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研究シーズ一覧
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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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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、性能の歩留まりが生じています。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-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出来ます。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り紙デバイスのさらなる展開を目指します。
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MEMS内部に発生したり、セルシートに印加されるpNオーダーの力を可視化する方法の確立 【用途例】MEMS内部の力、生体材料に印加される力を可視化・評価する
例えばMEMSなどのマイクロデバイス中で発生する力、摩擦力を可視化し、設計にフィードバックすることで省電力化・高性能化を実現する。また、生細胞やセルシート等の生体材料を扱う際に生体材料に印加される力の分布などを評価することにより品質管理のやり方を洗練したり、材料に与えるダメージを最小限にする方法を模索できる
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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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3Dプリンターの新規利用法としての異種ポリマーパターニングと機能開拓 【用途例】ロボティクス・ドローン・ウェアラブルデバイス・フレキシブルデバイスなどの先端技術産業
1900年代の人工樹脂の誕生以来、樹脂は“均質であるもの”という考えが盲目的な概念として一般化されています。一方で、本取り組みは、 “異種ポリマーのパターニングという概念”を導入することで力学物性向上・機能拡張を目指すという点で、アイデアの独創性があります。通常、樹脂の力学物性は構成ポリマーの分子特性に基づいて制御されますが、本技術では、単一のポリマーでは表現できない力学的特異性を、異種ポリマーパターニングにより広範に表現し得るという点で、一般概念を突破する革新性があります。
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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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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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