hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大型液体シンチレータ検出器でのニュートリノのマヨラナ性と世代数の研究

a)新たに製作したミニバルーンをカムランド内に導入し、キセノンを含まない液体シンチレータで膨らませて放射性不純物レベルをカムランド自身で検証した。フィルム上のバックグラウンド量は前回の10分の1程度に抑えられていたが、液体シンチレータの不純物量が許容範囲ギリギリであったため、蒸留塔を洗浄した上で再度蒸留純化を行った。液漏れの兆候は無く、キセノンの循環導入に進み、二巡したところで745kgのキセノンを導入することに成功し、前回からほぼ倍量のキセノンでKamLAND-Zen 800を開始した。極低放射能環境を実現できたことで、0ν2β探索の有効体積は以前の34倍に増大しており、ニュートリノ質量の逆階層構造に切り込み、複数の理論モデルの検証が可能となった。b)212Bi-Poの連続崩壊が単一事象と誤認された場合0ν2β探索のバックグラウンドとなるが、低放射能化によって220Rn-216Poの連続崩壊を検知することで2日にわたるvetoが可能となり、トリウム系列のバックグラウンドをほぼ全て排除することが可能となった。これは低エネルギー太陽ニュートリノ観測で問題となる208Tlの排除にも有効である。c)今後の探索で主要なバックグラウンドとなる宇宙線による原子核破砕起源の10Cに対して、ニューラルネットを導入した波形解析によって約半分に低減することに成功した。10Cの低減にはさらにミューオン・中性子・10Cの遅延三重同時計測が有効であるが、ミューオンの大信号後のオーバーシュートが中性子検知の障害となっている。開発中の新型電子回路が持つFADCの情報を使ってオーバーシュートを補正するフィードバックをかけることに成功し、新型電子回路の小型化・低ノイズ化が進展した。d)原子炉停止期間の地球ニュートリノ観測を安定的に継続した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。1.ニュートリノレス二重ベータ崩壊(0ν2β)探索において、純化の成功により、Xe-136の0ν2β半減期に対して90%の信頼度で2.6×10^25年以上(暫定結果として国際会議で発表)という制限を得て、マヨラナ有効質量に対しては140280meV以下という世界最高感度のさらなる向上を実現した。純化後データの蓄積による感度向上で、単独でのKKクレイムの検証、100meVを切る感度の達成が見込まれている。また、詳細な時間較正による位置分解能の向上も感度向上に貢献する。2.さらなる改良のために、キセノン導入量を383kgから約650kgに増量する準備を進め、ミニバルーン再製作のためのスーパークリーンルームの準備、関連する外水槽改修工事の準備などを計画通りに進めた。3.革新的測定技術開発として、(1)エネルギー分解能の向上のための集光ミラー開発において、設置時の自由度を高める変形性の確保、(2)広視野・広被写界深度・大開口光学系の設計において、ミラー型とレンズ型双方でのミュー粒子撮像に成功、(3)高発光・高引火点液体シンチレータにおいて、蒸留に頼らない吸着剤による純化方法の開発、(4)シンチレーションフィルムの開発において、α線による表面汚染測定装置の設計、(5)高量子効率光センサーの開発において、磁場の影響や受光位置や角度に対する特性研究、を実施した。4.並行して、原子炉停止時の好環境での地球ニュートリノ観測データを蓄積し、統計精度の改善がなされた。また、地殻の寄与をより詳細に計算するためのタスクフォースを岩石学者・地震学者・地球物理学者・地質学者らと連携して立ち上げ、地球ニュートリノ観測結果と地球モデルとのより詳細な比較に備えている。5.ステライルニュートリノ探索のための反ニュートリノ源の設計を進め、空洞内の放射化など詳細なシミュレーションを実施した。a)0ν2β探索において、純化後のデータ534.5日分を蓄積し、5月の領域主催国際会議で発表する。感度が5倍程度高まり縮退構造をほぼカバーする見込みである。並行して、地球ニュートリノデータを蓄積し統計精度を改善するとともに、最新の短基線原子炉ニュートリノ実験の成果を取り込むことで系統誤差の縮小に成功している。b)累計800kgのキセノンを調達し目標量の確保に成功した。c)キセノン800kgを内包できるミニバルーンを埃対策下で再作成した。環境湿度上昇後のリークテストを経て完成する。d)観測終了時に放射線源を使った較正、その後キセノン回収・ミニバルーン撤去を実施した。回収キセノンは新規分と合わせて蒸留純化している。e)ミニバルーン撤去後、故障率の高かった外水槽の光センサーを耐水性の高い光センサーに取り替え、消防点検も実施した。赤道部の反射シート強化・光センサーの向き調整・高量子効率光センサーの使用によって、宇宙線識別効率を向上させつつ光センサー総数を約6割に減らしコスト低減を実現した。f)改修中は夜間に超新星爆発に備えた縮退運転を行い、改修後にはミニバルーンのない状態で順調に再稼働した。g)ニュートリノ世代数研究のためのサイクロトロンを使ったニュートリノ源の検討において、電力・冷却水・放射化の詳細検討を行いデザインにフィードバックした。h)測定技術の開発研究として、(1)集光ミラー開発において、要求性能を満たすプロトタイプの製作に成功、(2)高感度撮像装置の開発において、高精度でのミラーを製作し中性子のLi6への捕獲事象の撮像に成功、(3)高発光・高引火点

液体シンチレータ開発において、モレキュラーシーブによる純化で透過率を大幅に改善し光収集率向上に対する要求性能を達成、(4)シンチレーションフィルムを使った小型バルーンの試作に成功した。当初計画と比べて、a)純化によるバックグラウンドの低減に成功し、平成29年度以降に予定していた縮退構造をカバーする感度をすでに実現できている。b)累計キセノン量800kgの調達をすでに完了した。その他、c)埃対策下でのミニバルーンの製作、d)放射線源を使った較正・キセノン回収とミニバルーン撤去、e)外水槽の改修・メインタンクの消防点検の実施、f)カムランドの再稼働、g)サイクロトロンを使ったニュートリノ源デザインでの進捗、h)将来のための技術開発、は全て順調に前倒し気味で進んでいる。a)0ν2β探索において、純化によるバックグラウンドの低減に成功し、純化前後を合わせて136Xeの半減期に対して90%信頼度で1.07×10^26年以上という制限を与えた。これまでの探索感度を大幅に改善するものであり世界を大きくリードすることに成功した。マヨラナ有効質量に対する制限としては61-165 meV以下という縮退構造をほぼカバーする制限であり、逆階層構造を検証する適切な実験手法であることを裏付けた。b)800kgの濃縮キセノン全量に対して蒸留およびゲッターを使った純化を完了した。c)徹底的なクリーン化対策を施し、クラス1スーパークリーンルームで800kg用ミニバルーンを製作し、ヘリウム検出器によるリークテストを実施した。d)新規のミニバルーンをカムランド内に導入し、キセノンを含まない液体シンチレータで膨らませ約1ヶ月間のデータ取得を行なった。新規のミニバルーンは400kg用のミニバルーンと比較して10倍程度のバックグラウンド低減に成功していることがわかり、クリーン化対策の有効性を示した。e)配送から導入に至る一連の作業の中でミニバルーンにリークが生じてしまったため、そのまま撤去しリークの原因調査を行なった。クリーン化の過程で機械化を測った溶着部分にまれに欠陥が生じることが判明し、溶着機の改善を行なった。今後は改良型溶着機での溶着性能評価を行い、800kg用ミニバルーンを再製作する。f)将来の改良のための開発として、モレキュラーシーブによる高発光・高引火点液体シンチレータの純化の最適条件を調べ、実機のデザインを行なった。世界をリードする感度を達成したとともに、さらなる大型化に向けたミニバルーン製作においてバックグラウンドの大幅な低減に成功している。リークが見つかったためミニバルーンを再度制作するが当初計画よりは速いペースで進展している。a)0ν2β探索において、マヨラナ有効質量に対して逆階層構造領域に切り込み、複数の理論予測を検証できる40meV程度の感度を持たせることを目指している。そのための主要な改良として、濃縮キセノン量を倍増する直径4m、厚さ25ミクロンのナイロン製ミニバルーンを、クラス1スーパークリーンルームで徹底的なクリーン化対策を施し製作した。製作に際しては、溶着強度を2倍程度高める最適化を達成し、改良した機械プレスを導入し細かい溶着も含め安定した溶着性能を実現した。
磁界重畳型電界放出電子銃の装備による超低加速電子線プローブ応用装置の超高性能化

本年度は、低加速電子線応用装置の代表的な応用分野である低加速走査型電子顕微鏡法(SEM)を主として行なうと共に、分光法と組み合わせた走査透過電子顕微鏡法(STEM)の可能性についても実験を行なった。1.2次電子検出器を前年度購入の走査像観察装置に取り付け、低加速SEMによるLSI等のマイクロ電子デバイスの非破壊検査法の実用性を確立させるための実験を行なった。LSI等の表面は、パッシベーション膜と呼ばれる電気的絶縁保護膜で覆われており、これを通常のSEMで直接観察するとチャージアップの影響を受け、正常な像観察ができない。しかし、加速電圧を1kV程度まで低くすることにより、チャージアップの障害なしに、表面の微細構造のみならず、膜下の電極に印加されている電位に対応したコントラスト像が得られること、このコントラストは観察中に徐々に消失してゆくが、消失に要する照射電子線量Dmは電極電位Vと比例関係にあることが判明した。このV-Dm特性はパッシベーション膜の膜厚、膜の材質に依存し、この関係を用いれば、試料上の任意の箇所の局所的電位の定量的測定が可能であることが明らかとなった。2.STEMでは、エネルギーアナライザを用いて薄膜試料を通り抜けてくる透過電子の分光(エネルギー分析)を行なうことにより、弾性散乱、非弾性散乱、非散乱の3種類の信号電子の同時・分離検出が可能である。本実験では、これらの信号電子間の演算処理(例えば、引き算処理や割り算処理)を行なった結果、試料の局所領域における元素分布の観察が可能であること、試料の厚さに依存しない原子番号に依存したコントラストが得られることもわかった。(1)磁界を重畳した陰極tipー第1陽極間(距離d)のdiode領域と,その後に配置される3電極静電減速レンズの電子光学的特性の計算から,以下の知見が得られた。(1)陰極tipに対する第1陽極の電圧をV_1,diode領域中の有効磁界に対するアンペア回数をNIとすると,diode領域の特性,即ち放出電子線の収束特性,光源位置などはNI/√<V_1>の値によりほぼ一義的に決まる。(2)diode領域の後に配置される3電極静電減速レンズの球面・色収差係数を共に小さくするには,第1ー第2陽極間(距離S)では加速レンズ,第2ー第3陽極間(距離1に規格化)では減速レンズとして用いること,第1,第3陽極が肉厚で第2陽極が肉厚で第2陽極が肉薄の電極形状を採用すること,S及びd/sを共に小さくすることが有利である。(2)イオンポンプ,タ-ボ分子ポンプから成るドライ排気系を備えた電界放出電子銃(FEG)の組み立ても順調に完了し,当初目標とした10^<ー8>Pa台の超高真空が達成されている。現在,数10μAの電界放出電流が安定に得られるようになっており,枯らし運転を続行中である。(3)FEGの動作状態(真空度,放出電流など)をモニタ-,コントロ-ルするための回路,及び真空度の異常低下などの異常事態が発生した場合に放電による陰極tipの破壊を防ぐための安全回路の製作も完了し,各機能が正常に動作することの確認を終えている。(4)本年度購入したエネルギ-アナライザは,装置に実装後,次年度における放出電子線のエネルギ-分布幅の測定が支障なく遂行できるよう性能の確認を行なうと共に,装置全体の電子光学的調整を完了した。(5)強励磁対物レンズの前磁場で縮小された電子線プロ-ブを後磁場で拡大してプロ-ブ径を測定するためのレンズ動作条件に関する実験を行なった結果,試料位置を適切に選ぶことによって,強励磁モ-ド対物レンズにより支障なくプロ-ブ径の測定が可能であることを確認した。1.平成3年度に組み立てを完了した電界放出電子銃(FEG)は、当初目標とした10^<-8>Pa台の超高真空が達成され、現在、数+μAの放出電流を数時間以上にわたり、安定に取り出すことができる。2.磁界を重畳したダイオード領域のみの測定から、以下の諸点が明らかとなった。(1)陰極チップ-第1陽極間電圧をV_1、ダイオード領域に重畳される有効磁界に対応するアンペア回数をNIとすると、ダイオード領域の焦点特性は、励磁パラメータk≡NI/√<V_1>の値により、ほぼ一義的に決まる。(2)kの値の増加に伴い、ダイオード領域の電子線のangular confinementも増加する。(3)kの値を変えることにより、光源位置を任意にコントロールできる。(4)以上の諸点は、平成3年度に行なった計算結果をほぼ裏付けるものである。3.つぎに、ダイオード領域とそのあとに続く3電極加・減速レンズ界の両方を考慮したFEGの総合特性を測定した結果、以下の諸点が明らかとなった。(1)第1、第2、第3陽極の紋りを通り抜け、電子銃から取り出し得るビーム電流は、磁界を重畳することにより大きく増加できる。(2)第1-第2陽極間電圧および第2-第3陽極間電圧の任意の値に対して、上記ビーム電流を最大にする最適励磁パラメータkがいつも存在する。

4.電子線プローグ径の測定結果から、第1-第2陽極間および第2-第3陽極間をそれぞれ加速および減速レンズとして動作させ、かつ励磁パラメータを上記最適値に設定することが、高輝度特性を損なわないようなFEGの動作方式であることが明らかとなった。5.FEGの動作条件と電子線のエネルギー分布の関係を調べた結果、電子線中の電子間クーロン相互作用に基ずくエネルギー分布幅の異常広がりは、放出電流のほぼ1/2乗に比例して増加することが判明した。本年度は、低加速電子線応用装置の代表的な応用分野である低加速走査型電子顕微鏡法(SEM)を主として行なうと共に、分光法と組み合わせた走査透過電子顕微鏡法(STEM)の可能性についても実験を行なった。1.2次電子検出器を前年度購入の走査像観察装置に取り付け、低加速SEMによるLSI等のマイクロ電子デバイスの非破壊検査法の実用性を確立させるための実験を行なった。LSI等の表面は、パッシベーション膜と呼ばれる電気的絶縁保護膜で覆われており、これを通常のSEMで直接観察するとチャージアップの影響を受け、正常な像観察ができない。しかし、加速電圧を1kV程度まで低くすることにより、チャージアップの障害なしに、表面の微細構造のみならず、膜下の電極に印加されている電位に対応したコントラスト像が得られること、このコントラストは観察中に徐々に消失してゆくが、消失に要する照射電子線量Dmは電極電位Vと比例関係にあることが判明した。このV-Dm特性はパッシベーション膜の膜厚、膜の材質に依存し、この関係を用いれば、試料上の任意の箇所の局所的電位の定量的測定が可能であることが明らかとなった。2.STEMでは、エネルギーアナライザを用いて薄膜試料を通り抜けてくる透過電子の分光(エネルギー分析)を行なうことにより、弾性散乱、非弾性散乱、非散乱の3種類の信号電子の同時・分離検出が可能である。本実験では、これらの信号電子間の演算処理(例えば、引き算処理や割り算処理)を行なった結果、試料の局所領域における元素分布の観察が可能であること、試料の厚さに依存しない原子番号に依存したコントラストが得られることもわかった。
「心理主義批判」という観点から見た認知科学

「心理主義」という用語が初めて用いられたのは1866年のこととされる.J.E.エルトマンが,その著『哲学史概説』においてF.E.ベネケの哲学に対し,この呼称を用いたのである.19世紀末から20世紀初頭にかけて争点となったのは,いわば「論学的心理主義」の立場であった.G.フレーゲは,その生涯にわたって徹底して反心理主義の立場を貫いた.心理主義的な論理学者は現実的でないものはすべて主観的でなければならないと仮定している.だが,フレーゲはこれを否定する.彼は,「客観的なるものの第三の領域」が存在するという前提から出発する.数や概念はこの第三の領域に属する.この客観的で非物理的な存在は,それを把握することのできるあらゆる理性的存在者にとって同一である.数学や論理学において,われわれは相互主観的な合意を形成しうる.客観的存在の領域はこの合意形成の可能性に依存する.換言すれば,それは「理性」への依存である.だが,フレーゲが「理性の哲学」について語ることはなかった.他方,一般に『算術の哲学』で心理主義の立場をとっていたフッサールは,フレーゲの批判に呼応するかたちで,『論理学研究』において反心理主義の立場に転じ,その後,自らの現象学を展開したとされる.だが,見方を変えれば,フッサールの探究は,心理学と論理学に対して自らの哲学をどう位置づけるかによって変遷せざるをえなかったともいえる.フッサールの哲学の理論的な内実は,『論理学研究』以前から提示されていた理論の着実な展開と見なすことができる.一見,矛盾しているかのようにも見えるこの二つの見方が生じるのは,前者が,いわば哲学内部の理論に定位しているのに対し,後者は哲学と心理学との関係に定位しているためである.フッサールの哲学は,心理学に対する自らの位置づけを変更しながら,それを通じて,理論を発展させていったということができる.「心理主義」という用語が初めて用いられたのは1866年のこととされる.J.E.エルトマンが,その著『哲学史概説』においてF.E.ベネケの哲学に対し,この呼称を用いたのである.19世紀末から20世紀初頭にかけて争点となったのは,いわば「論学的心理主義」の立場であった.G.フレーゲは,その生涯にわたって徹底して反心理主義の立場を貫いた.心理主義的な論理学者は現実的でないものはすべて主観的でなければならないと仮定している.だが,フレーゲはこれを否定する.彼は,「客観的なるものの第三の領域」が存在するという前提から出発する.数や概念はこの第三の領域に属する.この客観的で非物理的な存在は,それを把握することのできるあらゆる理性的存在者にとって同一である.数学や論理学において,われわれは相互主観的な合意を形成しうる.客観的存在の領域はこの合意形成の可能性に依存する.換言すれば,それは「理性」への依存である.だが,フレーゲが「理性の哲学」について語ることはなかった.他方,一般に『算術の哲学』で心理主義の立場をとっていたフッサールは,フレーゲの批判に呼応するかたちで,『論理学研究』において反心理主義の立場に転じ,その後,自らの現象学を展開したとされる.だが,見方を変えれば,フッサールの探究は,心理学と論理学に対して自らの哲学をどう位置づけるかによって変遷せざるをえなかったともいえる.フッサールの哲学の理論的な内実は,『論理学研究』以前から提示されていた理論の着実な展開と見なすことができる.一見,矛盾しているかのようにも見えるこの二つの見方が生じるのは,前者が,いわば哲学内部の理論に定位しているのに対し,後者は哲学と心理学との関係に定位しているためである.フッサールの哲学は,心理学に対する自らの位置づけを変更しながら,それを通じて,理論を発展させていったということができる.当初の研究実施計画にしたがい,フレーゲやフッサールがおこなった心理主義批判の対象とされた今世紀初頭の心理学の理論の内容を検討し,今日の認知科学の知見との本質的な相違を分析した.とくに,ミルやリップスの主張していた心理主義とはいかなる立場であったのかに焦点をあてて心理主義の主張を考察した.それとともに,認知科学がどのようなかたちで心理主義を内包しているのかを明らかにするために,特に今日の言語的認知の研究における自然主義的認識論に関する検討をおこなった.認知科学の草創期を支えていた古典的認知主義は,認知活動を生物学的基盤から完全に切り離して研究しようとするものであったが,言語現象を身体や生態的環境との連関において捉えようとする近年の認知言語学の試みは,生物学の知見や進化論的視点を導入する点において自然主義的傾向が見られる.こうした自然主義的傾向の内実を考察した研究成果は,論文「言語と進化」(『現象学生報』第15号)として発表した.これらの研究成果は,今後,二〇世紀初頭の心理主義と現代の認知科学との関係を分析する際に,活用しうるものと思われる.平成11年10月以降は,フォーダーやデネットらに代表される心の哲学の立場からの認知科学へのさまざまなアプローチを検討している.心的内容をめぐる議論や,ホーリズムの問題等を含め,広い視野から今日の心理主義の内実を考察しており,その成果の発表準備中である.当初の研究計画にしたがい,フォーダーおよびデネットの議論に関して検討をおこなった。

心の哲学の立場からなされた,認知科学に対するこれらのアプローチは,「心的内容」という古典的テーマを「個体主義」や「広い内容と狭い内容」といった今日的視点と関連づけるものである.個体主義的見解は,認知科学だけでなく,心理学,進化生物学などさまざまな分野に見られるが,とりわけ認知科学においては,個体主義的制約に適うような内容概念の可能性が問題となる.他方,非個体主義的な議論は,「状況に埋め込まれた認知」「非表象主義的認知」といった議論を背景として,認知科学の領域に広がりつつある.今年度は特にこうした個体主義をめぐる議論と心理主義批判との関連を検討し,現在,その成果をまとめる作業をおこなっている.これらの研究成果は,今後,二〇世紀初頭の心理主義的見解が現代の認知科学においていかなるかたちをとっているのかを分析する際に,有効な手がかりとなるものと思われる.また,同時に,フレーゲを中心に展開された心理主義批判の内実を整理するため,ロッツェやナトルプらによる心理主義批判についても検討をおこなってきた,これらについては,さらに詳細なテキストの読解,他のテキストの検討が必要であり,次年度以降もこの考察を継続していく予定である.当初の研究計画にしたがい,「個体主義」の制約に適うような「内容」概念の可能性の検討をすすめた。それとともに、「状況に埋め込まれた認知」や「非表象主義的認知」といった議論の分析によって「非個体主義」の議論の考察を深めた。現在は、これらの議論と心理主義批判との関連を検討し,その成果をまとめる作業をおこなっている.これらの研究成果は,今後,二○世紀初頭の心理主義的見解と現代の認知科学との関係を分析する際に,有効な手がかりとなるものと考えられる.また,同時に,フレーゲを中心に展開された心理主義批判の内実を整理するためにおこなってきたロッツェやナトルプらによる心理主義批判についても、詳細なテキストの読解および検討を加えてきた。さらに、こうした議論の歴史的な意味を明らかにするため、特に19世紀末のヨーロッパにおける「心理学」をめぐる歴史的な動きを資料によって調査している。この作業は、心理主義あるいは心理主義批判と現象学との関係を明らかにするうえで、不可欠なものと思われる。これらについては,さらに詳細なテキストの読解,他のテキストの検討が必要であり,次年度以降もこの考察は継続していく予定である.当初の研究計画にしたがい,フレーゲを中心に展開された心理主義批判の内実を整理するためにおこなってきたロッツェやナトルプらによる心理主義批判について,より詳細なテキストの読解をすすめた.また,こうした議論の歴史的な意味を明らかにするため,特に19世紀末のヨーロッパにおける「心理学」をめぐる歴史的な動きに関して,資料による調査研究をおこなった.こうした研究によって明らかになった時代背景を前提として,フレーゲおよびフッサールの心理主義批判について詳細な検討をおこなうとともに,心理主義批判をめぐる両者の歴史的な関係を考察し,その議論の内容を比較検討した.これによって,19世紀末から20世紀初頭にかけてドイツを中心に展開された心理主義をめぐる議論が明らかとなるとともに,フレーゲとフッサールの心理主義批判の意味が従来以上に明確となった.これらの研究成果は,論文「フッサールの心理主義批判」および「フレーゲの心理主義批判」として発表した.さらに,以上の考察の対象となった19世紀末の「心理主義」を今日の認知科学の知見と比較検討し,その本質的な相違を明らかにするとともに,認知科学がいかなるかたちで心理主義的な要素を内包しているのかを整理するための研究をおこなった.その成果については,近日中に学会誌に発表する予定である.
北方森林生態系における大規模撹乱後の植生遷移にともなう炭素動態の変化

撹乱の履歴が異なる北海道の2つの森林(風倒害による大規模撹乱を受けた後に自然更新が進むカラマツ林跡地と皆伐後のカラマツ植林地)において,炭素収支の変化を明らかにすることを目的として,植生遷移の過程,炭素蓄積量,CO2収支などに関する野外観測を行った。台風跡地では,撹乱後7年までは積算NEEが徐々にゼロに近づいたが,それ以降はわずかに正(放出源)のままであった。一方,カラマツ若齢林では,撹乱後7年目から年収支でCO2吸収源に回復した。このような違いは,下層植生と撹乱後に残置された粗大有機物の有無に依存する考えられる。平成25年度は、追加採択のため予算交付が遅れたため、研究開始が積雪期となってしまった。そのため、野外調査が困難になったため、各研究サイトでの新たな観測(画像情報)の開始を次年度に繰り越すとともに野外調査の準備を進めた。平成26年度には、まず研究体制及び計画を確認するための集会(打ち合わせ)を実施した。また、苫小牧Aサイトおよび天塩サイトの蓄積された過去の調査・観測データの整理、解析を行った。さらに、両サイトに波長別の反射光強度の画像(ハイパースペクトル画像)を連続撮影できる波長可変型液晶フィルターカメラ(LCTFカメラ)を設置し、テスト撮影を行った。その結果を用いて、モニタリングのためのパラメータを決めるとともに予備的な解析を行った。また、両サイトにデジタルカメラと分光放射計を設置し、定点画像と分光放射データの蓄積を開始した。これらの画像モニタリングは当初の計画には無かったものであるが、小型LCTFカメラを観測タワー上で利用することができるようになったため、人工衛星データを用いた環境リモートセンシングのための基礎的知見を得るために実施することとした。そのため、航空機による赤外カラー画像の撮影は中止することになった。なお、新たな研究サイト(苫小牧B)の立ち上げについては、候補地内に環境撹乱(植生および表土の除去)が発生してフラックス観測の条件に合致しなくなったため、中止することとした。本サイトについては、翌年度以降に植物バイオマスの測定による炭素蓄積量の評価を行うこととした。年度末に、これまでの研究の進捗と次年度の予定を確認するための集会(研究打ち合わせ)を行った。苫小牧サイトと天塩サイトでは、渦相関法やチャンバー法によるCO2フラックス観測、植生遷移と植物バイオマス蓄積量のモニタリングを行い、データとして蓄積した。苫小牧サイトにおいて、撹乱後の毎年のバイオマス調査によって得られた遷移とバイオマス蓄積をまとめた。撹乱直後はエゾイチゴが優占した下層植生バイオマスが増加したが、撹乱後6年頃から、オオアワダチソウが優占した。また、その頃からシラカンバなどの落葉広葉樹(以降、高木)が増加した。高木バイオマス増加に伴い、下層植生のバイオマスが減少し、総バイオマスの増加は頭打ちとなった。攪乱後の純一次生産量(NPP)は、攪乱前の3分の1以下にとどまった。天塩サイトにおいて、森林伐採後の更新方法が森林のバイオマス蓄積量に与える影響を検討した。天然更新の平均炭素貯留量は8.41tC/haであり、ササと表層土壌を剥ぎとった後にカラマツを植林した場合(14.4 tC/ha)に比べて少なかったが、ササを筋状に刈り払い植林を行った場合(3.2 tC/ha)に比べて大きかった。表層土壌とササの剥ぎ取りは、施業時のCO2の大放出が懸念されるが、森林造成やバイオマス蓄積の観点から有用な手法であることが分かった。乱流モデルの開発において、群落乱流の特徴である間欠的に生じる大規模な乱流現象にともなう輸送過程を、群落多層キャノピーモデルにおいて適切に表現するため、鉛直輸送に関わる次クロージャーモデルを導入するための予備検討を行った。いくつかのクロージャー仮定に従い、平均場の他に、速度とスカラー量についての二次モーメントの診断式を合わせて解くことにより、鉛直方向への運動量やスカラーの輸送量を算出するコードを開発した。このコードで予備計算をしたところ、従来の勾配-拡散型のパラメタリゼーションに比べ、群落内の各統計量の鉛直プロファイルがより現実的に再現されることが確認された。苫小牧サイトと天塩サイトでは、渦相関法やチャンバー法によるCO2フラックス観測、植生遷移と植物バイオマス蓄積量のモニタリングを継続し、データとして蓄積した。また、植物の光合成パラメータを得るため、デジタルカメラに加え、新たにハイパースペクトルカメラを設置し、通年でスペクトル画像を取得した。さらに、森林群落内外の微気候や乱流輸送を再現するモデルの開発とその検証のため、無人小型航空機を用いた気温観測システムを作成し、飛行観測テストを実施した。苫小牧サイトでは、撹乱後の表土を残したサイト(苫小牧A)と表土をはぎ取ったサイト(苫小牧B)の種組成とバイオマス蓄積量を比較した。撹乱10年後、苫小牧Aではシラカンバなどの落葉広葉樹が増加し、一方、苫小牧Bでは、カラマツとシラカンバの落葉樹林となった。樹高2m以上の木本バイオマスは両サイトで同程度であったが、下層植生バイオマスは表土剥ぎ取り区の方がかなり小さかった。苫小牧Aサイトにおいて、土壌呼吸量、及び、草本・灌木のCO2収支のデータを取りまとめた。

その結果、土壌呼吸量は撹乱後増加傾向にあったが、撹乱6年後以降の微生物呼吸量は土壌呼吸量と有意差はなく、根呼吸の寄与が小さいことがわかった。また、総光合成量、総呼吸量、正味光合成量ともに、撹乱後増加傾向にあったが、その増加は2012年以降頭打ちになった。得られたスペクトル画像を用いてクロロフィル指標(CIとCCI)を計算し、地上で測定した実測のSPAD値と比較した。その結果、クロロフィル指標は7月をピークとする季節変化が観察され、SPADと有意な相関関係がみらえた。したがって、ハイパースペクトル画像から得られたこれらの指標を用いることで、植物のフェノロジーが検出され、クロロフィル量の空間分布を推定できることが推察された。無人小型航空機を用いた気温観測システムを用いた微気象観測の結果、解析に必要なデータが取得された。苫小牧・天塩の両サイトにおける観測データの蓄積・整理・解析が順調に進められた。また、ハイパースペクトルカメラの撮影および解析手法が確立され、デジタルカメラや分光放射計のデータ蓄積も進んだため、光合成パラメータ取得の体制が整った。1)20162017年に北海道大学天塩研究林のササが混在するカラマツ植林地において,ハイパースペクトル画像から得られた反射スペクトルを用いて総一次生産(GPP)の推定を試みた。渦相関法で観測されたCO2フラックスから得られた森林の光合成パラメータを従属変数,ハイパースペクトル画像の任意の2波長の反射率を用いて計算された正規化スペクトル指数(NDSI)を独立変数として単回帰分析を行った結果,780 nmと710 nmの波長の組み合わせで最大の決定係数が得られた。推定した光合成パラメータから計算したGPPと観測されたGPPを比較した結果,ほぼ1:1の関係になり、高い精度で推定することができた。2)倒壊区の地上部バイオマスの測定を継続した。2011年以降減少が続いたオオアワダチソウなどの下層植生の減少は止まり、近年は一定レベルで推移している。一方で、シラカンバ、ダケカンバなどの落葉広葉樹が2014年以降さらに増え、2016年では地上部バイオマスの6割以上が落葉広葉樹で占められるようになった。3)2004年の台風による風倒害およびその後の幹部の搬出により,カラマツ林の地上部バイオマスは97%減少したが,撹乱2年後(2006年)における無積雪期(411月の約7ヶ月間)における蒸発散(ET)および全天日射量で標準化された潜熱フラックス(LE/Rg)の積算値の減少は,24%に過ぎなかった。この24%の減少は,アルベドの上昇による全天日射量の純放射量への分配(Rn/Rg)の低下(17%)と,純放射量の潜熱フラックスへの分配(lE/Rn)の低下(9%)による。その後の草本と灌木を中心とした植生の回復により,蒸発散は徐々に増加し,撹乱後6年でほぼ撹乱前(カラマツ林)のレベルに回復した。撹乱の履歴が異なる北海道の2つの森林(風倒害による大規模撹乱を受けた後に自然更新が進むカラマツ林跡地と皆伐後のカラマツ植林地)において,炭素収支の変化を明らかにすることを目的として,植生遷移の過程,炭素蓄積量,CO2収支などに関する野外観測を行った。台風跡地では,撹乱後7年までは積算NEEが徐々にゼロに近づいたが,それ以降はわずかに正(放出源)のままであった。一方,カラマツ若齢林では,撹乱後7年目から年収支でCO2吸収源に回復した。
小学校・中学校理科授業構成への大学による生物教材支援基盤の確立とその有効性の検証

小・中学校で難教材とされている生物教材の支援を行うことで,児童生徒による考察に至る観察・実験結果が得られるとともに,教材準備を教師が自立して行うことが出来るよう促すことを目的とした研究を行った。その結果,小学校では,それまで実施が困難だった観察・実験を実施できると共に,結果も適切に得られて児童自身による考察をすることができた成果がアンケート調査から伺われた。一方で,中学校では,生物教材としては観察・実験の結果が得られることから魅力はあるが,教科書以外の教材を使うと生徒が高校入試で不利になる事が危惧されることや,長期間に渡る観察・実験の実施は中学校では困難など,いくつかの課題が残った。小学校・中学校の理科・生物分野の授業では,生物教材の実際的な観察・実験を通じて,子ども達が自ら立てた仮説を科学的に検証ができ,生命尊重の考えを持て,自然のしくみ理解へ通じるように構成されていることが大切である。そこで,小学校・中学校の教師が観察・実験への生物教材の導入に困難を感じている現実に対応するため,生物教材の支援基盤を大学に確立できることを実証することを本研究の目的とした。そのため,生物教材を授業へ導入しやすい体制を整え,地域の小学校・中学校への実質的な支援をもって観察・実験の実施を促し,その効果を検証する事で大学による支援効果を定量的に認識・確立し,地域教育貢献者としての大学の新たな役割を明確にできる先進的モデル研究を目指した。平成25年度は,平成24年度の成果を踏まえ,次の研究内容を実施した。(1)アンケート調査結果を基に開発した生物教材を,地域の小学校・中学校へ希望に基づいて提供し,その効果を検証するパイロット研究とした。その結果,これまでの生物教材では得にくかった観察・実験の考察につながる結果が得られたとの回答が支援を受けた教師から提示された。(2)地域でのパイロット研究で得られた成果を基に,生物教材支援のパンフレットと支援申し込み用紙を作成し,福岡県の三つの自治体の小学校・中学校の学校長及び教務主任宛に配布した。小学校が合わせて46校,中学校が合わせて16校に平成26年度の生物教材支援事業の案内として3月中旬にお届けした。平成25年度末の段階で,パイロット研究を行った学校以外に,小学校5校、中学校1校から生物教材支援要請が寄せられており,これまでのアンケート調査で明確になった困難な生物教材が支援の対象になっていることが確認された。小・中学校の理科・生物分野の授業では,生物教材の実際的な観察・実験を通じて,子ども達が自ら立てた仮説を科学的に検証ができ,生命尊重の考えを持て,自然のしくみ理解へ通じるように構成されていることが大切である。そこで,小・中学校の教師が観察・実験への生物教材の導入に困難を感じている現実に対応するため,生物教材の支援基盤を大学に確立できることを実証することを本研究の目的とした。次のように,生物教材利用の実態調査と援助基盤の土台作りを行った。(1)生物教材の授業への導入の実態調査:生物教材の支援が必要な教師へのアンケート調査(質問紙)や面談によって,飼育栽培・繁殖や授業への導入が難しい生物教材及びその理由を単元別に調査した。その結果を基に,生物教材や観察・実験を実施する際の問題点を明らかにした。(2)観察・実験における生物教材の問題点の把握から改善・支援体制の準備:教科書の観察・実験の問題点を把握・改善し,学校で観察・実験を実施する際の成功率を上げるため,生物教材や実験方法を検討した。問題点把握を行った観察・実験の一覧表と,実施のコツをまとめた具体的なプロトコールを作成した。【目的】小学校・中学校理科の観察・実験への生物教材の導入に教師が困難を感じている現実に対応し,生物教材支援基盤を大学に確立できる可能性を探る。考察に繋がる結果が得られる生物教材の授業への導入を,地域の小・中学校への実質的な支援をもって勧め,その効果を検証し,教師の自立的な生物教材への取組を促しながら,地域における大学の新しい役割を明確にする先進モデル研究をも目指す。ここでは小・中学校の支援希望校へ支援を本格的に行うとともに,県内各地中学校代表の理科教師へ紹介した支援教材へのアンケート調査結果を踏まえ,成果及び課題の実態も明らかにする。【方法】教育委員会及び校長会の承認を得た自治体の小・中学校へ生物教材支援のパンフレットを配布し,支援要請の内容に応じて支援を行った。また,夏の中学校理科「観察・実験指導等に関する研究協議」で支援可能な生物教材の紹介を行い,アンケート調査を行った。

内容は今回採り上げた観察・実験の授業での生物教材は何か,及び今回紹介の生物教材の効果や課題を記述して頂いた。【結果と考察】地域の数校の小・中学校から生物教材の支援要請があり,生物教材・教具の提供とともに,理科室などで校内研修を実施した。印刷体マニュアルと共に,生物教材サンプルを飼育・栽培の目標としても提供した。1学期から2学期にかけての観察・実験では,小学校児童による考察ができる実験結果が得られたとの回答を得た。一方,中学校では分離の法則を導く交配実験は時間と手間がかかりすぎ,現実的ではないとの回答だった。細胞分裂の観察・実験では,新たな染色液による染色体の見え易さに効果への期待を頂いたが,教科書には掲載されていないことから高校入試を考えると使えない,との回答があった。協議参加中学校の内,数校から支援の申し込みがあり,生物教材・教具を提供した。後日,小・中学校ともアンケート調査で支援の効果を検証した。生物教材の工夫・改善・開発予想以上に経費がかかることから,福岡県の広域における生物教材支援から複数の自治体の小学校・中学校への支援となったが,これは予想以上に支援要請があったことによるもので,支援の効果も得られており,ほぼ順調に研究の目的は達成されてきていると言える。アンケートの収集に手間取ったが,教員研修や免許更新講習なども活用してなんとか生物教材や観察・実験の問題点を集めることができた。生物教材や観察・実験の改善や工夫は順調に進んだ。パイロット研究として生物教材支援を行った小学校・中学校での観察・実験実施の成果を基に,他の小学校・中学校へ支援を広げていく。そしてより実際的な支援の効果を検証できる事後アンケート調査を実施する。教師による感想とともに,数値化したデータから大学による生物教材支援がもたらす小学校・中学校の教師及び子ども達への効果を明らかにする。また,本事業によって生物教材を教師自身が準備できる資質の向上に繋がったかも検証し,教師の自立を促す本来の目的がどのように達成されたかも検証する。支援が必要な小学校・中学校への支援の効果と検証:準備した支援体制を,まず地域を中心に適用し,授業へ導入した際の利点や欠点・教師や子ども達の意見など収集し,見やすくデータ化して最終年度へ向けたパイロット研究とする。(1)予備的な生物教材・教材研究の支援,場の提供および出張指導:近郊の小・中学校及び,生物教材の支援が直ぐに必要な学校に,生物教材の支援が必要な月日の打ち合わせを行なう。生物教材の予備的な教材研究の場として本研究代表者の研究室での観察・実験の実施確認の援助を可能にし,本研究代表者が当該学校へ出張し,生物教材の教材研究を指導する体制があることを教育委員会及び学校と確認しておく。即ち生物教材の提供だけではなく,細やかに教材研究を可能とする体制とともに,教材研究に関わる器具や薬品をも貸与し,教材研究を教師自らが体験できる体制を提示する。これは,将来的に教師自身で生物教材を使った観察・実験の授業を成立させる能力を涵養するためのステップであり,かつ「理科の教材や指導法で困った時にサポートしてくれる場が学校外にない教員が約5割」という実態への対策とともに,「優れた教材情報」や「身近にサポートしてくれる場の設置や充実」を望む声へ適切に答えたものとする。
神経変性疾患における小胞体ストレスの分子機構解明

昨年度までに、N88S Tg miceにおいて、表現型の解析により、N88S Tg miceの表現型として振戦様不随意運動、体重減少、Abnormal limb reflex、運動機能低下、歩行障害、死亡率高値が有意差をもって示された.今年度は、さらなる組織学的検討(脊髄・末梢神経・筋肉)、生化学的(UPR誘導マーカー(BiPなど)解析を中心に行い、本モデルマウスにおいて、小胞体ストレスが誘導されているか、表現型が生じているメカニズムについて検討を行った.N88S Tg miceにおいて、脊髄において免疫染色(anti-GFAP)を行なったところ、nontg miceと比較して、著明な反応性アストログリオーシスを認められ、脊髄における反応性アストログリオーシスを示唆された.次に、大腿四頭筋における筋病理の検討を行ったところ、N88S Tg miceにおいて、典型的な神経原性変化を認め、下位運動ニューロンの障害も示唆された.さらに、N88S Tg miceにおける軸索の変化について検討した.Kluver-Barrera染色にてventral rootおよびsciatic nerveにおいて、nontg miceと比較して、著明な軸索変性を認めた.最後にN88S Tg miceにおいて、in vivoにおいても小胞体ストレスが誘導されているかどうかを検討した.大脳において、Western blotを施行したところ、小胞体ストレス(Bip,PDI)の誘導を確認した.また、脊髄の運動ニューロンレベルにおいて、免疫染色にてKDEL、XBP1とのimmunoreactivityの上昇を認めた.以上より、小胞体ストレスの誘導に伴いaxonopathyを生じて表現型が出現していることが考えられた.本研究の遺伝子改変マウスで小胞体ストレスと運動ニューロンの表現型が観察され、神経変性と小胞体ストレスの関連を個体レベルで証明できた疾患となり、神経変性疾患の研究において重要な知見となった.【変異型Setpin遺伝子トランスジェニックマウス(N88S Tg mice)の解析】ウエスタン・プロットにて、N88S Tg miceの脳においてのみ有意なバンドの検出が認めら、本研究で樹立したN88S Tg miceは、中枢神経系特異的に変異型Seipinの発現を認めていることが示された.次に表現型・行動解析を行なった.初発症状として全身性の振戦様不随意運動が認めら、経時経過とともに体重測定を行なったところ、N88S Tg mice群は、nontg mice群と比較して生後28週以降で有意に低くなることが観察された.全てのN88S Tg miceにおいて、28週までにAbnormal limb reflexを認めており、上位運動ニューロンの障害が示唆された.運動機能の評価にて、経過中に進行性の運動障害が定量的に確認された.歩行障害に関しても、footprint testにおいて歩幅の小さい不安定歩行が認められた.Kaplan meier法生存曲線により、50週間経過した時点で、N88S Tg mice群は半数程度が死亡を認めており、nontg mice群と比較して有意に死亡率が高いことが示された.以上より、表現型として振戦様不随意運動、体重減少、Abnormal limbreflex、運動機能低下、歩行障害、死亡率高値が有意差をもって示された.N88S Tgmiceにおける免疫組織学的検討を行ったところ、大脳皮質・脊髄それぞれのNeuN陽性の神経細胞において、細胞質内に封入体の形成が認められ、細胞質内の封入体の形成は、これまでのin vitroでの解析と合致している所見であった.今後、生化学的(UPR誘導マーカー(BiP,CHOP,STC2))解析を行い、小胞体ストレスが誘導されているか、表現型が生じているメカニズムについて検討を行う.昨年度までに、N88S Tg miceにおいて、表現型の解析により、N88S Tg miceの表現型として振戦様不随意運動、体重減少、Abnormal limb reflex、運動機能低下、歩行障害、死亡率高値が有意差をもって示された.今年度は、さらなる組織学的検討(脊髄・末梢神経・筋肉)、生化学的(UPR誘導マーカー(BiPなど)解析を中心に行い、本モデルマウスにおいて、小胞体ストレスが誘導されているか、表現型が生じているメカニズムについて検討を行った.N88S Tg miceにおいて、脊髄において免疫染色(anti-GFAP)を行なったところ、nontg miceと比較して、著明な反応性アストログリオーシスを認められ、脊髄における反応性アストログリオーシスを示唆された.次に、大腿四頭筋における筋病理の検討を行ったところ、N88S Tg miceにおいて、典型的な神経原性変化を認め、下位運動ニューロンの障害も示唆された.さらに、N88S Tg miceにおける軸索の変化について検討した.Kluver-Barrera染色にてventral rootおよびsciatic nerveにおいて、nontg miceと比較して、著明な軸索変性を認めた.最後にN88S Tg miceにおいて、in vivoにおいても小胞体ストレスが誘導されているかどうかを検討した.大脳において、Western blotを施行したところ、小胞体ストレス(Bip,PDI)の誘導を確認した.また、脊髄の運動ニューロンレベルにおいて、免疫染色にてKDEL、XBP1とのimmunoreactivityの上昇を認めた.以上より、小胞体ストレスの誘導に伴いaxonopathyを生じて表現型が出現していることが考えられた.本研究の遺伝子改変マウスで小胞体ストレスと運動ニューロンの表現型が観察され、神経変性と小胞体ストレスの関連を個体レベルで証明できた疾患となり、神経変性疾患の研究において重要な知見となった.
携帯電話網を使った火山観測機器のデータ通信コアシステムの開発

活発に活動する火山に観測ロボットを投入する際に、その成果を左右する最大の課題は、観測ロボットとの通信の確保である。本研究では、既存の携帯電話端末に適切なソフトウェアや付加ハードウェアを加えることで、観測ロボットにコマンドを送り、観測ロボットからの観測データを受信するための、火山観測用データ通信コアシステムを開発した。また、このシステムを無人観測飛行機や無人観測車に搭載し、伊豆大島で、次の火山噴火時の観測に備えた実証試験を行った。活発に活動する火山に観測機器を投入する際に、その成果を左右する最大の課題は、観測機器との通信の確保である。本研究の目的は、誰でも安価で手軽に使える火山観測用データ通信コアシステムを開発することである。iPhone端末を使用する試みでは、昨年度のiPhoneをサーバー化する方式から、より安定運用でき、運用の自由度も高い、外部のサーバーと連携する方式へと改良した。観測ロボットを制御するiPhoneに命令を送信したり、iPhoneから情報を受信する際には、一度外部のサーバーを経由する方式とした。また、外部サーバーでは、コマンドや情報をmySQLというデータベースシステムに保存し、通信が不安定な場合でも転送された情報を有効活用できるようにした。このシステムを試験用の簡易なロボット車「Land-1」に搭載し、伊豆大島にて実証試験を行い、外部データベースとのデータのやりとりが現地でも可能なことを確認した。一方、FOMA携帯端末を使用する試みでは、基地局とロボット間の通信におけるタイムラグが1秒ほど存在し、遠隔地よりの操縦において、機敏に走行する状態には達していない。しかしながら、火山を観測する移動ロボットである「ほむら」にこのシステムを搭載し、伊豆大島において、2km以上離れた場所からの遠隔操作を試みた結果,ほむら車体に搭載したカメラの画像と合わせて、遠隔操縦による走行が可能であることを確認した。また、夜間、伊豆大島裏砂漠地域に放置し、宿泊地よりFOMAを用いてほむらを制御する試験も行い、それが可能であること、さらに、一晩夜露に濡れる状態であっても、ほむらの機体および制御系には問題が生じないことを確認した。本研究の目的は、活発に活動する火山に観測機器を投入する必要がある時、誰でも安価で手軽に使える、火山観測用データ通信コアシステムを開発することである。iPhone端末を使用する試みでは、iPhoneから各種の観測データを研究室のサーバーに自動送信し、研究室のmySQLデーターベースに保存する方式を確立した。また、ロボットへ送る制御コマンドも、mySQLサーバーにiPhoneから自発的に検索に行き、未実行コマンドを探し出して実行する機能を確立した。このことにより、通信が不安定な状況でも、通信接続機会を最大限利用して情報のやりとりをできるコアシステムが完成した。火山学会会場でロボット制御のデモンストレーションを行った。また、伊豆大島の様々な場所に本システムを運ぶことによって、携帯電話通信が確立する場所を自動で把握することに成功した。FOMA端末を用いた試みでは、FOMAの64kデータ通信を使用して、我々が開発している車両型ロボット、火山観測用自走式センサー「ほむら」を遠隔地の基地局より制御するシステムを完成した。この通信方式において、ロボットに搭載したカメラから、ロボットを操縦するのに現実的なコマ数の画像(1.5コマ/秒)を取得することができる。伊豆大島で行った野外実験では火山山頂より約2km離れた場所からロボットを操縦して、山頂まで遠隔操縦により走行させた。また、搭載したガスセンサー等の測定器のリアルタイムのデータ取得、および、ロボットに観測データを蓄積させ、後でまとめてデータを回収するなど、現実的な火山観測のための観測システムを構築した。研究の応用で伊豆大島ライブカメラシステムの運用を開始した。民間協力によって、観測カメラを大島の各所に設置するという試みで、第一号カメラを大島温泉ホテルの協力で動かしはじめた。今後、カメラの台数および設置場所を増やして行く計画である。iPhone端末を使用する試みでは、iPhoneをサーバ化してインターネット経由でiPhoneに命令を送信したり、iPhoneから情報を発信することができるソフトウェアを開発した。また、iPhoneとワンボードマイコンを接続する音声モデムを作成し、iPhoneからサーボモータを駆動できる装置を作成した。以上によりiPhoneでロボットを遠隔操作するシステムの基本形が完成した。システム試験用の簡易なロボット車「Land-1」を作成し、伊豆大島にて火山地形でロボットを遠隔操作する実証試験を行い、基本的な移動操作ができることを確認した。一方、FOMA携帯端末を使用する試みでは、携帯電話を用いて音声通話に使用する無線帯域を用いたデータ転送システムの開発を、FOMAの携帯端末、および、既に製品化されている音声信号・デジタル信号変換モデム(suntechEU-MPM2)を用いて行った。また、基地局となる一般のパーソナルコンピュータと、火山を観測する移動ロボットである「ほむら」との間で、双方向のデータ通信を行うことのできるシステムを製作した。さらに、予備的な試験として、大学構内にて、このシステムを搭載して、基地局PCとほむらとの間の通信試験を行った。

その結果、データの双方向通信が確立し、基地局からのほむらの操縦、およびほむらからの観測データの基地局における取得が可能であることを確認した。一方で、現段階において、通信におけるタイムラグが1秒程度あり、リアルタイムの操縦がスムーズにいかない問題が明らかになった。2012年度に、通信システムを火山フィールドに持ち出し、基礎的な運用をする実証試験は成功した。次年度は、長期運用や、噴火時のような過酷な状況を想定した実用性を高める試験に移行するが、そのための基礎的な情報は十分に得られたと言える。iPhone端末を利用したシステムの方は、基本的なシステムを完成させ、伊豆大島での実証試験を行うことができた。FOMA端末を用いたシステムの方は、通信システムの確立まで達成した。また、火山フィールドにおける試験は行わなかったが、野外における試験を行い、その有効性と今後の改良点を明らかにした。今後は、火山無人観測ロボットに、開発している通信システムを搭載することを前提として、長期運用や、噴火時のような過酷な状況を想定した実用性を高めるために、電源管理システムや、耐環境性能などの向上をめざす。iPhoneでロボットを遠隔操作するシステムの基本形が完成し、システム試験用の簡易なロボット車「Land-1」で基本的な移動操作ができることを確認できたので、今後は予定通り、自律制御の開発を進めるとともに、画像伝送やセンサの付加など、現地情報の取得に重点をおいて開発する予定である。FOMA端末では、基地局からロボット車「ほむら」の操縦、および「ほむら」からの観測データの基地局における取得が可能であることを確認できたが、現段階において、通信におけるタイムラグが1秒程度あり、リアルタイムの操縦がスムーズにいかない問題が明らかになった。この通信のタイムラグを軽減し、リアルタイムの通信能力を向上させるように、通信システムの改良を行う。該当なし2011年度の実験で、FOMAを用いたロボット制御システムで、通信のわずかなタイムラグが気になった。このため、システムの一部の設計を改良する必要を認めたので、現段階のシステムを完成させる予算を少し残し、改良設計が固まる2012年度前半にこの残した予算を使って、信号処理負荷を軽減してリアルタイムの通信能力を向上させるように、システムを改良したいと考えている。その他は、当初の予定通り、無人観測機プラットフォームに開発した通信システムを搭載しての実証試験に研究費を投入する。