hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
紫外線計測に基づく建築物シェルター機能および人間生活行為の評価

1)紫外線分光測定器による金沢の気象データ取得と分析(担当:垂水弘夫)平成10年度通年の紫外線分光測定と日射量測定を行い、日射量と紫外域日射量との対応関係の分析を平成9年度分を含め、(1)季節、(2)天候、(3)時間帯をパラメーターとして実施した。2)屋内空間における人間環境下の紫外線量の測定(担当:久保猛志、垂水弘夫)屋内空間における人間の空間位置としては窓との位置関係が重要となるが、(1)窓の開閉状況、(2)窓ガラスの種類、(3)窓と人体との距離、(4)人体・窓間の形態係数、(5)人間の姿勢、(6)着衣量、を指標として紫外線被曝量の測定を実施した。この測定には人体モデルと携帯型紫外線計を使用した。3)研究成果のとりまとめ(担当:垂水弘夫)(1)金沢(北陸地方)の紫外域日射観測の特徴と傾向(2)紫外線防御において建築物が果たすシェルター機能(屋内測定結果を中心に)(3)人間の生活行為と紫外線被曝量との関係(屋外測定結果を中心に)以上3点を主な項目として、研究成果をとりまとめた。本研究は、人間の生活環境に存在する紫外域日射量を、屋内・屋外を通じた様々な人間環境を対象として空間位置・行為・季節・時間帯・天候などの指標ごとに測定・整理し、紫外線防御における建築物のシェルター機能を定量的に明らかとしつつ、被曝レベルに基づく人間環境の類型化を行うことを目的としている。平成9年度の研究実績は以下のとおり。1)紫外線分光測定器による金沢の気象データ取得と分析(担当:垂水弘夫)金沢工業大学に設置した紫外線分光測定器(SCI-TEC社製、ブリューワ-MKIV)を使用して、平成9年度通年の紫外線分光測定と日射量測定を行い、日射量とA領域ならびにB領域紫外線量との対応関係を、(1)季節、(2)天候、(3)時間帯をパラメーターとして分析した。2)屋外空間における人間環境下の紫外線量の測定(担当:久保猛志、垂水弘夫)屋外空間における人間の空間位置としては、(1)都市内のビル街、(2)都市内の緑地内、(3)郊外住宅地、(4)田園地帯、(5)海浜部、(6)山岳部、また、人間の行為としては、イ.歩行、ロ.乗車、ハ.着座、ニ.仰臥、を夫々取り上げ、季節と着衣量に配慮しながら、携帯型紫外線計(英弘精機(株)製、MI-330)を用いて紫外線被曝量の測定を実施した。
常温無機イオン液体を用いたウランの電解還元による回収及び反応メカニズムの解明

使用済燃料の再処理技術として現在PUREXによる湿式再処理法とともに高温溶融塩に代表される乾式再処理法が検討されている。本研究では、高温溶融塩に代わる媒体「無機イオン液体」を用いてまず(1)ウランイオンの酸化還元反応の素過程について調査し、ウラニルイオンがどのような化学反応を経て酸化ウランとして沈澱するかを解明する。その後、(2)使用済燃料の再処理過程を模擬した溶液条件で、電解還元によってウランを高効率で分離回収する電解システムを構築する。昨年度から本年度にかけておもに(1)について検討した。昨年度合成した各種塩化ウラン化合物(UO_2Cl_2、UCl_4)を用いて今年度は、それらを無機イオン液体あるいは水溶液中に溶存させ、溶存しているウラン錯体の構造解析を行った。分析手法として紫外可視吸光分光法、ラマン分光法、X線吸収微細構造を用いた解析手法である。まず、紫外可視吸光分光法を用いてウラン(IV)錯体の配位環境が著しく変化する溶液組成を調査した。7Mから4M塩化カルシウム溶液中のウランU^<4+>に配位した水分子あるいは塩化物イオンなどのアニオンの数が変化すると観察される吸収ピークエネルギーがシフトした。また、ウランUO_2^<2+>については、U=0伸縮振動に起因するラマンピークが著しくシフトし、赤道面に配位する塩化物イオンの数が変化したことによることが示唆された。上述の情報をもとにX線吸収微細構造(XAFS)を用いて、さらに詳細な解析を進めた結果、7M塩化カルシウム中においてウランU^<4+>に、約3つの塩化物イオンと約5つの水分子が配位していることが分かった。また、ウランUO_2^<2+>については、赤道面に約2つの塩化物イオンと約2つの水分子が配位していることが明らかになった。なお、0.1M程度の希薄な電解質中では、ウランU^<4+>に約9つの水分子が配位し、ウランUO_2^<2+>の赤道面に5つの水分子が配位する。上記実験を実施することによって、無機イオン液体中でのウランの配位環境は希薄な電解質水溶液中のそれと全く異なることを明らかにした。上記の配位環境に関する知見を得たうえで、無機イオン液体中に溶存するウランUO_2^<2+>の酸化還元挙動を調査した。サイクリックボルタンメトリー、回転電極を用いたリニアスイープボルタンメトリー及びバルク電解によって、UO22+の酸化反応メカニズムが電位に依存して2つ存在することが分かった。すなわち-0.1Vでは、UO_2^<2+>→UO_^+→UO_2^<2+>+UO_2(1電子還元+不均化反応反応)、-0.4VではUO_2^<2+>→UO_2^+→UO_2(2電子還元反応)が生じていることを明らかにした。昨年度は、無機イオン液体を用いた実験を行う前に塩化ウラン化合物の合成(UCl_4)を行った。種々のウラン酸化物(U_3O_8、UO_2)を出発物質として用いて塩化剤(CCl_4、Cl_2、HCl等)と反応させる際の合成条件と生成物の組成、構造、不純物濃度、安定性を明らかにすることにより、目的とする高純度ハロゲン化物、オキシハロゲン化物等を合成する知見を得た。U_30_8とCCl_4を用いて、(1)式の反応によるUCl_4の合成を行った。実験には石英製反応管を使用し、反応後の生成物について、XRDによる相解析や、TG-DTAによる評価を行った。U_3O_8は黒色であるが、反応温度が400°C付近になると深緑色に変るとともに、反応管出口付近には高級塩化物(UCl_5およびUCl_6)と思われる茶色の析出物が見られ、塩化が進行していることが分った。UCl_4は極めて吸湿性が強く、塩化反応後は、反応管ごと高純度Ar雰囲気のグローブボックス内に移動し、UCl_4を取り扱った。UCl_4試料をXRD測定した結果は、報告値とよく一致しており、単相のUCl_4を合成できたことが分る。従って、CCl_4とU_3O_8との反応により、合成できることが分かった。

昨年度合成した各種塩化ウラン化合物(UO_2Cl_2、UCl_4)を用いて今年度は、それらを無機イオン液体あるいは水溶液中に溶存させ、溶存しているウラン錯体の構造解析を行った。分析手法として紫外可視吸光分光法、ラマン分光法、X線吸収微細構造を用いた解析手法である。まず、紫外可視吸光分光法を用いてウラン(IV)錯体の配位環境が著しく変化する溶液組成を調査した。7Mから4M塩化カルシウム溶液中のウランU^<4+>に配位した水分子あるいは塩化物イオンなどのアニオンの数が変化すると観察される吸収ピークエネルギーがシフトした。また、ウランUO_2^<2+>については、U=0伸縮振動に起因するラマンピークが著しくシフトし、赤道面に配位する塩化物イオンの数が変化したことによることが示唆された。上述の情報をもとにX線吸収微細構造(XAFS)を用いて、さらに詳細な解析を進めた結果、7M塩化カルシウム中においてウランU^<4+>に、約3つの塩化物イオンと約5つの水分子が配位していることが分かった。また、ウランUO_2^<2+>については、赤道面に約2つの塩化物イオンと約2つの水分子が配位していることが明らかになった。なお、0.1M程度の希薄な電解質中では、ウランU^<4+>に約9つの水分子が配位し、ウランUO_2^<2+>の赤道面に5つの水分子が配位する。上記実験を実施することによって、無機イオン液体中でのウランの配位環境は希薄な電解質水溶液中のそれと全く異なることを明らかにした。上記の配位環境に関する知見を得たうえで、無機イオン液体中に溶存するウランUO_2^<2+>の酸化還元挙動を調査した。サイクリックボルタンメトリー、回転電極を用いたリニアスイープボルタンメトリー及びバルク電解によって、UO22+の酸化反応メカニズムが電位に依存して2つ存在することが分かった。すなわち-0.1Vでは、UO_2^<2+>→UO_^+→UO_2^<2+>+UO_2(1電子還元+不均化反応反応)、-0.4VではUO_2^<2+>→UO_2^+→UO_2(2電子還元反応)が生じていることを明らかにした。
巨大分解酵素複合体プロテアソームと活性・分子集合に関わるPI31の複合体構造解析

PI31はプロテアソームの複合体形成及びその基質分解活性の制御に関与する。PI31によるプロテアソームの調節機構の詳細を明らかにすることを目指し、両者の複合体獲得のための発現法及び精製法の検討、PI31の機能を補完する20S CP α7N末端変異体の結晶構造解析を行った。20S CP α7N末端変異体は野生型と比較してα1N末端構造に違いが見られた。PI31はα7に作用することでα1末端の構造変化を誘導し機能に影響していると考えられる。プロテアソームは巨大なタンパク質分解酵素複合体であり、複数の相互作用タンパク質群によりその分子集合、活性が調節されている。PI31はプロテアソームの分解活性に影響するとともにウィルス感染時などに産生される免疫型プロテアソームの複合体形成を抑制することが報告されている。PI31によるプロテアソームの調節機構を明らかにすることが本研究の目的である。本年度の研究では大腸菌発現系を用いたPI31の精製法の確立し、PI31-プロテアソーム複合体結晶化を目指した。PI31はC末端ドメインにプロテアソーム結合性のHbYXモチーフを保持しており、本モチーフを介して複合体を形成していると考えられる。しかし、従来のPI31精製法ではC末端が切断されていた。そこで、この原因をタンパクの発現不良と非特異切断の両面から考察し、発現方法の最適化とプロテアーゼ阻害剤を用いることで、切断物を抑えたタンパクの精製条件を確立した。結晶化を目指した、安定な複合体形成条件の検討ではHbYXモチーフとプロテアソームの結合が塩濃度に依存することから、塩濃度等の条件を検討し複合体形成を試みた。また、プロテアソームサブユニットの変異体がPI31の機能を相補する可能性が示唆されたことから、PI31の機能の理解を目指し、サブユニットの変異型20Sプロテアソームの精製・結晶化を行った。本実験では結晶化条件検討の結果、単結晶を作製し、放射光を用いたX線回折実験により分解能3.15Åのデータを収集した。プロテアソームは巨大なタンパク質分解酵素複合体であり、複数の相互作用タンパク質群によりその分子集合・活性が調節されている。本研究はプロテアソームの分子集合・活性の両方への関与が報告されているPI31のプロテアソーム調節機構の解明を目的とした。今年度は、前年度に引き続きプロテアソームとの複合体構造解析に用いるPI31の精製法の検討を行った。ヒトに加えマウス及び酵母のPI31全長および、プロテアソーム結合領域であるPI31 C末端を精製用タグ分子に融合した発現系を作製し、精製方法の検討を行った。またこれらを用い20Sプロテアソームとの複合体形成を試みた。昨年度作製したα7N末端変異型プロテアソーム(PI31の機能を補完する変異)結晶のX線回折データは、野生型20Sプロテアソームの構造を用いた分子置換法により位相決定を行い、モデル構造の妥当性を示す結晶学的R値がRwork/Rfree = 17.3%/24.2%となるまで構造精密化を繰り返した。最終モデルをもとにPI31による調節機構の検討を行った。活性の上昇が報告されているα3N末端欠損プロテアソームの既知構造ではプロテアソーム内腔へと繋がるゲートは開放された活性型であるが、今回構造決定したα7N末端欠損体ではゲートが閉鎖され、野生型と類似した非活性型構造であった。野生型との構造比較の結果、野生型ではα7N末端が分子表面に突出し、α1N末端はプロテアソーム分子表面に沿うように位置しているのに対し、α7N末端欠損体ではα1N末端が突出しているという違いが見られた。現段階ではPI31のプロテアソーム調節機構の解明には至っていないが、PI31が作用すると考えらえるα7N末端はα1N末端の配向に影響することが示唆された。また、α1N末端は他のサブユニットとの相互作用を促進し、PI31必須なタンパク質の分解を活性化している可能性が示唆された。構造生物学PI31によるプロテアソームの機能調節機構の解明を目指し、PI31の機能を相補する働きを持った、変異型20SプロテアソームのX線回折データ収集に成功した。また、20Sプロテアソーム-PI31の複合体結晶化のため、完全なPI31の精製条件を決定した。これらの成果は、20Sプロテアソーム-PI31複合体結晶構造解析に向け、大きく前進する結果であり、PI31の調節機構を理解するための研究も順調に進んでいる。本年度得られたPI31の機能を相補する変異型20Sプロテアソームの測定データをもとに構造精密化を進め構造決定を行う。

PI31の機能の推察をするため、野生型20Sプロテアソームと構造比較を行い、基質に対する影響などを考察する。また、PI31-20Sプロテアソーム複合体構造解析は、最適な複合体形成条件の探索を行い、結晶化を行う。
リラクサーのヘテロナノ組織形成機構と誘電物性の解明

緩和型強誘電体(リラクサー)の巨大誘電特性発現に関与するナノ組織の解明を目指し、化学的溶液法によってPb(Mg1/3Nb2/3)O3(PMN)単相の高結晶性エピタキシャル薄膜成長に成功した。バルク結晶の1/2程度の低温で結晶化した薄膜について、リラクサー特有のMg/Nb原子の秩序/無秩序構造とその形成挙動について、収差補正電子顕微鏡の特長を活かして原子分解能で解明した。原子分解能での組成分析により、Mg/Nbの秩序構造に関する直接的根拠が得られた。MOD原料を用いた化学的溶液法にてPb(Mg_<1/3>Nb_<2/3>)O_3(PMN)薄膜をSrTiO_3(001)単結晶基板上に成膜し、001配向したエピタキシャル薄膜を作製した。特に、成膜条件を、Pb過剰組成、ポストアニール温度・雰囲気・アニール時の対向の有無などの観点から最適化することによって、PMN002ピークのX線ロッキングカーブにおいて、最高約0.5°の半値幅を達成した。これはSrTiO_3基板に匹敵する高い結晶性薄膜が得られたことを示している。得られた薄膜を、100-200Vでの低加速イオンミリング法によってダメージを抑制しながら薄片化することにより、原子分解能観察に耐えうる薄片試料を作製できた。高分解能透過型電子顕微鏡(HRTEM)法により、基板[110]方向からPMNの原子分解能観察を行った。負の球面収差係数に調整し、金属イオンだけでなく酸素イオンを含めた結晶構造像の撮影に成功した。[110]方位からの投影によりPbカラムとTi-Oカラムに分離できるため元素の識別も可能であった。得られた構造像より、位置によって単位格子が大きく変調を受け、結晶面が不規則に波打っている様子が明らかになり、単純なペロブスカイト構造のPbTiO_3と異なって原子変位が起きていることを直視することに成功した。この結果に対し、幾何学的位相解析を行った結果、局所歪み場の立場から極性ナノ領域の視覚化に成功した。一方、制限視野電子回折図形より、ポストアニール温度の上昇に伴って、h/2 k/2 l/2型の超格子反射強度の著しい増加が観察された。HRTEM像のBraggフィルタリングにより1/2 1/2 1/2超格子反射のみを結像したところ、この超格子反射強度の増加は個々の化学的秩序領域の成長に対応することが明らかとなった。収差補正STEM法により、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(PMN)薄膜中の化学的秩序領域(COR)の構造と組織形成について研究を進めた。650°Cで結晶化した段階で、(110)面と(001)面で囲まれた1-2nm角のCORが形成された。CORの数は少なくディフラクトグラムにはブロードで弱い超格子反射しか現れなかった。一方、700-800°Cでのポストアニールによって、個々のCORの大きさはほぼ同じであったがその数は大きく増加し、ディフラクトグラムでは高次まで明瞭な超格子反射が現れた。この様に700-800°C程度でのアニールで、主に核生成によってCORの体積分率が増加することが明らかになった。これは、PMN特有のMg、Nbイオンのチャージとサイズの間のフラストレーションに起因していると考えられる。また、原子分解能でBサイト原子カラムの組成分析を試みた結果、秩序化したCORの領域において1原子カラム毎にMgが検出されたのに対し、全てのBサイトにNbが存在すること、つまりMgの秩序化した(111)面上にもNbが共存し、(Mg2/3Nb1/3):Nb=1:1型のCharge-balanced random-layered modelの妥当性を組成の観点から実証した。また、PMNにPbTiO3(PT)を10-40mol%固溶したPMN-PTエピタキシャル薄膜を作製し、COR核生成に及ぼすBサイトへのTi固溶の効果を検討した結果、Tiの固溶に伴ってCORの核生成は急激に抑制され、HAADF-STEM像では認識が困難であった。しかし、CORに起因した超格子反射強度は完全には消失せず、微小なクラスターのような形態でCORが残留しているものと推察される。以上の結果は、BサイトへのTiの固溶がMg,Nbイオン間の規則配列を乱し、CORの生成を抑制することを示唆している。初年度に最適化した成膜条件にて、CSD法で1:2型のリラクサーであるPb(Mg1/3Nb2/3)O3(PMN)薄膜をSrTiO3(001)単結晶基板上に001エピタキシャル成長した。100-200Vでの低加速

イオンミリング法によってダメージを抑制しながら薄片化し、高分解能透過型電子顕微鏡(HRTEM)法によりPMNの原子分解能観察を行った。室温及び液体窒素冷却温度にて、金属イオンだけでなく酸素イオンを含めた結晶構造像の撮影に成功した。[110]方位からの投影により、PbカラムとTi-Oカラムに分離できるため元素の識別も可能であった。液体窒素冷却温度においても原子分解能で結晶構造像を観察した結果、150K程度の冷却下においてもPbイオンを中心に大きな原子変位をおこし、単位格子が大きく変調を受けていることから、この原子変位は構造に起因したものである。さらに、幾何学的位相解析により局所歪み場の立場から原子変位場を定量的に明らかにした。電子回折図形からアニール温度の上昇に伴って、h/2 k/2 l/2型の超格子反射強度の増加が観察された。原子分解能HAADF-STEM観察により、BサイトイオンのMgとNbが局所的に秩序化し、化学的秩序領域を原子分解能で観察し、アニール温度の上昇により秩序領域のサイズが増加することを見出した。また、無秩序領域との間には化学的な特異構造を持たず原子レベルで急峻な界面を形成することを明らかにした。得られた薄膜は1nA/cm2オーダーの高い絶縁性を示した。150K300Kの温度範囲で得られた薄膜を冷却しながら誘電分散特性を評価したところ、Tm=253K付近で1400以上の比誘電率と3%程度のtanδをもち、1-100kHzの周波数範囲で誘電分散を示したことから、上記のヘテロナノ組織の観察結果がPMN薄膜のリラクサー特性を反映しているものと推察される。ペロブスカイト相Pb(Mg_<1/3>Nb_<2/3>)O_3単相の高結晶性エピタキシャル薄膜の成膜条件を確立し、幾何学的位相解析による極性ナノ領域の視覚化、及びポストアニール温度が化学的秩序構造の成長に関与することを見出した。25年度が最終年度であるため、記入しない。ペロブスカイト相Pb(Mg1/3Nb2/3)O3単相の高結晶性エピタキシャル薄膜を合成し、原子分解能でヘテロナノ組織を明らかにすると共に、誘電特性との関連についても着手できたことから概ね順調に進展していると考えられる。ペロブスカイト型構造のPb及びMg,Nb原子の置換やポストアニールによる化学的秩序構造の変調がリラクサー特性に及ぼす効果を、ナノ構造とマクロ誘電物性の両面から明らかにしていく予定である。H23年度はPb(Mg1/3Nb2/3)O3(PMN)薄膜のエピタキシャル成長条件の最適化を行った。H24年度はそのPMN薄膜を用いて、極性ナノ領域(PNR)と化学的秩序領域(COR)を原子分解能で明らかにした。H25年度は、Bサイトイオンの組成比が1:2型のPMNに加えて、ヘテロナノ組織の形成挙動の大きく異なる1:1型のPb(Sc1/2Ta1/2)O3 (PST)についてもヘテロナノ組織を明らかにすると共に、誘電特性との対応を解明し、リラクサー特有のナノ組織と巨大誘電特性発現の起源の解明に取り組む予定である。
神経活動依存的な軸索形態形成におけるミトコンドリアの機能解明

熱性けいれんは発熱(多くの場合は38°C以上)により誘導されるけいれん発作である。乳幼児が発症するけいれん発作としてはもっとも一般的であり,世界中で2-14%の乳幼児が熱性けいれんを経験している。熱性けいれんは単純型と複雑型に分類され,前者は良性とされているが,後者は将来的な側頭葉てんかんや記憶・学習障害の発症に関与する可能性が示唆されている。一方で,1歳以降に罹患した場合は発達期において認知機能が向上しているという報告もあり,熱性けいれんの長期的予後については不明な点が多い。まず研究代表者は,熱性けいれんにより出現する異所性顆粒細胞と側頭葉てんかん発症の関係性を検証した。その結果,異所性顆粒細胞数と海馬CA1野における局所場電位の異常および自発発作の出現回数が有意な相関を示すことを発見した。以上の成果はNature Medicine誌に査読論文として受理された。次に研究代表者は,,乳幼児期の熱性けいれんが苔状線維に構造的可塑性を誘導し,個体の行動に影響を与えるという仮説を立てた。本研究により,乳幼児期の熱性けいれんが巨大終末を増加させること,そして成体期における記憶の迅速な想起を促進することが明らかになった。巨大終末の増加はcAMP-PKA経路およびBDNF-TrkB経路の活性化に依存しており,CA3錐体細胞層内に特異的であった。また,乳幼児期の生育環境を豊かにすることで,熱性けいれんが誘導する構造的および行動学的変化が模倣された。さらに,熱性けいれんの時期依存的に異所性顆粒細胞が出現し,記憶の迅速な想起を双方向性に制御していることが明らかになった。神経活動的な軸索形態形成という当初より追究していた作業仮説のもと,in vivoにおいて熱性けいれんが苔状線維に与える影響と,その構造変化が成体期の行動に与える影響について詳細に検証できたため。本研究の成果を現在査読論文として投稿準備中である。本研究では,てんかん発作により誘導される異常発芽の細胞内機構の解明に取り組んだ。まず,前年度に明らかにした神経活動依存的な軸索側枝形成のAMP-activated protein kinase(AMPK)依存性について詳細な検討を実施した。その結果,免疫細胞化学染色および生化学的手法により,脱分極刺激後には実際にAMPKが活性化していること,この活性化は細胞外カルシウム流入に依存しないことを発見した。また,蛍光イメージングにより,脱分極刺激後には細胞内ATP濃度が減少していることも明らかにした。活性化薬の添加によりAMPKを慢性的に活性化させた場合は軸索側枝形成が誘導されなかったことから,この作用は一過性のAMPK活性化によるものであることが示唆された。さらに,in vivo実験系においても,薬物てんかんモデルにおいてAMPKの薬理学的阻害により軸索側枝形成を抑制することに成功した。細胞膜移行性GFPを発現するレトロウイルスを新規に作成し,新生顆粒細胞を標識した上でカイニン酸を海馬内投与することで,苔状線維の側枝形成を誘導した。この変化は,カイニン酸と同時にCompound C(AMPK阻害薬)を海馬内投与することで抑制された。Cytochrome Cで免疫染色することにより,in vivoにおいても側枝の起始部にミトコンドリアが局在することを確認した。以上の成果は,神経細胞の活動依存的な形態変化に関する斬新な概念を提唱する点で神経科学的に重要な価値があるのみならず、異常発芽の形成機構に関する新規知見を与える点で基礎医学的にも意義深いものであると考えられる。現在,本成果は学術論文にまとめられ,投稿の準備段階にある。本研究では,てんかん発作により誘導される異常発芽の細胞内機構の解明に取り組んでいる。研究代表者は前年度までに,脱分極刺激によりミトコンドリアが軸索内に蓄積し,軸索側枝の過剰形成に関与すること,軸索内のミトコンドリア動態変化および軸索側枝の過剰形成は,AMP-activated protein kinase(AMPK)の活性化に依存していることを発見した。また,脱分極刺激により誘導されるAMPKの活性化はカルシウム流入に非依存であり,細胞内ATPの過剰消費によるものであることも示した。しかしながら,一連の実験により解明できなかった問題がある。それは,軸索形態変化とミトコンドリア局在変化の直接的因果関係である。そこで今年度は,培養環境を維持した状態で長時間経時観察を実施し,両者の時間的前後関係を追究した。その結果,ミトコンドリアの局在が軸索側枝の出現に先行している様子が観察された。各時点においてミトコンドリアが側枝の起始部(または将来的に側枝が形成される部位)に局在していた割合を算出したところ,側枝出現の5分前に上昇していることが判明した。次にミトコンドリアの局在と軸索側枝の維持に着目して解析したところ,軸索側枝の寿命と起始部におけるミトコンドリア存在確率は正に相関していた。2時間を寿命の閾値として側枝を一時的なものと持続的なものに分類すると,後者の起始部におけるミトコンドリア存在確率が有意に高いことが明らかになった。以上の成果は,ミトコンドリアの局在が軸索側枝の出現に先行しており,その維持に必要であることを示唆するものである。

これは神経細胞の活動依存的な形態変化に関する斬新な概念を提唱する点で神経科学的に重要な価値があるのみならず、異常発芽の形成機構に関する新規知見を与える点で基礎医学的にも意義深いものであると考えられる。熱性けいれんは発熱(多くの場合は38°C以上)により誘導されるけいれん発作である。乳幼児が発症するけいれん発作としてはもっとも一般的であり,世界中で2-14%の乳幼児が熱性けいれんを経験している。熱性けいれんは単純型と複雑型に分類され,前者は良性とされているが,後者は将来的な側頭葉てんかんや記憶・学習障害の発症に関与する可能性が示唆されている。一方で,1歳以降に罹患した場合は発達期において認知機能が向上しているという報告もあり,熱性けいれんの長期的予後については不明な点が多い。まず研究代表者は,熱性けいれんにより出現する異所性顆粒細胞と側頭葉てんかん発症の関係性を検証した。その結果,異所性顆粒細胞数と海馬CA1野における局所場電位の異常および自発発作の出現回数が有意な相関を示すことを発見した。以上の成果はNature Medicine誌に査読論文として受理された。次に研究代表者は,,乳幼児期の熱性けいれんが苔状線維に構造的可塑性を誘導し,個体の行動に影響を与えるという仮説を立てた。本研究により,乳幼児期の熱性けいれんが巨大終末を増加させること,そして成体期における記憶の迅速な想起を促進することが明らかになった。巨大終末の増加はcAMP-PKA経路およびBDNF-TrkB経路の活性化に依存しており,CA3錐体細胞層内に特異的であった。また,乳幼児期の生育環境を豊かにすることで,熱性けいれんが誘導する構造的および行動学的変化が模倣された。さらに,熱性けいれんの時期依存的に異所性顆粒細胞が出現し,記憶の迅速な想起を双方向性に制御していることが明らかになった。新規に導入したコンフォーカル顕微鏡により,多色長時間経時観察が可能になり,ミトコンドリア局在と軸索側枝形成および維持の時間的前後関係が直接的に検証できたため。神経活動的な軸索形態形成という当初より追究していた作業仮説のもと,in vivoにおいて熱性けいれんが苔状線維に与える影響と,その構造変化が成体期の行動に与える影響について詳細に検証できたため。現在までの実験結果はミトコンドリア局在と軸索側枝形成および維持の時間的前後関係を検証する段階にとどまっており,今後は現象の因果関係を追究していく予定である。具体的には,顕微鏡観察下でミトコンドリアが局在した側枝の起始部にATP産生阻害薬であるFCCPを局所適用し,ATPの局所的産生が側枝の維持に与える影響を検証する。また,BDNFの局所適用により側枝形成を誘導し,この現象がFCCPの同時処置により阻害される可能性を検証する。本研究の成果を現在査読論文として投稿準備中である。
細菌における生体膜の不均一性を生み出すアシル基転移酵素の研究

低温性細菌Shewanellalivingstonensis Ac10に由来する1-アシル-sn-グリセロール-3-リン酸アシル基転移酵素(PlsC)の5つのホモログ酵素(SlPlsC1SlPlsC5)の機能解析に取り組んだ。1) SlPlsC1の精製および活性測定の方法を確立し、酵素学的な特性を明らかにした。2) SlPlsC3が構造未知の黄色色素の生合成に関与することが示唆され、PlsCファミリーの新奇機能を見出した。また、3) PlsCの結晶構造解析を目的として、好熱性のThermus属細菌由来のPlsCを精製し、酵素学的特性を明らかにした。低温性細菌Shewanella livingstonensis Ac10は、リン脂質合成酵素の1種である1-アシル-sn-グリセロール-3-リン酸アシル基転移酵素(PlsC)のホモログ酵素を5つもつ(PlsC1-PlsC5)。それらの機能分担により細胞膜リン脂質の構造多様性が生み出されるとの考えのもと、各ホモログ酵素の機能解析を行った。まず、PlsC1について大腸菌を宿主とした異種発現系を構築し、組換え酵素の可溶化および精製の手順を確立した。in vitroでのアッセイの結果、本組換え酵素が精製後も活性を維持していることを見出し、さらに至適反応条件や基質選択性といった詳細な特性を明らかにした。PlsCのホモログ酵素は微生物だけでなくヒトを含む高等生物にまで広く見出されるが、どの生物種からも過去に活性を保ったまま精製された例がなかった。本研究成果は活性を保ったまま精製に成功した初めての例であり、今後、ヒト酵素などへ適用できる可能性が期待される。また、PlsC3については遺伝子破壊により酵素機能を解析した。pKNOCKベクターを用いてplsC3遺伝子を破壊した欠損株を作製したところ、野生株の菌体がピンク橙色であるのに対し、欠損株は黄色であった。脂質を抽出しTLC分析および質量分析を行った結果、リン脂質組成に大きな変化は見られなかったが、欠損株に黄色を呈する脂質成分が蓄積していることを見出した。ゲノム比較により得られた知見から、この黄色脂質は共役ポリエン構造をもつことが示唆され、このことと一致してplsC3欠損株は野生株と比べて高い抗酸化能を示した。以上のことから、PlsC3はリン脂質ではなく、色素生産に関わる新奇機能をもつことが示唆された。当初に計画していたとおり、PlsC1の精製および特性評価をすることができた。特に、これまでに報告例のなかったPlsCの精製に成功したことは非常に有意義であり、後述する未同定の反応機構解析に研究を進めることが可能になった。PlsC1の基質に対する親和性が予想以上に高く、アッセイ系の検出限界の問題のために速度論パラメータを求めることができなかったため、今後、より高感度な定量方法を検討するなどして改善する必要がある。当初に計画していた、ランダム変異導入によるPlsC4の基質認識機構の解明は、予想以上に初期条件設定に時間がかかり、目的の変異型酵素を取得するに至らなかった。一方、S. livingstonensis Ac10由来の別のPlsCホモログであるPlsC3について機能解析を行い、色素生産というPlsCの機能として新しいはたらきを発見することができた。グラム陰性細菌Shewanella livingstonensis Ac10は南極海水から単離された低温性の細菌であり、4-25°Cで生育が可能である。本菌の低温環境下での生育には多価不飽和脂肪酸の1種であるエイコサペンタエン酸(EPA)が重要であり、EPAは主に細胞膜を構成するリン脂質のアシル鎖として含まれる。平成28年度までに、EPAをリン脂質に導入する1-acyl-sn-glycerol-3-phosphate acyltransferase (PlsC)のホモログ酵素(SlPlsC1)に注目し、活性型での精製、および酵素学的な機能解析を行った。その際、SlPlsC1の可溶化・精製に界面活性剤として6-cyclohexyl-1-hexyl-D-maltosideを使うことが活性の維持に重要であり、類似の構造を持つn-dodecyl-D-maltosideなどの界面活性剤を用いると失活することを見出した。そこで、これらの界面活性剤がSlPlsC1の構造に与える影響を調べる目的で、精製したSlPlsC1をゲルろ過クロマトグラフィーにより分析した。結果として、どちらの界面活性剤を用いてもクロマトグラムのピーク形状に大きな差はなく、構造的な要因で失活しているのではないことが予想された。上記のSlPlsC1の精製および特性評価を論文にまとめて報告した。また、SlPlsC1の精製方法を応用し、結晶構造解析を目的として好熱菌Thermus thermophilus由来のPlsC (TtPlsC)の精製および特性評価を行った。結果として、TtPlsCも活性を維持したまま精製することができ、基質特異性など酵素学的な特性を明らかにすることができた。TtPlsCは収量が0.27 mg/g of wet cellsと良好であり、またSlPlsC1に比べて熱安定性が高いことがわかり、結晶構造解析に適していることが期待された。

1) SlPlsC1の精製および活性測定の方法を確立し、酵素学的な特性を明らかにした。2) SlPlsC3が構造未知の黄色色素の生合成に関与することが示唆され、PlsCファミリーの新奇機能を見出した。また、3) PlsCの結晶構造解析を目的として、好熱性のThermus属細菌由来のPlsCを精製し、酵素学的特性を明らかにした。これまでにPlsCは活性を保ったかたちで精製されたことがないため、キネティクスや立体構造といった酵素反応機構を理解するうえで不可欠な知見が不足していた。そこで、本研究で確立した精製方法に基づき、微生物や高等生物由来の他のPlsCホモログに研究を展開するとともに、変異解析などを通して未同定の触媒メカニズムを解析する予定である。この際、放射性同位体標識した基質を使うなどして定量方法の高感度化を目指す。また、本精製方法で得られるPlsCは比較的収量が良く、この利点を生かして、共同研究により立体構造解析にも研究を展開する。28年度が最終年度であるため、記入しない。酵素、微生物28年度が最終年度であるため、記入しない。
尖点形式の周期に対するヘッケ作用と位相不変量の研究

上半平面を定義域とする一変数尖点形式は、整数論とも関連して深く研究されてきた。本研究の特徴は、尖点形式を、その周期および一般デデキント和との自然な対応に注目して調べることである。今回、楕円アポストル・デデキント和を導入しこの和が多項式相互法則をもつ一般デデキント和の一般形であることを証明することが出来た。さらに、楕円アポストル・デデキント和が結び目不変量の研究にどう活用されるかも調べた。研究代表者が現在取り組んでいるテーマは、尖点形式に付随する一般デデキント和および周期の研究である。多様体の位相不変量や結び目不変量を研究する上でも、これらの関数は重要な役割を果たすことが予想される。そのような観点から代表者は尖点形式、一般デデキント和、および周期多項式の間の関連を調べて、三者に互換性のあるヘッケ作用が存在することを示した。その結果、尖点形式に対するヘッケ作用を明示的に書き下すことが可能になった。従来はEichler-Selbergの跡公式に見られるように2次体の類数を用いる公式であったが、代表者のものはベルヌーイ数と約数関数を用いる極めて初等的な公式である。これらの結果は論文「Explicit formulas for Hecke operators on cuspforms, Dedekind symbols and period polynomials, J.reine angew. Math. 607(2007),163-216に発表された。もう一つ代表者が取り組んだ問題に、Dedekind symbols with plus reciprocity lawsがある。これは、デデキント和の相互法則の形が、D(p,q)-D(q,-p)=R(p,q)(minus reciprocity law)の形としていることに注目し、もしこれが、D(p,q)+D(q,-p)=R(p,q)(plus reciprocity law)の形であると、デデキント和の理論はどうなるかを調べた。その結果はplusとminusでデデキント和の理論はまったくことなること、さらにq/pの連分数展開とD(p,q)との関係を考えると、minusの方が自然である事が解った。結果は論文「Dedekind symbols with plus reciprocity laws, J.Number Theory128(2008),781-795」にまとめられた。研究分担者は絡み目の不変量に関する結果を、研究集会で発表し論文を準備している。二つ目のテーマとして楕円デデキント和の研究も進めており、多項式相互法則を有するデデキント和の例を新たに発見し、現在その性質を代数的および解析的に研究中である。研究代表者は、前年度に引き続き台湾の研究者Yifan Yangとの共同研究を行った。その結果ディリクレ指標によりひねられたL-関数の特殊値を求める公式を見出した。この公式は、ひねられた尖点形式の周期多項式を明示的に表すものであり、ひねられたベルヌーイ数の言葉で記述されている。また、周期多項式の係数を見ることにより、L-関数の特殊値を知ることができる形になっている。ディリクレ指標に関係する分だけ途中の計算は複雑になったが、最終的な公式は、一種の跡公式として簡潔な形にまとめることができた。結果は共著論文「Twisted Hecke L-values and period polynomials, J.Number Theory, 130(2010), 976-999」にて発表した。もう一つのテーマとしてelliptic Apostol-Dedekind sumsの研究も進めてきた。これは、Apostol-Dedekind sumsの楕円関数版であり、これ自身が保型形式の側面も持っているものである。さらにこの和は、多項式相互法則をもつ一般デデキント和の母関数の役割を果たす点でも重要であると考える。この和に関する研究結果も逐次発表する予定である。
人工核酸を用いた新規ストランドインベーダーの開発

本研究では、D-Threoninolに色素などの機能性分子を導入したヌクレオチド・アナログ=Threoninol-Nucleotide (TN)を導入したDNA(TN-DNA)と、通常の未修飾のPNAを組み合わせた新たなストランドインベーダーの開発を目指した。DNA二重鎖へのインベージョン活性を示すためには、二重鎖の安定性の序列がDNA/PNA, TN-DNA/DNA > DNA/DNA > TN-DNA/PNAを満たす必要がある。そこでこのような安定性の序列を満たすための機能性分子とTNの導入方法を検討した。その結果、電子吸引性基を導入した平面構造のインターカレーターがDNA二重鎖を大きく安定化することを見出した。またTNを天然のヌクレオチド2残基毎に導入すると、PNAの二重鎖を阻害しつつDNAとの二重鎖形成を促進することも明らかにした。これらの結果に基づき、PNAと機能性分子としてアントラキノンを導入したTN-DNAの組み合わせることで、実際にDNA二重鎖にストランドインベージョンすることを明らかにした。前年度、アントラキノンとペリレンがDNA二重鎖を大きく安定化することを見出した。またアントラキノンあるいはペリレンTN 1残基に対して天然のヌクレオチドを2残基の割合で導入したTN-DNAコンジュゲートの融解温度(Tm)が未修飾のDNA二重鎖と比較して15°C以上向上した一方で、対応する相補的なPNAとは未修飾のDNA/PNA二重鎖と比較してTmが低下した。このようにTN-DNAとPNAの組み合わせがストランドインベージョンの条件を満たしていることが分かった。そこで今年度は45merの合成DNA二重鎖をテンプレートに使用し、TN-DNA/PNAの組み合わせでインベージョンが起こるかどうか検討した。インベーダーに使用するTN-DNAとして、15merの天然のヌクレオチドに対して天然のヌクレオチド2残基毎にアントラキノンTNを6残基挿入したコンジュゲートを合成した。テンプレート二重鎖としては、インベージョン部位が末端にあるものと中央にある45merのDNA二重鎖を二種類使用した。まずTN-DNAと天然のDNAとの二重鎖が安定化するNaCl 100 mMのバッファー条件で、37°C8時間テンプレート二重鎖、TNを6残基導入したTN-DNA、PNAを共存させた。その結果、TN-DNAとPNAがテンプレートDNA二重鎖に対して10等量以上加えたところ、インベージョン部位が末端にあるテンプレートDNA二重鎖に対しては明確なインベージョンが観察された。しかし同じ条件でもインベージョン部位が中央にあるテンプレート二重鎖へのインベージョンは見られなかった。そこで塩濃度を10mMから200mMに系統的に変化させて検討したところ、わずかではあるが10 mMで中央部へのインベージョンが観察された。以上のように当初の計画通り、DNA二重鎖へのインベージョンを実現した。本研究では、D-Threoninolに色素などの機能性分子を導入したヌクレオチド・アナログ=Threoninol-Nucleotide (TN)を導入したDNA(TN-DNA)と、通常のPNAを組み合わせた新たなストランドインベーダーの開発を目指す。本年度は当初の計画に基づき、まずはTN-DNA/DNA二重鎖を安定化するためのTNの設計指針を得ることを目的とした。TNの安定性評価のため、DNA二重鎖の中央にTNを1残基付加的に導入したTN-DNAを合成し、対応するnativeの相補鎖との二重鎖の安定性を評価した。様々な色素導入TNを試したところ、アントラキノンとペリレンがDNA二重鎖を大きく安定化することを見出した。また色素の選択だけでなく、D-threoninolへの導入法もDNA二重鎖の安定化に大きく寄与することも明らかにした。この結果を踏まえ、TN 1残基に対して天然のヌクレオチドを2残基の割合で導入したTN-DNAコンジュゲートを合成し、その二重鎖の安定性を調べたところ、期待通りアントラキノンとペリレンでは融解温度(Tm)が未修飾のDNA二重鎖と比較して15°C以上向上した。一方このTN-DNAコンジュゲートを相補的なPNAと組ませたところ、未修飾のDNA/PNA二重鎖のTmより低下した。

すなわち、アントラキノンおよびペリレン導入TNは、ストランドインベーダーとしての条件である、二重鎖の安定性の序列(TN-DNA/DNA, PNA/DNA > DNA/DNA >TN-DNA/PNA)を満たしていることが明らかとなった。平成23年度は、天然のDNAとの二重鎖形成を大幅に促進し、かつ未修飾のPNAとの二重鎖を抑制するTNの探索を目指した。アントラキノンとペリレンが上記の条件を満たすTNであることを見出し、当初の計画を達成することが出来た。天然のDNAとの二重鎖形成を大幅に促進し、かつ未修飾のPNAとの二重鎖を抑制する色素導入TNを見出したので、平成24年度は当初の計画通り、60-70bp程度の合成DNA二重鎖を使用して、その内部あるいは末端に15 bpの二重鎖部位をターゲットとしたTN-DNAとPNAを設計する。その際、TN-DNAとPNAのターゲット二重鎖に対する濃度やバッファー条件(塩濃度など)、インベージョンの温度等を最適化し、モデル系での長鎖DNA二重鎖へのインベージョンの実現を目指す。平成23年度は1残基のTNを導入したDNAの合成が主であり、またインベーダーとしての条件を満たすTNを比較的容易に見出すことが出来たため、当初の計画より消耗品(試薬)の使用が大幅に少なくて済んだ。一方平成24年度はインベーダーの合成のため、多数のTNを導入したDNA(TN-DNAコンジュゲート)とPNAを多量に合成する必要がある。そこで平成23年度から繰り越した消耗品費と24年度の当初予算を併せてTNモノマーの大量合成に充てるとともに、研究を効率的に進展させるためTN-DNAコンジュゲートの合成を日本テクノサービスに外注する予定である。また得られた成果を学会で発表するため、国内旅費を計上する。
真空アーク蒸着法による高密度アモルファスカーボン膜の合成

PVD法の一種である真空アーク蒸着法は,グラファイト陰極上に生じる陰極点から炭素粒子が蒸発する現象を用いた成膜方法であり,PVD法の中では高速成膜に適しているが,欠点として他のPVD法に比べて多くのドロップレットを生じること,膜の内部応力が大きいことなどが挙げられる.一方で,他のa-C膜の合成方法に比べ,圧倒的な高密度および高硬度を示すa-C膜を合成できるため,真空アーク蒸着法に対し,様々なドロップレットの減少法が試みられてきている.近年,これらの真空アーク蒸着装置によるa-C膜のドリルや摺動部の保護膜などへの応用が始まったが,従来の磁気フィルタなどの手法は適切ではないと考えられる.加えて,真空アーク蒸着法の歴史において,ドロップレットの低減に主眼が置かれていたため,ドロップレットがa-C膜の機械的特性のどのような影響を与えるかについては,ほとんど報告が無い.よって,本研究では,ドリルや摺動部の保護膜として可能性を示すために,高成膜速度を維持したままドロップレットの混入を減らした真空アーク蒸着法を用い,ドロップレット数密度の異なるa-C膜の機械的特性について検討し,そのメカニズムを考察した.その結果,真空アーク蒸着法によるa-C膜は,ドロップレットフリーにすることを前提とした上で摺動部などへの応用が考えられてきていたが,本研究により,硬度・摩擦係数に対し,ドロップレット数密度60個/nm・mm^2以下のa-C膜であれば,熱(アニール,成膜時の基板温度,摩擦熱)による影響が大きく,ドロップレット数密度による影響は無いことが証明された.加えて,ドロップレット数密度58個/nm・mm2のa-C膜を373Kで10分加熱することで,真空雰囲気下の摩擦係数0.05を示した.低温・短時間(200°C,10分以内)でa-C膜を合成すると,膜の変質を抑えつつ,内部応力緩和に有効であると考えられる.真空アーク蒸着法では,アーク放電1回あたりの堆積量が一定であることから,周波数を増加させると単位時間当たりの成膜速度も噌加し,高成膜速度つまり短時間での厚膜合成を実現できると考えられる.アーク放電周波数0.125,0.25Hzにおけるドロップレット数密度には大きな違いは観察されなかったが,0.5Hzでは0.125,0.25Hzの時に比べ増加している.これは,放電周波数増加により,陰極温度が上がったためであると考えられる.そこで,陰極温度を25°Cとして合成したa-C膜のドロップレット数蜜度と,外部のヒーターを用いて陰極温度を90°Cとして合成したa-C膜のドロップレット数密度を比較すると陰極温度を90°Cとして合成したa-C膜のドロップレット数密度が多かった。陰極温度は陰極-陽極間を流れる電子の量に影響されると考えられる.陰極-陽極間電流がドロップレット数密度に与える影響を調べるために,陰極-陽極間電流波形が異なるが,放電1回あたりの堆積量がほぼ同じである2種類の放電条件を選択し,それぞれアーク放電周波数を0.5Hzにした場合のドロップレット数密度を測定した.陰極-陽極間を流れる電子の量が少なく陰極温度上昇が少ないと考えられる1000V,660μFで合成したa-C膜のドロップレット数密度は電子の量が多く陰極温度上昇が多いと考えちれる,500V,2640μFで合成したa-C膜に比べ減少していた.以上より,陰極温度はドロップレット数密度に大きな影響を与えているといえる.また,陰極温度は陰極-陽極間電流の波形を矩形に近くすることで,増加を抑えることができることがわかった.よって,アーク放電周波数を増加させ,高成膜速度を実現できる放電条件を示すことができた.PVD法の一種である真空アーク蒸着法は,グラファイト陰極上に生じる陰極点から炭素粒子が蒸発する現象を用いた成膜方法であり,PVD法の中では高速成膜に適しているが,欠点として他のPVD法に比べて多くのドロップレットを生じること,膜の内部応力が大きいことなどが挙げられる.一方で,他のa-C膜の合成方法に比べ,圧倒的な高密度および高硬度を示すa-C膜を合成できるため,真空アーク蒸着法に対し,様々なドロップレットの減少法が試みられてきている.近年,これらの真空アーク蒸着装置によるa-C膜のドリルや摺動部の保護膜などへの応用が始まったが,従来の磁気フィルタなどの手法は適切ではないと考えられる.加えて,真空アーク蒸着法の歴史において,ドロップレットの低減に主眼が置かれていたため,ドロップレットがa-C膜の機械的特性のどのような影響を与えるかについては,ほとんど報告が無い.よって,本研究では,ドリルや摺動部の保護膜として可能性を示すために,高成膜速度を維持したままドロップレットの混入を減らした真空アーク蒸着法を用い,ドロップレット数密度の異なるa-C膜の機械的特性について検討し,そのメカニズムを考察した.その結果,真空アーク蒸着法によるa-C膜は,ドロップレットフリーにすることを前提とした上で摺動部などへの応用が考えられてきていたが,本研究により,硬度・摩擦係数に対し,ドロップレット数密度60個/nm・mm^2以下のa-C膜であれば,熱(アニール,成膜時の基板温度,摩擦熱)による影響が大きく,ドロップレット数密度による影響は無いことが証明された.加えて,ドロップレット数密度58個/nm・mm2のa-C膜を373Kで10分加熱することで,真空雰囲気下の摩擦係数0.05を示した.
高信頼アクセス制御をベースとする知的侵入検出・防御方式

情報システムをサイバー攻撃から防護するために不正アクセスやマルウェアの悪性活動を精度良く検出し、その活動を抑制する効果的な手法を研究する。本提案は、悪性活動を詳細な要素活動の連結パターンによって攻撃の意図を読み取るルールとして記述し、実行時にはセキュアOSに組み込んだセキュリティモジュールが、与えられた悪性活動パターンに合致する実行プロファイルを検出することにより、攻撃の有無だけでなく意図までを判別する。
精度保証を考慮した環境計測用飛行ロボットの移動経路計画

本研究は、風の影響による飛行ロボットの移動のばらつきや環境の事前情報と実際が異なる状況下で、環境に衝突することなく対象範囲内の環境を確実に計測することを目的とした飛行ロボットの移動経路計画手法の確立を目的とする。初年度および次年度で、事前の環境情報に誤差が存在しない状況下で、風の影響や飛行ロボット自身の移動にばらつきが生じる状況下において、計測精度を保証する飛行ロボットの移動経路を生成する手法を構築した。風の影響や飛行ロボット自身の移動のばらつきは事前の実験棟により見積もり可能という条件の元で、移動にばらつきが生じても測定対象を確実に計測出来る範囲を求め、この計測可能範囲を用いて前年度に構築した手法に基づき飛行ロボットの経由点生成と経路計画を行った。シミュレーションによる経路生成実験により、風の影響や飛行ロボット自身の移動のばらつきの程度に応じて経由点を増減させることで計測精度を保証する飛行ロボットの移動経路が生成可能であることを示した。最終年度は経由点生成手法の改善を行った。前年度までの手法では計測対象の情報が三角ポリゴンで与えられている仮定の下、各三角ポリゴンの中心で飛行ロボットが計測対象を計測する時にその三角ポリゴンが計測範囲内に入らない場合はその三角ポリゴンを分割して新たな経由点を生成していた。しかし、この方法では三角ポリゴンの初期形状に応じて計測不可となる領域が多く発生した。そこで、計測対象の三角ポリゴンを最初に細かく分割し、クラスタリング手法によって一度に計測する領域を纏めて経由点を生成することで、計測不可となる領域を減らすことが可能となった。更に、実機実験システムを構築し、実際の屋外壁面環境を用いた計測実験を行う事で提案手法の有効性を検証した。提案手法にて屋外壁面をまんべんなく計測できる事を実機実験にて確認した。本研究では、風の影響による飛行ロボとの移動のばらつきや環境の事前情報と実際が異なる状況下で、環境に衝突することなく対象範囲内の環境を確実に計測することを目的とした飛行ロボットの移動経路計画手法の確立を目的とする。初年度は飛行ロボットの移動にばらつきが生じず、事前の環境情報に誤差が存在しない状況下で、計測精度を保証する飛行ロボットの移動経路を生成する手法を構築した。まず初めに、測定対象を漏れなく計測できる点を飛行ロボットの経由点とし、これを求める手法を構築した。その際、環境情報は三角ポリゴン形式で与えられるとした。そして、飛行ロボットが搭載する計測器の計測範囲や要求される計測精度を考慮し、一度の計測で測定可能な領域を求めてすべてが計測園内に入るよう三角ポリゴンを分割することとした。そして、ポリゴンの外接円中心から一定距離離れた位置を飛行ロボットの経由点とした。次に、先に求めた飛行ロボットの経由点をすべてたどる飛行ロボットの経路計画手法を構築した。経路計画の際は、飛行ロボットの移動特性を考慮して上下運動には大きなコストを与えながら、移動距離が最小となるような経由点順を決定することで経路を生成した。以上の構築手法の有効性を検証するため、シミュレーションによる経路生成実験を行った。シミュレーション結果より、飛行ロボットと環境との接触により計測不可能な部分を除き、計測制度を保障する飛行ロボットの移動経路が生成可能であることが示された。本研究課題は追加採択であり、11月に入って本格的に始動した事が主な理由である。これまでの業績を元に、シミュレーション実験において今年度構築した計測制度を保証する飛行ロボットの経路計画手法の有効性を検証した。しかし、シミュレーション実験では環境との接触判定により計測不可な部分が少なからず存在する結果となった。これは、平面のみからなる計測対象環境を想定していたため生じている問題だと考える。そこで、経由点の設定方法が原因であると考え、これまで構築した手法を元に曲面を含む計測対象環境を想定した経由点の設定方法を構築中である。現在、シミュレーション実験により構築中の手法の有効性を検証中であるが、研究期間が通常よりも短いため毛検証がが不十分な状況であると考える。上記と並行して、当初は実機ロボットを用いた環境情報取得システムを構築する予定であった。これについても研究の始動が遅く準備期間が短いため実験システムの構築には至ってない。現状では実験に用いる飛行ロボットを選定し、実機システムとして利用可能な形でハードウェア・ソフトウェアの両面から改造を行っている所である。また、様々な実験データを効率よく計測し、保存するための実機システムを構築している最中である。今年度は事前の環境情報に誤差が存在しない状況下で、風の影響や飛行ロボット自身の移動にばらつきが生じる状況下において、計測精度を保証する飛行ロボットの移動経路を生成する手法を構築した。構築した手法の有効性をシミュレーションによる経路生成実験により検証した結果、風の影響や飛行ロボット自身の移動のばらつきの程度に応じて経由点を増減させることで計測精度を保証する飛行ロボットの移動経路が生成可能であることが示された。続いて、今年度は経由点生成手法の改善を行った。