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ビジョン
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ゥーサ開発）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。
最終用途例
APPLICATION
水管は、ライフラインやポンプを始めとし、我々の生活に欠かせない工業製品の一つです。マイクロバブルの膨張収縮運動や崩壊の際に生じるエネルギーは、水管の「損傷の抑制」と「汚れの洗浄」の両方に活用することができます。
APPLICATION
切開手術に代わるがんの治療法として、体外から超音波を照射し腫瘍を加熱除去させる治療法があり、マイクロバブルを用いると、超音波の加熱作用が劇的に向上することが注目されています。この治療効果を短時間で予測可能なシミュレータを開発します。
強み
マイクロバブルは水管の「損傷の抑制」と「汚れの洗浄」という真逆の活用が可能です。いずれも重要となるのはバブルの作用の正しく「制御」することであり、本研究開発で軸とする僅か１本の数式が、マイクロバブルの自在な制御を実現します。
超音波とマイクロバブルの作用を、わずか１本の数式で表現し、がん治療効果の高速なシミュレーションを実現します。人体組織のように極めて複雑な構造を対象とし、臨床上速やかで低コストな効果予測が望まれている場合、シミュレーションの高速化と低コスト化は医師と患者の負荷を軽減します。
テクノロジー
水中の衝撃波が損傷の悪玉といえますが、ここにマイクロバブルを適切に投入し的確に制御すれば、衝撃波を木端微塵にできます。水管の損傷・汚れを検知した際に、「マイクロバブルをどれくらい投入すれば解決できるか」を素早く予測するプロセスを全自動化し、水管のトラブルを未然に防ぐシステムの構築を目指します。
マイクロバブルによる加熱作用を安全かつ効果的に利用するには、治療前のシミュレーションが不可欠です。本研究の数式モデルをもとにがん治療の高速シミュレータを開発すれば、最適な治療条件を素早く提示でき、患者のQOL向上に貢献できます。
共同研究仮説
水管メンテナンスの全自動化が可能になれば、人的コストが大幅削減、多様なデバイスの省資源化、水力エネルギーの大幅節約、環境問題の解決、さらに、水道水の衛生面の向上により発展途上国の人々にも貢献できます。
計算科学の観点から、開発中の数理モデルの拡張によるシミュレーションの高精度化や、計算手法の確立によるシミュレーションの高速化を行います。医工学の観点から、多くの医療機関で使って頂けるシミュレータを完成させ、１人でも多くのがん患者を救うことが最終目標です。
イベント動画
研究者
【経歴】
2010年：日本学術振興会特別研究員DC2（北海道大学）
2011年：日本学術振興会特別研究員PD（東京大学）
2014年：筑波大学システム情報系助教
2022年：筑波大学システム情報系准教授
【主な受賞歴】
2023年 日本流体力学会 竜門賞
2023年 わかしゃち奨励賞「水管の損傷回避と洗浄を両立可能な新技術の開発」
2022年：科学技術分野の文部科学大臣表彰 若手科学者賞
2022年：ターボ機械協会 小宮賞
2022年：筑波大学若手教員特別奨励賞
2022年：応用物理学会 Highlights papers in 2021
2021年：日本音響学会 粟屋 潔 学術奨励賞
2020年：日本混相流学会 奨励賞
2020年：筑波大学システム情報系 教育貢献賞
2019年：日本機械学会 奨励賞（研究）
2012年：日本機械学会賞（論文）（筆頭著者）
https://researchmap.jp/read0156453
【その他成果のご案内】
https://www.tsukuba.ac.jp/journal/technology-materials/20220711140000.html
https://www.tsukuba.ac.jp/journal/technology-materials/20230208140000.html