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力学系理論および特異点理論の数理流体力学への応用

Navier-Stokes方程式は流体力学の基礎となる偏微分方程式である.同方程式については解の滑らかさの問題が最も著名であるが,他にも解決すべき問題が山積している.これは物理学や工学への応用を視野に入れたとき,特に強く認識されることである.本研究ではこうした諸問題および、関連する反応拡散系問題の解決を目指してきた.本研究では(1)Navier-Stokes方程式における新しい解,特に内部遷移層などの(擬)特異点を含む解の発見,(2)水面波の分岐現象,特に孤立波の新しい数値計算法,などで進展を見た.岡本とKim Sunchulは菱形の周期流を考え,分岐解の構造とレイノルズ数無限大での漸近挙動を考察した.丁寧な数値計算によって複雑な分岐解を計算し,不思議な安定性の交換を発見した.岡本とA.CraikはNavier-Stokes方程式から導かれる,ある種の3次元力学系を考察し,その漸近挙動を分類した.これは2次の非線形項を持つ一見単純な常微分方程式であるが,ほぼまっすぐな渦巻解と90度曲がる渦巻解が同居しており,なぜこの違いが生ずるのかが謎であった.岡本とCraikはある種の不安定周期解が存在することを数値的に確かめ,これによって90度の曲がりが出たり出なかったりするメカニズムを明らかにした.岡本とX.Chenは,Navier-Stokes方程式から導かれるProudman-Johnson方程式を考え,斉次境界条件の場合には解の爆発が起きないことを証明した.これは10年間ほど解答が望まれてきた問題である.非斉次境界条件の場合には数値実験が進行中であるが,確定的な結果はまだ得られていない.岡本と長山雅晴は,Navier-Stokes方程式の,軸対象な相似解を考察してその解がレイノルズ数無限大の極限で内部遷移層を持つことを発見した.さらに,適当な仮定の下で内部遷移層の存在を証明することができた.Navier-Stokes方程式における内部遷移層はこれまでほとんど例がなく,新しい遷移層を見つけることだけでも意義は大きいが,存在証明もつけることが出来たのは大きな喜びである.岡本,中村健一,柳下浩紀,はNavier-Stokes方程式のある種の自己相似解が有限時間で爆発することを証明した.水面波におけるCrapperの波に関する一意性定理を証明した.また,Navier-Stokes方程式に関するいくつかの厳密解の一意性定理の証明にも成功した.Navier-Stokes方程式は流体力学の基礎となる偏微分方程式である.同方程式については解の滑らかさの問題が最も著名であるが,他にも解決すべき問題が山積している.これは物理学や工学への応用を視野に入れたとき,特に強く認識されることである.本研究ではこうした諸問題および、関連する反応拡散系問題の解決を目指してきた.本研究では(1)Navier-Stokes方程式における新しい解,特に内部遷移層などの(擬)特異点を含む解の発見,(2)水面波の分岐現象,特に孤立波の新しい数値計算法,などで進展を見た.岡本とKim Sunchulは菱形の周期流を考え,分岐解の構造とレイノルズ数無限大での漸近挙動を考察した.丁寧な数値計算によって複雑な分岐解を計算し,不思議な安定性の交換を発見した.岡本とA.CraikはNavier-Stokes方程式から導かれる,ある種の3次元力学系を考察し,その漸近挙動を分類した.これは2次の非線形項を持つ一見単純な常微分方程式であるが,ほぼまっすぐな渦巻解と90度曲がる渦巻解が同居しており,なぜこの違いが生ずるのかが謎であった.岡本とCraikはある種の不安定周期解が存在することを数値的に確かめ,これによって90度の曲がりが出たり出なかったりするメカニズムを明らかにした.岡本とX.Chenは,Navier-Stokes方程式から導かれるProudman-Johnson方程式を考え,斉次境界条件の場合には解の爆発が起きないことを証明した.これは10年間ほど解答が望まれてきた問題である.非斉次境界条件の場合には数値実験が進行中であるが,確定的な結果はまだ得られていない.岡本と長山雅晴は,Navier-Stokes方程式の,軸対象な相似解を考察してその解がレイノルズ数無限大の極限で内部遷移層を持つことを発見した.さらに,適当な仮定の下で内部遷移層の存在を証明することができた.Navier-Stokes方程式における内部遷移層はこれまでほとんど例がなく,新しい遷移層を見つけることだけでも意義は大きいが,存在証明もつけることが出来たのは大きな喜びである.岡本,中村健一,柳下浩紀,はNavier-Stokes方程式のある種の自己相似解が有限時間で爆発することを証明した.水面波におけるCrapperの波に関する一意性定理を証明した.また,Navier-Stokes方程式に関するいくつかの厳密解の一意性定理の証明にも成功した.流体力学の基礎方程式であるナビエ・ストークス方程式や、オイラー方程式の解の数学的な構造について研究した。これらの解の特異点は、重要な研究対象として近年注目を集めている。その存在は今でも不明であるが、それに近いと思われるもの(擬特異点とよぶ)は、数値実験によって見つかり始めている。岡本とKim Suh-Chulは、力学系的な問題として菱形流の分岐について数値的に調べ、Reynolds数を大きくしていったときに内部遷移層が現れることを見い出した。これは擬特異点の一種である。また、岡本と大木谷は、ナビエ・ストークス方程式の非有界な解で、かつ、有限時間で爆発するものを発見した。

渦層の特異点も擬特異点の一種であり、これについては木村と坂上がその性質を数値実験で明らかにしつつある。岡本とその学生、小林健太は、二重指数関数型変換を用いて、120度の角をもつStokes波の高精度計算に成功した。これは、これまで知られているどのような方法よりも、高精度な解を計算できることがわかった。東海林まゆみは、流体中を動く物体によって流体粒子がどう撹伴されるかを考察し、様々な数値実験を行なった。粘性の有無流体の種類によって粒子の軌跡が定性的にも変わり得ることが判明し、どのような状況のもとでどのような軌跡が得られるのか、現在研究中である。長山は数値実験によって、ある種の反応拡散系におけるパルス解同士の相互作用がどのようなものであるかを解明し、広島大学や横浜市立大学のグループと共同で理論的な裏打ちを行った。流体力学の基礎方程式であるナビエ・ストークス方程式や、オイラー方程式の解の数学的な構造について研究を続けた。エネルギー有界な解に特異点が存在するかどうかが大きな問題となっている。その存在はいまだに不明である(非常に難しい問題なので、しばらく不明であり続けるだろう)が、それに近いもの(擬特異点)は岡本とKim Sun-Chulによって見つかった。ナビエ・ストークス方程式の、エネルギーが非有界な解で特異点を持つものが岡本と大木谷によって発見された。また、そうした解を支配する方程式について、特異点を持つかどうかの必要十分条件が岡本、中村健一、柳下浩紀によって得られた。これらの解は空間変数が1であるが、岡本と大木谷は現在、空間変数が2変数の場合にも同様な現象が起き得ることを確かめつつある。岡本と東海林まゆみは、水面波の数値実験を続けている。特に、渦ありの流れの場合に新しい現象が見つかりつつある。米国ブラウン大学のシュトラウス教授のグループと共同研究が始まりつつある。坂上貴之は昨年に引き続いて渦層の数値的な研究に取り組み、球面での渦の巻上げに関し、少数自由度のモデルで現象が説明できることを示した。長山雅晴は、奈良教育大学の化学のグループと共同で表面張力に関連した不安定運動を研究し、モデルを立て、数値シミュレーションで現象が説明できることを示した。大浦拓哉は2重指数変換がスカラーの積分だけではなく、フーリエ変換にも効果的に使えることを示した。彼のアルゴリズムは画期的なものであり、今後の流体の数値シミュレーションへの応用が大いに見込まれている。岡本,中村健一,柳下浩紀,はNavier-Stokes方程式のある種の自己相似解が有限時間で爆発することを証明した.何らかの意味で解の初期値に対する一意性があり、しかも有限次元で爆発する解は数値実験においていろいろと示唆されてきたが、証明ができた例はこれが初めてのものである。岡本は、さらに、水面波におけるCrapperの波に関する一意性定理を証明した.これまで、Crapperが発見した厳密解がしられていたが、それ以外に解があるのかないのか、不明であった。しかし、本研究によって、ある種の制限付きでCrapperの解以外に解は存在しないことが証明できた。その一部は九州大学で学振PDとして活躍している小林健太氏との共同研究である。
臨床応用にむけたテーラーメイド３D骨組織のナノ・ボトムアップ・ファブリケーション

本研究では、骨疾患に対する再生治療を目的として、新規スキャフォールドを用いた培養3D骨組織を構築する技術を報告した。骨再生治療には、骨を形成する骨芽細胞と、必要とされる立体形状の骨を骨芽細胞に作らせるためのスキャフォールド(足場材料)が必要である。我々は最近、ダイレクト・リプログラミングを樹立し、高機能な直接誘導骨芽細胞の供給を可能とした。一方でスキャフォールドは、自在に立体成型でき、骨芽細胞が接着して高品質な骨基質を産生させ、安全で生体適合性が高いものが必要であるが、そのような理想的なスキャフォールドは未だ開発されていない。そこで本研究では、ナノゲルテクトニクス技術を用いて新規多孔性架橋ハイブリッド・ナノゲルを開発し、直接誘導骨芽細胞と組み合わせて骨再生医療における有用性を検証した。cholesterol-bearing pullulan(CHP)を元にNanoCliP-FD matrixを作成し、fibronectinコーティングとRGDCペプチドの結合を行ったものをそれぞれ作成した。ヒト線維芽細胞から骨芽細胞への誘導途上の細胞を準備し、その懸濁液をfibronectin-coated NanoCliP-FD matrixに浸潤させると、得られたNanoCliP-FD gel内で多数の細胞が仮足を延ばし、孔壁に沿って接着した。骨芽細胞培地中で培養すると、細胞は増殖し、骨芽細胞特異的遺伝子群を強く発現し、石灰化骨基質の産生とハイドロキシアパタイト結晶の沈着をもたらした。この培養3D骨組織を、免疫不全マウスの大腿骨を削合した欠損部に移植したところ、著明な骨再生が認められた。本研究の結果、fibronectin-coated NanoCliP-FD gelが骨芽細胞の接着と増殖、骨組織形成を強く支持することが示されたため本技術は新しい効果的な骨再生治療を拓くものと期待される。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。多くの高齢者が罹患している歯周病は、歯槽骨欠損、歯牙の喪失へと進展することで、QOLの低下のみならず感染症、摂食障害、栄養不良、認知症等を生じさせる。また、多数の高齢女性が罹患する骨粗鬆症では、脊椎圧迫骨折や大腿骨頚部骨折の治癒が遷延し、廃用性筋萎縮とも相まって長期臥床の経過をたどる例も多く、介護の必要性など社会的な負担も生じさせる。このように重要性の高い高齢者の骨疾患に対して、骨再生療法が奏功すると期待できる。我々は最近、高齢者からでも安全かつ低侵襲に採取できる細胞から、多数の高品質な骨芽細胞を誘導するダイレクト・リプログラミング技術を確立し、骨欠損の回復をなし得るだけの骨芽細胞の供給に目処がたった。また、京都大学・秋吉教授のグループと共同で、新しいスキャフォールドを開発した。これは天然多糖を主成分とし、自在な3D形状に成型することが可能な基質である。そこで本研究では、我々が開発した2つの技術、ダイレクト・リプログラミングによる骨芽細胞誘導技術と、新規スキャフォールドによる3D組織構築技術を融合し、新しい骨再生治療の基盤技術を確立するため研究を行った。その結果、架橋の条件によってさまざまな孔径と孔密度を有するスキャフォールドを作成できた。またこのスキャフォールドに接着蛋白をコーティングして、その中で骨芽細胞を培養すると、骨芽細胞が孔内部に進展接着して3次元的に増殖・配向することが、Actin-ヘキスト染色と共焦点顕微鏡観察によって確認された。また、Alizarin Red S染色により骨分化が誘導できることが示され、長期間経ると分解吸収されることが確認された。H30年度にさらなる検討を加えることにより、本研究は歯槽骨欠損に対するより安全で効果の高い移植材料を用いた新しい再生医療を確立できる可能性がある。新規スキャフォールドと骨芽細胞の接着を確認し、新規スキャフォールド上での増殖、骨分化誘導が確認できたため。

骨芽細胞培地中で培養すると、細胞は増殖し、骨芽細胞特異的遺伝子群を強く発現し、石灰化骨基質の産生とハイドロキシアパタイト結晶の沈着をもたらした。この培養3D骨組織を、免疫不全マウスの大腿骨を削合した欠損部に移植したところ、著明な骨再生が認められた。本研究の結果、fibronectin-coated NanoCliP-FD gelが骨芽細胞の接着と増殖、骨組織形成を強く支持することが示されたため本技術は新しい効果的な骨再生治療を拓くものと期待される。今後の研究方針としては、ダイレクト・リプログラミング技術により得られた細胞と新規スキャフォールドを合わせた移植材料のさらなる改良をすすめ、動物実験で骨欠損への移植手術で骨再生を評価し、歯槽骨再生医療への応用の可能性を検証する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
人工妊娠中絶術を受ける女性と看護者のやりとりの場面に焦点を当てた看護に関する研究

本研究は、人工妊娠中絶時(以下、「中絶」とする)に看護者が中絶を受ける女性と関わる中で、どのようなことを思い、対応・反応しているのかを明らかにし、中絶の場面に存在するルールや看護者の中絶の看護に対する価値観を導くことを目的とする。研究方法は、エスノグラフィーを用いて行い、首都圏内産婦人科にて約1年間の参加観察および14人の看護者に対してインタビュー(インフォーマル・インタビュー、フォーマルインタビュー)を実施した。看護者は、基本的には中絶を受ける女性も他の患者と同じように対応をしているが、多くの場合、距離をとって関わることが親切であり、看護として適切であると考えていた。本研究の目的は、人工妊娠中絶術(以下、「中絶」とする)を受ける女性と看護者の中絶の場面における看護について明らかにすることである。研究方法としては、フィールドワークと半構造化面接を行う予定である。研究二年目の本年度は、研究倫理審査委員会への審査を依頼することから行った。委員会との数回のやり取りの後、平成24年9月27日付で承認が得られた。また、前年度から対象となっていた施設が、今年7月にリニューアルされたこともあり、院内のシステムや役割分担等が、これまでと大幅に変更されたことが予測されたため、8月の夏季休暇期間を利用して、研修に入った。それにより、中絶を行う分娩室はこれまで1つであったが、2つに増えていること、中絶は火・水・金・土の9時から行われることが多く、1日1件の実施であることが分かった。そのため、原則、それらの曜日にフィールドワークを行うこととした。中絶に関わるスタッフは、昨年までの旧施設では病棟スタッフのみが関わっていたが、新施設に変わってからは、病棟スタッフ1名と外来スタッフ1名の計2名に変更されていることが確認できた。そして、最初の半年は、スタッフが働く環境や1日の流れを知ること、およびスタッフとの関係づくりを目的としたフィールドワークを行った。1か月に数回ではあるが、フィールドに出向くことにより、施設内のスタッフとは確実に距離が縮まったことが実感できたため、平成25年1月下旬より、積極的に中絶の場面に実際に立ち合い、患者の来院から中絶手術、回復室での看護、帰宅までに至る一連の流れを観察することとした。対象の中には、来院時から涙を流すものもおり、その場合の対応についても観察することができた。その他にも、中絶は分娩室で行われることもあり、分娩進行者がいる場合は、どのタイミングで中絶を行うかについて、スタッフはかなり考慮していることが明らかになった。本研究の目的は、人工妊娠中絶術(以下、「中絶」とする)を受ける女性と看護者の中絶場面におけるやり取りの中で、互いにどのようなことを思って対応・反応しているのかを明らかにすることである。研究方法としては、エスノグラフィーを用いて行い、参加観察および面接を行った。研究最終年の本年度は、昨年9月より行っている参加観察を継続し、産婦人科において、中絶はどのように行われているのか(環境、時間、場所など)という全体的な観察から徐々に焦点を絞り、中絶当日、中絶を受ける女性と看護者がやり取りをする中で、互いにどのような反応および対応をしているのかについて観察をした。同時に、看護者に対し半構造化面接を実施した。面接は、非公式面接と公式面接を行った。非公式面接では、主に参加観察により気づいた点や気になる点について、その都度、尋ねた。公式面接は、14人の看護者に対し、1人につき1回30分程度実施した。その結果、分娩設備を持つ診療所において、中絶を行うタイミングは難しく、スタッフは時に優先順位を考えるための話し合いを持った。そして、看護者によっては、中絶のために分娩進行者を待たせることはできないと考えていた。また、中絶当日、装飾品を除去するようにアナウンスしているにも関わらず、外さない患者の態度に、怒りを口にする看護者もいた。今回、参加観察により研究者がその場に身を置き、中絶現場における看護者や中絶を受ける女性と体験を共有し、内部者(イーミック)と外部者(エティック)の両者の視点を持つことで、単に面接やアンケート調査をしただけの結果よりも、より看護者の行動の意味を理解することが可能になったと考える。研究開始当初、得られた結果を今年度中に学会等で公表する予定であった。しかし、研究者が産休を取得した関係で、学会発表は行えなかった。今後、順次、まとめた結果を発表する予定である。本研究の目的は、人工妊娠中絶術(以下、「中絶」とする)を受ける女性と看護者の中絶場面におけるやりとりの中で、互いにどのようなことを思って対応・反応しているのかを明らかにすることである。研究方法としては、フィールドワークと半構成的面接を行う予定である。

研究初年の今年度は、フィールドワークを行うにあたり、どのように中絶の場面に関わるのか(参与観察・非参与観察)、どのタイミングからフィールドワークを行うか(中絶を希望して来院した初診時もしくは中絶手術当日の朝から)など、具体的な方法についての検討と面接における質問項目の確認を行った。また、フィールドワークにおいて、対象者から情報を引き出すためには、その対象者との関係が重要である。そのため、研究実施予定施設に研修の希望を出し、数回、中絶を担当する看護者と直接話しをする機会を設けるとともに、実際の中絶場面に立ち会い、看護者と中絶を受ける女性のやりとりの観察をした。その結果、分娩機能を伴う診療所においては、診療前や分娩・帝王切開などの処置の間に中絶が実施されていた。特に分娩は、その時間が予測しにくいこともあり、看護者同士で話し合い、中絶を受ける女性と分娩の時間が重ならないようにするなどの配慮がされていた。そして、中絶を担当する看護者は、診療録等の情報から女性が中絶をする状況について、手術を選択した経緯と女性がそれについてどのような想いを持っていそうか、ある程度の想像をしているが、内容によりそのすべてを確認することはせず、見守る姿が多く認められた。一方、中絶を受ける女性は、今回が2回目の中絶という女性が痛みについて心配していたことを除き、自ら会話をすることはほとんどなかった。以上より、中絶場面において、看護者と中絶を受ける女性は、少なからず思っていることがあるにも関わらず、それを出すことなく接していることが多いように思われた。昨年からフィールドワークは行っていたが、施設がリニューアルしたため、これまでとは変更されたこともあった。そのため、8月から研修に入り、9月の研究倫理審査委員会の承認後から、施設全体のフィールドワークを行った。その結果、フィールドワークで必要とされる研究者とスタッフとの関係性は、十分に築けたと考える。そして、平成25年1月から、中絶の場面に焦点を当てて参加観察を行うことにより、これまで見ることができなかった部分のスタッフの看護や考えなどを明らかにすることができた。今年度は、フィールドワークを行うに当たり重要と考えられる対象者との関係を構築することをメイン課題として、研究実施施設の院長および中絶を担当する看護者と研究に向けての話し合いを重ねた。その上に、研修を行ったことで、研究の方法についても、具体的なレベルで検討することができた。ただし、研究者の異動に伴い、新たな職場において研究倫理審査を受けることが求められている。着任後、直近の審査に書類が提出できるように、早急に対応する必要がある。今年度、行ったフィールドワークを引き続き、頻度を増やして行う予定である。フィールドワークは、施設内全体の動きが観察できるように、「観察者としての参加者」となる場合と「完全な観察者」に徹する場合の2つのパターンで行うものとする。今年度は、観察を行う中で、疑問に思ったことがあった場合に質問をしていたが、次年度は、1人40分から1時間程度の面接時間を設け、中絶の看護について看護者の考えを問う(半構造化面接)予定である。そして、これまで患者に質問をすることはなかったが、必要に応じて面接を依頼し、看護を受ける対象としての意見を聞く。
開発途中での製品コンセプト変更の効果的なマネジメントに関する理論と方法の構築

文献調査,およびインタビュー調査により,7つの製品開発における製品コンセプトの変更プロセスの事例研究を行った。事例を分析するために「解釈システムとしての組織」モデルを用いて分析枠組みを構築した。この枠組みを用いて開発チームの情報解釈モードについて検討した結果,製品コンセプトの変更には3つのパターンがみられることが明らかとなった。また,これらのパターンによって,開発パフォーマンスが異なることが示唆された。本研究では,開発途中における製品コンセプト変更を効果的に行うための理論と方法を構築することを目的とし,(1)事例の蓄積,および(2)事例横断的な検討による理論の構築,の2つを課題として研究を進めてきた。平成23年度は,主として事例の蓄積を行い,複数の製品開発事例について文献調査,およびインタビュー調査を行った。調査を行った事例とそれぞれの進捗状況は以下のとおりである。(1)ソニー株式会社による「FeliCa」の開発:文献調査,およびインタビュー調査を行い,ディスカッションペーパーを執筆した。(2)三菱電機株式会社による「本炭釜」「蒸気レスIH」の開発:文献調査,およびインタビュー調査を行った。日本MOT学会2011年度年次研究発表会(2012年3月17日)において事例研究の結果を報告した。(3)株式会社イトーキによる「Cassico」の開発:文献調査,およびインタビュー調査を行った。(4)象印マホービン株式会社による「極め羽釜」の開発。:文献調査,およびインタビュー調査を行った。本研究においては,複数の事例を横断的に分析することが肝要である。平成23年度の事例蓄積ではデバイス,家電,オフィス家具の3つの業界について5つの製品開発事例を収集した。多様な業界の複数の事例を収集したことで次年度以降の事例横断的な分析を効果的に進めることができると考えられる。また,事例を収集する過程で,コンセプト変更が行われなかった事例についても研究を行い,比較することでより効果的な理論構築が可能になることを見出した。また,2011年6月23日に名古屋市で開催されたThe Association of Japanese Business Studies AnnualMeetingで開催されるPaper Development Workshopに本研究の研究計画を提出し,本研究の研究方法についてのアドバイスを受けた。そこでは,事例を浅く広く集めるよりも,少数の事例を深く研究する方が好ましいとの指摘を得た。<概要>当初の研究計画にもとづき,平成24年度は,文献調査およびインタビュー調査によって事例の蓄積を続けるとともに,事例横断的な分析による理論の構築に取り組んだ。<蓄積した事例>(1)ソニー株式会社:非接触ICカード「FeliCa」(コンセプト変更あり),(2)三菱電機株式会社:IH炊飯ジャー「本炭釜」(コンセプト変更なし),(3)三菱電機株式会社:IH炊飯ジャー「蒸気レスIH」(コンセプト変更あり),(4)株式会社イトーキ:オフィスチェア「Cassico」(コンセプト変更あり),(5)象印マホービン株式会社:IH炊飯ジャー「極め羽釜」(コンセプト変更なし),(6)シャープ株式会社:IH炊飯ジャー「ヘルシオ炊飯器」(コンセプト変更あり),(7)株式会社能率協会マネジメントセンター:若年次教育プログラム「シゴトレ」(コンセプト変更なし)。なお,(1)(6)の製品開発事例は,ディスカッションペーパーまたは紀要論文として発表している。<理論構築>これら7つの事例について,Daft and Weick(1984)の「解釈システムとしての組織モデル」にもとづいて検討した結果,以下の3点が明らかになった。第1に,製品コンセプトが変更される際には,コンセプトが一時的に不安定になっていた。第2に,製品コンセプトが不安定化するには何らかのきっかけがあり,そのきっかけは受動的に得る場合と,能動的に得る場合とがあることが示唆された。第3に,製品コンセプトが不安定な状況では,開発チームはそれまでとは異なる方法で情報収集を行うことが見出された。以上のことから,製品コンセプトの変更プロセスは,開発チームによる解釈モードの変更プロセスとしてモデル化できることが示唆された。なお,この結果は2013年6月に開催される組織学会研究発表大会で報告する予定である。平成23年度は複数の事例を蓄積することを目標としており,実績としては3つの産業における5つの事例を収集できた。事例の数は想定よりやや少ないが,学会等でのアドバイスにもとづき一つひとつの事例で深い研究を行うよう方針を転換したのが原因であり,大きな問題はないと考えている。24年度が最終年度であるため、記入しない。引き続き事例の蓄積を行うとともに,事例横断的な分析を行う。問題点としては当初の想定以上にコンセプト変更が行われた事例が少ないことがあげられる。しかしながら「少数の事例でも詳細な検討を行うこと」「コンセプト変更がなかった事例との比較を行うこと」により,示唆に富んだ理論を構築できる可能性が高いと考えている。
酸化物超伝導体/強磁性体ヘテロ構造を用いた超伝導静磁波素子の作製

超伝導体のエレクトロニクス応用において、超伝導量子干渉素子(Superconducting quantum interface device : SQUID)や、単一磁束量子(Single Flux Quantum : SFQ)回路素子に関しては、磁束量子という超伝導体の量子効果が最大限に利用されているのに対し、マイクロ波素子の応用に関しては、超伝導体のもつ低表面抵抗の性質のみを利用しているにすぎないという本研究の背景から、超伝導体の量子効果であるボルテックスをマイクロ波素子へ応用することを考えた。そして、磁界に応答するマイクロ波素子である静磁波素子と超伝導体を組み合わせ酸化物高温超伝導体中のボルテックスと強磁性体中の静磁波を相互作用させ、その結果おこる効果について2つの予測を立てた。1つめは強磁性体中を伝搬する静磁波の磁気的エネルギーが酸化物高温超伝導体中のボルテックスを挙動させるために消費されエネルギーの吸収が生じること、もう一つは静磁波の駆動力によりボルテックスが移動し超伝導体中を流れる電流に抵抗が生じることである。その予測を実験的に確認し、さらにこの相互作用を応用するために、ボルテックス-静磁波相互作用を用いた超伝導静磁波素子を考案した。この素子特性を測定した結果、酸化物高温超伝導体中のボルテックスと強磁性体中を伝搬する静磁波の間での相互作用を世界ではじめて実験的に確認できた。この相互作用は今後さらに検討を進めればスイッチング素子への応用が可能である。次に、この超伝導静磁波素子の機能を高めるにあたり必要不可欠な、酸化物高温超伝導体と、静磁波伝搬用強磁性体の直接積層構造を実現するために、YIGに代わる材料としてPr_<1-x>Ca_xMnO_3(PCMO)を提案した。まず、この材料を薄膜化し、電気的、磁気的特性の測定を行うことにより超伝導静磁波素子材料としての有用性について示した。続いて、実際にYBCO/PCMO直接積層構造による超伝導静磁波モード帯域阻止フィルタを作製し、PCMO中での静磁波励振を始めて確認することにより、PCMOが静磁波素子応用に有用であるということを示している。以上のように、本論文は極めて独創的で、これまで報告例のない超伝導体中のボルテックスと強磁性体中を伝搬する静磁波との間の相互作用を用いた超伝導静磁波素子について行われたもので、超伝導体の新しい応用分野を開拓するものである。酸化物超伝導体内のボルテックスと強磁性体内を伝搬する静磁波との相互作用を利用した超伝導静磁波素子を提案した。平成14年度の研究計画として、まず静磁波を励起できるペロブスカイト型Mn酸化物の探索を行った。静磁波を伝搬できるものは強磁性誘電体であることが条件であり、超伝導静磁波素子用のMn酸化物は超伝導の生じる低温で強磁性絶縁体領域(FI領域)をもつ必要がある。この条件を満たすものとしてPr_<0.75>Ca_<0.25>

MnO_3 (PCMO)、La_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3 (LSMO)、Nd_<0.8>Sr_<0.2>MnO_3 (NSMO)があり、これらをレーザーアブレーション法で薄膜化し、誘電特性と磁性特性について調べた。いずれも、キュリー温度以下でFI領域に転移し、30Kで10から20の誘電率を示した。tanδの値はPCMO<NSMO<LSMOの順で、30KでPCMOの3×10^<-3>が最も小さかった。飽和磁化の値はLAMO<NSMO<PCMOの順でPCMOの470Gが最も大きかった。これらの結果より、超伝導静磁波素子用のMn酸化物はPCMOが適切と判断した。また、フェリ磁性体Y_3Fe_5O_<12>(YIG)単結晶と超伝導体YBa_2Cu_3O_<7-δ> (YBCO)薄膜の圧着構造を用いた静磁波素子の試作を行った。レーザーアブレーション法でYBCO薄膜を成膜し、リソグラフィー技術によりマイクロブリッジ素子に加工した。この素子上部にYIG静磁波伝搬線路を置き、静磁波とボルテックスの相互作用について調べたブリッジなしで外部磁場を加えると、静磁波伝搬線路の伝送特性上に静磁波の伝搬によるピークを観測したが、ブリッジが存在するとこのピークは消滅した、またこの時、マイクロブリッジの電流-電圧特性は変化した、これらの結果は相互作用により、静磁波のエネルギーがマイクロブリッジのボルテックスを駆動するために使われたことを示唆している。第2種超伝導体である酸化物超伝導体中のボルテックスと、強磁性体中を伝搬する静磁波との相互作用を利用した新規デバイス(超伝導静磁波素子)の開発を試みた。平成14年度において、酸化物超伝導体と積層可能なMn系酸化物強磁性体の中でPr_<0.75>Ca_<0.25>MnO_3(PCMO)が最適と判断したので、平成15年度においては、まず酸化物超伝導体YBa_2Cu_3O_<7・δ>(YBCO)とPCMOのヘテロ構造の作製について検討を行った。その結果、SrTiO_3(001)基板上には共にc軸配向のYBCO(001)/PCMO(001)の積層構造を、Al_2O_3(0001)基板上にはYBCO(113)/PCMO(111)のヘテロ積層構造の作製に成功した。さらに、これらの積層構造で作製した超伝導線路やマイクロ波フィルタ素子において、静磁波とボルテックスの相互作用により生じる現象を確認した。一方、PCMO静磁波伝搬線路/YBCOマイクロブリッジ(MB)静磁波素子のプレ実験として行った、Y_3Fe_5O_<12>(YIG)静磁波伝搬線路/YBCO-MB素子の動作実験において、印加磁場のもとで静磁波が励起される周波数帯域で、MBの超伝導-電圧状態転移が静磁波伝搬線路の伝搬特性に変化を与えること、また静磁波の伝搬状態がMBの電流-電圧特性に影響を与えることを確認し、静磁波とボッテックスの相互作用を確認した。PCMO/YBCO素子に関しては、PCMOの膜厚の薄さに起因する静磁波の伝搬損失が大きいことがわかり、PCMOの単結晶育成が望まれる。
酵母の形質転換(DNA輸送)機構の解明

本研究では、酵母の形質転換(DNA輸送)機構の更に詳細な知見を得るため、形質転換プロセスの可視化を行った。また、本DNA輸送において重要な役割を果たすと予想されるPan1pの機能解析も試みた。標識試薬YOYO-1はDNAと強く結合し、かつDNAと結合したときのみ蛍光を発する。しかも、YOYO-1は細胞膜を通過しない。本研究では、YOYO-1で標識したDNA(YOYO-1/DNA)を用いて酵母細胞の形質転換を行い、同複合体を蛍光顕微鏡で追跡した。その結果、最初にYOYO-1/DNAが酵母細胞壁周辺を染色する様子が観察された。更に詳細な情報を得るため、Nanogoldで標識したDNA(Nanogold/DNA)を用いて、電子顕微鏡により観察したところ、Nanogold/DNAが細胞壁周辺に結合していた。これは、蛍光顕微鏡による観察結果と一致した。更に、Nanogold/DNAが細胞壁内、細胞膜周辺、及び細胞内にも観察された。特に、Nanogold/DNAが細胞膜の陥入に伴い、エンドサイトーシス様の細胞膜陥入、即ち「超チャネル」により細胞内に取り込まれる様子を観察することに成功した。酵母「超チャネル」の分子機構を明らかにするため、本「超チャネル」において重要な役割を果たすと予想されるPan1pに着目した。Pan1pは、多様なドメインから構成され、各ドメインが多くのエンドサイトーシス(細胞膜陥入)因子と相互作用する。従って、Pan1pにおいて、細胞膜陥入と形質転換に必須の領域を明らかにすることにより、Pan1pを介した細胞膜陥入過程の詳細な知見が得られると期待した。本研究では、少なくともPanlp生育必須領域が細胞膜陥入と形質転換に必須の領域であることを明らかにした。酵母非必須遺伝子欠損株約5,000株全ての形質転換能を網羅的に調べた。その結果、高形質転換能株[pde2(高親和性cAMPフォスフォジエステラーゼ欠損株)、spf1(小胞体局在性P-type ATPase型[基質不明]欠損株)、pmr1(ゴルジ体局在性P-type ATPase型Ca^<2+>/Mn^<2+>トランスポーター欠損株)]、および低形質転換能株[she4(Myo3/5pのシャペロン欠損株)、arc18(Arp2/3複合体サブユニット欠損株)、sin3(転写調節因子欠損株)]を同定した。また、myo3myo5、arp2、arp3、arc15、arc19、yrp1、las17、およびpan1も低形質転換能株であることを示した。低形質転換能株ではいずれも、アクチンの重合化に関わる複合体(arp2/3複合体)、及びその活性化因子(Pan1p, Vrp1p, Las17p, Myo3p, Myo5p)の機能が不完全である。従って、arp2/3複合体、並びにその活性化因子(併せてarp2/3マシナリーと呼ぶ)が形質転換において重要な役割を担っていると推察された。一方、本マシーナリーの構成成分欠損株は、エンドサイトーシス能も欠損している。そして、本マシナリーはエンドサイトーシスにおいて、細胞膜の陥入による物質取り込み過程の推進・制御に深く関わると強く示唆されている。一方、細胞膜の陥入過程には、Ent1/2pやクラスリン(Chc1p)も重要な機能を果たす。Ent1/2pはPan1pと相互作用することから、ent1ent2欠損株の形質転換能を検討した結果、同欠損株も形質転換能欠損株であった。以上の知見を考え併せ、形質転換において、DNA取り込みはエンドサイトーシス様に細胞膜の陥入により推進・制御されると推察された。
対人援助専門職の新たな連携と協働の技法に関する臨床福祉社会学的研究

本研究は、リフレクティング・プロセスを用いた対人援助専門職のための新たな連携と協働の技法の開発を目的として実施された。主たる研究成果は次の通りである。1.リフレクティング・プロセスに関する先行研究の整理とこの方法の特徴に関する理論的吟味、2.福祉現場におけるアクションリサーチを通したリフレクティング・プロセスの実践と有効性の検証、3.実践と検証を踏まえた医療・福祉現場で活用可能なプログラムの開発。本研究は、リフレクティング・プロセスを用いた対人援助専門職のための新たな連携と協働の技法の開発を目的とする。今年度は、福祉現場におけるアクションリサーチを通したリフレクティング・プロセスの実践と有効性の検証をおこなった。1.リフレクティング・プロセスに関する参加型アクションリサーチの実践:まず、鹿児島県下および京都府下の複数の高齢者福祉施設において、介護職・看護職間の多職種間連携における課題をテーマにグループ・インタビューとリフレクティング・プロセスの実践、さらに、実践前後におけるアンケートによる効果測定をおこなった。また、広島県下の病院を含む複数の機関に所属するメンバーからなる精神保健福祉専門職グループとリフレクティング・プロセスに関する研究会を定期的に開催し、そのなかで事例検討型のリフレクティング・プロセスを実施、記録をするとともに、そのデータの協働的な質的分析をおこない、リフレクティング・プロセス参加者の各視点からの多声的分析を踏まえた成果について学会報告をおこなった。2.リフレクティング・プロセスの有効性の検証:上記のプロセスの映像、音声による記録の質的分析、参加者へのアンケートとインタビューのデータ分析を通して、これまでの理論的検討も踏まえつつ、本技法の有効性や他の類似技法に比しての優位性について検証を進めた。3.上記の実践と検証を踏まえた暫定的プログラムの開発:上記の分析を踏まえ、各医療・福祉現場で活用可能な実践プログラムの暫定版開発を試みた。今年度は、福祉現場におけるアクションリサーチを通したリフレクティング・プロセスの実践と有効性の検証に関する考察を深め、その成果の発信を国内・国外でおこなった。また、リフレクティング・プロセスの活用において先行する北欧の実践状況を調査するとともに、研究者や実践者への情報発信と研究交流に取り組んだ。具体的には、以下のような研究活動をおこなった。1.前年度実施したリフレクティング・プロセスに関する参加型アクションリサーチの考察:全年度、鹿児島県下および京都府下の複数の高齢者福祉施設において、介護職・看護職間の多職種間連携における課題をテーマにグループ・インタビューとリフレクティング・プロセスの実践、さらに、実践前後におけるアンケートによる効果測定をおこなったが、その結果について考察を深め、学会報告をおこなった。2.北欧におけるリフレクティング・プロセスの実践状況の調査と研究交流:リフレクティング・プロセスの活用において先行する北欧の実践状況を調査するため、デンマークの医療機関、福祉機関、シンクタンク等において聞き取り調査を行った。また、デンマークでリフレクティング・プロセス研究に取り組む研究者らとともにシンポジウムを開催し、そこでの講演において、デンマークの実践者、教育者らに対して、日本におけるリフレクティング・プロセス研究の現状を紹介した。3.研究成果を踏まえたリフレクティング・プロセスの定式化:これまでの研究成果を踏まえ、リフレクティング・プロセスの理論的定式化を試みた。今年度は、当該領域に関する先行研究の整理と参加型アクションリサーチの計画のためのパイロットスタディをおこなった。1.リフレクティング・プロセスに関する先行研究の整理として、国内・国外において家族療法の分野、ソーシャルワークの分野、教育の分野、その他様々な領域に存在する研究蓄積について、とりわけリフレクティング・プロセスの活用に関して状況の先行する国外の先行研究を幅広く収集し、その文献研究をおこなった。また、関連領域の研究者との研究会を開催し、情報収集に努めた。それを踏まえ、国内におけるリフレクティング・プロセスの従来の紹介のされ方の限界や課題を明らかにし、より正確な理論的位置づけをおこなった。2.本研究プロジェクトの中軸をなす社会福祉専門職との当事者参加型アクションリサーチの詳細な手順について検討するための準備をおこなった。具体的には、上記計画の立案のため、(1)鹿児島県の高齢者福祉施設一箇所において、介護福祉専門職と看護専門職へのグループ・インタビューとリフレクティング・プロセスの実践を含むパイロットスタディを実施し、そこでの手順の妥当性や有効性を確認するとともに、より広い範囲の施設における本調査への準備を進めている。(2)また、広島県の病院を含む複数の機関に所属するメンバーからなる精神保健福祉専門職グループとリフレクティング・プロセスに関する研究会を定期的に開催し、そのなかで事例検討型のリフレクティング・プロセスを実施、記録をするとともに、そのデータの協働的な質的分析に取り組んでいる。アクションリサーチに関しては、鹿児島県、京都府における複数の高齢者福祉施設の協力が得られたため、比較的順調に実践研究を進めることができている。精神保健福祉専門職グループとの研究会形式での実践も順調である。ただし、インタビューやリフレクティング・プロセス実践のすべてに研究代表者の参加を要するため、その頻度や日数上の制約も生じざるを得ない。

先行研究の整理・検討は予定通り順調に進んでいる。アクションリサーチに関しては、協働する福祉専門職やその所属機関側の事情もあるため、当初予定の地域とは異なる部分も含まれているが、そうしたことも当初計画に織り込み済みであり、臨機応変に対応できている。今後は、可能な範囲で今年度実施しアクションリサーチと同形式での実践を補足的に新たな高齢者福祉施設で実施するなど、データの補強をおこなう。同時に、これまでに得られたインタビューおよびアンケート等のデータ分析を進める。また、類似のリフレクティング・チーム形式を用いた保健・医療・福祉領域での教育・研修が展開されている北欧の状況について視察し、有効なプログラム開発の参考とすることを計画している。以上を踏まえ、対人援助の現場で有効に活用可能なケアとサポート、連携と協働のための具体的なコミュニケーション・プログラムの暫定版を開発する。今後は、本調査としてアクションリサーチを通したリフレクティング・プロセスの有効性の検証に取り組んでいく。具体的には、介護福祉専門職グループ、および、精神保健福祉専門職グループの各々の現場において、適切な範囲でのリフレクティング・プロセスを複数回実践し、その内容および事前・事後の状況に関するデータ収集をおこなう。また、上記のプロセスの映像、音声による記録の質的分析、参加者へのアンケートとインタビューのデータ分析を踏まえて、本技法の有効性や他の類似技法に比しての優位性について検証をおこなう。さらに、可能であれば、上記の分析を踏まえ、各現場で活用可能な実践プログラムの暫定版を開発する。次年度研究費の使用計画としては、各地でのリフレクティング・プロセス実践とその調査に取り組むための旅費、および、それに通常業務の中で研究協力していただく各専門職の方々やその所属機関に対して支払う研究協力謝金、蓄積された音声データのテープ起こし等の謝金が一定の比重を占めるが、先に述べた北欧での現状視察と資料収集の旅費、また、最終年度として研究成果の広報のための費用も要する。次年度研究費の使用計画としては、各地でのリフレクティング・プロセス実践とその調査に取り組むための旅費、および、それに通常業務の中で研究協力していただく各専門職の方々やその所属機関に対して支払う研究協力謝金が大きな比重を占めることになる。加えて、音声・映像記録のためのメディアの消耗品費等が必要となる。
ハイスループットRNAi法によるイネいもち病菌のゲノム機能解析

当研究室で構築されたハイスループットRNAiベクターpSilent-Duall (pSD1)を用いて、植物細胞壁分解酵素を対象としてサイレンシングによる機能解析を試みた。本研究では,4050bpの配列を対象遺伝子から抽出し、それをつなげた合成遺伝子をサイレンシングトリガーとするBuilding Blocks法を用いた。対象とした遺伝子群は、細胞壁加水分解酵素であるxylanaseおよびcellobiohydrolase遺伝子ファミリーである。コムギいもち病菌のxylanaseサイレンシング株では病原性が低下していたが、細胞観察の結果、野生株に比べ貫穿糸形成が有意に抑制され、HR誘導の割合が増加していることが明らかとなった。また、垂直侵入後の水平的な感染拡大の速度も低下しており、xylanase遺伝子群が本菌の角皮侵入および病斑拡大の両方に機能していることが示唆された。一方、cellobiohydrolaseサイレンシング株においても病原性の低下がやや見られたが、貫穿糸形成率の低下より、パピラ形成誘導の割合が増加しており、これらの酵素群が本菌の異なった感染場面で機能している可能性が示唆された。当研究室で構築されたハイスループットRNAiベクターpSilent-Duall(pSD1)を用いて、対象遺伝子のRNAiコンストラクトの構築とそれによるノックダウンいもち病菌株の作製を中心に行った。これまでにHP1,HP1-h1,Mre11,Ku70,Ku80,Rad51,Rad52,Rad57,HDA1,HOS1,HOS2,HOS4などのサイレンシングコンストラクトを作成し、そのノックダウン株を確立した。これまで明瞭な表現形を示しているのは、Ku70おおびMre11の変異体のみであるが、詳細な表現形の調査は来年度以降に行う予定である。また、他の30個ほどの遺伝子に対するサイレンシングコンストラクトも作成中であり、順次、いもち病菌に導入し、遺伝子発現を確認し、ノックダウン株を作成していく予定である。特別研究員の採用が10月からであり、また予算の使用開始が12月であるため、現状ではこういう状態である。これまでに約30のクロマチンリモデリングに関与する遺伝子のサイレンシングコンストラクトを作成し、そのノックダウン株の選抜を試みたが、その多くで充分な遺伝子発現の抑制が認められない結果となっている。この原因は不明であるが、僅かな遺伝子発現の低下が致死にいたる、あるいは他の生物で報告されているように糸状菌にもRNAi耐性の遺伝子が存在する等の可能性が考えられる。そこで現状の計画に加え、新たに植物細胞壁分解酵素をその対象に加えて、同様の手法で、解析を試みている。その結果、キシロースを基質とするキシラナーゼやセルロースを基質とするセルラーゼなどのノックダウン株で、対象遺伝子の発現、酵素活性の有意な低下が観察され、また明瞭な病原性の低下が認められた。これらのノックダウン変異体の感染過程を細胞学的に観察した所、植物細胞への侵入率の低下に加え、侵入後の未感染細胞への伸展程度の両方に欠損があることが明らかとなった。一般に細胞壁分解酵素は、ゲノム上に数個20個程度、ホモログが存在しており、その機能的な冗長性から、これまで病原性への関与が示唆されていたものの、その遺伝学的な証拠が得られていなかった。今回の知見は、植物病原糸状菌の細胞壁分解酵素が、実際に侵略力、病原力の両方に関わっていることを示せた点で意義深いと考えている。
温熱療法とIL-1R阻害薬の臨床応用に向けた併用療法の開発

2018年4月から2019年年3月までの間は研究を協力できる大学院学生などが確保困難であり、また、研究代表者の体調悪化にて研究実績は学会における研究関連情報収集のみとなった。情報収集では以下を得ることができた。インターロイキ(IL-)はこれまで抗腫瘍効果について論議されてきた(IL-2, IL-12など)。さらに頭頸部癌に効果がある可能性があったIL-28A, IL-27であるが、このサイトカイン療法は動物実験では有効性が示されているが、臨床では十分な効果は発揮できていないと報告されていた。それは半減期の問題があると検討されていた。本研究についてはIL-1という新たな抗腫瘍効果への試みであり、動物実験に移行し効果を確認することとなるが、さらに温熱療法との併用がこれまでのインターロイキンの抗腫瘍効果の研究とは異なる。本研究ではIL-1と温熱療法の相乗効果を期待するものである。温熱療法は局所効果とともに、全身の免疫状態を向上させる可能性もあるとの報告があった。このことから、温熱療法の抗腫瘍効果は長時間に持続するものと考えられる。このことから、もし、IL-1の半減期が早い時間であって、抗腫瘍効果が減じた場合でも、温熱療法との併用については抗腫瘍効果に対して十分に意義のある研究内容であると考えられた。温熱療法の基礎実験、動物実験において経験豊富な光藤教授の支援のもと、本年度は実験が進むむことになる。研究を協力できる大学院学生などが確保困難であり、また、研究代表者の体調悪化にて研究は進まなかった。研究代表者の体調管理が整ってきたこと、大学院学生など研究を遂行する人員が確保でき、研究を遂行していく。温熱療法とIL-1阻害薬の抗腫瘍効果のメカニズムについて詳細な解析を行う。また、これをもとに、ヒト扁平上皮癌細胞移植ヌードマウスにおける温熱療法とIL-1R阻害薬の併用療法による腫瘍抑制効果を検討することとする。研究を協力できる大学院学生などが確保困難であり、また、研究代表者の体調悪化にて研究は進まなかったため、物品費が使い切れず、残高が生じた。次年度は拡散分離システムQuickGene-Min810に充当する予定である。次年度は研究の体制が整っており研究を進める。
印刷法を用いたロボットの作製法「ペーパーメカトロニクス」の確立

本研究では,印刷法を用いた簡便に多様なロボットを作製する系統だった設計・製作法の開発を目的として研究を進めている.昨年度は,ペーパーメカトロニクスの基盤技術となる印刷法で作製する立体配線基板の開発を行った.今年度は,この立体配線基板の応用性を拡張するための研究を継続して行った.立体配線基板の駆動法として,ElectroHydroDynamics(EHD)に着目した.EHDは,絶縁性流体に入れた2枚の電極間に高電圧を印可することで,流動が発生する現象のことである.中空かつ軽量である折り紙構造は,流動の体積力を受けるEHDと相性が良い.EHDを用いて遊泳ロボットやマイクロポンプに応用する中で,この現象の持つ基礎特性を調査した.最終的に,流動を発生する際の反発力を利用することが効率的と考え,高応答かつ大変位する揺動アクチュエータを開発した.さらに印刷立体配線基板は,簡便かつ迅速に作製でき低コストという特徴を持つ.これは小型ロボットを大量に作製して制御を行う群ロボットの分野と相性が良い.群ロボットへの応用を目的として,小型構造の同時印刷法を提案した.1枚の紙面上に56個の展開図を設計し,同時に印刷を行うことによって小型構造を作製する.インクジェットプリンタのシステムとして印刷できる最大の紙面サイズは制限されるが,その制限の中であれば複数の構造を設計できる.また,紙とは異なる特徴を持つ基板を対象とした研究として,ゴム材料への電極印刷法の研究をしている.刷毛を用いてゴム材料上に均質に電極を塗布することによって,作製するアクチュエータの特性が安定することを発見した.さらに,刷毛の塗布方向によって電極材料の異方性が反映され,機械的特性・電気的特性ともに異方性を持たせられることが確認された.今後は,本ゴム材料を基板とした印刷ロボットの開発も検討する.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。本研究では,印刷法を用いた簡便に多様なロボットを作製する系統だった設計・製作法の開発を目的として研究を進めている.これまで,印刷法を用いた構造と配線の形成法の開発を行ってきた.構造と配線それぞれを作製するために別の紙を使用し,積層することで統合していた.紙を積層すると,基板が厚くなり固くなることで,形成される立体構造が制限される.海外の研究グループも,形状記憶高分子やプラスチックシートを重ね合わせることで,自動立体構造形成をする技術を開発している.その研究においても,重ね合わせる手間やそれによって生まれる誤差について言及されていた.そこで本年は,1枚の紙の上に同時に構造と配線を形成する手法の開発の目途が立ったため,優先順位を上げて重点的に研究に取り組んだ.最終的には,開発した立体基板に適した静電アクチュエータの原理を探索し,駆動に成功した.具体的には,1枚の紙に印刷することで構造と配線を構成する手法を開発した.銀ナノ粒子インクが描画されたパターンが配線となり,構造形成用インクが描画された線に沿って紙が自発的に折れ曲がることによって構造が形成される.これらのインクは,1つの家庭用インクジェットプリンタのカートリッジに充填されているため,小規模な装置で初期投資を少なく開発することができる.銀が印刷された部分も構造形成し,構造形成後も銀の導電性が確保されることも確認されている.また,印刷ロボットの駆動原理として,電気流体現象(ElectroHydroDynamics)にも着目している.EHDは,印可した電圧に従って流体が移動する現象を指す.応用として,自律遊泳する小型電極や吸着デバイスの開発を行っている.発生力の小さい静電アクチュエータの中でも体積力を発生することのできるEHD現象は,軽量という特徴を持つペーパーメカトロニクスの応用性を拡充する駆動原理として期待している.1枚の紙面上に構造と配線を同時に印刷することは,困難であると考えられていたが,今年度で達成することができた.構造形成に用いている紙の表面は凹凸が多いことが特徴である.凹凸の多い表面に粒子径の小さい銀ナノ粒子を印刷しても,粒子同士が乖離してしまい,通電が確保することができなくなる.しかし,熱処理を行うことでそれを解消することができることに気が付き,実験を繰り返すことで,通電を行う目的により良い抵抗値が下がる条件を確認することができ,開発に成功した.また,ロボットの駆動に関しては,応答性の良い静電アクチュエータの原理を探索し,駆動に成功した.従来は,電気熱アクチュエータを利用していたが,熱拡散に由来する応答性の遅さが欠点として挙げられていた.Zipper,折り畳み,リニア, EHDなど様々な種類の静電アクチュエータを調査・実験し,最終的に静電接着の原理を用いた駆動に適した構造の発見に至った.開発されたロボットは15sで56mmの距離を駆動した.これは,機体サイズの7.38倍を1分間で移動する計算となり,従来の同様なサイズの静電ロボットに対して約6.5倍の速度を生成することに成功した.本研究では,印刷法を用いた簡便に多様なロボットを作製する系統だった設計・製作法の開発を目的として研究を進めている.昨年度は,ペーパーメカトロニクスの基盤技術となる印刷法で作製する立体配線基板の開発を行った.今年度は,この立体配線基板の応用性を拡張するための研究を継続して行った.立体配線基板の駆動法として,ElectroHydroDynamics(EHD)に着目した.EHDは,絶縁性流体に入れた2枚の電極間に高電圧を印可することで,流動が発生する現象のことである.