hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
数値シミュレーションによる北太平洋栄養物質循環の三次元構造と長期変動の解明

本研究の目的は、オホーツク海・ベーリング海・親潮など北太平洋西部亜寒帯海域の「豊かな海の恵み」を生み出す仕組みを明らかにすることである。北西北太平洋における高い生物生産性を解明するためには、海洋の中深層に蓄えられている栄養塩や鉄分がどこで表層に湧き上がり、どの経路を通って西部亜寒帯海域に至るのか、という北太平洋全体の三次元的な物質循環の理解が不可欠である。その解明を目指し、栄養物質循環の数値モデリングを実施する。また、縁辺海を含めた新たな栄養塩データにより長期変動とモデル再現性の評価を行う。数値実験に関しては、オホーツク海・ベーリング海を含む西部北太平洋亜寒帯循環の中解像度のモデル(水平解像度0.5°)を用い、1979年2011年の熱・淡水フラックス、風応力を用いて経年変動実験を行った。モデルは観測されたリン酸塩の変動をよく再現し、大気経年変動の寄与が最も大きいことを示した。これに加え、海洋の中規模渦を解像する高解像度北太平洋物質循環モデルを開発している(水平解像度310km)。これまで中層の鉄濃度が観測よりもかなり低いという問題があった。H30年度は溶存鉄の濃度を決めるリガンド濃度を改良し、中層鉄循環の再現性向上を進めた。栄養塩データ解析については、潮汐の18.6年周期変動に注目して解析を行った。従来の北太平洋表層栄養塩データセットを用いた予備解析結果、千島列島やアリューシャン列島に近いところで、潮汐混合が盛んな時期に、表層栄養塩濃度が上昇するシグナルが得られた。さらに詳しく調べるために、新たに縁辺海を含めた新たな北太平洋長期栄養塩データセットを作成した。なお、予備解析の結果は、国際シンポジウムや国内研究集会で発表された。(1)オホーツク海・ベーリング海を含む西部北太平洋亜寒帯循環の中解像度モデル(水平解像度0.5°)を用い、1979年2011年の熱・淡水フラックス、風応力を用いて経年変動実験を行った。海峡部で鉛直混合を大きくするというパラメタリゼーションを用いた。親潮海域のリン酸塩のデータと比較したところ、10年規模変動については、モデルが観測に対して2年程度の遅延があるものの変動をよく再現した。さらに、大気経年変動の寄与が最も大きいことを示した。(2)北太平洋全域を計算領域とし、オホーツク海では格子間隔が3km7km、西部北太平洋では10kmと、中規模渦を解像する高解像度北太平洋物質循環モデルを開発している。起潮力(K1潮)を陽に導入しているという特徴を持つ。また鉄とリン酸塩に注目する。これまでオホーツク海から北太平洋へと流出する中層の鉄濃度が低すぎるという問題があった。H30年度は溶存鉄の濃度に対して影響の大きいリガンド濃度パラメタリゼーションを改良し、中層鉄循環の再現性向上にめどをつけた。(3)過去に作成した、北太平洋外洋域を対象とした表層栄養塩の観測データセットを用いて、18.6年周期変動に関する予備解析を行った。その結果、千島列島やアリューシャン列島に近いところで、潮汐混合が盛んな時期に、表層栄養塩濃度が上昇するシグナルが得られた。一方、上記のデータセットは、オホーツク海やベーリング海などの縁辺海を除外した北太平洋外洋域を対象としたものだった。そこで、縁辺海を含んだ北太平洋全域の、新たな表層栄養塩のデータセットを新たに作成した。
走査型電気化学顕微鏡を用いる生体分子の極微細構造構築と局所機能探索

本研究により以下の結果を得た.1.走査型電気化学顕微鏡(SECM)の探針を自己集合的に単分子膜(SAM)を固定したガラス基板に近接させ,電気化学的にHOラジカルを発生させた.発生したHOラジカルは,探針近傍の基板表面のSAMを分解し,局所的にガラス面を露出させる.SAMの疎水性が高い場合には,この手法により基板上に親水/疎水パターンを作製することができた.このパターンを利用して,酸化還元酵素であるジアフォラーゼの微細パターンを作製できることをSECMで確認した.SAMが親水性の場合には,架橋剤を用いることにより,酵素パターンが作製できた.2. SECMを用いて細胞活性をイメージングする手法を開発することを目的とし,動物細胞としてヒト結腸腺ガン細胞(SW-480),植物細胞としてハネモプロトプラストの培養液中でのイメージングに関して検討した.SECMの探針であるマイクロ電極で酸素還元電流を計測したところ,SW-480細胞が存在する場所で酸素還元電流が減少するイメージが得られた.これは細胞が呼吸により酸素を消費していることに起因し,SECMにより呼吸活性がイメージングできることが示された.植物細胞では,呼吸および光合成活性のイメージングが単一細胞レベルで可能であった.また,SECMにより,呼吸や光合成阻害剤の効果を定量的に解析することができた.3. SECMの探針であるマイクロ電極をハネモプロトプラスト細胞膜に近接させ,酸化還元電流を計測し,その応答を定量的に解析することにより,細胞膜の膜透過性を一個の細胞レベルで決定した.その結果,Fe(CN)64-,Fe(CN)63-の膜透過係数は10-4cm/s以下であり,ヒドロキノンは2×10-20cm/sであった.本研究により以下の結果を得た.1.走査型電気化学顕微鏡(SECM)の探針を自己集合的に単分子膜(SAM)を固定したガラス基板に近接させ,電気化学的にHOラジカルを発生させた.発生したHOラジカルは,探針近傍の基板表面のSAMを分解し,局所的にガラス面を露出させる.SAMの疎水性が高い場合には,この手法により基板上に親水/疎水パターンを作製することができた.このパターンを利用して,酸化還元酵素であるジアフォラーゼの微細パターンを作製できることをSECMで確認した.SAMが親水性の場合には,架橋剤を用いることにより,酵素パターンが作製できた.2. SECMを用いて細胞活性をイメージングする手法を開発することを目的とし,動物細胞としてヒト結腸腺ガン細胞(SW-480),植物細胞としてハネモプロトプラストの培養液中でのイメージングに関して検討した.SECMの探針であるマイクロ電極で酸素還元電流を計測したところ,SW-480細胞が存在する場所で酸素還元電流が減少するイメージが得られた.これは細胞が呼吸により酸素を消費していることに起因し,SECMにより呼吸活性がイメージングできることが示された.植物細胞では,呼吸および光合成活性のイメージングが単一細胞レベルで可能であった.また,SECMにより,呼吸や光合成阻害剤の効果を定量的に解析することができた.3. SECMの探針であるマイクロ電極をハネモプロトプラスト細胞膜に近接させ,酸化還元電流を計測し,その応答を定量的に解析することにより,細胞膜の膜透過性を一個の細胞レベルで決定した.その結果,Fe(CN)64-,Fe(CN)63-の膜透過係数は10-4cm/s以下であり,ヒドロキノンは2×10-20cm/sであった.本年度は,主に走査型電気化学顕微鏡(SECM)の探針上で発生させたHOラジカルを利用した酵素のパターンニングに関して検討した.SECMの探針(Ptマイクロ電極,半径,7.5μm)を自己集合的に単分子膜(SAM)を固定したガラス基板に近接させ,電気化学的にHOラジカルを発生させた.発生したHOラジカルは,探針近傍の基板表面のSAMを分解し,局所的にガラス面を露出させる.SAMの疎水性が高い場合には,この手法により基板上に親水/疎水パターンを作製することができた.得られた基板をジアフォラーゼ溶液に浸漬,洗浄後,SECM計測を行った.その結果,HOラジカル処理した親水部ではジアフォラーゼの触媒電流が小さく,ジアフォラーゼは疎水性表面に吸着しやすいことが明らかとなった.SAMが親水性の場合には,架橋剤を用いることにより,酵素パターンが作製できた.例えば,末端に-NH2を有するSAMで固定した基板では,グルタルアルデヒドを利用することによりジアフォラーゼのパターンを作製できた.また,末端官能基が-SHであるSAMを用いることにより,反応した部分に酵素を固定したポジパターンを作製できた.-SHはH202/H2SO4溶液中で-S03Hに変化することが知られている.従ってHOラジカルによる局所SAMの除去後,基板をアミノ化,更にジアフォラーゼと反応させることにより,HOラジカルが反応した部分のみに酵素が固定されたパターンを得ることができた.本年度は,走査型電気化学顕微鏡を用いた細胞機能の探索に関して検討し以下の結果を得た.1.走査型電気化学顕微鏡(SECM)を用いて細胞活性をイメージングする手法を開発することを目的とし,動物細胞としてヒト結腸腺ガン細胞(SW-480),植物細胞としてハネモプロトプラストの培養液中でのイメージングに関して検討した.SECMの探針であるマイクロ電極で酸素還元電流を計測したところ,SW-480細胞が存在する場所で酸素還元電流が減少するイメージが得られた.

これは細胞が呼吸により酸素を消費しているため,細胞近傍の酸素濃度が低くなっていることに起因している.培養液中に呼吸を阻害するジニトロフェノールやCN^-を添加すると,SECMイメージ中の細胞影が弱くなり,細胞活性が低下していることが示された.また,この現象を解析することによ,生きた細胞でCN^-の膜透過性を評価することができた.一方,プロトプラストでは暗所において.同様のイメージが得られるが,光照射下においては,光合成により酸素発生にためイメージが逆転した.これらの結果から,SECMにより単一細胞レベルで細胞活動のイメージングが可能であることが示された.2. SECMの探針であるマイクロ電極をハネモプロトプラスト細胞膜に近接させ,酸化還元電流を計測し,その応答を定量的に解析することにより,細胞膜の膜透過性を一個の細胞レベルで決定した.その結果,Fe(CN)_6^<4->,Fe(CN)_6^<3->の膜透過係数は10^<-4>cm/s以下であり,ヒドロキノンは2x10^<-2>cm/sであった.また,シミュレーション法を用いて,膜透過現象を再現,したところ,キノンやヒドロキノンを外都培養液に添加してから,20秒程度で細胞内濃度が外部.濃度とほぼ等しくなることがあきらかとなたった.
フロリゲン直接注入法を活用したカンキツの幼若期短縮方法の開発

開花のコントロールは農家の夢である。特に果樹では、幼若期(発芽から開花までの期間)が長い。カンキツでは、8年以上必要である。そのため、この期間を短くすることが重要である。FLOWERING LOCUST (FT)タンパク質は開花ホルモン「フロリゲン」の最有力候補である。そこで、カンキツの幼若期を短くするために、細菌で生産したFTタンパク質の直接注入を行った。時々、開花誘導に成功するものの、常には成功しなかった。また、開花阻害タンパク質TFL1の阻害化合物の探索を行ったが、この試みは失敗した。フロリゲンは花芽形成を誘導する物質である。最近、カラタチを台木として成熟相のウンシュウミカンを穂木として接いだものにロリゲンを直接注入して、花芽形成を誘導できることを見いだした。すなわち、着花しないけれども成熟相にある「栄養的成熟相」の短縮に成功した。しかし、実生樹の開花までの期間の短縮、すなわち、幼若期の短縮には成功していない。そこで、本研究では、ウンシュウミカンに代表されるカンキツを研究材料に、フロリゲン直接注入法の更なる改善を試み、更にフロリゲン直接注入法と他の手法を組み合わせることで、幼若期短縮方法を開発することを目指した。まず、フロリゲン直接注入法の更なる改善を試みた。その結果、この方法が極めて不安定がわかってきた。昨年度明らかにした品種間差異が顕著であることに加えて、実験を行った年により結果に変動があることがわかってきた。次に、フロリゲン直接注入法と他の手法を組み合わせについて検討を行った。まず、開花阻害タンパク質であるTFL1の低分子阻害剤の探索を行った。具体的には、コンピュータシミュレーションにより、TFL1の機能的に重要なポケットに結合する低分子化合物候補を探索した。これは昨年度も行い7種類の候補化合物を見つけているが、今年度は大規模に計算を行い、約20種類の候補化合物を見いだした。併行して行った化合物アレイスクリーニングによりTFL1と結合する化合物1種類を見いだした。次に、これら物質のいくつかについて開花への効果を調べた。化合物アレイスクリーニングにより見つかった1化合物については、植物を枯死させた。また、コンピュータによるシミュレーションで見つかった1化合物については、効果が認められなかった。また、これら研究においては盛んに組換えタンパク質を使うけれども、そのために有効な研究手法を開発し、国際誌に論文として発表した。最近、カラタチを台木として成熟相のウンシュウミカンを穂木として接いだものにフロリゲンを直接注入して、花芽形成を誘導できることを見いだした。まず、品種間差異が顕著であることがわかった。また、同じ品種を用いた場合であっても、実験を行った年により結果に変動があることがわかった。また、フロリゲンの生産自体がばらつくことがわかってきた。このように、少なくとも我々の研究グループでは、フロリゲン直接注入法が現実的でないことがわかってきた。そこで、フロリゲン直接注入法と他の手法を組み合わせについて検討を行った。約20種類の候補化合物を見いだした。そこで、これら物質がTFL1タンパク質と結合するかどうかを表面プラズモン共鳴法を用いて検討した。しかし、全ての物質が結合しないことがわかった。結局、「他の手法」も成功しなかった。また、これら研究は、カンキツを用いて行ったが、カンキツ自体の基礎研究においてハイインパクトな成果を上げることができた。フロリゲンであるFTタンパク質は花芽形成を誘導する物質である。最近、カラタチを台木として成熟相のウンシュウミカンを穂木として接いだものにFTタンパク質を直接注入して、花芽形成を誘導できることを見いだした。

そこで、本研究では、ウンシュウミカンに代表されるカンキツを研究材料に、フロリゲン直接注入法の更なる改善を試み、更にフロリゲン直接注入法と他の手法を組み合わせることで、幼若期短縮方法を開発することを目指した。まず、フロリゲン直接注入法の更なる改善のために、品種間差異の検討を行った。栄養的成熟相の長さには品種間差異が見られる。まず、栄養的成熟相が長い「せとか」、「佐世保温州」、中位の「紀州ミカン」、きわめて短い「麗紅」の4品種を供試し、FTタンパク質を導入して、着花数を調査した。栄養的成熟相の短い「麗紅」では、無処理対照樹ではすでに過剰な着花があり、FTタンパク質導入の効果は認められなかった。また栄養的成熟相の長い「せとか」、「佐世保温州」でも、FTタンパク質導入による着花の増加は認められなかった。一方、中位の「紀州ミカン」では、着花が増加した。この結果から、フロリゲン直接注入法には、品種間差異があることが判明した。次に、フロリゲン直接注入法と他の手法を組み合わせについて検討を行った。そこで、開花阻害タンパク質であるTFL1の低分子阻害剤の探索を行った。コンピュータによるシミュレーションにより、TFL1の機能的に重要なポケットに結合する低分子化合物候補7種類を見いだした。また、この候補物質のうち2種類が実際にTFL1と結合している可能性を生化学的に明らかにした。今後、この物質の開花への効果を調べることが重要である。まず、フロリゲン直接注入法の更なる改善を行った。しかし、上述のように、この技術が不安定であることが徐々にわかってきた。そのため、特に農業現場で使う技術としては、多くの改善が必要であると考えられる。植物がFTタンパク質の活性を阻害する物質を分泌しているため、開花誘導の効率が悪い可能性がある。TFL1(Terminal Flower 1)というタンパク質がFTタンパク質と拮抗する作用をもつことが知られているが、これがこの阻害物質の最有力候補である。そこで、阻害物質の候補を大規模にスクリーニングした。その結果、今年度は、多数の低分子化合物候補を見いだすことができた。上述のように、これら化合物のうち、安価に入手できるという理由で2種類の物質について開花への効果を調査したが、これらについては効果は認められなかった。今後、残りの化合物の作用に期待が持たれる。FTタンパク質の投与量が十分でなかったため、実生樹の開花誘導に至らなかった可能性がある。また、FTタンパク質が不安定であったため生体内で十分な量が存在せず、実生樹の開花誘導に至らなかった可能性がある。そこで、まず、この可能性について検討した。現在、FTタンパク質は大腸菌を用いて生産している。しかし、大腸菌による生産法、十分な量が得られない(1リットルの培養液あたり10 mg程度)、得られたタンパク質が不安定である(間違った構造をとりやすい、など)という欠点がある。
芳香族化合物・複素環化合物の新しい合成法

1.従来もっぱらBeckmann転位反応に利用されてきたオキシム類の新しい反応を見いだし,これらにもとづいて複素環式化合物の合成,アミノ化反応を開発することができた。オキシム酸素原子上を適切な脱離基に変換して求核剤を作用させると,Beckmann転位を起こすことなく,窒素原子上で求核置換反応が進行することを明らかにした。また,この反応によって種々の環状イミンやキノリンを合成することができ,オキシム化合物が有機金属試薬の優れた求電子的アミノ化剤となることを明らかにした。さらに,オキシム類を一電子還元すればアルキリデンアミニルラジカル種が生成することも見出し,分子内のアルケン部位への付加反応が進行することを明らかにした。この反応を利用して,キノリン,ピロール,カルボリン類などの多様な含窒素複素環化合物を合成することができた。一方,オキシム類にパラジウムなどの遷移金属錯体を作用させるとオキシムの酸化的付加によって,アルキリデンアミノ金属種が生じることを見いだし,これを鍵中間体とする分子内Heck型反応によって,ピロール,ピリジン,1-アザアズレンやスピロイミン類などの複素環式化合物を合成することに成功した。2.シクロヘキサジエノン鉄カルボニル錯体およびその誘導体と有機高次銅試薬から,メタ-アシルアニリンやメタ-アシルフェノール誘導体,メタ-アシル置換アルキルベンゼン類を合成できることを明らかにした。通常アルキル置換ベンゼン類をFriedel-Crafts反応によりアシル化すると,パラ,あるいはオルト置換体が得られることと対照的であり,新たな合成手段を提供することができた。1,シクロへキサジエノン鉄カルボニル錯体を,そのO-アルキルオキシムエーテルに変換し,高次有機銅試薬と反応させることにより,メタ-アシルアニリン誘導体を合成することに成功した。さらに,同様な反応をアルキリデンシクロへキサジエン鉄錯体に応用することにより,メタ-アシル置換アルキルベンゼン類を合成できることも明らかにした。通常アルキル置換ベンゼン類をFriedel-Crafls反応によりアシル化すると,パラ置換体あるいはオルト置換体が得られるのと対照的であり,新たな合成手段を提供することができた。2,オキシム水酸基を弱い脱離基に変換することにより,Beckmann転位を起こさせずに求核剤と窒素原子上で置換させることを試みた。その結果,メタ-ヒドロキシフェネチルケトンオキシム誘導体から,還元剤存在下,8-ヒドロキシテトラヒドロキノリンを選択的に合成することに成功した。また,分子内に活性メチン部位を有する化合物を合成し,これに塩基を作用することにより,メタンスルホニルオキシムの分子内環化反応が進行し,官能基を持つジヒドロピロール誘導体あるいはテトラヒドロピリジン誘導体が合成できることがわかった。このように,オキシムの窒素原子上での求核置換反応を利用することにより,新たな含窒素複素環合成法を確立することができた。1.前年度までの研究において、オキシム化合物のヒドロキシ基を適当な脱離基に変換することにより、Beckmann転位を起こさずに求核剤と窒素原子上で置換反応が進行することを見出している。本年度は分子内に活性メチン部位を有する化合物を用いて、塩基条件による分子内環化反応について詳細な検討を行い、様々なピロール誘導体、ピリジン誘導体の合成に応用できることがわかった。また窒素原子上での求核置換反応を分子間反応に応用することで、オキシム化合物が有機金属試薬に対する求電子的アミノ化剤となることを見出した。すなわち、脂肪族Grignard試薬に対し、触媒量の銅塩存在下オキシム化合物を作用させると窒素上での置換反応が進行し、対応するイミンが生成する。これを加水分解することにより、第一級アミン高収率で得られる。

また、芳香族Grignard試薬を出発物質とした場合には、銅塩を用いずに非極性溶媒中反応させることにより、対応するアニリン誘導体が高収率で合成できる。2.オキシム化合物を1電子還元することによって生成するラジカルアニオン種は、窒素中心ラジカル(アルキリデンアミニルラジカル)としての反応性を有し、分子内のアルケン部位への付加反応が進行し、対応する環状含窒素化合物類が合成できることがわかった。1電子供与剤としてナトリウムフェノラートなどを用い、分子内にアンケル部位を持つO-2,4-ジニトロフェニルオキシムとの反応を試みたところ、アルキリデンアミニルラジカル等価体が生成し、環化反応の後生じる炭素中心ラジカルをラジカル捕捉剤により捕捉することによって、ジヒドロピロール化合物が合成できた。またこの反応を用いることにより、Xenovenineの合成を達成した。1.オキシム誘導体からのアルキリデンアミニルラジカル種の生成,及び,その複素環式化合物合成への応用に関する検討を行った。β位に3-インドリル基が置換したO-2,4-ジニトロフェニルケトンオキシムに対し還元剤を作用させることによりα-カルボリン類を収率良く得ることができた。本手法を鍵として抗サルモネラ菌活性天然物AαCの全合成を達成した。また,酸性条件において,γ,δ-不飽和ケトンのO-アセチルオキシム誘導体に触媒量のフェノール誘導体を作用させると環状イミンが収率良く得られることを見いだした。いずれの反応も,電子移動による生じるアルキリデンアミニルラジカル種を経由していると考えられる。このように,アミノラジカル種を利用した新たな含窒素複素環式化合物の合成法を確立することができた。2.先に,パラジウムなどの遷移金属錯体がオキシムの窒素-酸素結合へ酸化的付加反応し,アルキリデンアミノ金属種を与えることを見いだしており,これを中間体とするHeck型反応による複素環化合物の合成の検討を行った。β-シクロヘプタトリエニルケトンオキシム誘導体に塩基存在下Pd(0)を作用させると1-アザアズレン類が合成できることがわかった。また,連続型環化反応に応用することで,スピロイミンや縮環型イミンを合成することができた。
時空間無線環境に応じた周波数利活用コグニティブ無線システムの研究

本研究では、世界的に問題となっている「周波数資源枯渇問題」の解決策として、より有効なコグニティブ無線システムを本格的に実現させることを最大の目標とし、今後コグニティブ無線の発展に伴い端末増加によるさらなる逼迫問題を解決すべく、空間次元を取り入れた無線環境認知を目的とした。研究初年度の平成27年度では、周波数方向の空き状態の正確な把握を行うため、一般的にコグニティブ無線システムにおいてよく用いられる高速フーリエ変換(FFT)をその周波数ビン毎に電力検出を行う手法に着目した。受信検出信号は同期がとれておらず、FFTに取り込む時間長が信号の周期に一致しない可能性が高い。このため、FFTを行った際、隣接ビンに見かけ上の信号電力が漏れこむ現象が起こり、正確に空き周波数帯を識別することができないため、窓関数を用い、窓関数による特性の評価を行い、影響が小さくなる窓関数を明らかにした。平成28年度では、検出時間と検出精度を向上させるため、FFTを用いた電力検出法を2段階で行う手法を提案した。これは、まず周波数方向に粗い粒度で行い、あたりを付けた後に高精度な検出を行う手法である。平成29年度では、干渉システムが存在することを想定し、ISMバンドのシステムである無線LANと電子レンジの周波数共用に関する検討を行った。電子レンジの電磁波は一定の周波数帯にとどまらず、時間的に遷移するという特徴を持つため、周波数共用率を高めるために電子レンジの電磁波実験などを行い、その影響を実際に調査した。最終年度の平成30年度では、振幅確率分布を用い、電子レンジと無線LANの識別法の検討を行った。本研究の目的は、コグニティブ無線システムの環境認知技術のひとつである電力検出器を用いたセンシング法に基づき、コグニティブ無線端末が利用可能な周波数資源を時間軸方向だけでなく、周波数軸方向においても利用可能な資源量の推定を行い、送信データの特徴に応じて周波数資源を利用する効率的な周波数選択法に関する研究を行うことである。本研究では周波数共用型コグニティブ無線システムに注目しており、コグニティブ無線システムは専用の周波数帯を持ち合わせていないシステムを指し、自律的に空き周波数を検出する必要があり、この手法をセンシングと呼ぶ。このようにセンシングにより検出する最新の情報と将来得られるであろう周波数資源の推定を行う手法の確立と、複数の周波数資源候補がある際にコグニティブ無線端末がより効率的にデータ伝送できるようなチャネル選択手法の確立を目指す。27年度の研究計画では、周波数共用型コグニティブ無線システムの特に複数システム間の共有を想定し、周波数資源の時間的・空間的な空きを推定することで、コグニティブ無線システム自身が伝送したい送信データに応じたチャネル選択を行うシステムの確立を目指す計画としていた。しかしながら、本研究では正確な空き周波数の検出も重要技術となる。そこでまず、広域な周波数帯域に対して高速フーリエ変換(FFT)を用い、周波数成分に分解し、分離した周波数成分毎に空き周波数の検出を行うことで周波数方向の空き資源を検出する手法を用い、FFTによる電力リーケージが原因で生じる検出誤りに対し窓関数を用いて抑制する手法の検討を行った。また、無変調信号、もしくは1シンボル内において信号検出を行う際に、より検出誤りを抑制させる手法の検討を行い、検出特性評価を行った。これらの手法により検出誤りを抑制させることで、コグニティブ無線システムが利用できる周波数資源の拡大を見込むことができる。本年度は、もともと時間と周波数の連続空き資源の推定結果をもとにし、コグニティブ無線システムが選択するチャネル(周波数資源)をコグニティブ端末自身の送りたい通信データの特徴に基づき決定するアルゴリズムの特性評価をする予定であった。しかしながら、周波数軸方向の空き帯域推定時に生じる電力漏れ(リーケージ)に注目し、窓関数による性能評価や時間シフトによる電力リーケージ抑制法の特性評価を遂行したため、本来の目的に対してやや遅れているといえる。しかしながら、周波数資源を正確に検出する技術は本研究だけでなく、コグニティブ無線システムを実現する上では重要な技術となる。したがって、次年度以降も本研究目標に取り組み、研究の遂行を行う予定である。本研究では周波数共用型コグニティブ無線システムの効率的な実現を目指している。コグニティブ無線システムとは、専用の周波数帯が割り当てらおらず、空き周波数を見つけ、柔軟に利用するシステムを指し、自律的に空き周波数を検出する必要がある。このセンシングにより検出する最新の情報と将来得ることのできる周波数資源の推定を行う手法の確立と、複数の周波数資源候補がある際にコグニティブ無線端末がより効率的にデータ伝送できるようなチャネル選択手法の確立が重要となる。平成28年度では、本研究による研究成果発表を、国際会議のワークショップで1回(IEEE WCNC 2017 International Workshop on Smart Spectrum、査読有、ポスター発表)、電子情報通信学会のスマート無線研究会(海外開催、ポスター発表)で1回、同じく電子情報通信学会の総合大会(口頭発表)にて行った。国内外において、本研究成果を広くアピールすることができた。また、上記の成果発表以外にも国外で開催される国際会議や研究テーマに分野の近い研究会等に積極的に参加することで、最新研究動向調査や国内外の同研究分野において活発にご研究されている研究者の方々と交流を行うことにより、さまざまな情報収集を行うように心掛け、実際に実行することができた。

平成28年度では、平成27年度から検討を行ってきた高速フーリエ変換(FFT)を用いた電力検出器を応用し、占有帯域を粗い粒度でセンシングし、次により細かい粒度でセンシングを行う2段階センシング法の確立などを行った。さらに、空間的広がりを考慮した効率的な周波数利活用に関する研究においてはまだ検討の余地があるため、進捗状況の区分を「やや遅れている」とした。本研究では、コグニティブ無線システムにおいて最も簡易な環境センシング技術の1つである電力検出器を用いたセンシングを用い、利用可能か周波数帯を時間軸だけでなく、周波数帯域幅の推定を行う手法の実現を目指す。単に空き周波数を用いて通信を行うだけでは効率的な通信は実現できない。これは、多種多様なシステムが混在し、様々なサービスを展開しているためであり、このような状況は今後さらに複雑な周波数共用状況となることが安易に予想できる。そこで、今後の無線通信の発展に伴い複雑化する周波数共用をより効率的に行うため、時間軸に加え空間の無線環境に応じた周波数利活用コグニティブ無線システムの研究を行う。平成29年度は既存システムによる周波数利用をモデル化するため、もともと2状態の単純マルコフ連鎖でモデル化していたチャネル利用状況に対し、周期性を持つ既存システムに対してN重マルコフ連鎖を用いてチャネル利用状況のモデル化を検討する予定であった。これにより、無線環境センシングと合わせ、将来のチャネル空き状況の推定確率を向上できると考える。しかし、本年度は実環境における周波数利用率を考慮するため、電子レンジを用いた干渉測定実験を行い、モデル化することを検討した。電子レンジは、無線LANなどの2.4GHz帯ISMバンドを共用している無線通信システムにとっては干渉源となる。電子レンジの電磁波は帯域全体に広がることはよく知られており、先行研究も多い。また、時間方向に周期性を持っていることもよく知られているため、本研究では時間軸方向の周期性だけでなく、空間の広がりと、電子レンジの種類による影響を調べる必要があったため、電磁波観測実験を行った。実システムに対してN重マルコフ連鎖を用いたモデル化を行えていないため、実システムのモデル化を進める必要がある。また、空間的広がりを考慮したモデル化はデータベースや端末間の協調を行う必要がある。実環境で本検討を用いる場合、どのようにデータ蓄積やデータ共有を行うかなど、またそのデータ集約に関しては未検討であるため、検討する必要があると考えるためである。本研究では、世界的に問題となっている「周波数資源枯渇問題」の解決策として、より有効なコグニティブ無線システムを本格的に実現させることを最大の目標とし、今後コグニティブ無線の発展に伴い端末増加によるさらなる逼迫問題を解決すべく、空間次元を取り入れた無線環境認知を目的とした。
微小プラズモニック光集積回路の基礎研究

本研究では、化合物半導体を用いた光集積回路(光IC)に金属ナノ構造を用いたプラズモニクス技術を融合させることで、微小プラズモニック光ICを創製することを目的とした。その成果として、新規プラズモニック集光器の設計を行い、グレーティングの構造と周期を最適化することにより、回折限界以下の微細プラズモニック導波路に効率良く集光できることを示した。さらに、実際に素子の試作と評価を行い、原理検証実験に成功した。並行して、金属を側壁に用いた微小金属キャビティレーザの検討を行い、球面ミラー構造を導入した新規カプセル型構造を用いることで、共振器のQ値を大幅に向上できることを明らかにした。本研究では,半導体レーザなどのアクティブ光素子を多数集積した光集積回路(光IC)に,金属ナノ構造を用いたプラズモニクス技術を融合させることで,微小プラズモニック光ICを創製することを目的とした.新規に提案するプラズモニック集光器を用いることで,金属界面に局在するプラズモンを介して,回折限界以下の微小領域に効率良く光を閉じ込める.これにより,従来困難だったプラズモニック素子の多段接続,および,高効率な光入出力を可能にする.この過程を通じて,これまでの半導体/誘電体に基づく光IC技術に対するパラダイムシフトを引き起こし,集積度を極限まで高めた光LSIを実現することを目的とした.その成果として,新規プラズモニック集光器の設計を行い,グレーティングの構造と周期を最適化することにより,100nm幅の微細プラズモニック導波路に効率良く集光できることを示した.さらに,実際に素子の試作と評価を行い,原理検証実験に成功した.並行して,金属を側壁に用いたプラズモニック微小レーザの研究を開始し,プラズモニック光損失を最小に抑制する新規構造を検討した.その結果,球面ミラー構造を導入することで,共振器のQ値を大幅に上昇できることを明らかにした.今後は,素子の作製と改善を行い,高密度プラズモニック光集積回路の実現に繋げる予定である.本研究では、化合物半導体を用いた光集積回路(光IC)に金属ナノ構造を用いたプラズモニクス技術を融合させることで、微小プラズモニック光ICを創製することを目的とした。本研究では,半導体レーザなどのアクティブ光素子を多数集積した光集積回路(光IC)に,金属ナノ構造を用いたプラズモニクス技術を融合させることで,微小プラズモニック光ICを創製することを目的とする.新規に提案するプラズモニック集光器を用いることで,金属界面に局在するプラズモンを介して,回折限界以下の微小領域に効率良く光を閉じ込める.これにより,従来困難だったプラズモニック素子の多段接続,および,高効率な光入出力を可能にする.この過程を通じて,これまでの半導体/誘電体に基づく光IC技術に対するパラダイムシフトを引き起こし,集積度を極限まで高めた光LSIを実現することを目的とした.その成果として,平成24年度中に,鍵となるプラズモニック集光器の数値計算手法を立ち上げ,設計を行った.グレーティングの構造と周期を最適化することにより,集光効率を5倍近く向上できることを示した.さらに,素子の試作を開始し,フォトマスクの作製を完了した.現在までに,本研究で出発点とするプラズモニック集光器の設計を行い,素子の試作を開始した.素子の設計には,3次元有限差分時間領域法(FDTD)による数値計算を用いた.本素子は金属材料を含むため,時間領域における解析が厄介であるが,ローレンツ・ドゥルーデモデルにより金属の光学特性を精度よく近似することに成功した.素子の作製には,電子線(EB)描画装置を用いてパターニングを行い,ICP-RIEドライエッチングにより,微細グレーティング構造を作り込む.複数のグレーティング構造を一度に評価するためのプラットフォームを作製するためのフォトマスクの設計を完了し,素子の試作を開始したところである.当初の予定に比べて,試作に関しては若干遅れ気味であるが,その一方で,設計に多くの時間を割いたことにより,予想以上の特性が期待できることが分かった.以上より,全体としては,おおむね順調に進展している.平成25年度の前半に,.側面グレーティング構造を作製するためのナノ加工技術を確立させ,プラズモニック集光器の試作を完成させる.評価を行い,グレーティングによる集光効率向上の効果を検証する.さらに,構造を最適化し,10%以上の結合効率を目指す.最終的には,レーザや半導体光増幅器(SOA)など,アクティブ光素子を一体集積したプラズモニック光ICの実現を目的とする.また,プラズモニクスを用いることで,光を微小領域に閉じ込め,金属界面にプラズモンを誘起することができるが,その結果として,光-電気相互作用や非線形光学効果を大幅に増強できる可能性が報告されている.今回実現するプラズモニック光ICをプラットフォームとして用いることで,これらの興味深い物理現象を実験的に検証し,新規光機能の開拓を目指す.平成25年度に本格化させる素子の試作に伴い,莫大な消耗品費用が必要となる.

具体的には,蒸着源(金属,誘電体),薬品,フォトマスク作製費用,プロセス用ガラス器具などを計上する.並行して,素子構造の設計を継続するために,ソフトウェアライセンス費用が必要となる.また,本プロジェクトの成果を国内外で発表するために必要な旅費を計上する.
霊長類における体毛色多様性に関与する分子遺伝学的機構の解明

シロテテナガザル26個体(内暗相12個、明相14個体)を調査した結果、これらの遺伝子上に50個所の多型部位を同定した。その内訳は、非同義多型12箇所、同義多型17箇所、イントロンなどのタンパク質非コード領域21箇所であった。これまでに仮定されていた単純な優性メンデル遺伝と符号するような多型の存在は確認されなかった。しかしながらMC1RのHis225Tyr多型におけるTyr対立遺伝子は、明相の個体間でより高い頻度で存在する上、in vitroにおける機能解析の結果、melanocortin 1 receptorのcAMP産生能を低下させることが示唆されている。シロテテナガザルの体毛色多様性は、MC1RのHis225Tyr多型をはじめ、今回同定された多型の幾つかの組み合わせによって決定されている可能性が考えられる。マカクでは、力ニクイザル種群、トクザル種群に含まれる種の毛には明確なアグチ様パターンが存在し、全体的な体毛色が明灰争から暗褐色であるのに対して、シシオザル種群ではアグチ様パターンは明確でなく、体毛色は総じて黒い。このようなマカクにおける体毛色の多様性とMC1Rの多様性との関連性を探るべく、マカク3種群18種について哺乳類の主要な色素形成関連遺伝子であMC1RとASIPの塩基配列を決定した。この2遺伝子のコード領域上にはシシオザル種群における黒い体毛色と強く関連する変異は発見されなかった。しかし、ASIPの分子進化学的な解析により、トクザル種群、カニクイザル種群では非同義置換率が同義置換率より低く保たれているのに対して、シシオザル種群でのみ非同義置換率が同義置換率を凌駕していることが明らかになった。前2種群ではアグチ様パターンが普遍的であるのに対して、シシオザル種群ではアグチ様パターンが稀でみる。アグチ的な体毛色は捕食者からの隠蔽効果を有すると考えられており、シシオザル種群のサルのように捕食者が存在しない環境に生息している揚合はアグチ的な体毛色を保持する必要性が薄れることが予測される。そのため、シシオザル種群で明瞭なアグチ様パターンが喪失したことによって、ASIPに作用してきた機能的制約が緩和したためと考えられる。in vitroにおけるcAMPアッセイの結果、テナガザルMCIRは恒常的活性型に進化した可能性が示された。また、PCR、サザンブロッティング解析の結果、テナガザルではASIPがゲノム上から消失していることが明らかになった。これらの結果は、テナガザルの体毛色の祖先型は黒単色であったことを示唆するものである。
骨新生因子が仲介する骨-脂肪組織連関メカニズムの解明

運動誘導性に筋肉から分泌されるマイオカインが、骨格筋ー脂肪組織連関を仲介することが明らかにされているが、骨ー脂肪組織連携は明らかにされていない。そこで本研究では、申請者らがゼブラフィッシュ心筋から同定したHDOIが骨ー脂肪組織の新規連関経路を仲介する可能性を検討した。しかし、遺伝的背景を統一したHDOIのKOマウスでは、脂肪組織に異常を認めなかった。また、HDOIのTgマウスは長管骨の伸長を認めたが、脂肪組織や高脂肪食負荷下でも、野生型との顕著な変化を認めなかった。一方で、HDOIの上流と推測した運動刺激については、機械刺激がHDOIの発現維持に必要であることを明らかにした。計画1)骨新生因子(HDOI)がin vivoにて肥満抑制するかを明らかにするためにHDOIのノックアウト(KO)マウスに高脂肪食(HFD)負荷を3ヶ月間施し、一週間ごとの体重変化の記録、各脂肪組織重量の測定、グルコース耐性試験(GTT)、インスリン耐性試験(ITT)を行った。しかし、現在使用しているマウスは、C57BL/6と129Sv系統が混在した遺伝的背景であるために、本解析において一定した結果は得られなかった。遺伝的背景が全身性代謝に及ぼす影響はすでに報告されており、現在はC57BL/6系統への戻し交配中でありF8世代まで完了した。計画2)in vitroのベージュ細胞初代培養系については、現在実験系を確立している途中である。上記の系を代替するin vivoの系としてHDOIを肝臓にて過剰発現するTg(SAP-HDOI)マウスを作成し、このマウスの各脂肪組織(褐色脂肪組織、鼠蹊部脂肪組織、生殖腺脂肪組織)を用いてBATマーカーの発現量を検討した。その結果、19週の♀マウス生殖腺脂肪組織においてBATマーカーの発現上昇を認めた。計画2-B)骨膜細胞をラベルするために現在のKOマウスからES細胞を樹立し、HDOI遺伝子座を改変する予定であった。しかし骨膜細胞の初代培養システムの確立に成功したため、本年度は骨膜細胞を用いて解析した。採取した骨膜細胞はin vitroにて脂肪細胞と骨細胞へと分化誘導を行い、HDOIがこれらの細胞分化に与える影響を解析したが、いずれも影響は見られなかった。本研究はマウスを用いた解析であり、個体間のバラツキがある上に、さらに三ヶ月間のHFD負荷を行う必要があるので時間を要している。また、ベージュ細胞の形成については遺伝的背景の違いも考慮しなければならないため、戻し交配も必要である。したがって、当初の予定よりは多少時間を要しているが、今後の解析をスムーズに行うために必須であり妥当な作業であると考えられる。計画1)骨新生因子(HDOI)がin vivoにて肥満抑制するかを明らかにするためにHDOIのトランスジェニック(Tg)マウスに高脂肪食(HFD)負荷を3ヶ月間施し、一週間ごとの体重変化の記録、各種脂肪組織重量の測定、グルコース耐性試験(GTT)、インスリン耐性試験(ITT)を行った。しかし、Tgマウスと野生型マウスに顕著な差を認めなかった。計画2)HDOIが発現している骨膜細胞から前駆細胞を採取して脂肪細胞へと分化させるin vitro初代培養系を確立した。未分化間葉系細胞を含む骨膜細胞集団はヘテロであると考えられたため、これらの細胞群からHDOIの標的細胞をフローサイトメトリーによって採取した。In vitroにてHDOIの標的細胞、非標的細胞を脂肪細胞へと分化させると、HDOIの標的細胞は、非標的細胞に比べて、脂肪細胞へと効率的に分化した。さらにHDOI KOマウスから採取したHDOIの標的骨膜細胞は脂肪細胞への分化能力が亢進していた。したがって、HDOIの作用点は未分化間葉系細胞から脂肪細胞への分化決定であると予想された。計画3)運動負荷によるHDOIの発現誘導を検討するために、C57BL/6マウスに急性的運動負荷、もしくはHDOIのLacZノックイン(KI)マウスを用いて自発的に長期的運動負荷を与えた。HDOIの発現が強く認められる脛骨を採取し、qPCRあるいはLacZの活性染色によってHDOIの発現変動を解析した。しかし、運動負荷刺激によるHDOIの顕著な発現増強は認められなかった。一方で、HDOIのLacZ KIマウスを用いて大腿坐骨神経切除により機械刺激負荷を軽減すると、顕著な発現抑制を認めた。したがって、HDOIの発現維持に機械刺激が必要であることが明らかになった。しかし、in vitroの実験系の確立や運動負荷による解析については順調に進んでいる。これまでに大腿坐骨神経切除によるHDOIの発現低下を認めた。この結果から、HDOIと機械刺激との関係性が明らかになった。そこで制御メカニズムを明らかにするために、骨膜細胞を単離してin vitro実験系を作成し、人工的な機械刺激モデルを適用した。これまで、骨膜にかかる機械刺激の詳細は明らかにされていないが、HDOIの発現部位が脛骨の凸面に多いことから、伸展刺激に着目した。培養用ハイドロゲルを共同研究者の先生に作成して頂き、骨膜細胞をゲル上で培養し、qPCRによりHDOIの発現変化を検討した。

HDOIの発現は中程度の硬さのゲル(13.8 kPa)上で最大で、硬いゲル(30.1 kPa)、柔らかいゲル(7.5 kPa)上では、ほとんど発現を認めなかった。すなわち、HDOIの発現制御に伸展刺激が関与する可能性が示唆された。しかし、骨膜細胞の初代培養細胞系が不安定であったために、再現性に乏しく、今後さらに安定した実験系を用いて解析していく予定である。HDOIの標的細胞は骨芽細胞や脂肪細胞に分化する能力を持つので、間葉系幹細胞様の細胞であると考えている。そこで、標的細胞が間葉系幹細胞であるかをさらに確認するために、間葉系幹細胞特異的遺伝子マーカーの発現をFACSにて検討した。これまでに報告のあるCD29, Sca-1, CD105について発現を検討したところ、HDOI標的細胞はいずれのマーカーも発現しており、特にSca-1の発現が高い集団であることがわかった。また、Sca-1やCD105の陽性細胞とHDOIの標的細胞の多分化能を比較したところ、HDOIの標的細胞が最も骨細胞になり易い細胞であることを明らかにした。運動誘導性に筋肉から分泌されるマイオカインが、骨格筋ー脂肪組織連関を仲介することが明らかにされているが、骨ー脂肪組織連携は明らかにされていない。そこで本研究では、申請者らがゼブラフィッシュ心筋から同定したHDOIが骨ー脂肪組織の新規連関経路を仲介する可能性を検討した。しかし、遺伝的背景を統一したHDOIのKOマウスでは、脂肪組織に異常を認めなかった。また、HDOIのTgマウスは長管骨の伸長を認めたが、脂肪組織や高脂肪食負荷下でも、野生型との顕著な変化を認めなかった。一方で、HDOIの上流と推測した運動刺激については、機械刺激がHDOIの発現維持に必要であることを明らかにした。計画11)HDOIがin vivoにおいて肥満抑制効果を示すかをC57BL/6の遺伝的背景に統一したF8世代を用いて検討する。2)ベージュ細胞形成に対するHDOIの生理活性を検討するために、ベージュ細胞分化誘導系を立ち上げ、in vitroにおいてHDOI添加による分化状態の検討をする。3)HDOIの受容体候補の一つとしてNPR3が挙げられるので、SAP-HDOIとNPR3 KOマウスを掛け合わせることにより、ベージュ細胞形成に対する生理活性がNPR3を介したものであるかを明らかにする。計画24)骨膜の初代培養システムを用いて、野生型とHDOI KOマウスから得た骨膜細胞に間葉系細胞としての分化能力に違いがあるかを検討する。5)内在的受容体がNPR3でないと判断される場合は新規受容体採取のためのスクリーニングアッセイ系を立ち上げる。計画1)HDOIのノックアウト(KO)マウスに関しては、前年度に問題となったC57BL6系統への戻し交配を完了し、現在は解析に使用するマウスを準備している段階である。今後、これらのマウスにHFD負荷を与え、解析する予定である。計画2)HDOIは未分化間葉系細胞の細胞運命の決定に関与している可能性がある。未分化間葉系細胞からの脂肪や骨細胞への運命決定機構については幾つかの報告があり、今後はこのシグナル制御機構について骨膜初代培養細胞系を用いて検討していく予定である。計画3)運動負荷によるHDOIの発現誘導は認められなかった。
超狭空間指向性マイクロホンを用いた音声指令による電子機器制御

騒音環境下で電子機器を安定して音声制御をさせるための高雑音環境における雑音除去の実用化を目指している。高齢者や障害のある人が荷物や資料などを持って両手がふさがっているときに電子機器を操作したい状況を想定し、電子機器に取り付けた複数のマイクロホンを用いて、目的とする発話者に対して方向だけでなく距離に対する指向性を強化形成する手法を新規に提案し、コンピュータシミュレーションによって提案法の有効性を確認した。音声は8kHzでサンプリングされることが多いため、8kHzでサンプリングされた音声に対し、処理単位フレーム長による分離性能を調査し、数十ミリ秒以下で分離処理できることを確認した。周囲雑音の影響を従来のものから大幅に低減し、独自に開発した目的話者音声を短時間処理で安定してリアルタイムに抽出できるようにアルゴリズムを改良しており、マイクロコントローラでの実装にも着手した。具体的には2チャンネルのマイクロホンで複数方向へ任意のマイクの指向性を作成するアルゴリズムを開発し、マイクロコントローラおよび周辺電子回路を実装した。高雑音環境下での電動車椅子の使用者が荷物を持ってタブレット端末を操作することを想定し、ジョイステックの操作なしで音声指令により電動車椅子を操作できる制御システム機構を製作した。実際には、本開発システムによって雑音除去された音声信号を既存の音声認識機器に送ることで、音声認識結果が送り返され、その信号に基づいて電動車椅子へ制御信号を伝えるシステムである。高齢者や障害のある人が荷物や資料などを持って両手がふさがっているときに電子機器を操作したい状況を想定し、電子機器に取り付けた複数のマイクロホンを用いて、目的とする発話者に対して方向だけでなく距離に対する指向性を強化形成する手法を提案し、コンピュータシミュレーションでその有効性を確認した。周囲雑音の影響を従来のものから大幅に低減し、独自に開発した目的話者音声を短時間処理で安定してリアルタイムに抽出できるようアルゴリズムを改良し、マイクロコントローラで動作するシステムの開発を進めている。現在はパーソナルコンピュータによるシミュレーションによる検証を行っているため、今後はマイクロコントローラで実装し、実際に利用する環境下での雑音除去能力を検証する。電動車椅子の使用者が荷物を持っていたりタブレット端末を操作していたりすることを想定し、ジョイステックの操作無しで音声指令により電動車椅子を操作できる制御システム機構を実現する。現在は、マイクロコンピュータによって電動車椅子を操作するシステムを構築しているので、このシステムに音声指令と雑音除去機能を実装する。研究計画は、音声入力時の雑音除去アルゴリズムの提案と、音声入力による電子機器の制御の二つの項目である。一つ目のアルゴリズムの提案については、当初の予定通り、サンプリング周波数が8kHzのとき、数十ミリ秒よりも短い処理フレームでも機能することを確認した。研究計画では、サンプリング周波数が16kHzや44.1kHzのときに処理したときの雑音除去性能を比較しようとしていた。しかし、同じ音声を異なるサンプリング周波数で同時に収録したデータベースが存在しないこと、高周波数でサンプリングされた音声をダウンサンプリングすると厳密な提案法の有効が検証できないこと、8kHzサンプリングで有効に機能するので処理コストを不要に上げる必要がないことから、サンプリング周波数の違いによる処理性能の比較は実施していない。一方、処理フレーム長に対しては、コンピュータシミュレーションでは、事前にいくらかの学習をすることによって1ポイントのデータごとに雑音除去をできるようになり、処理の高速化を進めることができた。二つ目の音声入力による電子機器の制御に対しては、電動車椅子に付属されているジョイスティックでは無く、マイクロコントローラによって移動を制御できるようになっている。また、12ビットの分解能で音声をマイクロコントローラに入力し、簡単な音声信号処理をして出力するデモ機も作成している。このマイクロコントローラに提案する雑音除去技術および音声認識機能を追加することで、音声による電子機器の制御が可能となる。雑音除去のアルゴリズムがシンプルであるとともに、前述のように1ポイントのデータごとに雑音除去できるため、マイクロコントローラでの実装が可能であるとともに、メモリを追加で実装しなくてもいいという期待がある。音声は8kHzでサンプリングされることが多いため、8kHzでサンプリングされた音声に対し、処理単位フレーム長による分離性能を調査し、数十ミリ秒いかで分離処理できることを確認した。周囲雑音の影響を従来のものから大幅に低減し、独自に開発した目的話者音声を短時間処理で安定してリアルタイムに抽出できるようにアルゴリズムを改良しており、マイクロコントローラで実装することにも着手した。実際には2チャンネルのマイクロホンで複数方向へ任意のマイクの指向性を作成するアルゴリズムを開発した。高雑音環境下での電動車椅子の使用者が荷物を持ってタブレット端末を操作することを想定し、ジョイステックの操作なしで音声指令により電動車椅子を操作できる制御システム機構を実現する計画である。実際には、本開発システムによって雑音除去された音声信号を既存の音声認識機器に送ることで、音声認識結果が送り返され、その信号に基づいて電動車椅子へ制御信号を伝えるシステムを構築する。本研究計画は、音声入力時の雑音除去アルゴリズムの提案と、音声入力による電子機器の制御の二つの項目である。

一つ目のアルゴリズムの提案については、8kHzでサンプリングされた音声に対してコンピュータシミュレーションによって提案法の有効性を確認した。また、マイクロコントローラで実装することにも着手した。実際には2チャンネルのマイクロホンで複数方向へ任意のマイクの指向性を作成するアルゴリズムを開発した。現在、周囲雑音の影響を従来のものから大幅に低減し、独自に開発した目的話者音声を短時間処理で安定してリアルタイムに抽出できるようにアルゴリズムを改良しているところである。二つ目の音声入力による電子機器の制御については、どの音声認識機器に提案するアルゴリズムを実装するかについて検討を進めている状況である。音声認識技術の搭載された機器を見ると、音声入力方式、マイコン実装方式、スマートフォンなどのアプリ方式などがあるため、音声認識機器の選択によっては、現在のシステムの開発環境を変更することも視野に入れなければならない。騒音環境下で電子機器を安定して音声制御をさせるための高雑音環境における雑音除去の実用化を目指している。高齢者や障害のある人が荷物や資料などを持って両手がふさがっているときに電子機器を操作したい状況を想定し、電子機器に取り付けた複数のマイクロホンを用いて、目的とする発話者に対して方向だけでなく距離に対する指向性を強化形成する手法を新規に提案し、コンピュータシミュレーションによって提案法の有効性を確認した。音声は8kHzでサンプリングされることが多いため、8kHzでサンプリングされた音声に対し、処理単位フレーム長による分離性能を調査し、数十ミリ秒以下で分離処理できることを確認した。周囲雑音の影響を従来のものから大幅に低減し、独自に開発した目的話者音声を短時間処理で安定してリアルタイムに抽出できるようにアルゴリズムを改良しており、マイクロコントローラでの実装にも着手した。具体的には2チャンネルのマイクロホンで複数方向へ任意のマイクの指向性を作成するアルゴリズムを開発し、マイクロコントローラおよび周辺電子回路を実装した。高雑音環境下での電動車椅子の使用者が荷物を持ってタブレット端末を操作することを想定し、ジョイステックの操作なしで音声指令により電動車椅子を操作できる制御システム機構を製作した。実際には、本開発システムによって雑音除去された音声信号を既存の音声認識機器に送ることで、音声認識結果が送り返され、その信号に基づいて電動車椅子へ制御信号を伝えるシステムである。目的とする発話者に対して方向だけでなく距離に対する指向性を強化形成する手法を新規に提案する。