hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
結合共振器における非線形光学

小さな空間に光を閉じ込めることができる,微小光共振器を複数結合させる,結合共振器系を構築し,様々な機能を実現した.初めに性能が極めて高い(高Q値)シリカトロイド微小光共振器の結合系を構築し,高い光閉じ込め性能を活用して,従来では実現できなかった20ナノ秒の光閉じ込めや,波長確度が極めて高いブリリュアン散乱を利用したブリリュアンレーザを実現させた.また,制御性に優れたフォトニック結晶微小光共振器を用いて,それにテーパナノファイバを結合させることで,動的に共振器を形成させたり,これまでにない高い効率で光を取り出すことに成功した.最後にフォトニック結晶とシリカトロイド微小光共振器の結合を実現させた.今後は,同種共振器に関しては,光メモリ動作のデモンストレーションを行い,光カー効果を利用したメモリの利点について明確に示す.一方で異種材料共振器に関しては,フォトニック結晶導波路にテーパナノファイバを接触させたときに,なぜ複数の局在モードが生じるか解明する.それを解明できれば,テーパ光ファイバを介したフォトニック結晶局在モードの結合系に関して,動的制御を含む様々な応用実験が可能になると期待される.さらに,トロイド微小光共振器とフォトニック結晶導波路における局在モードとの結合を明瞭に観測し,異種材料での光の強結合状態を実現させたい.光エレクトロニクス3月末納品予定の消耗品が4月上旬の納品となったため.次年度使用額は当初予定通り,シリコンチップの購入のために支出する.
心臓移植後の拒絶反応への挑戦-細胞シート移植を応用した新しい免疫抑制療法の開発-

本研究では、Adiponectin産生細胞シートのドナー心への移植が、Adiponectinの移植心筋内での濃度を維持し、結果としてAllograft vasculopathyを抑制するかどうかの検証をめざし、段階的研究を行っている。本研究室はScaffoldのない細胞シート作成方法を開発し、針を用いた直接注入による細胞移植と比較して長期に細胞シートが心臓に生着することを証明した。さらに、脂肪間葉系幹細胞をIn-vitroでAdiponectin産生脂肪細胞に分化させ、この細胞をシート化してScaffoldのない細胞シートとして重症不全心に移植し、Adiponectinの心筋内濃度を3ヶ月以上にわたり高濃度に維持するとともに、不全心機能を改善させることに成功した。さらに、左冠動脈結紮により急性心筋梗塞モデルを作成し、同時にACSの移植を行ったところ、ACSは急性心筋梗塞発症後の心筋の炎症反応を軽減し、慢性期の心機能、生命予後を改善させ得ることが示された。同実験により、Adiponectin産生細胞由来の細胞シートはadiponectin、hepatocyte growthfactor、vascular endothelial growthfactorなどを分泌し、障害心筋に対して保護的に働くことが示された。心筋組織内で起こる炎症反応を軽減する働きを有するため、移植心に対する免疫応答反応に対しても、抑制的に働く可能性が十分にあることが示唆される。Adiponectin産生細胞由来の細胞シートの作成に成功し、これらのparacrine効果、心筋保護効果を確認できたことは大きな達成であった。しかし、心臓移植モデルの安定化に時間を要し、移植心に対する保護効果の確認が今年度中に達成できなかった。心臓移植モデルの安定化を早急に図り、これに上記で示したAdiponectin産生細胞由来の細胞シート移植を行って、ACSの移植心に対する保護効果を確認する。これをマウスまたはラットを用いた実験系で確認した後、可能であれば大動物を用いた実験に移行する予定である。心臓移植時にレシピエント由来Adiponectin産生細胞シートを心臓表面に移植する治療を、小動物モデルを用いて行い、慢性拒絶反応抑制効果とそのメカニズムを解明するとともに、臨床材料からAdiponectin産生細胞シートによる治療の臨床応用への可能性を模索する。(1)心移植後拒絶反応に対するAdiponectin産生細胞シート治療効果の解明(2)ヒト心移植後患者におけるAdiponectinの発現および産生動態の検討および拒絶反応重症度との関連性の検討
スリランカにおける宗教間の共助思想構造に関する基礎的研究

本研究の目的はスリランカ社会が長きに亘り形成してきた寛容精神の現代的な意義を再発見・再評価することにある。しかしこの寛容精神に支えられた社会伝統は近代の植民地支配やタミルゲリラとの激しい戦闘により、久しくスリランカ社会から影を潜めた感が否めなかったが、2009年の内戦の終結以後、徐々に高まりを見せつつあるように思われる。本研究には、その精神伝統の復興を支援するという副次的な効果も念頭にある。特に釈悟震が長年研究してきた「パーナドゥラ論争」は、スリランカに於いてすら忘れられかけていたものであるが、釈の研究の働きかけで現地の研究者もその価値に気づき、再評価するに至ったという経緯がある。同様に、スリランカにおけるイスラムは早くも7世紀にはコロニーが確認され、以来、仏教、キリスト教との平和的な共存の伝統を維持してきた。この間、他地域に見られるような武力や移民政策などによるイスラム支配の確立ーそれは同時に他宗教の弾圧・消滅にもつながる事であるがーといった事実が全くなかった。この事実は、イスラムが伝播した東南アジアや中央アジア、更にはインド亜大陸においても見出せない。なぜスリランカのイスラムのみが、他の地域とは異なりイスラム絶対支配社会に至らなかったのか?また一般にイスラムにおいて、仏教徒はカーフィル(多神教徒)として忌避され、排除の対象にさえなるにもかかわらずスリランカのイスラムは、仏教と平和的共存、共助の関係を作り、他地域のような宗教対立や紛争の事例は殆ど見られないのか?研究協力者と共に、この点に注目し、スリランカでは、なぜイスラムは平和共存社会構築へと進み得たのか、そこには何かそれを可能にする宗教思想としてのイノベーションがあったのかを究明すべく平成30年8月5日-9月7日まで関連地域及び大学において基礎資料収集を着実に進め本研究の核心に迫る要因を大きく進捗させた。「パーナドゥラ論争」に代表される仏教とキリスト教の宗教対話の全貌を明らかにするために、現地調査や資料収集をスリランカの名門Peradeniya大学やRuhuna大学の協力を得て行う。特に、Peradeniya大学の仏教学部からは、Muwaetagama Gnanananda教授以下、全面的な支援を取り付けており、夏季と冬季の二回同大学の講師陣の協力の下に、パンチャ・マハヴァダヤ(Pannca Mahavadaya:五大論争)と呼ばれるバッデガマ(Baddegama)、ワラゴーダ(Waragoda)、ウダンヴィタ(Udanvita)、ガンポラ(Gampola)、パーナドゥラ(Panadhura)の各論争について資料を収集する。これらの論争は、「パーナドゥラ論争」以外は、スリランカでも殆ど知られることがなく、その資料収集は現地人スタッフの協力を仰ぎつつ行う。そこで、これらの歴史に埋もれた事実の発掘を中心に長期に及ぶ現地調査を行う。具体的にはスリランカの国立公文書館やPeradeniya大学・Kelaniya大学・Colombo大学・Ruhuna大学が所蔵する資料やそれぞれの開催地における現地での聞き取り調査を行う。以上の目的と計画諸般を実行すべく現地調査を行なう諸般の周辺の基礎資料収集への大きな一因を得ることが出来た。なお上記の施行の一環として、平成30年7月05日、ホテルオークラにおいて日本経済新聞社主催・外務省後援により【第4回「アジアの価値観と民主主義」シンポジウム】にて発表、平成31年3月12日から19日まで韓国国立ソウル大学図書館並びに宗教学専門の識者と共に本研究課題を解明すべく資料調査を行ない、当大学の教授からの研究指導を得るなど、本研究の一端を促進させる事が出来た。スリランカの前世紀において激しくぶつかりあったパーナドゥラ論争を始め、五大論争地の調査研究やColombo論争の調査を行い、埋もれている資料、およびPeradeniya大学のスタッフの協力を求めてColombo大学や国立公文書館やマスメディア各社などが所蔵する資料の閲覧や調査・資料収集を行う。さらにその論争が起因となり世界的な仏教復興運動(Pali仏教聖典協会の創設など)、サルボダヤ協会へと連なっていった思想的な背景や運動の経緯を解明する。仏教徒中心のシンハラ人と、少数派でヒンズー教徒中心のタミル人の間に深刻な亀裂を生んでいる現在スリランカ人が平和社会の構築という社会的・政治的重要課題に対してその解決策を歴史の中から見出すための基礎資料の提示となるように本研究成果をスリランカ人に向けて英語で発信するため、シンポジューム等をPeradeniya大学スタッフの協力を得て開催する。他方、研究協力者と共にスリランカのイスラム社会の歴史や文化の現地調査を行う。またKandy地域のムスリムと仏教徒との共存関係を調査しその現状や問題点についても聞き取り調査する。スリランカ・イスラムの権威L.Devaraja博士はじめ関連の研究者との密接なネットワークの構築に努める。現代社会における宗教問題に関する研究論文や啓蒙書さらにはマスメディアによって、現地の諸宗教共存の思想やその現実展開の意味を広く世界に発表するように努める。一方、研究協力者と共に、ジャヤワルデナ研究はジャヤワルデナ記念館の協力を得て、その資料の分析も行い彼の寛容思想形成について検討し成果は学会や一般教養雑誌などで発表する。この他この宗教論争で勝利したとされる仏教側にはインド論証学の伝統がいかなる形で関わっているかについてインド論証学・論理学研究者の協力を得ることにする。

しかしこの寛容精神に支えられた社会伝統は近代の植民地支配やタミルゲリラとの激しい戦闘により、久しくスリランカ社会から影を潜めた感が否めなかったが、2009年の内戦の終結以後、徐々に高まりを見せつつあるように思われる。本研究には、その精神伝統の復興を支援するという副次的な効果も念頭にある。特に釈悟震が長年研究してきた「パーナドゥラ論争」は、スリランカに於いてすら忘れられかけていたものであるが、釈の研究の働きかけで現地の研究者もその価値に気づき、再評価するに至ったという経緯がある。同様に、スリランカにおけるイスラムは早くも7世紀にはコロニーが確認され、以来、仏教、キリスト教との平和的な共存の伝統を維持してきた。この間、他地域に見られるような武力や移民政策などによるイスラム支配の確立ーそれは同時に他宗教の弾圧・消滅にもつながる事であるがーといった事実が全くなかった。この事実は、イスラムが伝播した東南アジアや中央アジア、更にはインド亜大陸においても見出せない。なぜスリランカのイスラムのみが、他の地域とは異なりイスラム絶対支配社会に至らなかったのか?また一般にイスラムにおいて、仏教徒はカーフィル(多神教徒)として忌避され、排除の対象にさえなるにもかかわらずスリランカのイスラムは、仏教と平和的共存、共助の関係を作り、他地域のような宗教対立や紛争の事例は殆ど見られないのか?研究協力者と共に、この点に注目し、スリランカでは、なぜイスラムは平和共存社会構築へと進み得たのか、そこには何かそれを可能にする宗教思想としてのイノベーションがあったのかを究明する。以上の「研究の目的・実施計画」に従って当該の目的と計画を達成すべく基礎資料収集を着実に進め本研究の核心に迫る要因を大きく進捗させた。「パーナドゥラ論争」に代表される仏教とキリスト教の宗教対話の全貌を明らかにするために、現地調査や資料収集をスリランカの名門Peradeniya大学やRuhuna大学の協力を得て行う。特に、Peradeniya大学の仏教学部からは、Muwaetagama Gnanananda教授以下、全面的な支援を取り付けており、夏季と冬季の二回同大学の講師陣の協力の下に、パンチャ・マハヴァダヤ(Pannca Mahavadaya:五大論争)と呼ばれるバッデガマ(Baddegama)、ワラゴーダ(Waragoda)ウダンヴィタ(Udanvita)ガンポラ(Gampola)パーナドゥラ(Panadhura)の各論争について資料を収集する。これらの論争は、「パーナドゥラ論争」以外は、スリランカでも殆ど知られることがなく、その資料収集は現地人スタッフの協力を仰ぎつつ行う。そこで、これらの歴史に埋もれた事実の発掘を中心に長期に及ぶ現地調査を行う。具体的にはスリランカの国立公文書館やPeradeniya大学・Kelaniya大学・Colombo大学・Ruhuna大学が所蔵する資料やそれぞれの開催地における現地での聞き取り調査を行う。以上の目的と計画諸般を実行すべく現地調査を行なう諸般の周辺の基礎資料収集への大きな一因を得ることが出来た。
二次予防を目的としたアトピー性皮膚炎の初期病態を反映するバイオマーカーの探索

アトピー性皮膚炎(AD)の患者数は増加しており、有病率を低下させる対策が求められている。本疾患の治療には早期発見と早期治療が効果的であるが、早期の病態を評価するための有効なバイオマーカーは存在しない。そこで、本研究ではADのモデルマウスを用い、その血漿よりバイオマーカーを探索することにした。AD患者の表皮では、一部のタンパク質のトリプトファン残基がニトロ化修飾を受け、6-ニトロトリプトファン(6-NO2Trp)が生成されることが知られている。そこで6-NO2Trpを指標として候補タンパク質の探索を試みた。その結果、免疫グロブリンGがADのバイオマーカーとして利用できる可能性が考えられた。アトピー性皮膚炎の患者数は増加しており、有病率を低下させる対策が求められている。本疾患の治療には早期発見と早期治療(二次予防)が効果的であるが、早期の病態を評価するための有効なバイオマーカーは無い。そこで本研究では、アトピー性皮膚炎の最初期を検知できるバイオマーカーの探索を試みることにした。本研究ではタンパク質のニトロ化修飾に注目してバイオマーカーの探索を行った。タンパク質のニトロ化は一酸化窒素と活性酸素の存在下で引き起こされる。このため、ニトロ化修飾を受けたタンパク質の存在は体内で炎症が発生したことを強く示唆する。従って、アトピー性皮膚炎のような炎症性疾患の場合、ニトロ化を指標とすることで効率的にマーカー候補タンパク質を明らかにすることができると考えられる。動物モデルであるNc/Ngaマウス(10週齢)より血漿を採取し、二次元のウエスタンブロットを実施した。その結果、対照と比較してトリプトファン残基のニトロ化修飾が増加するタンパク質が存在した。これらのタンパク質はヒトの患者血漿においてもニトロ化修飾が増加していた。従って、これらのタンパク質はアトピー性皮膚炎のバイオマーカーとして利用できる可能性が考えられた。次年度は、アトピー性皮膚炎を発症する直前と直後のNc/Ngaマウス(6週齢8週齢)を用いて、マーカーとして有用なタンパク質の絞り込みを行う予定である。さらに、それらのタンパク質を簡便に検出するELISAシステムも作製する予定である。アトピー性皮膚炎は炎症性の皮膚疾患であり、先進国を中心に患者数が増加している。アトピー性皮膚炎の治療は早期発見と早期治療(二次予防)が重要であるが、初期の病態を検出できる有効なバイオマーカーは存在しない。そこで本研究では、初期の病態を検出できるバイオマーカーの探索を試みることにした。昨年度に引き続き、タンパク質中のトリプトファン残基のニトロ化修飾(6-ニトロトリプトファンの生成)を指標として、アトピー性皮膚炎の新規バイオマーカーの探索を行った。その結果、アトピー性皮膚炎患者血漿に含まれる免疫グロブリンG(IgG)が対照と比べ有意にニトロ化修飾を受けることが明らかとなった。バイオマーカーとして利用するためには、アトピー性皮膚炎に対する特異性が重要である。そこで他の炎症性疾患患者血漿との比較を行った。アトピー性皮膚炎、乾癬、関節リウマチ、全身性エリテマトーデス患者の血漿に含まれるIgGトリプトファン残基のニトロ化修飾率を調べたところ、アトピー性皮膚炎と関節リウマチ、全身性エリテマトーデス患者の間に統計的に有意な差が見られた。一方、アトピー性皮膚炎患者と乾癬患者との間には統計的に有意な差は見られなかった。乾癬との差に関しては今後検体数を増やし、さらに詳細に検討を行う予定である。以上の結果は、ニトロ化修飾に着目することで、IgGがアトピー性皮膚炎のバイオマーカーとして利用できる可能性があることを示している。26年度が最終年度であるため、記入しない。生化学26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の予定通り、平成25年度はアトピー性皮膚炎のバイオマーカーとなり得る複数のタンパク質を明らかにすることができた。平成26年度は前年度に明らかとなったバイオマーカー候補タンパク質をさらに絞り込む予定である。合わせて、ELISAによるバイオマーカーの簡便な検出システムを構築する予定である。
高度液晶光配向技術を用いた三次元異方性フォトニック光学素子の形成

本年度は、光波伝搬の更なる高度制御が可能な異方性回折光学素子の創成、ならびに電圧印加によって回折光学特性を高速に制御可能な素子の形成を目指し、回折角及び波長・偏光分離特性が電圧印加により動的に制御可能な新奇な液晶回折格子(以下、4値液晶回折格子)を創成した。4値液晶回折格子は、それぞれ配向方向が異なる0°Planar配向及び90°TN配向の4種の液晶配向構造が周期的に混在した構造を有する。形成にあたり、従来から開発を進めてきたガルバノ光学系を用いた偏光紫外レーザー描画による光配向を採用した。本素子ではまず、光波が回折する回折次数を印加電圧によって制御可能である。本特性は、0次回折、2次回折のペアと1次回折における回折効率の位相差に対する依存性が逆相関係となっていることを利用して実現される。また、液晶セルへの電圧印加によって液晶分子の厚さ方向へのチルトを誘起することで、実効的な屈折率を制御可能であるため、光波が回折する回折次数を印加電圧によって選択できる。さらに、同時に入射された2つの異なる波長の光波を異なる回折次数に分離して回折させることも可能である。これらの特性に加えて、入射された光波を互いに直交条件にある直線偏光及び円偏光に分離回折可能であることも見出している。また、偏光分離特性に関しても、電圧印加により動的に制御可能である。上記の特性は、実験による回折特性測定のみならず、Jones法を用いた偏光伝搬解析により理論的にも実証している。以上の結果から、本素子は、既存の光学素子を凌駕する複数の機能を有しており、産業における光学システムの高度化、小型化、コスト削減に大きく貢献できる。29年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、光波伝搬の高度制御が可能な異方性回折光学素子の創成、さらには異方性フォトニック構造形成への展開を目指し、2枚の光架橋性高分子液晶(P6CB)基板から成る液晶充填前の空セルに対して、3光束偏光干渉光を一度露光することによる液晶回折格子の形成を試みた。本研究で使用したP6CBは、光配向時の露光エネルギーに応じて、照射直線偏光に対して直交または平行方向に配向させることができる。この特性を利用する事で、2枚のP6CB基板により形成した空セルに対して、偏光干渉紫外光を一度露光するのみで、2枚の配向膜で互いに平行または直交した配向処理を施すことが可能となる。本研究における3光束以上を干渉させた多光束干渉では、干渉光の強度及び偏光状態を2次元的に変調させることが可能である。よって、P6CB基板に対する2次元パターンの配向処理が容易であり、さらに前述した2枚同時の光配向手法と組み合わせることにより、3次元的に光学異方性が変調された回折光学素子の効率的な形成が可能となる。実際に形成した3次元液晶配向構造は、90°TN配向と0°Planar配向が、ある一つの格子ベクトル方向に周期的に形成され、それと垂直方向には、0°Planar配向の配向方向が連続的に変調された構造である。本素子に対して可視光レーザーを入射した際は、2次元回折光が生じ、入射光の偏光状態に依存して回折特性が変化し、さらには回折位置に応じて異なる偏光変換が成された。直線偏光入射時は、回折位置に応じた偏光方位角の変換が成され、円偏光入射時は、直線偏光及び入射光に対して逆回りの円偏光の両者が回折した。これら一連の偏光回折特性は、Jones法による理論解析結果と良く一致した。これらの結果は、本素子が一度に多数の偏光状態の光波を生成することが可能で、それらの偏光状態は、入射光の偏光状態によって制御可能であることを示している。初年度において、液晶光配向技術を用いた三次元異方性回折光学素子の形成といった最終目標につながる、3光束偏光干渉露光による液晶回折格子の形成に関しては、当初の計画通りに進行した。2枚の光架橋性高分子液晶基板から成る液晶充填前の空セルに対して、3光束偏光干渉紫外光を一度露光する手法で3次元液晶配向構造を形成できることを実験によって実証できた。さらに、配向分布の観察結果や本素子の偏光回折特性の測定結果は、Jones法を用いた理論解析によって説明できた。本年度は、4光束偏光干渉露光法と独自に確立した光架橋性高分子液晶の高度液晶光配向技術との組み合わせにより、新規な液晶素子(可変式波長・偏光ビームスプリッター)を形成した。本素子は、1.入射した光波を互いに直交した複数対の偏光状態の光波に分離する(偏光分離)、2.入射光の波長に応じて回折方向が3次元的に異なる(波長分離)、3.素子の温度制御による上記特性の動的制御が可能(回折特性の動的制御)、といった機能を複合的に実現できる。本研究ではまず、4光束偏光干渉によって得られる干渉電界内の偏光変調分布及び強度変調分布の理論計算を行い、光配向による3次元液晶配向構造形成時の詳細な実験条件(各光束の光学配置、入射角、光強度、偏光状態、露光量等)を決定した。

形成した3次元液晶配向構造を偏光顕微鏡により観察することで得られた透過光強度分布は、理論解析結果から良く説明された。回折特性は、波長532 nm及び633 nmのレーザーを同軸入射することにより測定し、Jones法を応用した回折特性解析により理論実証も行った。結果として、入射する光波の波長により、回折方向が3次元的に異なるという他に類が無い回折特性を本素子では実現可能であることを示し、さらに、液晶複屈折の温度制御によって回折特性の有用な制御が可能であることも実証した。本素子は、波長板、偏光ビームスプリッター、ダイクロイックビームスプリッター、可変波長フィルターなどの既存の光学素子の機能を複合的に有しており、光学システムの高度化、小型化、コスト削減に貢献できる。平成28年度においては、独自に確立した光架橋性高分子液晶の高度液晶光配向技術を用いた4光束偏光干渉露光によって、既存の光学素子の機能を複合的に有する新奇な液晶回折光学素子「可変式波長・偏光ビームスプリッター」を創成した。本素子は、伝搬光波の波長分離、偏光分離、光学特性の動的制御機能、といった複合的な機能を有するものであり、当初の計画以上の革新的な光学特性を有する回折光学素子を創成できた。さらに、ガルバノビームスキャナーを用いた偏光ビーム描画光配向により、回折する光波の波長を任意に選択可能な波長選択型液晶回折格子も創成した。本素子の創成は、当初の計画には無いものであったが、3次元異方性回折光学素子の形成といった本研究の目標に関連する大きな成果である。本年度は、光波伝搬の更なる高度制御が可能な異方性回折光学素子の創成、ならびに電圧印加によって回折光学特性を高速に制御可能な素子の形成を目指し、回折角及び波長・偏光分離特性が電圧印加により動的に制御可能な新奇な液晶回折格子(以下、4値液晶回折格子)を創成した。4値液晶回折格子は、それぞれ配向方向が異なる0°Planar配向及び90°TN配向の4種の液晶配向構造が周期的に混在した構造を有する。形成にあたり、従来から開発を進めてきたガルバノ光学系を用いた偏光紫外レーザー描画による光配向を採用した。本素子ではまず、光波が回折する回折次数を印加電圧によって制御可能である。本特性は、0次回折、2次回折のペアと1次回折における回折効率の位相差に対する依存性が逆相関係となっていることを利用して実現される。また、液晶セルへの電圧印加によって液晶分子の厚さ方向へのチルトを誘起することで、実効的な屈折率を制御可能であるため、光波が回折する回折次数を印加電圧によって選択できる。さらに、同時に入射された2つの異なる波長の光波を異なる回折次数に分離して回折させることも可能である。これらの特性に加えて、入射された光波を互いに直交条件にある直線偏光及び円偏光に分離回折可能であることも見出している。また、偏光分離特性に関しても、電圧印加により動的に制御可能である。上記の特性は、実験による回折特性測定のみならず、Jones法を用いた偏光伝搬解析により理論的にも実証している。以上の結果から、本素子は、既存の光学素子を凌駕する複数の機能を有しており、産業における光学システムの高度化、小型化、コスト削減に大きく貢献できる。初年度に実施した3光束偏光干渉露光法を用いた液晶回折格子の形成により得た知見を基に、今後は、光源にHe-Cdレーザー(波長325 nm)を用いた4光束偏光紫外干渉光学系の構築を行った後、2枚の光架橋性高分子液晶基板により形成した空セルへの4光束偏光干渉紫外光の一度露光により、液晶回折格子(可変波長・偏光ビームスプリッター)を形成する。本素子では、入射光の波長によって回折する方向(回折オーダー)が異なり、それらは温度制御によって回折方向を入れ替えることができる。
水環境の調和をはかる水質改善技術および水利用システムの確立

水環境との調和を考え、汚濁物質の水環境への排出量を総合的に削減し、地域の水質保全、改善を図っていくためには、諸産業の事業場の形態等を踏まえ、事業場の規模や地域の水環境の特性を考慮に入れた対策が必要である。このため、本研究では各産業に適した水質改善技術、おび生産プロセスにおける総合水利用システムの最適化を行うため、1)発生源における個別処理と排水処理施設の改善による対処との技術・経済的判断基準の確立、2)現在利用できるN,P,COD除去技術の各産業におけるプロセスへの適用指針の確立、3)プロセスのクローズド化/代替生産プロセス選択のための検討指針の確立、4)エネルギー消費、水の再利用など省資源/省エネルギー効果の評価、の点について事業場の規模、水利用状況に応じた改善策を探ることを目的としている。このため、各産業からどのような汚濁物質が排出されているかに着目し、諸産業からの汚濁物質排出実態について、事業場規模、地域による差異に着目した調査、解析を行うとともに、その問題点の整理を行った。具体的には、1)事業場の規模、分布、排水流入水域の調査、2)事業場規模別の排水処理、対策の現状についての調査、アンケート、現地調査、さらに3)排水のキャラクタリゼーションを行った。また、その結果に基づいて、それらの排水処理、水利用のために処理方法について技術的な検討を行った。そして、水環境との調和を図るための、排出ゼロをめざした処理、水利用システムに検討を加えた。水環境との調和を考え、汚濁物質の水環境への排出量を総合的に削減し、地域の水質保全、改善を図っていくためには、諸産業の事業場の形態党を踏まえ、事業場の規模や地域の水環境の特性を考慮に入れた対策が必要である。このため、本研究では各産業に適した水質改善技術、および生産プロセスにおける総合水利用システムの最適化を行うため、1)発生源における個別処理と排水処理施設の改善による対処との技術・経済的判断記述の確立、2)現在利用できるN, P, COD除去技術の各産業におけるプロセスへの適用指針の確立、3)プロセスのクローズド化/代替生産プロセス選択のための検討指針の確立、4)エネルギー消費、水の再利用など省資源/省エネルギー効果の評価、の点について事業場の規模、水利用状況に応じた改善策を探ることを目的としている。このため、東京湾、瀬戸内海などの水域を選択し、対象地域において各産業からどのような汚濁物質が排出されているか、水域への汚濁物質の流入量はどの程度になるのかについて明らかにするため、諸産業からの汚濁物質排出実態について、事業場規模、地域による差異に着目した調査、解析を行うとともに、その問題点の整理を行った。具体的には、1)事業場の規模、分布、排水流入水域の調査、2)事業場規模別の排水処理、対策の現状についての調査。アンケート、現地調査、3)排水キャラクタリゼーション。事業場規模等によって排水処理方式、汚濁物質排出抑制対策が異なるため、その性状の検討、4)地域、水域、産業別の汚濁物質排出負荷量の推算をおこなった。これらの検討結果より、各事業場から排出される汚濁物質量を推算し、地域毎の諸産業の排出量が明らかになりつつある。このため、本研究では各産業に適した水質改善技術、および生産プロセスにおける総合水利用システムの最適化を行うため、1)発生源における個別処理と排水処理施設の改善による対処との技術・経済的判断基準の確立、2)現在利用できるN,P,COD除去技術の各産業におけるプロセスへの適用指針の確立、3)プロセスのクローズド化/代替生産プロセス選択のための検討指針の確立、4)かうエネルギー消費、水の再利用など省資源/省エネルギー効果の評価、の点について事業場の規模、水利用状況に応じた改善策を探ることを目的としている。

このため、各産業からどのような汚濁物質が排出されているかに着目し、諸産業からの汚濁物質排出実態について、事業場規模、地域による差異に着目した調査、解析を行うとともに、その問題点の整理を行った。具体的には、1)事業場の規模、分布、排水流入水域の調査、2)事業場規模別の排水処理、対策の現状についての調査、アンケート、現地調査、さらに3)排水のキャラクタリゼーションを行った。また、その結果に基づいて、それらの排水処理、水利用のために処理方法について技術的な検討を行った。そして、水環境との調和を図るための、排出ゼロをめざした処理、水利用システムに検討を加えた。
ハイインパクトトレーニングによる骨肥大が体内カルシウム恒常性機序におよぼす影響

骨に対する力学的な歪みは、多量のCaが骨に添加され骨肥大を起こさせる事が明らかになっているが、体内Ca^<2+>恒常性は維持されている。しかし、Ca代謝が大きく改善されることは考え難く、その不足分の補充を全身の骨に由来している可能性がある。本研究では、ラットにハイインパクト運動を8週間行わせ、1)Ca摂取量の違いが、全身および下肢骨骨密度におよぼす影響2)血清および尿中Ca、リン濃度におよぼす影響を明らかにし、骨肥大が体内Ca恒常性機序におよぼす影響を明らかにする事を目的とした。実験には10週齢のWistar系メスラット(n=48)を購入し、低Ca食群(L群:0.1%)、中間Ca食群(M群:0.5%)および標準Ca食群(R群:1.0%)に分け、それぞれにジャンプ運動群(E群)および対象群(C群)を設けた。一日当たりのCa摂取量は、L群14.3±2.4mg、M群71.2±10.2mgおよびR群143.5±28mgであり、C群およびR群には有意な差は認められなかった。また、全ての期間を通して体重にも有意差がなかった。大腿部および下腿部の骨密度はL群が最も低く、Ca摂取量が多い群ほど増加した。また、ジャンプ運動による影響は大きく、低Ca食を摂取した群でも顕著に増加した。一方、運勤の影響が少ない上腕部および前腕部の骨密度はCa摂取量によって結果が異なったが、運動群で減少する傾向を得た。臀部の骨密度はL群およびMC群で低下した。血液中Ca濃度は全ての群でほぼ一定であったが、無機リンおよび活性型ビタミンDはL群が有意に増加した。また、尿中Ca量も各群で有意な差は認められなかったが、無機リンはL群、M群、R群の順に有意に増加した。以上の結果から低Ca食を摂取し、ジャンプ運動を行った場合でも下肢骨骨密度が増加した。しかしその他の部位では摂取したCa量により骨密度が増減する傾向にあり、ジャンプ運動による下肢骨骨肥大は全身骨から由来する可能性を得た。近年、高齢化が進み骨粗鬆症による骨折が問題視されている。その予防法の一つには、成熟期の骨密度を最大限に増加させることが上げられる。その方法の一つとして、骨に力学的な歪みを加えることで骨強度および重量を効率よく増加させることが報告されている。また、成長期ラットにおけるハイインパクトな運動は、骨肥大に大きな影響をおよぼすことも明らかとなっている。我々の報告では、わずか4週間のジャンプトレーニングでも顕著な骨肥大を起こすことが明らかとなっている。一方、血液Ca恒常性を考えた場合、腸管からのCa吸収量の増大およびカルシウム代謝が著しく改善されることは困難であると考えられるが、多量のカルシウムが骨に添加される中、そのホメオスタシスは維持されている。我々が行っているジャンプトレーニングのようなハイインパクト運動を行った場合では、Caの不足分の補充を全身の骨に由来している可能性が考えられる。そこで本研究では、ラットに1日当たり10回のジャンプ運動を40日間行わせ、身体各部位の骨密度および骨塩量にどのような影響をおよぼすか検討することを目的とした。その結果、大腿骨・頚骨の骨塩量および骨密度は、トレーニングにより増加するが、非荷重骨の一部では骨量が減少する傾向があったことが明らかとなった。これは、トレーニングにより骨肥大が起き、他の部位の骨形成に使われるカルシウムが流用された可能性が考えられる。また、ジャンプトレーニングによる下肢の骨量の増加によって骨粗鬆症による骨折を防ぐことはできるが、他の部位の骨量が減少してしまう可能性が考えられる。ゆえに、カルシウム摂取量を増加させ、全身の骨に荷重刺激を与えてカルシウム貯蔵可能量を増やす必要があると考えられる。

一方、運勤の影響が少ない上腕部および前腕部の骨密度はCa摂取量によって結果が異なったが、運動群で減少する傾向を得た。臀部の骨密度はL群およびMC群で低下した。血液中Ca濃度は全ての群でほぼ一定であったが、無機リンおよび活性型ビタミンDはL群が有意に増加した。また、尿中Ca量も各群で有意な差は認められなかったが、無機リンはL群、M群、R群の順に有意に増加した。以上の結果から低Ca食を摂取し、ジャンプ運動を行った場合でも下肢骨骨密度が増加した。しかしその他の部位では摂取したCa量により骨密度が増減する傾向にあり、ジャンプ運動による下肢骨骨肥大は全身骨から由来する可能性を得た。
強相関電荷のフラストレーションがもたらす新奇誘電体・金属の理論的研究

1.モット絶縁体におけるスピンと電荷のカップリングと誘電性:低温まで磁気秩序がなく、スピン液体の可能性が示唆されている三角格子系モット絶縁体κ-ET_2Cu_2(CN)_3やEtMe_3Sb[Pd(dmit)_2]_2を念頭に,その低温相で電荷自由度がスピン自由度と結合して非自明な液体相を形成する可能性を複数の角度から理論的に調べた。三角形ユニットのハバード模型では、オンサイトクーロン斥力Uが∞の強結合極限からの摂動によってスピンと電荷が結合し、誘電性が生じることが既に知られているが、一般にはその値は、非常小さい。今回、サイト間近接斥力相互作用Vを導入すると誘電性が1桁以上のオーダーで劇的に増大することを、摂動論、および三角ユニットを組み合わせた低次元模型に対する数値計算によって示した。実際の物質系ではVがUの1/3程度なので、この機構はフラストレーション由来の誘電性の新しい起源として有力である。上記物質系は分子のダイマーを単位としたモット絶縁体である。その誘電性の担い手はダイマー内自由度「量子ダイポール」であるという提案を、申請者は前年度に行った。そこで、分子を単位とした拡張ハバード模型と、上記のダイマー単位のハバード模型の間で、低エネルギー有効マッピングを行い、Vが弱い領域でのみ両者がよく対応することを示した。本課題研究により、三角格子系において、二つの異なった機構から誘電性が生じうること、またそれぞれの機構がどのパラメタ領域で有力となるか、が明らかになった。2.カゴメ格子上の電子系に対する強結合理論カゴメ格子上の1/3フィリングの拡張ハバード模型の強結合極限からの摂動による有効模型が3色ダイマー模型になること、またこの有効模型が、幾何学形状に由来する特異なスピン自由度と電荷自由度の強い相関によって、これまでにない基底状態の推移を示すことを明らかにした.1.負の巨大磁気抵抗効果を持つことで知られる1次元フタロシアニン鉄塩を念頭に、1次元イジングスピン鎖と1/4-fillingの電子系が結合した系を数値計算(DMRG)で解析した。その結果をもとに、電子間の強い相互作用効果によって局在した電子系と局在スピン系がカップルする際に、二つの系のミスマッチによってフラストレーションが生じるという描像を提示した。これは、もともとフラストレーションの要因を全くもたない系でも、強相関効果によってフラストレート量子スピン系が自発的に創出される可能性があることを指摘した理論研究である。2.三角格子有機モット絶縁体κ-ET_2Cu_2(CN)_3やEtMe_3Sb[Pd(dmit)_2]_2において低温で実現されると期待されているスピン液体が、従来の幾何学的フラストレーションではなく、新しい起源によるものであるという提案を行った。具体的にはこれらのモット絶縁体がダイマーを単位としていることに着目し、ダイマー内の電荷自由度を量子ダイポールとして取り扱い、強結合極限からの摂動論を展開して、ダイポール=スピン有効模型を導出した。この模型の特定のパラメタ領域で、ダイポールおよびスピンの自由度が絡み合い、互いに秩序化を抑えあう強相関状態に陥ることを数値的に示し、電荷とスピンの相関がスピン液体の起源となりうることを指摘した。3.異方的三角格子上のXXZ模型の強結合極限は、イジングスピン系であり、無秩序状態から成る密な低エネルギー構造が存在する。その低エネルギー励起状態を系統的に分類し、絶対零度近傍の低温で、温度揺らぎによって特異な1[○!+]1次元の強磁性スピンボンドのネットワークが出現し、次元クロスオーバが生じることを示した。2.カゴメ格子上の電子系に対する強結合理論カゴメ格子上の1/3フィリングの拡張ハバード模型の強結合極限からの摂動による有効模型が3色ダイマー模型になること、またこの有効模型が、幾何学形状に由来する特異なスピン自由度と電荷自由度の強い相関によって、これまでにない基底状態の推移を示すことを明らかにした.
知覚・行動による実世界とのインタラクションに基づく言語の理解・獲得と行動生成

本研究では、知覚機能を持つロボットを思考の主体とし、それを我々の生活環境におくことによって、実世界とのインタラクションが可能な状況を設定し、その中でロボットが知覚・行動を介して思考する枠組みを構築することを試みた。特に、ロボットに対する依頼表現の解釈、あるいはそれに応じた適切な行動計画の生成に焦点をあて、これらに対する適切な問題解釈を、実世界とのインタラクションを通じて行なう方法について検討した。昨年度は、1)自律ロボットの作成、2)ロボットのAPI決定、3)外部世界の知覚アルゴリズムの作成、4)各種行動の上記シーンの解析結果を与える影響の抽出アルゴリズムの作成、などの要素技術の開発を行ない、これらをベースとして、行動のプリミティブに1対1に対応する言語表現を対象として言語獲得アルゴリズムの開発を行なったが、各要素技術の基本性能には問題が残されていた。本年度においては、これら要素技術の高度化と、それらを統合したより高度な知的処理の実現を目指した。要素技術の高度化としては、ロボットに対する眉の付加とこれを用いた表情合成を行った。表情によるロボット内部の状態提示が可能になることで、利用者との間でのより豊かなインタラクションが実現された。また、シーン解析のアルゴリズム(視覚処理)に環境適応処理を組み込み、耐性を向上させることで、システムの動作が安定した。統合処理では、プリミティブ単体では実現できない複雑な行動を、どのようなプリミティブの組合せによって構成すべきかを、各種行動のプリミティブとその影響の関係対の組合せ問題を解くことによって求めるアルゴリズムについて検討した。以上によって、知覚・行動・思考の統合処理に基づいて、言語理解・獲得と行動計画の立案を行なう知的なシステムの基礎的な枠組みが実現できた。本研究では、知覚機能を有するロボットを思考の主体とし、それを我々の生活環境におくことによって、実世界とのインタラクションが可能な状況を設定し、その中でロボットが知覚・行動を介して思考する枠組みを構築することを試みるものである。本年度は、特に研究の遂行に必要となる要素技術について検討を行なった。成果の概要は以下の通りである。1)自律ロポットの作成:これまでに開発した人間型頭部、コントローラ、別予算で購入したモービルベースに加え、本年度、新たに指示動作のための腕部を開発し、さらにそれらを統合することで、ロボットのハードウェアを完成させた。2)ロボットのAPI決定:ロボットの動作に関するプリミティブ(基本動作)を決定し、この制御インタフェースを決定した。3)外部世界の知覚アルゴリズムの作成:外部世界にある人間の位置推定、顔の認識、ジェスチャの認識、姿勢推定などに関するプログラムを完成させた。4)未知単語認識アルゴリズムの作成:未知単語を教示するために必要となる未知語の検出アルゴリズムと未知語の音素列認識アルゴリズムを作成した。5)言語獲得アルゴリズムの開発:ロボットが言語を理解するということを、ここでは音声言語でなされる行動の指示に対し、適切な行動をとることと捉える。これは、音声認識の結果得られる単語列を、2)で決めた、ロボットの行動を表わすプリミティブの列に変換することを意味する。10年度は、行動のプリミティブに1対1に対応する言語表現を対象としてこの処理を完成させた。変換のための十分な規則が見つからない時の処理アルゴリズムとして、過去の履歴をもとに可能性の高い行動を推理し、その行動をとった上で指示者の反応を調べ、自分のとった行動が受け入れられたかどうかの判断に基づいて、推理の正しさを判定するという、行動・知覚を介した言語の獲得アルゴリズムを提案した。
ヒト正常神経内分泌細胞の不死化

無限に増幅可能な機能性神経内分泌細胞を樹立すれば、安価な細胞移植療法の実現を加速させることができる。本研究では不死化遺伝子を、神経内分泌細胞のペプチドホルモン遺伝子プロモーター依存的に発現させることにより、インスリン、グルカゴン、GH、TSHなどのペプチドホルモン産生機能を維持したまま、無限増殖させることで、人工膵島、人工下垂体の作出を目指し安価で早期実現可能な再生医療技術創出のための研究基盤を確立する。本研究による技術開発はiPS細胞から誘導され純化された薬事的にも問題のない組織特異的前駆細胞の無限増幅にも応用可能であり、本研究の成果は再生医療全体を飛躍的に加速させる可能である。
看護職のための簡便かつ効果的な禁煙サポートツールの開発と評価

看護職の行う禁煙支援は短時間であっても効果があると言われている。しかし、日本の看護職は禁煙支援への認識が低く、実施率が低いことが示されている。本研究では、1看護職に対する横断調査により、看護職の禁煙支援の現状とその阻害要因を明らかにすること21の結果を踏まえて、看護職が手軽に利用できるインターネットサイトで禁煙支援サポートツールを開発すること3開発した禁煙支援サポートツールの効果を明らかにすることの3点を目的とする。これにより、看護職の禁煙支援の実施率の向上に資する。
金属ナノコロイドテンプレートを用いた有機単分子膜のシングルナノパターニング

本課題では、分子被覆金属ナノコロイドをテンプレートとした、有機単分子膜の新たなナノパターニング技術の開発を目的とし、研究を行った。チオール基を有する分子は金に特異的に吸着することから、金ナノコロイドを被覆することができる。一方、ビニル基を有する分子は、水素終端化Si(111)基板と光化学反応により結合させることが可能である。この反応は通常紫外光により行われるが、われわれは可視光によっても同様の反応が可能であることを見出した。金-チオール結合は紫外光照射には不安定であるが、可視光照射には安定である。この特徴を利用して、両末端にチオール基とビニル基を有する11-mercaptoundecene (MUD)により金ナノコロイドを被覆し、これを光化学的に水素終端化Si(111)基板と反応させることで、MUD被覆金ナノコロイドをSi基板に結合させた。金ナノコロイド分酸液に基板を浸漬し、反応させる基板浸漬法と、水面上に展開した金ナノコロイドをLB法で転写し、これを反応させる方法の2種類の方法について、検討を行った。その結果、いずれの方法においても金ナノコロイドはSi基板上に固定化されるが、LB法を用いることでより高い集積密度が得られることが明らかとなった。この結果は、金ナノコロイドがMUD分子を介してSi基板と結合したことを意味し、すなわち金ナノコロイドをテンプレートとしてSi基板の局所領域にMUD単分子膜が形成された。
都市分析のための地理情報データベースシステムの構築

本研究は、多様な地理情報、地域情報を効率的に蓄積・管理し、また有効で容易な地域分析を可能にする地理情報システムの構築を行い、実際に都市分析に利用することでその有用性の検討を行うことを目的としている。具体的には、神戸市をケーススタディーエリアとして、地理情報システムを用いて分析を行うにあたって必要となる、町丁界や街区のデータを入力する。また、分析を行う対象データとして阪神大震災関連の被災情報や復旧・復興情報を中心に、地域の基礎データとしての人口や土地利用といった統計データ、地形図、都市計画図といった図面の入力も行う。これらのデータを用いて、地理分析を行うための情報の加工、表現、視覚化の方法等の検討し、被災の状況、復旧・復興の状況を地理情報システムを活用することで、どのように処理加工し、分析を行うことができるか試みる。今年度の地理情報システム化の作業の主たる部分は、GISシステムの基本設計と、建物に関する情報の生成、被災情報等建物属性情報の付与、町丁界、街区界等分析のベースとなるディジタル情報の整備である。前者は、被災地域にあるすべての建物の位置及び形状の情報を持たせ、これにその属性としての被災度、建物用途、構造種別、建築年次等情報を付与していく作業である。建物形状(ポリゴン)データは前章で述べたように神戸市が平成4年から6年にかけて別途作成中であった国土基本図(1/2500)のディジタルマップ(DM)データを利用した。後者は、神戸市のDM及び国土地理院の発行している数値地図10000を用いて行った。次年度は生成したGIS情報を使って都市分析システムの設計を行い、その有効性について検討する予定である。
伝統的な木材人工物における‘接ぎ手’技法の基礎調査と幼児用玩具への応用

従来見せる必要がない接ぎ手をあえて可視化できるようにすることで、新規的な玩具の開発が可能となると考え,接ぎ手を三次元データ化し、三次元プリンターで玩具(組み木)の試作を行ない実験した.3種類の組み木を実験では使用し,それぞれの難易度を確認するため,各パーツの形状が複雑な無地の組み木と各パーツの形状が複雑だが,組み上がった状態にすると絵柄が完成する組み木,各パーツの形状が単純な組み木を使った.観察の結果,第1回目の観察以外は表面に絵柄がある組み木の難易度が低いことが分かった.また,複雑な構造でも接する色同士が同色であれば組み上がるというルールを知ることができれば組立易いことが分かった.高雄師範大学のYen-yu-Kang教授と木材の接ぎ手を応用した玩具の基礎的な意見交換を行った.それらの意見を基軸にソリッドワークス社の三次元CADを使用し,接ぎ手部分の凹凸を1セットとしてデジタル化し,そのデータをもとに幾つかの接ぎ手を組み合わせて,立方体のパズル(組み木)を3Dプリンタで造形化し小学校で観察実験を行った.観察実験で用いた玩具は三次元CADによる設計プロセスにおいて,パーツが解体された状態から立方体に組みあげるプロセスを楽しむことを目的にした.しかし,立方体に限らず,幅広い造形の可能性があることが観察実験を通し観察された.また,組みあがりが立方体ではなく自由に形を作らせる実験も行った.この観察実験は組み立てる過程で被験者が接ぎ手への興味や玩具としての難易度を知る目的も含まれる.予想を上回る多くのバリエーションをこの観察実験では制作でき,それらを観察すると具体的にモチーフが想起されるものであった一方で,造形において具体的なモチーフに縛られずに造形の創作を行っているものもあった.また,別の観察実験では,上述とは異なるデザインのパズルを用いて行った.パーツの数を減らし,接ぎ手の形状が単純な設計にしたものである.実験において,始めに立方体を組む課題を与えると,約30秒で立方体を完成させた.前述の観察実験で用いた組み木と比べると,この組み木は,立方体を作る際の造形のアシストとなるような設計があったものと思われ,幼児用の玩具を設計する際はパーツの数と接ぎ手の特徴的な形状も重要となることが分かった.接ぎ手だけではなく,幾つかのパーツを組み合わせることで,立方体になる組み木のサーベイを書籍とインターネット等から行い,それらを整理した.例えば,立方体を基軸とした組み木はシュタインハウスのキューブ,小黒三郎のアニマルキューブ,箱根細工の細工パズル,ユーレカのキューブ,ピート・ハインが考案したソーマキューブ等がある.シュタインハウスのキューブは6つの部品から構成されており,その内の3個は立方体を4個,残りは立方体を5個面でつないだ形状をしている.小黒三郎のアニマルキューブはサイ,ライオン,リスといった動物をモチーフにした部品を組み合わせると立方体になる.これらの,既往作品を知見として得た後,接ぎ手を組み合わせた組み木(玩具)を3Dプリンタでプロトタイプ化した.そのプロトタイプを小学校の算数を専門とする教員にみせたところ,児童への玩具への応用だけではなく,体積計算の教材への展開も可能であるとの意見をもらい,その可能性を追求した.接ぎ手の種類の中には直角だけで構成されているものが多々あり,小学生が体積計算を学ぶ際の支援ができると考えた.そこで,小学生が自主的に体積計算に興味をもつことができ,且つ,教材の機能を兼ね備えた接ぎ手を有する組み木の基礎的なサーベイを行った.また,小学校で基礎的な観察実験も行い,その結果,児童らは限られた部品だけでも組み木が持つ本来の「遊び」を行っていることが分った.また,設計によって組立ての難易度に差がでるため,部品同士のサイズに大小を持たせ,部品数を考え,特長的な接ぎ手の形状にする必要があることが観察により明らかになった.平成23年度は東日本大震災の復興支援を優先したこともあり、若干、研究にも影響が及んだが、研究内容の変更をせずに台湾における木工の接ぎ手を基軸とした、文献調査を行った。台湾では高雄師範大学科技学院のYen yu Kang教授の研究グループの協力を得て、論文等の既往研究を中心に平成24年度以降に必要な研究要素を抽出した。また、平成25年度以降に行う予定だった、幼児用玩具の試作を本年度に前倒しで行うこととした。前述したように台湾での接ぎ手に関する学術論文の収集とその内容から、台湾における基礎調査はある程度、研究を進行する資料として十分であると考えたため、この段階で研究のゴールである幼児用の玩具のプロトタイプを試作するための仮設計を行うこととした。設計は三次元CADで行うため、平成24年度以降の調査で新しい接ぎ手が創出されたとしても追加や修正はデジタルの利点を生かし比較的容易にできるためである。今回、行った仮設計は既に調査済みであった、中国(山東省)で使用頻度が高いと考えられる接ぎ手と台湾の論文資料から抽出したものである。プロトタイプは三次元CADで7つのパーツと9つのパーツから構成される2種類の玩具を設計した。これらのプロトタイプは三次元プリンターによりABS樹脂で制作されている。

しかし、接ぎ手1つ1つの抽出は伝統的な形状でありながらも玩具としてシンプルな構成であるが、パーツも組み合わせる際、当初のターゲットである幼児用の玩具には難易度が高いという指摘を幼稚園の協力研究者から指摘を受けたため、よりシンプルな設計を玩具に要求する必要があることと、接ぎ手そのものの抽出方法も平成24年度以降は考慮する必要が分かった。前年度までで完成した接ぎ手のデジタルデータを実際に使えるレベルに立体化するための組み木の設計を行った。組み木は接ぎ手の種類によって,組み立てに難易度がある.例えば同じ立方体の組み木で同じ数のパーツであっても,組み方の順番や接ぎ手そのものの難易度によって,ユーザは難しいと感じることが分かっている.組み木の順番は,例えば,順番通りにAのパーツ,Bのパーツといったアルファベット順に組み立てるように,具合に何かしらの法則がない場合が従来の組み木には多い.そして,接ぎ手が相互に噛み合う造形そのものの難易度である.雄型では非常に特徴的な造形をした接ぎ手であっても,その雄型が噛み合う雌型の方が雄型の造形をユーザが想像できない場合は,組み立てに時間がかかってしまう.したがって,組み木の組み立ての難易度を下げる場合は,接ぎ手の雄型と雌型が噛み合うことが容易であるかが鍵となる.このように,「組み立ての法則性」と「_接ぎ手の造形的な難易度」の2つが組み木を設計する段階で考慮すべき要素であることが分かった.次に,上述した「組み立ての法則性」と「_接ぎ手の造形的な難易度」の2つ要素から,どのような法則性,どのような接ぎ手の造形性をユーザは組み木から観察して組み立てるのかを観察実験を通して行った.実験は3つの組み木を設計し,それぞれ易しい,普通,難しいといった3段階の難易度で3Dプリンタで造形を行い,3つとも組み立て後は同じ立方体になる.事前に組み木の組み立てる知識,慣れといったユーザの組み木に対する能力を確認してから行った.現在,それぞれ,どのような要素にユーザは着目し組み立てを行っているかを動画を検証し分析を行い,2015年度の国際学会で発表を予定している.多くの木材を使用している伝統的な家具や建築物における木材同士の接合方法は多くの`接ぎ手'を先人達の職人から受け継いでおり、接ぎ手は木材同士による立体物を形成するためには不可欠な技術である。従来見せる必要がない接ぎ手をあえて可視化できるようにすることで、新規的な玩具の開発が可能となると考え,接ぎ手を三次元データ化し、三次元プリンターで玩具(組み木)の試作を行なった.複雑な接ぎ手の形状で組み合わせると,例えば,分解しないことを目的とする建築物には良いが,パズルのような玩具を目的とする組み木には適していない.したがって,組み木においては単純な構造の接ぎ手で組み合わせることで,何度分解し,組み立て直しやすい設計になっているものが多い.しかし,多くの組み木は複雑な構造の接ぎ手の形状で設計され,組み木によっては少ないパーツ数で構成されているにも関わらず,組み立てるのに難解なものがある.上述のような背景を基軸に,観察実験を2度行なった.設計された接ぎ手の玩具としての適合性を探索するために,時系列ごとに観察できるように、実験の様子は動画でも記録し,また,3種類の組み木を実験では使用し,それぞれの難易度を確認するため,各パーツの形状が複雑な無地の組み木と各パーツの形状が複雑だが,組み上がった状態にすると絵柄が完成する組み木,各パーツの形状が単純な組み木を使った.観察の結果,表面に絵柄がある組み木の難易度が低いことが分かった.また,複雑な構造でも接する色同士が同色であれば組み上がるというルールを知ることができれば組立易いことが分かった。