hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
筋のボリューム及びその変形を考慮した次世代筋骨格モデルの開発

肩関節周辺のような複雑な筋走行を正確に再現できるモデルはバイオメカニクス研究者の悲願であり、今後スポーツやリハビリテーションなどの応用分野の発展が加速的に進むことが期待できる。現在、特許出願のための書類を作成中です。バイオメカニクス当初より、最終年度(26年度)では肩の多数の筋形状を同時にシミュレートし、現実的な筋走行を再現することを目的としてきた。このためには、1干渉計算の実装と2肩筋の格子座標系モデルの作成が急務であったが、25年度中に1と2をともに完了することができた点で、本研究はおおむね順調に進展しているといえる。以下、それぞれの詳細を述べる。1干渉計算:当初、すべての3角形同士の干渉をチェックする予定であったが、プログラムを精査したところ、ブロードフェイズとナローフェイズからなる2レベルで干渉をチェックした方が効率がよいことを見出した。また、将来的に並列計算へ移行することを考慮して実装したため、最終年度(26年度)ではスムーズに作業がすすむことが期待できる。2格子座標化:筋にはさまざま形状があり、初年度(24年度)に作成した格子座標系モデルがすべての筋に当てはまるわけではない。たとえば、上腕二頭筋や上腕三頭筋では分岐があるので、格子座標化を行う前に筋頭ごとにポリゴンを分割するなどして対処した。その結果、肩甲上腕関節、肩甲帯に関わるほぼすべての筋の格子座標化を終えることができた。本年度の目的は、紡錘状筋の形状をシミュレートできる単一筋のプロトタイプを、並列計算処理プログラム手法で作成することが目的であった。そのためには、1GPU並列計算処理プログラム手法(CUDA)への習熟と、2その並列計算手法を最大限に活かすための筋形状のモデル化を行う必要があった。1GPU並列計算処理プログラム言語として、その汎用性とパフォーマンスの高さからCUDAが注目を集めている。近年多数出版されているCUDA関連書籍やセミナーを有効に用い、4月8月にかけて集中的にトレーニングを行った。また、シミュレーション結果を視覚的に提示するために、java3Dを用いたアニメーションも開発した。2GPUには小さな計算ユニットが多数用意されており、CUDAプログラム内では3次元的に配置されている。そこで、筋形状のモデル化の際にも、質点を3次元的に配置することで、計算効率よく且つプログラマーへの視認性もよいモデルを構築した。また、筋形状の元になるヒト解剖学データについては、本研究の用途に合致するような市販の筋形状モデル(Zygoteモデル)を採用することにした。このようにして組み上げたプロトタイプモデルを三角筋、烏口腕筋へ適用し、解剖学的に妥当な関節運動を得ることができたことから、24年度の研究はおおむね順調に進展したと考えている。最終年度(26年度)では、当初の予定通り、肩の多数の筋形状を同時にシミュレートし、現実的な筋走行を再現することを試みる。以下の順に取り組む予定である。
近赤外分光法を利用した心筋酸素代謝マッピング法による心拍動手術の基礎的研究

目的:常温酸素化血液逆行性冠潅流による心拍動下心内手術法を確立すること。方法実験1;冠灌流の血流量を10分間隔で5.010.0ml/kg/minに変化させ、心筋組織酸素飽和度と心筋組織血流を心室筋表面4箇所で同時測定し、至適冠灌流量を検討した。実験2;実験1で得られた至適血流量にて120分間の逆行性冠灌流を行い、灌流前後で心機能評価と、心筋障害の程度評価を行い、本方法の臨床応用の妥当性を検討した。結果1.逆行性冠灌流7.07.5ml/kg/minにて心筋酸素飽和度、心筋血流が最も安定した値(約80%、88mL/min/100g)となり至適灌流量であることが判明した。2.120分の持続灌流にて心筋酸素飽和度は7583%、心筋血流は97107mL/min/100gと安定した値を維持。3.血行動態前後4.術後心筋障害の指標として測定したトロポニンT(pre0.045:peak0.082ng/mL)、CK-MB(pre4.1:peak5.2ng/mL)は術前後で上昇することなく、至適灌流量の120分潅流で心筋障害は認めなかった。結語以上の動物実験から、心拍動下心内手術を行うための至適流量は7.07.5ml/kg/minであり、この逆行性灌流法により120分間は、心機能を低下させることなく安全な心拍動手術が可能であることが判明した。今後、本灌流方を臨床応用しさらに研究を進める予定である。心拍動心内手術を可能にするための持続灌流法を確立するにあたり、冠静脈からの逆行性冠灌流モデルを作成し実験検討した。まず従来より臨牀で使用している逆行性カニューレを用い、灌流時の心筋酸素飽和度(SO2)を近赤外分光法により検討し、さらに心筋の病理組織から心筋障害度を検討した。結果は20mmHgの灌流圧にて逆行性灌流すると、右室心筋と中隔において明らかなSO2(70%)の低下を認め、心筋病理組織においても心筋内浮腫、充血を著明に認めた。一方、左室心筋ではSO2(85%)は正常を維持し、病理組織においても異常はみられなかった。以上の結果から通常の逆行性灌流では心筋への血液灌流が明らかに不均一となり、とりわけ右室、中隔への血液灌流が悪く心筋障害を招くことが明らかとなった。この不均一灌流の結果は冠静脈洞から最初に分岐する静脈の枝である、後下行枝が全く灌流されないためではないかと標本解剖から推察され、後下行枝を灌流可能な新しいカニューレを作成し同様のモデルで実験を試みた。その結果、20mmHgの灌流圧にて同様に1時間逆行性灌流したところ、本方法では右室、中隔、左室ともにSO2は8086%と正常値を維持し、血圧の低下、不整脈等も認めなかった。さらに病理組織でも前実験でみられた心筋内浮腫、充血はみとめず心筋障害は明らかに軽減された。以上の心筋酸素代謝、病理組織の両面の結果から、拍動下心内手術を可能とする逆行性灌流は充分可能であり、今後臨牀応用が期待できると考えられる。3.血行動態前後心係数53.0ml/min/kg 49.2ml/mm/kgと血行動態は120後も全く低下することはなかった。4.術後心筋障害の指標として測定したトロポニンT(pre0.045:peak0.082ng/mL)、CK-MB(pre4.1:peak5.2ng/mL)は術前後で上昇することなく、至適灌流量の120分潅流で心筋障害は認めなかった。
中学校・高等学校家庭科における「衣生活の安全・安心」を意識した指導の検討

小・中学校家庭科教科書における衣生活の「安全・安心」表記は実験・実習に関わる機器や用具の使い方が中心であり、高等学校も含め、食・住と比較して表記が少なかった。しかし、「安全」という表記がない文章や図中にも種々の視点のリスクが含まれており、授業者が「安全」を意識した授業展開が出来るよう配慮すべきであることがわかった。そこで、着衣着火事故から衣服の手入れや繊維の性質を学習する授業提案をおこなった。さらに、住生活をも関連させた授業展開が可能となった。本研究では、中学校・高等学校家庭科の衣生活及び被服に関わる内容を「衣生活の安全・安心」の視点を持って教師が教えることを可能とするように、どのような内容が、どんな安全・安心に分類されるかを明確にして整理した上で、「安全・安心」の視点を持った家庭科の授業提案をすることとした。「安全・安心」の視点は、文科省の「安全・安心な社会の構築に資する科学技術政策に関する懇談会報告書」による11の項目を用いて分類できた。K社の小学校及び中学校家庭科教科書における衣生活に関わる内容を、前述の11項目を用いて精査した結果、教科書において「安全」という表記がない文章や図中にも種々の視点のリスクが含まれており、それらのリスクを踏まえた上での授業展開を考慮すべきであることがわかった。教材化としては、中学校家庭科を主眼におき、衣生活のところで、着衣着火を取り上げた。手法は従来の燃焼実験であるが、「繊維の性質と安全」という指導計画とし、繊維の性質を知ることを目的とする以外に、私たちが燃えやすいものの中で生活していることを知ることも目的とし、実際に中学校現場において授業を試みた。また、健康の視点から放射熱を用いた保温性素材(アルミ蒸着シート)の教材や新学習指導要領の「D身近な消費生活と環境」の視点としてフリーマーケットを取り入れた教材提案を行った。着衣着火の授業時に用いたワークシートを実施することにより、生徒に「安全・安心」の視点が見いだされたこともわかったが、さらに客観的な評価は今後の課題としたい。本研究では、中学校・高等学校家庭科の衣生活および被服にかかわる内容を「安全・安心」の視点で精査すると共にその視点を有する授業提案をすることを目的とする。今年度は、昨年度に引き続き、高等学校普通教科家庭の家庭総合および家庭基礎教科書における「衣生活の安全・安心」の表記について内容を精査し、学習指導要領およびその解説(前・現行・新)における「安全」「安心」の語句検索を実施した。授業提案では、昨年度の着衣着火から、住生活へつなぐ「安全・安心」に関する授業を中学校において実施した。教科書分析:家庭総合では、"すべての人が快適な衣生活を"という小単元に、安全で健康的な衣生活として4内容の「安全・安心」が記述されているが、家庭基礎にはみられなかった。また、中学校家庭科と同様、「安全・安心」の内容が系統立てて記述されていないことがわかった。学習指導要領および解説:衣生活における「安全」は、新学習指導要領で初めて記述されたが、食・住と比較して出現回数が少なかった。衣生活以外の「安全・安心」は、食・住生活以外に、新学習指導要領では、子どもや高齢者、消費や環境にかかわる記述がみられた。また、「安心」の記載が新学習指導要領解説に始めてみられた。中学校における授業実践では、着衣着火事故が高齢者に多いことから、高齢者の身体的特徴を理解し、住生活の安全、家庭内事故の防止を学習する授業を作り上げた。身体的特徴を理解して授業を進めることによって、幼児や妊産婦、障がい者などの弱者に対する生活環境の在り方を検討することができる教材となった。本研究では、中学校・高等学校家庭科の衣生活および被服にかかわる内容を「安全・安心」の視点で精査すると共にその視点を有する授業の提案を目的とする。今年度は、最終年度の位置づけとして、中学12年生時に、衣生活の「安全・安心」及び衣生活から住生活を焦点とした「安全・安心」の授業を受けた中学3年生を対象として、具体的な生活場面を用いた「ヒヤリハッと調査」を実施した。この調査と授業時のワークシートや定期テストなどを用い、総合的に、授業の学習効果について検討した。中学校1年生から着衣着火の危険性を学習し、高齢者と家庭生活における安全を意識した生徒たちは、それ以外の生徒と比較して、生活の安全を自分だけのことと考えるのではなく、家族の構成や一般高齢者まで広げて安全な生活について配慮することができることが明らかとなった。これは、家庭科の授業だけでなく、中学校全体に障がい生徒を有し、弱者への配慮に関して学校での取り組みを実施している中学生と同等の意識であることがわかった。加えて、小学校家庭科における衣生活内容を健康の視点から見直した。

すなわち、もの作りの単元となっていた布の性質・構造に関する学習を着方学習(季節や気温に応じた衣服)の中に入れ、「空気(動く空気と動かない空気)」をキーワードとすると衣服の手入れまでの学習に流れのある教材とすることが可能であることを提案した。これら一連の授業計画の中で、実験など視覚情報として有効となる教材も作成した。今後は、衣生活から環境や消費生活へと発展する教材開発を検討する必要性を感じる。
下顎枝矢状分割手術による舌骨の位置変化に関する研究

下顎枝矢状分割による下顎移動術を含む治療を行なった下顎前突症患者11名について、術前から術後2年まで定期的に撮影した咬合位と最大開口位の頭部X線規格写真を利用して、舌骨の位置や機能運動と下顎骨の変化の関連性について検討した。頭部X線規格写真上で下顎骨形態の変化を計測、さらに舌骨の位置を、FH平面をX軸、S点を通り直交する線をY軸とする基準座標に対して計測し、咬合位、開口位の舌骨位置の他、開口量および開閉口運動時の舌骨の移動量を算出した。総計処理用にソフトウェアを制作し、時期による変化を分散分析と多重比較の手法を用いて分析、さらに下顎骨の変化と舌骨位置や開口運動、開閉口運動時の舌骨の移動量について、相関・回帰分析を行なった。術後、咬合位の舌骨位置は後下方へ偏位するが、開口位の舌骨位置は変化が少ない。開閉口運動による舌骨の移動量は、基準座標に対して下方よりも後方への開口量と関係が深く、また開口量は舌骨の下方への移動よりも後方への移動と関係が深かった。下顎角の開大が術直後より長期間緩徐に進行して、舌骨とオトガイの距離の変化と相関するのに対して、下顎下縁平面の傾斜は術後3か月から12か月にかけて顕著で、開口運動時の舌骨の移動量と有意に相関し、下顎骨に加わる下向きの力の変化が術後の下顎骨の形態変化に影響を与えている可能性が示唆された。本研究の成果の一部は第5回日本顎変形症学会総会(平成7年6月)、平成7年度日本歯科大学歯学会総会(9月)で発表し、さらに第6回日本顎変形症学会総会(平成8年6月)での発表を予定している。
自立配向性モノクローナル抗体を用いた次世代免疫診断システムの開発

PS-tagのアミノ酸配列ならびにPS基板の表面状態を最適化することで、PS表面におけるscFvの直接的かつ安定な固定化を実現できた。さらに、PS-tagの特異的親和性を利用したOn-Chip Refolding法を開発した。PS-tag融合低分子抗体は、マイクロプレートを用いるハイスループット培養が可能であり、多種多様な抗体を短時間で低コストに生産する技術が確立できた。本研究で開発した要素技術を組合せることで高感度・低コスト・ハイスループットな次世代型免疫診断システムの開発が可能となる。本研究課題では、ポリスチレン(PS)基板表面に対して自己集積および自立配向性を有する診断用モノクローナル抗体を創生、大量生産し、高感度、迅速、ハイスループットな次世代免疫診断システムを構築することを目的としている。本年度は、申請者が独自に開発したポリスチレン親和性ペプチド(PS-tag)を末端部に有するモノクローナル抗体(scFv-PS-tag)を組換え大腸菌ならびに組換え酵母を用いて大量生産し、これを親水化PS基板上に安定に自己集積および自立配向できる革新的な抗体の固定化技術を開発した。さらに、プラズマ照射や界面活性剤処理等の表面親水化技術によって、PS-tagを介する部位特異的かつ自立配向的な固定化状態が実現でき、抗体の抗原結合活性を高く維持できた。特に、PS-tagの特異的親和性を利用したOn-Chip Refolding法を開発し、大腸菌で生産されたscFv-PS-tagを精製なしに固定化さらにはリフォールディングすることに成功した。本研究の成果によってscFv固定化基盤の生産コストを大幅に削減することに成功した。来年度は本法を用いた抗体チップの小型化さらにはハイスループット化の達成を目指し、関連研究成果を論文にまとめることを計画している。前年度に開発したPS-tag融合scFvの汎用性を検討する為に、anti-CRP, anti-RNase, anti-ED-B, anti-IFNGscFvについてscFv-PS-tagを生産させ、On-Chip Refolding条件の検討を行った。その結果、全てのscFvについて活性を保持したまま高密度に親水性PS plateへの固定化が可能であり、本技術の高い汎用性が証明された。また、FvやFab等、他の低分子抗体のOn-Chip Refoldingも可能であった。これらを利用したOne-step ELISA法を検討した結果、従来のサンドイッチELISAと同等の検出感度が得られ、シグナル検出に要する時間を約1/5に短縮することに成功した。さらに、PS-tag融合低分子抗体は、マイクロプレートを用いるハイスループット培養が可能であり、多種多様な抗体を短時間で低コストに生産する技術が確立できた。
雪氷災害の把握・予測に利用可能な高分解能降雪水平分布観測に関する研究

今年度の目標は光学式反射型降水判別・降水量計(以下、反射型と呼称)の改良と実用化、及び、その機器の設置と観測、さらにレーダーデータと数値気象モデルの結果を用いた流跡線解析の到達点複数化である。反射型の改良と実用化に関しては、研究前までに事後処理的に降水量を計算していたが、計測機器として独立して利用するためには常に降水量が出力されないといけない。よって、今までの冬季の観測結果を用いて準リアルタイムに降水種別と降水量を算出するアルゴリズムを考案した。これは4次元同化手法を参考にした手法で、近似的に指数関数で重み付けした時間平均値を算出しながら計測を行う手法である。反射型は各個別の粒子計測結果は距離が判断できないので意味を為さないが、時空間的な平均値の振舞いに対しては意味を持つため、この手法とは大変相性が良い。そして、そのアルゴリズムをデータ収録PCと反射型本体にあるマイクロコンピュータに組み込んだ。それを用いて、屋内降雪施設で検証を行ったところ今までの機器の校正方法が不十分であることがわかった。冬季前に、高精度な校正を施し、比較機器の揃った露場と道路端、山腹の観測点などに設置し、冬季の観測を行った。現状でまだ観測中の箇所、引き上げ後の校正を控えたものがあり、今後それぞれのデータを回収及び取得し、解析していく。また、風による捕捉率変化の問題に対しては、今季に特別に観測を実施した。さらに、実際の災害対策運用時には降水量ではなく積雪深の変化を見て行うことになっているため、降雪深をダイレクトに出力する機能についても検討を開始している。流跡線解析については、データセットとして利用可能であるなどの準備は整っており、基礎となる解析は可能とした。最終型かとなるレーダーグリッドごとの流跡線解析処理にはまだ発展していない。計画に対して、ほぼ順調に研究は推移している。計測機器については開発は順調であるが、反射型を作成している企業側の要望により、測定機器の個数を増やすことはできず、今後とも難しいかもしれない。しかし、車載用などで開発されたセンチ波を用いた小型ドップラーレーダーの利用方法を模索しているため、光学に加えて電波による近接遠隔計測の試行ができる可能性がある。粒子の個別信号の分離が難しそうだが、それをクリアすれば、その後段の解析方法は反射型と同様であるのが利点と言える。気象レーダー解析については若干遅れ気味であるが、研究期間内に終えることは十分に可能であると考えられる。まだ今冬季のデータ解析を終えていない段階ではあるが、一つ気がかりなのは今冬季は降雪があまり多くなかったことである。次季はそのことも含めて、室内実験の強化、みぞれの検出、観測地点の選択など観測計画に含める必要がありそうだ。次年度は、データも取れていると考えられるため、反射型の校正の妥当性検証と風による影響の解析を実施する。取れているデータの品質が良くない場合には、屋内人工降雪実験時に力を入れてデータ収集する。後者に関してはSPICE(Solid Precipitation Intercomparison Experiment)で検討中のDFIR(Double Fence Intercomparison Reference)のデータ利用方法を用いる必要があるが、まだドラフト段階のようである。本研究で利用可能なデータとするには個別の検討が必要になる可能性がある。なお、センサーの作製に関しては現時点で増産の目処は立たないため、現状の10個体制で次季の観測計画を立てる。また、現状の項目で示した小型ドップラーレーダーに関しては、利用可能かどうかの検討を重ねていきたい。また、気象レーダーと連携する流跡線解析については、完成に向けて歩を進めていくが、今回の冬季のようにレーダー近隣で降雪が卓越しない場合には、過去のデータを使って解析を進めるしかないと考えられるが、校正の問題があるため、次季に期待したい。

最終型かとなるレーダーグリッドごとの流跡線解析処理にはまだ発展していない。計画に対して、ほぼ順調に研究は推移している。計測機器については開発は順調であるが、反射型を作成している企業側の要望により、測定機器の個数を増やすことはできず、今後とも難しいかもしれない。しかし、車載用などで開発されたセンチ波を用いた小型ドップラーレーダーの利用方法を模索しているため、光学に加えて電波による近接遠隔計測の試行ができる可能性がある。粒子の個別信号の分離が難しそうだが、それをクリアすれば、その後段の解析方法は反射型と同様であるのが利点と言える。気象レーダー解析については若干遅れ気味であるが、研究期間内に終えることは十分に可能であると考えられる。まだ今冬季のデータ解析を終えていない段階ではあるが、一つ気がかりなのは今冬季は降雪があまり多くなかったことである。次季はそのことも含めて、室内実験の強化、みぞれの検出、観測地点の選択など観測計画に含める必要がありそうだ。次年度は、データも取れていると考えられるため、反射型の校正の妥当性検証と風による影響の解析を実施する。取れているデータの品質が良くない場合には、屋内人工降雪実験時に力を入れてデータ収集する。後者に関してはSPICE(Solid Precipitation Intercomparison Experiment)で検討中のDFIR(Double Fence Intercomparison Reference)のデータ利用方法を用いる必要があるが、まだドラフト段階のようである。本研究で利用可能なデータとするには個別の検討が必要になる可能性がある。なお、センサーの作製に関しては現時点で増産の目処は立たないため、現状の10個体制で次季の観測計画を立てる。また、現状の項目で示した小型ドップラーレーダーに関しては、利用可能かどうかの検討を重ねていきたい。また、気象レーダーと連携する流跡線解析については、完成に向けて歩を進めていくが、今回の冬季のようにレーダー近隣で降雪が卓越しない場合には、過去のデータを使って解析を進めるしかないと考えられるが、校正の問題があるため、次季に期待したい。2018年度の雪氷研究大会(2018・札幌)が、北海道胆振東部地震により現地開催不能となり、紙上発表のみとなった。これに参加する旅費として使用する予定だったが使用できなかったため余剰金が生じた。余剰分については、次年度の旅費と新規センサーとして取り上げた小型ドップラーレーダーの解析に必要な支出に利用する。
音声基本周波数の調節に関与する内外喉頭筋の諸機能

喉頭における基本周波数の調節は、輪状甲状筋の輪状甲状関節の回転作用ばかりではなく、多くの喉頭筋の協調的活動によってもたらされる。本研究では下記の筋からの筋電信号を解析して多様な基本周波数(FO)調節機構を推定し、FO制御の生理学的モデルを考案した。【○!1】輪状甲状筋の直部と斜部:これら2つの部位からの信号はともにFOと正の相関を示したが、直部は母音ごとに異る傾向を示し、一方斜部は常にFOと高いい相関を示した。直部の力の作用点は回転中心より遠く、調音に伴う急激な声帯張力の上昇をもたらすことができるため、調音に伴う変動を示したと考えられる。斜部のの力の作用点は回転中心に近く、大きな回転力は発生しないが、輪状甲状軟骨間の相互の偏位をもたらす可能性があり、声帯張力を広範囲に調節することができると考えられる。【○!2】側輪状披裂筋:この筋の活動はFOの低い母音〓a〓で低くかつばらつきが小さく、FOの高い母音〓i〓で非常に高いFOとの相関を示した。この筋は他の内転筋とともに声帯突起を過内転させることにより、振動の有効長を短縮させて、FOを上昇させる機能をもつと考えられる。【○!3】輪状咽頭筋:この食道入口部の括約筋はFOと高い負の相関を示した。筋付着部は輪状軟骨の回転中心に近接しており回転力は弱い。しかし、筋の収縮に伴って筋腹の膨隆がおこり、さらに喉頭の下降が生じると、輪状軟骨後板はこの膨隆に沿って回転し、声帯が短縮されると考えられる。これらより、次の様なFO制御モデルを推定した。FO上昇は輪状甲状筋の声帯伸張作用及び内転筋による振動長短縮作用によりもたらされる。FO下降は喉頭の下降と輪状咽頭筋の協同作用による声帯長短縮の効果によりもたらされる。音声基本周波数(Fo)の調節に多元的に関与すると考えられる内喉頭筋及び外喉頭筋の機能を調べる目的で,現在までに採取されている輪状甲状筋の前部(CTa)と後部(CTp),側輪状披裂筋(LCA)及び輪状咽頭筋(CP)の筋電信号を解析し, Foとの相関を調べた結果,以下に述べるFo調節機構が推定された.1.CTaとCTpでは, CTpにおいてFoとの相関がより高く,調音による影響も小さい. CTpは同筋の斜部に相当し,関節のすべりの成分がFo調節に関与している可能性が示唆される.CTaは調音に伴う声帯張力の速い変化を調節し, CTpはFo帯域の拡大に寄与していると思われる.2.LCAはCTよりもFoとの相関が高く,調音による影響も小さい. LCAは声帯突起の振動を制動し,声帯の有効振動長を短縮させることによりFoの上昇をもたらす可能性があり,輪状甲状関節の運動以外の機構もFoの調節に関与していると思われる.3.CPはFoと比較的高い負の相関を示す.CPは活動の上昇に伴い輪状軟骨後方で筋腹の断面積が増大し,輪状軟骨の上部を前方に押し出すことにより,輪状軟骨を逆回転させFoの下降をもたらす可能性があると推定される.

このときに喉頭全体が下降すれば,輪状軟骨の後板はCPにより形成されたスロープに沿って滑り下り,より大きな回転力を生じることになり,喉頭の下降とFoの下降との関係を説明することができる.本年度は、輪状甲状筋の直部と斜部の基本周波数(FO)制御における作用の相違を推定するとともに、種々の喉頭筋の作用を統合してFO調節における生理学的モデルを考案した。輪状甲状筋は輪状軟骨の前方外側より甲状軟骨体部の下縁に走行する筋であり、収縮により輪状甲状関節の回転を生じ声帯の伸張がもたらされると考えられている。この筋は解部学的に直部と斜部に分れ、直部が回転運動を、斜部が滑り運動をひき起こするされるが、滑り運動の可能性については疑問視されている。そこで各部のFO上昇作用を推定した。直部は甲状軟骨の筋付着部が関節の回転中心より遠く、十分な回転力を期待できる。しかし、筋長が短いため最大収縮により弛緩時の70%に短縮しても、声帯の伸張は1015%と小さく、約1オクターブのFOの変化を生じるのみである。斜部は回転中心に近接しており大きな回転力は期待できないが、滑り運動ばかりでなく甲状軟骨下角の弾性変形ににより軟骨間の偏位を生じる可能性があり、510%の声帯の伸張が得られる。これらの2つの作用を統合しても、FOの変化は2オクターブ弱であると推定される。従って、人間の生成し得るFOの帯域を説明することはできず、その他の補助機構が存在することが示唆される。昨年度の研究結果である側輪状破裂筋と輪状咽頭筋のFO調節作用も含めて喉頭筋によるFO調節のモデルを考案した。FO上昇時には、輪状甲状筋による声帯張力の増大と側輪状破裂筋による声帯振動長の短縮とにより制御され、FO下降時には、輪状咽頭筋の収縮と喉頭の下降により、声帯の張力の減少が生じ、声帯の内転力が減少することにより声帯の振動長が増大する。
ナノ・マイクロ構造物を内包した機能性リポソームの調製

本研究の目的は,外場を用いてマイクロ粒子を操作し,リボソームの機能発現を制御する事にある.このために,前年度までの基礎実験の結果を基に実験装置の設計製作を行い,実際にPHなどを制御する実験系の構築を行った.これによって,試験溶液として生体由来物質(脂質等),ナノ粒子,イオン溶液などを含むものを用い,濃縮・濃度調整を行うことが可能になった.また,構築した顕微鏡システムを用いて,リボソームの破膜がUV照射により可能なことを実験的に確かめ,マイクロチャンバー内で破膜の実験を行った.この結果,実際に内包したインクの漏洩を確認し,破膜制御が可能であることを明らかにした.さらに,ジャイアントリポソームの調製技術を確立し,小胞リポソーム,ナノ粒子,蛍光粒子,インクなどを内包させ置換によって外部溶液と異なるように制御する方法も確立した.これらの成果を基にして,複数のリポソームに異なる溶液を内包させ,これをマイクロチャネル内のチャンバーにおいて会合させ破膜・混合させる実験を行っており成果の一部を本年10月のμTASの国際会議(in Paris, FRANCE on 7-11 October 2007.)において公表する予定である.(投稿中)以上の本年度の研究によって機能性リボソームの調整に対する研究の基礎的な部分はほぼ予定通り終了した.今後の課題としては,時間的制約によって十分に進展しなかった,マイクロ構造物の内包と表面にナノ粒子を吸着させる実験が残っているが,試験設備を利用してさらに発展させる予定である.本研究の具体的な目的は,表面を親疎水性修飾したマイクロ粒子を脂質膜に吸着反応させ,外場を用いてマイクロ粒子を操作し,リポソームの機能発現を制御する事にある.このために,温度や外場条件などをパラメータにしてマイクロ粒子の外場に対する応答性,破膜のタイミング,形の物理的変形及び膜透過性に関する特性実験を行い,その結果をもとに物理的制御可能なリポソームを構成する.本年度は,国内外の関連する研究の実状を調査し,研究の遂行上必要な情報・資料の収集を行った.また,リポソーム内包物質め種類および濃度,温度,圧力をパラメータにして予備的なリポソームの形成実験を行い,次年度の機能性リポソームを構成するための基本的な知見を取得した.これによって,実験装置の設計製作を行い,実際にPHなどを制御する実験系の構築を行った.これによって,試験溶液として生体由来物質(脂質等),ナノ粒子,イオン溶液などを含むものを用い,濃縮・濃度調整を行うことが可能になった.予備的にナノ粒子を含む溶液をリボソームに閉じ込める実験を行ない,成功した.また,実験中の溶液のPRを制御するためにパソコンでリアルタイムモニタできるPHメータを購入し,データサンプリングシステムを構築した.以上の本年度の研究によって次年度の機能性リポソームの調整に対する準備がほぼできた.本研究の目的は,外場を用いてマイクロ粒子を操作し,リボソームの機能発現を制御する事にある.このために,前年度までの基礎実験の結果を基に実験装置の設計製作を行い,実際にPHなどを制御する実験系の構築を行った.これによって,試験溶液として生体由来物質(脂質等),ナノ粒子,イオン溶液などを含むものを用い,濃縮・濃度調整を行うことが可能になった.また,構築した顕微鏡システムを用いて,リボソームの破膜がUV照射により可能なことを実験的に確かめ,マイクロチャンバー内で破膜の実験を行った.この結果,実際に内包したインクの漏洩を確認し,破膜制御が可能であることを明らかにした.さらに,ジャイアントリポソームの調製技術を確立し,小胞リポソーム,ナノ粒子,蛍光粒子,インクなどを内包させ置換によって外部溶液と異なるように制御する方法も確立した.これらの成果を基にして,複数のリポソームに異なる溶液を内包させ,これをマイクロチャネル内のチャンバーにおいて会合させ破膜・混合させる実験を行っており成果の一部を本年10月のμTASの国際会議(in Paris, FRANCE on 7-11 October 2007.)において公表する予定である.(投稿中)以上の本年度の研究によって機能性リボソームの調整に対する研究の基礎的な部分はほぼ予定通り終了した.今後の課題としては,時間的制約によって十分に進展しなかった,マイクロ構造物の内包と表面にナノ粒子を吸着させる実験が残っているが,試験設備を利用してさらに発展させる予定である.
新規フラストレートハニカム磁性体の開拓と異常電気磁気効果の解明

本研究では、らせん磁性など非共線的な磁気秩序を示すハニカム格子磁性体を新規開拓し、従来にない磁気輸送・誘電現象を実験的に解明すること目指す。競合する交換相互作用のパラメータの制御が可能と予想されるCaAl2Si2構造を有する磁性体を対象に、新物質合成に加え、外部からの応力や圧力による磁気状態制御を行い、既存のネール型反強磁性から、らせん磁性への転移を目指す。これより得られる系統的なデータに基づき、ハニカム磁性体におけるフラストレート磁性と、それに誘起される新奇電気磁気効果に関する基礎学理の構築を目指す。
酸性雨の影響を受けた土壌中の物質移動に関する基礎的研究

1.酸性溶液を繰り返しアロフェン質土壌に添加した場合(バッチ法)のpH変化予測手法の検討を行った。硝酸溶液添加の場合、硫酸溶液添加時よりpHの低下が急激であった。酸性溶液添加時のpH予測に適用する化学平衡式は、アルミニウムの溶解、アルミニウムイオン種の生成、アルミニウムイオンと塩基性陽イオン交換、炭酸塩平衡、硫酸イオン吸着、電気的中性条件、質量保存存則より構成した。アルミニウムイオン・塩基性陽イオン交換には鉱物の風化による緩衡機能も包含させた。土壌溶液pHは、±pH0.2の標準誤差で予測可能であった。2.土壌団粒の分散はpH4以下の硝酸溶液で顕著であったが、硫酸溶液では全てのpH範囲で認められなかった。硝酸溶液を充填土壌に浸透させた場合、土壌団粒の分散により透水係数が急激に低下した。アロフェン質土壌の透水性と緩衡機能は浸透酸性溶液の水素イオン濃度と同様、酸性溶液の種類により影響を受けた。3.硫酸溶液のアロフェン質土壌への拡散にともなうpH分布を予測するため、ミキシングセルモデルとバッチ法に適合した化学平衡式を結合させた手法を用いた。15日間酸性溶液を拡散させた後のpH分布を予測するため、硫酸イオン吸着量と土壌と溶液の反応に寄与する土壌割合を減少させてシュミレートすると、測定値と同様な鋭いpH分布が得られた。計算は測定値と±pH0.1以下の精度で予測することができた。1.酸性溶液が添加された場合のイオン濃度計算に用いた化学平衡式と計算結果土壌溶液濃度測定値にはイオンペア濃度も含まれるため、硫酸・アルミニウム・カルシウムが関連する15種のイオンペア生成を考慮し、イオンの活動度を求めた。その結果、アルミニウム溶解定数は硝酸の方が硫酸より大きいことが判明した。また、硫酸の吸着曲線はLangmuir型によく適合した。イオン濃度計算にはアルミニウムの溶解と加水分解、アルミニウムイオンとカルシウムイオンとの陽イオン交換、硫酸イオン吸着、硫酸アルミニウム生成、炭酸塩平衡の9種の化学平衡式、および、電気的中性条件、硫酸とカルシウムの質量保存則を用いた。計算は陽イオン交換の平衡定数のみ未知数とし、pHの測定値との適合が良い値を試算的に与えた。その結果、pHで±0.2の誤差で計算可能であった。また、硫酸は硝酸に比較しpHの低下が少なく、硫酸イオンの吸着による中和機能と硫酸アルミニウム生成がアルミニウムイオン濃度を低下させることを計算より明らかにした。しかし、添加回数が増加すると計算値のpHが下回り、粘土鉱物の風化過程を化学平衡式に組み込む必要性が確認された。2.酸性溶液浸透による透水係数と浸透溶液pHの経時変化土壌団粒の崩落率は硫酸の場合pHに依存せず微少であったが、硝酸の場合pH3.5以下で急増した。そして、土壌カラムと硝酸溶液を平衡させた後の透水係数は、pHと団粒崩落率の関係と良く一致した。団粒の崩落率が少ない硫酸溶液では透水係数の低下は認められず、浸透溶液のpHは低下した。しかし、硝酸の場合は透水係数が低下し、pHが上昇した。団粒が崩壊する場合、溶液と土粒子の接触表面積が増加し、陽イオン交換の増加がpHを上昇させることが判明した。団粒の崩壊とそれにともなうpH上昇の時間的遅れの解明は、今後の課題である。硫酸溶液の水平拡散に伴う火山灰土壌中のpH分布とイオン濃度分布予測手法の検討を行った。従来、土壌中の溶質移動解析には分散移流式を用いている。しかし、イオン種の数だけ微分方程式が必要となり大変煩雑となる。また、微分方程式中にイオンの吸着離脱項を各イオン種ごとに導入するのも困難となる。そこで、土壌と酸性溶液の反応を人為的に促進した場合(バッチ法)に適合する化学平衡式とMixing Cell Modelを適用して、硫酸溶液の拡散に伴うpH分布予測を行った。硫酸溶液の水平拡散によるpH分布は、等質物質中の一般的な拡散現象と異なり、滑らかなpH分布を呈さなかった。

pH分布より火山灰土壌中のpHの拡散係数を求めると、平均値が7×10^<-8>cm^2/sで、自由水溶液中の水素イオンの拡散係数より34オーダ小さな値であった。溶液と土壌の反応を人為的に促進させたバッチ法と拡散の場合を比較すると、土壌と溶液間の反応速度や反応に関与する土壌割合が異なると考えられる。そこで、硫酸イオン吸着量と陽イオン交換に関与する土壌粒子割合がpH分布に与える影響を比較した。その結果、硫酸吸着量、反応に関与する土壌粒子割合を低下させると、滑らかなpH分布から変位することが明らかとなった。バッチ法に適用した化学平衡式中で、硫酸イオン吸着を1/50、溶液との反応に関与する土壌を15%とした場合、測定値と±pH0.1程度の誤差で計算可能であった。本研究により、pHの分布が必ずしも滑らかな曲線分布とならないことを測定値と予測値により示すことができた。また、酸性雨が火山灰土壌の塩基性陽イオンやアルミニウムイオンの溶脱を予測する場合、バッチ法で適用される化学平衡式とMixing Cell Modelの利用が有効であることを立証した。
近代日本における開港都市と国際交流

近代日本の開港都市として中心的な地位を占めた横浜の、主に居留地制度撤廃以後の外国人社会の形成とそこにみられたさまざまな国際交流の態様について、在住外国人に関する統計資料の収集と分析、関係する各種ディレクトリーをもとに在住外国人名簿の作成、関係外国都市での行政文書などの資料収集、関係者へのインタビューによるオーラルヒストリーの作成、個人文書の収集などを行った。それらをもとに在住外国人に関するデータベースを構築し、またオーラルヒストリーのテキスト原稿、収集資料の目録などを作成した。またこれら資料に基づいて研究代表者、研究分担者による著書、論文を発表した。今年度は以下のような活動を行った。1国内関係機関の調査(1)函館市在住外国人社会に関する関係資料の調査、収集札幌市:北海道立文書館/北海道庁法制文書課行政情報センター/北海道大学附属図書館北方資料室函館市:函館市史編さん室/函館市中央図書館(2)国立国会図書館所蔵関係資料の調査、収集(『神戸市統計書』明治40年、『兵庫県統計書』明治6年など)(3)早稲田大学中央図書館等所蔵関係資料の調査、収集(「外事警察関係文献リスト」『外事警察概況』/内務省警保局昭和10年、『外事警察報』、『特高外事月報』など)2アメリカ調査2006年8月27日9月8日に、大西、天川が下記の機関を調査し、資料収集を行った。(1)ニュージャージー州・ニューブランズウィック市ラトガース大学(2)ニューヨーク市、コロンビア大学図書館(3)アトランタ市ビクター・ヒギンス氏宅(同氏父、ウォーレンスヒギンス氏旧蔵資料を借用)(4)シアトル市フランセス・ブレークモア研究家森岡三千代氏インタビュー、シアトル市図書館、シアトル市公文書館で横浜関係資料の収集3横浜および国内各旧居留地の居住外国人に関するデータベース作成(1)神戸市・兵庫県在住外国人関係統計数値の調査、分析(2)各旧居留地の在住外国人の職業別データベース作成このほか、研究分担者と会合して、研究会を行い、研究発表を行った(2006年5月20日、11月4日、横浜開港資料館において)今年度は以下のような活動を行った。1国内関係機関の調査(1)外務省外交史料館所蔵関係資料の調査、収集(『外国人ノ身分並挙動取調一件別冊神奈川県庁調査敵国人名簿』ほか)(2)フェリス女学院大学図書館所蔵関係資料の調査、収集(「ハロルド・ウィリアム文書」ほか)2アメリカ調査2007年8月27日9月6日に、大西、天川、本宮が下記の機関を調査し、資料収集を行った。(1)シアトル市公共図書館、公文書館、ワシントン州文書館(2)ワシントン大学(3)ブリティッシュ・コロンビア(UBC)大学(バンクーバー)この間、ワシントン大学ケネス・パイル教授、ブレークモア財団理事長グリフィス・ウェイ氏ほかにインタビューを行った。3国内でのインタビュー活動在住外国人の家族として、ウィリアム・マール氏、大谷ヒデヨ・アンデルレ氏、フランツ・メツガー氏らに聞き取りを行った。4前年に引き続き横浜および国内各旧居留地の居住外国人に関するデータベース作成を行った。5このほか、研究分担者と会合して研究会を開催し研究発表を行った(2007年5月19日、7月30日、11月3日、2008年2月3日横浜開港資料館において)近代日本の開港都市(横浜、神戸など)を通じた国際交流の在り方について、本研究は、従来の国家中心観点ではなく、個人、民間、自治体に注目して、多様な観点から明らかにすることを目的としている。2008年度には代表者、研究分担者は、オーラルヒストリー、統計的手法、外交文書という、それぞれの観点から、以下の成果を発表した。横浜のドイツ人の子孫についてオーラルヒストリーとして、大西比呂志「マールー家と横浜」『あゆみ』第61号(フェリス女学院大学、2008年10月)をまとめた。さらに天川晃「国境を越えて生きる」『市民と社会を生きるために』(放送大学、2009年3月)は、開港都市を通じて往来した留学生、お雇い外国人、移民のグローバルな動きを分析した。本宮一男「昭和初期における国際親善策の一側面-シアトルの石灯籠と碑文を手がかりに-」『外交史料館報』第22号(外務省、2008年12月)は、シアトル市に現存する石灯籠と二つの碑文を手がかりに、昭和初期、排日移民法制定を背景に悪化していた日米関係の改善を企図して試みられた日米親善策について、同時期に行われた他の都市間交流の例にも目を配りつつ考察した。
東南アジアの言語のポラトネス:タイ語の場合

意味公式を用いて分析を行い、次の2点が結果として示唆された。第1は、タイ語もジャワ語も日本語も敬語体系を有しているが、この3言語は異なるポライトネス・ストラテジーを示したことである。つまり、ポライトネス・ストラテジーは敬語体系よりも社会文化的規範に関係していると考えられる。第2は、タイ語・ジャワ語・日本語のポライトネス・ストラテジーは、対話者間の地位(上下関係)よりも、対話者間の人間関係(親疎関係)に強い影響を受けていることである。研究の全体的な構想は東南アジアの言語を語用的側面から解明し、それらの言語を母語とする学習者の日本語におけるポライトネス(politeness)の習得過程の全容を構築することである。マレーシアでの研究を第一章、インドネシアでの研究を第二章とすれば、本研究は構想現実化の第三章になる。この構想に基づき、本研究は平成19年度に収集したタイ語のデータを分析し、タイ語母語話者のポライトネスの様相を探り、タイ語をマレー語・ジャワ語と比較して敬語体系とポライトネスとの関係を考察することを目的とする。研究の全体構想は対象言語におけるポライトネスの普遍性を追及することを目指している。この構想は、さらに東南アジアの言語以外にも発展させていくつもりで、語用能力の体系化が最終的な目標である。本研究の成果は、語用能力の体系化を通して、最終的には学習者の語用能力を養成する指導法の確立に寄与できると考える。平成20年度は分析したタイ語を基に論文を2本発表した。1本は断り場面におけるタイ語母語話者の行為を日本語母語話者と比べ、その特徴を社会文化的規範から考察したものである。もう1本は発話の順序からタイ語をジャワ語・マレー語と比較・考察したもので、現在印刷中である。平成21年度もデータの分析、及び考察を進め、7月にシドニーで開催されるJSAA-ICJLE2009国際大会で審査・採用が決定している発表(「ポライトネス・ストラテジーの視点から日本語習得を考察して:ジャワ語・インドネシア語・マレー語・タイ語の場合」Booking No.164497)を行うほか、逐次成果を公表していく予定である。この構想に基づき、本研究は平成19年度に収集したタイ語のデータを分析し、タイ語母語話者のポライトネスの様相を探り、タイ語をマレーシア語・ジャワ語と比較して敬語体系とポライトネスとの関係を考察することを目的とする。この構想は、さらに東南アジァの言語以外にも発展させていくつもりで、語用能力の体系化が最終的な目標である。平成22年度は、7月にICJLE2010世界日本語教育大会(台湾国立政治大学、台北)で採択された発表(「ポライトネス・ストラテジーに反映された母語文化:敬語体系を有するタイ語・ジャワ語・日本語を比較して」No.1406)を行う。平成22年度は、7月31日にICJLE 2010世界日本語教育大会(台湾国立政治大学、台北)で採択された「ポライトネス・ストラテジーに反映された母語文化:敬語体系を有するタイ語・ジャワ語・日本語を比較して」(No.1406)を口頭発表したほか、12月に留学生教育学会学会誌『留学生教育』第15号に論文「依頼場面に見られる断り表現の特徴:日本語・ジャワ語・インドネシア語・タイ語の比較」を公表した。
腫瘍・間質の血管新生シグナルを標的とした新規口腔扁平上皮癌治療戦略

口腔扁平上皮癌細胞株であるHSC-3に対して、ヒストン脱アセチル化酵素阻害剤である酪酸ナトリウム(SB)存在下におけるVEG Ffamily発現の変化を検討した。またSB存在下においてAP-1阻害剤、AKT阻害剤およびmTOR阻害剤が、VEGFfamily産生量に与える影響を検討した。SB刺激によるVEGF familyのmRNAおよびタンパク発現量を検討したところ、VEGF-A産生量はコントロール群と実験群に大きな差は検出されなかったが、VEGF-B、VEGF-CおよびVEGF-DではmRNA発現量の減少が確認された。また血管誘導因子であるangiopoietin-2およびplatelet derived growth factorbetaの発現量低下が見られ、SBによる口腔癌間質誘導の抑制が示唆された。研究に関わる諸条件、すなはち各種阻害剤の作用濃度の設定、定量的PCR、Western blotの条件はほぼ確立し、研究2年度目への準備が整った。当初の計画通り、研究2年度目は、in vitro実験系でHDACi存在下におけるVEGF familyの転写・翻訳機構を明らかにする予定である。また本学で実施された口腔癌手術症例についてVEGF familyをはじめとする血管・リンパ管増殖因子およびそれらのシグナル伝達を担うタンパクについてその発現量と臨床的な経過との関係を検討する予定である。各種阻害剤の添加により生じるmRNAとタンパク発現量の変化を解析することは、本研究の中心的な解析項目となる。これらの解析に必要なタンパク質の阻害剤、リアルタイム定量PCR試薬、各種抗体関連試薬を適宜購入し、実験に供する予定である。研究は全体として概ね順調に進展している。Western blotの条件もほぼ確立しているが、用いる複数の抗体のうち数種の選択が未決定事項であり購入に至らなかった。本年度に未購入分の抗体を購入し研究を進めて行く予定である。
負荷端の動作に受動的柔らかさを創生するステッピングモータ駆動系に関する研究

ロボットやマニピュレータの動作が環境との衝突や相互作用を伴うとき,駆動系の損傷や環境に及ぼすダメージが問題となる.本研究では,ステッピングモータ駆動系が本質的に持つに受動性に注目し,負荷端の受動的柔らかさを有効に発揮させる制御手法の提案とその特性の検証を行った.(1)ソフトアクチュエーションステッピングモータの駆動電流を制御して脱調閾値を変化させ,脱調によるトルク喪失により負荷端の受動的柔らかさを創出する手法であり,著者らが提案したステッピングモータ駆動法である.ソフトアクチュエーションを適用することで,ステッピングモータの持つ受動性を有効に用いることができる.例えば,ロボットアームにより落下物体の柔らかな受け止めができることを実験的に示した.(2)ステッピングモータのトルク指令駆動ソフトアクチュエーションのもとで,ステッピングモータのトルク角を制御することにより,開ループでステッピングモータをトルク指令駆動する手法を提案し,トルク指令に沿った駆動トルクを生成できることを実験的に示した.この結果,ステッピングモータの作用をトルクとして運動方程式中に直接記述することができ,すでに知られているさまざまな運動制御手法をステッピングモータ駆動系に適用できることになる.(3)マニピュレータを用いた駆動特性の検証1)ソフトアクチュユーションのもとでトルク指令駆動法により,良好な位置・速度の追従制御性が得られた.2)受動的柔らかさを用いて,高さの事前情報なしにマニピュレータによる物体の把持・積上げが実現できた.3)受動的柔らかさにより,障害物との衝突衝撃を緩和でき,手探り動作による障害物の回避行動が実現できた.4)受動的柔らかさにより,明示的な力制御/コンプライアンス制御を行うことなくペグインホール動作ができた.柔らかさと制御性は,一般に相反する要求であるが,提案手法によりステッピングモータ駆動系に位置・速度の制御性を大きく損なうことなく,負荷端から見た受動的柔らかさを実装できることが示された.ロボットやマニピュレータの動作が環境との衝突や相互作用を伴うとき,駆動系の損傷や環境に及ぼすダメージが問題となる.本研究では,ステッピングモータ駆動系が本質的に持つに受動性に注目し,負荷端の受動的柔らかさを有効に発揮させる制御手法の提案とその特性の検証を行った.(1)ソフトアクチュエーションステッピングモータの駆動電流を制御して脱調閾値を変化させ,脱調によるトルク喪失により負荷端の受動的柔らかさを創出する手法であり,著者らが提案したステッピングモータ駆動法である.ソフトアクチュエーションを適用することで,ステッピングモータの持つ受動性を有効に用いることができる.例えば,ロボットアームにより落下物体の柔らかな受け止めができることを実験的に示した.(2)ステッピングモータのトルク指令駆動ソフトアクチュエーションのもとで,ステッピングモータのトルク角を制御することにより,開ループでステッピングモータをトルク指令駆動する手法を提案し,トルク指令に沿った駆動トルクを生成できることを実験的に示した.この結果,ステッピングモータの作用をトルクとして運動方程式中に直接記述することができ,すでに知られているさまざまな運動制御手法をステッピングモータ駆動系に適用できることになる.(3)マニピュレータを用いた駆動特性の検証1)ソフトアクチュユーションのもとでトルク指令駆動法により,良好な位置・速度の追従制御性が得られた.2)受動的柔らかさを用いて,高さの事前情報なしにマニピュレータによる物体の把持・積上げが実現できた.3)受動的柔らかさにより,障害物との衝突衝撃を緩和でき,手探り動作による障害物の回避行動が実現できた.4)受動的柔らかさにより,明示的な力制御/コンプライアンス制御を行うことなくペグインホール動作ができた.柔らかさと制御性は,一般に相反する要求であるが,提案手法によりステッピングモータ駆動系に位置・速度の制御性を大きく損なうことなく,負荷端から見た受動的柔らかさを実装できることが示された.交付申請書の「本年度の研究実施計画」に従い,実験装置の整備とこれまで得られた研究成果の公表を行った.1.現有実験装置の改良物体搬送実験を行うため,空気圧電磁弁と真空ピックアップからなる搬送用グリッパを製作し,ステッピングモータDD駆動垂直3関節マニピュレータに実装した.2.水平3関節マニピュレータの設計・製作ソフトアクチュエーション下での挙動を上記現有マニピュレータと比較検討するためステッピングモータDD駆動水平3関節マニピュレータを製作する.機構の設計と主要部品の購入を終え,現在構造部品を加工中である.3.これまでに得られた知見の公表(1)ソフトアクチュエーション下でのステッピングモータのトルク指令駆動法を提案し,DD駆動垂直3関節マニピュレータを用いて定トルク指令による駆動特性を検証した.カセンサを用いた接触力の測定と定トルク駆動による関節角のステップ応答から,提案手法によりステッピングモータをトルク駆動できることが確認できた.得られた知見は学術論文として公表した(日本機械論文集C編・平成15年4月号に掲載予定).(2)トルク指令駆動法を双方向回転にする系に適用するためのトルク制御系の改善手法を提案し、DD駆動垂直3関節マニピュレータを用いて双方向動作時の連続トルク可変特性を検証した.トルク符号切換え時のトルク角の不連続性を解消することで,全トルク領域に渡り滑らかなトルク特性が実現できることを示した.(平成14年11月・第11回計測自動制御学会中国支部学術講演会にて口頭発表).以上,概ね研究実施計画どおりの成果が得られた.交付申請書の「本年度の研究実施計画」に従い,提案手法を実験的に検証し,成果の公表を行った.1.物体の搬送位置決め実験

ステッピングモータ駆動マニピュレータにソフトアクチュエーションを適用し,物体の搬送位置決めを行う系を構築し,マニピュレータによる物体の把持,搬送,積上げを行った.ソフトアクチュエーションが持つ受動的柔らかさにより物体を把持あるいは位置決めする際に生じる置き台と物体との干渉を解消でき,手先反力や手先位置を直接計測することなく,搬送・位置決めができることを確認した.2.搬送経路に置かれた障害物との衝突・干渉回避行動に関する実験搬送経路に障害物を置き,搬送過程に環境との相互作用を導入する.この状況下で,障害物と搬送物体との衝突衝撃をソフトアクチュエーションの受動的柔らかさにより受け流し,続いてトルク指令監視による手探り行動により障害物を回避し,反力や干渉力を直接計測することなくまた搬送物を取り落とすことなく目的地まで搬送できることを確かめた.3.これまでに得られた知見の公表(1)上記第1項の成果を学術講演会にて発表した(ソフトアクチュエーションを適用したマニピュレータの運動特性-高さと力の直接センシングを要しない搬送物体の積上げ-:日本ロボット学会第21回学術講演会・平成15年9月).(2)上記第2項の成果を学術講演会に講演発表申込み済み(ソフトアクチュエーションを適用したマニピュレータの運動特性-障害物と衝突した際の挙動と手探り回避行動-:日本機械学会ロボティクスメカトロニクス講演会・平成16年6月予定).以上,概ね研究実施計画どおりの成果が得られた.交付申請書の「本年度の研究実施計画」に従い,提案手法を実験的に検証した.1.ソフトアクチュエーションを実装したマニピュレータの制御特性評価柔らかさと制御性は,一般に相反する要求である.そこで,ソフトアクチュエーションを実装したステッピングモータ駆動水平3リンクマニピュレータを用いて,受動的柔らかさを持つ状態での軌道追従性について実験的に検証した.実験結果より,受動的柔らかさを維持しながら,良好な軌道追従ができることを確認した.2.衝突・干渉に対するソフトアクチュエーションの有用性評価水平3リンクマニピュレータを用いてpeg-in-hole実験を試みた.ソフトアクチュエーションの適用により,ペグ挿入時に生じるペグ-穴間の衝突・干渉力を軽減でき,穴開口部の面取りに沿ってペグを容易に挿入できることが実験的に検証できた.衝突・干渉によるトルク指令の増加を利用して,位置ずれを修正する手探り動作が実現できた.引き続き,定量的な評価を行う予定である.3.まとめ3年間の研究により,ステッピングモータの駆動法に関して従来法とは異なる手法を提案した.今後は,得られた知見をもとにステッピングモータ駆動法に関する研究成果を整理し,学術論文として公表する予定である.