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研究シーズ一覧
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デジタルツインに向けた高度な水素およびアンモニア燃焼の予測 【用途例】水素・アンモニア燃焼（専焼・混焼）、水素またはアンモニア（専焼・混焼）による発電
水素及びアンモニアの燃焼において、様々な課題（逆火リスク、燃焼振動、燃焼速度、NOｘ排出量など）が残っている。水素及びアンモニアの燃焼における課題を解決するためには、基礎となる理論のモデル化が必須である。構築したモデルは流体の流れ場だけではなく、中間体を含めたすべての物質が起こりえる化学反応も取り入れる必要がある。それらの結果を可視化することで、実際の水素及びアンモニア燃焼に起きる過程を把握することができる。また、様々な燃焼条件による燃焼データ（数値計算及び実験から得られたもの）を蓄積し、機械学習によってデータを処理し、新たな燃焼条件における燃焼現象を短時間かつ正確に予測することができる。
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非侵襲的ウェアラブル心身的負担計測システム 【用途例】作業負担解析による労働持続可能の提示
作業における負担がどの程度か把握することで、労働による労災と精神疾患を未然に防ぎ、業務において従業員の休業による機会損失を防ぐことが出来る総合的なシステムの構築を目指す。この技術によって、高齢者が安全安心で労働できれば、労働持続可能性を高め人手不足を解消する労働イノベーションが行うことができ、高齢者医療費の低減や介護保険負担の低減につなげることが出来る。これにより、社会全体に利益を生む事業を目指すものである。
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高真空・高温などの極限・特殊環境下における潤滑剤としてのイオン液体の開発 【用途例】極限・特殊環境における高寿命の潤滑システムの構築
航空宇宙産業、半導体産業、風力発電産業の発展は、稼働環境に適した潤滑剤を見つけるだけではなく、耐用年数も非常に重要です。例えば、航空宇宙産業の課題として、宇宙探査機は星間空間といった深宇宙探査を行うために高寿命が求められ、洋上風力発電機においては、建設コストが陸上よりも大幅に増加し、不具合が発生するとメンテナンスや部品交換作業に多大な費用が必要となります。したがって、高性能かつ高寿命な潤滑システムを構築することで、日本産業を支えることを目指します。
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金属元素を用いずに金属調光沢を発現！水溶性インクから調製する金属調光沢材料の開発 【用途例】塗料、筆記具、化粧品、電子材料など、様々な分野へ展開
一般的な金属光沢塗料は、金属フレークを展色剤中に分散させることで光沢を発現しています。しかし、金属の使用が腐食や色ムラの発生などを引き起こします。本研究では、金属を含まない有機高分子で金属調光沢を実現するため、これまでの金属調光沢塗料よりも軽く、腐食しにくいといった特徴があります。また、光沢膜は有機高分子からなる色素粉末を水に溶かした水溶性インクを基板に塗布することで調製します。有機溶媒を使う必要がないため、環境に優しいインクから様々な物に金属調光沢を付与することができると期待されます。
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高効率なゲノム編集を実現する改良型CRISPR/Cas9システムの研究開発 【用途例】改良型CRISPR/Cas9はほぼ全ての生命科学分野の基礎研究・応用研究へ適用できる
ゲノム編集は今や世界中の研究室で日常的に行われており、その多くでCRISPR/Cas9システムが使われています。それらの研究室へ改良型CRISPR/Cas9システムを届け、効率的なゲノム編集実験を可能にすることによって世界の生命科学研究に貢献したいと考えています。また近年、ゲノム編集は畜産業、水産業、農業などへ応用され、開発されたゲノム編集食品が既に国内外で流通し始めています。本研究で高効率な改良型CRISPR/Cas9システムを確立することによって、ゲノム編集技術の産業応用が促進され、新たなゲノム編集食品などの製品の開発へとつながるものと期待しています。
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高温環境でのIoTを可能にする熱電モジュール 【用途例】高温製造現場のIoT化を実現する環境発電電源
データを取得・解析することで、システムの効率的運用が可能になる。データの取得にはセンサーや通信デバイスが必要であり、そられを動かすための電源が不可欠である。材料の製造現場などは高温環境に置かれているが、高温環境に置かれたシステムは複雑な場合が多くIoTによる管理が有効である。しかし高温環境に対応したメンテナンスフリー電源はほとんどない。本研究では高温環境に対応できる環境発電電源を開発し、データの取得によるシステム管理の基盤技術とする。
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スマホを胸ポケットにいれて作業するだけで業務を可視化 【用途例】ロボットの導入効果を数値化して、販売や製品開発を支援
本システムでは、計測アプリをインストールしたスマホを胸ポケットにいれて（または首から下げて）作業するだけで、現場の業務を可視化できる。特に本研究では、現場の機械化のニーズを要素作業・動作・姿勢レベルで定量的に算出することを目指す。さらに、機械導入前後で計測を行うことで、実際の導入効果と、発生している付帯作業等を把握でき、アフターサービスや今後の製品開発への活用にも利用できる。
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しきい値近傍アブレーションによる非侵襲レーザー微細加工 【用途例】FIBやナノリソグラフィに頼らない薄膜デバイスの製造法
フェムト秒レーザーを使ったアブレーション加工は、半導体、金属、有機材料など幅広い材料に適応できる特徴があります。様々な薄膜試料に対して系統的にレーザー加工を行い、材料がアブレーションされるしきい値を調査・整理することで、複数の材料からなる積層試料に対して、表層構造を選択的に除去する表層処理技術への展開が期待できます。例えば、大気圧下で実行可能なドライエッチングや、高感度材料の表面クリーニング、半導体リペア技術などが想定されます。
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多元素化により熱的特性を制御した耐熱コーティング材料の開発 【用途例】熱の有効利用と高温での長寿命化(燃焼機関や材料の製造)
既存の耐熱材料の限界を打ち破る新たな耐熱材料の設計指針を見出すことを課題に掲げています。遮熱、耐環境性を備えた材料を機械部材にコーティングとして実装することにより、省エネルギー・低CO2エミッションに貢献したいと考えています。また、熱膨張係数の差により生じる損傷などを低減できる材料が実現できれば、信頼性向上にもつながり、輸送用機器の安全・安心を実現できるのではないかと考えています。
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ポストシリコン半導体材料として期待される原子層半導体への新規ドーピング技術 【用途例】超低消費電力微細半導体デバイス
現在のシリコンベースの半導体テクノロジーでは、数nmのスケールまで微細化を進めると電流が流れにくくなったり、その制御が難しくなるといった問題が生じてきます。この困難を解決できる材料として注目されているのが原子数層の厚みしかない「原子層半導体」と呼ばれる材料です。しかし、従来技術では、電流制御に必要なキャリアドーピングを行う際に、電流の通り道であるチャネルにその流れを妨げる不純物や欠陥が導入されてしまうことが問題となっています。そこで、本研究では、基板分極とのリモート相互作用を利用するという新しいアプローチでこの困難を解決し、半導体デバイスの省エネ化と微細化を両立させることを目指します。
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水素を用いたポリウレア樹脂のケミカルリサイクル 【用途例】ポリウレア樹脂の原料への再生
ポリウレア樹脂は、その高い耐水性などの特徴から、様々な構造物の表面加工に適した材料です。特に、湿潤な気候風土の日本においてはインフラなどの補強への利用が期待されています。一方で、長期的な視野に立つと、役目を終えたポリウレア樹脂の適切な処分–理想的には再利用する方法–必要不可欠です。高機能樹脂であるポリウレア樹脂の再利用には、難分解性のウレア結合を化学変換する手法の開発が不可欠です。触媒技術を用いてこの難題に取り組み、ポルウレア樹脂の循環を実現します。
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オートリニューアル細胞を用いた高純度タンパク質の大量生産プロセス開発 【用途例】高純度なタンパク質を大量生産可能なタンパク質生産プロセスの開発
従来の宿主細胞を利用したタンパク質生産プロセスにおいては、宿主細胞の培養時間の延長に伴い、タンパク質の純度が大きく低下することが報告されている。これは長期的に培養された宿主細胞の機能低下が原因であると考えられている。そこで本研究では、細胞の機能低下に応答して自動的に死滅する細胞（オートリニューアル細胞）を利用することで高純度なタンパク質を大量に生産するプロセスを開発する。
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ノンデフロスト運転を目指したヒートポンプエアコンデバイスの開発 【用途例】ヒートポンプでの空調機器
冷暖房に費やすエネルギー消費量は年々増大し、2050年では空調市場の成長率が2%以上、 39兆円の市場規模と見込まれている(IEAレポート@2018年)。ポストコロナ社会では感染予防の“換気”によるエネルギーロスが多くなり、急激な増大傾向になると予測される。エアコンの技術開発より、冷暖房の省エネルギー、低炭素化に貢献し、“暮らしやすい”環境整備への促進効果を生むことが重要である。
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電気磁気結合メタ表面によるビームフォーミング技術の研究開発 【用途例】次世代通信用の電磁波制御素子
5G以降の次世代通信規格であるBeyond5Gや6Gにおいては、狙った場所で電波を送受信するためのビームフォーミング技術が必須である。しかし、実際のアンテナに存在するサイドローブや屋内での反射波により、望ましくない形での電波の送受信がビームフォーミング品質を劣化させてしまう。本研究では、通信に不要なビームを低減し、ビームフォーミングを高機能化するため。ある方向にのみビーム伝搬を許容するメタ表面を実現する。このメタ表面は入射偏波方向に依存することなく動作するために、偏波多重通信に用いることが可能である。このようにメタ表面を使うことで次世代通信の高機能化を行う。
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実用化に資するプロセスで創出するリチウムイオン電池の結晶シリコン負極の開発 【用途例】リチウムイオン電池
リチウム（Li）イオン電池は車載用や「Society 5.0」に向けた情報取得デバイスの自律分散化（IoT）に向けて必須なデバイスとして需要な年々高まっている。負極材料として高い理論容量密度（4200 mAh/g）を持つ結晶シリコン(Si)を応用することは実現すべき次世代の技術です（従来のカーボン材料は372 mAh/g）。しかし、、一番大きな課題がSiの膨張・収縮に伴い構造が壊れる（サイクル特性が劣化する）ことです。本研究はこの課題を解決するナノ構造を開発する。一方で、従来の作製方法だと、大量作製が難しいが、産業と親和性がよい、プロセスでナノ構造を実現を目指しています。
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