研究シーズ一覧｜官民による若手研究者発掘支援事業に応募した若手研究者の研究開発テーマを参照

亜臨界溶媒分離法の用途開発 -人や地球環境に優しい抽出分離技術を目指して- 【用途例】次世代グリーン製造工場や新製品・素材の創出に向けて

開発した亜臨界溶媒分離法は，在来型の蒸留・抽出・分離等の化学工学プロセスとは異なり，大幅なスケールダウンを実現できることがメリットです，自然界にありふれた環境溶媒のみを製造工程に用いることができる点もメリットの一つと考えています．SDGsの推進に向けて，日本発の医薬食品・飲料・化粧品・化成品等の製造工程のグリーンイノベーションを目指します．

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導電性ダイヤモンドナノ粒子の開発と高性能水系キャパシタへの応用【用途例】安全・省スペースで大きな電力を貯蔵するデバイス

安全な中性水系電解液を用いた高エネルギー密度かつ高出力密度の電気二重層キャパシタ（EDLC）の開発を行います。EDLCは、二次電池とは異なり、急速充放電が可能で充放電の繰り返しに対する耐久性に優れた蓄電デバイスです。このような特性から、EDLCは自動車のエネルギー回生や再生可能エネルギーによる発電における電力平準化のためのデバイスとして利用されています。本研究では、「導電性ダイヤモンドナノ粒子」を電極材料とする高性能水系EDLCの開発を目指します。

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分子レベルの設計に基づくオンデマンド型固体触媒【用途例】産業界で創出されるべき革新的な技術には、何かしらの化学反応が関わる場合が多い

本研究開発では、これまでに独自に開発してきた表面上で精密に分子を集積させることにより触媒反応場の構築する手法を応用して、高活性、多様性、実用性を兼ね備えた触媒の革新的な調製法を確立する。今後、多種多様な化学反応を小規模設備で高効率・低コストで実現する技術が必要となる。また、特殊な設備を必要とせずに室温付近の低温でも化学反応を進行させる技術の需要も増えると見込まれる。このような社会の要請に応じる技術を開発する。

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劣化を抑制した逆構造型ペロブスカイト太陽電池の開発：エネルギーハーベスティングによるIoT社会の実現【用途例】室内光～太陽光　あらゆる光を電力に

本研究開発では、IoT機器への実装にマッチした光発電シートとして、逆構造型ペロブスカイト太陽電池の開発を目指しています。ペロブスカイト太陽電池は、結晶シリコン太陽電池に匹敵する高効率を持ち、薄く軽くフレキシブルにできることから、IoT用電源として適すると考えられます。しかし、ペロブスカイト太陽電池は劣化しやすいことが実用化に対する最大の課題となっています。本研究では、耐久性向上に大きく寄与する無機系ホール輸送層を用いること、およびそれを可能にする電子輸送層のソフト成膜プロセスを開発し、室内光でも高効率で発電し、高い耐久性をもった新しいIoT電源用ペロブスカイト太陽電池の開発に挑戦しています。

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オーダーメイド可能な樹脂・金属系複合材料の開発【用途例】抗菌材料・熱電変換材料、摺動材料など多彩なアウトプット

「作ってみたい材料はありませんか？」をキーワードに、金属、樹脂、硫化物などの粉体・粉末を複合化した新規材料の設計・開発が可能です。少量・小ロットの作製に特徴があり、
樹脂用の汎用3Dプリンタや生産設備ではあまり見かけないホットプレスなどを利用し、試験片サイズの新規材料を作製します。抗菌、熱電変換、摩擦・摩耗など応用の範囲は幅広く、素材開発・プロセス開発・特性評価といった「ものづくりの上流から下流まで」の開発が可能です。ユーザーには上記プロセスのどの部分からでも参画が可能であり、新規材料開発のオーダーメイドの幅が広い点も本研究の特徴です。

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性能評価が多分野にわたる対象にも対応できる高効率な最適設計手法・分析法【用途例】任意の性能評価法に基づく多分野融合設計

工業製品の開発においては，複数の指標を同時に考える必要があり，それらは相反していることもあります．例えば，機械性能を上げたいが，小売り価格は上げたくない，言った設計要求は開発者にとって日常的な問題となっています．加えて，機械性能などの評価にコストがかかるケースでは，試作やシミュレーション工数の削減が実用的な回数や時間に限られています．
実世界の設計問題解決のため，「物理モデルに替わる近似モデルを用いた評価コストの低減」と「近似モデルを利用した1目的・多目的両方に対応した遂次サンプリング」に関する技術を組み合わせた高効率大域的多目的最適化法の研究を進めています．

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模倣学習を用いたロボットによる高速汎用物体操作【用途例】人間にしかできなかった物体操作をロボットが代替

本技術を用いれば「人間がロボットを遠隔操作してできる作業ならすべて自動化可能」であることが期待されています。初見の物体、柔軟物、多品種の物体を対象とする汎用的な物体操作は人間には容易である反面、ロボットには非常に困難であり肉体労働の完全機械化への大きな障壁となっていました。しかし、本技術では人間の遠隔操作時の技能模倣することで人と同等の物体操作技能をロボットが獲得できます。これまで人間の技能をロボットに教示する模倣学習を開発し、微細な接触面の変動に適応する力制御を内包した技能の教示や、道具を用いることでロボットの位置制御性能を上回る制御性能を実現してきました。

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水中で動作するワイヤレス・コイルレスな光ナノモータによる生体分子分析技術【用途例】光駆動ナノモータによる力学的作用のバイオ・医療分野への応用

光と金属ナノ構造が共鳴する現象(プラズモン共鳴)は回折限界以下のナノ空間で光を扱えるユニークな現象です。我々独自の光学シミュレーションにより、特殊な光を用いて”強制的”に疑似的なプラズモン共鳴を起こすと、ナノ粒子に所望する方向のトルクが生まれることが示されました。コイルレス・ワイヤレスな光駆動モータの運動は光の強さや光の状態でコントロールできるため、大きな強みを持っています。

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IoT機器のワイヤレス化を実現する自立電源としての軽量・薄型なマイクロ風力発電機器の技術開発【用途例】インフラ監視機器用の自立電源

近年，日本ではインフラの老朽化が問題となっており，インフラ監視センサの導入による点検コストの削減の需要が高まっています．
ここで，振動・熱・電波などの環境中のエネルギー源から微小電力を回収する手法として環境発電が注目されています．センサや計測回路の電源として環境発電を用いることで電源配線に拘束されずにセンサを配置することが期待できます．
本研究では，薄く柔軟なシートが風によってはためく現象をPZT素子等で発電に用いたマイクロ風力発電機の性能の評価手法を対象にしております．

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下廃水処理で発生する余剰汚泥の生物触媒機能を活用した廃水からのバイオプラスチック生産技術の開発【用途例】廃棄物処理の低炭素バイオプラ原料生産（バイオリファイナリー）への転換

下水処理で発生する廃棄物”余剰汚泥”を生物触媒として用い、廃水中の有機物をバイオプラ（ポリヒドロキシアルカン酸；PHA）に転換する技術・システムの確立を目指しています。現状、余剰汚泥や産業廃水は多大なコストとエネルギーをかけて処理・処分されているが、本技術・システムにより、そのコスト・エネルギーを大幅に削減することが可能となります。また、非滅菌系による新たなPHA生産技術の確立により、低炭素なバイオプラ原料生産も同時に達成することが可能になります。

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従来比コスト90％減を目指した塗布型環境エネルギー発電体【用途例】軽量発電体、光・熱センサー等

有機材料と無機材料を複合させたハイブリッド材料からなる安価で無毒な材料を用いて発電層形成用インクを作製し、印刷等の塗布により成膜。電極も発電層と同様に塗布可能な材料で成膜することにより、様々な基材に発電体を形成できる。超軽量、制約の無い形状の選択制、伸縮性を伴うフレキシビリティーを備えた発電体の作製が可能。高温、高圧、高真空プロセスを必要としないことから、安価な製造設備での製造が実現する。

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再生可能エネルギーの出力変動を平準化する容量可変なフローキャパシタの研究開発【用途例】再生可能エネルギーの出力変動を平準化する

フローキャパシタでは活性炭スラリーを流動させながら電気エネルギーを充放電します．その際のスラリー調製手法・流量が充放電速度・充放電効率にどのように影響するかを体系的に整理してデバイス設計の最適化を行います．フローキャパシタは電池と比べて安価な部材で構築できるデバイスだと期待されています．フローキャパシタの弱点である内部エネルギー損失の低減を目指します．

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健やかな水環境形成のための持続的底質環境保全技術の開発【用途例】持続的かつ長期的にエネルギーをかけずとも環境保全が可能な技術の提供

閉鎖性の高い水環境では、これまでに蓄積された環境汚濁によって底質環境の悪化が深刻化しています。本研究では、発電しながらこのような底質環境の改善が可能な堆積物微生物燃料電池の実用化に向けた検討を行っています。汚染された底質環境では、貧酸素水塊の形成や硫化水素ガス等による悪臭の発生等様々な損失が生じています。本技術の適用によって、持続的かつ長期に上記のような損失を軽減することが期待されます。また、改善は自発的に進み外部からのエネルギー投入が必要ないだけでなく、電気エネルギーも回収可能なクリーンな環境改善技術となります。

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測定対象の標準物質を必要としない定量分析法～ユニバーサルな有機化合物や有機酸の定量【用途例】測定対象物質（標準物質）を用いない化学分析法

化学分析は，様々な場面で行われています。近年，種々の機器による高感度かつ高精度，迅速な濃度測定が可能となってきました。しかしながら，いずれにおいても，濃度既知の測定対象物質（標準物質）で得られるシグナル強度と試料から得られるシグナル強度の比較で化学物質の濃度が求められます。すなわち，高純度で安定な標準物質無くして，物質濃度を測定することはできません。これまでに，有機化合物や有機酸を対象に測定対象物質による校正フリーな分析法を開発しました。これらを反応中間体や異性体，高分子化合物の解析，化学物質の純度測定，未知物質の発見と同時定量，代謝物の測定による医療診断技術へ展開することを目指しています。

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太陽光エネルギーを用いたP2G(メタンガス製造)システムの屋外実証【用途例】太陽光から蓄えられるエネルギーへ

太陽電池と水電解装置による太陽光水素製造および製造した水素と二酸化炭素によるメタン合成を実際の太陽光を用いて実証します。高い太陽光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が期待できる集光型太陽電池を用いることで、太陽光エネルギーからメタンへのエネルギー変換効率を高めることが最大の特徴です。メタン製造コストの低減のため、メタン合成のもとになる太陽光から水素までのシステム最適化、メタン合成を行うオペレーション最適化を実施します。

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