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耐熱金属一体造形による低コスト・高効率電熱ヒータ:高温水素噴射による高性能宇宙推進機
【用途例】低コスト・高効率ヒータによる高温ガス源の宇宙・地上産業への応用
低燃費・大推力の特性は,燃料の節約による宇宙機の大幅な積載能力の向上と、目的地までの移動時間の短縮を実現します。宇宙推進の燃料には、これまで強い毒性を持つヒドラジンと呼ばれるものや、極めて希少かつ高価なキセノンといった特殊なものが用いられてきました。水素の燃料としての採用は、無毒・低コストのみならず、将来的に月面で採取した水から得た水素を宇宙空間で補給する新たな宇宙輸送システムの実現にも貢献します。これにより、あらゆるものを地上から運んできたこれまでの宇宙輸送の概念を刷新することができます。水素以外にも種々の流体を燃料として利用でき、メタンなども利用可能です。
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耐衝撃性オールバイオマスプラスチックの開発
【用途例】プラスチック製品など
脱炭素化に貢献するバイオマスプラスチックを環境調和型の高分子・添加剤により高機能化し、汎用樹脂の代替となるような実用的物性を備えた材料を開発します。実用化を目指すにあたり物性だけでなく作製プロセスの簡便性も重視しています。さらに、熱可塑性樹脂特有の高いリサイクル性にも着目した技術開発にも取り組みます。
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橋梁点検の自動化のためのUAV撮影と3D損傷認識手法の開発 【用途例】UAV撮影とAI損傷認識を活用してインフラ維持管理のDX
本研究では、UAV点検から損傷の認識そしてその可視化が全て自動的に行い、橋梁の維持管理を擬似バーチャル空間で行うことができるシステムの構築である。本研究のVisionとして
(1) 橋梁構造物のUAV自律制御により3次元モデルの構築および損傷認識に両方適応できる写真を自動的に行う。
(2) UAVより撮影された写真から、ピクセルレベルで損傷をで認識(AI)する。
(3) 静止画像から3次元モデルを構築するSfMを用いて、撮影された写真を橋梁構造の3Dモデル構築し、損傷を3次元モデルにマークする。
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”光るデバイス”を省エネ化する、乾電池で動く有機ELの開発 【用途例】省エネルギーな白色発光デバイスへ貢献
従来デバイスに対して駆動電圧を半減であるため、RGB単色素子をいずれも低電圧で駆動できます。実用的なデバイスとしてタンデム型などへ転用した際も低電圧化の利点が大きく働く。加えて、励起子拡散を利用することで、単素子による白色発光デバイスを目指しています。これにより乾電池で駆動可能な白色光源への応用へチャレンジします。
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原子ダイナミクス計算と熱流体解析を活用した凝固プロセスの設計 〜革新的軽金属材料の開発〜 【用途例】マグネシウム合金の航空機や新幹線車両の部材としての実用化を目指しています。
マグネシウム(Mg)の比重は鉄の約1/3、アルミニウム(Al)の約2/3と実用金属の中でも最も軽い。そのため、次世代軽量構造材料として輸送用機器部材への適用が期待されています。2001年に熊本大学で開発されたMg-Zn-Y系合金は、展伸加工することによって、延性を確保しながら、機械的強度が著しく向上するため、現在世界的に研究が行われています。一方で、Mg合金を航空機や鉄道車両の部材として使用するには、機械的強度だけでなく安全性、信頼性を確保する破壊靱性も極めて重要な材料特性であり、その改善が産業界から強く求められています。
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異径混繊複合紡糸技術による新規メルトブロー不織布開発のスマート化 【用途例】特殊ノズルを用いることによる混繊不織布の生産ラインの1本化、および混繊による新規特性付与
本研究では、MB法にて現在流通しているオレフィン系樹脂のひとつであるポリプロピレンに対して、耐熱性樹脂であるポリカーボネートを混繊させることによって不織布の低熱収縮性の向上が示されました。図に示すように熱処理前後で混繊不織布はほぼ形状が変わらず高い寸法安定性が確認されました。このように従来の単成分不織布には見られなかった新規特性を混繊によって実現することが可能です。ポリカーボネートに限らず、付与させたい特性のニーズに合わせて樹脂を変更することも可能であり、多岐にわたる特性を保持した新たな不織布の開発が期待されます。
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波を利用した高速・省電力の革新的情報処理創出 【用途例】多重並列情報基盤・情報デバイスに必要な革新的材料基盤
IoT・AI時代に突入し今後情報通信容量の爆発的な増加が懸念され情報通信機器の消費電力増大は社会基盤全体を安全・安心に構築する上で深刻な課題となる。本研究開発は、この根本課題を解決に導く基盤材料・要素技術を提供することができる。消費電力増大の要因は、情報通信で光の波動性により多重化された信号が、情報処理では全て分離され逐次計算されることに起因する。これを解決するために、情報処理にも電子スピン波という「波」を活用し、多重情報を情報通信から情報処理へシームレスに接続し並列演算処理を可能にする。
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多数の制約条件の中から材料プロセス設計条件を迅速に導き出す 【用途例】各種プロセスの設計への活用
プロセス設計には複数の相関式を用いたり、数値シミュレーションを行ったり、モデル実験を行うことで設計条件を決め、最終的にスケールアップを行い、実機操業へと繋げていくため、開発には多大な時間を要します。本研究開発によって、さまざまな業種におけるプロセス設計においてその開発速度を大幅に向上し、省人化することを目指します。
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産業用高出力レーザーのための超高耐力・メンテナンスフリーな新型ガス光学システムの開発 【用途例】紫外レーザーで書き込むガス光学素子で、ダメージ知らずのレーザーシステム開発へ
高出力レーザーシステムが大型化する要因には、素子破壊を回避するために光学素子が大きくなってしまうこと、増幅器を通過する度に歪んでしまうレーザー波面を修正するための空間フィルターが必要になることなどが挙げられます。本研究の取り組みの1つとして、オゾンガスを媒質としたレーザー波面クリーナー素子に置き換え、システム全体として1/2以下の小型化を目指します。2つめの取り組みとして、レーザー加工や表面処理を行う際に回避できない課題とされている、加工対象物からの飛散物(デブリ)が集光レンズへ付着し、メンテナンスや交換を必要となってしまう問題を、根本的に解決する集光光学システムを開発します。
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バイオスチレンから広がるバイオ芳香族セルファクトリー 【用途例】バイオ芳香族シャーシ株
微生物を用いたモノづくりでは、原料のバイオマスを微生物が自身の増殖に利用してしまうことが問題となっています。目的のモノが作られずに微生物自身が増えてしまうだけ、ということがよくあります。しかし微生物が増えないように代謝を改変してしまうと、微生物は元気がなくなりモノを作らなくなります。この増殖とモノづくりの間のジレンマがこれまでの大きな問題でした。本研究では、糖を使い分けることで微生物の増殖とモノづくりをそれぞれ独立してコントロールする技術(PMPE: Parallel Metabolic Pathway Engineering)を新たに開発し、このジレンマの解決に取り組んでいます。
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絹フィブロインナノファイバーで補強した高強度・抗菌キトサン繊維 【用途例】生体親和性の高い、高強度フィブロイン×キトサン複合繊維
キトサンの繊維化は、抗菌性繊維やテキスタイル成形、複雑な形状の創傷被覆材の作製など成形加工性の観点から過去に様々な研究がなされてきたものの、繊維湿強度の問題や溶剤の残留の問題などから実用化に至っていません。機械解繊フィブロインナノファイバーを繊維補強材としてキトサンに複合させ紡糸することにより、生体親和性の高い、高強度・抗菌繊維の創製およびテキスタイル形成、創傷被覆材等のヘルスケア機能材料の開発が期待されます。
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未来の超小型電源用集積磁気デバイスへの挑戦 【用途例】超高周波磁気デバイスにより電気エネルギーをより便利で効率的に -電気自動車から身近な充電器まで-
SiCやGaNを利用した次世代パワー半導体の登場によって,電源回路はMHz帯を超える超高周波で動作することが可能となりました。しかし,次世代パワー半導体の性能を最大限に引き出すうえで,高周波で発生する磁気デバイスの損失が重い足枷となっています。
私たちの研究チームでは,「MHz帯での損失が少ないデバイス構造の開発」と「磁気デバイス・回路の垂直統合による小型化の実現」に着手し,まったく新しい磁気デバイスの設計思想の確立を目指します。これらの実現には「磁気デバイス同士の相互干渉」や「磁気デバイス損失」の発生メカニズムの解析が不可欠です。解析技術と回路基板設計技術の高度な融合が,磁気デバイス設計の新たな選択肢を切り開くきっかけになると信じています。
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高速充放電特性と高エネルギー密度貯蔵を両立した水系ハイブリッドキャパシタの開発 【用途例】急速充放電対応ハイブリッドキャパシタ電源
カーボンニュートラルの達成には電気自動車のエネルギー回生システムの高効率化や再生可能エネルギーの電力平準化用蓄電デバイスの急速充放電を可能にすることが求められます。そのためには急速充放電と高作動電圧、高容量、高安全蓄電の可能な蓄電デバイスが必要であり、高電圧水系ハイブリッドキャパシタがそれらを満たす電源となるため、その実用化によってカーボンニュートラルの達成に貢献します。
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養薬剤抵抗性を生じない、高電圧インパルスを用いた新たなワクモ殺虫技術の構築 【用途例】高電圧インパルス印加によるワクモの電撃殺虫
わが国における採卵養鶏事業は、高度に集約・システム化された生産体制によって「ワクモ」が通年繁殖し、その経済的被害は近年増大しています。その防除方法として殺ダニ剤が使用されてきましたが、発育環境が極めて短いことから近年、薬剤抵抗性を持つワクモが出現し、対策に苦慮しているのが現状です。そこで本研究では、高電圧インパルス印加によるワクモの殺虫メカニズムを解明、その特性を活かしたワクモ誘引型リアクタを開発し、薬剤抵抗性を持つワクモに対し、殺虫効率90%以上の技術を構築することを目的として研究を行っています。
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セルフヘルスケアのためのウェアラブル筋量評価システムの開発 【用途例】日常的に自身の筋肉の状態を知ることで、元気に年をとる
本研究では、簡単に筋量を評価することが可能なウェアラブル筋量評価システムの開発を行います。筋肉を電気刺激で強制的に収縮した際に発生する筋音から、対象となる筋肉の筋量を再現性よく評価することが特徴です。
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