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複合イメージセンシングを利用した、オンデバイス教師なし学習型AI外観検査ソリューションの研究開発 【用途例】低コストでどこでも使える外観検査ＡＩで、受け入れ・出荷検査工程の自動化を実現
電機産業や自動車産業では自動化が進み、労働生産性が日々改善しています。一方、食品産業では労働不足率が最も高いにもかかわらず自動化率は33%と低く、他の産業に比べて自動化が遅れています。労働者にとって過酷な環境であり、労働災害件数も他産業と比較して2倍以上も多い食品産業では、自動化は急務であるにも関わらず、自動化が進んできませんでした。食品産業では多種多様で不揃いな形状・外観・素材を扱うという特有の課題があるためです。工業製品と異なり、単純なルールでは自動化が出来ませんでした。
大量のデータから自動で多種多様な特徴と認識ルールを学習する深層学習技術が急速に発展してきており、食品産業の外観検査自動化にも応用が研究されています。しかしながらこうしたＡＩ技術は、工場間など異なる環境間での横展開が困難であり、かつ学習のためのデータ収集が高コストであるという問題がありました。
本研究では、横展開容易で低コストなＡＩ技術の開発を通じ、人手不足が深刻な食品産業の自動化促進を進め、少子化に伴う労働力不足という社会課題の解決に貢献します。特に外観検査に着目し、従来では視認性の悪かった多種多様な検査を可能にします。
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嫌気性廃棄物処理の安定化/高速化のために重要な、微生物を効率的に保持する微生物保持促進剤を混合した微生物担体の開発 【用途例】既存の嫌気性排水処理の能力向上を実現し、バイオエネルギー創出へ
嫌気性処理では、有機物分解の過程においてプロピオン酸などの脂肪酸によって生成される中間代謝物の分解が安定した処理の要となるため、有機酸分解細菌とメタン生成古細菌を一緒に効率的に処理槽内に保ち続ける事が処理の安定化には重要です。（この脂肪酸の分解を担う微生物はメタン生成古細菌との共生関係が必要なため「嫌気共生細菌」と呼ばれています。）
これら脂肪酸分解嫌気共生細菌とメタン生成古細菌を一緒に、効率的に処理槽内に保持する事が嫌気性処理では重要なことから、新規微生物担体の開発がカギとなってきます。
本研究では、独自開発した嫌気性処理に重要な微生物を効率的に保持できる新規微生物担体（メタン生成古細菌を含む嫌気性処理に重要な微生物を効率的に保持できる導電性物質を混合した微生物担体）の技術を用いて、添加する導電性物質の最適な添加量や廃水・廃棄物の種類や処理方式に対応した微生物の種類、また実際の処理リアクターへの添加による効果の確認と長期的な効果の検証を行い、本担体の実用化を目指します。
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永久磁石と磁気センサを用いた新規非破壊鉄筋計測システムの創出 【用途例】道路、鉄道、橋梁等のインフラやビル、マンションなどの建物など、多様な鉄筋コンクリート構造物を対象とした幅広い用途で活用
1960 年代の高度成長期に建設されたインフラや建屋などの鉄筋コンクリート構造物の経年劣化が進んでおり、状況の把握やメンテナンスが求められているということは言を俟ちません。インフラの予防保全の推進や老朽化建屋のリノベーション工事を進めることは、取り壊しと新規建設に要する経費を不要とし、高い経済効果をもたらします。このような場面では、点検や診断、補修などを効率的に、正確に行う必要性がますます高まっています。
また、新興国を中心とした世界のインフラ需要は膨大であり、経済協力開発機構では2030年までに年平均約6.3兆ドルと試算※されています。そのような中、開発したインフラの点検・整備の必要性は世界的に見ても重要性を増していることは明らかです。
※一般社団法人建設コンサルタンツ協会「令和3年度建設コンサルタント白書(2-5海外事業環境)」
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不織布を使った着色水の脱色技術と農業分野への循環利用 【用途例】閉鎖水循環システムだけでなく、畜産排水の無色化にも使用可能です。
閉鎖水循環システムのような水環境において、着色や水槽の黄ばみは換水・清掃が必要となります。一般的な水環境におけるフミン質除去に関する研究では、紫外線やオゾン処理、薬剤の使用が提案され、専用の設備が必要となります。本研究で開発する不織布は、水環境内に設置するだけで、着色を引き起こすフミン質を回収できるものです。
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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。詳細を見る
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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．詳細を見る
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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．詳細を見る
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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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