修復が行われる。制御信号を送出する間隔やSノードがCノードからの制御信号送出断を検知する基準値を変化させ、UDPパケットのI/Oノードへの到達時間間隔を計測した結果、全ての組み合で大部分のパケットは問題ない時間間隔で到達することも示された。数多くのCノード停止実験より、システム中にSノードが存在するかぎり、Cノードをどの順番に停止させた場合でも、Sノードからそれぞれの当該Cノードへの切り替えが実行され、各ロボットアームの動作が保証される結果が得られた。今後は大規模化への対応の為にシステム仕様に種々の変更を加える予定である。
安全な柔らかい接触動作と精密位置決めを両立する空圧とボールねじの力センサレス制御

本研究課題で研究中のハイブリッドエアシリンダは,ボールねじによる精密な位置決め性能とエアシリンダの空気圧制御による受動的な弾性特性を任意に可変できるようにするものであり、外力に対する柔軟性が求められるサービスロボット等に適した新しいアクチュエータとして期待できる。平成30年度の進捗として,力制御の検証方法考案と実験環境の構築を行った。当初の予定では,力センサを壁面に固定した状態でシリンダ先端を接触させて力制御の検証を行う予定としていたが,シリンダ内の空圧を変化させてシリンダの推進力が大きくなった場合に激力や先端圧力が過大になり,力センサを破損させる可能性があることが分かった。そこで,耐荷重が明記されている釣り糸をシリンダ先端で引っ張る実験装置を考案し,実験機と同サイズの直動機構で考案した実験装置を試作して実験を行った。力センサとシリンダ先端の間を接続する釣り糸は過負荷が生じると切れることから,これを力学的なヒューズとして用いることで実験時の危険性を低減する。実機実験で有用性を検証することができたため,ハイブリッドエアシリンダの実験機にも同様の実験装置を構築した。今後はエアシリンダの空圧とシリンダ先端圧力の特性を調査し,ボールねじを駆動するモータの電流および角度情報のみでシリンダ先端圧力を推定する反力推定オブザーバを設計する。次に,オブザーバから得られるシリンダ先端の推定圧力を用いたI-P力制御の過渡応答,先端圧力の推定精度について,力指令を変化させて検証する予定である。当初予定では平成30年度で本研究課題の終了を予定していたが,安全を考慮した実験環境について再考が必要なこと,他の業務負担が増大したために研究の実施時間が大幅に減少したことから,研究期間の延長を申請した。平成30年度中に実験環境は概ね整えることができたため,今後は予定されている研究計画を順調に進めていけるものと考えている。先述したように,今後はまず反力推定オブザーバの設計および構築に関する検討を行っていく。TSP信号による実験的なモデリングは,複雑なシステムにおいても試験信号による簡単な同定試験のみで制御対象の数学モデルを同定できるメリットがあるものの,この方法のみでは外力の大きさを正確に推定することができない。このため,空圧と先端圧力の関係性を調べるとともに,同定したモデルから設計した反力推定オブザーバによって推定した外力の大きさが一致するように係数の調整が必要になるものと考えている。反力推定オブザーバの設計が完了した後は,シリンダ先端の推定圧力を用いたI-P力制御の過渡応答,先端圧力の推定精度について,力指令を変化させて検証する予定である。本件で研究中のハイブリッドエアシリンダは、ボールねじによる精密な位置決め性能とエアシリンダの空気圧制御による受動的な弾性特性を任意に可変できるようにするものであり、外力に対する柔軟性が求められるサービスロボット等に適した新しいアクチュエータとして期待できる。平成28年度の取り組みとして、ハイブリッドエアシリンダ実験装置の設計、必要な機器の選定、および製作作業を実施した。実施計画書ではエアシリンダそのものを新規に開発するとしていたが、エアシリンダを取り扱うメーカーからのアドバイスに基づき、開発に必要な期間や、いくつかの技術的課題があることから、提案したシリンダと同じ構造を有する実験機をボールねじ機構の単軸ロボットとエアシリンダを組み合わせて製作することとした。設計した実験装置は単軸ロボットにエアシリンダを直列に接続した機構となっており、サーボモータによる位置決め制御と空気圧の制御により、エアシリンダ先端の位置と外力に対する柔軟性を同時に制御することができる。エアシリンダには空気圧を任意に可変することが可能な可変レギュレータを組み込んだ空圧制御系を構築し、ボールねじを駆動するサーボモータと2つの制御入力を有するシステムとなる。次年度は、製作した実験装置のモデル化を目的とした同定試験を実施し、ボールねじ機構と空圧を含むハイブリッドエアシリンダ全体の正確な数学モデルを取得する。制御対象の数学モデルが得られた後、反力推定オブザーバの設計、位置と力のセンサレスハイブリッド制御アルゴリズムについて検討を行う。平成28年度の目標としていた実験装置の設計、製作はほぼ完了しており、本研究が目的とするハイブリッドエアシリンダのモーション制御についての検討が進められる見込みである。以上のことから、おおむね順調に進展していると判断した。平成29年度の進捗として、昨年度開発した実験機のモデル化及び速度制御系の設計と実験を行った。まず、ハイブリッドエアシリンダのモデル化は、試験信号にTSP信号を用いて入出力特性から伝達関数を推定するノンパラメトリックな手法を用いている。TSP信号はインパルス信号を時間軸上に引き延ばした信号であり、スイープ信号を入力とする直接掃引法に比べて、同定試験時の動作量を小さく抑えることができる。また、同定したモデルは高次のシステムで表現されることから、そのまま制御系設計のノミナルモデルとして用いることは難しい。そこで、BiQuad法と呼ばれるフィルタ設計法を応用して、任意の次数でモデル化誤差の少ないノミナルモデルを求める手法を提案した。本手法は可動範囲の限られる直動システムにおいても実験的なモデリングを容易にし、本研究で開発した実験機のモデリングにも適した手法と言える。次に、提案手法によってモデル化したノミナルモデルを用いて、ハイブリッドエアシリンダの速度制御系の設計を行った。速度制御器は一般的な形のPI制御器を用いており、ボールねじ単体で駆動させた場合と、シリンダに空圧をかけた場合について速度制御実験を行った。

実験結果の比較から、空圧をかけた場合の利点はボールねじ特有の非線形なばね特性と低減できることであり、一方の欠点としては空圧を維持するためのサーボ弁による空圧の変化が遅いため、速度制御の即応性が若干低下することが明らかになった。平成29年度の研究計画ではハイブリッドエアシリンダのモデリングを主な課題としていたが、提案法であるTSP信号を用いた実験的なモデル化手法を用いることで、空圧を様々に変化させた場合でもボールねじ、エアシリンダを含めたアクチュエータ全体をまとめてモデリングすることが可能となった。このため、ボールねじとエアシリンダそれぞれの周波数特性を分けて取る必要がなくなり、ノミナルモデルの導出が従来より容易になった。以上のことから、平成29年度の目標としていたハイブリッドエアシリンダのモデル同定はほぼ達成することができ、現在のところは当初の研究計画に対しておおむね順調に進展しているものと考えている。本研究課題で研究中のハイブリッドエアシリンダは,ボールねじによる精密な位置決め性能とエアシリンダの空気圧制御による受動的な弾性特性を任意に可変できるようにするものであり、外力に対する柔軟性が求められるサービスロボット等に適した新しいアクチュエータとして期待できる。平成30年度の進捗として,力制御の検証方法考案と実験環境の構築を行った。当初の予定では,力センサを壁面に固定した状態でシリンダ先端を接触させて力制御の検証を行う予定としていたが,シリンダ内の空圧を変化させてシリンダの推進力が大きくなった場合に激力や先端圧力が過大になり,力センサを破損させる可能性があることが分かった。そこで,耐荷重が明記されている釣り糸をシリンダ先端で引っ張る実験装置を考案し,実験機と同サイズの直動機構で考案した実験装置を試作して実験を行った。力センサとシリンダ先端の間を接続する釣り糸は過負荷が生じると切れることから,これを力学的なヒューズとして用いることで実験時の危険性を低減する。実機実験で有用性を検証することができたため,ハイブリッドエアシリンダの実験機にも同様の実験装置を構築した。今後はエアシリンダの空圧とシリンダ先端圧力の特性を調査し,ボールねじを駆動するモータの電流および角度情報のみでシリンダ先端圧力を推定する反力推定オブザーバを設計する。次に,オブザーバから得られるシリンダ先端の推定圧力を用いたI-P力制御の過渡応答,先端圧力の推定精度について,力指令を変化させて検証する予定である。当初予定では平成30年度で本研究課題の終了を予定していたが,安全を考慮した実験環境について再考が必要なこと,他の業務負担が増大したために研究の実施時間が大幅に減少したことから,研究期間の延長を申請した。平成30年度中に実験環境は概ね整えることができたため,今後は予定されている研究計画を順調に進めていけるものと考えている。