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研究シーズ一覧
宇宙資源利用プロセスの研究開発：月/火星レゴリスや二酸化炭素の分解・利用【用途例】月/火星レゴリスや二酸化炭素からのメタル、酸素、炭素等の製造技術
人類のフロンティアを宇宙へ拡げるためのテクノロジー。月や火星表層に存在する砂（レゴリス）や二酸化炭素を現地で分解し、人々が利用できる金属、酸素、炭素等へと変換する宇宙資源の地産・地消プロセスの研究開発です。電気分解により、水素や炭素等の還元剤を使わずこれら有価物を生産する手法は、カーボンフリーな資源創出技術でもあり地球上でのグリーンテクノロジーとしても活用できます。
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水質浄化と資源回収に貢献する水処理のための海苔様シート構造吸着材【用途例】溶存する金属を選択的に回収するチタン酸塩シート吸着材の開発
持続可能な社会実現において、ニッケルやコバルトなどの金属資源の回収・利活用は重要であり、都市鉱山だけでなく河川や海洋、排水内に溶存する金属回収技術もその有効な手段となる。本研究ではチタン酸塩から構成される海苔様シート構造をもつ水質処理用の吸着材を開発しており、その捕捉イオン選択性を制御することで対象金属回収に特化した吸着材の実現を目指す。
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ナノ複合砥粒再生のための化学機械研磨スラッジのマルチステップ資源化技術【用途例】半導体製造工程における化学機械研磨スラッジの資源循環システムの構築を目指す
半導体産業の急速な拡大に伴い、化学機械研磨スラッジの発生量は著しく増加している。本研究は、化学機械研磨スラッジを単なる廃棄物としてではなく、回収可能な二次資源として再定義する点に特徴を有する。半導体産業におけるゼロウェイストおよびカーボンニュートラルの達成を視野に、化学機械研磨スラッジから研磨砥粒を再生する研究開発を行い産業内部における新たな資源循環システムの構築を目指す。
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藻類を直接樹脂化する次世代バイオマス樹脂のAI材料設計と高機能化【用途例】環境中に生育する微細藻類を直接樹脂化したバイオマス材料の創出
将来的にはプラスチック工場の既存設備を用いたバイオマスプラスチック生産を目指し、天然微細藻類を抽出工程を経ずに複合樹脂化する基盤技術を構築する。本提案は従来のバイオマスプラスチック生産とは一線を画し、バイオマスからポリマーなど有用成分を抽出する工程を省く革新的技術を創出する。さらにAI技術を取り入れることで、効率的な材料開発に挑む。この開発にあたり、微細藻類の化学的構造に基づく表面処理により、微細藻類と母材との複合化する技術が最も重要な鍵となる。これらの技術により、石油プラスチックと特性的に同等の次世代バイオマス樹脂の開発を目指す。
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高空間解像度で物質の特性を可視化できるイメージングシステム【用途例】高空間解像度での状態・性質のモニタリング
各物質には固有の分光特性があり、ハイパースペクトルイメージングではそれらを計測することで状態や性質などを非接触かつ非侵襲で解析できます。しかし、撮影系の特性から空間解像度が低く、小さな領域で生じている変化の解析が難しいため、空間解像度を向上する手法の確立が必要です。本研究では、広い撮影領域に対して部分的にスペクトル情報を計測し、それらの限られた計測情報から撮影領域全体の情報を再構成するシステムを構築することで、効率的かつ効果的なハイパースペクトルイメージングを実現します。これにより、スマート農業や医療診断補助システムなどのこれまで活用が限定的であった領域への応用を目指します。
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いつでもどこでも収穫ができる持ち運び可能な小さな果樹栽培ユニット【用途例】甘くて色鮮やかな果物が主役となる都市・コミュニティの構築
栽培から輸送、そしてディスプレイがそのままできる果樹の栽培ユニットです。持ち運びできるほど小さいため、重ねたり並べたりするだけで、グリーンカーテンやインテリアとして癒しのランドスケープをデザインできます。またシステムはモジュール化されているため、樹ごとの収穫期の調整や展示の入れ替えといったメンテナンスも容易に。自ら見て触れて収穫したものを食べるという食の安心だけでなく、果物による緑化というユニークなカーボンニュートラルを提供します。都市での果物へのアクセシビリティ向上させ、ふとした瞬間に果物をつまむといった新たな体験を通じて、これまでにないライフスタイルの創造を目指します。
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放射線精密計測で検査・分析を高度化するSOIピクセル検出器【用途例】SOIピクセル検出器を搭載した検査・分析装置の開発
私の研究している「SOIピクセル検出器」は、センサー部と回路部が一体となったユニークな放射線イメージセンサーです。この特徴により微細画素が可能で低コスト化が期待できます。また、放射線を光に変換せずに直接電気信号で読み出すため、ボケが少なく鮮明な画像が得られます。X線だけではなく、電子・中性子・重粒子・赤外線など、様々な放射線の検出ができ、従来の放射線イメージセンサーでは捉えることができなかった微細な異物、構造を撮像できます。多くの共同研究の実績があり、このセンサーを社会実装することで産業や医療、学術の発展に貢献します。
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光触媒を活用した廃棄物の資源化と水素製造技術【用途例】多様な可燃性廃棄物を処理・変換しながら、水素を生成する。
光触媒反応という新たな化学変換基盤を取り入れることで、従来の技術では成し得なかった廃棄物の資源化とエネルギー創出を同時に実現する社会の実現を目指します。本技術は、太陽電池と同様に小規模分散型での普及が可能であり、家庭や地域、産業から排出される廃棄物をその場で処理することを可能にします。さらに、多様な廃棄物に対して反応系設計と光触媒材料を統合的にチューニングすることで、高効率な変換プロセスを構築し、持続可能な資源循環とエネルギー供給を支える中核技術として機能させます。
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半導体を用いた次世代の遮断器・回路保護によるスマート電力インフラ【用途例】直流設備やスマート制御モジュールに向けた次世代遮断技術
都市における電力インフラは、再生可能エネルギーの導入やEV充電、蓄電池、DC給電などにより多様化・複雑化が進んでいます。本研究では、パワー半導体と機械接点を組み合わせたハイブリッド遮断器を中核とし、高速かつアークレスな異常遮断と遠隔監視機能を有する保護モジュールを開発しています。これにより、都市の分散型電源・負荷における保守性・安全性を大幅に向上させ、将来的なスマートグリッド構築に貢献します。
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次世代分子ナノファイバー製造および修飾技術【用途例】効率的なセルロースナノファイバー(CNF)の製造と表面修飾CNFの開発
本ナノファイバー化およびその修飾技術は、効率的な触媒的ナノファイバー化技術であるだけでなく、表面修飾も触媒的かつ効率的に進行させる。CNFに限らず、現在難溶性がネックで再利用が進まない廃棄アラミド類や、蟹や昆虫および菌が産生するキチン類、木材などから直接得られるリグノセルロースナノファイバーなどに広く適用できると期待される。これらを用いて得られるナノファイバー製品は低コスト化・高機能化が期待できるため、分子ナノファイバー普及におけるコスト・機能性の問題を解決できる次世代技術として、その触媒技術とともに普及すると期待される。
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次世代高出力モータのための極薄液膜蒸発による高性能冷却【用途例】加熱回転面での液膜蒸発冷却
自動車・航空機・電車・ロケットなど移動体からのCO2削減のためにモーターを動力とした電動化が推進されている。高出力化に伴い発熱増加しており冷却が必要とされている。合わせて小型化も進むと高出力密度になり既存の冷却技術の物理限界に達する。そのため、モーターの小型化に資する革新的な冷却手法が必要である。冷却技術を通じてシステムの温度を一定に保つ熱マネジメントの実現により移動体の省エネルギー化に貢献する。
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熱マネージメントによる高輝度・高安定なペロブスカイト色変換膜の開発【用途例】次世代社会を支え、地域格差を是正するディスプレイデバイス
マイクロLEDディスプレイは赤色LEDの高効率化・低コスト化が喫緊の課題とされています。本事業では、①フィルター不要の波長変換（色変換）技術、②ペロブスカイトナノ結晶の劣化原因解明、③鉛フリーペロブスカイト材料の高性能化という3つのアプローチにより、高輝度・高安定なマイクロLEDの開発を目標に研究を推進します。これらの技術は、銀ナノ構造を用いた熱マネージメントと表面プラズモン効果の活用により、デバイス寿命の向上と環境規制への対応を目指しています。
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耐摩耗部材に資する高平滑ダイヤモンド膜の成長技術の開発【用途例】工具・金型・しゅう動部品の耐摩耗性向上
脱炭素社会の実現に向け、エネルギー効率の高い機械システムが求められ、物理的接触部の耐久性向上と摩擦低減はその鍵を握っています。発電所やプラントなどで使用されるメカニカルシールのような機械部品や、切削工具や金型といった機械工具は高温・高面圧といった苛酷な使用環境での長寿命化が課題になっています。本研究では研磨レスなナノ結晶ダイヤモンドコーティングによる長寿命化の実現に貢献します。
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生体組織の硬さと粘りをせん断波と超音波で計測する技術【用途例】生体組織の弾性と粘性を超音波画像から計測
生体組織の“かたさ・やわらかさ”といった触覚情報は、弾性と粘性の組み合わせによって表現される。
この研究では、生体内を伝搬するせん断波の特性から、組織の弾性と粘性を同時に計測する技術を開発している。
臓器や筋肉、皮膚などの触覚情報を非侵襲的かつ客観的に評価することが可能となり、
医用画像診断以外にもスキンケア・ボディメンテナンスといった包括的健康管理への応用が期待される。詳細を見る
920MHz帯LPWAとセマンティック通信を統合した広域AIoT通信基盤【用途例】セマンティック通信によるスマート農業と獣害対策の高度化
本研究は、AIによるセマンティック圧縮と920MHz帯LPWA通信を融合し、
画像やハイパースペクトルデータを1/100～1/1000まで圧縮しながら高忠実度に伝送する。
これにより、電力制約や通信空白地でもAI解析を実現し、農業や獣害対策、防災DXなどの社会課題に貢献する。詳細を見る
点欠陥の"見える化"による次世代半導体材料評価プラットフォームの構築【用途例】研究から量産までを支える点欠陥の"見える化"プラットフォーム
点欠陥の”見える化”が、次世代半導体材料の研究開発を支えます。
点欠陥とは、半導体結晶の中に存在する原子レベルの乱れや不純物で、わずかな存在でも半導体デバイスの性能や信頼性を大きく左右します。
低コスト・高精度に点欠陥を定量できるプラットフォームを開発し、研究室から製造現場まで幅広く活用できる環境を拡げます。
多様な現場での利用を通じて、結晶成長やプロセス条件の最適化が加速し、次世代半導体の高性能化・高信頼性化に直結します。
点欠陥の”見える化”を誰もが使える共通基盤とし、エネルギー変換効率の高い半導体デバイスの普及を後押しすることで、
脱炭素・省エネルギー社会の実現に貢献します。詳細を見る
バイオ生産プロセスを可視化し、改善する第三世代型バイオセンサ【用途例】培養槽に挿入可能なバイオセンサ
微生物発酵によるバイオ生産によって、食品原料や香料、医薬品原料などが生産されています。
このようなバイオ生産プロセスはブラックボックス化しており、生産性向上のための課題となっています。
そこで、培地成分をオンライン測定できるセンサプローブを開発し、
培養槽（バイオプラント）内の培地成分濃度をリアルタイム計測する技術を確立します。
また、様々な培地成分のセンシングデータを統合し、生産性の向上を実現します。詳細を見る
電力供給の必要がない振動モニタリングシステムを実現する自己発電型加速度センサ【用途例】異常振動、衝撃、動作を自己発電型加速度センサにより検知する
メンテナンスフリーの振動モニタリング
あらゆる場所に加速度センサ端末を設置し周囲の振動を常に監視できれば、
インフラ設備の劣化診断、流通品への衝撃検知、
家畜の健康管理などが無線かつ自動で行えるようになり、作業員不足の解決につながる。
ただし電源設備が整っていない場所では端末への電力供給法が確立していない。
加速度センサを常に動かすと多くの電力を消費するため、
電池駆動では1ヶ月から1年程度でメンテナンスが必要となる。
そこで、振動発電技術を高出力化することで自己発電型加速度センサを開発した。
端末にエナジーハーベスタと共に載せることで、メンテナンスフリーの加速度センサ端末、
それを利用した振動モニタリングシステムを実現する。詳細を見る
ニオイによるヘルスモニタリング：ニオイを可視化するセンサとAIによる体調・病気診断【用途例】ヘルスケアモニタ、個人認証・セキュリティ、環境モニタ
嗅診と呼ばれるニオイによる病気診断は古代から行われており、例えば糖尿病患者は甘酸っぱいニオイを発し、
呼気や体ガスに含まれるアセトン量に由来することが知られています。
非侵襲で計測可能ですが医師の経験に依存しており、ニオイの定量化が困難なため実用化に至っていません。
多様な酸化物半導体ナノ材料と多孔質材料を集積したセンサアレイによって高感度化と選択性向上を達成し、
センサアレイから得たデータセットによってニオイを画像・可視化してAI/機械学習/画像認識と組み合わせることで
ガス識別・病気診断を実現することを目指しています。詳細を見る
圧電ＭＥＭＳアクチュエータの性能限界を打破する巨大圧電性単結晶薄膜の開発【用途例】ロボット、モビリティ、拡張現実・VR
巨大圧電性単結晶薄膜を創出し、それを搭載した高性能圧電MEMSアクチュエータを実現します。
これにより、従来のチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）薄膜では性能不足により実用化できなかったMEMSデバイス（光スキャナなど）を実現します。
また、PZTを置き換えることで、従来よりも小型化あるいは高性能化を達成し、
圧電MEMSの応用範囲を拡大します。
これにより、社会の利便性向上に貢献します。
応用展開としては、薄膜ウエハや成膜装置の販売、ファウンドリサービスによる研究開発や製品化が進み、具体的なMEMSデバイスの用途開発が推進されます。詳細を見る
水素で育つ微生物を使う陸上養殖飼育水浄化技術【用途例】陸上養殖の要の浄水工程で水質改善と炭素固定を両立する
水素細菌の反応を利用し、陸上養殖の飼育水の浄水工程に適用できる浄水装置を開発しました。
浄水装置は水素細菌の増殖に必要な水素とCO2の供給で従来技術と同等の能力を発揮でき、炭素固定が可能です。
本技術が実用化できれば、陸上養殖浄水工程における炭素固定の実現や、
水素供給の拡大が促されることで養殖場内の水素エネルギー利活用が増え、
陸上養殖のカーボンポジティブ化が期待できます。詳細を見る
冷凍された果物や魚介類などの食品を高品質かつ高速で解凍する技術【用途例】冷凍された果物や魚介類、薬剤等を低温のまま
高速かつ高品質で解凍する装置の実現を目指す
日本には様々な果物や魚介類といった特産品がありますが、
鮮度を長期間維持することは非常に困難です。
鮮度保持に有用な急速冷凍技術が進歩してきた一方で、
解凍手法も食品の風味や食感を左右することも近年わかってきました。
例えば電子レンジでは数分程度で手軽に解凍ができますが、
マイクロ波が冷凍食品中の加熱ムラを引き起こすため風味が劣化しやすい難点があります。
自然解凍であればムラは抑制できますが、解凍時間が数時間以上になり利便性はよくありません。
本研究では、冷凍果物や魚介類を高速かつ加熱ムラなく高品質で解凍する機能を持った解凍装置を実現し、国産食品のサプライチェーンの強靭化を目指します。詳細を見る
アンモニアの高感度な分離・検出技術の開発【用途例】1ppm以下の極量アンモニアを高感度に検出可能なデバイス化を目指す
燃焼時に二酸化炭素を排出しないアンモニア (NH3) は新たなクリーンエネルギー資源として近年注目されているが、
分離に要するエネルギーや自身が毒性を持つため、室温での効率的な NH3 分離・高感度センシング技術の開発が重要な課題である。
これまでに選択的な NH3 分離・発光応答を示す多孔性材料の開発に成功しており、今後は実用化に適した形態制御、デバイス化を行っていく必要がある。詳細を見る
革新的な環境調和型ワンポット希少糖合成法の開発【用途例】再生可能・天然豊富なバイオマス資源を原料に、持続可能かつ豊かな生活を
希少糖は天然型単糖とは異なる生理活性・薬理活性を示す魅力的な化合物です。
ただし、従来の合成法では複数工程や複雑な反応試薬の組み合わせが必要不可欠で、変換コストや環境調和性が低いことが課題でした。
本研究では、水素原子の活性化を得意とする担持金属触媒の特徴を活かすことで、ワンポットかつ量論試薬不要な、全く新しい希少糖合成法を開発しました。
今後は、副反応抑制のための新たな触媒開発と固定床流通式反応での希少糖の連続合成を目指します。詳細を見る
多孔質材料のナノ空間を利用したカーボンドット製造プロセスの開発【用途例】バイオ・エレクトロニクス・エネルギー分野など幅広い市場にて期待
カーボンドット(Carbon Dots: CDs)は直径20 nm以下の準0次元炭素系材料として定義され、
量子閉じ込め効果により発現する安定的な蛍光性能・生体相溶性・低毒性などの特徴からバイオ領域での応用において大きな注目を集めている。
他にもエレクトロニクスやエネルギー分野での利用が検討されており、2024年から2031年までに14%の年平均成長率(CAGR)で成長すると予測されている。
現状課題として、製造プロセスにおける不純物・未反応成分の除去工程によるプロセスの煩雑化があげられる。詳細を見る
水中のPFASを一挙に除去・無害化する金属ナノ粒子×ゲル複合材料の開発【用途例】高エネルギーや特殊設備が不要で、吸着残渣からの二次汚染を回避できる、PFAS汚染水の連続浄化技術
難分解性のポリ/パーフルオロ化合物（PFAS）による環境汚染と健康懸念が広がっています。特に、生物にとって不可欠な水資源のPFAS汚染が懸念され、法による水質や輸出入の規制が全世界で進んでいます。従来は吸着や分離による除去が主流でしたが、高濃度残渣の発生による二次汚染が不安視されています。
本シーズでは、安価かつ地上に豊富に存在する卑金属である鉄ナノ粒子と、水になじみやすいゲルを複合化することで、高活性なPFAS分解機能を付与した新規材料と連続浄水システムを提供します。これにより、安価・安全・省エネルギーにPFASを除去しその場で無害化できる新しい浄水器や水処理技術の構築を目指します。詳細を見る
レアメタルを使用しない安価な水素ガスセンサ【用途例】レアメタルを使用しない水素検出
持続可能な社会の実現に向け、水素燃料への期待が高まっており、製造・貯蔵・利用と各方面での研究開発、社会実装が進められています。
一方、爆発による事故を未然に防ぐためには水素センサも必要となります。従来使用されてきた白金やパラジウムはレアメタルであり、
価格等に課題があることから、代替材料の開発が求められます。詳細を見る
デジタルヒューマンとの対話体験を高める音声制御技術の開発【用途例】公共空間における 案内・接客・対話支援システム
ポストコロナ、人手不足によるDX化推進等により、国内デジタルサイネージ市場は2030年に2024年比で4,609億円(68.2%増) が予測されています。[富士キメラ総研]
その中でデジタルヒューマンは、接客や案内など幅広い場面で活用が期待されますが、
視線や声の方向が合わない“ちょっとした不自然”さや、音声漏れによるプライバシー懸念が普及の課題です。
本研究では、人の知覚モデルに基づいた音声・視線の統合制御技術を開発、公共空間でも安心・快適に利用できる自然な対話体験を実現します。
商業施設や交通機関、行政窓口、エンターテイメント分野等に応用、省人化とユーザー体験向上を両立する社会の実現を目指します。詳細を見る
超疎水性ゼオライト膜を用いた省エネルギー型バイオエタノール精製技術【用途例】バイオエタノール精製や小分子の有機溶剤回収
バイオエタノールは燃料・化学品の脱炭素化に伴い世界中で拡大している。
国内でも2025年6月に「ガソリンへのバイオエタノール導入拡大に向けたアクションプラン」が策定され、今後の需要拡大が予想される。
本研究では、バイオエタノール精製にかかるエネルギー・コスト削減のための膜分離技術を開発し、国内生産量増加に貢献する。
とくに林業や古紙回収と連携したセルロースバイオエタノールの国内生産量拡大を通じて地域活性化にも貢献する。詳細を見る
フッ素フリーな難付着性表面とその簡易作製技術の開発【用途例】各種機器や部素材の表面をフッ素フリーに機能化
液体・固体・生物の付着は、エネルギーロスや食品ロス、不衛生など多くの問題を引き起こします。
従来はフッ素系材料（PFASなど）が高性能な付着抑制技術として広く利用されてきましたが、
近年その環境・生体リスクが指摘され、代替技術の開発が急務となっています。
私たちは、各種材料や成膜手法を駆使し、フッ素を使わずに難付着性を実現する新技術を開発中です。
新しい表面処理技術を社会に普及させ、フッ素代替を促進し、付着による諸問題の解決を目指します。詳細を見る
樹脂基材と化学結合で結ばれるコーティング剤【用途例】機能性コーティング・インクに持続性を付与
コーティング技術は、機能性を付与する技術として、ものづくりに欠かせません。
しかしながら、その機能性を維持するためには、定期的な再施工が必要となります。
施工時には、VOCが排出されるため、環境規制への対応を考えるとともに、
人手が必要となるため、人手不足への対応を考える必要があります。
サステナビリティを実現するため、コーティングの剥離という技術的課題を解決し、
持続性のあるコーティング技術を達成することで、再施工の頻度を低減し、
環境と人に優しいコーティング技術の開発を目指します。詳細を見る
低次元ナノ材料の次元整合ヘテロ構造による革新的機能界面の創出【用途例】xD-vdWHが拓く次世代デバイスの応用事例
一次元（1D）と二次元（2D）のナノ材料を原子スケールで精密に接合する「異次元ヘテロ構造（xD-vdWH）」の開発に取り組みます。これにより、従来の材料設計では到達し得なかった革新的な機能界面を実現し、量子機能制御や高感度センシングといった新たな特性を引き出します。さらに、エネルギー変換デバイス、次世代エレクトロニクス、超高感度バイオセンサなどへの応用を通じ、社会実装へ直結する基盤技術を創出し、エネルギー・医療・産業分野の革新に貢献します。
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層状有機半導体インク：印刷技術で半導体薄膜を作る【用途例】フロントプレーンの機能に応じた多彩なアプリケーション形成
印刷エレクトロニクスデバイスにおける最も基本的な素子である印刷型有機トランジスタの応用は未だ限定的であり、
既存・汎用の印刷技術適性や得られるトランジスタの性能に大きな課題があります。
本研究開発では、独自開発した高い層状結晶性を有する有機半導体材料をもとに、既存・汎用の印刷技術に高い適性をもち、
かつ実用に足る優れたデバイス特性を示す有機トランジスタが製造できる、”有機半導体インク”を開発します。
本インクは特に、基材の熱耐久性が低いフレキシブル基板を用いるデバイス製造に最適であり、これによりフレキシブルデバイスの産業応用を加速します。詳細を見る
カスタマイズ可能なターンオーバー皮膚モデルの開発【用途例】皮膚の次世代プラットフォーム
本モデルは3Dバイオプリンティングを活用し、皮膚の三層構造（表皮・真皮・皮下組織）と血管網を精密に作製できます。
さらに灌流システムとの接続により、数か月単位の長期培養を実現し、皮膚の自然なターンオーバーや慢性毒性を再現できます。
これにより、化粧品・洗浄剤・薬剤の長期的な安全性や有効性を正確に検証することが可能です。
特に、3Dプリンティングを用いることで層厚や細胞構成を自在に制御でき、
男性肌・高齢者肌・敏感肌など多様なニーズに応じたカスタマイズも可能です。
加えて、標準化された製造プロセスによる大量生産にも対応でき、
従来の皮膚モデルと比べて安価かつ再現性の高い製品を提供できる点も大きな特徴です。詳細を見る
物理刺激を利用した革新的バイオリアクター【用途例】細胞製造におけるコストと安定性を圧倒的に改善し
産業として確立することを目指す。
全く新しい細胞製造プロセスとして、張力刺激・圧縮刺激・剪断応力・振動刺激・
磁場刺激・超音波刺激などに対する細胞応答を定量的に理解し、
複合的に負荷できるシステムを開発している。
従来は化学的液性因子を高コストで添加する必要があったが、
本システムでは物理刺激を代替手段として利用し、
分化効率や成熟度を高めつつコスト低減やプロセス安定性が期待できる。
実験室レベルの検証では、個別の物理複合刺激によりヒトiPS細胞等の培養効率が有意に
上昇することを確認している。
今後は、さらなる物理刺激種類への細胞応答の定量的理解と、
リアクター設計へのフィードバックを行う。詳細を見る
電子デバイスの性能を左右する原子レベルの欠陥を"見える化"する新技術【用途例】次世代半導体・電子部品の性能向上と開発加速
本技術は、最先端の透過型電子顕微鏡技術「4D-STEM」と独自の解析アルゴリズムを組み合わせ、これまで観察不可能だった電子デバイス内部の原子・電子レベルの情報を定量的に”見える化”するものです。パワー半導体や積層セラミックコンデンサ（MLCC）などの性能や信頼性を左右する微細な欠陥（界面、転位、粒界など）や、それに伴う局所的な電子密度の変化を直接捉えます。これにより、デバイスの性能劣化や故障の根本原因を科学的に解明し、データに基づいた開発サイクルの迅速化、歩留まりの向上、そして製品の信頼性向上に貢献します。
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次世代二次電池の実用化を目指した硫黄を主成分とする熱可塑性樹脂の開発と新たな電極作製方法【用途例】多種多様な用途に合わせた蓄電デバイスへ
太陽光発電などの自然エネルギーの利用が促進されていく中で、そのエネルギーを安定に貯蔵できる二次電池の需要拡大が見込まれます。しかしながら、現行の二次電池は複数のレアメタルを使用しているモノが多いため持続可能な供給が懸念されています。
そのため、元素戦略的な観点で資源豊富な元素で二次電池の実用化を目指す必要があります。
本技術では余剰資源になっている硫黄をチオールを用いて
化学的に変性させた硫黄樹脂からなる電極を作製し、レアメタルに依存し過ぎない
高エネルギー密度な硫黄二次電池の開発と実用化を目指します。詳細を見る
幅広いガス温度計測に適用可能な温度センシング技術および高温ガス物性データベース【用途例】温度センシング技術×高温ガス物性DBを組み合わせて様々な場面で活用
高温ガスは、材料生成、有害廃棄物処理、電力保護など様々な産業プロセスに使われます。
これらを効率的に制御するためには、プロセス中の温度センシングや、センシング結果を制御に活かすガス物性データベースが必要です。ガス物性データは、機器設計時にも必要不可欠です。一方で、プロセスで用いる常温～数千度に至る幅広い温度を測定可能な非接触温度センシング装置は無く、高温ガス物性データも不十分です。
この問題を解決するために、本研究では、高温ガスにおける光の発光と吸収の両方を複合的に用いた温度センシング理論を構築し、センシング装置に役立てます。また、任意の高温ガスに対する様々な物性を解析可能なソルバーを実現します。詳細を見る
複数台の自律型モビリティの遠隔監視を安定的に実現させるための遠隔走行調停システム【用途例】複数台のモビリティの遠隔走行調停
近年、BtoC-EC市場が拡大しており、それに伴って物流の需要も増加しています。
一方で、働き方改革関連法案の施行によって、物流業界での労働力が不足しており、将来的には輸送力不足が見込まれております。
この解決に向けてデリバリーロボットの社会実装が進められています。
ラスト1マイル輸送の現場は住宅街の生活道路になりますが、日本の住宅街は塀や住宅の壁によって見通しが悪く、交通事故リスクの高い場所が多数存在します。
本研究では、ネットワークを経由したデリバリーロボットの遠隔走行調停を行う事で、複数台のデリバリーロボットが同時に高リスク状態になる事を回避し、
安定同時運用の実現を目指します。詳細を見る
サブテラヘルツ帯での電気ビーム走査を実現するレンズアンテナの研究開発【用途例】サブテラヘルツ無線通信による大容量・非圧縮低遅延情報伝送がもたらす
新しいワイヤレスアプリケーション
300GHzをはじめとしたサブテラヘルツ帯は、設計技術だけでなく材料技術や加工技術、
性能評価技術を複雑に連携させなくては性能の良いシステムを構築できないため
デバイス開発の難易度が高く、測定器も高額なため参入障壁が非常に高い領域です。
我々はこれまでの研究開発によって設計技術、評価技術のノウハウを獲得しており、
また測定設備も整っていることから、新しく材料技術・加工技術を有するプレイヤーと
協業することで、参入障壁の高いサブテラヘルツ市場においても一貫した製品開発ができ、
それによりサブテラヘルツ周波数という新たな電波資源を人類共有の資産とすることを
目指しています。詳細を見る
表面処理が不要なスーパーエンプラ用接着剤【用途例】従来の不可能を可能にする、接着剤・添加剤・コーティング剤を開発します
高い耐久・耐熱性を誇るスーパーエンジニアリングプラスチックは、電子・自動車産業をはじめ、
種々の先端技術に欠かせない材料となってきています。
しかし、他の材料と馴染まないため、異種材料と接着しづらいことが課題となっています。
私達は、スーパーエンプラと特異的に混合する高分子と、異種材料と親和する構造を接着剤の分子構造に同時に組み込むことで、この課題を解決しています。
(1) 従来は必要であった基板の表面処理工程が不要となり、(2) 塗布圧着のみで接着でき、
(3) 材料表面を破壊しない、省コストで革新的な接着剤の創製研究に取り組んでいます。詳細を見る
機能性ポリフェノールが切り拓く酸化触媒型タンパク質分解薬プラットフォーム【用途例】標的タンパク質分解誘導薬への応用を志向した
機能性ポリフェノールプラットフォーム
創薬領域では、小分子医薬品で治療することのできる疾患原因タンパク質が枯渇しており、この状況が20年近く解決されていません。
このような状況の中、標的タンパク質分解誘導薬が治療可能な疾患原因タンパク質の範囲を拡張することのできる次世代創薬技術として注目を集めています。
私は機能性ポリフェノールによる独自の新規標的タンパク質分解誘導技術を開発しました。
この研究シーズをもとに様々な疾患に苦しむ人を助けることのできるようなサスティナブルな創薬基盤を構築したいです。詳細を見る
「異性化技術」 を活用したバイオ関連素材の高付加価値化【用途例】既存品を上回る「高機能」と「低価格」を両立した食品素材・化粧品素材・飼料添加物の創出を目指す
一部の例外を除き、微生物や植物に含まれる化合物の二重結合はトランス型として存在する。
トランス型化合物は高い結晶性と低い溶解性を示し、
これが体内吸収性や加工効率の低さにつながる。
一方、トランス型をシス型に異性化すると結晶性が低下してアモルファス化し、
体内吸収性も飛躍的に向上する。
さらに近年では、カロテノイドなど一部の機能性脂質において、
トランス型よりもシス型の方が抗がん作用や抗肥満作用などの
生理活性が高いことが報告されている。
本研究は、異性化によるこれらの有用な変化を活用した新しいものづくりに挑戦する。詳細を見る
歪み効果を用いた原子層トランジスタの高性能化技術【用途例】原子層物質によるトランジスタ・論理回路
原子層半導体（遷移金属ダイカルコゲナイド）の優れた柔軟性を活かし、歪み効果による高性能な原子層トランジスタの実現を目指す。
特に、歪み効果が電子的性質に与える影響を解明し、トランジスタ特性の向上に必要な基礎的な知見とデバイス設計・作製に向けたプロセス技術を構築する。
これらにより、高移動度な原子層トランジスタを作製し、集積化による回路応用の展開も期待できる。詳細を見る
蚊嗅覚由来匂いセンサによる災害対応ロボットシステムの開発【用途例】ヒト関連臭によってヒトの存在を迅速に検知するシステムまたは小型デバイス
災害現場では、瓦礫下や煙・粉塵による視界不良など、過酷な環境が重なり、
限られた時間で迅速かつ的確に要救助者を探索することが求められます。
従来の画像ベースの手段では十分な性能を発揮できず、探索の遅れが人命に直結する重大な課題となっています。
私たちは「匂い」という新しい情報に着目し、蚊の優れた嗅覚機能を応用することでこの課題に挑みます。
革新的なバイオハイブリッド型匂いセンサ技術により、救助活動の精度と速度を飛躍的に高め、
過酷な災害現場でも「見えない命を見つけ出す」社会の実現を目指します。詳細を見る
生態学的妥当性の高い手法を統合した触り心地推定のための触質感センサの開発【用途例】素材表面から感じられるやわらかさの評価
優れた手触りは、製品にプレミアム感を演出させます。
触質感のデザインと訴求を加速・客観化するために、
ヒトが感じる触質感を評価する触質感センサが必要です。
そのためには、ヒト指と製品の界面で生じる現象をシミュレートするような、
ヒト指の特徴を備えたセンサが有効です。
摩擦特性を決定する指紋状突起の剛性から、付随する情報処理までを
ヒトと生態学的に適合させた触質感センサをデザインするノウハウを蓄積しています。詳細を見る
産業酵母の機能を飛躍的に向上させる革新的変異導入技術【用途例】微生物への変異導入により機能を向上
微生物を利用した物質生産は、化学、繊維、食品・飲料製造業など幅広い産業分野で長年活用されてきましたが、
持続可能な社会の実現に向けてその重要性が益々高まっています。
しかしながら、微生物育種技術の多くは古典的なものであり、画期的な技術が不足しています。
そこで、革新的な変異導入技術により微生物を改変することで、目的物質の生産効率向上や、既存製品の付加価値の向上を目指します。詳細を見る
"摩擦"で発電する布ー布型エネルギーハーベスティング技術と自立型センシング【用途例】テキスタイル型エネルギーハーベスティングデバイス
ヘルスケア、介護、みまもり、スポーツなど様々な分野においてウェアラブルデバイスへの期待が高まっています。
多種多様なウェアラブルデバイスが開発されていますが電源は？日常生活で身近な存在である”布”に焦点を当て、
摩擦で発電する布を開発します。布そのものの柔らかさを生かした電源あるいはセンサへの活用を目指します。詳細を見る
騒音や雑踏環境下でも円滑なコミュニケーションを可能にするマスク型音響センサ(音マスク)【用途例】製造現場や工事現場、カフェなどの雑踏で作業するノマドワーカーの
現場の新たなコミュニケーションツール
■背景:
✓騒音がある製造現場や工事現場、カフェなどの雑踏で作業するノマドワーカーの現場では、騒音や環境音により会話や通話のコミュニケーションが取りづらい環境がある
✓マスクの着用が求められる現場では状況はさらに悪化
■現状課題
✓周りの音をほとんど拾わずに、着用者の声のみを小声でも選択的に検出する(話者側外音ノイズフィルタリング)、安価な無線音響デバイス「特にマイク素子」が切望される
✓高度なノイズキャンセリング機能でも限界があり、この場合高額
■Vision
騒音や雑踏環境下でも円滑なコミュニケーションを可能にし、働きやすさや業務効率の向上、ストレスの少ないコミュニケーションを実現詳細を見る
ハイエントロピー化で耐久性（照射耐性）と性能が向上した超伝導量子チップ・マグネット用材料【用途例】宇宙線や中性子線照射に強い超伝導量子コンピュータ・
超伝導マグネットを目指す。
ハイエントロピー化という新しい概念を取り入れることで、従来材料にない新たな機能性の付与や性能の向上などを実現します。超伝導体や熱電変換材料、半導体など様々な機能性材料に取り入れることで、高性能・高耐久性を兼ね備えた超伝導体や半導体などを創出します。超伝導量子コンピュータや超伝導線材・マグネットなど次世代の社会に欠かせないテクノロジーの基盤材料を生み出します。
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ウシにおける疾病予防型飼育管理のためのストレス見える化クラウドシステム【用途例】乳房炎予防、呼吸器疾患予防、ストレスの見える化、発情検知
欧米を中心に抗生物質使用量削減とアニマルウェルフェア向上が国際的課題となり、国際獣疫事務局はストレスの定量評価と管理技術の確立を重要課題としている。農林水産省も家畜管理技術の高度化を推進しており、ストレス可視化技術は世界的に重要な研究テーマである。一方、日本の畜産現場では経営規模拡大と飼養者減少により個体管理が困難化し、乳房炎など泌乳期疾患が多発している。平成30年度には年間約38万件発生しており、発症後の治療から発症前のストレス把握による予防への転換が急務である。本技術は、疾病発症前のストレス状態を定量的に把握し、治療件数と抗生物質使用量を削減する疾病予防型飼養管理を実現するシステムである。
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自由に経路変更可能なレールを使わない天井高速搬送ロボット（HanGrawler）【用途例】天井空間をロボットが搬送に活用することによる生産・建設・物流現場の革新的空間利用効率の向上
生産・建設・物流現場において物品の搬送は必要な作業です。しかし物品の搬送は、それ自体が付加価値を生まない付帯作業であり、人手ではなく、ロボットのような機械が行うのが望ましいです。現状広く普及している床を移動する搬送ロボットは、センサ技術の発展により自由に経路変更ができるようになりました。しかし、そもそも床面には様々な設備や作業者がいて、それらとロボットとの干渉は避けることができません。本研究は、設備や人が使うことができない天井空間を縦横無尽に移動可能なロボット技術を提供することで、圧倒的に空間利用効率の高い現場の実現に貢献します。
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生長中の農作物体内の化学物質を非破壊的に「見える化」するゲルセンサ【用途例】非破壊的 葉内化学物質モニタリング
スマート農業では、センサにより得られたデータを解析し、農作物の生産効率と品質を向上させる取り組みがなされています。市販センサでは主に環境および画像情報が取得されています。一方、生長中の植物体内の化学物質を非破壊的に常時モニタリングすることは現状難しく、光学センサを除くと市販例はほとんどないです。私達は、葉にゲルを貼るだけで葉内化学物質を非破壊的に抽出できることを見出しました。ゲルを介して化学センサを葉に貼付することで葉内化学物質を非破壊で常時モニタリング可能にしたいと考えています。その実現により、より精度の高い品質管理や病害感染の発症前検知が可能となると期待しています。
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もみ殻炭のハイブリッド構造を活かしたバイオマスフィラーによる高分子複合材料の開発【用途例】機能性とリサイクル性の高いポリマー材料開発
2050年の脱炭素社会の実現に向けて、バイオマス由来の補強材（フィラー）と樹脂を混錬し複合化したバイオマスプラスチックの活用が注目されています。身近なバイオマス資源であるもみ殻を炭化し、もみ殻炭が併せもつ炭素・ケイ素ハイブリッド構造と多孔質構造の特性を活用したバイオマスフィラーによる高分子複合材料の開発を行います。自動車製品、家電製品用プラスチックにはフィラーとしてカーボンブラック（CB）やケイ素含有のタルク（鉱物）が多く含まれており、もみ殻炭によるバイオマスフィラーへ転換することで環境調和性と機能性の向上が実現可能な材料開発を目指します。
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地盤環境の流体流動特性の解明と利用方法の開発【用途例】地盤環境の流体流動特性の解明
土壌・地下水中には、様々な物質が存在しており、汚染物質（VOCs、油、農薬、重金属類）ごとに移流・拡散の特徴が大きく異なります。本研究では、人の健康リスクや環境影響を評価するために上向流カラム試験や各種バッチ試験で汚染物質の吸脱着特性を把握し、地盤環境の現在から将来にわたる環境影響の予測モデルの開発を行います。世界中で問題視される土壌汚染・地下水汚染の現場に適応したモデルによる迅速な対応・対策の提案を行っています。
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異なる周波数を重畳した超音波による経皮薬剤投与デバイス【用途例】針なしでの経皮からの薬剤投与
本技術を用いることで、針なしで生体高分子医薬を経皮投与することを実現する。これにより、常時点滴や注射が必要な指定難病や生活習慣病の患者負担を軽減する。さらに、注射が使用できない衛生環境や医療従事者のいない状況でも生体高分子医薬品を投与することが可能となると期待できる。さらにヒト医療のみでなく家畜やペットの治療、さらに美容への応用など幅広い経皮投与デバイスを超音波技術により確立する。
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粘土とメカノケミカル処理を用いたバイオマス等のアップサイクル技術【用途例】タダ同然で手に入るバイオマス等の有機未利用資源から、付加価値の高い化学製品原料をつくることができます
私たちの身の回りにあるプラスチックやガソリンなどの化学製品は、石油を原料としたオイルリファイナリーという技術で作られていますが、近年、炭酸ガス排出抑制や資源枯渇といった観点から代替技術の開発が求められています。そのような技術として、樹木の主成分であるセルロースなどの再生可能資源から化学製品をつくるバイオリファイナリーが注目されています。
私たちは、バイオリファイナリーの実装・普及に資する、低環境負荷な化学反応プロセスの開発を行っています。そのひとつとして、メカノケミカル（粉砕）処理と高温高圧水処理を組み合わせることで、セルロースから様々な化学製品原料を製造する技術を開発しました。詳細を見る
廃太陽光パネルガラスを用いた蓄電材料の開発【用途例】リサイクル蓄電材料を用いた環境配慮型二次電池
太陽光パネルの寿命は20～30年とされ、今後、太陽光パネルが大量に廃棄されることが予想されています。太陽光パネルは重量比の6割がガラスであり、既存のリサイクルガラスのアウトプットでは廃太陽光パネルガラスの受け入れは困難とされています。そのため、廃太陽光パネルガラスの新規用途開発は課題とされています。一方で、蓄電技術はカーボンニュートラルを実現するためのカギとされ、再エネの大量導入に伴い蓄電デバイスの市場規模は拡大しています。廃太陽光パネルガラスからリチウムイオン電池などの二次電池の蓄電材料として活用できれば、廃太陽光パネルガラスの新たなリサイクル用途を生み出すことに繋がります。
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空気圧ゴム人工筋肉を用いた服のように扱えるパワーアシストスーツの開発【用途例】人工筋肉の3次元的配置による身体補助機構の適用例
軽量、柔軟、高出力な人工筋肉で構成したパワーアシストスーツを農業をはじめとした様々な業種に提供します。シーズ技術は空気圧ゴム人工筋肉を身体表面に配置する新機構であり、人体の筋配置を参考に設計しています。体を覆う硬いパーツや回転軸を持たないため、装着者の自由な運動を阻害せず、装具の軽量化やスマートなシルエットが実現できます。そのため作業ごとに脱着する必要がなく、着用したまま狭いところでの作業や車両の運転も可能です。このような機構は人工筋肉の柔軟性により実現できる設計であり、将来的には補助機構を全身に拡張し、総合的な補助を目指しています。
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機能性材料の真空フリー低温レーザ印刷技術の開発とデバイス試作【用途例】真空フリー低温プロセスによるレーザ印刷技術を開発し、デバイス試作へ貢献
レーザパルスを用いた局所加熱を利用することによって、真空フリーでも大気中酸素による酸化の影響を抑制したレーザ印刷技術を開発します。局所加熱により、金属化プロセスにおいてデバイス全体を加熱する必要がなくなるため、低耐熱性のフレキシブル基板へも印刷可能です。金属や金属酸化物など各種機能性材料の印刷を実現し、各種デバイスの簡易試作の実現へ貢献します。
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高純度GaN基板を活用した高効率青色面発光レーザーの実現【用途例】地球を傷つけない次世代光源の実現
次世代の照明・ディスプレイ光源であるレーザー・ディスプレイの市場は年々成長しており、2027年には1兆円を超えると予測されています。一方で、超スマート社会や脱炭素社会の実現には、照明やディスプレイの低消費電力化が求められています。次世代の照明・ディスプレイ光源として固体光源である半導体レーザーが期待されています。本研究では、半導体レーザーの中でも小型化・低消費電力化・二次元アレイ化が可能な面発光レーザーに着目し、人々の生活をより豊かにするために高効率な青色面発光レーザーの実現を目指します。
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コストと廃棄物を抑えたペプチドの大量合成システム【用途例】自動合成システムの製造・販売
ペプチド素材の社会実装例は、医薬品を除くとごく少ない。これは化学合成による供給性の悪さ（高コスト・多量の廃棄物・少量合成のみ）に起因している。①逆方向にペプチドを伸ばす ②有機溶媒への「可溶化タグ」を導入 ③フロー合成技術との融合 を取り入れた、新規ペプチド自動合成システムを実現することによってこの課題を解決し、医薬用外にまでおよぶペプチド素材の社会実装と、新たな市場開拓を促したい。
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高効率な電気自動車を実現するモータとその駆動技術の開発【用途例】二重巻線モータの適用例
日本では2035年までに新車販売における電動車（HEVを含む）の販売を100％にするとの方針を打ち出している。このため、電気自動車の航続距離の向上、モータの効率化が求められている。二重巻線モータは従来モータの駆動範囲拡大と効率向上が期待されており、特に高速回転時の効率に優れる。本事業では二重巻線モータ実用化のための駆動制御技術を開発する。
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廃エンプラを分解性ポリマーに変換：既存プラの代替材料からバイオマテリアルまで幅広い用途展開が期待【用途例】エンプラ廃棄物のアップサイクルを提案します
プラスチック産業では、海洋プラスチックごみ問題と二酸化炭素排出抑制のための化石資源利用の見直しが課題です。世界のプラスチック使用量は4.6億トン（2019年OECD調べ）とされ、今後も増加の一途をたどると予想されています。持続可能な社会の実現に向けて、すべてのプラスチックをリサイクルやアップサイクルの対象にして完全な循環システムを構築するとともに、循環可能な材料やバイオベース原料への置き換えも検討する必要があります。
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明所・暗所の両方で視認性の高い情報掲示を可能とする電気化学表示デバイスとその発光材料の簡便な製造法【用途例】明所・暗所の両方で視認性の高い情報掲示を可能とする電気化学表示デバイスとその発光材料の簡便な製造法
近年、公共情報や緊急時の情報表示など、昼夜問わない情報掲示板が求められており、その視認性の向上と省エネルギー化が課題となっている。本研究のVisionとして、これらを解決しうる、反射と発光表示を選択できるデュアルモード表示デバイスの実現によって、安心・安全な社会や低消費エネルギー化に貢献したい。
本研究では「単一デバイスで反射・発光の両方を選択して利用可能な電気化学デュアルモード表示デバイスの作製」と、「革新的表示デバイスを実現させるための電気化学光機能性材料の開発」によってVisionの実現を目指す。詳細を見る
バイオマスの高付加価値化を実現するゼロエミッション触媒技術の開発【用途例】医農薬中間体・原薬の製造プロセス
クリーンエネルギーの利用により反応活性種を廃棄物ゼロで生成する触媒技術と、生成した活性種の高い反応性を自在に制御する触媒技術を併せて開発する。不要なモノを作らず、欲しいモノだけを選択的に作る精密有機合成をバイオマスの変換に適用し、医農薬中間体などの高付加価値化合物を低環境負荷で実現しカーボンニュートラルを達成する。
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火炎噴霧熱分解法を利用したハイスループットスクリーニングナノ粒子合成技術の開発【用途例】火炎噴霧熱分解法によって新規材料を開発
CO2メタン化反応は、再生可能エネルギーから得られる水素のキャリアとして注目されています。本反応では排ガス等に含まれるCO2を原料として利用することが想定されます。そのため、CO2源に含まれる様々な夾雑物に対応可能なテーラーメイドの触媒を迅速に開発することが求められます。そこで本研究では、高活性なCO2メタン化触媒を合成可能な火炎噴霧熱分解法を利用して、ハイスループット合成法を確立することで、迅速なテーラーメイド触媒の開発を実現します。
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高効率なe-reactionで実現するカーボンニュートラルなCO2変換場の創製【用途例】CO2削減と資源創出を同時に目指す産業プロセス
産業プロセスから排出されるCO2を効率的に処理する革新技術を開発する。従来のCO2分離・濃縮プロセスを簡略化し、空気成分が混在したままのCO2を直接処理することで、CO2吸収塔や貯留タンクを不要にし、設備や運転コストを大幅に削減する。これを、外部加熱を必要としないauto-methanationと、再生可能エネルギーを活用したe-Reactionプロセスによって達成し、カーボンニュートラル化を加速させる。環境負荷を減らし、有価資源を創出するこの技術で、持続可能な社会の実現を目指す。
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安価・低毒・ユニークな機能を持つ非鉛光電変換材料の開発【用途例】塗布型太陽電池、光検出器
ペロブスカイト太陽電池の性能向上は目覚ましい一方で、有毒な鉛を含み、かつ水に溶け出しやすいといった問題があります。ペロブスカイト太陽電池と同様に塗布プロセス可能・フレキシブルな有機太陽電池も有力ですが、合成の都合上、高価になりやすいことや酸素耐性の問題があります。これらの問題に対応するため、塗布プロセスで作製可能なビスマス(Bi)・アンチモン(Sb)系光電変換材料を開発することで、身近なデッドスペースを利用した光電変換の新市場開拓を目指します。また、提案者が独自開発した『波長センシング』可能な光電変換デバイスにより、エネルギー変換だけでなく光・イメージセンシング業界にも革新を起こします。
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光活性化ガス処理による基板上炭素材料の機能化【用途例】生体分子の直接固定化による機能性ナノ炭素材料の開発
グラフェンに代表される炭素材料は成長著しい分野であり、様々な応用に向けた機能化が求められている。一方で、適切な機能化法（改質法）に乏しく多様な機能化に至っていない。これに対し、光活性化ガスを用いた独自の材料改質・機能化技術を用いることで、目的の用途に応じた適切な官能基化（機能化）を達成し、様々な応用用途を実現する。一例として、基板上のグラフェンを改質し、生体分子を直接的に共有結合で固定化することによる安定で再現性に優れた高精度バイオセンサーの開発に取り組む。
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二次元材料積層構造による超高速テラヘルツ検出器の創出【用途例】B5G無線通信に応用できる高周波受信機
非破壊検査とは、「物を壊さずに」その内部と表面の傷あるいは劣化の状況を調べ出す検査技術のことである。日本での非破壊検査の市場規模は、機器の販売に検査サービス市場を加えると 3000 億円超といわれている [日本非破壊検査工業会,非破壊検査業の動向]。東日本大震災以来、国内のインフラ老朽化問題が重要視されていると共に、トンネル、橋梁における鉄骨構造から、電線被覆材までのインフラ部品の非破壊検査に適する機器のニーズは増加の一途を辿っている。
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超省エネルギー化を目指した次世代グリーン型窒化物相変化メモリの開発【用途例】高速大容量化ストレージデバイス
情報通信量は今後も増加し続けると予測され、デバイス内での情報保存・処理を行うメモリの高性能化が一層重要となる。次世代型ストレージクラスメモリ（SCM）の開発が進んでおり、高速かつ信頼性の高いメモリ技術が求められている。特に相変化メモリ（PCRAM）は、2017年に「Optane Memory」として実用化されており、高速な書き換え能力を持つ有力な技術だ。本研究提案では、従来の相変化材料を代替する窒化物メモリ材料の開発も進められており、さらなる高速性や省エネルギー性能を実現する次世代メモリ技術として期待されている。
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生成AIによる微視組織を有する材料の製造パラメータ提案システム【用途例】剛性、伸びなどの材料特性を指定すると、それらを有する樹脂の微視組織を提案
例えば樹脂の自動車への更なる搭載量の増加は、製造コストを抑えるだけでなく、排気量の少ない優れた自動車開発に繋がる。
樹脂の自動車搭載量を増やすには、車両性能に必要な「硬さ」である強度と「しなやかさ」である延性を併せ持つ樹脂の製造条件の解明が必要である。詳細を見る
光の送受信を使った非接触硬さ計測法の開発【用途例】クリーン環境下で計測が必要な生産物の硬さ計測
製品の品質管理には光学カメラを使った形態計測が多用されています。光学画像は昨今のAIとの相性がよく、高速カメラとAIを組み合わせることで目視による品質検査をはるかに超えるスループットで検査ができるようになりました。私のvisionは形態を計測するカメラと同じように簡単かつ高速に機械物性、すなわち”硬さ”を計測する手法を提案します。非接触で硬さ計測する提案手法は汚染を嫌う再生医療用細胞の生産や半導体生産との相性が良く、応用されることを期待しています。この他にも3Dプリンティング製品の強度を計測し、機械部品としての品質管理を実現することも期待しています。
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高湿度環境下の高信頼性匂いセンシングを実現する水分子選択的除湿デバイスの開発【用途例】センサだけでは実現できない高湿度環境下の高感度ガス・匂い検出を実現
IoT技術や人工知能によるデータ解析技術の目覚ましい発展に伴い、センサを介して身の回り（フィジカル空間）の情報を収集し、サイバー空間で蓄積・利活用する産業が次々と生まれています。環境中のガス・匂いを検知する人工嗅覚センサは、物理情報を遥かに凌駕する膨大で多角的な「化学情報」を収集する次世代センサ技術として多くの関心が寄せられていますが、湿度70%以上で検出率がゼロになるセンサもあるなど、環境湿度がガス・匂いセンシングへ及ぼす影響は本分野における深刻な問題となっています。本研究では、高湿度環境下における高信頼性のガス・匂いセンシングを可能にする除湿デバイスの開発に取り組んでいます。
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自然環境中への遺伝子組換え作物の拡散を防止するシステムの開発【用途例】環境負荷のない有用遺伝子組換え作物の開発と利用につながる
現在、遺伝子組換え作物は世界中で栽培・利用されており、将来的なGM作物の市場規模は2028年に298億7,000万米ドル (約4兆2300億円) へ到達すると予想されています。しかし一方で、遺伝子組換え作物の自然環境中への流出・拡散に対する対策は十分ではありません。そこで現在、私の研究グループでは実用的な遺伝子組換え作物の拡散防止システムの開発を行っています。今後、この技術を社会実装することで、安心・安全な食と農業を実現します。将来的には、遺伝子組換え作物の栽培や利用による環境汚染の懸念のない世界を目指します。
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高効率ナノ多孔性金属マテリアルのオンチップ量産化技術の開発【用途例】反応・合成の自動化・溶液の量産化
カーボンニュートラルな社会を実現するために、燃料電池システムの性能向上やコストダウンは喫緊の課題と言えます。メソポーラス金属ナノ材料は、メソ孔（~50nm）により、高い表面積を有しています。そのため、燃料電池内に含まれる電極触媒の触媒活性の向上、骨格構造による燃料電池のコスト低減を実現することができます。本研究テーマでは、メソポーラス金属ナノ材料の量産を目的としたオンチップでの量産化技術の開発を目指します。
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下水疫学調査サービス事業に最適なポリマーブラシ型超高効率ウイルス濃縮技術の確立【用途例】各種サンプルからのウイルス濃縮材料
新型コロナウイルスによる世界的なパンデミックの発生により、ウイルスの動態をモニタリングできる下水疫学調査（下水道サーベイランス）が注目されています。しかし、下水サンプルからウイルスを濃縮する際に、他物質による阻害や雨水等による希釈により低効率化が生じることが課題となっています。これらの課題を解決できる技術・材料を全国の下水道サーベイランスに適用できれば、業界全体の効率・精度が向上し、ウイルスの動態を迅速に把握・発信（可視化）できることから、事前にパンデミックに備えることができると考えられます。
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AI Analyticsによるeスポーツのプレー評価プラットフォーム【用途例】(e)スポーツ分析基盤で戦略構築と観戦体験を革新する
(e)スポーツの課題として、データ収集に時間が掛かる、資金力がないとデータが得られないという課題と、経験に基づく評価・提案であり、時に公平性・一貫性・透明性が不足する、という課題があります。前者の課題について、まずデータを取得・扱うところから始める必要がありますが、これをオープンソース解析プラットフォームOpenSTARLabの共同構築から始めます。これが出来れば、後者の課題として、AI予測や時空間イベント予測に基づくプレー評価等、分析の民主化が見えてきます。見る、営む、創るのニーズに応じたアプリケーションの提供を目指します。
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高解像・超高速SOI-CMOS電子直接検出型カメラの開発【用途例】高速・高感度の高性能カメラでこれまで捉えられなかったものを可視化
電子直接検出型カメラの登場で高速・低線量観察が可能になっており、これまで難しかったソフトマテリアルの高分解能観察ができるようになっている。一方で、電子直接検出型カメラは海外製かつ高価格、さらに国内では間接型から直接検出型カメラへの置き換えが進んでいない。そこで国内で開発されたSOI-CMOSイメージセンサを透過電子顕微鏡用のカメラとして応用し、さらに高性能な制御ソフトウエアも実現することにより、電子線敏感材料など通常のカメラでは捉えられないものの可視化を目指す。
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工学設計の最適化が安価にできる変革的設計支援ツール【用途例】最適化を駆使して認知限界を超えたモノづくりに挑む
工学設計の最適化は、従来の性能を超える「革新的設計」を創出した多くの事例があり、競争力の強化に不可欠な技術です。しかし、このような最適化は、綺麗な定式化ができず、膨大な費用や時間がかかり、専門知識も必要になるため、手軽に行えるものではありません。そこで本開発では、最適化プロセスの低コスト化と省人化を同時に達成する最適化ツールを開発します。このツールを起点とし、現在まで断念していた複雑な工学設計の最適化を可能にし、社会的インパクトのある革新的設計の創出を目指します。
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ナノ階層構造膜の新規合成プロセスと超高感度ガスセンサの開発【用途例】化学物質や病気マーカーの高感度センシング
半導体式ガスセンサの高感度・高選択性・省電力・小型化が可能になると、呼気や皮膚ガスから日々の健康管理やガンの診断が可能になります。また、住宅や工場、農場などの大気成分や、食品や農産物の化学物質のモニタリングが可能となり、安心安全な暮らしの実現、工業製品や農作物の生産効率の向上、フードロスの削減などが期待されます。
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未踏の酸水酸化物群から生む次世代キーマテリアル【用途例】カーボンニュートラルに向けたCO2還元・高温水蒸気電解を400℃以下で実現
カーボンニュートラルの実現に向け、水素製造やCO₂還元で使われる水蒸気電解・燃料電池を400℃以下でも動かすことを目指しています。従来の延長ではない、新しい“プロトンがよく動く材料”の設計に挑戦中です。私たちの提案は、水酸化物イオン（実質的な担体はプロトン）と酸化物イオンの通り道を組み合わせた電解質材料の創出です。これまでに、600℃以上でも水酸化物イオンを結晶内に保てる化合物や、400℃以下で従来材を上回る導電率を示す材料を見いだしています。
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二酸化炭素を100%原料とした固体炭素や炭化物類の製造【用途例】高純度な固体炭素（粉末/めっき）または金属炭化物
“減らす”のではなく、”活用”する。大気中の”ゴミ”ではなく”エネルギー資源”へ。本技術は、二酸化炭素から固体燃料の合成を可能とする新・環境技術です。炭素に価値が付くようになった新しい市場において、炭素に付加価値をつけて日本のエネルギー社会を動かす新しい合成プロセスを提案します。塩・卑金属という身の回りにありふれた材料のみを使って、固体状の炭素を生産する技術は世界に類を見ません。
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ありふれた元素からエネルギー変換効率の高い発光材料を創る【用途例】高効率な発光素子の実現
室温でリン光を示す有機分子は、高効率発光素子の発光材料として有用です。しかし、既存の室温リン光材料には白金やイリジウムといったレアメタルまたはハロゲンなどの重元素の導入が必須であったため、資源枯渇や環境負荷の懸念が残っています。これに対して、炭素や水素といったありふれた元素（汎用元素）だけから室温リン光材料を創製できれば、持続可能なエレクトロニクス材料が実現できます。本研究テーマでは、元素の特性を活用することで、汎用元素だけから構成される室温リン光材料を創製し、持続可能なエレクトロニクスの発展に貢献します。
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微分干渉顕微鏡を用いた高感度・大測定範囲・低コスト振動解析装置【用途例】MEMSデバイスの振動解析、ほかの微小な試料（細胞など）の振動解析
微小電気機械システム（MEMS）は、半導体微細加工技術を用いて作られる機械的自由度を持つ素子で、加速度センサや赤外線センサをはじめ、多くの電気製品に使われている。本技術シーズは、微分干渉顕微鏡によるMEMSデバイスの振動を簡単に可視化する振動解析装置の実現を目指している。本技術は、従来の技術と比べ、複雑な光干渉の調整が不要、測定の範囲が10倍以上大きく、且つ装置自体の防振対策等も不要である。そのため、本技術のコストは同類の装置より一桁減らせ、応用場面も研究室に限らず、MEMSの生産ラインと使用現場へ拡大することができる。
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海藻由来のイオン応答性サステイナブル高分子材料の開発【用途例】易サイクル性と実用性を兼備したゴム材料の創出
海藻由来のアルギン酸とゴムを複合化することで、新しいバイオエラストマーを創出します。また、ここにアルギン酸が有するイオン応答性を組み合わせることで、エラストマー材料の物性チューニングや易リサイクル性と安定性の両立が期待されます。本技術は、接着剤やゲル材料といったその他の応用可能な材料へも展開可能であります。これらの研究を通して、藻類の市場価値を上げることによる資源循環の貢献を目指します。
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ループヒートパイプによる太陽熱エネルギー利用【用途例】太陽熱を使った加熱を活用することにより、省エネ、カーボンニュートラルに貢献
本研究で開発するループヒートパイプ式太陽熱利用システムによって、太陽熱を利用して施設園芸における温室ハウスの加温を実現し、ボイラーでの化石燃料使用量を削減する。本システムは電気、水道圧力を必要としないため、周囲のインフラを必要とせず過疎地などでも場所を選ばず設置できる。豪雪地における太陽熱を利用した融雪などにも適用可能である。
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石油のノーブル・ユースを志向した炭化水素の高付加価値化のための固体触媒開発【用途例】低付加価値な炭化水素の高付加価値化（化学製品得率の向上）の実現
エネルギー資源が化石資源から再生可能エネルギーへのシフトが志向されるに伴い、石油からの製品の需要も変化しています。また、埋蔵量の有限性からも、石油のノーブル・ユースが強く求められるようになっています。このため、石油化学品を含む高付加価値製品の得率増を目指して、石油精製プロセスで得られる留分のうち、燃料などの燃焼に用途が限定されていた炭化水素を、より高付加価値な化学品原料に変換するプロセスを構築します。そして、副反応による炭素資源のロスを抑えて、資源の効果的利用・目的化合物の製造効率の向上を目指します。
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高温高圧環境でも高性能に磁場や温度を検出できる量子センサ【用途例】産業財やインフラのモニタリング
30 年後の未来社会では、我々人類が知覚できる領域の地平線はどこまで広がっているでしょうか？知覚の地平線は、どれだけ豊かな「情報」をこの世界からセンシングできるかによ
って決まります。センシングと言えば、昨今の IoT 化の興隆およびそれに伴う各国の積極投資によって、爆発的に発展している技術分野です。ところが、今日センシング技術で得られる情報というのは、依然として人間生活に近い領域に限定された、つまり”常温常圧”で”マクロスケール”を対象としたものがほとんどではないでしょうか。本研究では、人類の知覚が未だおよんでいない領域から有益な情報を得るためのセンシング技術を開発します。詳細を見る
ナノカーボンを用いた高分離能液相分離システムの開発と実用化【用途例】弱い相互作用を制御し、精密な分離を可能にする
生体試料や汚染水の微量分析から、天然資源や化成品の大量分取に至るまで、高速液体クロマトグラフィー (HPLC) が産業にもたらした恩恵は計り知れません。そこで本プロジェクトでは、高密度なナノカーボンの固定化によって、芳香族に由来する微弱な相互作用（π相互作用）を駆動力とした逆転の発想の分離場を開発し、HPLCでの精密分離における新しい選択肢を提供します。分離スケールの拡大にも力を入れ、微量精密分離から汎用的なミクロスケールの分離分析、さらにはリッタースケールの大量分取に対応できる実用的な分離プラットフォームの構築に挑戦します。
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電池材料の機械的性質および疲労特性の予測・評価技術【用途例】コンピュータ・シミュレーションによる予測と評価
リチウムイオン二次電池に代表されるエネルギー密度の高い二次電池は電気自動車をはじめとする機械構造物の動力源や発電した余剰電力の備蓄用バッテリーとしての運用が進んでおり、現代の都市生活に不可欠なインフラの一つといえます。たとえば電池の主要な構成部材のうち、薄い塗膜状の電極は極めて脆いという特徴があります。電極が損傷すると電池の総合的な発電能力の低下や短寿命化につながるため、その力学的な現象を解明するとともに、損傷を抑制できる電極の構造設計手法と評価方法の構築を目指しています。
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高親和性超分子ファイバーを利用した高異方性機能材料の開発【用途例】高異方性をもつ導電性材料と磁性材料の開発
現代社会において、デバイスの軽量化、微細化、高密度化、高集積化がますます必要となり、微細加工のさらなる向上が求められる。例えば有機トランジスタや透明電極に使用される導電性高分子や、不揮発性メモリで使用される磁気材料は、高選択性、高異方性の付与により、それぞれ優れたキャリア移動度と磁気的性質が発現する。配向性をもった導電性高分子や磁性材料を作製するためには、大がかりな装置や煩雑な技術が求められる。この研究では、超分子ファイバーを利用することで、短時間かつ低コストで高異方性をもつ導電性/磁性材料の開発が期待できる。
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座圧データ解析による新しいドライバーの状態推定指標の開発【用途例】運転品質の向上に資する自動車
本研究は、安全な自動運転時代の実現に向けた画期的なビジョンを具現化します。運転中のドライバーの身体的および精神的な状態をリアルタイムでモニタリングして、疲労や注意力の低下を早期に検出します。自動運転技術の普及が進む中で、人間と自動車の共存は非常に重要です。座圧センサによる疲労の早期検出は、ドライバーの安全運転に貢献するだけでなく、交通事故のリスクを低減します。自動運転車両に対する権限委譲に繋ぐことで、危険を回避することもできます。
本技術は長距離ドライブや過酷な気象条件下での運転においても有益であり、ドライバーの疲労が検出された場合、自動運転モードへの切り替えや安全な休憩の提案など、適切な対策を講じることもできます。座圧センサの可能性を駆使した本技術の研究によって、自動運転の普及に対する安全性と信頼性が向上し、交通事故の発生率を低減させる一翼を担います。
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低廉かつ小型で多機能な高圧抽出分離装置の開発と機能性製品の創出 -SDGs適合型技術を目指して-【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
1980年代より国際的に研究開発が進められた超臨界抽出技術を受けて，2012年に独自開発した亜臨界分離技術は，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水やエタノール，二酸化炭素など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．
以上を背景に，SDGsの推進に向けて，日本発の医薬食品・飲料・化粧品・化成品等の製造のグリーンイノベーションを目指します．ひとの五感に迫る製品開発も実施します．独自に構築した学理や理論に裏付けされた抽出分離実験の補助・サポート・支援も行います．詳細を見る
膜変形リポソームを利用した有害マイクロ粒子の高効率無毒化剤【用途例】高効率かつ人体への影響を最小限に抑えるウイルス・細菌の無毒化
コロナパンデミックの社会問題の中で、ウイルス・細菌などの有害マイクロ粒子を高効率で無毒化する製品の開発が求められています。また、PM2.5のように大気中の有害無機微粒子の除去も長年の課題です。しかし、このようなマイクロ粒子は無毒化させるために、標的を分解する強い試薬が必要であり、人体への影響を抑えることと、トレードオフの関係にありました。膜変形リポソームという新しい材料を利用することで、このようなトレードオフの解決を目指します。
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廃棄硫黄を原料とした高機能プラスチック創出技術の開発【用途例】電池材料・自己修復材料・吸着剤・接着剤
プラスチックは安価で加工性も高いため数多くの製品に用いられていますが、枯渇資源である原油から作製されていることや作製や廃棄の際の環境汚染など、プラスチックは世界的な問題となり、脱プラスチックの動きが盛んになっています。しかし、プラスチックは我々の生活にはなくてならない材料です。硫黄、そして室温合成という環境負荷の低い素材と製法からプラスチックを開発し、ポリマーを使用してもいい社会、ポリマーと調和した社会の構築を目指します。
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環境親和性の高い"ケイ素"ナノ粒子を用いた構造色カラーインク・塗料【用途例】特殊用途の塗料・インク
人間社会を豊かにするために色材は欠かせないものですが、退色や一部化学物質の規制強化という課題があります。このような状況で、退色しない「構造色」が注目されています。
これまでの構造色は複雑な構造が必要でしたが、特異な物理現象に基づき、低環境負荷な材料で使いやすい構造色インク・顔料を開発することで、高意匠性だけでなく安定・安全・安心な色材への転換を目指します。詳細を見る
卓越した乱流可視化センサで切り拓くカーボンニュートラル・生産性向上【用途例】電力機器に多用されている環境負荷の高いSF6ガスの代替ガスを選定
様々な業界で遭遇する乱流、しかし乱流の制御は一般的に非常に困難です。
その一因は、そもそも乱流を正確に測ることができるセンシング技術が無かったという点にあります。
逆に言えば、乱流の正確なセンシング技術があれば、そのデータに基づいて乱流を解析し、制御手法を確立できる可能性があります。
そこで本研究では、乱流を正確にとらえることが出来るセンサを開発しました。
電力機器や、エネルギー、モビリティ、プラントエンジニアリングなどの分野を筆頭に、乱流が制御できれば、カーボンニュートラル・生産性向上が実現できる分野はたくさんあります。詳細を見る
細胞培養安定化のための培養手技計測＆改善足場材料創出研究【用途例】細胞培養手技の定量化
培養細胞の需要が、今後急激に増える予想がなされているが、その製造に関する安定性は、勘や経験、ノウハウで維持している。その要因は、培養方法(手技計測と自動化)と培養環境(マテリアル)が整備されていないことにある。
本研究開発では、培養方法と培養環境の最適化を目指し、データに支持された新規ペプチドマテリアル創出のための要素技術の効果検証を行う。最終的には、細胞培養者に最適な培養方法や培養環境を提案できるプラットフォーム開発(データベース構築、アプリケーション開発)を目指す。詳細を見る
高温高圧キャビテーションを用いた金属の表面改質技術【用途例】自動車をはじめとした輸送機器部品の薄肉化・軽量化に資する技術としての活用
例えば、鋼のような高強度な材料ほど、欠陥に対する感受性が高いため、ピーニング後の表面の形状変化が金属の疲労限度を低下させる。そこで、表面が荒れないピーニングが求められている。また、従来のピーニングでは、ショット材を利用後、廃棄物が発生したため、リサイクルができる水をショット材として、最大限生かしたピーニング方法を確立する。
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保温材下の高温炭素鋼管の全面減肉検査評価【用途例】保温材下の炭素鋼管の減肉評価装置
プラント設備の老朽化が進んでおり、設備の保安・保全が重要である。しかしながら、保安・保全業務の効率化と労働力不足の解決が喫緊の課題である。そこで、プラントの稼働を停止しない非破壊検査法の重要性が高まっている。保温材を剥がさず、高温のままでプラント稼働も止めない、保温材下の炭素鋼管の減肉評価を実現する。一回のスクリーニングで全面減肉検査可能な技術開発する。
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ポリエステルの触媒的アップサイクル技術の開発【用途例】廃ポリエステルを環境にやさしく分解し、リサイクル・アップサイクル
製品寿命が尽きたポリエステルを炭素資源としてリサイクル活用できれば、「ごみ・環境問題」と「資源・エネルギー問題」双方の解決に貢献できます。一方で、安価なポリエステルを単にリサイクルするだけでは、コスト的に「割に合わない」という側面もあるため、経済的に合理的なスキーム開発が望まれています。本研究では、ポリエステルを「モルホリンアミド」という分子に変換する新発想を提案します。モルホリンアミドはポリエステル原料へとリサイクルできるだけでなく、モルホリンアミドから様々な高価値分子をつくるアップサイクルができるため、資源回収とコスト回収を両立できる合理的な新システムへの展開が期待できます。
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マイクロ波加熱を駆使した材料・化学プロセスの革新【用途例】これまでの方法では作れないナノ構造材料や、高難度な触媒反応の実現に向けて
近年、マイクロ波による化学プロセスの省エネ化・電化が注目を浴びています。私は、既存プロセスをマイクロ波へ移行するだけでなく、マイクロ波だからこそ切り拓くことのできる「今までにない」化学プロセスを開発し、産業変革を加速していきたいと考えています。その中心となる技術は「マイクロ波局所加熱」であり、究極的には原子・イオンだけを選択的に加熱できることを見出してきました。この原子レベル局所加熱を駆使して、革新的なナノ構造材料の合成や、高難度な触媒反応の実現を目指します。
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ナノデバイスを指向した有機-無機ハイブリッドナノ粒子のCO2ドライクリーニング技術【用途例】新規CO2洗浄乾燥法によって、ナノ粒子を活用した放熱シート・導電ナノインク・イオン電導膜の開発を支援
無機ナノ粒子表面に有機分子が結合した「有機無機ハイブリッドナノ粒子」は、溶媒への完全分散やポリマーとの完全混和を可能とするため、次世代ナノデバイスの実現に不可欠な先端材料として、合成技術と高機能化に関する研究が加速度的に進められてきた。しかし、合成後のナノ粒子を洗浄乾燥する技術は、古典的な手法に依存しており、不純物の残存・粒子凝集という問題が生じていることがナノ粒子の産業利用を遅らせている。これに対して本事業は、研究代表者が新規に開発したCO2洗浄乾燥法によってナノ粒子の完全洗浄と凝集回避を実現し、既存の洗浄乾燥技術を転換することで、ナノ材料が調和する社会を実現することをビジョンとする。
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グラフェンを用いた高感度なセンサーの開発【用途例】ガスなどの低分子からタンパク質等の高分子、細菌やウイルスまで、様々な標的の高感度検出を実現
環境中には、ウイルスや細菌をはじめとする様々な危険物質が遍在しています。これらの公衆衛生上の危険性は、COVID-19パンデミックによっても明らかです。こうした微量の危険物質をその場で短時間・高感度かつ簡便に検出する基盤技術が必要です。
極めて表面敏感な性質を持つナノ材料グラフェンは、こうした危険物質を検出する電子センサー材料として高いポテンシャルを持っています。本研究開発では、グラフェンセンサーにより微量の危険物質を検出するプラットフォームを構築します。将来的には、公衆衛生やインフラだけでなく、食品や医薬品、生活用品など幅広い業種で、短時間・高感度にその場検出するニーズに応えます。詳細を見る
時間超解像撮影が可能な自然光ホログラフィックビデオカメラの開発【用途例】動画撮影速度が律速していた様々な課題を解決
ビデオカメラの動画撮影速度はカメラ自身の性能で決まるため、その速度を超えての動画撮影は困難である。本事業ではホログラム画像の多重記録技術を利用して、カメラ自身の撮影速度よりも高速な動画撮影を可能にするビデオカメラ－時間超解像カメラ－を実現することを目的とする。異なる多重記録技術を融合することによって一桁以上の、将来的には二桁以上の撮影速度高速化を目指す。
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組織スライス試料からの一括微小空間サンプリング【用途例】基礎研究用細胞サンプリング装置
シングルセル空間解析を求めるユーザーに、あらゆる分析対象で空間解析を可能にする細胞サンプリング技術を実現します。組織スライス試料を物理的に細かく分割して容器に回収する、直接細胞サンプリング法であるため、将来、装置や手法を問わない解析に展開できます。回収した断片群は、それぞれ空間情報と紐づき、組織のどこからサンプリングされたかが分かることがポイントです。分割と断片の回収は1個ずつ行うのでなく一括で大量に処理することでハイスループットな空間解析を実現します。
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酸性pHの制約を受けにくい高機能キトサン誘導体～中性でも溶けて高い性能を示すキトサン誘導体～【用途例】高機能キトサン誘導体を複合化した繊維や不織布
SDGsの機運の高まりにより石油由来高分子から天然高分子やバイオプラスチックへの転換が進んでいます。この時勢を背景に、天然由来のカチオン性高分子であるキトサンの需要は、年々拡大し続けています。一方で、キトサンは、アミノ基が正に帯電することで水に溶解し、正電荷に由来する吸着性や抗菌性のような機能が発現します。つまり、キトサンの溶解と機能には酸性pHの制約があります。私たちが開発した高機能キトサン誘導体は、このキトサンの欠点を克服したキトサンの上位製品であり、吸着剤、抗菌剤、化粧品素材、医薬品添加剤、分離材料など、様々な分野での利用が期待されます。
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半導体高分子の精密設計とプラスチック太陽電池の高効率化【用途例】有機太陽電池、有機半導体、半導体高分子
自由に折り曲げられ、環境にやさしい薄型電子デバイスのポータブル電源として、鉛フリーの有機半導体を用いた太陽電池が注目されています。しかし、依然そのエネルギー変換効率はラボレベルでも20%以下で、フレキシブルデバイスへの応用が遅れています。有機太陽電池の高効率化が急務で、さらに軽量性・フレキシビリティー性が高く、長寿命のデバイスを実現するための材料開発における分子設計指針の確立が必要です。企業との連携・共同開発により、モジュールでエネルギー変換効率15％以上の性能を有するフレキシブル有機太陽電池用半導体高分子材料の開発を目指します。
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救助のための音響探索ドローンの開発と救助の現場におけるニーズ調査【用途例】多数のドローンを併用することで30平方キロを30分で捜索することを目指す。
ドローンに装着したマイクロホンによる高感度な音響センサーを開発した。直列二極ナルビームフォーミングによりドローンローター音を10dB減少する。
アダプティブフィルタ、ドローン本体から距離を置いたマイクロホン懸架方式により、1km以内のサバイバルホイッスルを検知できると期待できる。
実験室内の性能であり、実際の山岳での性能検証は今後の課題。また、実際の遭難救助における実用性は調査する必要がある。詳細を見る
脂質合成技術を活かした新規界面活性剤・医農薬シーズ等の機能性素材の開発【用途例】界面活性剤、医農薬シーズ、生分解性素材
界面活性剤や抗菌剤、ポリマーや環境調和型農薬などで活用例のある脂質ですが、生産手法が確立されていないことがボトルネックでした。私たちがもつ独自の脂質合成の手法を活かすことで、脂質型の素材開発を進めて参ります。特に、脂質が持つ高い生分解性はこれからの素材開発に要求される重要な性質であると考えています。従来開発されてきた頑丈な素材に改めて生分解性を付与することに比べ、元来生分解性を持つ脂質を出発点に開発を進めるビジョンは合理的なアプローチです。また、本研究では原料としてバイオディーゼル燃料の副生物である廃グリセリンを用いることが可能です。廃グリセリンの有効活用としてもテーマ性を有しています。
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生産システムの高信頼性化のためのモータレス・ケーブルレスロボットハンド【用途例】マニピュレータに取り付けるだけの壊れないロボットハンド
「機械はいつか壊れる」というのがモノづくりの基本概念です．しかし，機械内の構成要素でも壊れやすさが異なります．本研究では，ロボットシステムにおいて，壊れやすい機械要素であるロボットハンドのモータとケーブルという必要不可欠な構成要素に着目し，それらを排除することで生産システムの高信頼性化を目指した研究開発を行います。
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魚の体表粘液に含まれる抗菌タンパク質の産業応用【用途例】新素材として医薬・農業・食品・化粧品分野への新しい提案
当該タンパク質がアミノ酸を基質に、過酸化水素・ケト酸・アンモニアを産生することに着目し、過酸化水素の様々な病原性微生物に対する強い抗菌・殺菌効果の用途に加え、抗カビ、抗ウイルス効果、さらには農業資材への用途拡大を想定している。医薬品・化粧品、病害防除、成長刺激や栄養素として植物成長調節剤（バイオ農業資材）への応用が可能であると考える。
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金属－絶縁体転移材料による無電源スマートウィンドウ【用途例】サーモクロミック材料
一般的に金属は光を透過せず、絶縁体は光を透過する。この機能を考慮すると、金属－絶縁体転移材料は遮光－透光を切り替えることができるクロミック材料であると言える。これまで実用化されてきたクロミック材料は、耐久性の劣る有機物であったり、動作に電源が必要であったりしたが、本研究では、耐久性に優れた酸化物材料で、無電源かつ自由な温度で動作するクロミック材料を開発する。これは究極の省エネを達成するスマートウィンドウであり、具体的には温度変化で遮光－透光が変化する酸化物をKOHフラックス法（液相法）やスパッタリング法（気相法）で成膜する。
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カスタマイズ可能なAIアーキテクチャとハイパーパラメータ最適化によるプラント応答の早期検出【用途例】セグメンテーション、分類、検出、自動 SPAD 計算
Society5.0における農業は、農業生産性、食料安全保障、環境への影響、持続可能性を同時に達成するために情報通信技術を駆使したITベースの農業管理の実現を目指している。 そのために必要な要素技術として、分類（病気、ストレス、植物の形態学的研究）、検出、カウント（花、果物、葉）などを行うために特定のタスクを対象とした多機能CNN（畳み込みニューラルネットワーク）アーキテクチャを開発しています。さらに広範囲の植物を一度に解析するためのドローンベースの画像分析などの様々な技術も開発しています。
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微小デバイスにおける局所的な電荷輸送計測技術【用途例】太陽電池、有機EL、LED
微小領域における反応、キャリアのふるまいを観測する時・空間分解計測技術を開発しています。新たな微小デバイス開発にはその材料のエネルギー変換とエネルギー輸送効率の究明が必要となってきます。これらの原因を明らかにするためには時・空間領域でどのようなふるまいをしているかを理解し、エネルギー変換とエネルギー輸送効率を下げている因子を改善する設計指針を得る必要があります。本技術シーズではこれらを観測可能とする分光計測技術を提供いたします。
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ポリマー側鎖のアミノ基修飾による抗菌・抗ウイルス性を付与した高分子材料の開発【用途例】汎用高分子材料の高機能化
ポリ（メタ）アクリレート［P(M)MA］やポリビニルアルコール（PVA）は日本企業が高いシェアを誇るポリマー群です。いずれも側鎖にエステル基とヒドロキシ基を有しており、エステル交換反応に利用可能です。この側鎖に共有結合で抗菌・抗ウイルス性を示す化合物（アミノ基）を修飾する手法を開発しました。この反応に用いるTBZLは特異な選択性を示すため、無保護でアミノ基を側鎖に修飾することができます。元の高分子材料の機能、特性への影響を最小限に抑えた上で優れた抗菌・抗ウイルス性を示す高分子材料の開発につながります。
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マイルドなプラズマによる食品や農産物の殺菌技術から医療応用まで【用途例】大気圧プラズマによる農産物・食品の新しい殺菌技術
「プラズマ殺菌」という殺菌法をお聞きになったことはありますか。この殺菌法は、気体をプラズマ化することで得られる高い反応性を利用し、有害な微生物や病原体などを殺菌、不活化することのできる新たな殺菌法として実用化が期待されています。本手法は、低温かつドライな環境下で実行できることから、熱や水に弱い食品や農産物などにも適用することが可能であり、これまでにない新しい殺菌手法として期待されています。本研究室では、マイルドなプラズマ源を開発し、食品や農産物の殺菌から悪性腫瘍(がん)細胞の不活化への応用を目指しています。
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超低消費電力インテリジェントIoTシステムの研究開発【用途例】提案されたIoTシステムにAIフレームワークをサポートできればアプリケーションを再開発の要求が減らす
従来のIoTシステムにIoTサービス、特に人工知能をサポートするために大量の電力を消費することはユーザーに過度の負担をもたらす。本研究開発は、製造業に安価で環境に優しいインテリジェントサービスを提供するため、低消費電力インテリジェントデバイス、低消費電力通信、および分散型インフラを備えたレジリエンスのあるインテリジェントIoTシステムの構築を提案する
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再エネの主力電源化に資する水素吸蔵合金の省エネ・低コスト製法の開発【用途例】Power to Gas (PtoG) システム向け定置用水素吸蔵合金
東日本大震災に伴う原発事故を経験し，ロシアによるウクライナ侵攻が続く中，外憂に翻弄されない持続可能なエネルギーインフラの構築が急務となっています。出力変動が大きい再生可能エネルギーを貯蔵し利用するには，現行の揚水発電に加え，水素蓄電も大規模化に有利な選択肢の1つです。本テーマでは，水素キャリアのうち性能・コスト両面で実用化が困難とされていた水素吸蔵合金について，既に低コスト化の見通しが得られており，現在は高性能化に向けた研究開発を中心に取り組んでいます。
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パルスレーザーで海水から直接水素を製造する【用途例】非常の電力源としての利用
パルスレーザーを用いて海水や河川水から直接水素を製造できる新しい技術の創出を目指す。従来の電気分解や光触媒では、装置の腐食や塩素ガスの発生を防止するために不純物の少ない水（純水）を使用する必要があったが、パルスレーザーを用いることで選択的に水のみを分解する。これにより、地域社会にスマートグリッドやレジリエンス強化をもたらす。
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海苔の品質評価のためのラマン分光分析法の開発と実践【用途例】ラマン分光分析による海苔の品質評価
私たちが普段口にする乾海苔は、生産拠点における検査員の目視による等級付けが行われて市場に出回っている。しかし、目視による等級付けは科学的根拠に裏打ちされた品質評価ではなく、海苔の産地あるいは作況にも依存する経験的な評価方法でもある。本研究は、ラマン分光法を用いて海苔に対する科学的な品質評価法を提案する。このような品質評価法を、乾海苔の生産拠点に導入できれば、海苔の等級付けの最適化だけでなく、自動化と高速化が期待できる。さらに、国産海苔や輸入海苔を問わず使える非破壊で客観的な品質評価法となるため、海苔の流通における革新的変化が期待できる。
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配線自己修復機能を有する電子デバイスの開発【用途例】「配線自己修復機能を有する電子デバイス」の応用先
本研究開発の社会・産業への効果としては、既存のケーブルや電子デバイスの健全寿命を延伸することや、伸縮電子デバイスなどこれまでなかった新奇な電子デバイスの創製、IoTやトリリオンセンサなど多量のセンサ利用がなされる際の交換コストの低減、配線自己修復機能を有する電子デバイスによるインフラ構造体の劣化モニタリングシステムなどが考えられます。「配線自己修復機能を有する電子デバイス」という、これまでなかった新たな「モノ」を実現することで新たな市場を生み出すことを目指しています。
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磁気非破壊検査法を用いた各種金属材料の高精度内部欠陥検出技術の開発【用途例】金属内部の非破壊検査装置
本研究の成果を利用することで，金属内部の微小欠陥を高速かつ簡易な操作で非破壊検査することが可能となる。この技術を用いて金属製品の製造現場で製品の全数検査を実現可能な検査装置の開発を目指す。これにより，製品の安全性を飛躍的に向上させることが可能となり，製造業者，製品を購入する顧客の両方に大きなメリットをもたらす。
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化学センサのIoT化を実現する革新的自己クリーニング技術の開発【用途例】環境中の化学物質量の常時モニタリング
化学センサのIoT化が可能になると環境中の化学物質のモニタリングが可能となり、製造現場でのプロセス中・廃液中の薬品のモニタリング、農業現場での栄養成分・農薬類のモニタリング、水道の水質モニタリング、河川・土壌・海洋中の有害物質の環境モニタリングなど、幅広い応用が期待できます。これにより、工業製品や農作物の生産効率の向上や環境保全、生体への化学物質暴露の防止など、様々な効果が期待できます。
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エネルギー回生システム開発のためのライデンフロスト状液滴に関する研究【用途例】排熱のエネルギー回生は食料品工業から宇宙産業まで活躍が期待される。
現在国内では、年間743 PJもの排熱があると推定されており、その75％(565 PJ)は250℃以下と回生する術無く排出されている状況である。この捨てざるを得ない250℃以下の熱の利用や回生を目的として熱電変換などの技術開発が盛んに行われています。私自身が有する技術によって、同様のことが出来ないかと検討しました。そこで、ライデンフロスト現象を上手に利用する事によって、熱を回生する事が可能な熱機関や素子を作れるのではないかと思いつきました。
マッチングサポートフェーズ期間中：
物理メカニズムの解明と最適な熱→仕事変換媒体および構造の特定、および、低温下。
熱-仕事エネルギー変換効率1%、可能であれば3％を目指す。
共同研究フェーズ：
実際に運用される環境への適用を目的に、素子開発やシステムの構築を進め、寿命や信頼性などの評価などに関する研究を進め、熱-仕事変換効率10％以上を目指します。詳細を見る
過酷環境下運用に向けた非破壊レーザー誘起振動波診断技術の開発【用途例】様々な領域にあわせたレーザー技術を活用する打音検査・触診検査を展開
本プロジェクトではこれまでの技術基盤を活かし、全ての計測系を長尺光ファイバーに置換します。ファイバー化により、レーザー光が伝搬する空間の気流や温度、雰囲気ガスに依らない計測を実証していきます。そして、長尺化することにより、例えばロボットに搭載するなど人が立ち入れない領域への近接アプローチを目指します。本技術は成熟した打音検査や触診検査をレーザー光に一部置換する発想で、システム動作の停止、危険な作業、検査頻度の長期化といった課題へのスムーズな現場導入に貢献します。
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動物実験に応用可能な生体適合フレキシブルLEDフィルムの開発【用途例】神経活動を制御・計測する多チャンネルフレキシブルデバイス
多点LEDによる特異部位の生体光刺激に加えて、脳全体の神経活動をリアルタイムにモニタリングできる多チャンネル皮質脳波計測デバイスを融合すれば、多点マッピングで刺激に対する生体応答を捉えることのできる新たな神経科学研究ツールが生み出されます。このようなツールは、脳科学研究分野を試薬的に発展させるとともに、認知症・統合失調症などの脳疾患のメカニズムの理解を助け、新たな治療技術の創出に貢献します。
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不織布マスク再利用に向けたマスクチャージャーの開発【用途例】不織布マスクを洗って再利用
コロナの影響によって、世界中で人々が生活の中でマスクを日常的に着用する文化が培われてきた。今後も、マナー、花粉症、大気汚染による健康被害対策としてマスクの着用は国と地域によっては長期的に継続すると考えられる。現在、廃棄されるマスクは世界中で毎月1290億枚にも上ると言われている。プラスチック廃棄物による環境負荷軽減のためにも、不織布マスクのリサイクル手法開発が求められている。また、不織布マスクを輸入に頼っている日本では2020年4月の第一波時、深刻なマスク不足に陥った。不織布マスク再利用手法の開発は、このような将来また起こりうる緊急時に我々の身を守る術として国の安全管理の視点からも重要である。
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移動体の定位を10cmオーダーで実現するメンテナンスフリー屋内定位インフラシステム【用途例】生産圏では自動搬送や動態分析、生活圏では高度IoTサービス
この定位技術は、導入コストと運用コストを低く抑えたまま、生産圏（工場、倉庫）や生活圏（大学、病院、地下街、駅、空港、複合施設）に導入可能で、フリスクサイズのクライアントモジュールを備えた移動体を10cmのオーダーで永続的に定位・トラッキングできます。物品搬送の自動化はもちろんのこと、人物・移動体の恒常的な追跡・記録による動態分析への利用、定位サービスのサブスクリプション提供によるシェアリングエコノミーの活性化、ライフログ、行動変容、EBPM、行動的生体認証による新しいセキュリティサービス、など新産業創出の基盤となることが期待できます。
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放射線還元法によるバルク炭素電極への金属ナノ粒子の固定化【用途例】電解合成反応を精密制御する
エネルギー資源の問題は、現代社会における解決すべき喫緊の課題の一つです。電解有機合成は、近年の有機合成化学のホットなトピックの一つですが、その制御手法はまだまだ未発展の段階にあるのが現状です。電極上に金属ナノ粒子を固定化した電極触媒を用いることでその制御を目指す研究はこれまでにもありますが、バルクの炭素電極に微細なナノ粒子を均一に固定化するのは一般には困難とされています。本研究では、放射線を用いた金属ナノ粒子固定化法を活用することで、微細なナノ粒子をバルク炭素電極に固定化する技術を開発し、より高活性な電極触媒と電解有機合成の制御技術の創出を目指します。
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蓄電池内部の電極材料を多軸・高速で評価できる電気化学計測システム【用途例】蓄電池の高性能化に直結する分析方法で民生用小型電池から電動車両・電力貯蔵等の大型蓄電池まで
多大なコストと時間を要する蓄電池の材料開発において、微小プローブ技術を活用し電気的計測・分光的計測を一連作業として実施する技術基盤を構築します。材料・セルメーカーをはじめ、蓄電池を活用する広い産業へ展開し、蓄電池の技術開発を高速化・低コスト化の面から支援することにより、低炭素化社会を下支えしていきます。
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シアニドの化学選択性制御で実現する有用化合物の合成法【用途例】小さなシアニドを最大限に活用する
ニトリル（R–CN)とイソニトリル（R–NC)は、分子の中での配列順序が変わっただけの化合物ですが、その使われ方は大きく異なります。たとえば、加水分解を行った場合、前者はカルボン酸になりますが、後者はアミンになります。このように、似て非なる化合物であるがゆえ、従来、作り方も大きく異なっていました。
もし、シアニドの両末端から反応することを活用できれば、ニトリルとイソニトリルを同一のシアニド（CN－）と原料の組み合わせから創り出すことができます。工業的にも用いられるシアニドを用い、人類の生活を豊かにする様々な医薬品、化成品原料を効率よく提供できる手法を確立します。詳細を見る
超快適車内を実現するサイバーフィジカルシステムカーシート【用途例】乗員の感情に合わせて様々なサービスが自動で行われる自動運転車のためのIoT/AI組み込み型カーシート
自動車の中、特に車内空間や乗員の過ごし方に目を向けると、乗員は運転から解放され、車の中で本を読んだり、仕事をしたり、自由な時間を快適に過ごすようになります。このため、次世代の自動運転車には、乗員の感情や認知状態を適切にセンシングし、クラウド上のデータに基づいて、適切なエアコンや照明、エンターテイメントなど車室内空間を自動制御する快適性提供サイバーフィジカルシステム（CPS）が搭載されるようになります。
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果樹栽培技術革新のための1樹葉果比推定技術の開発【用途例】画像によって1樹毎に葉数と果実数を推定し、個体差を考慮した園地管理を容易にするクラウドサービス
ICT技術による農業の自動化、機械化、省力化が望まれています。本技術は果樹栽培において、これまで学問的には栽培管理のための重要な指標とされながらも農業現場で利用されることのなかった葉果比を万人に使える指標として提供します。特に果樹は1年ごとに定植する野菜等とは異なり、20年以上の長きにわたり利用し続けることから、数値に基づく栽培管理の有用性は大いに期待できます。
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プラズマ生成活性種による養殖魚の成長促進に関する研究開発【用途例】閉鎖循環型水槽を用いた陸上養殖の低コスト化
プラズマにも様々な特性があり、成長促進に適したプラズマを生成するための制御技術の確立が課題となっています。我々はプラズマの農水産応用に10年以上前から取り組んでおり、そのノウハウがあります。
また産地偽装など食の安全に対する消費者の関心が高まっており、プラズマ処理した魚の安全性検証も重要な課題です。愛媛大学では南予水産研究センターを設置しており、各種分析に加え味覚センサーを使った味の評価も可能です。これらの技術をフル活用し、食の安全性検証に取り組みます。詳細を見る
目の健康支援のためのウェアラブルプラットフォーム/Eye Health Wearable Tech.【用途例】目の健康支援を日常で簡便に行える要素技術~常時センシング、健康/疾患の推定・予測、行動変容支援~
本研究が解決を狙う社会課題は目に基づく心身健康被害「アイヘルスハザード」である。近年、この被害が顕在化し、世界中の大量の人々がこの健康被害を受ける未来が確定している。例えば、コンピュータビジョン症候群は，眼精疲労，頭痛，ドライアイ，全身疲労などを起こし、1日3時間以上コンピュータを使用する人の約90％が該当する。ドライアイ疾患者は日本国内2200万人/世界10億人、近視においては世界人口半数の50億人が2050年までに近視になり、10億人が重度の疾患になる。
この課題拡大を防ぐために本研究では、目の活動の常時センシングを軸にした目の健康支援技術を、世界の大量の人に提供できる手段の実現を狙う。詳細を見る
分散型エネルギーを目指した固体酸化物形燃料電池マイクロリアクターの開発【用途例】軽くて、小さい高密度エネルギーにより便利で新しい体験を実現する
現在、SOFCの定置用電源への実用化が進められているが、SOFCを『手のひら』で持てるまでの小型化は極めて難しい。もし、SOFCのこれまでにない小型化が達成できれば既存のリチウム電池の5倍以上のエネルギー密度を持つポータブル電源となり、小型ドローン、自律ロボット、Edge-AI、ウエアラブルデバイスなどを動作させることができるようになる。
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エレクトロクロミック表示電極開発によるディスプレイ技術の変革に貢献【用途例】ディスプレイをはじめとする表示技術全般の部材を変革
発色型表示技術が実現できた場合，動画表示可能な高反射率フルカラー発色型ディスプレイも実現可能になる．そして，発色型表示素子として事業化すれば，液晶や有機ELなどの世界市場 (約10兆円) をも代替でき，本研究がもたらす社会的インパクトは大きい． この製品化においては，ポータブル性とフレキシブル性の両立が次の開発課題であり，フレキシブル電極作製開発は今後の課題でもある．
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高温超電導コイルを用いた非接触給電による超急速充電への挑戦【用途例】大容量バッテリへの急速充電～蓄電池電車から電動推進船，電気自動車まで～
日本における運輸部門のCO2排出量は非常に多く，全排出量の約20%を占めています。その中でも，鉄道は他の交通機関に比べて環境へ配慮されているものの，鉄道網全体の約4割は非電化区間であり，化石燃料を用いた気動車やハイブリッド車が走行しています。そのため，蓄電池鉄道の導入によるCO２の削減が検討されているものの，充電時間の長時間化が問題となっており，今後の蓄電池電車の普及は「急速充電化」にかかっている状況です。そこで，提案する超急速充電可能な「高温超電導コイルを用いた非接触給電システム」が実現すれば，蓄電池電車が広く普及し，CO２を削減できることから，地球環境温暖化対策に貢献できると考えています。
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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が年々高まっています。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します。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の実現を目指しています。
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位置・力・画像情報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
これまでにも数多くのロボットの自律動作制御法が提案されてきました。しかし、いずれの手法も人間並みの速度で動くことと、環境変動や人間の動作に対応することを両立することができませんでした。これに対して、我々の研究グループは、バイラテラル制御と呼ばれる操作者に触覚の再現を実現できる遠隔操作制御により、人間の運動技能データを抽出し、ロボットに転写することでこれを解決できることをあきらかにしました。遠隔操作時に触覚提示があれば人間は環境に適応するためのスキルを発揮することが可能になり、これをロボットが模倣することで人間並みの速度と適応能力を獲得できるのです。
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次世代圧力センサーへの応用を目指した機械的刺激に応答する有機感圧材料の開発【用途例】磨耗状態や局所圧力を色の変化として可視化するセンサーとしての活用
近年、ウェアラブル端末や次世代ロボットなどの開発や、インフラ構造物の劣化診断などの幅広い分野において、摩耗状態や局所応力などを高感度に検出可能な圧力センサーに対する需要が高まっています。圧力や摩擦などの機械的刺激により光照射時の蛍光色が変化する有機感圧材料は、機械的刺激を光信号の変化として直接検出可能なセンサーとなることが期待されています。有機材料は、軽量・低コストで毒性が低いため、圧力や摩擦を定量的に可視化できる有機感圧材料を開発すれば、従来の感圧塗料の改良となるだけでなく、生体材料を含む様々な材料や構造物の圧力センサーとして応用可能です。
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半導体製造電力削減のための高品質パルスグロー放電発生電源の開発【用途例】半導体露光用光源、CVDやプラズマスパッタリングによる薄膜形成
本研究で開発する大電力パルス電源を用いることで既存の技術よりも高効率、高均一かつ大電力でパルスグロー放電を生成することが可能になります。これにより半導体露光用光源、CVDやプラズマスパッタリングによる薄膜形成で使用するプラズマを更に高効率、高均一、高出力で生成可能となり、レーザーや薄膜形成の電力削減と共に高品質化、高出力化を実現します。
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空間情報モニタリングのための光ファイバー型赤外分光計測システム【用途例】建物やロボットに埋め込み可能な光ファイバー神経網の構築
社会構造の変化に伴う人手不足の緩和や重労働を是正するための対策として、作業工程のオートメーション化や省人化が求められています。また、IoT（モノのインターネット）やICT（情報通信技術）に資する技術として様々な入出力デバイスが提案されているが、空間モニタリングに必要なガス計測技術については、性能の頭打ちが生じています。既存のガス濃度計測装置について、計測時間が数分程度であり、ppm程度の高い感度と即時応答性を両立した計測技術は皆無であり、防災等の特定の分野では喫緊の課題となっており、提案技術により解決します。
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CO2の還元剤として太陽光パネルをリサイクル【用途例】排ガス中のCO2を削減する
太陽光パネルの大量廃棄問題とCO2の排出量削減の両方に貢献する技術を目指す。これまでリサイクルされてこなかった太陽光パネルに含まれるシリコンの有効活用法を見出すことで、廃棄パネルの付加価値を向上させる。加えて、排ガス中に含まれるCO2から有用化合物を合成し、カーボンニュートラルにつながるCO2の排出量削減を達成する。
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高線量の中性子計測に適する量子閉じ込め型構造を有する高速応答性中性子シンチレーター材料の開発【用途例】産業、科学、医療分野に利用される中性子検出器に搭載
枯渇が課題となっているHe-3ガスを用いた中性子検出器を本技術で置き換え、省資源に貢献する。また、従来よりも応答性に優れた中性子計測を実現する。ホウ素中性子捕捉療法等の高線量場でのリアルタイム中性子計測は現状困難であり、応答性に優れる中性子シンチレーターが求められる。本技術の量子閉じ込め効果を利用した中性子シンチレーターでは高速応答性の実現が期待でき、そのような新たな中性子計測のニーズにも対応できる可能性がある。
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新しい栄養価や味を付与するための、糖質が少なく、脂質を多く含む野菜の開発【用途例】低糖質・高脂質野菜の作出
低糖質・高脂質野菜は、脂質を多く含むことにより、高齢者が不足しがちな脂質を補うことができます。加えて、脂質が持つ旨味を引き出すことで、これまでにない独自の味を持つことが期待できます。脂質を増やすと同時に、糖質を抑えることで、カロリーを減らすことなく、糖質制限を行うことが可能です。また、低糖質・高脂質野菜において増加する有用成分を発見することができれば、新たなサプリメントとしての活用が期待できます。
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任意の機会で自律構造形成する折紙デバイスの利活用【用途例】医療・運輸・小売・宇宙等の幅広いユースケース
折紙デバイスは、ストレッチャブル・フレキシブル・堅牢・軽量・低コストと様々な機械的特徴を持つ次世代デバイスと期待されています。任意の機会で自律構造形成する折紙技術を開発することによって、我々が既に持つ折紙構造内にエレクトロニクスを自由に設計する技術によって開発される折紙デバイスのさらなる展開を目指します。
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大容量再エネ電源用の電力・水素複合エネルギー貯蔵システムの開発【用途例】分散型エネルギー社会の実現
地域の年間予想再エネ発電量や負荷消費電力量などの条件から、地域毎に最適な再エネ電源+複合エネルギー貯蔵システムの構成をパッケージ化する。パッケージ化した複合エネルギー貯蔵システムを導入することで、商用系統に依存せず電力の需給調整や高品質電力の安定供給が可能となるため、商用系統による制約を考慮することなく全国各地に再エネが導入可能となり、再エネの導入拡大および温室効果ガス削減に大きく貢献することが期待される。
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高速・高精度に人の動きを分布センシングし、遠隔操作ロボット、技能の見える化、VR技術に貢献【用途例】遠隔操作技術、匠の技のデジタル化、VR技術へ応用
これまでのビジョンセンサやモーショングローブなどを用いた人の動きの取得では、接触情報の取得ができず、さらにはプライバシーの問題、データ量の問題、設置容易性の問題などがあり、利用が広がっていません。我々はこれらの課題を解決し、接触情報、手や腕の動作姿勢情報を高精度かつリアルタイムに取得します。これにより今まで利用ができなかった分野への応用展開を行います。人の動作を体現する遠隔操作ロボット、訓練・技能伝承用のスキルの見える化、VR技術への応用を考えています。
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リモートコントロールとリサイクルを実現する柔らかい単結晶ファイバー製造法の開発【用途例】光コンピューターの中の光配線（光導波路）
単結晶は固く、脆いと言われてきました。近年、有機分子のπ共役骨格と呼ばれる固い部分とその周囲を適切に設計すると、結晶の秩序性は維持しつつ、「柔軟性」を示す結晶を形成することが分かりました。結晶としての高い光透過性、電導性、熱伝導性などを持ちつつ、高分子繊維のような柔らかさを併せ持つ夢の材料です。注目すべき点は、結晶が分子でできているために、適切に選ばれた溶媒を使うと簡単に溶かせるということです。回収した分子を再度結晶にするのも簡単です。このリサイクルの簡便さは現代社会の目指すSDGsに欠かせない要素だと考えられます。このために既存の高分子材料に劣らない光・電子系の繊維材料として社会実装することを目指します。
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簡便かつ低コストで合成可能な有機薄膜太陽電池材料の開発【用途例】印刷塗布による量産が可能な超薄型、伸縮可能な太陽電池
カーボンニュートラルを実現するためには、再生可能エネルギーの普及拡大が不可欠です。しかしながら、昨今の太陽光発電は災害による事故の多発や条例の制定などにより、普及が進まない要因となっています。そのため、立地制約のない次世代太陽電池の実用化が望まれています。本研究が実用化されれば、次世代の太陽光発電として、再生可能エネルギーの普及拡大に寄与することが期待できます。
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固体触媒を用いる次世代型プラスチックリサイクル・アップサイクル法の開発【用途例】固体触媒を用いたプラスチック類の高効率分解および新規アップサイクル法
これまでに行われてきたプラスチック類のケミカルリサイクルでは、高温高圧といった厳しい条件を必要とするケースが多く、また溶液中で用いる均一系触媒が多く用いられてきました。そこで、より温和な条件下で再使用できる固体触媒の開発が望まれています。本研究では、独自のナノ触媒技術を駆使して合成した固体触媒を用いる、高効率プラスチック分解を目指します。さらに、本触媒を利用して、プラスチックのアップサイクル法を提案していきます。
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鉄触媒を利用したシランカップリング剤、シリコーンゴム、シリコーン樹脂の製造【用途例】高機能有機ケイ素部材
シランカップリング剤、シリコーンゴム、シリコーン樹脂などの有機ケイ素部材の製造には希少な白金が触媒として利用されています。白金触媒は硫黄などのヘテロ原子が微量でも材料中に混入すると触媒被毒により性能を発揮せず、化学反応が進行しません。本技術開発により、鉄触媒を利用した有機ケイ素部材の製造法を確立し、貴金属に依存する有機ケイ素部材製造技術からの脱却を実現します。また、現在の白金触媒技術では製造不可能な窒素、リン、硫黄などのヘテロ原子を含有する有機ケイ素部材の製造に挑戦し、新しい有機ケイ素産業の創出を目指します。
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パターン光照射によるナノ結晶のパターニング【用途例】フィルムに幅広い機能を付与
近年、金属や無機のナノ結晶(粒子)の合成法が研究され、それらのサイズ･形状･組成などが容易に調整できるようになりました。その結果、様々な(光学的･電子的･磁気的･触媒的)性質を持ったナノ結晶が利用可能となっています。目的に沿ってナノ結晶を選定し、フィルムにパターニングすれば、例えば、電気伝導や熱伝導の方向を制御できるなど、色々な応用が考えられます。提案する方法は、原理的に、特定のモノマーやナノ結晶に限定されないと考えています。本研究でその特徴が明らかになれば、ワンステップで様々なナノ結晶をポリマーフィルムにパターニングすることのできる、機能性の光硬化材料の開発に繋がると期待しています。
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軽量・高強度・低コストなラージトウ炭素繊維スタンパブルシートの製造技術【用途例】軽量・高強度な炭素繊維複合材料部材の適用
本研究開発では軽量・高強度な炭素繊維スタンパブルシートをラボスケールで連続的に作製するプロセスの実証を目指します。炭素繊維複合材料の適用を妨げるコストの課題について、より安価な炭素繊維基材と工夫された製造技術によって解決します。幅500mm程度、長さは数メートルのスタンパブルシートをラボスケールで作製可能です。共同研究を通じて社会ニーズに応じた様々な製品用途へ炭素繊維複合材料を展開できればと考えています。
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次世代の蓄電を担う超環境適合かつ持続可能なオール有機電池の開発【用途例】持続可能なオール有機電池
脱炭素社会に向けた再生可能エネルギーの導入には、電気エネルギーの貯蔵を担う二次電池が必要であり、その需要はますます増加している。一方、二次電池には、資源枯渇の問題から、今後、高い環境適合性及び再利用性が必須となる。本研究開発では、生体物質など地球上に豊富な資源を原料とした環境負荷の小さい合成法によって機能性有機材料を調製し、これらを電極活物質とした持続可能なオール有機電池を提案する。
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低温廃熱利用CO2フリー廃棄物ガス化を実現する低温作動酸素キャリア【用途例】廃プラスチック、廃バイオマスなどの廃棄物を原料としたカーボンニュートラル化学品製造
ナノ粒子を酸素キャリアとして、時間的、または空間的に反応場を分離する（ケミカルループ法）ことで、反応制約を打破し、低温でも十分な速度で反応を進行させる。一方の反応場では炭化水素が合成ガスに、もう一方の反応場では水が水素に転換する。ガス化反応の低温化により、産業の低温廃熱で、吸熱反応である合成ガス生成反応を駆動することが出来るようになれば、廃棄物の自己燃焼や化石資源の燃焼が不要なCO2フリー廃棄物ガス化が実現する。
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排水処理のエネルギー消費量と生産量の差し引きがゼロとなるネット・ゼロ・エネルギー水再生システム【用途例】トイレ・散水・清掃などの非飲用目的の再生水製造
再生水は水資源としてのポテンシャルは高いが、下水処理水の再利用率は約1.3％（新下水道ビジョン）程度しかなく、いまだ利用量は少ない。人口10万人以上で、渇水確率1／10（水道減断水）以上の都市における下水処理場は全国で約400箇所あり、そのうち下水処理水を緊急的に利用するための施設を設置している下水処理場は約100箇所あり、約25％を占めている（新下水道ビジョン）。未だ約75％が下水処理水を緊急的に利用するための施設を設置していないことから、本技術が普及する可能性は高い。
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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
作業時の心身的負担を定量的に把握し、労災や精神疾患の未然防止、および休業による機会損失の低減を目指す総合的な負担可視化システムである。作業者の状態に応じた労働最適化を可能にすることで、高齢者が安全安心に働ける環境を実現し、労働持続可能性の向上と人手不足の解消に寄与する。さらに、健康（労働）寿命の延伸を通じて、高齢者医療費や介護保険負担の低減にもつながる社会的価値の高い技術である。
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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、それら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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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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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により、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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樹脂や生体の高スループットな切断・溶着を低コストで実現するレーザー加工技術【用途例】樹脂の切断・溶着加工、生体材料の加工、新しいタイプのレーザー加工装置の製造に貢献
近年、モバイルフォンや車載ディスプレイなどの電子製品において、軽量化や自由形状といった付加価値を有する次世代型ディスプレイパネルの開発が進んでいます。従来のガラスベースのものと異なり、次世代型パネルは、複数の異なる材料から成る樹脂フィルムを積層した構造を基本としており、新たな切断手法が必要となっています。
そこで、本研究では、樹脂材料の吸収特性に優れた波長でのレーザー加工法を安価で小型な構成にて提案します。新たなレーザー加工装置の実現によって、次世代電子デバイス開発の加速を促します。また、本提案技術は生体材料との相性にも優れるため、レーザーメスなどの医療応用も期待されます。詳細を見る
言語・音声・画像などのマルチモーダル情報に基づく感情推定【用途例】音声・画像・言語情報に基づく高精度かつ高速なリアルタイム感情推定
本技術は、カメラやマイクなどの機器さえあれば取得可能な顔画像や音声を取得して、マルチモーダル感情推定を行うことで対話している相手の感情をリアルタイムで把握することができる技術です。従来の脳波計や心拍計等の特殊なバイタルセンサを必要とせず、一般的な録音・録画装置さえあれば使用できる点が売りとなります。感情の変化をもとにストレス検出する技術も開発できるため、オンラインで使うことのできるストレス検出サービスや、また、個人適応や環境適応させて安定的な精度が得られれば将来的には、介護などの現場で被介護者の気持ちをリアルタイムで把握できるコミュニケーションロボットなどにも応用できる技術です。
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金属表面の非破壊試験用フレキシブル磁気センサの開発【用途例】自在に湾曲する磁界イメージセンサ
被検体形状にフィットして柔軟に形状を変形させることが可能な磁気センサを開発することで，磁気光学イメージング法を応用した新たな電磁気非破壊試験法を開発します。本研究開発により，橋梁やプラントといった曲面を有する金属部品の損傷を画像として取得し，ワイヤレス通信でデータの送信や監視をすることによって，非破壊試験の高精度化かつ少人化を実現し、スマート保全サービスを社会に実装することを目指します。
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自動車丸ごとCTスキャンを可能にするX線発生システムの開発【用途例】物の内部構造を3次元データ化
製造業における仮想空間と現実空間の融合には「ものづくりのデジタル化」が必須となります。設計製造過程におけるCADデータや製造物に対する非破壊検査による3次元データが該当しますが、3次元データの取得には大きさの制限がありました。本研究において小型軽量なX線発生システムを開発することで、大型の製造物を対象としたX線CTスキャナーが実現します。これにより既存の大きさの制限が取り払われ、あらゆる物における「ものづくりのデジタル化」に貢献できると期待できます。
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Ｍｎを利用しナノ組織制御した耐熱Ｔｉ合金の創製【用途例】混ざりにくい元素を焼結ルートを使って混ぜて、ナノスケールからエンジンの耐熱性を制御
航空機エンジンに使用されているチタン合金は、ターボファンエンジンの場合、前段のファンや圧縮機に採用されてきました。燃焼器やタービンから離れた前段では比較的温度上昇が低く、600℃以下の環境でチタン合金が使われています。この600℃の壁を突破するにはナノスケールの材料組織をうまく制御することが一つの問題解決策になると予想しています。熱力学計算を用いて「混合のエントロピー」の概念を利用してナノスケールの組織制御を目指しています。同時に熱力学計算ソフトも活用し、これらの学理を駆使して、新しい耐熱チタン合金の開発にチャレンジしています。
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3Dプリンタによる繊維強化複合材料の金属への直接接合【用途例】環境にやさしい異種材料接合技術
航空機だけでなく、自動車や自転車に至るまで軽量化を目的としたマルチマテリアル化が進んでいます。3D造形によるマルチマテリアル化により，マルチマテリアルの特徴を活かした全く新しい材料システム創製が提案できると期待されます。また、将来的にトポロジー最適化による部材軽量化デジタルデザインを融合することで輸送機器、産業機械の大幅な軽量化が進み，部材の切削加工量や機器のエネルギー消費量の削減、ひいてはCO2排出量の大幅な削減に資することになると期待されます。
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ストレスフリー脳波計測デバイスの実現を目指した，ハードウェア・ソフトウェア協調センシング技術【用途例】脳波はヘルスケア分野・次世代ヒューマンインターフェース分野・教育や業務管理分野等，幅広い用途で注目
脳波信号を取得するには、病院などで大型の有線機器を使用することが一般的です．しかし，このような装置を使って日常的に脳波を計測することは現実的ではありません。一方、ウェアラブル型脳波計はどこでも気軽に脳波を計測できますが、まだまだ十分小さいとは言えず、バッテリーの減り具合も気にしなければなりません。
私は「回路設計や実装・信号処理を協調設計することで可能となる低消費電力センシング技術」を提案し、利用者が意識しなくても利用し続けられるセンシングデバイスの実現に向けた挑戦を行っています。詳細を見る
小型分散型低圧アンモニア合成【用途例】再生可能エネルギーの有効利用技術
本技術の特徴は，既存技術で必要とされる数百気圧の高圧を必要とせず常圧付近での制御が可能であり，且つ触媒プロセスでは不可能な高収率なアンモニア合成が可能である点である。従って，高圧容器を必要とし大規模集中型の技術として確立されている既存の合成法ではメリットが得にくい，小型分散型のアンモニア合成法としての展開が期待される。
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脱炭素社会を実現する革新的カーボンナノチューブ強化プラスチックの創出【用途例】高性能・安価・カーボンニュートラルなCNT強化プラスチックを自動車・ドローン分野等、幅広い分野へ
本研究はSDGsやゼロエミッションが注目される中で、自動車を筆頭とした輸送機体の省エネ化とCO2排出量削減や、ドローン業界の新産業分野の発展に貢献します。さらには、メタン分解CNTの採用によりカーボンフリー・水素社会の構築にも寄与します。つまり、本研究は社会生活に大きなインパクトを与える可能性を秘めた、国民のみならず人類にとって意義深い研究開発となります。
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巨大弾性変形を発現するバルク銅系合金の開発と応用【用途例】幅広い用途へ向けた新しい弾性合金
本研究では、基礎機械特性調査及び材料組織制御により、巨大弾性歪み・低いヤング率を特徴とする新規Cu系バルク合金の開発を行い、その弾性的な構造や機能性質を利用した新型の応用を開拓することを目的とします。具体的には、合金の巨大弾性変形の耐久性を調査した上で、結晶方位や集合組織を制御した単結晶・多結晶試料を作製し、ばね材、伸縮自在の導電体、電極触媒等へ応用する可能性を検討します。
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重水素化合物の実用化に向けた合成基盤の創出【用途例】高分子機能性材料や医薬品など有機化合物を取り扱う分野へ重水素化素材を提供
本研究では、カルボン酸類の重水素化反応開発による重水素化合物の合成基盤を構築することで、狙った位置に重水素を選択的に導入した機能材料を合成できます。これらの重水素化機能性材料は、機能を損なうことなく安定性向上が可能となります。また、安価な重水素化合物ライブラリーは、これまで重水素化合物が利用されていない産業への利用拡大を促進します。
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大面積電子ビーム照射法による革新的エッジ処理技術の開発【用途例】エッジ処理が必要な工業製品へ幅広く適用可能
バリ取り技術は、特に自動車業界においてエンジンやトランスミッションなどでバリを取る部品が多く、後述するように自動化が進んでいます。一方で、エッジ部に要求される曲率半径は鋭いエッジから丸みのあるエッジのように用途に応じて異なります。従来、工具を用いたエッジ処理の自動化が進んでいますが、高精度な処理が可能である反面、工具が届く箇所のみのエッジ部を1箇所ずつ処理することが必要であり、高能率化には課題を有しています。本研究課題で開発する加工技術により、例えば、複数微細穴のバリ取りとエッジ部の曲率半径制御を、大面積電子ビーム照射法を用いることで一括して処理が可能になります。
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６Ｇ社会実現をリードする原子時計チップの革新的な超小型ガスセルの研究開発【用途例】Beyond5G社会を構築する原子時計チップ
ガスセルは、シリコンとガラスを微細加工で作製した大きさ数mmの容器にセシウムと緩衝ガス（窒素、アルゴンなど）を封入した小型精密部品です。Beyond 5G実現に向けた民生用の原子時計チップの普及には、大幅なコストダウンがガスセルには求められています。そこで私たちは、シリコンの３次元加工で形成した凸凹付きピラー構造を使ったウェハレベルのアルカリ金属生成法とガスセル製造技術をコア技術として、ガスセルの低コスト・小型化、さらには高信頼性を達成します。これにより、Beyond5Gにおける急激な市場変化に対応できるガスセル量産化技術を確立することで、原子時計チップの小型化・普及に寄与します。
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アミノ酸からポリアミド・ポリエステルを製造するための固体触媒システムの開発【用途例】アミノ酸の水素化・脱炭酸・脱アミノ化に対して高性能触媒
リシンからジアミン、グルタミン酸からジカルボン酸を生成することで、現在のポリアミドの原料であるヘキサメチレンジアミン、アジピン酸の代替品を目指します。
また、グルタミン酸、アスパラギン酸、セリンからC5, C4, C3ジオールを生成することで、従来のポリエステルの原料であるエチレングリコールの代替品を目指します。詳細を見る
低コストとAIによる建築物の戦略的次世代3Dモデリングシステムの開発【用途例】建築物の維持管理・運用段階で活用でき、施設管理、資産管理及び改修などで応用可能
既存建築物の3Dモデリングはレイアウト検討、改修工事、安全評価、メンテナンスなどの業務効率向上を可能とする。従来のサービス提供では高価な計測装置を用いてデータ収集し、専門知識を有する作業員による複雑な工程が必要となる。莫大な人件費、設備費がサービス提供高額化の問題となっている。本研究はおよそ1000倍安価な計測システムと最新のAI技術により効率的な3Dモデリングを低コストで実現し、汎用化を目指してデジタル社会の構築に貢献する。この技術の展開により、専門技術者がいない場合でもデータ収集が可能となる新しいビジネスモデルの創出が期待できる。
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水を加工液として機械加工を行う水加工で性能向上とメンテナンスフリー化の検討【用途例】水加工（電気防錆加工法）で工場環境クリーン化・廃液削減・CO2削減し、
製造業でSDGs貢献
機械加工（切削，研削）では，従来は油剤など薬剤を含む加工液（切削油，研削液）が使用されてきた．しかしながら，作業者への健康影響や高コストな廃液処理（焼却等）でのCO2排出など環境負荷がある．ここで，もし加工液に安全無害な水（水道水など）を使用する事ができれば，廃液処理を削減し高い環境性，省資源，省エネ，生産性等が期待できる．加工液に水が使用できれば，従来加工液での「危険・汚い・きつい・臭い・暗い」が改善でき，安全・キレイ・楽・無臭・明るい工場が実現できる．これを実現する水加工（電気防錆加工法）システムを開発しており，本申請研究ではその高性能化やメンテナンス性の向上を検討する．
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昆虫細胞を利用した匂いバイオセンサの長期的な利用を可能とするセンサシステムの開発【用途例】高感度なにおいの長期モニタリングを実現
においを計測するセンサ技術はこれまでに様々な研究開発が進められてきました。しかし、それらを活用して実社会での応用利用がなされた例はそれほど多くありません。また、バイオセンサ技術の研究開発も盛んに行われていますが、においセンサ分野での実用化には様々な課題が残されています。本研究を通じて、より多くの人にとって使いやすいにおいバイオセンサを開発し社会実装することで、様々な分野でのにおい情報活用を実現します。
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高効率領域拡大を実現する磁性コンポジット材を用いた可変界磁モータ【用途例】幅広い運転領域で駆動されるモータの効率を改善
電気自動車用主機モータは発進・坂路走行時から高速走行時まで幅広い運転範囲で駆動されます。家電用モータも同様で、洗濯機は洗い・すすぎと脱水、エアコンは様々な温度条件で最適な冷暖房能力を発揮するために、低速回転から高速回転までの幅広い領域の可変速運転が求められています。しかし、一般的なモータは高効率で運転可能な領域が限られており、このように広範囲で可変速運転するモータの高効率化は困難です。本研究の可変界磁モータでは幅広い領域の高効率運転の実現を目指します。
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中赤外デュアル光コム光源による多成分ガス計測技術の開発【用途例】非接触リモートでの計測が可能な多成分ガス計測装置
カーボンニュートラル・脱炭素社会の実現には、地球温暖化の原因物質の発生源を把握し適切な対策を組み合わせるとともに、工場エネルギー管理システムの最適化による省エネルギー化を進める必要があります。そのためには、センサーが不要な光による非接触リモートで簡便・小型な装置による多成分ガスの計測技術が求められています。
本研究では、中赤外域の光を高度に利用し、多成分・高速な計測が可能な中赤外デュアル光コム分光装置を簡便・小型な構成で開発し、非接触リモートでの多成分ガス計測技術の実現を目指します。本研究開発により、カーボンニュートラル・脱炭素社会の実現への貢献を目指します。詳細を見る
マダニの内在RNA干渉およびRNA増幅機構を利用したRNA殺虫剤の開発やバイオテクノロジーへの応用【用途例】様々な病原体を媒介するマダニを制御するRNA殺虫剤
現在の害虫防除は化学農薬に依存していますが、環境への影響や耐性の獲得から、化学農薬の使用低減が目指されています。細胞のRNA干渉機構を利用したRNA農薬は、種ごとに標的配列が異なることから環境への影響が少ないと考えられています。本課題で細胞のRNA干渉機構を理解することで、効果的かつ抵抗性を獲得しにくい薬剤開発に貢献したいと考えています。RNA干渉機構は抗ウイルス機構として機能することから、ウイルス制御にも寄与できると考えられます。また、細胞、個体内で特定のRNAを増幅する機構の解明は、バイオテクノロジーへの応用も期待できます。
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温室の収益性を向上する量子ドット波長変換フィルム【用途例】太陽光波長制御による農業生産技術の革新
植物の波長反応の知見は、LEDを活用した人工光型植物工場に応用されています。温室においても生育促進や形態制御、病害虫抑制などを目的としてLEDを用いた補光技術が提案されています。太陽光の波長を制御できる量子ドット波長変換フィルムの特徴を活かして、多面的に温室栽培の収益性を引き上げる研究を展開しています。
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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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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を全て自動的に行い、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撮影を自動的に行う。
(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。詳細を見る
”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が半減であるため、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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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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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が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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製品に合わせた新しい発酵バイオものづくり【用途例】バイオマス原料から様々な有用化合物をつくることができます
発酵やバイオものづくりの技術は、製品やプロセスに合わせて応用でき、食品（アミノ酸や発酵調味料）、化学（溶媒・有機酸）、素材（バイオプラスチック・樹脂原料）、医薬（中間体や機能性分子）など幅広い分野で活用可能です。化学プロセスをすべて置き換えるのではなく、必要な部分を補完することで、環境負荷の低減や原料の安定供給に貢献します。カーボンニュートラルや持続可能性にも直結し、次世代の製造戦略の一環として導入できます。
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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
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ヒト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、それらの利用の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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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ューサ開発）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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膜タンパクを高感度に認識する抗体誘導技術【用途例】本技術を活用し、膜タンパクを認識する新たな抗体製品を開発する
本技術は、これまでに製造することができなかった膜タンパクに対する抗体（ポリクローナル抗体・モノクローナル抗体）を取得可能な新規免疫技術であり、本技術を共同研究先企業で活用（技術移転）あるいは本免疫技術で作製した抗体を販売することで、膜タンパクに対する新たな抗体を活用した抗体試薬・抗体診断薬・抗体医薬品の開発・販売が可能になる。
基礎研究において、特定の細胞を認識する抗体製品の需要は極めて高く、例えばフローサイトメトリーにおいては、蛍光色素を修飾した抗体をプローブとして特定の細胞を標識し、その細胞群の存在割合を解析するが、標識抗体として用いるのはほとんどが膜タンパクに対する抗体製品である。特に、ニッチな細胞集団はある特定の膜タンパクの発現が上昇していることが多く、特定の膜タンパクを高感度かつ特異的に検出できる抗体は、がん領域や免疫領域の研究を加速的に発展させることが期待できる。また、既存の抗体医薬は膜タンパクあるいは液性のサイトカインを治療標的としており、膜タンパクに対する特異性の高い抗体は、治療標的性を高め、予期せぬ副反応の発現を抑えることが可能となる。詳細を見る
海洋プラスチックごみ問題解決に貢献へ 多糖類を基盤とした海洋生分解性バイオプラスチックの研究開発【用途例】汎用プラスチックを海洋生分解性バイオマスプラスチックへの代替により
海洋プラスチックごみの解決策を提供PEやPPのような汎用プラスチックは安価、軽量、自在な成形性による高い意匠性・デザイン対応性などの特性で、我々の日々の生活を豊かにしてきました。また、プラスチック産業は化学産業の中心を担い、包装産業などの製造業を支え、日本経済の発展に大きく寄与してきました。しかしながら、プラスチックの多くが自然環境中で生分解しないことにより、海洋プラスチックごみをはじめ、大きな社会問題として危惧されています。本研究ではデンプンを生分解性プラスチックとブレンドすることにより海洋生分解性バイオマスプラスチックを開発します。海洋生分解性を誘発するスイッチ機能、多糖類ブレンドプラスチックの開発、多糖類複合/ブレンドプラスチックの海洋生分解性評価の三つの項目を実施します。本研究の成果を基に、材料の複合化/ブレンドによる多糖類を基盤とする海洋生分解性プラスチックの実用化へとつなげることで、海洋汚染の低減と温室効果ガス排出量の大幅削減が達成できます。開発品の実用化により、プラスチックごみが海洋に流出しても生分解によりごみ量は増えることなく、将来的には海洋プラスチックごみの削減に大きく貢献します。
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GaN-HEMTデバイスの高周波駆動による超小型系統連系インバータの開発【用途例】エネルギーデバイスを電力系統へ接続する電力変換器を
次世代デバイスとその使いこなしにより高性能化します！
安心・安全な社会の実現のため，電気エネルギーの安定的な確保というのは重要です。近年，需要家サイドに設置される太陽光発電や，エネルギー貯蔵能力のあるEVの普及が進み，災害時に広域の電力系統に頼らないエネルギー供給が可能な環境が整ってきました。それら直流のデバイスを従来の機器で使用する，または複数をネットワーク化して利用しやすくするためには，電力を制御する電力変換器（＝インバータ）が必要です。しかしこれまでのインバータではすでに従来型電源によって確立した電力系統に連系することしかできませんでした。災害時や移動先のような独立したネットワークにおいてこのようなエネルギーデバイスを利用するためには，自律的に連系ができる「プラグ・アンド・プレイ」が可能な電力ネットワークおよびインバータが必要です。そこで各エネルギーデバイス単位で最も標準的な電力ネットワークの規格ともいえる交流に変換すれば，高度なエンジニアリングを必要とせずに手軽に様々なエネルギーデバイスを利用することが可能になります。このことは，さらなる再生可能エネルギー利用につながるほか，レジリエントなエネルギーインフラの実現を後押しし，現代の社会的な要請に応えることができます。
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多成分同時検出可能なイオンセンサーの開発【用途例】広がるイオンペアセンサーの応用可能性
私たちは、さまざまなイオンペアを同時に・安価に・現場で検出できる新しいセンサー技術を開発しています。指示薬などを用いたセンシングは、機器分析に対して感度や精度が劣る問題がありましたが、本研究では機械学習と組み合わせることで、従来の技術では難しかった多成分の迅速センシングを実現し、社会の安全・安心に貢献します。
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省エネルギーで製造可能な電子デバイスを目指した、自己組織性を有するN型有機半導体材料の開発【用途例】自己組織化により配向制御された高品質なN型有機半導体薄膜を
高速で製造することが可能省エネルギーで製造できる有機半導体材料の中でも、分子が自発的に凝集構造を形成する自己組織化有機半導体材料に注目することで、溶液プロセスでの製膜性と良好な電気特性を有する有機半導体薄膜が作製できます。本研究開発では、特に実現が困難な高品質なＮ型の有機半導体材料の実現を目指します。この自己組織化を有するＮ型有機半導体材料では、移動度が高く、結晶粒界方向を制御でき、さらに分子配向制御が可能です。これらの特徴を利用することで、高効率の光電変換素子や熱電変換素子が省エネルギーで製造できるようになると期待できます。
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前処理・添加剤・接着剤フリー！プラスチックフィルム向けレーザ接着装置の開発【用途例】接着が変わると何が変わる？幅広い分野・業種での利用を期待
接着技術は、モノとモノをつなぎ合わせる手法であり、精密機器から家電、大型機械まで様々な対象に利用されています。特に近年では、様々な業界において金属部品の樹脂化と合わせて、軽量化に利用されてきました。また、高強度・高耐性を有するスーパーエンジニアリングプラスチックの利用も軽量化を後押ししていると言えます。
一方で、高強度・高耐性を有する樹脂ほど接着が困難であり、質量の増加・耐性の低下を招く接着剤の利用や、性能低下を生じる添加剤による素材の可溶着化、工程の増加・管理が複雑となる特殊な前処理の導入が行われています。すなわち、「どこにでも使える優れた樹脂ほど応用方法・範囲が限定される」という矛盾を抱えていました。
そこで本研究では、本研究室の固有技術である、高強度樹脂フィルムを対象とした「前処理・添加剤・接着剤フリー」なレーザ接着技術を発展させ、この矛盾の解決を目指します。詳細を見る
フレキシブル有機エレクトロニクスによるウェアラブル生体インターフェースの構築【用途例】デジタルヘルスケア・AR/VR/MR技術に応用・融合が可能な
装着感の極めて小さいウェアラブルデバイス
世界の中でも「課題先進国」と呼ばれる日本が抱える社会課題のひとつは少子高齢化問題です。数値的には、生産年齢人口の割合低下（2060年には対総人口51.6 ％）、高齢者の増加（2050年には対総人口40 ％が65歳以上の高齢者）が予測されています（平成29年度国土交通白書より）。これによって具体化する社会課題は高齢化にかかわる医療・介護労働力需要増と社会保障費の増大であり、我々研究者には、新しい化学技術の開拓によってこの社会課題を解決するという使命が課されていると考えています。
本研究開発では、遠隔医療・日常的健康モニタリングのための新しいウェアラブルデバイスの姿を世界に示し、その実用化に向けて企業との共同研究開発を推進してきたいと考えています。詳細を見る
低エネルギーな長波長光を励起光源とする超高感度蛍光顕微鏡システムの開発【用途例】低エネルギーな長波長光の高エネルギーな短波長光への変換は
様々な分野で注目
試料を染色した色素からの発光を検出・観察する蛍光顕微鏡技術は、発光検出の高感度性や染色部位の選択性による環境識別などの観点から化学や生命科学、医学分野を中心に広く用いられています。当該技術においては光子エネルギーの大きな紫外～青色光が励起光として広く用いられていますが、これらの光は発光性色素のほかに細胞などの生体試料を構成する物質や顕微鏡の光学部品をも励起して発光を与えてしまうことがあります。このような現象は「自家蛍光」と呼ばれ、得られた顕微鏡画像のノイズとなって解像度を低下させる原因となります。また、紫外～青色光は生体透過性が低く、試料内部に励起光が到達しないため、内部の情報を得ることができないという課題も残されています。
本研究ではこれらの課題を一挙に解決するために、複数個の低エネルギーな光子を利用して高エネルギーな励起状態を生み出す「フォトンアップコンバージョン現象」を利用して低ノイズ・高輝度な画像を与える蛍光顕微鏡システムを、「色素システム」と「光学システム」の両面から開発します。詳細を見る
ナトリウムイオン電池の大容量化に資する新奇材料開発【用途例】低コスト蓄電池
我が国の二酸化炭素排出量は電力由来が37%と最大を占めます。総量4.5億トンを占める電力由来の二酸化炭素排出を抑制しカーボンニュートラルを達成するためには、脱炭素化効果のある設備導入が必須であり、全電力供給のうち洋上風力発電などの再エネ比率を50%以上に押し上げる必要があると試算されています。
中でも洋上風力発電は陸上に比べ大きな風力を持続的に得られるため、安定かつ大電力を供給でき、また大規模発電による発電コストが火力並みに低いことから「経済性を確保できる再エネ」として広く注目されています。詳細を見る
ワイヤレス給電を用いた高強度磁界発生技術の開発【用途例】従来の強磁性体に代わり、コンパクトかつ高強度磁場発生を実現
2050年のカーボンニュートラルに向けて、運輸部門をはじめとする動力の電動化が注目されています。その中で、コンパクトかつ高出力な次世代モーターの開発が課題とされています。従来は、強磁性材料を用いるためモーターのコンパクト化と高出力化はトレードオフの関係にあるとされていました。一方、超電導材料を用いたモーターは出力／重量比の飛躍的な改善が期待されています。しかし、超電導材料は冷却して使用する必要があり、電流を導入する端子からの熱侵入による冷却効率の低減が課題です。そのような中で、本研究では、熱侵入が限りなくゼロになる革新的な超電導システムを開発し、出口イメージとしてモーターなどへの展開に向けた高強度磁界の発生を目指します。そのために、我々の持つ技術シーズである新たな電気素子である「超電導ダイオード」を要素技術として研究開発を加速していきます。
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高温環境下でのスマート渦電流センサによる新検査システムの開発【用途例】石油化学、石油精製、一般化学、水素、電力、ガス、インフラ業分野の
保全・保安業務のスマート化石油化学、石油精製、一般化学、電力、ガス、インフラ業種企業において、保全・保安業務へのスマート化投資により安全性・収益性の双方が向上したと報告されています。特に、異常の早期対応および安定稼働、危険な現場の点検作業、配管の腐食予測など従来把握できなかった状態の監視や故障の予測は、持続的な社会を目指す上で必要です。
本研究開発では、プラント設備のスマート保安保全の高度化を目的に、これまでの渦電流センサに関する技術シーズを活用し、高温環境下にさらされる金属部材の損傷の可否を監視するスマート渦電流センサを利活用した新検査システムを開発します。本検査システムの特徴は、非接触かつ高温や蒸気などの耐環境性に強い非破壊検査が可能で、過酷な環境下であっても人に替わってプラント等稼働中での損傷状態を監視できる効果があります。ワイヤレス通信で監視することで高度な保安・保全業務サービスを社会へ提供します。詳細を見る
中赤外放射制御メタ表面の構築【用途例】中赤外センサーは、分子固有の振動数を検知し、対称二原子分子と単原子以外の全ての分子を検出できる革新的センサーが実現できます
本研究では、分子と光ナノ材料との結合を利用して、分子吸収を大幅に増強する。これにより、Kirchhoffの放射の法則に基づいて、熱放射強度を増強することで、分子由来の超狭帯域放射を実現することを目指す。
これまで中赤外の光源では、放射光源、中赤外LED、量子カスケードレーザーなどの技術が確立されてきた。放射光源は大出力が得られるが、黒体放射則により、非常に広帯域の放射をバンドパスフィルターなどの高価な光学部品で取り出すことが必要であった。またLEDは量子効率が低く十分な輝度が得にくい。量子カスケードレーザーは高価で消費電力に難がある。これらの既存光源の持つ課題を解決できるような新たな赤外光源を実現することを目指す。本研究では、金属-誘電体-金属ナノ構造からなるメタ表面と呼ばれる新しい材料で、分子振動を増強することで分子由来の放射ができるデバイスを作る。これにより、分子振動計測には必要十分な光源を実現することができる。使う誘電体を制御することにより、所望の波長に十分な輝度を持つオンデマンド光源を目指す。詳細を見る
ファインケミカル高生産微生物開発のための技術基盤構築【用途例】微生物による発酵プロセスの実用化
経済成長とSDGs（持続可能な開発目標）の両立を図る概念として，生物資源とバイオテクノロジーを活用する“バイオエコノミー”が世界的に注目を集めています。バイオエコノミーを実現するためには，ファインケミカル等の有用物質を高生産する微生物を作出することが重要ですが，その開発には地道なトライ＆エラーが必要で，長い時間がかかります。本研究では，独自に開発してきた合成生物学やロボティクスをベースとした微生物の代謝や遺伝子発現を最適化する基盤技術を高度化し，従来よりも短期間でファインケミカル等の有用物質を高生産する微生物を作出するための育種基盤を構築します。
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超省エネ・高輝度有機EL/レーザーダイオードを目指した、量子効果を発現する高品質有機ナノ結晶及びその水系安定分散液の製造技術【用途例】高品質有機ナノ結晶を導入した、
有機ＥＬなど様々な高性能有機半導体デバイスの実現
希少元素を含まず、炭素・窒素・酸素・硫黄などの汎用元素のみで構成される化合物を用いた有機ELは、社会ニーズに合致するサステイナブルなデバイスです。しかし、有機ＥＬは輝度が低く、高温耐性も低いことが課題です。また、従来の有機ＥＬ製造は、有機分子を人体や環境に有害な有機溶媒に溶解させ基板上に塗布しているため、有機溶媒の処理のために製造コストが高いことも大きな課題です。
私は、高品質の有機ナノ結晶が発現する量子効果に着目して研究を進めています。有機ELの担体として高品質有機ナノ結晶を用いると、0次元状態密度形成により量子効果が発現し、低駆動電圧かつ高温耐久性を持つ発光素子が実現でき、さらに結晶サイズを変えるだけで発光色を変化させることもできます。また、有機ナノ結晶は水系の分散液として調製することができ、低環境負荷な有機ＥＬ製造の実現が期待できます。詳細を見る
柔らかい圧力センサだけで、掌の圧力分布と手の動きを両方とも検知できるデータグローブ(Pressure to Posture Glove 略称P2P-Glove)を開発する【用途例】P2P-Gloveが桃収穫、手話認識、医療訓練などへの分野への
応用開発等を進めている。
既存のデータグローブの問題点として、バルキーで分厚く、長時間使用した時の違和感が大きいことや、精度が低く単価が高いことなどが挙げられる。原因は、掌の圧力検知と手の動き検知が異なる種類のセンサを利用しているため、データグローブの構造が複雑になることに帰結する。それに対して、私は柔らかくて安価な圧力センサだけで、掌の圧力分布と手の動きを両方とも検知できるデータグローブを提案し、Pressure to Posture Glove (P2P-Glove)と名付けた。本研究により、新しい触覚と動作を同時に検知するP2P-Gloveの方式を確立させ、様々な仕事の現場や日常生活への応用の広がりに貢献することが期待できる。
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微生物による水素燃料とファインケミカル原料の同時生産技術の開発【用途例】未利用の農地と資源を利活用する
水素燃料は、次世代の社会基盤を形成するエネルギー媒体として注目されています。またファインケミカル産業は、新たな付加価値や機能性を有する素材の生産事業として期待が高まっています。第二次産業は食品加工技術だけでなく、農産物をファインケミカル産業に供給可能な原材料に加工する技術を開発する必要があります。医薬品や生理活性物質のようなファインケミカルあるいはその原料を微生物により生産する技術を開発することは、第一次産業である農業を基盤とした新たな市場形成、新規雇用開発、サーキュラーバイオエコノミーの形成に寄与する可能性があります。
本研究課題では、農産物などから水素燃料とファインケミカル原料を同時に生産する技術（乳酸駆動型嫌気発酵）を開発し、これを社会実装規模で実証します。詳細を見る
金属スクラップのリサイクル促進を志向した，錯体混合溶液による溶液溶射技術【用途例】機械・インフラ分野での耐食性・耐摩耗性皮膜を，環境負荷を低減しつつ安価に製造できる溶射技術を実現したい．
工業製品の耐食性と比強度を高めるため，チタン合金の使用は増加している。一方で，鉄鋼材料に比して，チタンおよびチタン合金のリサイクル方法は未成熟である。酸化チタン皮膜の安価な製造法として，かつチタン材料の新たなリサイクル法として，チタン切削屑から酸化チタン原料を得て，溶射原料として活用することが考えられる。提案技術は，工業的にスケールアップが容易な溶射を活用するため，酸化チタン皮膜の安価な製造法としても展開できる。
これまでに，溶液プラズマ溶射法（SPPS）によるリン酸カルシウムや酸化チタン皮膜の製造に成功している．また，酸化チタン皮膜は光触媒特性を示し，特に可視LEDによる抗菌性を発揮するなど，耐食性・耐摩耗性のみならず機能性材料としても使用しうることが見出されている．
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持続可能な環境保全に貢献する新規アンチエイジング化粧品素材の開発【用途例】アンチエイジング作用を持つ化粧品や健康食品の新規素材として利用
薬用として使用されている素材のほとんどは中国からの輸入に頼り、国内ではハトムギ、センキュウやアロエの生産はおこなわれているが、確保できる土地、環境や気候条件もあり全体でみると約12%にとどまっている。一方で我が国は四方を海で囲まれ豊富な海洋資源に恵まれている。そこでこの利点を生かし、海水で栽培することができる海藻から有用な素材を創出することで100 %国産の機能性素材を開発する。また本開発で用いる海藻は増殖が早く、新たに増加した炭素化合物の炭素はCO2由来であることが確かめられており、海藻の利用価値を創出してその栽培を拡大することでカーボンニュートラルな社会の実現に貢献したい。
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高性能と長時間運転の両立実現を目指すSOFCアノードへ添加する酸化物助触媒研究【用途例】水素社会をリードする次世代エネルギーデバイスSOFCを開発
SOFCの性能と安定性の両立のために、安定性確保のための組成であるNiO: YSZ 重量比=4:1にアノードの反応活性助触媒を添加し、少ない3相界面数でも活性を高めることで性能を向上させSOFCのトレードオフ解消を目指した。アノード層中で起こるアノード反応(H2 + O2- => H2O +2e- )で律速となるのがZrO2表面の酸化物イオン伝導であると報告されているので、ZrO2表面で酸化物イオンが高速に移動する領域を助触媒添加で「活性サイト」として形成することが出来れば性能向上につながると考えた。活性サイトは助触媒酸化物とアノード構成材料のZrO2表面に電極焼き付け時と還元処理中に形成されると考えている。ZrO2表面の結晶構造に助触媒の構成元素が一部拡散しそれに伴いZrO2表面の欠陥構造を変化させることで活性サイトとして振る舞う。なお、助触媒にはブラウンミラライト型構造を有する酸化物を電極反応活性助触媒として採用した。
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電極・電解質材料設計に資する「リアルタイム」界面可視化技術【用途例】界面が鍵となるあらゆる化学/電気化学/触媒反応デバイスの高性能化に貢献
電気化学反応は電極と電解質の境界である「界面」で進行します。したがって、電気化学反応の特性を改善する場合には、この「界面」に着目した材料検討が最も有効だと考えられます。しかし、この「界面」は２つの異なる材料の境界の数ナノメートルの領域のことであり、その観察は困難を極めます。特に、電気化学反応が進行している状況で、「界面」を観察するのは至難の業でした。これまでにさまざまな方法で「界面」のリアルタイム観察が試みられ、多くの素晴らしい成果が得られていますが、どの方法も簡単に試せる手軽さに欠けていました。私たちは、この「界面」のリアルタイム観察のハードルを大きく下げ、材料のルーティーン試験の一つに組み込んでいただけるような手法の開発を試みています。
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環境・食品情報モニタリングのための完全自然分解型ワイヤレスセンサ【用途例】土に直接センサを混ぜ込む、また生鮮食品にシールのように貼るなど、使用者が気軽に利用できる新しいIoTセンサを提供
近年のIoTの社会的実装の加速に伴い、我々の生活環境にスマートフォンなどを代表とする高性能なセンサシステムが浸透している。次の社会的・技術的な目標の一つとしては、日常の消耗品（食品や衣類など）や農耕地などの広大なフィールドから低コスト・低環境負荷のセンサにより情報を取得してIoTの対象を拡大し、人々に安全な生活と健康を届けることが挙げられる。
本研究提案は、 (a) センサの全ての構成要素が自然分解性・生分解性で、利用後は使用環境で完全に消失し、(b) 電磁波を利用しワイヤレスでのセンサ情報取得を可能（配線不要）、(c) バッテリーフリーで安全・安心の素材のみで構成（環境や生体への有害物質を含まない）、(d) 安価で大量生産可能、の5つの要素を全て満たす新規な自然分解性センサおよび計測通信手法を提案する。提案する手法により、使用環境にあわせたワイヤレスセンシング可能な自然分解型のセンサを開発し、（１）農業用地のIoTソイル（自然分解する微小顆粒状ワイヤレスセンサ）（２）生鮮食品などの品質管理シール（生分解する薄膜状ワイヤレスセンサ）の2つの実用的なかつ新規なセンサシステムを実現する。
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低品位シリカの熱プラズマ中インフライト還元による金属シリコン製造【用途例】プラズマを用いたインフライト処理技術を用いて
2050年カーボンニュートラル、脱炭素社会の実現に向けて、再生可能エネルギーの重要性が益々高まっている中で、大量の太陽光発電用高純度シリコンが必要となる見込みです。高純度シリコンの製造には、シリカ原料からの金属シリコン（MG-Si）の製造が最初のステップとなりますが、エネルギー多消費かつ二酸化炭素を排出するプロセスです。本研究では、熱プラズマの超高温を利用したインフライト水素還元プロセスに着目することで、エネルギー効率に優れる金属シリコン製造方法の確立を目指します。
従来技術である炭素電極アーク炉（電炉）では、一度還元されたシリコンが再び部分酸化されるなど、複雑な再循環の過程を経るためにエネルギー効率が低く、大量の二酸化炭素を排出する点が大きな課題点です。そこで本提案手法では、高温・高化学活性の熱プラズマ中でのインフライト処理に着目しました。数十～数百マイクロメートルのシリカ粉末を熱プラズマに投入することで、再循環の抑制、反応時間の短縮が可能となるため、エネルギー効率に優れ、CO2を排出しない革新的な金属シリコン製造方法が確立できると考えます。
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ナノスケール生体ダイナミクスのその場精密計測法の実用化 ～液中試料のナノスケールの構造と動きを走査型電子顕微鏡で計測する～【用途例】ナノスケールの構造と動きを計測することで、各種研究開発の加速と、検査・診断の改善を可能にします
生命現象や機能性材料の重要な性質は、あらゆる力のオーダーが揃うために複雑な相互作用が生じる、ナノスケールダイナミクスから創発されます。実は、このナノスケールダイナミクスを計測する方法の欠如、著しい制約が、各種分野の研究開発のボトルネックとなっています。我々は、液中試料をそのまま電子顕微鏡で観察し、構造と動きを観察可能とすることで、このボトルネックを解消しました。具体的には、電子線透過性と変形性に優れたナノ薄膜を作成し、試料を覆うことで、ナノ薄膜が透明マントのように観察の邪魔をせず、液中状態を保ったままの試料のダイナミクス観察を可能とする方法を開発しました。作成した薄膜をDET膜(Deformable and Electron Transmissive Film)、この薄膜を用いた電子顕微鏡ライブイメージング法をDET膜法と命名しました。現在開発したDET膜は光透過性も高いため、同じ試料の分光計測等の光学顕微鏡計測も可能とします。我々は、このDET膜法の利用と改良を進め、「液中試料の電子顕微鏡ライブイメージング」という顕微鏡計測の新基準を打ち出そうとしています。
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安全運転支援と歩道地図作成の両方を実現するモビリティ搭載モジュールの開発【用途例】コンピュータビジョン技術に基づいたセンシングは，安全運転支援分野や，歩道地図作成分野など，さまざまな用途で活用
日本では高齢化が進んでおり，2030年には約３割が高齢者となる社会に突入することが推計されています。また，近年の乗用車による危険運転を背景として，運転免許証の自主返納の動きが広がっています。免許返納後，地方では公共交通網が脆弱であるために生活機能維持が難しくなっています。そのため，後期高齢者を始めとした買い物弱者の自立的移動のためのモビリティ確保に向けた対策が求められています。
私は，電動車いすの利用において，運転時に危険・不安となる事象をあらかじめ検出し，それらを運転者に知らせる安全運転支援機能と，危険・不安事象を反映させた自動歩道地図作成機能を，コンピュータビジョン技術に基づいて実現しようと開発に取り組んでいます。
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学習・労働支援のための非接触センサビッグデータを用いた心的状態推定システムの開発【用途例】室内環境と心的状態との関係を解明することによって、よりよい作業環境を提供
メンタルヘルス対策、学習・労働の作業効率化、および人為的作業ミス対策として、ストレスや疲労感、快適感、感情的覚醒度などの人の心的状態の把握と環境改善が重要です。心的状態を推定する技術は、近い将来に向けて、自動車メーカ、医療メーカ、家電メーカ、さまざまな企業が注目している技術です。心的状態推定技術は、製品やサービスを利用する人の感情に応じて個別最適化するシステムやサービスへの応用が期待されており、新しい製品やサービスを生み出し、開発の在り方も変えるインパクトを持っています。
本研究では、労働環境・教育研究環境における心的状態の把握と改善に向けて、非接触型環境センサデータのみ用いて心的状態を推定するシステムの高度化（高精度化、汎用化、心的状態の時系列予測技術の開発）を目的とします。本研究において、実用化に向けた研究開発を進めることによって、メンタルヘルス対策、学習・労働の作業効率化、および人為的作業ミス対策だけではなく、個別最適化技術を用いたさまざまなサービスへの展開が可能となります。
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次世代CAE技術の開発による構造物の状態可視化・健全性予測のデジタルツイン技術の構築【用途例】高効率の構造シミュレーション技術を活用しデジタルツインシステムや実大構造物の予測
Society 5.0として注目されている技術では、AIとIoTによるセンサーを活用し現象を学習・予測しますが、センサーのない箇所までは対象にできません。機械やインフラなどの構造物には様々な力がはたらくため、IoT技術のみでは構造全体の状態の把握が難しくなります。また、AIの学習にも、センサーから得られる計測データを使用するため、長時間を要します。
この研究では、構造シミュレーション手法であるCAE技術を積極的に活用し、データ科学の手法と融合させることで、構造物の状態把握におけるセンサーと学習時間の問題の克服するデータ駆動型CAE技術の開発を目指します。しかし、従来のCAE技術を用いて構造物の予測するためには、大型コンピューターを用いた長時間の計算が必要になり、データ科学の手法で必要とされる膨大な数のシミュレーションを実行が難しくなります。そのため、この研究では、独自の高効率なシミュレーション技術である「理想化陽解法FEM」により、計算量の壁ともいえる問題を克服し、Society 5.0の技術に加えて物理現象のモデルを活用したSociety 5.1技術体系を構築します。
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希少細胞の１細胞分取技術の向上と、ハイドロゲル3Dプリントを利用した灌流マイクロ流路技術の構築【用途例】希少な細胞の１細胞分取とオルガノイド培養技術で、細胞機能評価、がん診断、創薬開発に貢献
雑多な中から特定の細胞を効率よく１個単位で分取する独自の細胞分取システム「レアセルソーター」の開発をしています。レアセルソーターは、直径18 µmのマイクロピラーアレイが施されたチップにサンプルを注入し、特定の細胞に対してサイズ・変形能の違いから篩分け，さらにそこから個別に細胞を分取する技術を備えています。本技術は、シンプルさゆえに低コスト化・高速化はさることながら、高純度かつ“生きたままの細胞”を処理産物として提供することが可能です。本研究では、当該１細胞分取技術の向上と、このように分取してきたプライマリー細胞をEx Vivoで培養アッセイする技術の確立を目指します。
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機能集積型固体触媒による芳香族化合物の環境調和的な新しい合成・変換技術の開発【用途例】芳香族化合物は液晶, 香料, 機能性高分子, 染料, 医農薬品, 繊維, 有機ELなど幅広い分野の素材として注目
芳香族化合物は液晶、香料、機能性高分子、染料、医農薬品、繊維、有機ELなど幅広い分野で我々の社会を支え、身の回りの至る所に存在するきわめて重要な化合物群です。芳香族化合物の大量合成では (バルクケミカル合成)、ベンゼンとプロピレンと酸素からフェノールとアセトンを合成するクメン法や、アンモニアを硝酸に変換し硫酸との混酸によりベンゼンをニトロ化した後水素還元してアニリンを合成する手法などが有名ですが、化学工業的に高効率に設計されているものの、多段階合成・多量の試薬・高温/高圧等を必要とするエネルギー多消費型プロセスとなっています。化学反応として本質的に環境負荷が大きいことが原因であるため、環境にやさしい新反応経路を開発して置き換える必要があります。そこで、本研究では、脱水素芳香環形成反応というシクロヘキサノンやシクロヘキサノールといった非芳香族化合物から芳香族化合物を合成する新反応に着目しました。例えば、アンモニアとシクロヘキサノールを基質としたアクセプターレス脱水素芳香環形成反応による選択的な第一級アニリン合成が実現できれば、すでに工業化されているプロセスと組み合わせることで、形式的にベンゼンとアンモニアからアニリンと水素を合成する理想的なプロセスになります。
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経皮感作予防を目的としたアレルゲン遮蔽装具および繊維素材【用途例】効率的にアレルゲンから皮膚を守る
食物アレルギーの発端であるアレルゲンが体内に侵入して最初の免疫反応を生じる“感作”は経皮的に生じることから、食物に触れる機会の多い食産業従事者は食物アレルギーのハイリスク群と考えられ、実際に症例報告もあります。この“職業性食物アレルギー”の存在は食産業従事者の健康だけでなく就労の継続の観点からも問題視されます。食糧確保は人が生きていくうえで必須であり、食産業従事者の健康と仕事を守るため、食物アレルギーを予防する技術・方法が必要です。私はアレルゲンから皮膚を守るための方法として適切な素材を用いた装具の開発および職業性食物アレルギーの啓蒙とアレルゲン曝露防止方法の普及によって、食物アレルギー患者を減らしたいと考えています。
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赤潮原因藻類を自動計数できるシステムの構築【用途例】「自動藻類識別・計測システム」で赤潮から海を守る
2021年10月北海道の太平洋沿岸で赤潮が発生し、壊滅的な被害をもたらしたことは記憶に新しいですが、赤潮被害は継続的に世界で発生しており、有害な赤潮原因藻類は常にモニタリングの対象となっています。しかし、藻類の識別作業の基準は各個人の記憶を頼りにしており、熟練の専門家でなければ難しく、初心者の場合は識別精度の低下・作業時間の長期化等の問題が発生しています。本研究開発では、赤潮モニタリング作業をAIシステムによる作業へ切り替えることで、作業の品質向上、時間の短縮を図ると共に経験の差による精度・作業時間のばらつきの解消を実現することを目的としています。AIシステムには物体検出アルゴリズムを適用し、藻類の自動識別及び計数が可能となる想定です。
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減圧マイクロ波乾燥によるコオロギ粉末の高品質化と有用成分の探索【用途例】食品・農業・ヘルスケア分野で昆虫素材の利用可能性を開拓する
世界的な人口増に伴い増大するタンパク質需要への対応として、代替タンパク質の普及は喫緊の課題とされています。なかでも、昆虫は低コスト・高効率でタンパク質生産ができる素材と考えられ、現在、世界各国で利用の検討が進められています。しかしながら、コオロギなどの昆虫は独特の風味を持ち、食品として用いる場合にその用途が限られているのが現状です。このことは、他の素材を活かした食品や、昆虫素材を高濃度配合したタンパク質源の開発において、大きな課題となっています。消費者が、昆虫を自然に食卓に並べ、抵抗感なく食べるためには、味や香りの改善が求められます。私たちの研究チームでは、このような風味の原因となる物質を分析し、風味改善に有効な生産・加工技術の開発を進めています。検討技術の一つとして減圧マイクロ波加熱を用い、高品質なコオロギパウダーの加工を目指しています。また、同時にコオロギ由来のエッセンシャルオイルの抽出も試み、その中に含まれる有用成分の探索も行っています。
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スマートフォン、ピークシフト、混雑回避、サステナビリティ、屋内測位、ナッジ【用途例】不特定多数が利用し、かつ、需要が集中しやすい施設でのピークシフトによるサステナビリティ向上
少子化・超高齢化の進んだ我が国では、国内の生産活動を中心となって支える生産年齢人口比率が減少の一途を辿っています。そのため、増加し続ける高齢者層に対する様々な支援（介護、送迎など）を少ない生産年齢者層が担わなくてはならず、生産年齢者層が本来行うべき生産活動への影響が懸念されます。現在、生産年齢人口比率低下への対策例として、自動化システム、ロボット、AI（人工知能）、DX（デジタルトランスフォーメーション）などの導入が進められていますが、今後、我が国における生産年齢人口比率がさらに低下することに鑑みると、これまで以上の対策が必要になると考えられます。本研究開発では、生産年齢人口比率がさらに低下する将来を見据えて、利用者の需要が集中しやすい施設を対象として、時間的かつ空間的なピークシフトに自然と誘導できるようなシステムを実現します。本システムにより、利用者側の需要を分散させることで、スタッフ配置の最適化・経費削減に加えて、ピーク需要に合わせた施設側への多大な設備投資（建造物、設置機器など）の削減、さらには我が国の抱える問題の一つであるサステナビリティ（持続可能性）の向上を目指します。
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ＣＣＵＳ機能を有する革新的バイオマス処理型電気バイオリファイナリープロセスの開発【用途例】廃水処理システムへの適用による廃水の有価物変換システム化
革新的廃棄物系バイオマス処理用「電気バイオリファイナリープロセス」の確立と社会実装を目指すそのシステムの構築を目的としています。この技術は２０５０年カーボンニュートラル達成に大きく寄与することが期待されます。プロセスの構成原理は、ゲノム編集を行った微生物を利用した「カーボンネガティブなCO2固定」と「固定に必要なエネルギー生成」応用微生物共役系です。研究成果として、エネルギー自立型CO2無排出廃水処理・有価物生産プロセスが確立されます。本事業のマッチングサポート期間では、利用する微生物のゲノム編集等の技術等によるその特性の向上・システムの最適化を行うとともに、研究成果の社会実装を目指した共同研究を行う企業とのマッチング形成を図っていきたいです。
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天然由来の細胞構造を利用したスポンジ木材の開発 【用途例】スポンジ木材は建築、家具分野だけではなく、樹脂やゴム等、柔らかい素材が使われる幅広い分野で利用可能
主に建築材や家具材として利用される木材は、密度の高い樹種や、物理的・化学的処理で高密度化した木質材料など、力学的強度に優れたものが一般に高品質とされています。これらの木材は、世界的な資源の枯渇や生産エネルギーコストが高く、利用が難しくなっています。今回開発した素材は、一般には価値が低いとされる低密度材を使って、非常に簡便な処理で木材をスポンジ状態まで柔らかくすることが可能です。処理条件や使用する樹種によって柔らかさを調整できる可能性があり、幅広い用途が期待できます。
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ナノシート積層型有機溶剤ナノろ過膜の開発による省エネルギー溶剤回収【用途例】ナノシート積層膜の産業応用プロセス
化学品製造プロセスにおける有機溶剤等の分離・濃縮において、膜分離法は相変化を伴わない分離法であり、蒸留法と比べて大幅な省エネルギー化が可能です。しかしながら、市販の有機溶剤ナノろ過(organic solvent nanofiltration: OSN)膜は溶剤透過性が不十分であり、そのため現状では普及が進んでいないのが現状です。
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次世代エレクトロニクス技術へ貢献するための大気圧プラズマを用いた新たな電気接合技術【用途例】表面処理・接合技術・ナノ粒子修飾を大気圧プラズマにより簡便に，短時間に
従来のウェアラブルエレクトロニクスの電気接合は，紫外光などで簡便に接合ができる一方，接合するための導電性接着剤の電気抵抗が大きいため，機器の小型・軽量化の妨げにつながります．一般的に電気抵抗の小さな接着剤は加熱処理が必要ですが，ウェアラブルエレクトロニクスに用いられる有機材料を加熱することが難しいことが課題の一つです．この課題を解決するために，化学反応性の高い大気圧プラズマを用いて，加熱フリーな導電性接着剤の接着法の開拓を行います．
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小型ミューオン加速器による革新的イメージング技術【用途例】ミューオンビームによる超高分解能コンテナスキャン
ミューオンは素粒子の一種で、非常に高い透過力を持っている。この特徴を活かし、これまでに宇宙線ミューオンを用いてピラミッドや原子炉などの透視が行われてきた。しかし、エネルギーも到来方向も不定な宇宙線ミューオンでは分解能・測定時間ともに限界がある。一方、エネルギー・方向ともに制御可能な人工の加速ミューオンでは短時間で高分解能の透過イメージングを得ることができるが、加速器の小型化が必須になる。そこで、加速ミューオンによるイメージング技術のボトルネックになっているミューオン加速器の小型化にむけた、ミューオン加速技術のブレークスルーに挑戦する。
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ペルフルオロアルカンスルホン酸の新しい利用法【用途例】フッ素資源の効率的な利用
身の回りには数多くのフッ素化合物が存在しており，みなさんの生活に欠かせない存在となっています。これはフッ素が他の元素，例えば有機化学の主役である炭素と強い化学結合を形成する特徴があるため，フッ素を含む化合物は，耐熱性や耐薬品性などの様々な特性を有します。そのため，様々な分野で使用されてきました。
ペルフルオロアルカンスルホン酸の1つであるペルフルオロオクタンスルホン酸（PFOS）は，耐熱性，耐薬品性に優れた界面活性剤であり，泡消火剤の有効成分として広く普及していました。PFOSは開発当初は無害であると考えられていましたが，強い化学結合が仇となり，蓄積性が問題となりました。現在，PFOSは残留性有機汚染物質に関するストックホルム条約(POPs条約)の附属書B(制限)に記載され，国際的に製造・使用が制限されています。しかし，いまだ未処理の泡消火剤等が多く存在します。これは，単なる焼却しか処理方法がないことに起因しています。そこで，有機化学の力を使って，PFOS化学的に分解するだけでなく，新しい有用な分子へと変換することを目指します。
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形状制約のない力学的異方性材料の簡易な弾性定数計測手法の開発【用途例】「新規開発材料の基礎特性評価」や「製品の工程管理・品質検査・品質改善」に活用
例えば、航空機、自動車、鉄道などの安全性についての開発は、変形や振動現象を論理的に解明し機体・車体構造を検討することにより進められています。弾性定数は上述した数値シミュレーションに必須な入力値であるとともに、解析精度に最も影響を与える材料物性の一つです。これまでの弾性定数の計測には、シンプルな形状かつ力学的等方性材料に対しては機械的試験法が用いられており、力学的異方性材料に対しては複数の異なる機械的試験法が用いられております。しかしながら、3次元かつ複雑な構造に加えて、力学的異方性材料に対しては従来の機械的試験法の適用は困難です。
本研究では、固体材料の共鳴振動現象を利用した超音波共鳴法を用いることで「形状制約のない力学的異方性材料の簡易な弾性定数計測手法」を開発することを目指しています。さらに、計測した弾性定数が機械的試験法で測定される標準偏差に収まる測定精度を実現することを目標としています。
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リグニン由来バイオマスプラスチックのクリック合成と化学構造による生分解性制御【用途例】リグニン由来バイオマスプラスチックのクリック合成と化学構造による生分解性制御
化石燃料に依存したCO2排出型社会からの脱却を目指し、カーボンニュートラル（CO2循環型）社会への転換が提言されて久しい。特に注目されているのは植物由来物質を原料とする技術体系確立である。本研究では、木質バイオマスであるリグニンの分解代謝生成物である2-ピロン-4,6-ジカルボン酸（PDC）を用い、カルボン酸をアルケンやアルキンなどの官能基に変換する。得られたPDC誘導体を重合用の二官能性モノマーとして用い、クリック反応という効率的な付加反応を利用して様々なバイオマスポリマーを製造する方法を開発する。例えば、アルキンとアジドの付加環化反応やチオールとアルケンの付加反応は代表的なクリック反応である。化学構造や重合条件を最適化することで、耐熱性や機械特性、生分解性を付与することができる。また、最近では、マイクロプラスチックの海洋環境汚染が世界的な問題として注目されている。PDCポリマーの生分解性を詳細に調査して河川や海中での分解の可能性を探索する。
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革新的近赤外分光法を駆使した迅速な細胞評価技術の開発【用途例】近赤外分光法は、製造業や農業、医療など、様々な分野で注目
光学的干渉ノイズの軽減を介してスペクトル情報を改善する『Phase Unsynchronized Waves Synthesizing (PuwS)』を用いた革新的近赤外分光法『PuwS-NIR』を実用化します。さらにPuwS-NIRによって得られた近赤外線スペクトルからオミクス情報等を適切にデコードすることで、対象細胞の性質・機能性等を迅速に評価することが可能な新しい可視化技術を確立し、環境や食糧問題等の解決等を目的としたバイオテクノロジー産業の推進に寄与することを目指します。
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固体王水を利用した難溶解性白金族金属の革新的リサイクル手法の開発【用途例】PGMsのライフサイクル全体での環境負荷を軽減しうる画期的なリサイクル手法を提供
従来の貴金属、特に白金族金属(PGMs)を処理するプロセスは、高温での乾式処理や強力な酸による湿式処理を必要としていますが、これらは大きな環境負荷を伴います。リサイクルは鉱石からの精錬よりも環境に優しいとは言え、より負荷の小さな手法が必要とされています。さらに、PGMsの中でも特に難溶解性とされるロジウムやイリジウムは、自動車用触媒や半導体用るつぼへの需要がありつつも、精錬やリサイクルの難しさが指摘されています。
本研究で開発する「固体王水」は、塩化鉄を主体とする溶融塩を利用します。従来の乾式法よりも大幅に低い温度で処理でき、また湿式法で必要な強力な酸や塩素ガスは用いません。そのため、処理に必要なエネルギーや処理後の廃棄物処理の負担・環境負荷を大幅に軽減可能です。
「固体王水」は、広く利用されるPGMsである白金やパラジウムに加え、上述のロジウムやイリジウムへも適用可能です。特に後者は処理が難しいことに加え、供給量が極めて少ないことから、リサイクル手法供給の安定化に寄与できます。
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セラミックス蛍光コーティングで開拓する次世代インフラ【用途例】蓄光体コーティングが生み出す、安全・安心な次世代インフラの提案
①施工当時と同様の機械的強度を有し、②輝度5mcd/m2以上、60分後の最低燐光輝度60mcd/m2(JIS規格)の高輝度発光、③1500度級の高温暴露に耐えうる機能性セラミックスコーティングを実現します。
将来負担を軽減する維持管理技術を導入し、安全で強靭なインフラへの変革が喫緊の課題となりつつあります。今後、世界規模で日々増加するインフラストックへの補修・補強技術は、低環境負荷で、環境非依存的かつ簡便な後施工であることが望ましいと考えます。H28年の国土交通省の発表では、建築後50年を経過する道路橋が2033年に68％になるという報告がある。全体のインフラメンテナンス市場は、世界で200兆円の市場、日本でも5兆円市場になるという算出があります。インフラストックは、1973年のオイルショックごろまで続いた高度成長期、その後の20年の安定成長期の時代に大量に建設されました。笹子トンネル天井板落下事故のような事故を背景に、高齢化したインフラの大規模修繕や更新の計画が急務であると考えます。詳細を見る
植物を用いてスキンケアに有用なヒト型遊離セラミドを量産する技術【用途例】多様な植物材料から食品や化粧品に安心して利用できるヒト型セラミドを生産
ヒト角質層には、肌のバリア機能を担う細胞外脂質層が存在します。遊離型セラミドはこの脂質層を構成する主要成分として肌バリア機能を支える物質であり、健康食品や基礎化粧品による供給が有効です。特に機能性表示食品のスキンケア部門において、植物由来セラミドはヒアルロン酸などの他成分を大きく上回る届出件数第1位の機能性関与成分であり、その市場規模は世界的にも拡大しています。現在利用されているのは主に植物グルコシルセラミドですが、実は植物体内にはこれを大きく上回る存在量でありながらまったく利用されていない、GIPCと呼ばれる複合型セラミドが存在します。本研究では、この未利用な植物性複合型セラミドGIPCを、植物自身の代謝酵素のはたらきによってヒト肌と類似の遊離型セラミドに変換する新規技術を開発します。
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架橋点構造の精密設計によるリサイクル性汎用ゴム材料の開発【用途例】既存ゴム材料を、より高性能なリサイクル性材料で置き換える
ブタジエンゴムやエチレンープロピレンゴム(EPDM)などの炭化水素ポリマーは汎用ゴム材料として知られ、自動車用のタイヤの他、ベルト・ホース・シーリング材などの工業用品、靴等の運動用品など、用途は様々です。しかし、これらの製品のほとんどは焼却処理されており、再生ゴムとして利用される割合は２割にも達しません。これは、これらの材料が非可逆的な加硫を経て製造されるためです。
資源循環型社会の実現が強く求められている現代において、廃ゴムを回収し、材料として繰り返し用いることで、石油や植生などの天然炭素資源の保護に貢献することは、ゴム産業において重要な課題です。本研究では我々の新しい重合技術を用いて、元のポリマーの構造をほとんど保ったまま、可逆的に形成可能な架橋点をポリマー鎖内に導入することで、これまでの汎用ゴム材料と同等以上の物性とリサイクル性を兼ね備えた材料を開発します。詳細を見る
ファインバブルや界面活性剤を用いた生分解性電気絶縁油の改質基盤技術の研究開発【用途例】窒素FBやNon-ionを用いて改質・高性能化したエステル油は、環境・エネルギー分野、ナノテク・材料分野などで注目
変圧器などの電気機器に用いられる生分解性電気絶縁油（エステル油）は、従来の主な電気絶縁油である石油由来の鉱油に比べて持続可能で環境負荷が低いため、需要拡大が見込まれています。エステル油は、鉱油に比べて一部の性能が劣っているため、改質による高性能化が求められています。近年、エステル油や鉱油にナノサイズの粒子（ナノ粒子）を適量添加することで、高性能化を実現できる可能性が報告されています。しかし、ナノ粒子が凝集すると絶縁油の性能が低下し、ナノ粒子の粒径が小さいほど人体や環境に対する毒性が増加することが問題となっています。本事業では、ナノ粒子に代わる安全・安心・微小な材料として、窒素ファインバブル（FB）や非イオン界面活性剤（Non-ion）を用いた新たな改質基盤技術の研究開発を行うことを考案し、その第一歩として、エステル油の一種である「パームヤシ脂肪酸エステル（PFAE）の改質・高性能化に適した窒素FBの拡散技術の確立」を目指しています。特に、「窒素FBの発生時間、原料窒素ガス供給量、発生後の静置時間」がPFAEの代表性状と窒素FBの直径や量に及ぼす影響を解明し、PFAEの改質・高性能化に必要な条件と機序を明らかにしていきます。
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ヒト認知・行動特性を規範に安心・安全を提供するスマートシティ時代自律型モビリティ【用途例】ヒトの認知・行動特性を規範とするモビリティ
スマートシティに向けて、ヒトとモビリティの共生のために街や道路の構造が大きく見直されようとしています。様々な人々が行き交う道路上で、周囲の状況から的確に認知・判断する私たちの予測行動は人間同士を対象にした限定的な経験をもとに構築されています。こうした予測行動がモビリティを相手にした場合にも有効かどうかはわかっていません。誰もが安心・安全のモビリティ社会の実現には、モビリティと関わる際のヒトの認知・行動特性を明らかにし、心さえも安らぐ、進化した先進的制御が可能な自律型モビリティの実現が必要不可欠です。
本研究では、下記2点を達成することを目的とします。
■目的１：スマートシティ時代を想定した物流用自律型モビリティを開発し、そのモビリティと関わる際のヒトの認知・行動特性を明らかにします。
■目的２：その特性を規範としたモビリティ制御を実装し、ヒトの認知・行動がどのように変容するかを明らかにします。
本研究成果によって実用化されたモビリティによって、ヒトとモビリティが適切に手を取り合う方法が明確となります。これは、私たちの生活をより豊かにすると同時に、SDGs達成への新しい糸口となるでしょう。
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酸化ガリウムパワー半導体の実用化を目指した，放熱基板と原子レベルで接合した次世代複合ウェハの開発【用途例】省エネ社会の実現に不可欠な「高出力・高周波数電力の低損失制御が可能なパワー半導体」が期待
現在カーボンニュートラルといった高い環境目標の達成のため、電力の制御・変換に半導体デバイスを用いる「パワー半導体」が注目されています。これにより消費電力を効率化できるため社会活用が始まっていて、2020年の2.8兆円の市場規模で、2030年に4.5兆円になると予測されています(参考：富士経済プレスリリース第21055号)。
技術の発展の中で、右の表のように既存材料のSiよりも高い省エネ効果を持つ新材料の活用が注目されています。特に酸化ガリウムは日本が中心的な役割を果たしながら開発されてきた材料であり、パワー半導体として実用化されれば社会の省エネ化が大きく進むと期待されています。
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多糖結合ドメインを用いた酵素固定化と多糖多層担体の作製【用途例】バイオリアクター・バイオセンサーの開発
近年、石油価格の不安定化や脱炭素化の流れから、様々な方面で酵素を用いたバイオ的手法での化成品製造が検討され始めています。しかしながら、共有結合を介する酵素と担体の固定化は、処理時に酵素が失活することがあり、使用できる酵素種を狭めています。本研究では、多糖結合ドメインを多連結して各種産業用酵素に融合し、活性を保持した状態で強固に多糖担体やフィルムに固定化する方法を開発します。さらに、認識多糖が異なる多糖結合ドメインを融合することで、別種の多糖間を接着して多層化させます。工業プロセスに耐えつつ、酵素と担体の結合を高度に制御して複雑な多段階反応を行える技術を開発する。
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波長選択制御を適用した高機能遮熱塗料の機械学習設計と応用開発【用途例】波長選択制御によるふく射伝熱制御を幅広い場面に応用します
ふく射のナノマイクロスケール現象は新たな伝熱制御技術発展に寄与するものとして、盛んに研究されています。しかしながら、この研究分野は数値解析による研究が主であり、実験的なアプローチを試み、また実用化まで至っている研究は少ないのが現状です。本研究では、実用化への死の谷を越えられず、理論や解析に留まっていたふく射のナノスケール効果を現実に応用するための基盤技術を確立することを目指し、研究を進めてきました。粒子による光の散乱現象というミクロスケール現象の制御により、地球温暖化やヒートアイランド現象などのマクロスケールの環境問題の解決に貢献します。
太陽光エネルギーの約50％は近赤外光であり、人の目には見えません。この光を反射することによって外壁材の太陽光吸収を大幅に低減することが可能です。また、物体表面から放射される長波長赤外線を透過することにより、日射が強いときの家屋の冷房効果を増大する効果が得られます。景観のニーズに適した色を有しながら、近赤外光の反射を大きくし、長波長赤外線を透過するという理想波長選択を有する遮熱塗料の実現と社会実装を目指します。
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流動的な社会ニーズに対応するゼオライトのオンデマンド合成技術開発【用途例】独自の知見・合成・解析技術を駆使したオンデマンドなゼオライト合成
吸着材や触媒として使用されているゼオライトは有用な工業材料であり、環境保全・省エネ・脱炭素に対する昨今の社会ニーズの急速な変化から、二酸化炭素分離・資源化触媒、ヒートポンプ・膜分離などの省エネルギー技術、土壌・排ガス・排水からの有害物質除去、センサー・デバイス部材など様々な新規用途開拓が進んでいます。一方で、この新たに生じる用途・市場に対して迅速に対応するためには、該当用途に必要な構造、組成、吸着・触媒機能を持ったゼオライトを選択し、合成段階からその特性を狙って制御していく必要があります。一方でこのようなオンデマンドなゼオライト合成は現状困難であり、ゼオライト自体の高い合成難易度や専門知見の不足から、試行錯誤的な研究開発が行われています。本研究では、合成中間体に着目したゼオライト合成手法および多角的な構造解析手法を駆使して、このような社会ニーズに迅速に対応可能なオンデマンドなゼオライト合成技術を確立し、さらにそれを企業が利活用可能なベンチスケールまで拡大することで、産業変革を加速させます。
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複合極限環境における革新的な試験技術の創出【用途例】強磁場・大電流・極低温の３つの複合極限環境を実現する革新的試験技術を幅広い分野に適応
現在、様々な機器の電動化が進みパワーエレクトロニクス素子、磁性体材料、超電導材料の開発が著しく加速しています。そのような中、大電流、強磁場を用いた試験・製造設備が必要とされています。しかし、これまで大電流・強磁場を長時間に発生するには、大電力や冷却設備を必要としてきました。そこで本研究開発では、強磁場・大電流・極低温の極限環境を、瞬時かつ安定的に実現することで、飛躍的に低消費電力かつコンパクトなシステムを可能とします。
さらに本研究開発では、大電流・強磁場・極低温の極限環境を大学や研究所での特殊環境にとどめず、幅広い分野の産業への普及を目指しています。複合極限環境技術が拓くオープンイノベーションとして、EV等に用いられる永久磁石材料の高性能着磁技術の開発や、パワーエレクトロニクス分野の評価技術、超電導材料の評価技術への応用が期待されます。
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低原子価チタン化合物を用いたアルコールのC-OH結合ホモリシス法の開発【用途例】有機合成の迅速化・簡略化
クロスカップリングやGrignard反応に代表されるように、現代の有機合成は有機ハロゲン化物や、そこから誘導される有機金属化合物を合成中間体とした分子変換反応に強く依存しています。本研究では、これらの合成中間体をアルコールで代替する手法を開発します。アルコールは、様々な誘導体が入手可能な最もありふれた有機化合物群の一つであり、上記の有機ハロゲン化物の原料です。したがって、これらを自在にC-C結合形成等の反応に利用することができれば、より直接的で簡便な有機合成が実現し、合成に必要な時間的・物質的コストを削減できると考えています。
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ファインバブル“超”発生技術の開発と応用【用途例】“ファインバブルといえば水や空気”という固定観念からの脱却
ファインバブル（マイクロ・ナノオーダーの気泡）は、幅広い分野への応用研究が進められています。例えば、次世代の超音波造影剤の開発です。これは「倍音」をよく反射するというファインバブルの音響特性を活用するもので、従来は超音波での検査が難しいとされてきた血流の様子を観察することが可能になります。また体内のがん細胞にピンポイントに薬を届けるドラッグデリバリーシステムなど、医療分野での応用に大きな期待が寄せられています。
さらに、オゾンのファインバブルによる殺菌効果を利用した植物工場用の殺菌や、福祉の分野で期待される洗浄効果を持つバブルバスなど、その可能性はますます広がっています。
私は超音波伝達体であるホーンの内部に気体流路を設けた中空超音波ホーンを用いて、ファインバブルを発生させる超音波ファインバブル発生技術を開発しました。特段の複雑な設備導入を必要としない本技術によって、多くの分野においてイノベーションをもたらすことを目指しています。
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産業用モータ駆動インバータの高信頼化に資するセンサレス寿命診断システムの開発【用途例】産業用インバータの高信頼化
持続可能なエネルギー社会の実現には、インバータをはじめとしたパワーエレクトロニクス(以下パワエレ)回路の普及拡大が必要不可欠です。パワエレは送配電設備や鉄道、ハイブリッド電気自動車などのインフラを支える根幹技術であり、今後も年率10%程度の市場拡大が予想され、膨大な数の機器が世界中で使用されることが見込まれています。パワエレ回路の故障はインフラの麻痺を引き起こすことになるため、従来とは桁違いの高い信頼性が要求されるようになっています。
パワエレ回路の中のキャパシタ(コンデンサ)という受動部品に着目し、電流センサレスの新しいモニタリング技術によって、大電力・高電圧パワーエレクトロニクス回路の信頼性向上を目指します。
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メカニカルメタマテリアルによる振動抑制を可能とする超軽量構造の研究開発【用途例】軽量性と高度な材料特性・機能の制御性を活かした革新的な人工材料
本研究開発では、メカニカルメタマテリアルの①超軽量化可能性、②構造特性の高度制御性、③微視構造における荷重伝達の制御性の特性を生かし、航空機・自動車等の輸送機分野、家屋・ビル・道路・橋梁等の建設分野、オーディオ等の音響電器分野などにおいて、例えば、振動を抑えた快適な乗り心地（エンジン、モノコック・ボディ等）、生活空間で感じる振動を抑えた構造負荷軽減等の応用可能性・市場性の最も高い新材料技術の確立を目指します。
この新材料では、従来型の対症療法的な車体振動抑制のためのサスペンションやダンパー、これら追加機器に伴う全体重量増加やシステムの複雑化といった影響を低減する振動抑制デバイス・システムとは根本的に異なる設計・材料思想を採用します。振動抑制機能を有する素材構造から成る本体構造により、追加機器等による重量増加も抑えられ、システムとして簡潔化された革新構造設計が実現されます。
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光を用いた交流磁界トモグラフィー装置の研究開発【用途例】アルカリ金属を用いた光による磁気センシングは、光技術ならではの幅広い応用が期待される
デバイスを接近させるか置くだけで充電できる非接触給電装置の普及は著しいが、効率的な給電には送受信コイルの位置ズレを考慮したシステム設計および最適化が必要となる。本研究では、センサヘッド内を透過する磁界の三次元分布のうち、評価に有用な平面のみを選択的に断層イメージ（トモグラフィー）として画像取得することを目的とする。
実製品から生じる空間的な交流磁界のトモグラフィー画像によって、無線電力伝送デバイスの評価と伝送効率の向上が期待でき、省エネの促進やCO2削減についても期待できる。
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セラミックス３Dプリントのプロセスの開発、ならびに、本プロセスを経て製造可能となる各種複雑形状セラミックス体の提供に向けた研究【用途例】複雑形状ガラス・セラミックス部材全般の製造
世界におけるセラミックス材料の三次元造形市場は2019年で200億円、2028年には4000億円とおよそ20倍にも拡大すると予測される成長分野です。特にセラミックス材料の３次元光造形技術は、コンピュータなどで設計支援された複雑形状部材を、高精細かつ生産性良く製造できる期待から、高い関心が寄せられています。
しかし、セラミックス材料の光造形プロセスには、インク材料の時間安定性、造形物の長い乾燥・焼成時間、溶剤使用による製造工程における環境負荷および利用者の安全衛生面への懸念、細かい造形に対する高い難度、等のさまざまな課題を抱えています。これらの課題が総合的に解決されない限りは商業における実用的な生産は困難であると考えられます。詳細を見る
高信頼・低損失パワー半導体モジュールを実現するナノコンポジット封止絶縁技術の開発【用途例】高信頼・低損失パワー半導体モジュール用封止絶縁材料
洋上風力発電の発電電力を効率よく流通する次世代電力ネットワークの構築には、交直電力変換設備に用いられる必須の部品であるパワー半導体モジュールの高信頼性と低損失化が必要になります。次世代パワー半導体素子として期待される SiC 素子は、内部電界が現行 Si 素子に比べて一桁以上高い電界で動作するため、素子表面を封止する絶縁材料に高い電界ストレスが加わります。そこで、封止絶縁材料の高耐圧化が極めて重要な課題となります。本研究では、封止絶縁材料に酸化物ナノフィラーを添加・分散したナノコンポジット封止絶縁材料を開発し、高耐圧化 1.5 倍以上の達成を目指します。高耐圧化の技術的ネックとなる凝集体欠陥サイズを遠心分離により制御する独自技術をもとに、凝集体欠陥サイズ評価と材料パラメータ探索に機械学習を導入した材料開発プロセスを構築し、新規高耐圧封止絶縁材料を実現します。
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「低分子化合物-RNAペア」データ収集のための迅速スクリーニング法の開発とRNA標的低分子デザインのための「低分子化合物-RNAペア」予測モデルの構築【用途例】多くの研究者や企業がRNA標的低分子化合物の設計の知見を活かせるよう広めていきたい
ヒトゲノムの塩基配列のうち、「機能を持つ」とされている領域は約80%と言われています。そのうちタンパク質にまで翻訳される領域は約3%ほどで、残りの77%は転写されたRNAの状態で機能を発揮していると言われています。RNAは次世代の創薬標的として注目されており、RNAを標的とした低分子創薬研究は欧米では勢いを増しています。しかしながら、日本国内でのRNAを標的とする低分子薬開発はほとんど進んでいません。RNA標的低分子研究のボトルネックとなっているのは、「低分子化合物-RNAペア」の具体例が少ないこと、低分子化合物の分子デザイン指針が未整備なことにあります。
そこで、本研究開発では、「低分子化合物-RNAペア」データ収集を迅速にスクリーニングする手法を確立します。具体的には、miRNA前駆体中に設計したランダム領域に対する、任意の低分子化合物の結合能を評価するスクリーニング手法です。さらに、このスクリーニング法を利用して得た「低分子化合物-RNAペア」のビッグデータを基に、RNA標的低分子デザインに資する「低分子化合物-RNAペア」予測法を構築しRNA標的低分子薬開発における手法を標準化することで、低分子化合物の分子デザイン指針の整備を実現します。詳細を見る
深紫外光まで透明な透明導電膜の開発【用途例】深紫外LEDの発光効率を向上させる電極材料を開発し、殺虫、皮膚治療、空気清浄・浄水等での深紫外光の活用を拡大する
波長が200nm～300nmの深紫外光は幅広い分野で利用されています。中でも、波長280nm以下のUV-C光は細菌やウイルスのもつDNAやRNAに損傷を与えて不活化することが可能で、塩素などの薬剤を使わない殺菌や環境浄化法として極めて重要です。現在、実用的な深紫外光源としては水銀ランプ等が用いられていますが、水銀による環境負荷、素子の寿命・サイズ・コストなどの課題があり、小型で低コストな深紫外LEDの開発が進められています。しかし、深紫外LEDの発光効率は水銀ランプなどの既存光源と比較して低く、その向上が強く求められています。
本研究では、深紫外LED用の透明電極材料への応用を目標として、深紫外光に対する高い光透過率と低いシート抵抗を示す新たな透明導電体を開発します。
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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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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を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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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
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，とい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逐次サンプリング」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
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を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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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
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性、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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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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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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電気化学的吸脱着システムによるCO2の回収のための多孔質炭素電極の開発【用途例】CO2回収のための新しいシステムを構築
CO2分離回収システムのエレクトロスイング吸着法（ESA）に着目し，カルボニル基を多量に有する多孔質炭素を調製することで，ESA電極の最適化を図ります。この多孔質炭素電極を使用することで，現在提案されているアントラキノンを複合した炭素電極の欠点を克服できると考えています。ESA法は，従来の圧力スイング吸着法（PSA）や温度スイング吸着法（TSA）に比べてCO2分離回収システムの省エネルギー化を期待できますが，アントラキノンが還元された際に電極から溶出する問題点があり，本研究テーマはこの問題点を解決できるものです。
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材料と工法にDigitalを適用して開発するフレキシブル超小モジュール浸炭【用途例】ロボットメカニクス，試作，多品種少量小ロット生産（FMS)
昨今3Dプリンティング等で現実のものになってきた超小モジュールフレキシブルなモノづくりですが，その強度に関してはあまり着目されていませんでした．本研究では超小モジュールフレキシブルモノづくり(FMS)の世界に一部の大きな機械装置メーカー，大手熱処理専業者等でなければ実現できなかった熱処理を超急速化・超小モジュール化した上で導入し，自由な設計で浸炭熱処理レベルの機械強度を得られるようになります．
目指すところは電子レンジの様な小型コンパクトな装置で大型熱処理装置に比する強度を得られる手法の開発です！詳細を見る
ペプチド自動合成を活用した合金触媒の超並列探索技術の開発【用途例】あらゆる分野で活用可能な高機能触媒の提供
合金触媒を設計する際のパラメーターは「活性点金属種の組み合わせ」「担体の種類」「粒径」「分散度」など多岐に渡っており、新触媒の実用化には多大な時間とコストが必要です。
我々はペプチド自動合成技術を活用することでサブナノ粒子触媒を精密に得ることに成功しました。これを活用して単一元素のみならず合金触媒を自動的に生成することを目指します。
今後は、原子の組成パターン拡充、触媒スクリーニング評価の整備、機械学習を用いたフィードバックシステムの構築を行うことで、新触媒を網羅的かつ高速に探索する仕組みを形成します。詳細を見る
より短時間での植物品種改良が可能になる、ゲノム編集酵素遺伝子の挿入が不要なゲノム編集技術の開発【用途例】植物におけるゲノム編集を、遺伝子組換え技術に依存せずに実現可能に
植物細胞には細胞壁があるため、植物における従来のゲノム編集技術では、遺伝子組換えによって、ゲノム編集酵素遺伝子を導入する必要があり、ゲノム編集後、遺伝子組換えによって導入したゲノム編集酵素遺伝子を欠失させる必要がありました。そのため、ゲノム編集が可能な植物種は、遺伝子組換えに対応した植物種に限定されており、また、ゲノム編集による品種改良にも長時間を要しています。本研究では、植物に適した独自の細胞壁透過ペプチドを用い、遺伝子組換えに頼らないゲノム編集酵素の導入を目指します。具体的には、ゲノム編集酵素に細胞壁透過ペプチドを付加させ、ゲノム編集酵素を直接、植物細胞に導入します。
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急速充放電を可能とする次世代型リチウム二次電池の実用化に向けた高リチウム伝導性液体電解質の開発【用途例】リチウムイオン蓄電池
カーボンニュートラルへの関心が高まる自動車業界では、今後、電気自動車のさらなる普及が見込まれます。本研究は、電気自動車の充放電性能を大幅に向上させる液体電解質の開発を目指すものです。リチウムイオン蓄電池の充放電性能は「イオン伝導率」と「Liイオン輸率」の２つの指標に影響されますが、これらは、どちらかを高めようとすると他方が低下する傾向にあることが知られています。
本研究では、高濃度にリチウム塩を溶解させたある種の濃厚電解液を用いると、特異な「Liイオンホッピング伝導」によりイオン伝導率とイオン輸率が両立できる可能性を見出しました。電解質構造とイオン輸送特性について系統的な検討を行い、この実証を目指します。詳細を見る
花粉触媒昆虫の減少や農家の人手不足の代替手段としての「全自動花粉交配技術」の開発【用途例】花粉を活性化できる機能性泡沫材料と、効率的かつ効果的に射出可能な専用授粉機の開発
地球温暖化や農薬散布の影響により、花粉媒介昆虫の減少が大きな社会問題となっています。また、梵天等を利用した従来の花粉交配方式では、目的としない花への授粉、それに伴う果実の摘果、廃棄により農家へ多大な負担がかかっています。これらの問題を解決すべく本研究では、花粉媒介昆虫に依存しない泡沫材料とスプレー技術を組み合わせた新しい花粉交配法を提案します。「全自動花粉交配技術」の構築を最終目的とし、花粉を活性化できる機能性泡沫材料と、高価な花粉粒子を必要最低限に効率的かつ効果的に射出可能な専用授粉機の開発に取り組みます。
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新しい商品開発とその生産工程最適化に貢献する低粘度水溶液の粘弾性計測システム【用途例】ノズルからの噴射・散布・塗布等の流れを伴う製造工程や商品の改善
従来困難であった、液体の粘弾性を計測するために独自のシステムを構築します。
液体の落下装置を制御し計測対象とする流れを実験装置上で再現します。
ハイスピードカメラと、LEDライトを組み合わせ撮影し、理論に基づいたアルゴリズムにより、伸び・切れを表すパラメータを獲得します。詳細を見る
安価なバイオマス資源からアジピン酸類を効率的に取得する技術でバイオマス由来のプラスチック製造を効率化【用途例】バイオマス由来のプラスチック製造プロセスを実用化する
C6のジカルボン酸であるアジピン酸は、主にポリアミド樹脂66ナイロンの原料として大量に石油由来ベンゼンから製造されています。さらにその製造プロセスは、コストと環境負荷の高い3当量の水素と量論試薬としての硝酸を使用するものが一般的です。また置換アジピン酸は現状安価に入手できるものがないため工業用途では現在未利用となっていますが、低コストで生産することができれば機能性樹脂への利用が期待できます。本研究開発では、安価で大量供給可能なリグノセルロース系バイオマスから、水素と酸素以外の量論試薬を用いずにアジピン酸および置換アジピン酸の合成を実現させ、機能性樹脂のより効率的な製造プロセスを開発します。
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イメージセンサと磁気光学材料を活用し、小型の高速物理（真性）乱数生成器を実現【用途例】小型で高速かつ低消費電力な物理乱数生成器
乱数は、暗号・シミュレーション・機械学習やエンターテイメントの分野において、データ処理の基盤として重要な位置づけにあります。しかし、小型で高速かつ使いやすい物理乱数（真性乱数）生成器は未だ社会実装されていません。本事業では、磁気光学材料とイメージセンサをこれまでにない手法で応用することで、これからの社会に求められる物理乱数生成器を開発します。
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AIによるレーザー加熱の最適制御技術を活用した、セラミックス複合材料（CMC）の超高温高速熱疲労試験法の確立【用途例】超高温環境の実現、AI×レーザー制御による高度な温度分布制御により、加速試験やレーザー加工を高度化
本研究は、水蒸気雰囲気下におけるレーザー照射のAI制御により、セラミックス複合材料（CMC）の耐熱温度として期待される1400℃以上の超高温で、かつその温度分布を高度に制御することができる、加熱試験方法・システムの確立を目指します。
本研究を担当する研究者は、既にSiCのセラミックスを1500℃まで30秒程度で加熱する「選択的レーザー温度制御法」を確立しています。今後は、この技術を活用して、任意の温度分布を形成するレーザー照射条件を提案するAIの開発を進めます。詳細を見る
光通信機器等への活用を想定した、安価に高速光振幅・位相波形測定を可能とする光計測デバイスの開発【用途例】近年注目を集める光通信への応用
光通信の分野で、計測システムのコスト面は大きな課題となっています。その原因は、光信号や光波形の計測や解析には、非常に高速なデジタル信号処理が必須となり、価格的にネックとなっていたためです。
本技術により「低速信号処理のみ」で高速信号処理依存の光計測機器に匹敵する性能を得ることを狙います。計測機器としてのコストに直すと、数分の1〜数 10 分の1程度となることが期待されます。詳細を見る
新規磁性ガーネット材料の作製、評価、解析、提供【用途例】量産に向いた加工用ハイパワーレーザー
磁性ガーネットである、イットリウム鉄ガーネット（YIG）、ビスマスイットリウム鉄ガーネット（Bi:YIG)、セリウムイットリウム鉄ガーネット（Ce:YIG）は、大きな磁気光学効果を持ち、磁気光学やレーザー応用分野で非常に重要な材料であり、これらの網羅的な開発が可能になりました。我々の研究グループでは、これらの磁性ガーネット材料を、イオンビームスパッタ法という一般的な手法とは異なる方法で作製することで、微細な磁気ドメインと、大きな磁気光学効果を両立することに成功し、デバイスに合わせた磁性材料の開発が可能になりました。この材料の他グループへの提供、評価を受けつけています。
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低エネルギー損失かつ高出力密度の高性能モーターを実現する、 純鉄粉末の組織制御技術の開発【用途例】より小型・省エネ・高出力なモータ
「産業のコメ」とも呼ばれるモータは、家電、ロボット、自動車、発電機と、あらゆる産業に不可欠な存在となっています。
本研究テーマは、モータ特性に大きな影響を与える主要部品である鉄心の性能向上を目指します。具体的なアプローチとして、鉄心の材料となる「純鉄粉末」の磁気特性に着目し、鉄心の性能向上のために最適化された加工プロセスと熱処理の手法を研究します。詳細を見る
バイオマス関連テクノロジーを革新する有用微生物の濃縮技術の開発【用途例】様々な細菌の力を活用した社会課題の解決
生体模倣型の基板上に光の照射等で有用微生物を生きたまま・高密度・大面積で集積する独自技術「外場誘導濃縮」を駆使し（米Science姉妹誌に予備的成果が掲載(2020)）、高速起動型環境浄化バイオ燃料電池の基盤構築および新規な物質変換技術の開拓を行います。
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遺伝子改変技術を活用した、デンプンの代わりに機能性多糖類を蓄積する高付加価値オオムギの開発【用途例】目的に合わせた高付加価値なオオムギを開発することが可能に
本研究は、デンプンの代わりに機能性多糖類を穀粒に蓄積する、高付加価値なオオムギの開発を目指します。これは、人間の健康機能性食品としてだけでなく、家畜の健康を支える機能性飼料としての利用も期待されます。
本研究を担当する研究者は、独自に開発したスクリーニングシステムにより、デンプンの蓄積が少ないオオムギの変異体を獲得しています。本研究では、そのオオムギ変異体と機能性多糖類を過剰発現する遺伝子改変オオムギを交雑することで、高付加価値オオムギを開発します。一方、デンプンが少なく遺伝子改変が可能なオオムギを育成することにより、様々な機能性多糖類を蓄積する遺伝子改変オオムギの開発システムを構築します。詳細を見る
超広域材料選択性を持つ光パターニング装置の開発【用途例】インクジェットに頼らない、どんなナノ材料でもマイクロ印刷できるレーザー技術
微粒子が分散した溶液へのレーザー照射によって、粒子が集積固化/連続配線化する現象を発見しました。この現象を用いると、感光性がない材料でもレーザー微細造形が可能になります。本研究では、この技術を実用化できるレベルまで高速化します。具体的にはグリーンレーザーを用いた並列照射でレーザー描画速度の大幅向上を狙います。
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窒素・ホウ素コドープ技術を用いた、低コストかつ安定な低抵抗4H-SiC単結晶成長技術【用途例】低抵抗SiCウェハの量産化によって、SiCパワーデバイスの迅速な高性能化を実現します
低抵抗な4H-SiCバルク単結晶成長を実現する窒素・ホウ素コドープ（共添加）成長の技術開発を行います。既に、窒素・ホウ素コドープ成長では窒素単独ドープSiC成長で生じる積層欠陥発生を抑える効果が確認されていますが、初期のホウ素ドープの不安定性に伴う貫通転位発生などの欠陥抑制が新たな課題であると考えています。本研究では、成長初期界面の歪みを緩和する技術を開発することで、欠陥抑制を試みます。低抵抗種結晶を用いた際の結晶成長の欠陥発生の有無や歪みの程度を、通常の種結晶を用いた場合と比較検討することを通じて、欠陥発生の少ない窒素・ホウ素コドープ低抵抗SiC成長技術開発を行います。
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植物バイオマスから環境調和型プロセスでつくるリグニン素材【用途例】バイオマス由来の特性を生かしたマイクロカプセルの活用
植物バイオマスの利活用にあたっての難関はリグニンの除去です。バイオマス変換においてリグニンは、分解、縮合、化学修飾、変性を受けるため、高品質素材原料として、リグニンを活用することが困難でした。そこで本研究では、リグニンと多糖を低変性高分子として効果的に成分分離するリグノセルロース変換法を開発し、低コスト、環境低負荷のリグニン取得プロセスを構築します。さらに、リグニンおよびリグノセルロース高分子を起点に、高付加価値素材原料を開発します。
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装着感がなく、かつ、生活環境下で連続計測が可能な爪装着型ウェアラブルデバイスの実証実験及び製品化【用途例】生活環境下での常時計測が可能であるため、日常の体調管理及び見守りツールとして活用可能
従来のウェアラブルデバイスとして、胸部に装着するタイプやリストバンドタイプが製品化されていますが、発汗や装着感の問題から、入浴時や睡眠中を含む24時間の連続モニタリングに使用することは困難です。また、装着感があることから、生活環境下のありのままの計測になっていないおそれもあります。本研究にて製品化を目指す「爪装着型ウェアラブルデバイス」は、付け爪を応用したデバイスです。爪には、汗腺も感覚神経もないことから、従来デバイスの問題点であった発汗と装着感が解決され、生活環境下のありのままの計測が可能となります。
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次世代モビリティの電動化システムにおける電気絶縁技術の高度化【用途例】低気圧下でも駆動可能な高耐圧絶縁技術の開発
モータは、高電圧下・高周波数下・低気圧下で運転する場面が日々増加しています。そのような中、低気圧下でも駆動可能な高耐圧絶縁技術と正確な調査法が必要不可欠となっています。
本研究では以下３つの項目について調査致します。
①気圧、温度、湿度を一括制御できる試験環境を整備し、実際のモータ運転環境を模擬した試験環境で、特に低気圧下においてインバータ電源を使った際の周波数特性を調査します。
②低気圧下における部分放電計測器の検出感度を調査し、大気圧下との比較で補正係数を算出します。
③部分放電特性と絶縁材料の損耗関係について調査します。詳細を見る
小型ドローンの安全性向上等への応用を想定した、小型・軽量・高感度な風速・風向センサの研究開発【用途例】小型・軽量・高感度な風速・風向の計測が求められる現場での活用
本研究では球面上に配置した孔の圧力差によって風速を検出する原理を用いた小型高感度な風向・風速センサの開発を行います。
複数の孔を用いることで風速だけでなく風向も検出できます。さらに圧力差を検出するセンサ素子として、提案者が研究開発を行ってきた微小な電気機械システム（MEMS）の高感度差圧センサを筐体内に内蔵します。
提案者の持つMEMS技術により、小型ドローンに取り付けられる寸法・重量で、風速に対して高感度のセンサを実現します。詳細を見る
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