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現在の阪神地域における災害医療体制の検証一阪神・淡路大震災を想定被害としてー

阪神・淡路大震災以降,災害医療への対策が整備され,昨今の地震災害時でも効果を発揮している.しかしこれらの地震災害は中山間地域で発生しており,都市部においても効果が発揮されるかを検証する事は難しい.そこで本研究では,阪神・淡路大震災の資料から「傷病者搬送状況」を抽出して人的被害想定とし,現在の阪神地域における災害拠点病院の「病院防災力」に対する机上シミュレーションを実施した.分析した「傷病者搬送状況」や「病院防災力」の情報は電子地図を用いて整理し,病院防災力については,すでに構築した病院防災力診断指標と国際評価指標とを比較した.阪神・淡路大震災以降,災害医療への対策が整備され,昨今の地震災害時でも効果を発揮している.しかしこれらの地震災害は中山間地域で発生しており,都市部においても効果が発揮されるかを検証する事は難しい.そこで本研究では,阪神・淡路大震災の資料から「傷病者搬送状況」を抽出して人的被害想定とし,現在の阪神地域における災害拠点病院の「病院防災力」に対する机上シミュレーションを実施した.分析した「傷病者搬送状況」や「病院防災力」の情報は電子地図を用いて整理し,病院防災力については,すでに構築した病院防災力診断指標と国際評価指標とを比較した.今年度(平成22年度)は、阪神・淡路大震災の資料から、主に地震発生直後の急性期における「傷病者搬送」と「病院被害状況」に関する情報を抽出し、市販電子地図上でのプロットおよび病院単位の情報カードとして整理した。情報源とした資料は約30冊となった。(例:長谷川恒夫,救急医学(別冊)阪神・淡路大震災とサリン事件,へるす出版,2005)ここで「傷病者搬送」とは、被災地内病院にあっては、来院した傷病者数および大阪等へ搬出した患者数であり、大阪等の病院にあっては、受け入れ患者数およびそこからの転送数も含むこととした。また、「病院被害状況」とは、被災地内病院の被害状況に関する記述から特に施設の機能低下を抽出した。資料は、神戸大学付属図書館震災文庫(神戸市)や人と防災未来センター資料室(神戸市)に保管されているもののほか、研究協力者(鵜飼)の所有資料を用いた。震災から16年が経過し、絶版資料が増加している事が特徴的であった。また、同じ病院でも異なる記述があることも多かったが、研究協力者の助言を受けて「より詳細な記述を採用する」とのルール設定を行った。情報を抽出できた病院数は約170病院であった。病院については、直接患者を受け入れた病院(主に震度7を記録した神戸市内や西宮市内の病院)をSとし、被災地からの患者を受け入れた病院(主に大阪方面の病院)をG、その両方を担った病院をSGと分類した。電子地図上のマッピング結果から、神戸から芦屋・尼崎にかけてSの病院が分布し、それを取り巻くようにGの病院が広がる様子が確認できた。本研究プロジェクトホームページを開設した。今年度は、プロジェクト主旨説明のページや、病院調査報告や学会参加報告などを記述した。また、関係者向け(プロジェクトの進行状況)に情報を発信している。平成23年度は、初年度(平成22年度)に実施した阪神・淡路大震災時の傷病者搬送状況の電子入力結果を基として、地震直後の状況を一般の方にもわかりやすく伝えるために3次元模型で表現した。模型は25000分の1の市販地図をベース地図とし、被災地内で傷病者を受け入れた病院を赤コマで、被災地外で傷病者が転送された病院を青コマで示した。模型全体の大きさは1.5m×2m程度となり、ベース地図上に位置する病院の内、赤コマと青コマ以外はすべて白コマとすることで、阪神地域の病院分布をあわせて表現した。その結果、被災地域と被災地外地域が一目で判別でき、赤コマ病院を囲うように青コマ病院が分布することが理解できた。この模型は、昨年度から運用しているプロジェクトホームページで写真を掲載し発信している。また、兵庫県内の基幹災害拠点病院を対象とし、研究代表者らが作成した病院防災力診断指標【池内他,災害拠点病院が保有すべき防災力に関する研究,地域安全学会論文集,2008】(池内指標と呼ぶ)と国際評価指標【PAHO&WHO, Hospital Safety Index Guide for Evaluators, 2008】(PAHO指標と呼ぶ)との比較検証を行った。これは、現在の阪神地域における病院防災力保有状況の把握を目的とした調査の一環である。対象病院の診断結果としては、池内指標とPAHO指標ともに高い数値結果となり病院防災力が高いことが示された。一方、結果の表示方法に対しては、池内指標が結果を大項目ごとにレーダーチャートで表示するのに対し、PAHO指標では最終結果判定を3段階(A、B、C)で示している違いが認められた。そこで、両者の長所を融合し、PAHO指標に基づいた診断結果を大項目ごとに視覚化した表記方法を提案した。さらに、今年度は、東日本大震災における病院被害調査も継続して行った。最終年度となる平成24年度には、国際会議【The 11th Asia-Pacific Conference on Emergency and Disaster Medicine(2012.9)】において、前年度までに実施した阪神間の災害拠点病院の病院防災力調査結果および病院防災力診断指標(研究代表者らが作成)と国際評価指標との比較検証結果について発表した。また、本研究開始後に発生した東日本大震災における病院被害調査結果についても研究協力者(災害医療センター、権丈英理子)が発表した。

また平成24年度には、それまでに準備した傷病者搬送地図(病院防災力保有状況を含む)および病院カードを用いて阪神地域の災害医療体制を検証するシンポジウムを開催した。当初予定では、「公開型ワークショップ」とする予定であったが、発表内容に東日本大震災における病院被害報告が多く含まれ、東日本大震災の病院被害については未だ検証中であることから、シンポジウム参加者は関係者のみとした。但し、関係者には研究代表者や研究協力者の他、あらたに病院防災に関心を持った建築分野の技術者も含まれ、病院の災害時の機能低下抑制に関して活発な意見交換がなされた。これらの結果をふまえ、阪神地域における災害医療体制を検証し、都市部における地震災害への災害医療対策を提案した論文(査読付)を地域安全学会に執筆し登載決定された。本研究課題では、1阪神・淡路大震災時の傷病者搬送状況と病院被害状況の電子化、2阪神地域の災害拠点病院を対象とした病院防災力の把握、3机上シミュレーションによる阪神地域の災害医療体制の検証と具体的な災害医療対策の提案、を研究目的および実施内容とした。これらすべてが研究期間内に実施され、成果報告として、学術論文、口頭発表のみならず、専用ホームページによる情報発信も随時行った。本研究期間3年間の初めの2年間で3次元模型の作成と発信、および病院防災力診断指標に関する国際評価指標との比較検証を行う計画であった。平成22年度および平成23年度の成果でこれらはほぼ達成されているため、本研究課題は順調に進展しているといえる。上記区分を(1)としたのは、さらに、2011年3月11日に東北地方太平洋沖地震が発生し、これに関する病院被害調査を継続的に実施しサーベイランスを続けているためである。東日本大震災の被害事例により、病院の立地のあり方に対する具体的な知見を得ることができている。24年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度となる平成24年度については、これまでの成果をまとめ、国際会議を含めた学会で発表するとともに、関係者や一般の方にも公開した病院防災シンポジウム(仮)を開催する。また、東北地方太平洋沖地震における病院被害調査や傷病者搬送に関するサーベイランスを継続し、東日本大震災からの教訓を得たい。これらの実施により、阪神地域で想定される次の災害への医療防災の備えを見直すとともに、今後の病院防災のあり方を提示し、災害医療や病院防災に関する知識の向上を目指す。
フィリピン稲作の農業機械学及び土壌肥料学的生産阻害要因の解明と対策に関する研究

フィリピン稲作生産阻害要因の解明のために,農業機械学的観点からは田植,刈り取り,脱穀及び乾燥作業を中心に,また土壌肥料学的観点からは亜鉛欠乏障害水田及びピナツボ火山によるラハ-ル調査を行った。調査地区は,ルソン島ヌエバエシハ州,パンガシナン州である。現地ではビデオ撮影,土壌・作物・火山噴出堆積物等の採集を実施し,帰国後に詳細な分析を行った。なお,最終年の平成5年3月5日には3ケ年間の研究成果発表会を宮崎大学で開催した。本協力研究のテ-マで研究を遂行していたフィリピン側の研究分担者の2名が平成4年度内に博士号を収得し,さらに2名が教授昇格し,大きな成果があった。1.フィリピン稲作の作業技術に関する農業機械学的調査フィリピンの稲作に関する調査はこれまでも多くの報告はあるが,それらはただ「人力作業」とするだけの報告が多い。本調査ではその詳細を明らかにする目的から,ビデオを持込み詳細に調査した。(1)田植各作業の工程及び方法,作業姿勢,動作,時間推移,ラップ等について詳細にビデオ分析した結果,わが国での類似デ-タ(吉岡金市:農業機械化図説)よりも能率的な面もあり,フィリピンの田植技術力は高いことがわかった。1株当りの植え付けラップ時間は,1人植え約0.7秒,シンクロナイズプランティング約0.5秒で,わが国の類似デ-タ(吉岡金市:農業機械化図説)よりも速い。(2)人力刈取り作業では独特の方法が見られた。用具には鋸鎌を使用している。作業姿勢は中腰,右手に鋸鎌を持ち,左手で稲を刃へ押し曲げて,右手で廻しながら引く要領で切断する。1回毎の刈取りラップ時間は1秒前後でリズムカルな作業である。(3)人力脱穀作業は打落法であった。作業は2人で行い,用具には,PiyukaとHampsanと呼ぶ棒と穀打台を用いていた。1回毎の稲束を巧みにその棒で保持し,約1719秒で脱穀していた。(4)脱穀作業では人力の他にスレッシャが多く使用されていた。これは請負業者が存在するためでもある。一般に請負脱穀では5人グル-プが標準である。籾1袋(約50kg)が仕上がりる時間は約1分30秒であった。(5)乾燥作業は天日乾燥で,コンクリ-トの広場や道路上での乾燥がみられた。作業は午前8時から午後5時まで行われ,乾燥時間は午前8時過ぎから午後3時まである。この間に乾燥籾の混合,反転作業が30分毎に行っていた。2.亜鉛欠乏障害水田,ピナツボ火山によるラハ-ル堆積物の調査(1)亜鉛欠乏植物に亜鉛を与えると,直ちに茎のみの成長回復が起こる。亜鉛はIAAKの生理活性発現の機能因子ではないかと推定し,オ-キシンを重要な因子とする生体反応-カルス化に芽を向けて,材料にチガヤを供試して実験した結果,植え付け2週間目頃から,+Zn培地が-Zn培地に比べて,明らかにカルスになりやすく生育も良く,カルス誘導に亜鉛が必要であることを認めた。(2)1991年ピナツボ火山の噴火で噴出したラハ-ル堆積物の土壌母体としての特性を明らかにするために,一次鉱物組織及びSio_2含量に基づく岩質を調べた。ラハ-ル堆積物は火山灰と軽石からなり,両者の一次鉱物組成はほぼ同一で,重鉱物が19.822.3%,軽鉱物が77.780.2%であった。重鉱物はほとんどが角閃石,磁鉄鉱で,少量のシソ輝石,雲母及び普通輝石であった。軽鉱物は火山ガラスが大部分で斜長石及び石英が少量含まれていた。ラハ-ル堆積物から抽出された磁鉄鉱の化学組成は,Fe=52.07%,Ti=4.88%,Mn=3470ppm,V=2070ppm,Zn=820ppmであり,Sio_2含量に基づく岩質分類では石英安山岩質に相当することが明らかになった。3.研究発表会平成5年3月5日宮崎大学農学部で,九州大学農学部教授坂井純博士をゲストに招いて,研究成果発表会の国際セミナ-を開催した。発表者は,宮崎大学から7名(古池壽夫教授,高木浩教授,永田雅輝教授,長友由隆助教授,石川勝美助教授,御手洗正文助手,A.L.DOMINGO),セントラルルソン大学から3名(アラゴン教授,マテオ教授,アギュナルド教授)であった。4.大学間協力研究の成果本研究協力を通して,相手国セントラルルソン大学の研究分担者に,博士収得者2名(L. G.マテオ,セントラルルソン大学学位記, 1992/4, A. L.ドミンゴ,研究協力者,鹿児島大学連合大学院学位記, 1993/3)と教授昇格者2名(L. G.マテオ, 1992/12, T. G.アギュナルド, 1992/12)が生まれた。

調査地区は,ルソン島ヌエバエシハ州,パンガシナン州である。現地ではビデオ撮影,土壌・作物・火山噴出堆積物等の採集を実施し,帰国後に詳細な分析を行った。なお,最終年の平成5年3月5日には3ケ年間の研究成果発表会を宮崎大学で開催した。本協力研究のテ-マで研究を遂行していたフィリピン側の研究分担者の2名が平成4年度内に博士号を収得し,さらに2名が教授昇格し,大きな成果があった。1.フィリピン稲作の作業技術に関する農業機械学的調査フィリピンの稲作に関する調査はこれまでも多くの報告はあるが,それらはただ「人力作業」とするだけの報告が多い。本調査ではその詳細を明らかにする目的から,ビデオを持込み詳細に調査した。(1)田植各作業の工程及び方法,作業姿勢,動作,時間推移,ラップ等について詳細にビデオ分析した結果,わが国での類似デ-タ(吉岡金市:農業機械化図説)よりも能率的な面もあり,フィリピンの田植技術力は高いことがわかった。1株当りの植え付けラップ時間は,1人植え約0.7秒,シンクロナイズプランティング約0.5秒で,わが国の類似デ-タ(吉岡金市:農業機械化図説)よりも速い。(2)人力刈取り作業では独特の方法が見られた。用具には鋸鎌を使用している。作業姿勢は中腰,右手に鋸鎌を持ち,左手で稲を刃へ押し曲げて,右手で廻しながら引く要領で切断する。1回毎の刈取りラップ時間は1秒前後でリズムカルな作業である。(3)人力脱穀作業は打落法であった。作業は2人で行い,用具には,PiyukaとHampsanと呼ぶ棒と穀打台を用いていた。1回毎の稲束を巧みにその棒で保持し,約1719秒で脱穀していた。(4)脱穀作業では人力の他にスレッシャが多く使用されていた。これは請負業者が存在するためでもある。一般に請負脱穀では5人グル-プが標準である。籾1袋(約50kg)が仕上がりる時間は約1分30秒であった。(5)乾燥作業は天日乾燥で,コンクリ-トの広場や道路上での乾燥がみられた。作業は午前8時から午後5時まで行われ,乾燥時間は午前8時過ぎから午後3時まである。この間に乾燥籾の混合,反転作業が30分毎に行っていた。2.亜鉛欠乏障害水田,ピナツボ火山によるラハ-ル堆積物の調査(1)亜鉛欠乏植物に亜鉛を与えると,直ちに茎のみの成長回復が起こる。亜鉛はIAAKの生理活性発現の機能因子ではないかと推定し,オ-キシンを重要な因子とする生体反応-カルス化に芽を向けて,材料にチガヤを供試して実験した結果,植え付け2週間目頃から,+Zn培地が-Zn培地に比べて,明らかにカルスになりやすく生育も良く,カルス誘導に亜鉛が必要であることを認めた。(2)1991年ピナツボ火山の噴火で噴出したラハ-ル堆積物の土壌母体としての特性を明らかにするために,一次鉱物組織及びSio_2含量に基づく岩質を調べた。ラハ-ル堆積物は火山灰と軽石からなり,両者の一次鉱物組成はほぼ同一で,重鉱物が19.822.3%,軽鉱物が77.780.2%であった。重鉱物はほとんどが角閃石,磁鉄鉱で,少量のシソ輝石,雲母及び普通輝石であった。軽鉱物は火山ガラスが大部分で斜長石及び石英が少量含まれていた。ラハ-ル堆積物から抽出された磁鉄鉱の化学組成は,Fe=52.07%,Ti=4.88%,Mn=3470ppm,V=2070ppm,Zn=820ppmであり,Sio_2含量に基づく岩質分類では石英安山岩質に相当することが明らかになった。3.研究発表会平成5年3月5日宮崎大学農学部で,九州大学農学部教授坂井純博士をゲストに招いて,研究成果発表会の国際セミナ-を開催した。
筋原線維の滑り運動に伴うATP分解量の変化

筋収縮において、無負荷の短縮と抵抗増加時の短縮とで滑り運動系の化学-力学共役状態がどのように異なるのかを研究するために、筋原線維の短縮速度とATP分解経過をイオン強度及び温度を変化させて測定した。ウサギ腸腰筋を全筋のまま、約120%引き延ばした状態で硬直させた後、ホモジェナイズして伸張筋原線維(サルコメア長2.6μm)を調製する。この筋原線維を25150mM KCl,20mMMOPS/KOH(pH7.2),1mM MgCl_2に分散させ、ソレノイド駆動迅速混合装置を用いてATP分解及び短縮を測定する。ATP分解は、0.3M過塩素酸で反応を停止し、改良MalachiteGreen法によって無機リン酸の増加を定量する。サルコメア長変化は200mM酢酸緩衝液(pH4.6)/1.25%Glutaraldehydeで短縮を止め、測徴接眼装置をつけた位相差顕徴鏡によって測定する。150mM KCl存在下20°CでMgATP添加200ms後にCaCl_2(0.5mM)を加えると、サルコメアは急速に短くなり(phase 1),1.6μmに達した後は、Contraction Bandsの形成と共にゆっくりとした短縮(phase 2)に移行する。滑りに対する抵抗がないphase 1の短縮速度は>10μm/s/halfsarcomereであった。このときATPのProduct Releaseはほとんど見られない。これに対し滑りに対する抵抗が増加していると考えられるphase 2ではATP分解は加速した。イオン強度の低下と共に、phase 1の短縮速度は低下し、逆にphase 2の短縮続度は増加した。このときphase 2に共役したATP分解もより加速した。また、150mM KCl存在下ではContraction Bandsの形成は非常にゆっくりしているにもかかわらす、ATP Product Releaseは一時的にみられるだけで、この一過性のATP Turnover Rateの上昇と短縮中のエネルギ-のアンバランスの関係を研究することは、滑りの分子機構の解明の一助となるであろう。
ICTを活用した通所系サービスにおけるADL改善・重度化防止モデルの構築

通所系介護サービスを利用しても要介護度の重度化を防げていないケースが多い。その原因は、モニタリングの欠如と、適切なタイミングで専門職が介入できていないことに起因する。申請者は既に、在宅の要介護高齢者でもモニタリングできるウェブシステムを開発したが、通所系サービス事業者が在宅要介護高齢者のADL低下を予見し、適切なタイミングでサービス利用を促すシステムが必要との結論に至った。本研究では1要介護度の重度化に影響する情報を、家庭での様子を含めてモニタリングし、2ADL低下を予見した場合は適時に通所系サービス利用を促す、ICTを活用した通所系サービスにおけるADL改善・重度化防止モデルを構築する。
マウスの喘息発症におけるMHC class II陽性樹状細胞の動態と役割の解析

BALB/cマウス、またはC57BL/6マウスを用いてインフルエンザウイルス感染とその後の抗原感作によって誘導される喘息発症モデルマウスの解析を抗原提示細胞とエフェクター細胞の両面から行った。1)抗原提示細胞の解析インフルエンザウイルス感染時の抗原感作によって誘導される喘息モデルマウスでは、感染後37日目に抗原感作を受けると感作が成立するが、感染1014日目に抗原感作を受けても感作が成立しない。FITC標識抗原を用いた解析から、感染37日目の抗原感作では気道上皮下の樹状細胞が抗原を捕らえて短時間で所属リンパ節に移行している像が観察された(Yamamoto et al.J.Virol.2001)。しかし、感染1014日目の抗原感作では抗原を捕らえた樹状細胞は所属リンパ節には認められなかった。これまでの解析でもウイルス感染によって軌道上皮下に浸潤する樹状細胞が喘息発症に重要であることが示されていたが、今回は樹状細胞が直接抗原を所属リンパ節に運んでいることが確認できた。2)抗原提示細胞とエフェクター細胞の相互作用ウイルス感染時に軌道上皮下に浸潤する樹状細胞は、感染37日目に抗原感作を受けると、その後約2ヶ月間軌道上皮下に出現し続け、喘息発症に直接的に関与すると考えられる。抗原感作を受けないマウスでは、樹状細胞は感染7日後には軌道上皮下から消失する。一方、感作時に抗CD4抗体、または抗CD8抗体を投与すると喘息発症は認められない。抗体投与マウスでは、抗原感作を受けないマウスと同様に樹状細胞が感染7日後に軌道上皮下から消失した(平成12年度日本免疫学会にて発表)。抗原感作時にCD4^+T細胞、CD8^+T細胞の存在が樹状細胞の軌道上皮下への長期浸潤に重要であることが確認できた。樹状細胞とT細胞の相互作用に関しては、現在ケモカイン・サイトカインを中心にして検討中である。1)抗原提示細胞の解析i)感染後のMHC classII陽性細胞が樹状細胞であるかを確認するため、ウイルス感染・吸入感作後の肺をコラゲナーゼ処理した後にフローサイトメトリーで解析した。ウイルス感染・抗原感作によって、非感染・非感作マウスの肺には認められないCD8^-CD8^<lo>の樹状細胞が肺に浸潤していることが分かった。この樹状細胞はウイルス感染によって肺に浸潤するが、その後の抗原感作によってMHC classII、及び、CD11cの発現が増強し、より活性化した状態になることが分かった(平成11年度日本免疫学会にて発表)。マウスのCD8^-樹状細胞は、Th2細胞を誘導しやすいことが分かっており、このウイルス感染によって肺に誘導される樹状細胞が、喘息発症に重要に働いている事が示唆された。ii)IFN-γを経鼻投与し、気道上皮に出現するMHC classII陽性細胞を調べたが、これらの細胞は樹状細胞ではなかった。また、IFN-γを経鼻投与し、気道上皮にMHC classII分子を強制的に発現させ,その間に抗原感作を行っても喘息の誘導はできなかった。この結果からも、喘息の発症には、ウイルス感染によって肺に浸潤する樹状細胞が重要であることが示された。2)エフェクター細胞の解析i)吸入暴露後の肺胞洗浄液中にIL-4、IL-5の増加を認めたので、どのようなタイプの細胞がサイトカインを産生しているのかを解析した結果、BALB/cマウスではCD8^+T細胞が、C57BL/6マウスではCD4^+T細胞がタイプ2サイトカイン産生のメジャーソースであることが分かった。しかし、抗原感作時には逆に、BALB/cマウスではCD4^+T細胞が、C57BL/6マウスではCD8^+T細胞が重要な役割を果たしている事が示唆される結果が得られた(平成11年度日本免疫学会にて発表)。

抗体投与マウスでは、抗原感作を受けないマウスと同様に樹状細胞が感染7日後に軌道上皮下から消失した(平成12年度日本免疫学会にて発表)。抗原感作時にCD4^+T細胞、CD8^+T細胞の存在が樹状細胞の軌道上皮下への長期浸潤に重要であることが確認できた。樹状細胞とT細胞の相互作用に関しては、現在ケモカイン・サイトカインを中心にして検討中である。
生体膜マイクロドメインを用いた揮発性麻酔薬の作用機序の解明

マウスに全身麻酔薬を投与し、脳細胞のマイクロドメイン分析を行なった。イソフルランもしくはミダゾラムを投与したマウスの大脳から脳細胞マイクロドメインを抽出し、コレステロール量とタンパク量を測定した。イソフルラン群のコレステロール量は、対照群の1.24倍、タンパク量は3.10倍に増加した。一方、ミダゾラム群のコレステロール量は1.07倍、タンパク質は1.45倍に増加した。全身麻酔下における脳内マイクロドメイン分析に際して、一連の研究過程を「生化学的分析」と「細胞生物学的分析」に二分した。生化学的分析は脳細胞をホモジナイズし、ショ糖密度勾配遠心法によってマイクロドメインを分離精製して分析を行なう。この方法は手技的にも簡便で、マイクロドメイン内の脂質やタンパク質の定量・定性的分析に適している。しかし、細胞膜構造が壊れるため、細胞膜上のマイクロドメイン分布や細胞膜表面だけに発現しているマイクロドメインの定量・定性分析には不向きである。そこで細胞生物学的分析を行なう意義がある。細胞生物学的分析は、培養した中枢神経生細胞を利用し、マイクロドメインに多く含まれるスフィンゴミエリンをライセニンという物質で特異的に標識することで細胞膜上のマイクロドメイン分布を調べることが可能である。研究初年度の平成20年度は生化学的分析に着手した。対照群・吸入麻酔薬群・静脈麻酔薬群の三群に分けたマウスの脳からマイクロドメインを抽出する系を確立し、コレステロール定量とGABA_A受容体タンパク質の解析を行った。その結果、コレステロール量については三群間で有意差は見出せなかった。一方、吸入麻酔薬と静脈麻酔薬ではマイクロドメインに含まれる受容体タンパク量に差があることが分かった。マイクロドメインはシグナル伝達の首座であり、この結果は吸入麻酔薬と静脈麻酔薬の作用機序の差異を示唆するものである。これまでの研究は、両薬物共に受容体タンパク機能を修飾すると報告しているが、あくまで受容体タンパクレベルの話であり、マイクロドメインレベルでの証明はなされていない。マイクロドメインは脂質とタンパク質の複合体であり、お互いの機能相関によりシグナル伝達機能が決定される。このため、受容体タンパク分析に加えてマイクロドメイン内の脂質にも注目すべきであり、現在は脂質分析にも着手したところである。生化学的分析は脳細胞をホモジナイズし、ショ糖密度勾配遠心法によってマイクロドメインを分離精製する確立された手法のため、平成20年度から生化学的分析に着手した。また、培養脳細胞を使って、in vitroの実験にも着手し始めた。細胞生物学的分析は今後の課題である。
水中アブレシブ・サスペンション・ジェット用鞘付きノズルに関する研究

研磨材を水に混入してスラリーとし,それを直接加圧することによって墳出させるアブレシブジェット(アブレシブ・サスペンション・ジェット,以下AWSJと略記)を水中における穿孔や切断作業に用いようとする場合,加工に有効なスタンドオフ距離範囲が狭いために跳ね返り噴流によってノズル自身が損傷を受ける危険性がある.また,狭隘な環境下ではノズル本体と被加工物間の距離を小さく設定することが困難な場合がある。本研究では,AWSJを水中での加工に用いる場合,加工に有効なスタンドオフ距離範囲を広げる方法として鞘付きノズルを提案した.さらに,同ノズルを用いることでノズル本体と被加工物間の距離を離すことが可能であり,その際の加工能力減少は,鞘なしノズルを用いて同じ距離だけノズル本体と被加工物間を離した場合と比較して著しく小さいことを示した.また,鞘内流動の様相観察から,鞘から噴出するAWSJの加工能力があまり低下しないのは,鞘内に気相域が形成されるためであることを明らかにした、このことから鞘内部に通気することでさらに大幅な加工能力の改善が図られるのではないかとの着想に至り,通気した鞘付きノズルのせき止め圧分布測定を行うことで,通気鞘付き.ノズルを用いることで水中AWSJの加工に有効なスタンドオフ距離範囲を大幅に拡大できる可能性があることを示した.また.鞘付きノズルを用いて形成されるキャビテーション噴流の壊食特性実験から,鞘直下流においては鞘内径程度の範囲に強い壊食性を持つ領域が形成されるという特異な特性が明らかにした.このことから,洗浄やピーニングにキャビテーション噴流を有効利用しようとする場合、キャビテーション噴流の加工域を限定する目的のために鞘付きノズルの使用が可能であることを示した.研磨材を水に混入してスラリーとし,それを直接加圧することによって墳出させるアブレシブジェット(アブレシブ・サスペンション・ジェット,以下AWSJと略記)を水中における穿孔や切断作業に用いようとする場合,加工に有効なスタンドオフ距離範囲が狭いために跳ね返り噴流によってノズル自身が損傷を受ける危険性がある.また,狭隘な環境下ではノズル本体と被加工物間の距離を小さく設定することが困難な場合がある。本研究では,AWSJを水中での加工に用いる場合,加工に有効なスタンドオフ距離範囲を広げる方法として鞘付きノズルを提案した.さらに,同ノズルを用いることでノズル本体と被加工物間の距離を離すことが可能であり,その際の加工能力減少は,鞘なしノズルを用いて同じ距離だけノズル本体と被加工物間を離した場合と比較して著しく小さいことを示した.また,鞘内流動の様相観察から,鞘から噴出するAWSJの加工能力があまり低下しないのは,鞘内に気相域が形成されるためであることを明らかにした、このことから鞘内部に通気することでさらに大幅な加工能力の改善が図られるのではないかとの着想に至り,通気した鞘付きノズルのせき止め圧分布測定を行うことで,通気鞘付き.ノズルを用いることで水中AWSJの加工に有効なスタンドオフ距離範囲を大幅に拡大できる可能性があることを示した.また.鞘付きノズルを用いて形成されるキャビテーション噴流の壊食特性実験から,鞘直下流においては鞘内径程度の範囲に強い壊食性を持つ領域が形成されるという特異な特性が明らかにした.このことから,洗浄やピーニングにキャビテーション噴流を有効利用しようとする場合、キャビテーション噴流の加工域を限定する目的のために鞘付きノズルの使用が可能であることを示した.アブレシブジェット(アブレシブ・サスペンション・ジェット,以下AWSJ)を水中で使用する場合,スタンドオフ距離が小さいと被加工物からの跳ね返り噴流によってノズル自身が損傷を受ける可能性がある.ノズル本体と被加工物間をある程度離しても加工能力があまり低下しないノズルシステムとして鞘付きAWSJノズル(ノズル出口部にノズル直径の23倍程度の直径を有する円筒状の鞘を取り付けたノズル)を提案し,その穿孔特性を実験的に検討した.平成15年度は鞘付きノズルを用いて形成されるキャビテーション噴流の流動構造および鞘付きノズルを用いた場合の水中AWSJ穿孔特性に関する研究を行った.実験には出口径1.0mm,フォーカス部(ノズル出口部の直径一定部分)長さがノズル出口径の9.6倍の長さを有する先細ノズルを用い,鞘部内径は3mmとした.また,鞘付きノズルから噴出する水中噴流の様相観察およびPIVによる測度計測のために,水槽を設計・製作した.鞘内部の圧力分布の測定および透明アクリル樹脂製の鞘を用いて行った鞘内部の流動の様相観察から,鞘基部付近の圧力は蒸気圧程度まで低下しており,AWSJは水蒸気で満たされた気相内に噴出する状態が実現されていることが分かった.鞘出口部には水と気泡が混在した気泡雲状の領域が存在し,その領域の長さの時間平均値はキャビテーション係数が大きくなると増大する.さらに,粒度#100のアルミナ研削材を研磨材とし,ステンレス鋼製試験片を用いた水中穿孔実験を,噴射圧力12MPa,キャビテーション係数0.01から0.03に至る範囲で実施した.鞘先端と被加工物間の距離が同一の場合,鞘付きノズルによる穿孔深さは鞘を取り付けない場合(ノズルの構造上ごく短い鞘部ば存在する)のそれより低下する.しかし,鞘先端と被加工物間の距離を極端に短く設定しても鞘付きノズルにおいてはノズル本体が損傷を受ける可能性が小さい.このため,鞘先端と被加工物間の距離を極端に短く設定することで,鞘を取り付けない場合のノズル直下流に匹敵する穿孔能力を得ることが可能であることを示した.

平成16年度は,出口径1.0mm,フォーカス部(ノズル出口部の直径一定部分)長さがノズル出口径の9.6倍あるいは0.9倍の長さを有する2種類の先細ノズルを用い,ステンレス鋼製試験片に対する穿孔実験を行った.鞘内径は3mmとし,鞘部長さは最長152.4mmである.研磨材としては,アルミナ研削材(#100)を用いた。また,噴射圧力は12MPa,キャビテーション係数は0.01から0.04の範囲で実験を行った.さらに,平成15年度に製作した開放型水槽を用い,鞘付きノズルを用いて形成されるキャビテーション噴流および同ノズルを用い通気した場合の噴流観察実験を開始した.噴流観察実験においては,フォーカス部長さとノズル直径の比が9.6の先細ノズルと厚みとノズル直径の比が4の円筒ノズルを用いた.鞘付きノズルを用いて形成される水中アブレシブ・サスペンション・ジェット(以下,水中AWSJ)の穿孔特性実験および噴流の流動構造観察から,(1)キャビテーション係数が比較的小さい条件下で鞘付きノズルを水中で用いた場合,鞘内部の大半の領域は水蒸気で満たされた状態であり,鞘出口部には鞘内径いっぱいに広がる気泡雲状領域が観察される.また,気泡雲状領域長さを最短にする鞘部長さが存在する,(2)鞘付きノズルを用いることで,ノズル本体と被加工物間の距離を離しても穿孔能力が大幅に低下することを防ぐことができる,(3)鞘の寿命の観点からは,気相中で集束したAWSJを形成できるノズル形状が好適であるなどを明らかにした.さらに,噴流の流動構造観察からは,鞘内部に通気することでスタンドオフ距離増加に伴う穿孔能力の低下を防止できる可能性があることなどを示した.水中噴流観察装置を用い,通気した鞘付きノズルによって形成される水中噴流の流動構造観察を行った.この実験によって,通気した鞘付きノズルを水中AWSJに適用した場合について加工特性解明の基礎資料を得た.さらに,鞘付きノズルによって形成されるキャビテーション噴流の壊食特性を実験的に求めた.平成17年度に行った具体的な研究実施項目および主要な結果は以下の通りである.(1)通気空気流量と連続的気泡雲状領域長さの関係および流動の様相解明通気することで連続的気泡雲状領域長さが広がることは,水中AWSJの加工に有効なスタンドオフ距離範囲を拡大することにつながる.このため,通気空気流量が連続的気泡雲状領域長さや衝突噴流の様相に及ぼす影響を瞬間写真による観察から検討した.(2)噴流せき止め圧減衰に及ぼす通気空気流量の影響解明通気した鞘付きノズルによって形成される水中噴流のせき止め圧分布測定を感圧紙法によって行い,通気空気流量がせき止め圧分布に及ぼす影響を明らかにした.噴流のせき止め圧は噴流速度と直接的な関係を有するので,水中AWSJの加工能力を推定する重要な指標になる.通気することで水中水噴流の速度減衰が抑制されることが実証された.(3)鞘付きノズルを用いて形成されるキャビテーション噴流の壊食特性解明既存の装置を用い,鞘付きノズルを用いて形成されるキャビテーション噴流の壊食特性を実験的に明らかにすることで,同噴流を洗浄やピーニングなどへ有効利用するための方法を探った.同噴流の壊食特性は通常のノズルを用いて形成されるキャビテーション噴流のそれとは異なる.すなわち,鞘の直下流域では噴流衝突中心部が集中的に壊食される.
溶融複合酸化物によるメタンの酸化的変換

1.研究目的溶融酸化物は、メタンの酸化的変換反応で発生する大きな反応熱を速やかに分散できるので、温度制御が容易になるとともに完全酸化を抑制し、しかも、酸化物構成酸素による反応のため、高い生成物選択性が期待できる。そこで本研究では、溶融状の混合酸化物を用いてメタンの酸化反応を行い、生成物の選択率の向上を図るとともに、その作用機構を明らかにすることを目的とする。2.研究成果反応は、750°Cの共融混合酸化物(Bi_2O_3ーV_2O_5、Bi_2O_3ーMoO_3、CuOーMoO_3)中に、ヘリウムで希釈したメタンを細かい気泡として分散させる方法で行い、生成物をガスクロマトグラフで分析した。BiO_2O_3ーV_2O_5やBi_2O_3ーMoO_3を用いた場合には、ガスとの接触時間が数秒程度と短いにもかかわらず酸化が充分進み、COやCO_2が主生成物となった。X線回折結果より、酸化物中のBi_2O_3の一部はメタンにより金属Biまで還元されることが分かった。一方、CuOーMoO_3を用いた場合には、メタン転化率は数%ではあったが、エタンやエチレンが主生成物として得られた。この系でも、CuOの一部は金属Cuに還元されたことより、メタンはCuOと反応してC_2生成物とCuとを与えることが示唆された。この系は前記のBi系に比べて粘度が小さいため、気液の接触時間がより短いのでC_2生成物選択率が高くなったことも考えられる。今後は、さらに高い転化率やC_2選択率を与える共融酸化物系の開発、同一の接触時間を与えるボ-ト型反応器での溶融酸化物間の反応活性の比較が課題である。
くも膜下出血後の脳血管攣縮病態解明に未知なるカルシウムチャンネルより迫る

脳血管攣縮はくも膜下出血後に生じる脳動脈壁の持続的収縮として、その重要な要素とされた血管平滑筋の収縮機能に関しては、多方面で数多くの研究がなされてきた。その結果、平滑筋弛緩収縮機構に関与しているとされる数多くの平滑筋膜イオンチャンネルが研究対象となり、分子生物学的に同定され薬剤的効果が試みられた。その中でも細胞膜電位依存性のCaチャンネルは、最も注目されたターゲットであり機能解明も進み、多くの阻害薬が脳血管攣縮の治療薬として試みられてきたが、決定的な解決となるような効果は認められなかった。研究者自身、カルシウムチャンネルとは別のアプローチとしてKチャンネルの発現レベルでの変化の解明を試み有意義な結果は得られたが、最終的な機能解明の結論には至らなかった。今回新たなステップとして、未知なるカルシウムチャンネルとして平滑筋収縮機能に関与するとして多分野で注目されている、受容体活性型カルシウム透過性(TRP : transient receptor potential)チャンネルを脳血管攣縮解明の糸口として、これまでの自己データを基盤に推進する。現時点では、TRPチャンネルに関しては、機能レベルの点ばかりでなく薬剤的効果についても明らかでない部分が多いが、最終的目標は、これらのTRPチャンネル拮抗薬を用いて、脳血管攣縮を治療に一石を投じることにある。H16年からの研究により、くも膜下出血モデルにおいてはHouse keeping geneの中ではbeta-actin,GAPDHに比較してRibosomal 18sが最も影響を受けないとの結果を元に、血管攣縮に関与すると予想されるTRPチャンネルの発現動態を定量化する時点でのインターナルコントロールの最適なHouse keeping geneとして選出した。TRPチャンネルのファミリーの物質のうち、イヌ遺伝子の塩基配列が既知の物質はその配列を解析に用いた。イヌ遺伝子の塩基配列が未知の物質においては、ヒト遺伝子とその他生物の遺伝子の塩基配列を比較し、両者において相同性の高い部分の塩基配列のdegenerate primerを作成し、プライマーを作成した。摘出した脳主幹動脈よりtotal RNAを抽出し、逆転写酵素とオリゴ(dT)プライマーを用いてcDNAを合成することが出来た。これを鋳型とし、Real-time quantitative PCRを施行し、正常血管と攣縮血管でのTRPチャンネルの発現量の違いを定量するまでに至ったが、データは解析中である。TRPチャンネルファミリー(TRP1,2,3,4,5,6,7)は各々特異な組織分布を示し、特に脳内分布でも特徴が見られている。TRPファミリーは機能的にも多様性を有している。平滑筋においてはTRP6がアゴニスト刺激による収縮のトリガーとして働くことが示唆されているが、脳血管平滑筋細胞膜においての、それぞれのTRPチャンネルの発現量をこれまでRT-PCRにて定量することに成功した。次にWestern blotting法により蛋白レベルでの変化の裏づけを施行し、In vitro transcriptionまでを目標としている。TRPチャンネルの発現動態を定量化する時点でのインターナルコントロールの最適なHouse keepmg geneとして選出した。摘出した脳主幹動脈よりtotal RNAを抽出し、逆転写酵素とオリゴ(dT)プライマーを用いてcDNAを合成し、これを鋳型とし、Real-time quantitative PCRを施行し、正常血管と攣縮血管でのTRPチャンネルの発現量の違いを定量した。次にWestern blotting法により蛋白レベルでの変化の裏づけを施行した。TRPチャンネルファミリー(TRP1, 2, 3, 4, 5, 6, 7)は各々特異な組織分布を示し、特に脳内分布でも特徴が見られている。TRPファミリーは機能的にも多様性を有しており、平滑筋においてはTRP6がアゴニスト刺激による収縮のトリガーとして働くことが示唆されているが、その他にTRP1に関しては、4つ(alpha, beta, gamma, delta)のsubtypeが存在しており、その各々が独自の働きをしていることがこれまで示唆されている(dominant negative的な役割も示唆されている)。

脳血管平滑筋細胞膜においての、それぞれのTRPチャンネルの発現量をRT-PCRにて定量した結果、クモ膜下出血後の、脳血管壁において特異的に発現しているTRPチャンネルを同定でき、Westem blotting法により蛋白レベルでのサブタイプの変化の裏づけを突き止めた。TRPチャンネルのそれぞれの蛍光強度を肉眼的にとらえて測定することは、平滑筋細胞レベルにおいてTRPチャンネル拮抗薬を投与することにより現在も測定を継続中である。
地域高齢者におけるアクティブ・ライフとQOLの確保に関する追跡研究

19961998年に愛媛県重信町において地域高齢者の生活実態調査である「高齢者総合健康調査」(6084歳の者を対象)を実施し、調査対象4546人中3561人(78.3%)から回答を得た。今年度はこの調査のデータと重信町役場に保管されている1996年から1999年までの死亡者についてのデータをリンクし、相互の関連を分析した。高齢者総合健康調査のデータがある者のうち、死亡が確認されたのは180人であった。死因別に関連する要因を単変量解析で分析すると、(1)全死亡:「高齢」「老研式ADLスコア低下」「入院経験あり」「1km連続歩行困難」「飲酒」「健診受診なし」「主観的健康感が不健康」「魚を毎日摂取」「睡眠時間7時間以上」。(2)悪性新生物:「高齢」「入院経験あり」「1km連続歩行困難」「飲酒」「喫煙」「主観的健康感が不健康」。(3)脳血管疾患:「高齢」「老研式ADLスコア低下」「1km連続歩行困難」「喫煙」「肉類摂を毎日摂取」。(4)心疾患:「高齢」「老研式ADLスコア低下」「1km連続歩行困難」「肉類摂を毎日摂取」「転倒経験あり」の各項目が死亡と有意に関連していた。これらを独立変数とし死亡の有無を従属変数として多重ロジスティック回帰分析により関連要因を分析すると、全死亡については、男性では「高齢」「1km連続歩行困難」「主観的健康感が不健康」が、女性では「高齢」「老研式ADLスコア低下」「飲酒」「健康診断受診なし」が有意に関連していた。悪性新生物については、男性では「高齢」「入院経験あり」が、女性では「高齢」「入院経験あり」「喫煙」が有意に関連していた。脳血管疾患については、男性では「高齢」が、女性では「高齢」「老研式ADLスコア低下」が有意に関連していた。心疾患については、男性では「1km連続歩行困難」が有意に関連していた。女性では有意な関連項目が認められなかった。地域社会においては「寝たきり」の増加が相変わらず指摘されており、その予防対策の必要性は全く減じていない。我々は愛媛県重信町において町内の6084歳の住民を対象に高齢者の生活実態についてのベースライン調査を行ってきた。本年度はこのデータと国民健康保険医療費のデータをリンケージして過去の生活習慣が現在の医療費にどのような影響を与えているのかを分析した。1998年現在、重信町の6084歳の国保加入者数は3754人であり、そのうちの2943人(78.4%)について上記ベースライン調査のデータをリンケージできた。医療費分析に用いたのは1998年5月診療分と1999年5月診療分の診療報酬明細書であり、個人毎に1998年5月分と1999年5月分の合計の医療費保険点数を入院、入院外、およびその合計別に算出した。医療費保険点数を従属変数、独立変数を上記ベースライン調査の成績として重回帰分析を行うと、入院医療費と関連があったのは、過去1年間の入院経験の有無(入院あり>なし)、飲酒習慣の有無(飲酒習慣なし>あり)、喫煙習慣の有無(喫煙あり>禁煙)であった。入院外医療費と関連があったのは年齢(高齢ほど点数多い)、過去1ヶ月間の通院の有無(通院あり>なし)、過去1年間の入院経験の有無(入院あり>なし)、1km連続歩行(歩行困難・不能>歩行可能)、塩分制限の意識(意識あり>意識なし)、飲酒習慣(飲酒なし>あり)であった。入院・入院外合計医療費と関連があったのは、性別(男>女)、年齢(高齢ほど点数多い)、過去1ヶ月間の通院の有無(通院あり>なし)、過去1年間の入院経験の有無(入院あり>なし)、1km連続歩行(歩行困難・不能>歩行可能)、飲酒習慣(習慣なし>あり)、喫煙習慣の有無(喫煙あり>禁煙)、健康診断受診の有無(受診なし>あり)であった。

これらを独立変数とし死亡の有無を従属変数として多重ロジスティック回帰分析により関連要因を分析すると、全死亡については、男性では「高齢」「1km連続歩行困難」「主観的健康感が不健康」が、女性では「高齢」「老研式ADLスコア低下」「飲酒」「健康診断受診なし」が有意に関連していた。悪性新生物については、男性では「高齢」「入院経験あり」が、女性では「高齢」「入院経験あり」「喫煙」が有意に関連していた。脳血管疾患については、男性では「高齢」が、女性では「高齢」「老研式ADLスコア低下」が有意に関連していた。心疾患については、男性では「1km連続歩行困難」が有意に関連していた。女性では有意な関連項目が認められなかった。
宇宙ロボットの非線形性に着目したロバスト制御(本体の姿勢変動とアームの弾性振動に対する協調制御)

宇宙機搭載型のロボットアームや軌道上作業機のような空間浮遊型宇宙ロボットの近い将来の実用化が期待されている.空間浮遊型宇宙ロボットが軌道上で作業を行う際にはロボットアームの運動に伴う反力により宇宙機本体の姿勢変動を生じるので,これを低減する制御方式の開発が望まれいてる.空間浮遊型宇宙ロボットの場合,システム特性がアームの運動の関数となる非線形性があり,アクチュエータであるスラスタ,リアクションホイルなどは制御力に拘束があり,かつ,消費する燃料が有限であるのでなるべく制御エネルギを小さくする必要がある.本研究では,この様な制約のもとに最適な姿勢制御を実現する制御方式の開発を目的とする.特に,本研究は,宇宙ロボットが作業中に強い力学的非線形性を有するため,線形制御系として,制御系を設計した場合,姿勢制御に多くのエネルギを要したり,あるいは多くの時間を要することになり,結果的に宇宙空間での高速な作業が不可能になる問題に着目し,非線形適応制御の有力な方法で優れたロバスト性を有するスライディングモード制御を宇宙ロボットの姿勢制御に適用することを最大の特色として研究を行った.本研究ではデブリ捕捉回収時の姿勢変動を念頭において安定に抑制する制御方式を開発するため,本体姿勢が回転1自由度の単腕2リンク模型を用いた実験により,連続時間スライディングモード制御,離散時間PD制御,離散時間スライディングモード制御の3種類についてシュミレーションと実験から比較検討し離散時間スライディングモード制御がディジタル制御理論のデッドビ-ト制御に類似した性能を見いだすことによってチャタリング抑制に優れた,そしてロバストな制御系を構成できることを明らかにした.2年間の研究から得られた成果を要約すると以下のようなる.(1)アームの運動を考慮した宇宙ロボットの3次元運動方程式を姿勢角のみを未知数として導いた.(2)アームの運動を宇宙ロボット本体への外乱として考える外乱トルク補償制御を姿勢制御アルゴリズムとして提案した.(3)最短時間・最小燃料制御アルゴリズムを宇宙ロボット姿勢制御問題に適用し,姿勢変動角および燃料消費の立場から外乱トルク補償制御法と比較し,後者の方が必要なスラスターの力積は小さいことを示して,その有効性を確認した.(4)非線形方程式で表される宇宙ロボットのフィールドバック制御にスライディングモード制御を適用した協調制御系を提案した.(5)水平面内で回転可能な宇宙ロボット模型に協調制御を適用した結果,姿勢変動を約1/30に抑制でき,協調制御法が有効であることが分かった.(6)協調制御系は宇宙ロボットシステム推定誤差に対してロバスト性があることを数値計算より明らかになった.(7)離散時間スライディングモード制御はデブリ捕捉時のようなシステム非線形性,システム推定誤差などに対してロバスト性を有しており,実用的であることが分かった.(8)離散時間スライディングモード制御は離散時間PD制御などの他の方法に比べて姿勢角の補償に優れた性能を有してることが分かった.宇宙機搭載型のロボットアームや軌道上作業機のような空間浮遊型宇宙ロボットの近い将来の実用化が期待されている.空間浮遊型宇宙ロボットが軌道上で作業を行う際にはロボットアームの運動に伴う反力により宇宙機本体の姿勢変動を生じるので,これを低減する制御方式の開発が望まれいてる.空間浮遊型宇宙ロボットの場合,システム特性がアームの運動の関数となる非線形性があり,アクチュエータであるスラスタ,リアクションホイルなどは制御力に拘束があり,かつ,消費する燃料が有限であるのでなるべく制御エネルギを小さくする必要がある.本研究では,この様な制約のもとに最適な姿勢制御を実現する制御方式の開発を目的とする.特に,本研究は,宇宙ロボットが作業中に強い力学的非線形性を有するため,線形制御系として,制御系を設計した場合,姿勢制御に多くのエネルギを要したり,あるいは多くの時間を要することになり,結果的に宇宙空間での高速な作業が不可能になる問題に着目し,非線形適応制御の有力な方法で優れたロバスト性を有するスライディングモード制御を宇宙ロボットの姿勢制御に適用することを最大の特色として研究を行った.本研究ではデブリ捕捉回収時の姿勢変動を念頭において安定に抑制する制御方式を開発するため,本体姿勢が回転1自由度の単腕2リンク模型を用いた実験により,連続時間スライディングモード制御,離散時間PD制御,離散時間スライディングモード制御の3種類についてシュミレーションと実験から比較検討し離散時間スライディングモード制御がディジタル制御理論のデッドビ-ト制御に類似した性能を見いだすことによってチャタリング抑制に優れた,そしてロバストな制御系を構成できることを明らかにした.2年間の研究から得られた成果を要約すると以下のようなる.(1)アームの運動を考慮した宇宙ロボットの3次元運動方程式を姿勢角のみを未知数として導いた.(2)アームの運動を宇宙ロボット本体への外乱として考える外乱トルク補償制御を姿勢制御アルゴリズムとして提案した.(3)最短時間・最小燃料制御アルゴリズムを宇宙ロボット姿勢制御問題に適用し,姿勢変動角および燃料消費の立場から外乱トルク補償制御法と比較し,後者の方が必要なスラスターの力積は小さいことを示して,その有効性を確認した.(4)非線形方程式で表される宇宙ロボットのフィールドバック制御にスライディングモード制御を適用した協調制御系を提案した.(5)水平面内で回転可能な宇宙ロボット模型に協調制御を適用した結果,姿勢変動を約1/30に抑制でき,協調制御法が有効であることが分かった.(6)協調制御系は宇宙ロボットシステム推定誤差に対してロバスト性があることを数値計算より明らかになった.(7)離散時間

スライディングモード制御はデブリ捕捉時のようなシステム非線形性,システム推定誤差などに対してロバスト性を有しており,実用的であることが分かった.(8)離散時間スライディングモード制御は離散時間PD制御などの他の方法に比べて姿勢角の補償に優れた性能を有してることが分かった.宇宙機搭載型のロボットアームや軌道上作業機のような空間浮遊型宇宙ロボットの近い将来の実用化が期待されている。空間浮遊型宇宙ロボットが軌道上で作業を行う際にはロボットアームの運動に伴う反力により宇宙機本体の姿勢変動を生じるので、これを低減する制御方式の開発が望まれている。空間浮遊型宇宙ロボットの場合、システム特性がアームの運動の関数となる非線形性があり、アクチュエータであるスラスタ、リアクションホイルなどは制御力に拘束があり、かつ、消費する燃料が有限であるのでなるべく制御エネルギを小さくする必要がある。本研究では、この様な制約のもとに最適な姿勢制御を実現する制御方式の開発を目的とする。特に、本研究は、宇宙ロボットが作業中に強い力学的非線形性を有するため、線形制御系として制御系を設計した場合、姿勢制御に多くのエネルギを要したり、あるいは多くの時間を要することになり、結果的に宇宙空間での高速な作業が不可能になる問題に着目し、非線形適応制御の有力な方法で優れたロバスト性を有するスライディングモード制御を宇宙ロボットの姿勢制御に適用すること、さらに作業に伴うアームの弾性振動も同時に抑制することを中心に本年度は研究を行った.本年度は本試験研究の基礎段階であり、理論的な検討と数値シミュレーションおよび制御アルゴリズムの開発、さらに実験装置の設計・製作、さらに基礎実験などを行った。具体的には姿勢制御用離散時間スライディングモード制御系の設計と非線形制御の理論的検討と考察,宇宙ロボットの厳密な非線形モデルの構築と作業中における非制御時および制御時の実時間数値シミュレーションプログラム、アニメーションプログラムの開発,宇宙ロボット本体および周辺機器の設計および製作,実験装置のセットアップ非制御時基礎実験,実験結果の検討および考察,制御プログラムの実装化と制御時基礎実験等を実施した.これらから本研究が提案する離散時間スライディングモード制御が宇宙ロボットの姿勢制御に極めて有効で,特に,従来型の線形制御より優れていることを理論的,実験的に検証できた.宇宙機搭載型のロボットアームや軌道上作業機のような空間浮遊型宇宙ロボットの近い将来の実用化が期待されている.空間浮遊型宇宙ロボットが軌道上で作業を行う際にはロボットアームの運動に伴う反力により宇宙機本体の姿勢変動を生じるので,これを低減する制御方式の開発が望まれている.空間浮遊型宇宙ロボットの場合,システム特性がアームの運動の関数となる非線形性があり,アクチュエータであるスラスタ,リアクションホイルなどは制御力に拘束があり,かつ,消費する燃料が有限であるのでなるべく制御エネルギを小さくする必要がある.