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研究シーズ一覧
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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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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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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。詳細を見る
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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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抗生物質代替化合物の探索 【用途例】既存抗菌剤に代わる特定細菌を対象とした抗菌素材の開発
抗菌剤はその効果が特定の細菌に限定されておらず、感染症の原因菌のみならず有用な人常在菌も殺菌対象となっているため、その常用による抗生物質耐性菌の出現など様々な問題が生じている。また、抗生物質は養鶏、養豚などの畜産、ブリなどの漁業における養殖、農業分野における土壌改善などにおいても盛んに用いられている。近年の研究において、それらの利用がヒトへの影響についても議論がなされている。
本研究では、化合物構造と、その化合物の抗菌スペクトルを学習することで、任意の化合物の抗菌スペクトルを予測する機械学習モデルを構築する。モデルの正当性は、モデルにより予測された抗菌物質が実際に予測した抗菌スペクトルを示すのかを実験的に検証することで証明する。モデル検証は特定の細菌のみを殺菌する新規の物質開発と直結する。本研究提案によって実現する、機械学習分野の知見を利用した効率的な抗生物質デザイン手法およびその研究成果が、畜産、漁業、農業、医薬分野それぞれに非常に大きなインパクトとなることを目指します。
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多数個の触覚センサを省配線で接続できる触覚センサシステムとマルチセンサプラットフォーム技術 【用途例】人間協調ロボットへの皮膚感覚付与やヒューマンインタフェースへの活用など
人と協調作業するロボットの手や腕などに人の触覚に相当する機能を付与することで、複雑な作業や安全な人との協調作業を実現することができます。そのためには、感度のよい触覚センサを多数個設置する必要がありますが、通常、配線の取り回しの煩雑化、応答性の低下、センサのノイズ増大などの問題が起きます。これらの問題に対応するため、我々は高感度のMEMS力センサと、その信号を読出しシリアルバス通信でネットワーク上に送信する機能を持つ独自のセンサ・プラットフォームLSIを集積化した2.5mm□サイズの触覚センサデバイスを作製しました。これにより、前述の課題を解決できます。現在、この触覚センサデバイスを用いて得られたセンシングデータを基にした機械学習により異物やテクスチャ識別を行っており、高い精度で識別が可能なことが分かってきました。考えられる様々な触覚デバイス・データ応用に参入し、ビジョン（視覚）センサ、マイクロフォン（聴覚センサ）に次ぐ第3の感覚センサである触覚センサの活用を広めていきたいと考えています。
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熱力学状態方程式とＡＩ，人工ニューラルネットワークを組み合わせた新規ハイブリッド物性推算法 【用途例】化学プロセス設計・開発に必要不可欠な化学工学物性を必要最低限の情報で高精度に推算
化学プロセス設計・開発には密度や蒸気圧など多種多様な物性推算が必要不可欠です．しかしながら，物性測定は専門的な装置・技術を必要とし，その測定には長時間を要します．そのため，日々の研究開発の成果で生み出される化学物質に対して物性データは不足しているのが現状です．化学工学物性を予測する方法も培われてきました．熱力学状態方程式は多様な物性の推算を可能にする強力な理論式です．推算には状態方程式のパラメータが必要とされます．未知の物質に対してはグループ寄与法といった方法で推算する方法が報告されてきました．しかしながら，開発されていく化学物質の分子構造の複雑化など，予測できる適用範囲が追いついていません．既存の方法では1つの物質が持つ複数の官能基が相互しあった結果など，複雑化したパターンの表現をすることができません．複雑化したパターンの表現を得意とするのが人工知能（ＡＩ），中でも人工ニューラルネットワークである．化合物の分子構造を入力変数，熱力学状態方程式のパラメータを目的変数とした人工ニューラルネットワークを開発することで，新規開発されていく化学物質の多種多様な物性推算を実現します．
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そのまま放り込むだけ！高コストのプロセスを必要としない、微生物共生システムを応用した廃棄バイオマス資源化技術 【用途例】廃棄バイオマスからバイオ燃料、高機能化学品を生産
世界では年間1000億トンの廃棄バイオマスが発生していますが、その多くは適切に処分されておらず、深刻な環境汚染の原因となっています。もし、これらの廃棄バイオマスを有用物質にバイオ変換することができれば、廃棄バイオマスは「廃棄物」ではなく、有望な「再生可能資源」となり、環境汚染も防ぐことができます。しかし、これら廃棄バイオマスの多くは、一般的に工業利用されている微生物では分解することが困難であったり、前処理や糖化などの高コストのプロセスを必要とするなどの課題が現在も解決できていません。バイオマスからの有用物質生産を実現するためには、生産菌の性能だけでなく、原材料やプロセスコストの削減が重要となります。本研究開発では、廃棄バイオマスを前処理や糖化などの高コストのプロセスを必要とせずに嫌気分解することができる海洋性菌叢（共生系を有する様々な微生物の集合体）から、物質生産に最適化・安定化した微生物共生システム【合成菌叢】を人工的に構築することで、原材料やプロセスコストを大幅に削減した、革新的な廃棄物バイオリファイナリー技術の構築を目指しています。
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コミュニケーション時の行動リズムのシンクロ率から２者間の相性を定量化する技術 【用途例】客観的・簡易的・科学的根拠に基づいた人と人との相性評価を可能にする技術
コミュニケーションにおける当事者間の相性は客観性、簡易性、科学的根拠のある評価が難しいため、婚活業界、人材派遣や教育業界では効率の悪いマッチングが問題です。そのためコミュニケーション前に相手との相性を評価できるサービス、科学的根拠のある方法論で相性を推定するサービスの実現が必要です。そこで本研究開発は２者間の行動リズム同期（シンクロ率）から２者の相性を算出できるアプリケーションの実現を目指しています
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水管損傷、衝撃波、メンテナンス、洗浄、損傷検知、損傷抑制、癌治療、超音波造影剤、超音波診断、医用超音波、マイクロバブル 【用途例】水管の管壁洗浄と損傷抑制をリアルタイムに実現します
気泡と音（超音波・衝撃波）の融合によって、多様な革新的技術の開発を分野横断的に狙います。衝撃波の能動的制御による水管（ポンプやライフライン）の損傷低減と洗浄に資する技術、および、超音波医工学（超音波造影気泡の新設計指針、強力集束超音波による低侵襲腫瘍焼灼治療／衝撃波による結石破砕への気泡援用による治療増強効果予測とトランスデゥーサ開発）を柱とするものの、マグマやガラス製造時の発泡の制御、ロケットエンジン内の極低温キャビテーションの制御、海洋探査と水質浄化など、マクロからミクロまで、深海から宇宙まで、地球科学から医薬学までと、広範をカバーします。それでいて、これらの基盤となる学理が、提案者が専門とする「気泡と音の数理物理工学」に一極集約される意味で、多様な社会・産業に対して包括的な還元を行います。
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