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内在性リガンドが介在する癌と微小環境との相互作用を標的とした肺癌治療の開発

本研究では、肺癌に対して抗癌剤治療を行った際に癌細胞から放出される内在性リガンド、特にアポトーシス小体の機能について、化学療法に対する耐性化もしくは治療抵抗性という観点から解析を行った。抗癌剤治療によって、自然免疫TLR2受容体を刺激するようなリガンドが誘導され、それが治療効果に影響する可能性を見出した。詳細なリガンドの同定については今後検討を進めていく。1)肺癌微小環境における無菌的炎症のトリガーとなるリガンドとセンサーの同定1小細胞肺癌細胞株およびEGFR変異陽性肺腺癌細胞株を各々cisplatinおよびgefitinibで処理し、細胞死を誘導した後培養上清よりアポトーシス小体(AB)を回収し、免疫細胞のABに対する反応性を見るためPMA処理によりマクロファージ(Mφ)に分化させたヒト単球細胞株THP-1をABで刺激し産生されるサイトカインを調べたところ、IL-6, IL-1β, CXCL-10, IL-8, IL-10, IL-33の上昇を認めた。2AB認識センサーとして候補となりうる自然免疫受容体をスクリーニングする目的で、MyD88 KOマウスの骨髄からMφ(BMDM)および樹状細胞(BMDC)を誘導し上述のABで刺激した結果、各種サイトカイン(IL-6, IL-1β, IL-10)の産生が低下することを見出した。3マウス免疫細胞に対するヒト肺癌細胞由来のABの効果という種の違いによる影響を除外するため、THP-1のMyD88 KO細胞(InvivoGen)を上述のABで刺激したところ、同様の表現形が確認された。2)同定したリガンドとセンサーの腫瘍関連マクロファージ(TAM)および腫瘍関連線維芽細胞(CAF)における生物学的意義の検討1)-1のように、AB刺激においてMyD88依存性の経路の重要性が示唆されたため、MyD88 KOマウスを用いた免疫プロファイルの解析をTAMを含む各種免疫担当細胞やCAFを中心に、1フローサイトメトリーによる各種免疫細胞プロファイルの同定、2腫瘍組織中のサイトカイン測定、3NFκBシグナル活性化を検出可能なレポーターRAW細胞(InvivoGen)を用いた血漿自体の刺激性のスクリーニング、を行うプラットフォームを作成した。当初の仮定とはやや異なる結果も出ているが、興味深い結果であり、研究を勧めているところであり、その意味では順調に進んでいる。1)肺癌微小環境における無菌的炎症のトリガーとなるリガンドとセンサーの同定H27年度には、抗癌剤処理で細胞死を誘導した肺癌細胞株の培養上清より回収したアポトーシス小体(AB)刺激が、MyD88依存性の経路を介した免疫担当細胞の応答を引き起こすことを明らかにした。H28年度は、この免疫応答がMyD88の上流のどのToll様受容体(TLR)による認識に基づくのかを解析するため、TLR2,4,7,9のKOマウスの骨髄由来Mφ(BMDM)を用いてAB刺激の応答を比較検討した。その結果、TLR2刺激がABの免疫原性に関与していることを見出した。マウス肺癌細胞株LLC細胞成分由来でTLR2刺激性を有するversicanが腫瘍の増殖促進に関与するという報告があるため(Nature.2009;457:102-6)、現在MyD88KOマウスにLLCを移植し腫瘍環境の免疫プロファイル解析を行う予定で、動物実験施設にMyD88KOマウスを導入し繁殖中である。さらに、肺癌患者由来の血清を用い、NFκBシグナル活性化を検出可能なTHP-1-X Blue細胞をレポーター細胞として各種サイトカインに限らず網羅的な炎症反応惹起能を評価できる手法を開発した。2)同定したリガンドとセンサーの腫瘍関連マクロファージ(TAM)および腫瘍関連線維芽細胞(CAF)における生物学的意義の検討上記MyD88KOマウスが脆弱のため繁殖に時間を要しており、この間に野生型マウスを用いてスクリーニングのプラットフォーム作成を行った。野生型マウスにおいては、1フローサイトメトリーによる各種免疫細胞プロファイルの同定、2腫瘍組織中のサイトカイン測定、3NFκBシグナル活性化を検出可能なレポーターRAW細胞を用いた血漿自体の刺激性のスクリーニングが可能なことを確認した。当初の仮定とはやや異なる結果も出てはいるが、興味深い結果が得られており、研究を進めているところである。ヒトの血清を用いて網羅的に免疫惹起能を判定できるシステムを開発したので、来年度は臨床検体を用いたデータと臨床経過の関連も検討できると思われる。本研究計画では、肺癌に対する抗癌剤治療の際に、腫瘍から放出されるアポトーシス小体の役割に着目し、アポトーシス小体が何らかの無菌的炎症を惹起することで、腫瘍の化学療法抵抗性などがもたらされている可能性を仮定し、解析評価を進めてきた。H27・H28年度までの大きな進展として、1)抗癌剤処理で細胞死を誘導した肺癌細胞株の培養上清より回収したアポトーシス小体の刺激が、MyD88依存性の経路を介した免疫担当細胞の応答を引き起こすことを明らかにした、2)肺癌患者から採取した血清の中に含まれる炎症惹起に関わる因子をスクリーニングするため、NFκBシグナル活性化を検出可能なTHP-1レポーター細胞を用いて解析するシステムを構築した。H29年度は、1)の事象をin vivoで確認するためMyD88KOマウスを当研究室に導入したが、繁殖がうまく出来ず、TLR2およびTLR9のノックアウトマウスを用いた実験に方針転換を行った。

いずれのマウスも骨髄細胞を用いた実験系において、アポトーシス小体の刺激に関与することを見出していたためである。現在繁殖中のマウスに肺癌細胞株を皮下移植し、抗がん剤に対する腫瘍環境変化や治療効果の持続期間などについて検討中であり、興味深い知見を得ている。またマウスの繁殖不良のため中断されていた期間に、腫瘍内のマクロファージ・線維芽細胞などをフローサイトメトリー及び蛍光顕微鏡(aSMA-GFPマウス)でモニターするシステムを構築することが出来た。2)に関しては、当研究室に集積している肺癌患者血清を用いて、NFkB誘導能と抗がん剤治療効果についてスクリーングしたところ、一部の患者では高い誘導能と化学療法抵抗性が相関したが、NFkB誘導能が高い患者でも化学療法に良好な応答を示している症例も多く、抗がん剤の種類やインターフェロンの誘導能などについても追加解析を行っている。本研究では、肺癌に対して抗癌剤治療を行った際に癌細胞から放出される内在性リガンド、特にアポトーシス小体の機能について、化学療法に対する耐性化もしくは治療抵抗性という観点から解析を行った。抗癌剤治療によって、自然免疫TLR2受容体を刺激するようなリガンドが誘導され、それが治療効果に影響する可能性を見出した。詳細なリガンドの同定については今後検討を進めていく。H28年度は、1)に関しては、マウスを用いた解析として、各TLR(TLR2,4,7,9)KOマウス由来BMDMを用いてどのTLRによる認識が重要かを検討、また、MyD88 KOマウスにマウス肺癌細胞株LLCを移植し、腫瘍環境中のサイトカインや浸潤炎症性細胞のプロファイルの評価を行なう。さらに、ヒト末梢血や細胞株を用いた実験として、NFκBシグナル活性化を検出可能なTHP-1-X Blue細胞を用いて、各種サイトカインに限らず網羅的な炎症反応惹起能を評価する手法を開発する。2)に関しては、前述のように、MyD88 KO担癌マウスにおける抗癌剤治療の有無による免疫プロファイルの変化をTAMを含む各種免疫細胞やCAFを中心に27年度に作成したプラットフォームに基づいて解析する。TAMについては、野生型およびMyD88 KO LLC担癌マウスの腫瘍環境中のMφをsortし、トランスクリプトームをRNAシークエンスにより網羅的に解析する。またCAFについては、LLC担癌マウスを用いてTAMと同様RNA解析を行うと同時に、顕微鏡を用いたimagingによる腫瘍の3次元構造解析を行えるように準備する。H29年度は、1)に関しては、現在繁殖中のMyD88 KOマウスにマウス肺癌細胞株LLCを移植し、腫瘍環境中のサイトカインや浸潤炎症性細胞のプロファイルの評価を行なう。さらに、H28年度に確立したNFκBシグナル活性化を検出可能なTHP-1-X Blue細胞を用いた網羅的な炎症反応惹起能を評価する手法を用いて、患者血清検体を解析し、治療抵抗や予後にこれらの炎症がどのように影響しているかについて評価を行う。2)に関しては、H28年度に確立した解析プラットフォームを用いて、野生型vs. MyD88KO LLC担癌マウスにおける腫瘍環境の比較検討、抗癌剤治療の有無による免疫プロファイルの変化などをTA解析する。TAMについては、野生型およびMyD88 KO LLC担癌
日常生活支援のための遠隔操作型買物ロボットシステムの研究

本年度は、昨年度までに構築した遠隔ショッピングロボットシステムのフロトタイフを用いて、実験室に作成した模擬商店の中での実証実験を繰り返し、信頼性の向上を図るため各技術要素の改良をした。また、ここで開発した各要素技術それぞれについて論文発表を行った。主な内容は、柔軟な食品を把持するメカニズムに関するもの、ロボットを人間が手動で誘導するためのインターフェイスに関するもの、天井カメラで位置推定を行う手法に関するもの、小型の移動ロボットに搭載可能な伸縮アームの構造に関するものである。全体のシステムインテグレーションに関する論文は現在投稿中である。また、この種のサービスロボットを現実の人間生活環境に導入するために、環境のインフラとしてどのような構造を持つべきか検討を行った。具体的には、通常のロボットハンドでは操作しにくい細かな操作を実現するために、マイクロマニピュレータの技術を応用したパラレルリンクメカニズムを平面上に構成するための基礎研究を行った。一方、ロボットが環境中で特定の物体を認識しやすいように、自己特徴を環境に応じて自在に変化させることのできるランドマークシステムを開発した。これは自身の性質を環境に特異な性質に変身してわざと目立たせたり、環境に類似した性質にして周囲に溶け込ませたりすることで、ロボットの物体検出能力を向上させるものであり、外乱の多いスーパーマーケットの環境では極めて有効である。なお、つくば市内に建設が予定されているショッピングモールにて、開発したロボットシステムを配置し実証実験を行うための検討を進めている。これが実現されれば、ロボットシステムの導入効果や機能を評価し更に深い検証をすることができるものと期待している。これまでに培われてきた多くの研究成果により、ロボットの技術は飛躍的な発展を遂げ、産業界や極限作業の分野では重要な役割を担っている。一方、多くの努力にも拘らず、日常生活でロボットの姿を見ることはなく、一般の人々にはロボットがどんな場面で役に立つかはあまり知られてこなかった。そこで本研究では、日常生活を支援する場面にロボット技術が利用できるという可能性を社会に示すために、「遠隔地にある物体を自分の意図通りに操作するというサービスを通して人間の生活を支援する」という応用方法を提案した。さらに具体的なタスクとして、スーパーマーケットのショーケースに並んだ生鮮食料品を通して手にとって吟味するという応用例を考案した。今年度は、柔らかい生鮮食料品を把持することを可能とするためのロボットハンドの設計と試作、小型のレーザレンジセンサを用いてショーケースに並べられた生鮮食料品の形状を正確に推定して把持計画を立てる手法を開発・実装した。生鮮食料品は、均質に加工された工業製品とは異なり、個々に表面の凹凸や柔らかさといった状態が違うため、従来は高機能なセンサや制御方法が必要とされていた。開発したロボットハンドは、先端にウレタン製の柔軟な吸盤をもつ4本指から成り、駆動のためのモータを2つしか持たない極めてシンプルな構造でありながら、多様な食品を把持することを実現した。また、通常の掴む力に加えて吸引力を把持に利用するため、ハンドよりも大きい物体の把持も可能となっている。また、パソコンからロボットを操作するためのインターフェースを開発した。これらの要素を移動ロボットの上に統合することで、ショッピングロボットのプロトタイプを構築した。
高エネルギー物理におけるグルーオン飽和の影響

今年度の研究は、主に2つの成果を得た。1.ウィグナー関数の統一的な理解核子の構造を調べるには、核子のパートン分布関数を知る必要がある。核子内部のパートンの進行方向の運動量だけでなく、パートンの横運動量やインパクトパラメータ依存した分布関数を知ることにより、より多彩な核子の構造を調べ、実験での新たな発見へとつなげることができる。本研究では、横運動量とインパクトパラメータの両方に依存したウィグナー関数と呼ばれる、他のパートン分布関数の母関数について着目した。また、高エネルギー領域では、グルーオンの数が増加していき、核子内部はグルーオンが主な成分となることが知られている。また、グルーオンウィグナー関数の定義は、散乱過程により異なることが知られている。本研究ではインパクトパラメータ依存したB-JIMWLK方程式を解く事により任意の散乱過程のウィグナー関数を計算することに成功した。2.グルーオン飽和効果を取り入れたオデロンによる構造関数の性質の調査核子のスピン構造を調べるためには、スピン偏極した核子について知る必要がある。そこで本研究では、縦偏極した核子と偏極していない核子の衝突における構造関数を調べることで、スピン構造を探った。実験において、縦偏極した粒子を衝突させると、生成されて粒子に偏りが生じることが知られており、その偏りの説明にこの構造関数が使われている。この関数は、偏極した核子に対する分布関数から求めることができ、我々は、偏極した核子の分布関数にグルーオン飽和効果を取り入れて計算し、構造関数を求めることに成功した。また実験への提案として、オープンチャーム生成過程のスピン偏極の依存性について考察した。その結果、グルーオン飽和効果により、スピン非対称性の符号は運動量が大きくなるにつれて2度変わることを確認した。これは、これまでの研究では知られていない画期的な発見である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。核子内部のパートン分布関数を、実験の結果から直接的に求める事ができれば、格子構造の理解の大きな助けになる。申請者たちの研究では、核子のかすり衝突での2ジェットを生成する過程の散乱断面積からウィグナー関数を構成できることを示した。これは、この散乱過程では運動量移行がとても小さいことにより、断面積とウィグナー関数の対応をつけることができるようになったからである。これにより、LHC実験などで核子のグルーオンに対するウィグナー関数を求めることが可能となった。ウィグナー関数の現象論への応用も、2つ達成できている。1.あるラピディティーでの核子のグルーオンのウィグナー関数から得られるエントロピーの評価を行った。ウィグナー関数は正定値でないため、そのままではエントロピーを定義できない。そこで、量子力学で用いられている、ウィグナー関数をガウシアンで粗視化した伏見関数を用いる。伏見関数は量子力学では正定値で有ることが証明でき、エントロピーを定義することができる。結果エントロピーはビヨルケン変数xの不冪に比例し、xが小さくなるに連れ無限に増大することを示した。また、グルーオンの分離、結合過程を取り入れたモデルを用いてエントロピーを評価し、エントロピーはxが小さいところで飽和すること示した。2.pA衝突やpp衝突のスモールシステムで楕円形フローが実験で観測されており、その理論的理解が求められている。この研究では、ウィグナー関数の位置と運動量の相関が楕円形フローにどう影響するかを調べた。楕円形フローの計算にはn粒子の散乱過程が用いられている。そのため、我々は陽子内のn粒子と原子核または陽子との散乱を考えることにする。陽子内のn粒子の記述にはマルチパートン分布関数を用いて、n粒子間の相関を取り入れた。計算の結果、楕円形フローv_2 {2},v_2 {4}が生成されることを確認した。今年度の研究は、核子構造を調べる上で基本的なウィグナー関数を、実験で観測される部分断面積と対応をつけることができた。これはウィグナー関数の性質を調べる上で、大きなステップである。これにより、直接実験の結果から核子構造の性質を調査可能になった。さらに、現象論での応用を行うことができ、核子の持つエントロピーや楕円形フローの生成という本研究の目的以上の成果を残せた。今年度の目標であった、カラー数が有限のウィグナー関数の性質を探る事ができなかった。そのため、今年度の進捗は、現象論での応用の成果と合わせると、概ね順調である。

本研究ではインパクトパラメータ依存したB-JIMWLK方程式を解く事により任意の散乱過程のウィグナー関数を計算することに成功した。2.グルーオン飽和効果を取り入れたオデロンによる構造関数の性質の調査核子のスピン構造を調べるためには、スピン偏極した核子について知る必要がある。そこで本研究では、縦偏極した核子と偏極していない核子の衝突における構造関数を調べることで、スピン構造を探った。実験において、縦偏極した粒子を衝突させると、生成されて粒子に偏りが生じることが知られており、その偏りの説明にこの構造関数が使われている。この関数は、偏極した核子に対する分布関数から求めることができ、我々は、偏極した核子の分布関数にグルーオン飽和効果を取り入れて計算し、構造関数を求めることに成功した。また実験への提案として、オープンチャーム生成過程のスピン偏極の依存性について考察した。その結果、グルーオン飽和効果により、スピン非対称性の符号は運動量が大きくなるにつれて2度変わることを確認した。これは、これまでの研究では知られていない画期的な発見である。本年度の研究では、カラー数が大きい極限での理論計算のみ行った。現在、カラー数が有限での理論計算に必要な、B-JIMWLK方程式の解を求めることに成功している。そのため今後は、ウィグナー関数の有限のカラー数での影響を調べる予定である。さらに、カラーの閉じ込めの効果の取り入れ方を、実際の散乱データから読み取り、そのウィグナー関数への影響を定量的に評価する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
イミダゾール化合物との相互作用によるミオシン分子機能への影響

本研究は、イミダゾール化合物の骨格筋タンパク質への作用について明らかにすることを目的とし、ヒスチジンによるミオシンの水溶化現象をモデルとして、ヒスチジンとミオシンとの相互作用の確認および相互作用によるミオシンの構造変化を確認する。ミオシンは低塩濃度条件下でヒスチジンの存在により溶解することが示されているが、当該年度における検討により、カルシウムなどの金属イオンが共存することでミオシンの溶解度は金属イオン濃度依存的に減少したことから、ヒスチジンによる溶解作用が阻害されることがわかった。また、いくつかのアミノ酸もヒスチジンと共存することで溶解度の減少を引き起こすこともわかった。これら、ミオシンの溶解度低下を招く化合物はヒスチジンとの親和力が強いために、ヒスチジンーミオシン相互作用を阻害するものと考えられる。つまり、ヒスチジンはミオシンとイオン結合のような相互作用によって直接的に結合しているものと考えられる。これら阻害作用を有する化合物の存在下におけるミオシンの形態を観察し、ヒスチジンによる溶解作用への阻害物質としての働きについても検討することも必要であるが、この結果はヒスチジンのミオシンにおける作用部位の推定に非常に役立つものとなり、水溶化現象の作用機序の解明への大きな一歩となる。当該年度では、大腸菌を用いたタンパク質強制発現系によってミオシン尾部領域フラグメントを作製し、構造解析などを実施する予定であったが、タンパク質精製の不具合によって計画通りに進捗できなかった。金属イオンや一部のアミノ酸が、ヒスチジンによるミオシンの溶解作用を阻害することを明らかにし、ある程度の研究の進捗は得られた。しかし、大腸菌を用いたタンパク質強制発現系により、ミオシン尾部領域と同じアミノ酸配列を持つフラグメントを作製し、これの構造解析を実施する予定であったが、タンパク質精製に不具合があり、夾雑物が含まれるケースが多く見られたために、純度の高い精製物必要とする構造解析を実施するに至っていない。現在、この夾雑物を取り除く作業、および夾雑物の少ない精製方法の確立に取り組んでいる。上記の通りタンパク質の精製がうまくいっていない状況ではあるが、それをクリアできれば、今後は計画通りに進捗できると考えている。つまり、限外ろ過膜を用いた夾雑物除去方法、および夾雑物の少ないタンパク質精製方法を確立することにより、研究計画を遂行できる。次年度以降は、精製タンパク質フラグメントを用い、ミオシンにおけるヒスチジンとの相互作用部位の決定とその際の構造変化について検討することで、ヒスチジンによるミオシンの水溶化現象を解明する。当初、恒温振とう培養機を購入予定であったが、所属する研究室にて使用していない培養機および振とう機を所有しており、これらを組み合わせて使用したため、新規に購入する必要がなくなった。このほか、プラスチック消耗品や試薬などもキャンペーン価格で購入するなど、経費節約に努めた結果、次年度使用額が生じた。繰り越した分については、研究を効率よく実施し遂行するための機器や備品の購入にあてたい。
ソフトマテリアル表面を探査する自律走査型マルチアクティブプローブ法の開発

軟らかい材料の表面力学特性の直接評価は非常に難しく、これまで間接的な評価法に依存してきた。本研究では自走する多数の微小管を"マルチアクティブローブ"として用いることでソフトマテリアル表面の力学特性変化を直接評価する方法を提案した。ソフトマテリアルの表面の変形に伴うマルチアクティブローブの運動速度や運動の方向変化から変形の程度やモードを評価することができることを明らかにしている。ソフトマテリアル表面の力学特性変化をハイスループットにかつ高い頑健性をもって直接評価することができれば、近年その重要性を増しているソフトマテリアルの表面特性・応力応答特性の解明に貢献しうると期待される。本研究では自走する多数のアクティブマター(微小管)を用いて、ゲルなどに代表される軟らかい材料(ソフトマテリアル)の表面力学特性変化(歪・応力変化)を能動的かつ直接的に探針するマルチアクティブプローブ法を開発することを目的としている。これまでに開発してきたソフトマテリアル表面における微小管の運動発現技術、微小管に対応した顕微鏡上伸展装置を本探針法の評価・解析装置へと展開することで実現させる。具体的には、ソフトマテリアルを伸張・圧縮させた際の、その表面における微小管の応答特性、不均一な歪分布を有するソフトマテリアル表面上での微小管の動的挙動をイメージングすることで力学特性変化を評価することを計画案として提案してきた。本年度は表面の応力変化に対する微小管の動的挙動を明らかにするため、一軸伸張場および二軸伸張場を提供可能な装置を開発してきた。作製した装置の作動精度を確認するとともに基盤の最適条件および微小管の運動発現条件についての最適化を行った。さらに本装置を用いて一軸伸張場における微小管の動的挙動(移動速度や相関長)の評価を行ってきた。主に微小管運動速度の歪依存性(0%130%)を評価し両パラメーターの相互変換の可能性について検討を行った。また動的挙動評価に必要不可欠なキネシン密度に関する定量を蛍光強度測定および水晶振動子(QCM)センサを用いて評価してきた。またマルチアクティブプローブの動的挙動を予測するためのシミュレーションシステムの構築も終えている。研究計画通りに進展している。本研究では自走する多数のアクティブマター(微小管)を用いて、ゲルなどに代表される軟らかい材料(ソフトマテリアル)の表面力学特性変化(歪・応力変化)を能動的かつ直接的に探針する『マルチアクティブプローブ』法を開発する。申請者らが開発してきたソフトマテリアル表面における微小管の運動発現技術、微小管に対応した顕微鏡上伸展装置を本探針法の評価・解析装置へと展開する。具体的には、ソフトマテリアルを伸張・圧縮させた際の、その表面における微小管の応答特性、不均一な歪分布を有するソフトマテリアル表面上での微小管の動的挙動をイメージングすることで力学特性変化を評価する。これまでに表面の応力変化に対する微小管の動的挙動を明らかにするため、一軸伸張場および二軸伸張場を提供可能な装置を開発してきた。作製した顕微鏡上一軸伸展装置の作動精度を確認するとともに基盤の最適条件および微小管の運動発現条件についての最適化を終えている。さらに一軸伸張場における微小管の動的挙動(移動速度や相関長)を評価可能であることも明らかにしている。同時に蛍光強度測定および水晶振動子(QCM)センサを用いてキネシン密度に関する定量も行った。本年度は微小管の動的挙動に与えるポアソン効果についても明らかにした。またX-Y方向の歪を自在制御可能な微小管用の顕微鏡上二軸伸展装置の開発も行った。さらに微小管の進行方向変化に対する歪依存性および歪速度依存性を先導端の角度変化を指標とした評価や角度データーの平均角から応力方向、分散性から歪量への換算が可能か検討をおこなった。また微小管の動的挙動に対する弾性率の効果についても評価を行った。シミュレーションに関しては微小管の長さ依存性やキネシンの密度依存性についての検討を行っている。研究計画通り進展している。本研究では自走する多数のアクティブマター(微小管)を用いて、ゲルなどに代表される軟らかい材料(ソフトマテリアル)の表面力学特性変化(歪・応力変化)を能動的かつ直接的に探針する『マルチアクティブプローブ』法の開発を目指してきた。その課題に向け申請者らがこれまで開発してきたソフトマテリアル表面における微小管の運動発現技術、微小管に対応した顕微鏡上伸展装置を本探針法の評価・解析装置へと展開を図った。これまでの成果としては、1)表面の応力変化に対する微小管の動的挙動を評価する一軸伸張場および二軸伸張場を提供可能な装置の開発、2)顕微鏡上一軸伸展装置の作動精度を確認、3)基盤の最適化および微小管の運動発現条件についての最適化、4)マルチアクティブプローブの動的挙動を予測するためのシミュレーションシステムの構築、5)X-Y方向の歪を自在制御可能な微小管用の顕微鏡上二軸伸展装置の開発および微小管の動的挙動の包括的評価を行ってきた。最終年度には表面の力学特性評価および表面イメージングの同時評価が可能かどうかについても検討を行うとともに、これまでに得られた実験結果をもとに最適なシミュレーションモデルを構築した。さらに以上の成果を基に、自走する多数の微小管を『マルチアクティブローブ』として用いてソフトマテリアル表面の力学特性変化(歪・応力変化)を直接評価することが可能であるとの結論を導き、その成果を学会、論文、プレス等を通して発表した。

軟らかい材料の表面力学特性の直接評価は非常に難しく、これまで間接的な評価法に依存してきた。本研究では自走する多数の微小管を"マルチアクティブローブ"として用いることでソフトマテリアル表面の力学特性変化を直接評価する方法を提案した。ソフトマテリアルの表面の変形に伴うマルチアクティブローブの運動速度や運動の方向変化から変形の程度やモードを評価することができることを明らかにしている。ソフトマテリアル表面の力学特性変化をハイスループットにかつ高い頑健性をもって直接評価することができれば、近年その重要性を増しているソフトマテリアルの表面特性・応力応答特性の解明に貢献しうると期待される。マルチアクティブプローブ法が汎用な方法論であることを証明するためには、二軸応力状態も含めた、より一般的な変形下で微小管の動的挙動を評価する予定である。また一軸伸張においてPDMS薄膜に応力を加えた場合、ポアソン効果により、応力に直角方向の歪が発生すると予測されることから微小管の動的挙動に与えるポアソン効果についても明らかにする予定である。さらに微小管の進行方向変化に対する歪依存性および歪速度依存性を先導端の角度変化を指標として評価することで歪量への換算が可能か検討を行う。上述の力学特性評価法の妥当性を明らかにしたのち、本評価法の空間分解能およびセンシング速度に関しても検討する。本評価法の空間分解能およびセンシング速度に関しても検討する。空間分解能とセンシング速度はトレードオフの関係にあると考えられる。微小管の軌跡を重ね合わせた際に出現する「ボイド」の面積から前者、面積の時間変化から後者を評価することで時空間分解能を評価する[業績19]。また空間分解能とセンシング速度は微小管の長さおよび微小管の本数に比例すると考えられる。これらのパラメーターに関しても同様に評価する。また本年度からは課題(1)で開発した二軸伸張装置を用いて二軸伸張場での微小管の動的挙動について評価するとともに、一軸伸張場との検討結果も比較を行う。またマルチアクティブプローブの動的挙動に与える表面モルフォロジー効果に関しても検討する。さらに実験により得られた主要パラメーターをもとに最適なシミュレーションモデルを構築するとともに本研究提案である微小管のマルチアクティブプローブとしての有用性について結論付けを行う。29年度が最終年度であるため、記入しない。生物物理・ソフトマター29年度が最終年度であるため、記入しない。
大学教員のための教授資質開発(FD)プログラムの策定と実践的試行

本研究最終年度に当り、計画案ならびに予備調査の成果に基いて、各班毎に下記のような課題の本調査と研修プログラムの纏めを行なった。第1班:内外研修プログラムに関する基礎的文献研究ーFDプログラムの実際的問題点ならびに諸外国における先行的実践例の紹介等につき定期的に研究会を開催して我が国における特殊事情を検討した。第2班:総合的評価方法に関する資料の収集と具体的方法の開発ー内外における大学教育の自己評価方法について情報を集め、「評価者」と「評価対象」を特定した場合に本邦で無理なく実施が可能な自己点検表および評価基準の設定を試みた。前者については「教育」・「研究」・「学生指導」・「社会活動」・「管理運営」・「大学全般」を、また、後者には「国際組織」・「国内組織」・「設置者」・「行政部」・「教授団」・「小委員会」・「学部/学科」・「教員」・「職員」・「在学生」・「同窓生」・「学生家族」・「志願者」・「後援者」を挙げた。第3班:研修部門の開設とワークショップの試験的実施ー一般教育の総合科目につき全学期に渡って授業風景をビデオに録画し、各講義担当者の特徴を示す抜粋を編集し、教員研修プログラムの教材を作成した。更にそれらの教育効果を査定する事前・事後評価基準の設定を試みた。第4班:教授ハンドブックの編纂ー共同研究者全員に執筆を依頼して、次の各章よりなる一般教員向け手引き書を編集した。「現代の大学生」・「講義の方法」・「演習の方法」・「討議の方法」・「成績評価法」・「語学の評価法」・「保健体育の評価法」、研究代表者:関連資料集の刊行ー『FDプログラム研究レポート』として、既に4巻を出版したが、最終的には研究報告書に添付する参考資料として、計8巻のシリーズを継続刊行する計画が整っている。昭和63年度は本研究の初年度として計画案に従い、専ら予備調査と試案の作成に当たった。現在4つの班それぞれが基本的には次の順序に従って作業を進めている。1.基礎的文献の研究--FDプログラムの背後にある教育哲学、実際的問題点ならびに諸外国における先行的実践事例の紹介等につき、定期的に研究会を開催し資料を検討中である。2.関係資料の収集--内外における類似の研修プログラムについて出来得る限り実地に見学し、授業法改善のための工夫や評価活動の実際について情報を集めてきた。3.次年度試験的実施の準備--上記2項を基に各班毎に分担課題について具体的な予備的研修プログラムを策定し、それらの教育的効果を実証するための事前・事後評価基準の設定を行っている。4.学内・外研究強力者間の協議--研修の実施者と参加者全員が共同研究の目的・運営・実施・評価の方法などについて忌憚なく意見を交換し合意を図ることが可能なよう、関係諸機関や部局長の了解を求めることに努めている。5.本年度の具体的研究成果としては「良き教授法の要因抽出」および「FDに関する教員の自己点検表」が実施され「一般教育カリキュラムの歴史的変遷」と「英語教育プログラム担当教員用ハンドブック」の出版が行われた。6.以上に加え、今年度最大の収穫は、研究班メンバー以外の教授会成員の中にも自己評価の手段として「学生による授業評価表」を積極的に採用しようという雰囲気がでてきたこと、また、FD活動に強力するに当たって最も緊急を要する事柄が、実はカリキュラムの再検討であることを互いに自覚するようになってきたことが挙げられる。

本研究の第2年度として、計画案ならびに予備調査の成果に基き、具体的な課題の本調査と研修プログラムの作成に当った。現在4つの班は、それぞれ次の作業を進めている。第1班内外研究プログラムに関する基礎的文献研究ーFDプログラムの背後の哲学、実際的問題点ならびに諸外国における先行的実践例の紹介等につき、実期的に研究会を開催して我が国における特殊事情を検討中である。第2班総合的評価方法に関する資料の収集ー内外における類似の研修プログラムについて可能な限り実地に見学し、授業法の改善のための工夫や評価活動の実際について情報を集め、分析検討を行っている。第3班研修部門の解説とワ-クショップの試験的実施ー上記2班からの助言を基に、分担した課題について具体的な研修プログラムを策定実施し、それらの教育効果を実証するための事前・事後評価基準の設定を試みている。第4班教授ハンドブックの編策ー学内・外研究協力者と協議し、大学教員向け研修プログラムの実施と研究の目的、運営・施行・評価の方法などについて一応のガイドラインを提示するため、忌憚なく意見を交換しつつ、最終版の作成に努めている。本年度の具体的研究成果としては、一般教育科目のクラスにおける授業のビデオ撮りが挙げられる。6名の本学教員と2名の学外招待講演者が、異なった専門を背景に、それぞれ独自のスタイルで講議・講演・ディスカッションを行った「総合コ-ス:平和の諸問題」のクラスを、質疑応答等を含めてビデオに収録した。これらは、大学における教授法の幾つかの具体例となるものであり、長所・欠点等を分析して各人の授業改善に資するだけでなく、新任教員の研修等にも用いることができるものと考えられる。これに加え、現在、新任者及び帰任者のための各種研修プログラムが提案され、また、大学教育研究センタ-の在り方がFDとの関連で検討中である。本研究最終年度に当り、計画案ならびに予備調査の成果に基いて、各班毎に下記のような課題の本調査と研修プログラムの纏めを行なった。第1班:内外研修プログラムに関する基礎的文献研究ーFDプログラムの実際的問題点ならびに諸外国における先行的実践例の紹介等につき定期的に研究会を開催して我が国における特殊事情を検討した。第2班:総合的評価方法に関する資料の収集と具体的方法の開発ー内外における大学教育の自己評価方法について情報を集め、「評価者」と「評価対象」を特定した場合に本邦で無理なく実施が可能な自己点検表および評価基準の設定を試みた。前者については「教育」・「研究」・「学生指導」・「社会活動」・「管理運営」・「大学全般」を、また、後者には「国際組織」・「国内組織」・「設置者」・「行政部」・「教授団」・「小委員会」・「学部/学科」・「教員」・「職員」・「在学生」・「同窓生」・「学生家族」・「志願者」・「後援者」を挙げた。第3班:研修部門の開設とワ-クショップの試験的実施ー一般教育の総合科目につき全学期に渡って授業風景をビデオに録画し、各講義担当者の特徴を示す抜粋を編集し、教員研修プログラムの教材を作成した。更にそれらの教育効果を査定する事前・事後評価基準の設定を試みた。第4班:教授ハンドブックの編纂ー共同研究者全員に執筆を依頼して、次の各章よりなる一般教員向け手引き書を編集した。「現代の大学生」・「講義の方法」
トリフルオロメチルー金属活性種の創製

1)臭化トリフルオロメチルとカルコゲニドアニオンとの反応による、トリフルオロメチル化臭化トリフルオロメチルをセレニドアニオンと反応させると、一電子移動を起こし、トリフルオロメチルラジカルが生成する。CF_3・ラジカルはオレフィンに付加し、中間体ラジカルがセレニドアニオンと反応して、アニオンラジカルを経て、最終的にハロゲン化アルキルへと連鎖移動する。CF_3Brとの反応で30%の収率だが、トリフルオロメチルセレン化が可能となった。本反応では、一般のヨウ化ペルフルオロアルキル化に応用できる末端オレフィン、ビニルエ-テル、ビニルスルフィドに有効である。対応するチオラ-トとの反応はセレンに比べ反応速度はやや遅いが、収率はビニルエ-テルで8090%となり満足いく結果であった。この応系に510%モル当量のセレニドを加えると、反応は速くなり、単独では反応しないPーニトロチオフェノ-ルも反応する。従って、イオウ-セレン系では、セレニドからの電子移動で反応が開始し、チオ-ルへと連鎖移動していることになり、セレニドを触媒とするトリフルオロメチルースルフエニル化反応が実現できた。一方、テルリドイオンを用いると、ー40^゚C付近でも、電子移動が起こることが確認でき、極低温での電子移動反応を構築できる可能性が開かれた。2)電解トリフルオロメチル化反応トリフルオロ酢酸を電解酸化して調製した、CF_3・ラジカルを酸素存在下で反応させると、例えば、アクリル酸ブチルの3ー位にCF_3基を、2位に水酸基またはカルボニル基を導入できる新規反応を見い出した。本反応は、CF_3・ラジカルとの反応で生成した、αーカルボアルコキシラジカルが酸素と反応し、脱水反応を経て、αーカルボニル化が進んだものと考えられる。1)臭化トリフルオロメチルとセレニドアニオンとの反応によるトリフルオロメチルラジカルの生成とその応用臭化トリフルオロメチル(CF_3Br)とナトリウムフェニルセレニド(PhSeNa)とを反応させるとPhSeNaよりCF_3Brへの電子移動を起し、CF_<3°>及びPhSe・ラジカルが生成する。従って、オレフィン共存下に本反応を行うと、CF_3基とPhSe基が炭素-炭素結合に付加した、トリフルオロメチルセレニド体が30%の収率で得られた。フェニル基上の置換基が電子吸引基であると、収率が向上した。CF_<3°>・とPhSe・ラジカルの再結合化合物PhSeCF_3が主生成物になるので、CF_3・ラジカルをケ-ジ外に有効に拡散させ、オレフィンと反応させる工夫が必要である。2)2フッ化キセノンとジフェニルジセレニドとの反応によるフッ化フェニルセレネニルと調整とオレフィンのフルオロセレノ化反応2フッ化キセノンをジフェニルジセレニドと塩化メチレン中、-20°Cで反応させると、PhSeFに相当する試薬が生成する。これは、室温下で除々に分散し、また水があるとセレニン酸となる。PhSeFをオレフィンと反応させると、効率良く、フルオロセレン化が進行する。3)電解ペルフルオロアルキル化反応トリフルオロ酢酸を電解酸化すると効率良く、トリフルオロメチルラジカルが生成する。同様に、ジフルオロ酢酸、ペルフルオロプロピオン酸をアクリル酸メチル、アクリロニトリル共存下に電解し、夫々のオレフィンをジフルオロメチル及びペルフルオロプロピル化した。

1)臭化トリフルオロメチルとカルコゲニドアニオンとの反応による、トリフルオロメチル化臭化トリフルオロメチルをセレニドアニオンと反応させると、一電子移動を起こし、トリフルオロメチルラジカルが生成する。CF_3・ラジカルはオレフィンに付加し、中間体ラジカルがセレニドアニオンと反応して、アニオンラジカルを経て、最終的にハロゲン化アルキルへと連鎖移動する。CF_3Brとの反応で30%の収率だが、トリフルオロメチルセレンが可能となった。本反応は、一般のヨウ化ペルフルオロアルキル化に応用できる。末端オレフィン、ビニルエ-テル、ビニルスルフィドに有効である。対応するセレニドとの反応はセレンに比べ反応速度はやや遅いが、収率はビニルエ-テルで8090%となり満足いく結果であった。この反応系に510%モル当量のセレニドを加えると、反応は速くなり、単独では反応しない。Pーニトロチオフェノ-ルも反応する。従って、イオウーセレン系では、セレニドからの電子移動で反応が開始し、チオ-ルへと連鎖移動していることになり、セレニドを触媒とする、トリフルオロメチルースルフェニル化反応が実現できた。一方、テルリドイオンを用いると、-40°C付近でも、電子移動が起こることが確認でき、極低温での電子移動反応を構築できる可能性が開かれた。2)電解トリフルオロメチル化反応トリフルオロ酢酸を電解酸化して調製した、CF_3・ラジカルを酸素存在下で反応させると、例えば、アクリル酸ブチルの3ー位にCF_3基を、2位に水酸基又はカルボニル基を導入できる新規反応を見い出した。本反応は、CF_3・ラジカルとの反応で生成した、αーカルボアルコキシラジカルが酸素と反応し、脱水反応を経て、αーカルボニル化が進んだものと考えられる。
鬼首-湯沢マイクロナイト帯周辺の断層帯の活動史と運動像の解析

鬼首-湯沢マイロナイト帯は,宮城県北西の鳴子ダム付近から秋田県湯沢市東方にかけてNNW-SSE方向に伸びる約45kmの直線上において新第三系の基盤の花崗岩中にマイロナイトが分布するということで命名された.この断層帯の実体および断層活動史を明らかにするために,先新第三紀基盤岩中にマイロナイトが分布する,宮城県鳴子町の鳴子ダム周辺,寒風沢周辺,大森地域,秋田県湯沢市麓沢の地質・構造の調査と・断層岩の解析を行った.鬼首-湯沢マイロナイト帯とその周辺の断層運動は以下のようにまとめられる.白亜紀の花崗岩貫入後に鬼首-湯沢マイロナイト帯は片側数100m(大森で約600m)の左横ずれ延性剪断帯として形成し,約52Maのトーナル岩に貫入されている.その後,断層帯中心から離れて小規模なカタクレーサイト化作用が起こり,中新世以降は鬼首-湯沢マイロナイト帯の方向に大きく斜行する高角断層が形成した.鬼首-湯沢マイロナイト帯は,白亜紀の花崗岩花崗岩貫入後マイロナイト帯を形成,52Maのトーナル岩貫入後に断層運動はほとんど起こっていないという断層活動史が明らかになった.また,断層岩試料作成設備の整備を行い,軟弱試料や断層粘土など特に軟弱な観察試料を作成する加工方法について試行し,真空減圧デシケーターによる軟弱試料の強化や,オイルで冷却する特殊切断機が断層粘土の切断に有効であることがわかった.また,断層運動に伴って発達する堆積相の記載や,断層の力学的性質を明らかにするために変形実験装置によって,摩擦強度などの力学的データや,リソスフェアの強度断面の実験データの収集を行った.鬼首-湯沢マイロナイト帯は,宮城県北西の鳴子ダム付近から秋田県湯沢市東方にかけてNNW-SSE方向に伸びる約45kmの直線上において新第三系の基盤の花崗岩中にマイロナイトが分布するということで命名された.この断層帯の実体および断層活動史を明らかにするために,先新第三紀基盤岩中にマイロナイトが分布する,宮城県鳴子町の鳴子ダム周辺,寒風沢周辺,大森地域,秋田県湯沢市麓沢の地質・構造の調査と・断層岩の解析を行った.鬼首-湯沢マイロナイト帯とその周辺の断層運動は以下のようにまとめられる.白亜紀の花崗岩貫入後に鬼首-湯沢マイロナイト帯は片側数100m(大森で約600m)の左横ずれ延性剪断帯として形成し,約52Maのトーナル岩に貫入されている.その後,断層帯中心から離れて小規模なカタクレーサイト化作用が起こり,中新世以降は鬼首-湯沢マイロナイト帯の方向に大きく斜行する高角断層が形成した.鬼首-湯沢マイロナイト帯は,白亜紀の花崗岩花崗岩貫入後マイロナイト帯を形成,52Maのトーナル岩貫入後に断層運動はほとんど起こっていないという断層活動史が明らかになった.また,断層岩試料作成設備の整備を行い,軟弱試料や断層粘土など特に軟弱な観察試料を作成する加工方法について試行し,真空減圧デシケーターによる軟弱試料の強化や,オイルで冷却する特殊切断機が断層粘土の切断に有効であることがわかった.また,断層運動に伴って発達する堆積相の記載や,断層の力学的性質を明らかにするために変形実験装置によって,摩擦強度などの力学的データや,リソスフェアの強度断面の実験データの収集を行った.鬼首-湯沢マイロナイト帯は,笹田(1984,1985)が宮城県北西の鳴子ダム付近から秋田県湯沢市東方にかけてNNW-SSE方向に伸びる約45kmの直線上において新第三系の基盤の花崗岩中にマイロナイト(圧砕岩)が分布するということで命名された.その断層帯の実体および断層活動史を明らかにするために,本年度は鬼首-湯沢マイロナイト帯南部に位置する宮城県鳴子町の寒風沢周辺の詳細な地質調査・断層岩の解析と,軍沢周辺の予察的地質調査を行った.寒風沢周辺では,マイロナイト化した基盤の花崗岩は,3本のNW-SE方向の新第三紀層を切る断層に規制されて分布し,断層岩の岩石構造・再結晶石英粒の解析から,NNW-SSE方向の幅数100mにわたる左横ずれの不均質剪断帯を形成していることが明らかになった.また新第三紀層の中にはNW-SE方向のの断層周辺にだけ基盤岩礫(花崗岩)を多量に含む砂岩層が見いだされた.この砂岩層の分布様式から,NW-SE方向の断層運動にともなって形成されたことが推定され,その活動が中新世にさかのぼることが明らかになった.予察的地質調査により,軍沢周辺には寒風沢よりも広範囲に断層帯内部の岩石が露出しているのがわかった.

このことは,来年度の調査の軍沢周辺の詳細な調査によって,断層帯内部の解析が進むと考えられる.本年度は,大きな断層岩試料加工のために大型岩石切断機,軟弱試料や断層粘土を加工するための真空減圧デシケーター・真空ポンプ・オイルで冷却する特殊切断機を購入して断層岩試料作成設備の整備を行った.特に軟弱な試料の観察試料を作成する加工方法について,これらを用いて,現在いろいろと試行している.本年度は,鬼首-湯沢マイロナイト帯の岩石の露出する地域のうち,宮城県鳴子町大森地域と鳴子ダム周辺の詳細な調査,秋田県湯沢市麓沢の予察的地質調査を行った.大森地域の断層活動史は次のようにまとめられる.粗粒黒雲母花崗岩貫入後に鬼首-湯択マイロナイト帯は片側約600mほどのNNW-SSE方向の延性剪断帯として形成,その後,塊状トーナル岩貫入後に小規模なカタクレーサイト化作用が鬼首-湯沢マイロナイト帯の中心から離れて起こり,中新世以降に大森の北にNE-SW方向の高角断層が形成した.鬼首-湯沢マイロナイト帯本体の断層活動は塊状トーナル岩貫入後起こっていないことが明らかになった.寒風沢地域の南東延長部の鳴子ダム周辺の調査では,昨年の調査結果の補足データが得られた.麓沢での予察的な調査では,この地域でも大森地域同様に鬼首-湯沢マイロナイト帯の断層帯中心付近とその西側が露出していることが推定される結果が得られた.麓沢の調査については,寒風沢や大森地域の断層岩との比較のためにさらに今後詳細な調査が必要である.軟弱試料や断層粘土を加工するための断層岩試料作成設備の整備が平成9年度に行なうことができたので,本年度は(鬼首-湯沢マイロナイト帯の断層粘土がなかったため)実際に破砕の著しい試料や別の断層の粘土を使って軟弱な試料の観察試料の加工を行い,いくつかの軟弱試料については,試料加工方法のめどが立った.研究分担者の川邊は,花ノ木断層で断層運動に伴って発達する堆積相について記載し,鴫本は,昨年に引き続き,断層の力学的性質を明らかにするために回転式高速剪断摩擦試験機と高温摩擦二軸試験機によって,摩擦強度などの力学的データや,岩塩剪断帯を用いたリソスフェアの強度断面の実験データの収集を行った.
協調作業ツールとしての触覚表現を伴った全周表示３次元ディスプレイの開発

複数の人が協調しながら効果的に作業を行うことができるように、協調作業用のツールとしての触覚表現を伴った3次元像をインタラクティブに操作できる基本的なシステムを開発した。提案システムは、全周表示3次元ディスプレイ、触覚表現装置、3次元カメラによって構成され、カメラ入力された実在する物体の触覚表現を伴った3次元像を表示できる。試作システムの視域角は144°で、幅と奥行きが43mm、高さ50mmの3次元像を表示できる。平成25年度は、平成24年度に開発した3次元ディスプレイ基本ユニットを並べて全周表示に発展させることと、全周表示3次元ディスプレイに必要な光線情報を含む3次元情報を獲得するカメラシステムを試作することを目標とした。全周表示を行うシステムは、基本ディスプレイユニットを円周状に並べて構成されるため、表示像を触って操作できるような構造にするためには、表示される3次元像を全周表示システムの上に打ち上げる必要がある。この問題を解決するため、基本ディスプレイユニットにおいて小型高精細液晶ディスプレイに貼り付けた表示用ホログラフィック光学素子(HOE)から再生される光線の、垂直方向の射出角を斜め上方40°に設定した。また基本ユニットの継ぎ目では光線がリレーレンズの周辺部を通るため、表示される3次元像が歪む問題があったが、レンズの収差を考慮して光線情報を補正することにより、継ぎ目における歪みを解消できた。試作した3次元ディスプレイユニットは、視域角(水平方向)18°、全周表示システムの半径465.8mmであり、3次元像の表示領域は、直径42.6mm、高さ49.92mmの両円錐領域となる。全周表示に必要な基本ユニット数は20台であるが、試作システムでは8台の基本ユニットを用いて、中心角144°の扇形ディスプレイを構成した。また、全周表示3次元ディスプレイに必要な光線情報と物体の形状等の情報を獲得するために、3次元カメラ(通常の画像と距離画像を同時取得できるカメラ)を用いるシステムを試作した。試作システムは、6台の3次元カメラを円周状に60°間隔で配置し、円周の中心に位置する物体の光線情報と形状等の3次元情報を取得できる。本研究の目的は、複数の人が3次元表示された物体を同時に様々な方向から観察でき、さらに観察者が表示像に触れるような感覚を持てる、協調作業のツールとしての触覚表現を伴った全周表示3次元ディスプレイを開発することである。平成24年度は、3次元画像の高解像度化と3次元画像の位置合わせ手法の確立を目標とした。本研究で用いる3次元ディスプレイは、ホログラフィック光学素子(HOE)と2次元ディスプレイを組み合わせた構成で光線を再生しているため、3次元像の画質や飛び出し量が、個々のHOEレンズに対応する2次元ディスプレイの画素数に依存するところが大きく、システムの構成には超高解像度の2次元ディスプレイが不可欠であった。この問題を解決するため、平成24年度の研究の当初の計画では多数のプロジェクタ投影像の組み合わせによる超高解像度ディスプレイの構築を行う予定であったが、小型プロジェクタの解像度が低いことと投影光学系が大きくなることから、代替手段として計画していた、小型高精細液晶ディスプレイを個々のHOEに貼り付けることで対応した。試作した3次元ディスプレイユニットは、視域角18.5°、3次元画素サイズ0.64mm×0.47mm、ディスプレイユニットから3次元像までの距離613.2mmである。ディスプレイユニットから3次元像までの距離は、複数のディスプレイユニットを円周状に組み合わせる場合の半径に対応し、システム構築の容易さから長い方が望ましい。本研究では、リレー光学系を応用することで、所望の距離を実現できた。また、全周から観察できるディスプレイを構築するためには、各ディスプレイユニットからの光線によって表示される3次元像の位置合わせが必要であるため、試作ディスプレイユニットを8台組み合わせることにより、視域角148°のシステムを構築し、3次元像の位置合わせ手法を確立した。本研究は、全周表示3次元ディスプレイ,3次元カメラ,力覚表示装置を組み合わせ、観察者が表示像に触れるような感覚を得ながら表示像を操作できる、触覚表現を伴った全周表示3次元ディスプレイを開発することを目的とした。平成24年度は、小型高精細液晶ディスプレイを個々のホログラフィック光学素子に貼り付け、全周表示のための3次元ディスプレイユニットを試作した。また、全周から観察できるディスプレイを構築するために、各ディスプレイユニットによって表示される3次元像の位置合わせ手法を確立した。平成25年度は、基本3次元ディスプレイユニットにおいて、3次元像表示位置をディスプレイ上にするためディスプレイユニットから再生される光線の垂直方向の射出角を斜め上方40°に修正し、さらに基本ディスプレイユニットの継ぎ目における表示像の歪みを解消した。

平成26年度は、全周表示ディスプレイ、3次元カメラおよび力覚表示装置を組み合わせ、触覚表現を伴った3次元ディスプレイを構築することを目的とした。力覚表示蔵置の可動範囲の制限から、3次元ディスプレイは中心角144°の扇形システムの構成とした。これに伴い、3次元カメラを被写体の周囲180°の情報を取得可能とする3台のカメラ構成とした。3次元カメラで取得した情報から3次元表示用の3次元データと力覚表示装置用の触覚情報を生成し、3次元表示像と触覚情報の空間提示位置を一致させる手法を確立した。力覚表示装置の制限から、全周システムではなく扇形システムとなったが、3次元表示システムおよび3次元カメラの仕様は全周システムに対応できるため、力覚表示装置の改善により、当初の目的は達成できると考えられる。3次元画像入出力全周表示3次元ディスプレイで表示される3次元像を触って操作できるようにするために、表示される3次元像を全周表示システムの上に打ち上げる構成に変更できた。また、基本ディスプレイユニットの継ぎ目において、表示される3次元像が歪む問題を解消できた。また、全周表示のために必要な基本ディスプレイユニット数の検討を終えた。全周表示を実現する予定であったが、システムの構成の変更と画質向上を行ったため、中心角144°の扇形ディスプレイを試作したにとどまったが、基本的な問題は解決できたので、全周化は問題なく行えることは確認できた。また、全周表示3次元ディスプレイに必要な光線情報と触感表現に必要な物体の形状等の情報を獲得するために、3次元カメラ(通常の画像と距離画像を同時取得できるカメラ)を用いる円周状のカメラシステムを試作し、円周の中心に位置する物体の光線情報および形状等の3次元情報を取得できた。以上により、平成25年度の当初の目標は、ほぼ達成できたと考えられるため。全周表示3次元ディスプレイを構成する、3次元ディスプレイユニットの表示像の高解像度化を達成した。また、全周から観察できるディスプレイを構築するためには、各ディスプレイユニットからの光線によって表示される3次元像の位置合わせの手法を確立するために、試作ディスプレイユニットを8台組み合わせることにより、視域角148°(当初の計画では視域角120°)のシステムを構築し、個々のディスプレイユニットのキャリブレーション手法、ディスプレイユニットを組み合わせる場合のキャリブレーション手法を開発し、3次元像の位置合わせを可能とした。以上により、平成24年度の当初の目標は、ほぼ達成できたと考えられるため。1平成25年度に試作した扇形ディスプレイを発展させ、全周表示システムを実現する。2上記1で実現する全周表示システムと平成25年度に試作した3次元カメラシステムおよび力覚表示装置を組み合わせ、観察者が表示像に触れるような感覚を持てるような全周表示3次元ディスプレイを構築する。