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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、已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
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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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高トルク・広域高効率駆動を実現する可変特性を有したモータの開発 【用途例】電気自動車、建機、小型移動モビリティにおける主機用モータ
電気自動車、小型移動モビリティ、建機などの主機用モータを対象に、1つのモータでありながら、2つのモータ特性を切り替えることで広域高効率駆動を実現するモータシステムを提供する。提案モータは、永久磁石形バーニアモータと永久磁石形同期モータを切り替えることで低速・高負荷から高速・低負荷まで幅広い動作領域での高効率化が可能である。また、ギアを使用せずにモータ単体で高トルクを出力することが可能であるため、従来用いられるギア歯車の機械的な接触が無く、低振動・低騒音、メンテナンスフリーのダイレクトドライブシステムが実現できる。
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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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遺伝子解析情報つき機能的細菌株ライブラリの大規模開発 【用途例】①新しい機能性細菌株の迅速単離、あるいは、②メタゲノム解析付き大規模機能的細菌ライブラリの提供
・機能的微生物株の産業応用への期待は大きい
・多くの細菌は、培養するのは容易ではない。そのため近年、培養せずに菌叢ゲノムを読んでしまうメタゲノム解析により、難培養だった細菌叢の特性や役割、未知の機能的な細菌が次々見つかってきた
・高解像度の遺伝子配列が分かっても、代謝や物質生産など、機能を実証・活用するには、培養した生菌株が非常に有用となる。しかし、ゲノム解析した後に、生菌は残っていない
・機能株利活用プロセスのスループットとスケールが律速である詳細を見る
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フィラー用途向け高性能マキシン分散液の開発 【用途例】導電性フィラー・放熱フィラー用途に向けた高性能マキシン分散液
近年、熱や電気といったエネルギー利用の効率化が求められており、導電助剤や放熱フィラーなどの市場が急速に拡大している。しかし、既存のフィラー材に利用される炭素材料は分散性に問題がり、性能低下を引き起こす。
この問題を解決する新素材として、優れた電気伝導性・熱伝導性を示す新規２次元ナノ材料であるマキシン(MXene)を用い、フィラーなどへの添加剤として利用できる分散液の開発を目指す。詳細を見る
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小型魚類に生体膜電位センサーを用いた水質バイオモニタリング技術の開発 【用途例】個体レベル、高感度・低コスト・ハイスループットのバイオモニタリングで、水質・毒性評価、農業領域に貢献
生体膜電位センサーを小型魚類に用いた、生体活動の光モニタリング系を開発しています。既に神経系などでの、無害（非侵襲）・高感度・長時間の記録を実現しています。本研究では、小型魚類を用いて、様々な細胞種での膜電位イメージングの実施と改良、そして水質モニタリング・毒性評価のためのスクリーニング系の開発を行います。これにより、水質モニタリング技術の発展、環境保全・水質管理・毒性検査への貢献が期待されます。
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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計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
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オットーサイクル型船舶用水素エンジンの燃焼システムの開発 【用途例】船舶用水素エンジン、大型エンジン
海運のカーボンニュートラル実現に向けて、水素が注目されています。水素エンジンは、燃焼安定性に優れたディーゼルサイクル型を対象に開発が進められていますが、この方式では30MPa程度の高い噴射圧力が必要となっています。より低い噴射圧力で水素を供給するオットーサイクル型の燃焼方式が実現できれば、ボイルオフ水素を少ない圧縮動力で利用できるなどメリットがあります。一方で、この方式では異常燃焼が発生するため、それを回避する高度な混合気制御が要求されています。この研究では、異常燃焼の発生を回避する混合気形成制御手法を提案し、オットーサイクル型の筒内直噴式水素エンジンの実現を目指します。
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広い周波数帯域で発電が可能で、かつ荷電処理が一切不要なエレクトレット型振動発電素子 【用途例】無線通信機能を備えた各種ワイヤレスセンサ
近い将来1年で1兆個ものセンサを利用する時代が到来するといわれており、持続可能な社会の実現のためにもその電源の確保が急務となっています。そこで現在、環境中の微小な振動からエネルギーを得ることができるエレクトレット型の振動発電素子（E-VEH）がセンサ用の電源として注目を集めています。しかしながら従来のE-VEHでは作製時に荷電処理が必須であり、また特定の振動周波数でしか効率的に発電ができませんでした。そこで本研究では極性有機分子とイオン液体の分極現象を利用し、広い振動周波数帯で発電可能であり、かつ荷電処理が一切不要な振動発電素子を実現します。
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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
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大電力ワイヤレス給電の低ノイズ化 【用途例】循環バスのワイヤレス給電化
大電力ワイヤレス給電システムの実用化に向けて，大きな課題の1つが「漏えい磁界」です。ワイヤレス給電から生じる漏えい磁界は，周辺の無線通信機器への混信妨害の原因となるため，実用化に向けては電波法が定める漏えい磁界許容値を満足する必要があります。また，強い漏えい磁界は人体にも影響するため，人体防護指針満足する必要があります。本開発では，これらの漏えい磁界を抑制しつつ大電力化が可能なワイヤレス給電システムを開発します。
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アナログ動作するスピン素子を用いてアナログICの省エネ・小型化を実現 【用途例】次世代無線通信技術、超小型物理センサー技術への貢献を目指します
アナログICの用途は多岐に渡り市場規模も年々増加しております。実在社会では熱、光、音、硬さ、匂いなど様々な情報がありますがこれらは全てアナログ値です。このような情報をコンピューターで処理する際には必ずアナログICが必要となるため、IOT社会の発展とともにアナログICの重要性は益々高まると予想されます。我々は、十分な電力が確保できない、十分なスペースが確保できない、過酷な環境でアナログICの動作が安定しないなどの理由により、既存のアナログICでは使用が厳しかった場面でも、アナログICを利用できる技術の確立を目指します。
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