hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
並列アルゴリズム研究支援環境に関する研究

種々の並列アルゴリズムを知識データベースに蓄え、新しい並列アルゴリズムを考案する助けとなる手法の基礎を確立することを目標として、アルゴリズムの表現形式について検討した。すなわち、よく似た問題に対するアルゴリズムにはよく似たものがあり、準同型の性質がなりたつ場合が多いことに注目し、多くの並列アルゴリズム間の関係を調べた。その結果、多くのアルゴリズムが、問題の代数的構造と演算規則を適切に定義することにより、簡単に記述できることを示した。特に、リストに関する一群のアルゴリズムを考察し、整列アルゴリズムと数値の和を求めるアルゴリズムとの間の関連を明らかにし、その関連が並列アルゴリズムの場合にもなりたつことを示した。また、従来から解くのが困難とされてきたNP完全な問題の多くが双線形計画問題として記述できることを証明した。具体的には、典型的な問題である論理式充足可能性判定問題が双線形計画問題として記述できること、その双線形計画問題の変数や制約条件式の個数を論理式の長さに対して線形にできることを証明した。また、グラフの彩色数や最大クリークやハミルトン閉路を求める問題、同型性を判定する問題などが双線形計画問題として記述でき、その双線形計画問題の変数や制約条件式の個数をグラフの点や辺の個数に対して多項式オーダにできることを証明した。さらに、並列アルゴリズムにおいて避けることのできない問題である通信量と局所的データの問題を解明するため、一見異なる問題であるが、電子メールシステムをモデルに、メモリ節約と通信量の関係を検討した。よく知られたアルゴリズムを知識ベースに蓄え、組み合わせ的問題(グラフ理論、ネットワークフロー理論、回路網理論など)の新しいアルゴリズムを考案する助けとなるような手法を開発することを最終の目的として研究を進めた。本年度の成果は次のとおりである。1.複数のデータを大小関係にしたがって1列に並べかえる問題(ソートあるいは整列)を線形計画問題として記述するときに、データ数がnならば変数の個数はn log nで記述できることを示した。これに関連して、問題の「ネットワーク複雑度」という概念を提唱した。2.典型的なNP完全問題である論理式充足可能性判定問題が双線形計画問題として記述できることを証明した。特に、Exclusive OR演算を含む式でも扱えることを示すなど、前年度から大きく進歩した。3.グラフの同型性を判定する問題が双線形計画問題として記述できることを証明した。グラフのハミルトン路を求める問題、最大独立集合を求める問題、クリークを求める問題についても同様の結果を得た。4.双線形計画問題としての記述を利用して、問題の複雑さのクラス分けを、従来のP、NP以外の観点から試みた。5.以上の成果を取り入れたアルゴリズムデータベースの基本設計を行った。本研究の最終目的は,種々の並列アルゴリズムを知識ベースに蓄え,組み合わせ的問題(グラフ理論,ネットワーク,フロー理論,電気回路理論など)の新しい並列アルゴリズムを考案する助けとなるような手法を開発することである.この目的を実現するためには,既存の並列アルゴリズムに含まれる典型的な技法を部品として抽出することと,それらの部分を組み合わせて新しい並列アルゴリズムを作ること,などを検討しなければならない.本研究では.上記の部品を組み合わせるときに,組み合わせるという操作自体がある種の代数的構造をもつことに注目し,その構造を解明することを試みた.具体的には,従来から困難とされてきたNP完全な問題の多くが双線形計画問題として記述できることを示した。このことは、NP完全な問題の複雑さを双線形計画問題としての記述における変数の個数によって評価することができること、それらの問題に対する新たな並列アルゴリズムの存在を示唆すること、等を示している。また、一般に、多くのアルゴリズムが、問題の代数的構造とそれに対する演算規則を定義することによりきわめて簡単に記述できることに注目し、さまざまなアルゴリズムの代数的構造と演算規則を導いた。特に、リストに関するアルゴリズムを深く考察し、数値の和や最小値、数値列の整列などが一般的演算規則で記述すると同一の形式になることを示した。
リスク評価からみた地下水中の汚染物質の挙動と土質吸着容量

(1)土粒子・間隙構造と吸着能,(2)地下水水質成分の吸着特性,(3)リスク評価のための水質管理,以上三つの研究課題に分けてその成果の概要をまとめる。(1)の研究では、室内カラム試験による分散・吸着特性の把握、水銀圧入法、空気透過法による間隙径の計測を中心に行った。この研究から、(1)土質吸着特性は飽和度によらず一定になり、分散係数は飽和度が低くなるほど大きくなる、(2)透気試験による空気圧入によって、砂のような比較的大口径の間隙形が計測できる、以上の結論を得た。(2)では、共存イオンが存在する系での汚染物質の分配係数を把握するために、バッチ試験、カラム試験を行った。この研究から、(1)汚染成分の吸着平衡時の分配係数が間隙水中に共存する他の成分の濃度によって変化し、共存成分の濃度が高くなるほど分配係数が小さくなる、(2)微量成分の吸着ではバックグランド成分の吸着特性は変化しないが、バックグランド成分の吸着によって微量成分の分配係数は減少する、以上の成果を得た。(3)では、浸透水の流出解析にタンクモデル、汚染物質の分解・吸着・揮発現象に土壌コンパートメントモデルを用いて、農薬の地盤中での挙動解析を行った。その結果、土質吸着と生物分解に関するパラメータが結果に及ぼす影響はたいへん大きく、これらパラメータの値の推定が、農薬の土中での挙動を正確に追跡して、環境への影響を評価するうえでは、たいへん重要である、との結論に至った。地下水中に予想される多数の汚染物質の検索手法と汚染物質の地盤土質への吸・脱着機構の究明、及び水量・水質の連成解析に基づく地下水環境の保全のための指針を究明するため、次の研究を分担実施した。(1)濃尾平野の地盤土質構成と地下水質特性濃尾平野の水質は、キ-ダイヤグラム上で、上流地域が「重炭酸カルシウム型」、中流・木曽川西部が「弱重炭酸カルシウム型」、中流・愛知県側が「重炭酸ナトリウム型」、下流部が「塩化ナトリウム型」であること、3大帯水層別には表層のほうが高濃度になっていること、が判明した。(2)水質成分の土壌吸着特性鉱物の一種「ゼオライト」への吸着・イオン交換反応におけるアンモニアと他の陽イオンの選択係数は従来のラングミュアモデルにおける一定値でなく、アンモニアイオンの当量分率が増加するにつれ減少することを実験的に究明した。(3)土質粒子・間隙構造と吸着能砂、シルト、ゼオライトの陽イオン交換容量(CEC)はフロ-ソ-プで計測した比表面積とよい対応関係にあり、また単位面積当たりの値として表現したほうが土の吸着性能を比較するのに便利であり、応用雨範囲が広いこと、を明らかにした。(4)環境リスク評価のための水質観測体制農業由来の硝酸性窒素の地下への浸透を、田・畑・山林でカラム実験した結果は、分散項を無視した鉛直方向一次元移流分散方程式により数値計算した結果とほぼ一致し、満足のえられるものが得られた。また、物質を有機性と無機性の2つの軸で総観的に分類する方法で農薬、工業薬品について毒性の領域と重ねあわせて、優先的選択法を検討した。(5)地下水流動と水質拡散・吸着のシミュレ-ション連成数値解析により、流動に支配される「移流項」、多孔質の土中での「拡散項」、および土粒子との吸着・脱着を含めた「反応項」の3者の程度を調べるとともに、後者2つの影響は極めて遅い現象であることが分かった。平成4年度に得られた成果の主要点は次のようである。

(1)水質成分の土壌吸着特性に関しては、アンモニア性窒素が地下の帯水層へ移行する過程で、4種類の土壌試料の陽イオン交換能(CEC)及びカリウムとアンモニアの競合吸着特性を調査した結果、土壌のCECは0.120.26(eq/kg)の範囲にあり、カリウムに対するアンモニアのイオン交換選択係数γは0.821.00の範囲であることを明らかにした。(2)土質の吸着能に関しては、カラム法によって不飽和透水場における土質吸着特性を計測し、カラム下端での空気吸引によって毛管飽和帯域を縮小できることを確認するとともに、土質吸着は飽和度によらず一定となり、その値は完全飽和状態での吸着量に等しくなることを明らかにした。(3)環境リスク評価の研究に関しては、化学物質を保持した地盤を利用することによって生じるリスクの類型として、農薬を対象に基礎データの収集ならびに順位づけを行った。土壌固相と液相との間に分配平衡を仮定し、消費量、水溶解度、分解速度、水棲生物への急性毒性値からハザードインデックスとして数値化し、優先的に対応する必要のある物質を特定した。ついで滋賀県真野川を試験流域としてそれらの物質の1年間での土壌残存量、揮発量、分解量、流出量の計算を行い、物質ごとの特徴を抽出した。(1)土質粒子・間隙構造と吸着能に関しては、(1)カラム試験による溶質の不飽和土中における吸着性状と分散性状について、実験的に調べた結果、「吸着量は飽和度に依らず一定になること、及び飽和度が小さくなると分散係数は大きくなること」を見いだした。(2)カラム試験における溶質の土粒子への吸着性状の時間的変化を示す「破過曲線」で考えて、土中水を不動水と可動水に分けて考えるTwo Regionモデルにより説明する試み・検討により線形吸着というより非線形吸着の形式で表現できること、及びモデルに含まれる各パラメターの物理的意義を究明した。(3)空気圧入による新しい透気試験で、土中の間隙構造を計測・表現する手法を研究した結果、砂のような大粒径の土試料に対する間隙径分布測定が可能になり、平均間隙径、有効間隙率をかなりの精度で測定でき、土中水の貯留性状と透気性などの物理的性質との関係が究明されるようになった。(2)水質成分の土壌吸着特性に関しては、(1)着目する汚染成分の土壌への吸着平衡分配係数は一般に一定値とはならず、水中に共存する他の成分の濃度が高くなるにつれて、着目成分の吸着分配係数は減少することが明らかになった。(2)微量汚染成分と水中のバックグランド成分の競合吸着に関するモデル化を行い、微量成分の吸着によってバックグランド成分の吸着特性にはほとんど変化が生じないものの、バックグランド成分の吸着によって微量成分の吸着平衡分配係数は著しく減少することが明らかとなった。(3)種々の廃水に起因するバックグランド有機物の回分吸着平衡試験とIASTモデルに基づく解析を行い、バックグランド有機物の回分吸着等温線に及ぼす初期濃度の影響を定量的に表す方法を明らかにした。(3)環境リスク評価のための水質管理体制に関しては、タンクモデルによる河川流出水量と地下浸透水量の予測及び土壌における生物分解・吸着・揮発などを考慮した土壌コンパートメントモデルによる各種農薬の河川流出量と地下浸透量の予測を行った。その結果、農薬の河川流出率と地下浸透率はいずれも農薬の物性(溶解度、生分解性など)、農薬の散布条件、降雨パターンに左右されることが明らかとなった。また、環境への農薬流出リスクを適切に予測するためには、土壌コンパートメントモデルにおける吸着と生分解に有効な表層土壌深さパラメーターの推定が重要であることが明らかとなった。
レーザを用いてセンサに誤情報を挿入する攻撃とその対策に関する研究

ディジタル機器が現実世界とのつながりを強化することで,新たな付加価値を創出する技術的潮流がある.その中で,センサーは,ディジタル機器が現実世界を観測するための目の役割を持つ.それに対し,センサーをアナログ領域で騙す攻撃の脅威が指摘されている.そのような攻撃は,自動運転車などの応用において大きな脅威となる.従来の情報セキュリティ技術は,ディジタル情報のみを対象とするため,そのようなアナログ領域での攻撃への対策にはならない.本課題は,レーザ照射がセンサに誤情報を挿入する攻撃手段になりうるという着想により立案したものである.将来の脅威に備えるために,攻撃の脅威を予め明らかにするとともに,先手をうって対策法を構築することを目的とする.2018年度は,当初の計画の通り,脅威分析と実験環境構築を行った.基礎実験を行い,レーザー照射によるセンサへの誤信号挿入が可能であることを実証した.この結果を元に系統的な脅威分析を行い,対象のセンサ,レーザの利用法,および攻撃シナリオをまとめた脅威リストを得た.本内容を元に,アプリケーションレベルの脅威を実証することを含む科研費・国際共同研究強化(A)「レーザを用いてセンサに誤情報を挿入する攻撃のアナログサイバーセキュリティ」を立案し,採択を受けた.加えて,脅威を実証するための実験を行うための実験環境を構築した.すなわち,レーザーシールドボックスにレーザモジュール,カメラなどを設置し,評価ボードに対してレーザーを照射できるセットアップを構築した.また,照射するレーザーに動機して評価ボードからデータ取得を行うためのプログラムを開発した.本実験環境を用いた基礎実験として評価ボードの特性を計測するための基礎実験を行い,研究成果を2018年電子情報通信学会ソサイエティ大会にて発表した.外部機関の装置の貸与を受けることで,2019年度に実施予定であった実証実験の基礎的な部分を2018年度内に行うことができた.それにより,攻撃が実際に可能であることが1年前倒しで検証できた.その成功により,センサーという部品レベルでの研究だけでなく,センサーを用いるアプリケーションレベルの攻撃・防御に関する研究に発展させる目途が立った.また,アプリケーションレベルの研究を行うための予算と共同研究者を,科研費・国際共同研究強化(A)の枠組みで獲得することができた.当初の計画の通り,2019年度には,攻撃の実現可能性検証と,攻撃者のモデル化を行う.そのために,2018年度の成果として得た脅威リストと実験環境を用いて,攻撃の脅威を定量化するための実験を行う.また,レーザの変調方式や照射位置などのパラメータを変化させながら実験を繰り返すことで,攻撃者がどれだけ精密に妨害信号を制御できるかを明らかにし,攻撃者モデルとしてまとめる.並行して,センサーへの攻撃がアプリケーションに与える影響を科研費・国際共同研究強化(A)の枠組みで研究し,そこで得られた知見を本課題にフィードバックする.ディジタル機器が現実世界とのつながりを強化することで,新たな付加価値を創出する技術的潮流がある.その中で,センサーは,ディジタル機器が現実世界を観測するための目の役割を持つ.それに対し,センサーをアナログ領域で騙す攻撃の脅威が指摘されている.そのような攻撃は,自動運転車などの応用において大きな脅威となる.従来の情報セキュリティ技術は,ディジタル情報のみを対象とするため,そのようなアナログ領域での攻撃への対策にはならない.本課題は,レーザ照射がセンサに誤情報を挿入する攻撃手段になりうるという着想により立案したものである.将来の脅威に備えるために,攻撃の脅威を予め明らかにするとともに,先手をうって対策法を構築することを目的とする.2018年度は,当初の計画の通り,脅威分析と実験環境構築を行った.基礎実験を行い,レーザー照射によるセンサへの誤信号挿入が可能であることを実証した.この結果を元に系統的な脅威分析を行い,対象のセンサ,レーザの利用法,および攻撃シナリオをまとめた脅威リストを得た.本内容を元に,アプリケーションレベルの脅威を実証することを含む科研費・国際共同研究強化(A)「レーザを用いてセンサに誤情報を挿入する攻撃のアナログサイバーセキュリティ」を立案し,採択を受けた.加えて,脅威を実証するための実験を行うための実験環境を構築した.すなわち,レーザーシールドボックスにレーザモジュール,カメラなどを設置し,評価ボードに対してレーザーを照射できるセットアップを構築した.また,照射するレーザーに動機して評価ボードからデータ取得を行うためのプログラムを開発した.本実験環境を用いた基礎実験として評価ボードの特性を計測するための基礎実験を行い,研究成果を2018年電子情報通信学会ソサイエティ大会にて発表した.外部機関の装置の貸与を受けることで,2019年度に実施予定であった実証実験の基礎的な部分を2018年度内に行うことができた.それにより,攻撃が実際に可能であることが1年前倒しで検証できた.その成功により,センサーという部品レベルでの研究だけでなく,センサーを用いるアプリケーションレベルの攻撃・防御に関する研究に発展させる目途が立った.また,アプリケーションレベルの研究を行うための予算と共同研究者を,科研費・国際共同研究強化(A)の枠組みで獲得することができた.当初の計画の通り,2019年度には,攻撃の実現可能性検証と,攻撃者のモデル化を行う.そのために,2018年度の成果として得た脅威リストと実験環境を用いて,攻撃の脅威を定量化するための実験を行う.

また,レーザの変調方式や照射位置などのパラメータを変化させながら実験を繰り返すことで,攻撃者がどれだけ精密に妨害信号を制御できるかを明らかにし,攻撃者モデルとしてまとめる.並行して,センサーへの攻撃がアプリケーションに与える影響を科研費・国際共同研究強化(A)の枠組みで研究し,そこで得られた知見を本課題にフィードバックする.国内出張の回数が当初の予定よりも少なかったため残額が生じた.それらは,2019年度の成果発表において使用する見込みである.
中世ヨーロッパ修道院文化の研究

平成11年度および平成12年度の2年間の研究成果を報告する時、まず最初に考えられるのは中世に建立された修道院を現地に行って見ることの出来たことは、何にもまして大きな成果であったと考えている。更に、修道院のある風景を各地で見学する機会に恵まれたことと同時に、修道院の種類や目的によって人々の住む地域と修道院のある地域は、それぞれ異なるが、それを現地の感覚で体験することの出来たことは、何にもまして有り難かった。ベネディクト会の『戒律』に従う、所謂ベネディクト会修道院とシトー会修道院でも修道院建築の様式と地域は、極めて大きな相違がある。従って、後のフランシスコ会やドミニコ会・カルメル会・アウグスティヌス会などの托鉢修道会ともまた大きく異なる。今一つは、シトー会とさらに人里から遠くに離れて住むラ・グランド・シャルトルーズ修道院のある地域は自然の豊な地域にあり、ヨーロッパの自然の豊な森の中や近くに点在する。これがまた、この度の研究の目的であったヨーロッパの森の見学と調査である。この点でも今回の研究・調査から得るものは具体的にはともかく極めて大きいものがある。また、ギリシャの哲学者ソクラテスが言った「石からも森からも学ぶことはない」とする哲学的な生き方と対象的に中世の神学者聖ベルナルドゥスの「汝らは書物よりも森の中で、心益するものを見出すであろう。森と石は、どんな教師よりも多くのことを教えるであろう」と言っているが、この点は、拙著『ヨーロッパ形成期の修道院文化の形成』南窓社やこの度の研究論文「クリュニー=シトー論争」にも影響を受けている。この度の研究は、従来の研究が主として文献と史料を中心にした文献的な研究であったのに対して、修道院の地理的な風土を自らの目で観ることから始められた。先ずその対象として選んだのは、フランスのプルゴーニュ地方と南フランスのプロバンス地方であった。なぜなら、フランスを代表する都市パリと古代ローマ時代から続く都市リヨンから近く、アルプスの山々から流れてくる豊かな水に育まれた豊かな自然の樹木におおわれたブルゴーニュの代表的なベネディクトゥス会修道院クリュニー修道院とシトー会修道院シトー修道院とフォントネー修道院そしてヴェズレーのベネディクト会修道院を訪ねる。さらにローヌ河によって造り出された豊かな自然の中に多くの修道院が存在することから理解されることは、先ず人々がこれら自然の豊かな樹木の中で神を発見し、そこで祈りの生活に専念したことである。このことは、われわれに何を教えているのだろうか。かって日本人がそうであったように、精霊が木々に宿ることは信じていたゲルマン人たちの初期の生活を思い出される。キリスト教は、このような精霊信仰を否定しながらイエスの福音を説き、精霊信仰はキリスト教に取って代わり、表面的にはなくなったが、現実には、聖霊信仰としていまなお生きているのである。今一つの調査は、「プロバンスの三姉妹」(three Cistercian sisters of Provence)である。シルバカン修道院とセナンク修道院そしてル・トロネ修道院は、人里から遠くにあって素晴らしい自然の中に位置する。それは神により近いというかれら修道士たちの意識をそこに読取ることが出来る。この研究の主な目的は、まず日本のヨーロッパ観の中心が「近代」にあったことを反省し、その視点を中世ヨーロッパに置いたこと。そして都市中心の視点を田舎・農村・地方に向け、特に修道院の歴史的役割を中心に考察した点にある。その歴史的な現実を考えるために、一昨年の秋、フランスのブルゴーニュ地方とプロバンス地方の修道院や教会を見学した。また、都市グルノーブルからアルプスの山中にあるラ・グランド・シャルトルーズ修道院を訪ねた。これまでの研究が、主に書物を通して読み、考えてきた中世ヨーロッパの諸問題が、新たな展開をもって理解出来るようになったように感ずるのは、気のせいであろうか。いや論文や書物の読みが深くなったとも言える。

その点は、論文「グレゴリウス一世の人と思想」や「尊者ベーダと修道院文法」のなかに生かされていると思う。その点は、昨年末に刊行した『ヨーロッパ形成期の修道院文化の形成』南窓社を参照して頂くしかない。いまひとつは、ヨーロッパの森にかんする考察である。これまで自然科学の世界を中心に考えられてきた森が、ヨーロッパの中世で果たした文化史的な側面から新たな意味づけを必要としているように思う。ギリシアの哲学者ソクラテスは「石からも森からも学ぶことはない」と言いたが、これは古代と近・現代の世界である。しかしこれに対し、聖ベルナルドゥスは「汝らは書物よりも森の中で、心益するものを見出だすであろう。森と石は、どんな教師よりも多くのことを教えるであろう」と言ったことを考える必要がある。
超原子価ケイ素化学種を利用するオレフィン化反応の開発と反応機構の解明

超原子価ケイ素中間体の反応性を利用することにより、これまで選択的に合成することのできなかったシス-α,β-不飽和スルホンの合成法の確立を行うことを目的とした。平成26年度はケイ素α位アニオンの構造を固定するためキレーション構造をとることのできるアルコキシ基をケイ素原子に導入した試薬の開発を行い、平成27年度はさらにキレーション能力の高い試薬の開発を行い種々のアルデヒドからシス-α,β-不飽和フェニルスルホンの選択的合成に成功することができ論文を発表した。今年度は、さらに反応の一般性を示すためにフェニルスルホンだけでなく置換フェニルスルホン試薬とアルキルスルホン試薬も合成し、種々のアルデヒドとの反応を行った。置換フェニルスルホン試薬ではフェニル基置換基による立体選択性への効果が若干見られたが、いいずれも高いシス選択性でα,β-不飽和アリールスルホンを得ることに成功した。次にメチルスルホン試薬も合成し同様に反応を行おうとしたが、反応の最適溶媒への試薬の溶解度が低いために選択性の低下がみられた。溶解度が高いと考えられるイソプロピルスルホン試薬では、フェニルスルホン試薬の場合と同様に反応を行うことができ高いシス選択性が得られることが分かった。これらの結果は現在論文執筆準備中である。反応機構解析のため低温NMR実験を行ったが中間体の検出には成功せず、超原子価ケイ素中間体は中間体ではなく遷移状態構造であると現在は考えている。本研究で我々の開発した新規Peterson試薬をLiHMDS処理したアニオンのNMRスペクトルからキレーション構造をとっていることが示唆され、キレーション構造を用いた理論計算による反応機構の解析を現在行っているところである。さらにここで得られた手法を用いてシス-α,β-不飽和スルホネートやスルホンアミドの高選択的合成にも成功した。28年度が最終年度であるため、記入しない。α,β-不飽和スルホンは合成上有用な化合物であるが、トランス体は比較的容易に得られるもののシス体を選択的に合成する方法は開発されていなかった。我々は立体選択的にシス体を合成するためにケイ素の特性を利用する新しいPeterson試薬の開発を行った。通常のPeterson試薬ではトリメチルシリル基が用いられるが、その場合塩基存在下にアルデヒドと反応させても一般にシスとトランスの1:1混合物になってしまう。この理由として通常のPeterson試薬から得られるアニオンはジアステレオマー混合物になっていることが考えられた。我々はケイ素上に酸素置換基を導入することにより、カチオン金属との配位による配座の固定を目指して新しいPeterson試薬を合成した。この新試薬を用いLi塩基を用いて種々のアルデヒドとの反応を行ったところ、多くの場合に94%以上の選択性でシス-α,β-不飽和スルホンが得られることが分かった。結果は論文にまとめOrg. Lett. 2015, 17, 6026に報告した。現在はアリールスルホンだけでなく脂肪族スルホン試薬の合成を行い、さらにアルデヒドだけでなくケトンとの反応についても調べている。また、超原子価ケイ素を含むと考えられる反応活性種あるいは反応中間体の構造についてNMR等を用いて解析している。選択的試薬の開発に成功し、論文でも報告した。なお、今回報告した論文はSYNFACTS, 2016, 12, 301でハイライトされた。Petersonー

スルホン試薬から得られるアニオンの構造の解析を行い、反応中間体が存在すればその構造解析を行い、立体選択性の制御因子を含めた反応機構の解明や超原子価ケイ素化学種の解明を行っていく。さらに、脂肪族スルホン試薬とアルデヒドとの反応をおこない、その立体選択性や合成法としての確立を行う。アルデヒドだけでなくケトンとの反応についても調べている。今回開発したシス選択的Peterson試薬の手法を用いればα,β-不飽和ケトンやアミドなどの合成にも応用可能と考えられるため、そのような試薬の開発とオレフィン化反応の検討も行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。
ひずみイメージングによる磁性計測

原子間力顕微鏡(AFM)の試料に、外部から効率的に磁場を印加できるように改造した装置を開発した。また、磁場印加に伴う試料表面変位を高感度に検出するために、電気系等を含む検出系を改良した。この装置を用いて、磁性体に磁場を印加したときに発生する磁場誘起ひずみを、AFMにより高感度高分解能に検出・イメージングする全く新しい磁性計測法「磁場誘起ひずみイメージング」を実証した。これまでの磁性計測法は、「漏れ磁場」「磁気光学効果」「電子バンド構造」を測定することで磁性を計測していた。例えば、磁気力顕微鏡(MFM)は、AFM探針として磁性探針を用いることで、試料表面の漏れ磁場を検出・イメージングを行う。一方、本手法は、これらとは原理的に異なる磁気弾性エネルギーに係る磁場誘起ひずみを検出する。例えば、微細素子内部の応力による磁気特性変化を捉えることができる唯一の手法である。これは、ハードディスクドライブ(HDD)の磁気センサーや磁性メモリの研究開発にとって非常に重要な計測要素である。しかし、発生するひずみは極めて小さいために、少なくとも0.01Aの表面変位を検出する感度が必要であった。本研究において目標検出感度を達成し、様々な磁性試料に対する本計測適用の道を拓いた。MFMのように磁性探針が試料磁性に影響を与え、その状態を乱してしまうことはない。本研究による装置性能向上の結果、HDDの磁気ヘッドばかりではなく、超磁歪単結晶TbDyFeの表面磁区、針状結晶磁性材料の磁化状態などの高分解能イメージングを達成できた。磁場で誘起される磁性試料表面の極微小ひずみ検出感度は、光てこ・走査機構部の新規導入により、一般市販装置のレベルにまでは向上した。また、磁場を印加するためのコイルの設計と試作も順調に進展し、磁性膜などの一般磁性試料にも磁場を印加できるようになっている。これまでに得られた観察結果の中から、窒化鉄磁性微粒子の例について述べる。磁性微粒子が高分子マトリックスの中に分散された溶液試料を、ガラス基板の上に展開乾燥したものを観察した。原子間力顕微鏡(AFM)表面形状像では、高分子マトリックスが形成する表面形状が観察されるのみである。一方、同時に得られた磁場誘起ひずみイメージでは、マトリックス中に分散された10nm程度の大きさの磁性微粒子の分布が捉えられた。磁場誘起ひずみイメージとは、試料に交播磁場を印加して、AFMカンチレバー振動のうち、その変調周波数成分をロックイン検出で得た信号を画像化したものである。本研究期間における最終目標は、これらの磁性微粒子がどのような磁気的結合を形成しているか、すなわち磁気的結合によりクラスター化しているか、クラスター化しているのならばどの程度のサイズでどのような分布をしているかを確認することにある。本計測法においては、外部磁場の印加により磁性微粒子の磁化およびクラスター化が、どのように変化するかも捉える事が出来るはずである。これらの結果から得られる知見は、例えば将来の大容量ストレージ材料開発に直結する成果となり、またスピントロニクス分野へも貢献できるものである。(本成果は日立マクセルとの共同研究により行われており、論文として広く一般に公開するためには、日立マクセルの同意を必要とする)原子間力顕微鏡(AFM)の試料に、外部から効率的に磁場を印加できるように改造した装置を開発した。
オキシトシン-グリア連関に着目した自閉症スペクトラム障害病因病態メカニズムの解明

本研究は、小脳グリア細胞から特異的にOXTRを欠損させた際に、ASD脳と同じスパイン増加やミクログリア増加が起きるかを明らかにすることを目的として研究を推進している。1)新規時期特異的OXT/OXTR遺伝子発現制御マウスの開発を行った。OXTR発現は胎生中期から始まり生涯に渡って持続するため、発達障害におけるOXT-グリア連関の機能が発生期と病態確立後のどちらに寄与しているかが不明である。そこで、OXT-グリア連関の時期に応じた役割を明らかにすることも目指すため、OXTR遺伝子発現を時期特異的にON/OFFできるマウスの作出を試みている。当初計画で用いる予定だったPIN-dCas9を用いた遺伝子改変マウスでは想定を超える非特異的遺伝子発現変化が生じていることが判明したたため、新たな分子機構としてCas13を用いたノックダウンシステムの開発と評価を行った。Cas13システムがRNAiなどの既存のノックダウンシステムと比較して優れた特異性、ノックダウン効率を示すことをin vitroの実験系により確認し、更にOXTRを効率的にノックダウン可能な実験系を構築、それらを用いて新規遺伝子改変マウスの作成と評価を行った。2)小脳グリア細胞特異的Cre発現マウスの選定と評価を行った。小脳グリア細胞特異的Cre発現マウスとしていくつかのCre発現マウスを導入、その発現パターンを精査し、Sept4-iCreマウスが小脳グリア細胞に特異的にCreを発現することを確認した。当該マウスは上記の時期特異的発現制御マウスと現在交配を行っており、生まれてくる子マウスを解析に使用する予定である。当初計画において使用予定だったマウスが、実際には計画に不適であることが判明したが、新規に別のマウスを作出することで対応し、今後も計画にしたがって研究を推進する予定である。新規に作出したマウスから得られたマウスを用いて、当初計画に則って、組織学的解析、遺伝子発現解析などを行い、得られた結果は成果として発表を行う予定である。
海外連携による外国語学習における反転学習の実践と課題―自己調整学習の観点から

本研究では、eポートフォリオを用いた反転学習を導入し、海外連携の遠隔学習を一定期間行い、事後の同期型CSCL(コンピュータによる協調学習支援)ツール、ビデオ通話を使った教室内活動にどのような影響を及ぼすかを調査した。英語中級レベルの日本人大学生と同じアジア圏の英語を公用語とするフィリピン人、マレーシア人大学生を実験協力者とし、事前のeラーニング利用の効果の認識、学習者が使用した学習方略、動機づけ要因(自己効力感、内発的価値)、学習成果、反転学習に対する満足度にどのような因果関係があるかを検討した。本年度の調査内容は、前年度の結果について、同じ条件下で調査を続け、MSLQを用いて、学習成果(英語のテスト)、満足度、動機づけ要因(自己効力感、内発的価値)、学習方略において、国籍により認識の差が生じるか検討するために、データ分析を行った。受講者アンケートによる実験データから、相手国、及び日本人学習者において、反転学習に対する満足度は高く、尺度アンケートMSLQによる動機づけや学習方略のスコアが上昇するなど、反転学習が、事後の活動に役立っているものと考えられる。また、動機づけの信念と学習方略に関して、分散分析後の多重比較では、同じアジア圏で英語を公用語とするフィリピン人大学生とマレーシア人大学生との間では、差は見られなかった。自己効力感の高い学習者は、自己調整学習方略、メタ認知方略、管理方略(時間・環境)、努力調整方略、援助要請方略をより多く使用することが示された。さらに、日本人学習者に対して、学習方略と動機づけの関係について、相関分析を行ったところ、課題価値、自己効力感、統制信念は、メタ認知方略と自己調整学習方略との間に正の相関が見られた。それらの関係性について、今後さらに検証していく必要がある。動機づけ信念、満足度、学習成果などの受講者アンケートを利用した実験データから、相手国及び日本人学習者共に満足度が高く、実験前後で学習成果、動機づけ信念学習方略が向上したことから、eポートフォリオを利用した講義ビデオを利用した事前学習が、有効であることが示唆された。したがって、当初の予定通り順調に遂行していると判断している。次年度(31年度)は、30年度の結果について、学習成果や英語能力を従属変数とし、独立変数(性別・国籍、・動機づけ、学習方略)を複数設定して分析することで、変数間の関係を明らかにする予定である。さらに、スピーキング力、リスニング力などにおいて、学習効果があるか調査し、反転学習や実際の交流での有効性について詳しく調査する。また、29年度からのデータ分析、統計処理を行ない、結果を集計し、まとめた報告書をホームページで掲載、論文投稿などを行う。本研究では、英語中級レベルの日本人大学生と英語を公用語とする同じアジア圏のフィリピン人・マレーシア人大学生を実験協力者とし、反転学習を取り入れた事前学習を行い、事後の同期型CSCL(コンピュータによる協調学習支援)ツール、ビデオ通話を使った教室内活動にどのような影響を及ぼすかを調査した。本年度は、反転学習に必要な事前学習のeラーニングコンテンツ(講義ビデオ)の構築・配信、学習成果・目標・管理・振り返りを促すためのeポートフォリオ機能を配置した学習管理システム(LMS)を構築した。日本人大学生とフィリピン人・マレーシア人大学生からなるボランティアグループを対象に、英語でのやりとりを29年度10月に実験を開始し、初年次調査を行った。本年度の調査内容は、ビデオ通話を利用し、反転学習を導入した、同期的な海外連携の遠隔学習を一定期間行い、事前のe-ラーニング利用の効果の認識、学習者が使用した学習方略、動機づけ要因(自己効力感、内発的価値)、学習成果(英語の試験結果)にどういう因果関係があるか検討するために、データ分析を行った。実験データから、相手国、および日本人学習者において満足度は高く、実験前後で、日本人学習者のTOEICのスコアが上昇した。また、共分散構造分析を用いて、要因間の関連性を分析したところ、課題の価値とメタ認知方略が、満足度に影響すること、さらに内的学習目標と自己効力が満足度に及ぼす効果を媒介とすることが示唆された。次年度以降は、研究協力者を増やしながら、今後さらに検証していく必要がある。本年度は、動機づけ信念、満足度、学習成果の調査を受講者に対して行った結果、海外連携の英語学習における講義ビデオを利用した事前学習が、相手国及び日本人学習者の双方に効果的であることを明らかにできた。

また、動機づけの信念と学習方略に関して、分散分析後の多重比較では、同じアジア圏で英語を公用語とするフィリピン人大学生とマレーシア人大学生との間では、差は見られなかった。自己効力感の高い学習者は、自己調整学習方略、メタ認知方略、管理方略(時間・環境)、努力調整方略、援助要請方略をより多く使用することが示された。さらに、日本人学習者に対して、学習方略と動機づけの関係について、相関分析を行ったところ、課題価値、自己効力感、統制信念は、メタ認知方略と自己調整学習方略との間に正の相関が見られた。それらの関係性について、今後さらに検証していく必要がある。動機づけ信念、満足度、学習成果などの受講者アンケートを利用した実験データから、相手国及び日本人学習者共に満足度が高く、実験前後で学習成果、動機づけ信念学習方略が向上したことから、eポートフォリオを利用した講義ビデオを利用した事前学習が、有効であることが示唆された。したがって、当初の予定通り順調に遂行していると判断している。次年度は、本年度の結果について、同じ条件が統制されている下で調査を続け、それらの結果の検証と結果が生じた要因の検討を行う。学習成果あるいは満足度を従属変数とし、独立変数(性別・国籍、・学習観など)のうち、どれが学習成果(従属変数)に影響したかについて調査する。次に、実験前後において、スピーキング力、音声面において、学習成果があるかについても詳しく調査する。次年度(31年度)は、30年度の結果について、学習成果や英語能力を従属変数とし、独立変数(性別・国籍、・動機づけ、学習方略)を複数設定して分析することで、変数間の関係を明らかにする予定である。さらに、スピーキング力、リスニング力などにおいて、学習効果があるか調査し、反転学習や実際の交流での有効性について詳しく調査する。また、29年度からのデータ分析、統計処理を行ない、結果を集計し、まとめた報告書をホームページで掲載、論文投稿などを行う。(理由)当初予定していた打ち合わせの旅費と被験者の使用するタブレット端末代金が抑えられたため、繰越金が生じた。(使用計画)繰越金を含めた次年度分については、今後の実験調査・分析費用、及び国内外の発表のための旅費などに効果的に使いたい。(理由)当初予定していた謝礼金と打ち合わせ代が抑えられたため、繰越金が生じた。(使用計画)繰越金を含めた次年度分については、今後の分析費用、及び論文の掲載料などに効果的に使いたい。
生体関連超分子化学と新機能性物質の創造

1.生理活性、触媒活性が期待される大環状化合物の合成我々が、オリジナルに発見し、De Clercqら、ベルギーのグループと競っている新たな抗HIV剤、大環状テトラアミン誘導体の生化学的な新規の作用機構を明らかにした。医学部の研究室との共同研究によって、良好な抗HIV活性を持つ誘導体も見い出した。このように我々は、今までの大環状ポリアミンの知見を生かして、ポリアミン骨核の変換や側鎖の変換、ハイブリッド化合物の合成など、コンビナトルアル化学手法を用いてその活性構造化学を展開した。2.多核金属錯体を素子とするpH-依存性の可逆的自己集積型超分子創造我々は昨年、三核亜鉛錯(M=Zn^<2+>, R=H)とシアヌル酸(CA)は、水溶液中で、pHに依存して2:3または4:4の自己集合球状カゴ型ナノスケール分子が生成することを発見し、従来の脂溶性超分子とは全く異なる新規超分子を創造した。また、そのカゴ内に、アダマンタンやそれに類似したサイズの生理活性物質を包接できることを見い出した。このように、分子捕捉、イオン捕捉、捕捉分子の化学反応性などを追求する新たな化学を展開した。3.遺伝子発現を制御する新概念の小分子開発(遺伝子科学への展開)核酸二重鎖、RNA、リボザイム等と相互作用(minor groove binding)して遺伝子の転写を制御する金属錯体の開発を行った。Zinc Finger蛋白と大環状化合物との相互作用や、(CG-box)-Zinc Finger-大環状化合物相互作用を見い出し、実際に特定の遺伝子転写の阻害効果を持つことを明らかにした。1.蛍光色素を有するインテリジェント大環状化合物の合成-光駆動による情報収集(センシング)貯蔵、プロセシング、伝達系の構築:大環状テトラアミン蛍光色素ダンシル、クマリル基などを付けることにより、中性pHで、ランタニド金属のみを捕捉し、センシングする分子を合成した。pHや金属種を変えることにより、そのセンシング能が劇的に変化することも発見した。2.遺伝子発現を制御する新概念の小分子開発(遺伝子科学への展開)12員環テトラアミン(N_4)-亜鉛錯体がDNA又はRNA核酸塩基チミン又はウラシルを選択的に認識することを発見したが、今年はその3つが連結したトリス(Zn-N_4)体が、DNAのTATABoxに選択的、高効率でくっつき、TATA結合蛋白を阻害することを発見した。更にHIV-1TAR RNAのウラシル-richバルジに選択的、高効率でくっつきTat蛋白の結合を阻害することも発見。遺伝子発現制御する新たな概念の小分子が開発できた。3.多核金属錯体を素子とするpH-依存性の可逆的自己集積型超分子創造トリチオキヌレニンとTris(Zn^<2+>-cyclen)を中性水溶液中で混ぜると、安定な4:4の3次元カゴ型超分子が自己集合してできることを発見した。カゴの中にナノスケール空間があり、そこにサイズがフィットする脂溶性有機分子が捕捉されることも明らかにした。カゴの形は、Cuboctahedronでこの形および分子捕捉能は極めてユニークであり、世界最初の例である。

2.多核金属錯体を素子とするpH-依存性の可逆的自己集積型超分子創造我々は昨年、三核亜鉛錯(M=Zn^<2+>, R=H)とシアヌル酸(CA)は、水溶液中で、pHに依存して2:3または4:4の自己集合球状カゴ型ナノスケール分子が生成することを発見し、従来の脂溶性超分子とは全く異なる新規超分子を創造した。また、そのカゴ内に、アダマンタンやそれに類似したサイズの生理活性物質を包接できることを見い出した。このように、分子捕捉、イオン捕捉、捕捉分子の化学反応性などを追求する新たな化学を展開した。3.遺伝子発現を制御する新概念の小分子開発(遺伝子科学への展開)核酸二重鎖、RNA、リボザイム等と相互作用(minor groove binding)して遺伝子の転写を制御する金属錯体の開発を行った。Zinc Finger蛋白と大環状化合物との相互作用や、(CG-box)-Zinc Finger-大環状化合物相互作用を見い出し、実際に特定の遺伝子転写の阻害効果を持つことを明らかにした。
脳動脈瘤破裂の血行力学的危険因子の同定

脳の血管がコブ状に大きく膨らむ病気,脳動脈瘤(のうどうみゃくりゅう)は,循環器系における重要な血管病の一つであり,その破裂はクモ膜下出血の主な原因の一つである。本研究の目的は,脳動脈瘤がなぜ,どのように破裂するのか,どのような瘤が破裂しやすいのかを明らかにすることである。特に「血液の流れ」との関係に注目し,医療機関と協力しながら研究を進める。実際に脳動脈瘤を発症した患者のCT画像に基づき,実際の血管形状をコンピュータ上に再現し,その内部の血液の流れをコンピュータシミュレーションにより詳しく解析することで,「血液の流れ」と「脳動脈瘤の破裂」の関係を調べる。
ウィスカ強化アルミニウム合金複合材の製造および特性

機能的かつ機械的性質に優れたウィスカ強化アルミニウム合金複合材を得るには、製造法がポイントとなり、いかにウィスカを均一に分散させるかにある。現在のところ製造法には、大別して鋳造法と粉末冶金法がある。本研究では、粉末冶金法でウィスカ強化アルミニウム合金複合材を得る製造工程を確立し、複合材の特徴である耐熱性、耐摩耗性にも優れた高性能製品の作製のための基礎データを集め、また得られた複合材の高温特性を調べ、金属組織学的立場から高温特性と金属下部組織との関連を明らかにすることを目的とした。本研究に用いた粉末法は、SiCウィスカとA6061アルミニウム合金粉末を混合後、ホットプレスで一次成形した後さらに熱間押出しを行ない複合材を製造し、機械的特性や摩耗特性について調べた。特に、SiCウィスカの前処理、アルミニウム合金粉末の粒度、混合方法の影響について調べ、複合材の製造における問題点を考察した。本研究で得られた成果をまとめると以下のとおりである。SiCウィスカに前処理を施して、44μm以下のアルミニウム合金粉末を用いることにより強度は向上した。混合方法としてボールミルを用いると、ウィスカの体積率で5%、マグネットスターラを用いるとウィスカの体積率で2%までの複合材で強度の向上がみられた。混合方法によりウィスカの損傷や分散状態に差が生じ、これが強度に大きな影響を及ぼしていることが示された。また、ウィスカの損傷は、押出し工程までに激しくなり、アスペクト比も混合方法などに関係なく一定となった。SiCウィスカ強化アルミニウム合金複合材は、ウィスカ体積率10%で耐摩耗性が母材のアルミニウム合金の約3倍と非常に大きな結果となり、耐摩性材として有効であることが明らかとなった。機能的かつ機械的性質に優れたウィスカ強化アルミニウム合金複合材を得るには,製造法がポイントとなり,いかにウィスカを均一に分散させるかにある.現在のところ製造法には,大別して鋳造法と粉末冶金法がある.本研究では,粉末冶金法でウィスカ強化アルミニウム合金複合材を得る製造工程を確立し,複合材の特徴である耐熱性,耐摩耗性にも優れた高性能製品の作製のための基礎データを集め,また得られた複合材の高温特性を調べ,金属組織学的立場から高温特性と金属下部構造との関連を明らかにすることを目的としている.本年度は,繊維強化材料として, SiCウィスカを,またマトリックス材料として, A6061アルミニウム合金粉末を使用し,ホットプレスによる複合体ビレットの固化成形後,特に低コストであり既存設備での製造が可能である熱間押出し法により, SiCウィスカ/6061合金複合材の製造を試み以下の結果を得た.1.SiCウィスカと6061合金粉末の混合は,ボールミル法によれば,臨界アスペクト比以上に達する繊維を約70%以上に確保できる.2.SiCウィスカ体積含有量の増加に伴い,ウィスカの凝集部が増加する.そして,試料内部にその数が増加すると著しい強度の低下がみられる.3.粉末法において,ウィスカなど短繊維強化型の複合材はマトリックスと繊維の初期の複合固化過程での状態によりその特性は決定してしまう.4.二次成形の押出し工程中にSiCウィスカの損傷が生じ,繊維による強化効果が減少する.5.Si2Cウィスカ強化アルミニウム合金複合材は,ウィスカ体積含有量が10%で耐摩耗性がウィスカを含まないアルミニウム合金に対し約3倍の向上がみられた.本年度は、前年度に引きつづき、種々の粉末冶金法によりSiCウィスカ/6061アルミニウム合金複合材を製造し、諸特性を評価した。まず、混合後や押出し材のウィスカのアスペクト比を求めて製造工程中におこるウィスカの損傷を調べた。

その結果、ウィルカの損傷は押出し工程までに激しくなり、アスペクト比は混合方法に依存せず一定となっていることが示された。ウィスカの分散状態や配向状態は、走査型電子顕微鏡(SEM)、X線マイクロアナライザ(EPMA)により調べ、引張強度とウィスカの分散状態との関連を明らかにした。また、破面観察より強度にはウィスカの分散状態が影響するほかに、ウィスカと昇面との濡れ性が重要となることが分かった。摩擦特性は、押出し後の複合材をピン-ドラム式摩擦試験機を用い、試験後の摩擦痕幅を測定して評価した。その結果、SiCウィスカ強化アルミニウム合金複合材は優れた耐摩擦性を示し、耐摩擦材として有効であることが明らかとなった。
リン脂質膜の相転移用いた標的認識型ハイドロゲルフォトニックセンサー

周期的な微細構造からなるフォトニック構造体は光を選択的に反射させ、色素を含まないにも関わらず発色する(構造色)。本研究課題では申請者が最近発見したリン脂質膜を構成要素とした動的フォトニック結晶を利用し、標的認識型の構造色センサーを開発する。このフォトニック構造体がリン脂質膜の相転移と連動して外部刺激に対して極めて鋭敏に色を変化させる性質を利用し、リン脂質膜に標的に対するレセプターを組み込み、標的選択的に相転移を誘起し構造色を変化させるフォトニック構造体を作成する。さらに、このリン脂質型フォトニック構造体をヒドロゲルに埋め込み、標的認識型の高感度ヒドロゲルセンサーへの応用を試みる。
全身ダイナミック接触行動のヒューマノイド知能

ヒューマノイドロボットを介護,災害救助等の支援に適用するには,人体の抱き起こしや大きな重量物の抱え上げなど,全身の各部で対象物や環境と接触し支えながら扱う機能が不可欠であるが,この機能は従来のロボット学ではほとんど扱われてこなかった.本研究では,ヒューマノイドロボットの全身を覆う柔軟触覚センサを独自に開発,実装し,また人間のスキルの計測とモデル化も踏まえ,それらの情報を活用して全身接触動作を制御する手法を構築し,世界に先駆けて,30kgの箱の抱え上げ動作や66kgの人体ダミーをベッド上で移動させる動作の実現に成功した.これにより,全身ダイナミック接触行動という新しい分野の基礎を築いた.ヒューマノイドロボットは将来,人間と密に接しつつ人間を助ける存在として期待される.全身各部での接触や転がりを積極的に利用した全身接触行動は,これらの期待にこたえるためには不可欠な能力である.本研究では,ヒューマノイドロボットにおける全身接触行動知能の中核的基盤技術の開拓を目指して, 1)全身分布触覚センサの構築方法, 2)さまざまな身体部位の接触を活用した自己身体と対象物のダイナミックな運動操作スキル, 3)臨機応変な全身接触行動戦略の選択, 4)上記全身行動能力の学習に関する研究を行う.ヒューマノイドロボットを介護,災害救助等の支援に適用するには,人体の抱き起こしや大きな重量物の抱え上げなど,全身の各部で対象物や環境と接触し支えながら扱う機能が不可欠であるが,この機能は従来のロボット学ではほとんど扱われてこなかった.本研究では,ヒューマノイドロボットの全身を覆う柔軟触覚センサを独自に開発,実装し,また人間のスキルの計測とモデル化も踏まえ,それらの情報を活用して全身接触動作を制御する手法を構築し,世界に先駆けて,30kgの箱の抱え上げ動作や66kgの人体ダミーをベッド上で移動させる動作の実現に成功した.これにより,全身ダイナミック接触行動という新しい分野の基礎を築いた.ヒューマノイドロボットの作業能力拡大を目指し,人体を背負って運ぶ,肩を貸して歩く,などの人体密着型行動や,荷物,家具,建材など,かさばる重量物を扱う力仕事,災害現場等の不整地やプラント内の狭隘空間における環境密着型の移動スキルなどの基盤技術として,全身の任意の部位において対象物や環境に接触し,それを活用することで,人体や自己のボディなどの重量物を自在に扱う行動能力の実現に向けた研究を進めている.本年度は,以下の項目について研究を実施し,成果をあげた.[特記事項]実機の構築と実験の面で当初の予想を大きく超える進展があり,これを加速するため,18年度に予定していた人間動作解析や理論構築関連部分を19年度に繰り延べ,相当分の予算と労力を当初計画では19年度に予定していた全身接触型重量物ハンドリングの初期実験に集中投入した.この結果,当該実験に限定条件下で成功を収め,世界初の成果を挙げて報道等でも大きく取り上げられた.具体的には,机上に置かれた30kgの箱を,触覚により状態検知しつつ引き寄せ,抱え上げる動作,ならびに,台上で,両腕上に置かれた66kgのダミー人形を,触覚で垂直抗力を制御しつつ一気に引き寄せる動作に成功した.成果は,NHK, TBS,各新聞,および海外メディアで報道された.現在論文投稿中である.[研究実績]「全身接触動作可能なヒューマノイドロボットシステムの構築」では,分布触覚センサの改良と柔軟外装を含めた製作を行い,既有設備である等身大ヒューマノイドロボットのほぼ全表面を覆いつくす実装を行った.当初計画より大幅に先行し,触覚点数1864という,世界で他に例を見ない全身分布触覚を実現した.「ヒューマノイドロボット全身分布触覚の情報処理手法の構築」では,分布触覚データのパターン認識手法や,一定条件下での外力推定手法を構築し,上記重量物操作実験に適用した.「全身ダイナミック接触動作の制御手法の構築」では,限定状況に関して触覚情報を利用した力学状態推定とそれに基づく動作制御法を構築し,これに基づき上記重量物操作実験を実現した.「ヒューマノイドロボットによる全身ダイナミック接触動作の実験」では,重量物操作において,腰部で机の縁に接触して身体を支持する動作を実現し,また,椅子への着座動作,壁への寄りかかりなども実現した.本年度は,前年度に成功した全身接触型重量物ハンドリング基礎実験の結果を踏まえ,人間の動作戦略の計測・解析や全身動作制御手法の構築等に取り組み,手法の一般化・体系化を進めると共に,システムの拡充・強化を進めることで,より一般性のあるタスク能力の実現を目指した.(1)人間の全身ダイナミック接触動作戦略の計測,解析,モデル化(國吉,山本)人間の被験者による抱え上げ等の全身接触動作の精密計測を行い,力学的解析およびモデル化を行った.計測には,3次元運動計測装置(既有設備)を主に用い,人間動作接触力計測装置も試験的に導入した.人間動作接触力計測装置は,人間が物体をハンドリングする際の体表面における接触力を計測するもので,当初,備品として購入予定であったが,市販品では十分な性能を得られないことが判明したため,独自技術である柔軟分布触覚センサをもとに自作して利用した.これら計測結果から,レスキュー隊員や介護士等の熟練者と未経験者の動作戦略の違いが一部明らかになった.(2)全身接触動作可能なヒューマノイドロボットシステムの構築(國吉,長久保)ロボット本体(既有装置)を改修し,機械疲労の疑われる部品交換,高負荷駆動部の改善,電気回路系の信頼性向上,触覚センサ等センサ系の信頼性向上,等の改良を施し,より一般的な実験に備えた.(3)ヒューマノイドロボット全身分布