hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ワイヤレス共鳴送電から発生する電磁波環境の安全性評価

400kHz帯域の磁界共鳴送電下における細胞影響評価を行うため、共鳴送電コイル製作に取り組んだ。幅5mm×厚さ0.4mmの被覆平角銅線を用い、22巻のスパイラル型コイルを選定し、送電側および受電側コイル双方を2層構造とした。送電側コイルへの給電は、積層したコイルのそれぞれの端部に接続する直接給電方式とた。この磁界共鳴送電コイルの特性をネットワークアナライザを用いて計測し、共振周波数は422kHz、伝送効率は65%超であることを確認した。また、電磁界シミュレータを用い、送受電コイル間中央の磁界強度が480560A/mと、ICNIRPガイドライン(職業ばく露)80A/mの6倍超と推定した。平成26年度は、平成25年度から、引き続き構築したワイヤレス共鳴送電細胞ばく露装置を用いた。出力は、動作共鳴周波数12.5MHz、入力高周波電力200Wにおいて実施した。培養細胞の遺伝毒性評価を行うために、X染色体上のHPRT遺伝子座における突然変異を検出する遺伝子突然変異試験を行った。この遺伝子突然変異試験で得られた結果は、これまでに行ったコメットアッセイや小核試験による遺伝毒性評価の結果と同様に、ワイヤレス共鳴送電下でばく露された細胞において有意な影響は見られなかった。これら一連の遺伝毒性評価結果は、国際非電離放射線防護委員会(ICNIRP)が定める電磁環境ガイドラインを満足するワイヤレス共鳴送電下において、細胞への遺伝毒性を引き起こさないということを示唆している。得られた結果を踏まえ、平成27年度は、培養細胞の非遺伝毒性影響として、機能的変化で注目されているストレス応答について解析を進めていく。また、平成26年度は、上記ばく露装置に続き400kHz帯の動作共鳴周波数を用いたワイヤレス共鳴送電細胞ばく露装置を作製すべく、有限要素法解析を用いて、共振周波数400kHz、高効率(伝送効率80%程度)、整合性、ICNIRPガイドライン値を上回る電磁環境レベル、電磁環境の均一性等の条件を満たす装置設計に取り組んだ。しかしながら、現在保有しているCO2インキュベータ内部という限られた領域でこれら条件を満たすことが極めて困難であることが判明した。平成27年度、引き続き装置設計およびばく露可能な装置の製作に取り組んでいく計画である。平成27年度は、前年度と同様に、平成25年度に構築したワイヤレス共鳴送電細胞ばく露装置を用いて、培養細胞の非遺伝毒性影響として機能的変化で注目されているストレス応答について影響評価に取り組むこととし、具体的には熱ショックたんぱく質27,70,90を指標としてワイヤレス共鳴送電の細胞への影響評価に取り組んだ。ワイヤレス共鳴送電は、動作共振周波数12.5MHz、入力高周波電力200Wの条件で行っており、細胞培養位置において国際非電離放射線防護委員会(ICNIRP)の定める磁界ガイドライン値の約2倍のレベルとなっている。この熱ショックたんぱく質への影響評価で得られた結果は、これまでに行ってきた細胞増殖能、細胞周期分布といった細胞基本動態、コメットアッセイや小核試験、X染色体上のHPRT遺伝子座における突然変異といった遺伝毒性試験の結果と同様に、他の安定した細胞培養環境を有するCO2インキュベータで培養された細胞に対し、ワイヤレス共鳴送電下で培養された細胞において有意な差異は見られなかったというものである。これらの結果は、共振周波数12.5MHzにおいて、ICNIRPのガイドラインを満足するワイヤレス共鳴送電下ではその安全性の観点から、細胞に影響を及ぼさないということを示唆している。平成28年度は、上記12.5MHzのワイヤレス共鳴送電細胞ばく露装置に続き、400kHz帯域の共振周波数を用いたばく露装置の作成に取り組み、またその装置を用いて細胞影響評価に取り組んでいく計画である。本研究課題として掲げている10MHz帯共鳴送電で発生する電磁環境による細胞機能への影響検索は前述の通り完了した。次いで、400kHz帯の動作共鳴周波数を用いたワイヤレス共鳴送電細胞ばく露装置は、既に構築した12.5MHz帯のばく露装置と比べ、そのコイルサイズや巻数が大幅に増加するものの、それに対応すべく、平成27年度に大サイズのCO2インキュベータを導入しており、有限要素法により、400kHz帯域で共振し、高効率(伝送効率80%程度)、整合性、ICNIRPガイドライン値を上回る電磁環境レベル、電磁環境の均一性等の条件を満たす設計の検討を進め、試作機製作のための設計を取りまとめる計画である。400kHz帯域の磁界共鳴送電下における細胞影響評価を行うため、磁界共鳴送電を行えるコイル群の製作に取り組んできた。過年度の12MHz帯域の共鳴送電細胞ばく露装置の開発の際に採用した縦型ヘリカルタイプの構成により検討を開始し、電磁界シミュレータHFSSを活用して検討を進めてきた。しかしながら、そのシミュレーションの結果から、400kHz帯域の自己共振周波数を達成するためにはコイル巻数が膨大となり、細胞影響評価を見据えてCO2インキュベータ内に構築する関係上、その大サイズのインキュベータを準備してもなおそのサイズに収めることは困難となり、結果、ヘリカルタイプからスパイラル型コイルに変更し、引き続き、シミュレーションに取り組んだ。スパイラル型コイルにおいても同様に、巻数の増加により400kHz帯域の自己共振周波数を得るためにはその巻数が膨大となること、また巻数の増加に伴う抵抗値の増加、ひいては特性の低下という課題の中、比較的巻数をおさえてコイルを積層化させることで、その共振周波数を低下させ400kHz帯域の自己共振周波数を実現することができた。

この積層型スパイラルコイルを用いて、それを送電側コイル、受電側コイルとして磁界共鳴送電装置を製作し、その送電特性をネットワークアナライザを用いて計測した結果、自己共振周波数は422kHz、伝送効率は65%超であった。また、電磁界シミュレータHFSSを用い、当該磁界共鳴送電装置のモデル化および電磁界シミュレーションを実施し、送受電コイル間中央の磁界強度が480560A/mであることを確認した。この値は、国際非電離放射線防護委員会(ICNIRP)が定めるガイドライン(職業ばく露)の80A/mに対し、概ね6倍超という大きさであった。以上、H28年度、400kHz帯域の磁界共鳴送電下における細胞影響評価のために必要となる共鳴送電細胞ばく露装置の開発に取り組み、その主要部である磁界共鳴送電コイル部の開発を完了した。400kHz帯域の磁界共鳴送電下における細胞影響評価を行うため、共鳴送電コイル製作に取り組んだ。幅5mm×厚さ0.4mmの被覆平角銅線を用い、22巻のスパイラル型コイルを選定し、送電側および受電側コイル双方を2層構造とした。送電側コイルへの給電は、積層したコイルのそれぞれの端部に接続する直接給電方式とた。この磁界共鳴送電コイルの特性をネットワークアナライザを用いて計測し、共振周波数は422kHz、伝送効率は65%超であることを確認した。また、電磁界シミュレータを用い、送受電コイル間中央の磁界強度が480560A/mと、ICNIRPガイドライン(職業ばく露)80A/mの6倍超と推定した。400kHz帯の動作共鳴周波数を用いたワイヤレス共鳴送電細胞ばく露装置は、既に構築した12.5MHz帯の装置と比べ、そのコイルサイズや巻数が大幅に増加する。このため、CO2インキュベータ内部で、高効率(伝送効率80%程度)、整合性、ICNIRPガイドライン値を上回る電磁環境レベル、電磁環境の均一性等の条件を満たす設計の構築に困難を起し、ばく露可能な物品を購入できなかったため。平成28年度は、有限要素法による解析に基づき得られた設計から、400kHz帯域の共振周波数を有するワイヤレス共鳴送電細胞ばく露装置の試作に取り組んでいく。解析による電磁環境の理論値、そして伝送効率の理論値等と、試作機により得られる実測値との差異の評価を行い、必要により改良をすすめ、ばく露装置の最適化に取り組んでいく。その後、最適化された400kHzばく露装置の細胞培養環境について、その安定性を確立するための基礎実験を進める。具体的には、ばく露装置内で培養した細胞において、細胞増殖能、細胞周期分布などの細胞基本動態について調べ、また安定性が確認できている他のCO2インキュベータで培養した細胞でも同様に細胞基本動態について調べ両者の比較を行う。安定性を確立した後、発がん評価として、小核試験、コメットアッセイ等を指標とし遺伝毒性への影響評価に取り組み、次いで、培養細胞の非遺伝毒性影響である細胞機能評価として、熱ショックたんぱく質を対象として、遺伝子発現への影響を検索する。これらの評価結果によって、10MHz帯に引き続き、400kHz帯における共鳴送電の安全性について取りまとめる。28年度が最終年度であるため、記入しない。
オーバレイネットワークにおける自律分散型トラヒック制御に関する研究

P2Pネットワークに代表されるオーバレイネットワークにおいては,トランスポート層より上位のオーバレイレベルでの制御によってデータ転送が行われるため,オーバレイネットワークにおけるファイル転送遅延は論理ネットワークと物理ネットワークの双方のトポロジーに大きく依存すると考えられる.研究期間においては,まず最初の検討として,物理ネットワークとして4ノード・4ルータで構成される代表的な4種類のトポロジーを考え,論理ネットワークと物理ネットワークのトポロジー構成がファイル転送遅延に与える影響について,2層型待ち行列網モデルを用いて評価を行った.数値例において,物理トポロジーと論理トポロジーが一致する場合に遅延が小さくなる傾向にあること,また論理トポロジーの形状によっては物理トポロジーに依らず負荷に対して遅延が急激に増大することが観察された.次にP2P上の実時間サービスとしてSkypeに着目し,呼設定処理に対する動的負荷分散機構の有効性を解析的に検証した.具体的には,一般ユーザの参加を非斉時ポアソン過程でモデル化し,ノード数とスーパーノード数で規定される2変数確率過程が満たす微分方程式を導出した.数値例より,P2P型のユーザ管理方式を用いたサービスではクライアント・サーバ型方式よりも安定したサービス品質を保障できることが示された.最後に,フラッディング検索機構を有するファイル共有型P2Pネットワークに対し,4端末・4ルータ物理網より構成されるP2P網を二層型待ち行列網でモデル化し,論理レベルと物理レベルのトポロジー不一致性とフラッディング検索機構がファイル取得時間に与える影響を定量的に評価した.数値実験より,高いノード次数を持つネットワークトポロジは低負荷時において性能が高い一方,高負荷時には急激に性能が劣化することが判明した.P2Pネットワークに代表されるオーバレイネットワークにおいては,トランスポート層より上位のオーバレイレベルでの制御によってデータ転送が行われるため,オーバレイネットワークにおけるファイル転送遅延は論理ネットワークと物理ネットワークの双方のトポロジーに大きく依存すると考えられる.研究期間においては,まず最初の検討として,物理ネットワークとして4ノード・4ルータで構成される代表的な4種類のトポロジーを考え,論理ネットワークと物理ネットワークのトポロジー構成がファイル転送遅延に与える影響について,2層型待ち行列網モデルを用いて評価を行った.数値例において,物理トポロジーと論理トポロジーが一致する場合に遅延が小さくなる傾向にあること,また論理トポロジーの形状によっては物理トポロジーに依らず負荷に対して遅延が急激に増大することが観察された.次にP2P上の実時間サービスとしてSkypeに着目し,呼設定処理に対する動的負荷分散機構の有効性を解析的に検証した.具体的には,一般ユーザの参加を非斉時ポアソン過程でモデル化し,ノード数とスーパーノード数で規定される2変数確率過程が満たす微分方程式を導出した.数値例より,P2P型のユーザ管理方式を用いたサービスではクライアント・サーバ型方式よりも安定したサービス品質を保障できることが示された.最後に,フラッディング検索機構を有するファイル共有型P2Pネットワークに対し,4端末・4ルータ物理網より構成されるP2P網を二層型待ち行列網でモデル化し,論理レベルと物理レベルのトポロジー不一致性とフラッディング検索機構がファイル取得時間に与える影響を定量的に評価した.数値実験より,高いノード次数を持つネットワークトポロジは低負荷時において性能が高い一方,高負荷時には急激に性能が劣化することが判明した.本年度はファイル共有型P2Pネットワークと実時間サービス型P2Pネットワークの基本的な性能評価に関して研究を遂行した.一般に,P2Pネットワークに代表されるオーバレイネットワークにおいては,トランスポート層より上位のオーバレイレベルでの制御によってファイル転送が行われる.オーバレイネットワークにおけるファイル転送遅延は論理ネットワークと物理ネットワークの双方のトポロジーに大きく依存すると考えられる.そこで最初の検討として,物理ネットワークとして4ノード・4ルータで構成される代表的な4種類のトポロジーを考え,論理ネットワークと物理ネットワークのトポロジー構成がファイル転送遅延に与える影響について,2層型待ち行列網モデルを用いて評価を行った.数値例において,物理トポロジーと論理トポロジーが一致する場合に遅延が小さくなる傾向にあること,また論理トポロジーの形状によっては物理トポロジーに依らず負荷に対して遅延が急激に増大することが観察された.次にP2P上の実時間サービスとしてSkypeに着目し,呼設定処理に対する動的負荷分散機構の有効性を解析的に検証した.具体的には,一般ユーザの参加を非斉時ポアソン過程でモデル化し,ノード数とスーパーノード数で規定される2変数確率過程が満たす微分方程式を導出した.数値例より,P2P型のユーザ管理方式を用いたサービスではクライアント・サーバ型方式よりも安定したサービス品質を保障できることが示された.P2Pネットワークに代表されるオーバレイネットワークにおいては,トランスポート層より上位のオーバレイレベルでの制御によってデータ転送が行われる.オーバレイネットワークにおけるファイル転送遅延は論理ネットワークと物理ネットワークの双方のトポロジーに大きく依存すると考えられる.本年度はフラッディング検索機構を有するファイル共有型P2Pネットワークの基本的な性能評価に関して研究を遂行した.具体的には,4端末・4ルータ物理網より構成されるP2P網を二層型待ち行列網でモデル化し,論理レベルと物理レベルのトポロジ不一致性とフラッディング検索機構がファイル取得時間に与える影響を定量的に評価した.数値実験より,高いノード次数を持つネットワークトポロジは低負荷時において性能が高い一方,高負荷時には急激に性能が劣化することが判明した.従来の研究ではシミュレーション実験や計測に基づく評価が中心であり,二層間のトポロジ不一致性が通信性能に与える影響を理論的に解析している部分が本研究の新しくかつ重要な点である.
神経回路網における自己組織化と情報の統合処理機構

大脳皮質表面に平行な面内での結合が、いくつかのハイパーコラムにわたる情報の統合に深く関わっていると考えられる。今まで我々は一個のハイパーコラムの形成に対応するモデルを研究してきたが、これを数個のハイパーコラムを含むような大きなモデルに拡張することが必要である。それに対応して入力パターンをどのように選ぶかということが問題となってくる。我々は外部環境による方位選択性のシャープ・チューニングにより大きな興味をもっており、そのためには外部からの入力刺激をどうとるかが重要な問題点の一つである。この点が困難なため、外部環境に依存する入力刺激があまり研究されて来なかったものと思われる。出力層を大きくとるとその受容野ともいえる入力層も大きくとる必要がある。入力パターンとして、1)出力層のどのニューロンから見ても同様な刺激パターンとして、当該出力ニューロンから見て、回転する棒状パターンすべてをとる方法と、2)入力層にあらゆる方向の長い棒状パターンを考える方法があり、これら二つの方法で自己組織化を行った。これらの方法は複雑な問題点を含んでいることが判明してきており、引き続き今後の研究の焦点の一つとなろう。また最近、Singer等が一次視覚野の方位選択性ニューロンに振動的な応答があり、異なる方位選択性を持つ二つのニューロンの間に振動応答の相関を観測した。我々は、各方位刺激に対して振動応答をするユニットからなるハイパーコラムを複数個含むモデルを作成し、コンピュータ・シミュレーションを行うことにより、Singer等の実験結果と一致する結果を得た。一方、ホップフィールドの連想記憶の問題とスピングラスとの関連はよく知られているが、ベクトル・スピングラスとの関連も考えられるところである。我々は、混成モンテカルロ・スピンダイナミックス法でベクトル・スピングラスの問題を研究した。
頚髄症モデルに対する神経栄養因子産生成体神経幹細胞の移植に関する研究

慢性頚髄症モデルフット作成において、アガロースビーズの脱転が問題点であると考えられたので、確実に局所脊髄に圧迫を長期間加えることが出来るように、GoreTexを用いてアガロースビーズの脱転を防ぎ、かつ局所に止まらせるように工夫した。さらに、やや技術的に困難だが可能な限り椎弓を切除し外側からもアガロースビーズが圧迫するようにした。硬膜外のスペースに留置されたアガロースビーズの背側にフィブリン糊を塗布しGoreTexのシートを固着させた。この方法により屠殺時にアガロースビーズが脱転しているラットは全く見られなくなった。本方法により、慢性頚髄症モデルラットにおいて有意なBBBスコアー低下と組織学的にも有意な損傷を示すことが出来た。本頚髄症モデルラットに対するGDNF産生神経幹細胞移植研究を引き続き行い、移植によって、行動学的にBBBスコアーは改善したが、有意差を示すには至らなかった。移植されたGDNF産生神経幹細胞は、GDNFを脊髄局所に供給することができ、移植した周囲では、正常の組織に比べて約5倍の濃度のGDNFを供給することができ、この発現が少なくとも1ヶ月が持続していることを確認した。組織学的には、有意に損傷面積を減少することは出来ず、18年度の研究結果同様、1ヶ月後に取り出された脊髄を免度染色すると、移植した細胞はほとんどグリアに分化しており、ニューロンへの分化はわずかであった。移植細胞周囲の宿主脊髄では、コントロール群と比べて有意に、炎症細胞増加を認めた。GDNF産生神経幹細胞は本モデルに対して、有意な治療効果を示さなかったが、増強される炎症細胞浸潤を防ぐことで治療効果を改善することが可能かもしれない。頚髄症モデルラットの作製をめざして、麻酔下にて吸水性膨張樹脂であるアガロースビーズを硬膜外に挿入した。このビーズは水に浸した後約1日で最大膨張を得ることができる。ビーズ挿入後、1週間後に行動学的に評価したが(BBBスコアー)、行動学的にはほとんど変化を示さなかった。組織学的に脊髄を調べると、gliosisを認めるが脱髄性変化やニューロン変性は認められなかった。原因として、十分な圧迫が得ることができなかったと考え、現在、ビーズサイズを拡大したものを作成中である。成体ラットの脳室下帯から神経幹細胞を採取し、EGF存在下で増殖させた。この細胞に対してアデノウイルスを用いてGDNF遺伝子を導入した。最大の導入効率とGDNF産生量を得るために、アドノウイルスの暴露時間およびウイルス数を検討し、これにより最もGDNFを産生する条件を得ることができた。この条件の下で、1.0x10^7の神経幹細胞から210ng/dayのGDNFを産生させることが可能となった。また、GDNF遺伝子が導入された神経幹細胞は、分化条件下ではニューロン、アストロサイト、オリゴデンドロサイトに分化することができた。この細胞を正常の脳内に移植し、持続的にGDNFを産生させることができるか検討した。線条体内に移植された神経幹細胞は、宿主脳全体にGDNFを供給することができ、移植した周囲の脳では、正常の組織に比べて約5倍の濃度のGDNFを供給することができた。この発現が少なくとも1ヶ月が持続していることを確認した。また、1ヶ月後に取り出された脳を免疫染色すると、移植した細胞は、ニューロンやグリアに分化していた。現在、脊髄内に移植し検討中である。

昨年度よりビーズの数を増やすことによりより強い脊髄の圧迫を得ることができたが、BBBスコアーにて有意な変化を得ることができなかった。その原因としてビーズの数が増えることにより広範な頸椎の圧迫となったため、もしくは挿入したビーズが移動したためと考える。実際にビーズが硬膜外から外に飛び出していることもあった。現在、GoreTexを用いてビーズの安定性の増すこと、また更に強い圧迫を得ることができないか検討している。昨年度より成体ラットの脳室下帯から神経幹細胞を採取し、EGF存在下で増殖させた。この細胞に対してアデノウイルスを用いてGDNF遺伝子を導入し、GDNF産生神経幹細胞を作成した(一日のGDNFの産生量は210ngである)。これを用いて移植実験を行っている。今回は、正常な脊髄にこの細胞を移植し、移植細胞の生存・分化・遊走および宿主脳の反応を検討した。胸椎に移植されたGDNF産生神経幹細胞は、GDNFを脊髄局所に供給することができ、移植した周囲の脳では、正常の組織に比べて約5倍の濃度のGDNFを供給することができた。この発現が少なくとも1ヶ月が持続していることを確認した。また、1ヶ月後に取り出された脊髄を免疫染色すると、移植した細胞は、ほとんどグリアに分化したが、わずかであるがニューロンへ分化していた。しかし、移植した細胞の周囲の宿主脊髄では、コントロール群と比べて有意に、GDNF産生細胞を移植した群で、炎症細胞であるマイクログリアやアストロサイトの増生を認めた。一部マクロファージも認めていた。これは、GDNFにより脊髄の炎症を惹起している可能性もあり、その原因を解明しているところである。慢性頚髄症モデルラット作成において、アガロースビーズの脱転が問題点であると考えられたので、確実に局所脊髄に圧迫を長期間加えることが出来るように、GoreTexを用いてアガロースビーズの脱転を防ぎ、かつ局所に止まらせるように工夫した。さらに、やや技術的に困難だが可能な限り椎弓を切除し外側からもアガロースビーズが圧迫するようにした。硬膜外のスペースに留置されたアガロースビーズの背側にフィブリン糊を塗布しGoreTexのシートを固着させた。この方法により屠殺時にアガロースビーズが脱転しているラットは全く見られなくなった。本方法により、慢性頚髄症モデルラットにおいて有意なBBBスコアー低下と組織学的にも有意な損傷を示すことが出来た。本頚髄症モデルラットに対するGDNF産生神経幹細胞移植研究を引き続き行い、移植によって、行動学的にBBBスコアーは改善したが、有意差を示すには至らなかった。移植されたGDNF産生神経幹細胞は、GDNFを脊髄局所に供給することができ、移植した周囲では、正常の組織に比べて約5倍の濃度のGDNFを供給することができ、この発現が少なくとも1ヶ月が持続していることを確認した。組織学的には、有意に損傷面積を減少することは出来ず、18年度の研究結果同様、1ヶ月後に取り出された脊髄を免疫染色すると、移植した細胞はほとんどグリアに分化しており、ニューロンへの分化はわずかであった。移植細胞周囲の宿主脊髄では、コントロール群と比べて有意に、炎症細胞増加を認めた。GDNF
細胞制御統御に関わるDNA-PKの研究 (PARPとの2重遺伝子破壊による解析)

本研究の目的は、DNA-PK(DNA依存性プロテインキナーゼ)が細胞の機能あるいは細胞の運命を全体として精妙に統御しているとの仮説を立証することにある。マウスSCIDの原因遺伝子がDNA-PKであることから、DNA-PKは少なくともV(D)J組換えとDNA2重鎖切断修復に共通するDNA切断末端再結合過程に関与している。DNA-PKの特徴はPARP(ポリ(ADP-リボース)ポリメラーゼ)とも類似していることから、DNA-PKとPARPの関連、相互作用及び機能分担に焦点を当てた研究を開始した。両者は互いに修飾し合い、互いの機能を調節している可能性があり、事実、PARPはDNA-PKによるリン酸化を受け活性が抑制された。さらに、DNA-PKのDNA結合性調節成分であるKuタンパク質の代わりに、PARPが少なくともin vitroでは機能することを発見した。現在、PARPのドメイン構造に対応した組換えタンパク質を作製し、調節成分としての機能ドメインを探索している。従来の研究から、DNA-PKは生存に必須ではないが、個体や細胞が健康あるいは健全に生きていくために必要な、DNAを介した多くの出来事の制御に関与しているものと想定している。また、PARPのノックアウトマウスにもある種のDNA修復能の低下が認められるだけで、重大な障害は見られない。そこで、DNA-PKとPARPが、お互いの機能を部分的に相補していると想定し、ダブルノックアウトマウスの作製を目指した。DNA-PKを欠失しているSCID(scid^<-/->)マウスとPARP欠損(parp^<-/->)マウスからダブルノックアウト(scid^<-/->・parp^<-/->)マウスを作製することと、13.5日の胎仔からの繊維芽細胞の株化も目指した。現在までのところ、雄129匹と雌89匹が生まれ、その内、雌51匹について遺伝子解析を行ったが、scid^<-/->・parp^<-/->マウスは得られていない。初代培養胎仔繊維芽細胞ではscid^<-/->・parp^<-/->細胞が得られ、株化を目指している。DNA-PKの、(i)活性発現にDNAを要求する、(Iii)少なくともDNA修復に関与、(III)自己免疫疾患における自己抗原、(iv)アポトーシスにおける“死の基質"、(v)酵母にホモローグがないという5つの特徴はPARP(ポリ(ADP-リポース)ポリメラーゼ)とも類似していることから、DNA-PKとPARPの関連、相互作用及び機能分担に焦点を当てた研究を開始した。これまでの研究から、DNA-PKは生存に必須ではないが個体や細胞が健康あるいは健全に生きていくために必要な、DNAを介した多くの出来事の制御に関与しているものと想定している。また、PARPのノックアウトマウスにもさほど重大な障害は見られない。そこで、DNA-PKとPARPがお互いの機能を部分的に相補しているとの仮定の下、ダブルノックアウトマウスを作製し、個体レベルから分子レベルにかけた広範・精緻な探究によって、DNA-PKの生物学的機能を鮮明に浮上させる。現在、DNA-PK欠損のSCIDマウスとPARP欠損マウスからダブルノックアウトマウスを作製し(がんセンター・益谷博士との共同研究)、ダブルノックアウトマウス及びそれぞれの単一遺伝子ノックアウトマウス由来の胎仔細胞を株化し、DNA-PKとPARP間の相互作用に関する個体レベルから分子レベルにかけての広範な研究を展開中である。

DNA-PKを欠失しているSCID(scid^<-/->)マウスとPARP欠損(parp^<-/->)マウスからダブルノックアウト(scid^<-/->・parp^<-/->)マウスを作製することと、13.5日の胎仔からの繊維芽細胞の株化も目指した。現在までのところ、雄129匹と雌89匹が生まれ、その内、雌51匹について遺伝子解析を行ったが、scid^<-/->・parp^<-/->マウスは得られていない。初代培養胎仔繊維芽細胞ではscid^<-/->・parp^<-/->細胞が得られ、株化を目指している。PARPが少なくともin vitroではDNA-PK活性化タンパク質の1つであること、DNA-PKがPARPをin vitroでリン酸化すること等を見つけている。これらの事柄と、DNA-PKとPARPの特徴に幾つかの類似点があること等から、両者は互いに修飾し合い、互いの機能を調節あるいは相補している可能性が推定される。まず、それら遺伝子型の解析方法の確立を行い、DNA-PKを欠失しているSCID(scid-/-)マウスとPARP欠損(parp-/-)マウスからダブルノックアウト(scid-/-・parp-/-)マウスを作製し、細胞の株化も目指した。遺伝子型の解析法ではPCR法よる解析法を確立し、parp遺伝子の解析にはサザンブロットも併用した。Scid-/-マウスとparp-/-マウスを交配してscid+/-・parp+/-マウスを作製し、このscid+/-・parp+/-マウス同士を交配させた。現在までのところ、雄129匹と雌89匹が生まれ、その内、雌51匹について遺伝子解析を行ったが、scid-/-・parp-/-マウスは得られていない。これは、ダブルノックアウトが生まれにくい状況を反映しているものと推測している。また、scid+/-・parp+/-マウス同士を交配し胎仔期繊維芽細胞の株化を目指した結果、初代細胞ではscid-/-・parp-/-細胞が得られ、現在、株化を目指している。さらに、scid+/-・parp-/-マウス同士を交配させて、scid-/-・parp-/-マウスの出生確率の上昇も企図している。ダブルノックアウトマウスと株化胎仔期繊維芽細胞を用いて、細胞増殖制御やDNA修復・組換えの異常について追求し、DNA-PKとPARPの相補的機能や相関関係を解明したい。
分子ナノワイヤー素子の設計と構築に関する理論的研究

近年分子デバイスを組み合わせて集積回路の構築を目指す、いわゆる分子エレクトロニクスの研究が盛んに行われている。単一分子デバイスによる超高性能情報技術を確立するためには、まず単分子の電気特性を計測すると言う課題を克服する必要がある。これまでに様々な手法で電極間に分子を架橋した系における伝導特性の評価がなされてきたが、分子との接触抵抗や1分子の電気的測定が実証されているか等の問題点があり、十分に説得力のあるデータはあまりない。よって、実験と比較検討するための理論的手法の確立が必要となる。本研究では分子接合における外場による電気的特性の影響に関する情報を非平衡グリーン関数とランダウアモデルを用いて理論的に評価した。シミュレーションに用いられたプログラム又はコードは既存のもの(Car-Parrinello Molecular Dynamics)と独自に開発したものを併用した。対象となる系としてポルフィリン誘導体やフォトクロミック分子が2つの金電極に挟まれた構造の分子ジャンクションを想定し、分子デバイスの電流電圧特性、プロトン付加依存性、スイッチング特性を評価した。その結果、ポルフィリン誘導体についてはその電子状態がpHに依存性しているためにpHによって分子スイッチングが起こることが理論的に示唆され、フォトクロミック分子では、光照射による配座の変化に伴う電子状態の変化によって分子スイッチングが起こりうることを理論的に示した。近年分子デバイスを基礎として集積回路の構築を目指す、いわゆる分子エレクトロニクスの研究が日本を始めとして欧米各国で盛んに行われている。単一分子デバイスによる超高性能情報技術を確立するためには、まず単分子の電気特性を計測すると言う課題を克服しなくてはならない。本研究では分子ナノワイヤーの電気的特性に関する情報を非平衡グリーン関数とランダウアモデルを用いて理論的に評価した。シミュレーションに用いられたプログラム又はコードは市販のものと独自に開発したものを併用した。対象となる系として分子(ポルフィリン誘導体やフォトクロミック分子)が2つの金電極に挟まれる構造、あるいは基盤上の分子にSTMチップが接続されている構造の分子ジャンクションを用い、分子デバイスの電流電圧特性、スイッチング、整流作用を評価した。ポルフィリン誘導体についてはその電子状態がpHに依存性しているためにpHによって分子スイッチングが起こることが理論的に示唆された、またフォトクロミック分子についても光照射による配座の変化に伴う電子状態の変化によって分子スイッチングが起こりうることを理論的に示した。
臓器間をつなぐ血管の形成機構と生理学的機能の解明

本研究は、臓器間をつなぐ血管の形成機構および生理学的機能を明らかにすることで、臓器の発生や成長過程における「臓器間の血管ネットワーク」を解明することを目指している。臓器間の血管ネットワークを明らかにするためには、血管を構成している血管内皮細胞のダイナミックな動きをライブで捉えることが重要である。そこで本研究では、生体外で発生が進み、かつ、ヒトと同等の機能を担う臓器と血管構造を持ったゼブラフィッシュを研究対象に選んでいる。申請者はこれまでに、臓器間をつなぐ血管の形成機構の一例として、肝臓と膵臓の間をつなぐ血管が、いつ、どの様にして形成されるのかを明らかにしている。さらに、肝臓が血管を介して他の臓器とつながることの生理学的意義を明らかにするため、肝臓特異的に発現している遺伝子を複数個同定し、各々の遺伝子に対する遺伝子変異ゼブラフィッシュを作製した。本年度は、作製した遺伝子改変ゼブラフィッシュを用いて、肝臓内の遺伝子の欠損が、他の臓器にもたらす影響を網羅的に調べるため、以下2つの実験に取り組み、結果を論文としてまとめた。実験1:肝臓特異的に発現している遺伝子の欠損に影響を受ける、遺伝子の同定作製した遺伝子改変ゼブラフィッシュの全身からRNAを抽出し、RNA配列解析を行うことで、発現量に変化がある遺伝子を網羅的に調べた。発現量に変化があった遺伝子は、mRNAの発現量を定量的に評価するもう1つの手法であるリアルタイムPCRを用いて同様の結果が出るかどうかを確認した。実験2:同定した遺伝子の発現部位を同定実験1で同定した遺伝子の発現部位を同定するために、生後30日のゼブラフィッシュから心臓、肝臓、腎臓、腸、膵臓を単離した。単離した臓器からRNAを抽出し、同定したい遺伝子に対するリアルタイムPCRを行うことで、発現量が高い臓器を同定した。28年度が最終年度であるため、記入しない。臓器間の血管ネットワークの解明には、ヒトと同等の臓器と血管構造を持っていること、また、血管のダイナミックな動きをライブで捉えることが重要であるため、研究対象にはゼブラフィッシュを選んだ。申請者はこれまで、肝臓と膵臓のつなぐ4本の血管を同定している。今年度はこれら4本の血管をモデルに、以下に述べる2つの実験に取り組んだ。実験1:肝臓と膵臓の間をつなぐ血管が臓器依存的に形成されるかどうかを検討するため、肝臓または膵臓特異的にNitroreductase(NTR)を発現する遺伝子組み換えゼブラフィッシュを作製した。NTRを発現している細胞にMetronidazole(Mtz)を添加すると、Mtzが還元される。還元されたMtzはDNAダメージを引き起こし、細胞死を誘導する。細胞死が効率よく誘導されたかどうかは、顕微鏡を用いて臓器の体積を観察することにより評価した。しかし、コントロールと比較し、肝臓および膵臓の体積には顕著な差がみられなかった。そこで、異なる手法を用いて作製された肝臓特異的にNTRを発現するゼブラフィッシュを他の研究室から入手し、同様の方法で細胞死が誘導できるかどうかを検討した。薬剤処理は受精後2.5日目から72時間行った。その結果、肝臓の体積が約5分の1に減少した。実験2:臓器の成長過程において、臓器間をつなぐ血管の生理学的機能を明らかにするため、肝臓と膵臓をつなぐ4本の血管のうち1本の血管を破壊し、臓器間をつなぐ血管が形成されない条件を作製した。具体的には、フェムト秒レーザーを用いて血管を破壊する手法の確立に取り組んだ。さらに破壊後の経過観察により、破壊後、約12時間で再生することがわかった。さらに、肝臓が血管を介して他の臓器とつながることの生理学的意義を明らかにするため、肝臓の形成不全を人為的に誘導できる手法を確立してきた。本年度は、確立した手法を用いて、肝臓の形成不全が他の臓器に与える影響とそのメカニズムを解明することを目指し、以下の3つの実験に取り組んだ。実験1:肝臓の形成不全により、他の臓器で発現量が変化する遺伝子の同定肝臓の形成不全が他の臓器に及ぼす影響を検討するため、肝臓の形成不全ゼブラフィッシュを作製し、野生型と比較することで表現系の変化の有無を明らかにした。また、RNA配列解析を用いてどの遺伝子の発現量に変化があるのかを同定した。実験2:肝臓特異的に発現している遺伝子の同定実験1で同定した遺伝子の発現量の変化が、肝臓のどの遺伝子に依存的かどうかを検証するため、肝臓特異的に発現している遺伝子をIn situ hybridization法により同定した。実験3:肝臓特異的に発現している遺伝子欠損ゼブラフィッシュの作製実験

1で変化した遺伝子が、実験2で同定した遺伝子依存的におこるかどうかを検証するため、CRISPR-Cas9法を用いて遺伝子欠損ゼブラフィッシュを作製した。注目する遺伝子が決まった。また、注目している遺伝子のノックアウトゼブラフィッシュが順調に育ってきているため、おおむね順調に進展しているといえる。本研究は、臓器間をつなぐ血管の形成機構および生理学的機能を明らかにすることで、臓器の発生や成長過程における「臓器間の血管ネットワーク」を解明することを目指している。臓器間の血管ネットワークを明らかにするためには、血管を構成している血管内皮細胞のダイナミックな動きをライブで捉えることが重要である。そこで本研究では、生体外で発生が進み、かつ、ヒトと同等の機能を担う臓器と血管構造を持ったゼブラフィッシュを研究対象に選んでいる。申請者はこれまでに、臓器間をつなぐ血管の形成機構の一例として、肝臓と膵臓の間をつなぐ血管が、いつ、どの様にして形成されるのかを明らかにしている。さらに、肝臓が血管を介して他の臓器とつながることの生理学的意義を明らかにするため、肝臓特異的に発現している遺伝子を複数個同定し、各々の遺伝子に対する遺伝子変異ゼブラフィッシュを作製した。本年度は、作製した遺伝子改変ゼブラフィッシュを用いて、肝臓内の遺伝子の欠損が、他の臓器にもたらす影響を網羅的に調べるため、以下2つの実験に取り組み、結果を論文としてまとめた。実験1:肝臓特異的に発現している遺伝子の欠損に影響を受ける、遺伝子の同定作製した遺伝子改変ゼブラフィッシュの全身からRNAを抽出し、RNA配列解析を行うことで、発現量に変化がある遺伝子を網羅的に調べた。発現量に変化があった遺伝子は、mRNAの発現量を定量的に評価するもう1つの手法であるリアルタイムPCRを用いて同様の結果が出るかどうかを確認した。実験2:同定した遺伝子の発現部位を同定実験1で同定した遺伝子の発現部位を同定するために、生後30日のゼブラフィッシュから心臓、肝臓、腎臓、腸、膵臓を単離した。単離した臓器からRNAを抽出し、同定したい遺伝子に対するリアルタイムPCRを行うことで、発現量が高い臓器を同定した。今年度は、ゼブラフィッシュの臓器の発生や成長過程における臓器間血管ネットワークの解明を進めていく上で、必要な実験系の確立ができた。また、これらの実験系を用いて、来年度にどの部分に焦点をしぼって具体的な研究を進めていくかに関する知見が得られた。そのため、研究プロジェクトは順調に予定通り進展していると評価する。今後は作製した遺伝子欠損ゼブラフィッシュを用いて、注目している表現系に関与しているかどうかを検証する。また、関与していることが明らかとなった暁には、具体的なメカニズムを解明し、そのメカニズムが血管依存的かどうかを検証して行く予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。実験1の結果より、今後は、この遺伝子組み換えゼブラフィッシュを用いて、人為的に肝臓に細胞死を誘導し、臓器形成不全条件下での血管形成の有無を明らかにしていく予定である。
拡張現実UIを備えた情報推薦システムにおける情報閲覧・獲得行動モデルの構築

本研究において,拡張現実UIを対象とした情報配信基盤を構築し,モバイル端末上で動作可能な応用ソフトウェアを実現することができた.実証実験では,生態系フィールドワーク学習のための拡張現実UIを備えたモバイル学習システムを用いた実験,及び屋内測位機能を備えたモバイル地図情報システムを用いた実験を実施した.実証実験の評価に基づき,本研究において実現した情報配信基盤が実際的なシステムとして利用可能である事の見通しを得る事ができ,当初の研究目標を達成できた.本研究では,モバイル通信環境における利用者の情報閲覧・獲得行動プロセスを,1)現実空間の行動プロセス,2)情報閲覧・獲得行動プロセス,3)2)に起因する利用者の実際の行動プロセスにより連続的に構成されるものと捉え,各プロセス間に内在する情報嗜好に基づいた関連性を定量的に評価可能な実証実験システムを実現し,拡張現実ユーザインタフェース(UI)を備えた次世代型の情報コンテンツ配信システムの利用者を対象とした情報閲覧・獲得行動モデルを導出・提案することを目的とする.平成24年度の研究成果として,拡張現実UIを対象とした情報配信基盤を構築し,モバイル端末上で動作可能な応用ソフトウェアを実現することができた.本研究で実現したシステムを用いて,3次元CG等の拡張現実UIを対象として配信される情報コンテンツについて,利用者の暗黙的な操作・閲覧履歴に基づいてその利用者の情報嗜好を抽出し,利用者の興味や関心と情報獲得・閲覧行動プロセスに内在する関連性を定量的に導出することが可能となる.また,拡張現実UIの実装において,利用者の情報嗜好に合致する情報コンテンツの「先読み」機能を備えたキャッシュ管理方式を実現し,拡張現実UI上での3次元CG描画における閲覧性能の向上を図った.実証実験では,生態系学習を対象として実装したプロトタイプを用いた実験により,3次元CG形式の生態系学習コンテンツを対象とした利用者の興味や関心に応じた情報配信機能が有効に機能する事を確認した.また,屋内測位機能を備えた地図情報システムを用いた実験において,利用者の情報閲覧行動と空間行動の関連性評価を目的として実現したナビゲーション機能が適切に機能する事を確認した.これらの実証実験の評価に基づき,本研究において実現した情報配信基盤が実際的なシステムとして利用可能である事の見通しを得る事ができ,当初の研究目標を達成できた.本研究において,拡張現実UIを対象とした情報配信基盤を構築し,モバイル端末上で動作可能な応用ソフトウェアを実現することができた.実証実験では,生態系フィールドワーク学習のための拡張現実UIを備えたモバイル学習システムを用いた実験,及び屋内測位機能を備えたモバイル地図情報システムを用いた実験を実施した.実証実験の評価に基づき,本研究において実現した情報配信基盤が実際的なシステムとして利用可能である事の見通しを得る事ができ,当初の研究目標を達成できた.(1)基本機能の設計・実現平成23年度は,スマートフォン端末上で動作する情報嗜好プロファイル機能の一部を実装した.この機能は,(1)3Dコンテンツの閲覧時間,カメラ撮影といった情報閲覧・獲得行動を常時監視する機能,及び(2)それぞれの情報閲覧操作に応じて3Dコンテンツに対応付けられるメタデータ・データベースより,その3Dコンテンツを説明する重要なキーワード群を重み付特徴単語として抽出し,個々人の情報嗜好プロファイル・データベースに格納する機能,より構成される.本機能により構築された情報嗜好プロファイル・データベースは,モバイルユーザの興味や関心を示す個人プロファイルとして利用される.この個人プロファイルを情報配信・推薦システムに適用することにより,不必要な情報コンテンツを排除し,必要な情報のみをモバイル端末へ配信・推薦するといったように,そのユーザの情報嗜好に応じてパーソナライズされた情報コンテンツを配信・推薦することが可能となる.(2)モバイル学習教材への適用(1)で述べた基本機能をモバイル環境における学習教材に適用し,教科書とスマートフォンの連携によるモバイル学習教材の開発例として,マルチメディア魚図鑑の実現を行った.マルチメディア魚図鑑では,図鑑のページ印刷されたマーカにスマートフォンのカメラをかざすと、魚の3Dグラフィクスがスマートフォンの画面上に表示される.本システムにおいて,3Dコンテンツ閲覧時の操作(保存,回転,メール送信)履歴や閲覧時間・頻度は個人学習プロファイルとしてデータベースに蓄積される.また,ページ中の説明文やタイトル等もマーカに対応付けてデータベースに格納しておくことで,3Dコンテンツ閲覧時にその説明文やタイトルの情報も閲覧内容として記録することができる.この学習プロファイルは,学習者への今後の学習コンテンツ推薦のために利用することができる.現在までに,モバイル環境における情報閲覧・獲得行動モデルの導出を目的とした実証実験を実施するための実験システムの基本機能の設計,及び一部機能の実装は完了している状況である.しかしながら,(1)スマートフォン上のディスプレイに適したユーザビリティの高い拡張現実ユーザインターフェースの設計と実装,及び(2)実証実験を行うために十分な数の情報配信用3Dコンテンツを用意できていない点が,当初の計画よりも遅れている.これらの課題に対しては,現在も継続して研究を実施している.本研究で実現される拡張現実UIを備えた次世代型の情報コンテンツ配信システムを用いて,モバイルユーザを対象とした情報閲覧・獲得行動に基づく知識獲得モデルを,生態系フィールドワークを通じた実証実験により導出を行う事を計画している.生態系フィールドワークの対象地域としては,国内では初夏の時期に神奈川県丹沢地域,国外では,夏季にカナダ・ロッキー山脈を予定している.

本研究では,生態系フィールドワークを通じた実証実験を実施することにより,提案する情報配信システムの基本機能として,個々人の生態系に関する調査・学習履歴より抽出される意図や関心に応じて,高精度にAR知識コンテンツを提供できることを評価すると共に,日本の生態系だけではなく,海外の生態系にまで視野を広げることにより,国内にとどまることなく,国際的感覚を伴って,生態系フィールドワークにおける情報獲得モデルの有用性・有効性を検証していくまた,近年性能向上が顕著な音声認識機能や手書き文字認識機能を利用して,通話履歴や手書きメモをテキスト化することが可能になっている.本研究では,このような技術的に新しい機能を利用した情報閲覧・獲得行動を対象としてモニタリングを行い,音声や手書き文字から得られる特徴単語に基づいた個人プロファイル構築の強化も行っていく予定である.実験システムの構築に必要な開発用PC,サーバー機器,Androidモバイル端末,通信機器等は,H23年度において購入済である.次年度では,情報配信用の3次元CGコンテンツの製作費や実証実験をサポートしてくれる実験人員への人件費,及び本研究の成果発表のための,国内・国際会議における参加旅費として研究費を使用していく予定である.
斜面崩壊の発生場所と発生規模から崩壊土石流の到達距離を推定する経験則の追及

「結論:斜面崩壊の発生位置から高低差1に対して、最大限で水平距離10の下流位置まで、土石流が到達し得る。」我国のデータを見る限り、これ以上の距離にまで土石流が到達する可能性はないだろう、というのが結論である。土石流による被災の惧れがある民家や道路・構造物から見て、谷の上流に向かって高低差1に対して水平距離10の範囲内に崩壊しそうな斜面がなければ、土石流の心配はおそらくないだろうと判断してよい。石川県能登半島で2007年3月25日に発生したM7.1震度6強の能登半島地震で道路高盛土が何ヶ所か崩壊し,土石流となってかなりの距離を流れた.崩壊現場を精密に測定し,そのデータを整理して,本研究の元となっているScheideggerの図にプロットしたところ,本来山岳崩壊という岩盤崩壊事例のデータをもとに作られたのバンド内に,盛土崩壊土石流も同じようにのってくることが判明した.これによって,土石流の原因が岩盤崩壊であっても,盛土の土砂崩壊であっても,土石流の到達距離という面から見れば,同じメカニズムと考えてよいことが明らかとなった.Scheideggerのデータの多くが欧米諸国のものと思われるのに対し,研究代表者らが収集したデータはアジアの多雨地域のものであることから,崩壊に伴う土石流の到達距離が,その地域が多雨地域であるか乾燥地域であるかに左右されることが少しずつ明らかになってきている.斜面崩壊の力学的メカニズムとしては、地山の内部に潜在する亀裂などの弱面に沿ってすべる事例が多いことが、古くから明らかにされている。研究代表者は斜面崩壊の定量的解析に努めてきた。(Ohta et al.(2000),太田(2001),Ohta(2002),太田(2002))本申請研究では理論的考察には重点を置かず、もっぱらデータ収集にもとづく経験則の探求に重点をおいている。斜面崩壊の規模と土石流の到達距離との経験的関係(Scheideggerの図)に、過去2, 3年間における土石流のデータを研究代表者が収集した範囲でプロットしたところ、実用的な観点から見て有望そうな展望が得られたからである。昨年度に引き続き本年度も、主として西日本における斜面崩壊・土石流現場をひとつずつ測量・調査し、データポイントの集積をはかった。その結果、実用性の観点から見てきわめて有望なデータ傾向になってきたので、次年度には論文としてまとめる作業に入ろうと考えている。これまでの現地調査で分かったことであるが、斜面崩壊の最上流に直径1mぐらいのトンネルが存在する場合がある。水が流れていた自然のトンネルで、水みちとなっていたものである。これほど地表に近いところの、非常に浅い地中に、これほど大きな水みちトンネルが存在しており、その中を地下水が流れているのであれば、地中マイクなどで検知可能ではないだろうかと思われる。現場における地中水流を対象とした聴音マイク機器を設計・製作し、次年度降雨期における現場試行の準備をした。欧米における過去の巨大山崩れにともなって発生した土石流の流下到達距離を、崩壊規模と流下高低差をパラメータにしてプロットしたScheidegger(1973)のグラフに倣って、主として日本における土石流災害のデータを研究代表者がプロットしたところ、Scheideggerが示した傾向と大きく異なる結果がえられた。数百万から数千万・数億立米という巨大山崩れを対象としたScheideggerのデータと違って、研究代表者が収集したデータは我国で毎年発生する程度の土石流が多いうえ、欧米と比べて我国が多雨湿潤であるためであろうが、我国の土石流の流下到達距離がScheideggerのデータよりはるかに大きいことが判明した。我国のデータを見る限り、土石流の流下高低差と水平到達距離の比が、崩壊規模にかかわりな<0.1以上であることが分かった。斜面崩壊の発生位置から高低差1に対して、最大限で水平距離10の下流位置まで、土石流が到達し得るという結論である。土石流による被災の惧れが危惧される民家や道路・構造物から見て、谷の上流に向かって高低差1に対して水平距離10の範囲内に崩壊しそうな斜面がなければ、土石流の心配はおそらくないだろうと判断してよい。崩壊しそうな斜面をどのようにして発見するかが次の課題になるが、従来から多用されてきた目視による判定にくわえて、地下水流がたてる音を聴音器により発見し崩壊危険地帯を特定する方法が有望であるとの報告が出てきたので、携帯式の地中音聴音器を試作した。これにより斜面崩壊が発生しそうな場所を特定しやすくなったので、今後現場で試用を重ねて改良することが可能になった。力学的な基礎データ蓄積を目的として、泥濘化した土石流土砂の力学特性を現地において簡便に調査するための小型コーンと小型ベーンを作製し、実用に耐えるかどうか試用してみたところ、砂分を多く含む中間土に対しても良好な結果がえられた。
磁気浮上を利用した回転球体風洞試験装置の開発

ゴルフボールのようにスピンを伴う球体に作用する流体力を高精度に測定し,高速回転する球体の周りで起きている流体工学的現象を連続的かつ精密に観測することを可能とする磁気浮上式回転球体風洞試験装置を新たに開発した.開発した風洞装置では,測定部の大きさ(断面積)を従来の装置の約3倍としている.磁場解析と特性測定とを併用して,この装置に関する数学的モデルを構築した.さらに,安定な磁気浮上及び浮上体の回転を実現し,風洞試験も実施した.また,風洞測定部がさらに大きな装置を大きな電力消費を伴うことなく実現するために,集束形磁路制御式磁気浮上機構及びセルフスピニング方式浮上体も合わせて開発した.(1)ゴルフボール相当の大きさの回転球体を対象として,風洞測定部が200×200mmの大きさとなる風洞装置について検討を行った.開発する風洞試験装置は,気流送出・排出を行う風洞部と回転球体支持装置とから構成する.回転球体支持装置は,強磁性体を含む球体を磁気浮上させ,かつ回転させるための磁界を発生する電磁石を備えている.この支持装置は,(a)変位検出部を風洞内部に置くことができないので,渦電流センサなどを用いることができない,(b)磁路中に断面積が大きな風洞を挿入するため,大ギャップでの磁気浮上が必要となる,という二つ課題を克服しなければならない.本研究では,課題(a)に対しては,実際に全差動式光学変位センサを開発した.課題(b)に対しては,まず,現有する装置において,磁束の分布を測定し,磁場解析結果との比較を行い,磁場解析を利用した装置設計を行えるようにした.その上で,電磁石の磁極の材質や構造及びコイルの配置などを含めて検討したところ,現有する電力設備では,供給電力が不足することが予測された.そのため,当初計画していた200×200mmの大きさの風洞をスケールダウンして100×100mmの大きさの風洞を開発するように計画を変更した.(2)上記したように,電磁石の吸引力を利用して直接球体を支持・回転する方式では,実現できる風洞の大きさが制約されるとの知見が得られたので,計画を前倒して,磁路制御形磁気浮上機構の開発及びセルフスピニング機能を持つ球体の開発を行った.前者に関しては,制御板の材質を強磁性体から永久磁石に換えた,磁束集中式浮上機構を開発し,従来の方式に比べて数倍の浮上力を発生させることに成功した.後者に関しては,実際にセルフスピニング機能を持つ球体を製作し,磁気支持した状態で,セルフスピニング機能を実現することに成功した.(1)風洞測定部が100×100mmの大きさとなる風洞装置の設計を行った.開発する風洞試験装置は,気流送出・排出を行う風洞部と回転球体支持装置とから構成する.回転球体支持装置は,強磁性体を含む球体を磁気浮上させ,かつ回転させるための磁界を発生する電磁石を備えている.浮上対象物の空間的位置を制御するために,それぞれの軸方向に一対の磁極と複数の電磁石を備えた構造とした.磁極構造の最適化を行うため,磁場解析によって,コイルに流す電流と発生力との関係について詳細な検討を行った.(2)解析の有効性を検証するために,風洞測定部の大きさが60×60mmの既存の装置において,浮上対象物に作用する力を測定し,解析結果と比較した.その結果,磁場解析ソフトによってかなりの精度で発生力などが予測できることが確認された.そして,解析に基づいて設計した磁極構造を持つように,既存の装置の改良を行い,風洞試験部の大きさを従来のものより大きくして装置を製作した.(3)上記の装置を用いて浮上・回転実験を行った.制御則としてはPID制御を適用し,浮上対象物(鋼球)に外力が作用しても,位置を一定に保つ制御系を実現した.つぎに,制御信号に2相交流信号を重畳させて,水平面内での回転を実現した.(4)開発した装置を用いて風洞試験を行った.測定対象物に風をあてて,その位置を一定に保つ制御入力から抗力を推定した.さらに,一定速度で回転させた状態で,風と垂直方向の力(揚力)を測定した.(5)上記したように,電磁石の吸引力を利用して直接球体を支持・回転する方式では,実現できる風洞の大きさが制約されるので,磁路制御形磁気浮上機構によってセルフスピニング機能を持つ球体を支持する形式の風洞装置についても検討を行った.(1)風洞測定部の大きさが100×100mmの大きさとなる磁気浮上式風洞装置を開発した.回転球体用風洞装置では,強磁性体を含む球体を磁気浮上させ,かつ回転させるための磁界を発生する電磁石を備えた支持機構を備えている.従来の支持装置は,鉛直方向に2本,水平方向に4本の磁極を備えていた.しかしながら,平成26昨年度の研究によって,この構造では,鉛直上向き方向の支持力を効率よく発生できないとの知見を得た.そのため,平成27年度では,磁極構造を改良した装置を開発した.具体的には,鉛直上方に1本,鉛直下方に4本の磁極を持つ構造とし,最も効率よく支持力が発生できるように,FEMによる磁場解析を行いながら,磁極構造・配置の最適化を行った.(2)開発した磁気浮上機構を用いて大ギャップ磁気浮上を実現した.