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2020年度 研究トピックス

マルチカラー3Dプリンタ

機械工学ユニットの丸尾昭二教授らは、JST CRESTプロジェクトの中でマルチマテリアル3Dプリンティング技術を開発し、その応用に取り組んでいます。今回、複数種の光硬化性樹脂液滴を入替えたマルチカラー微小構造体の3D造形に成功し、米国光学会のSpotlight on Opticsなどで紹介されました。現在、ガラスやゲルなど多様な材料を用いた造形の応用展開を目指しています。

人工衛星の超小型エンジン

機械工学ユニット・鷹尾祥典准教授のグループは、近年急激に需要が高まっている超小型人工衛星にも搭載可能な推進エンジンを開発しています。本研究では、水を推進剤とするイオンエンジンの3次元プラズマ粒子シミュレーション法を世界で初めて構築し、実験を再現する放電特性の確認に成功しました。本成果は日本航空宇宙学会奨励賞を受賞しています。

船の周囲の波を予測

近年、大型化の著しい船舶の構造安全性確保のため、モニタリングとIoT・情報技術の活用が注目されています。海洋空間システムデザインユニット・岡田哲男教授、川村恭己教授、満行泰河准教授のグループは、計測された船体応答から遭遇波浪情報を推定する方法を開発しました。この成果はJournal of Marine Science and Technology誌等に掲載され、未来の安全技術として期待されています。

高感度なNMR開発と生体分析

核磁気共鳴法(NMR)は化学の主要な分析手法の一つですが、測定感度が低いという問題があります。先端化学ユニット・児嶋長次郎教授のグループは、電磁波パルス列の工夫により信号強度が2倍になる汎用性の高いNMRを開発しました。今まで感度増大法がなかった炭素検出にも適用でき、生体材料への応用を可能にするものです。この成果はJournal of Magnetic Resonanceに発表されました。

レーザによる金属材料の改質

化学応用・バイオユニットの高橋宏治教授は、レーザピーニング等の先進的な表面改質技術により、金属材料を長寿命化するとともに、強度を半減させるような大きな表面欠陥を強度上無害化する手法を開発しました。これらの成果は2020年の日本ばね学会・技術賞を受賞しました。本研究の応用により、金属疲労を原因とした輸送機器や構造物の破壊事故の防止が期待されます。

超伝導プロセッサが省電力に

電子情報システムユニット・吉川信行教授らのグループは、超伝導回路に断熱技術を導入した超省電力マイクロプロセッサの実証に世界で初めて成功しました。現在の半導体プロセッサより5桁以上(冷却用電力を見込んでも2桁以上)も省電力で、高性能コンピュータや量子コンピュータの制御回路への応用が期待されます。この成果はIEEE Spectrumをはじめ多くのメディアで報道されました。

ベンチャーでヘルスケア大賞などを受賞

電子情報システムユニット・島圭介准教授は、自ら設立した合同会社アントラクトと共に、人の転倒リスクの評価手法と転倒防止の訓練を支援する技術を開発、第2回ヘルスケアベンチャー大賞の大賞、第1回ケアテックグランプリ最優秀賞/オムロン賞/日本ユニシス賞、かながわビジネスオーディション2021神奈川県信用保証協会賞など、数々の受賞に輝きました。

超高エネルギー天文学へのブレイクスルー

物理工学ユニットの片寄祐作准教授が行う日中共同実験は、1014電子ボルト台の宇宙ガンマ線観測に世界で初めて成功しました。また天の川からは最強の宇宙線源(ペバトロン)が多数存在することを示しました。これらの研究成果は学術誌Nature Astronomy等に発表され、世界中で注目されています。右図は東京大学宇宙線研究所・若林菜穂氏にご提供いただいたものです。

量子コンピュータでムーンショット採択

物理工学ユニットの小坂英男教授は、総合科学技術・イノベーション会議の提言を受けて設立された大型プロジェクト「ムーンショット」の目標6「2050年までに、経済・産業・安全保障を飛躍的に発展させる誤り耐性型汎用量子コンピュータを実現」のプログラムマネージャの一人に選ばれました。本学を中心に、他の大学・研究機関を巻き込んだ研究開発がスタートしています。

4教員が文科大臣表彰若手科学者賞

年度末に喜ばしいニュースが飛び込んできました。先端化学ユニットで宇宙生命科学を研究する癸生川陽子准教授、電子情報システムユニットでヘルスケア技術を研究する島圭介准教授、プラズモニクスを研究する西島喜明准教授、光ファイバセンサを研究する水野洋輔准教授の計4名が、文部科学大臣表彰若手科学者賞受賞に内定しました。表彰は2021年度に行われます。

2019年度 研究トピックス

ソフトマテリアルとイオン液体の融合

機械工学ユニット・太田裕貴准教授と先端科学ユニット・上野和英准教授の共同グループは、透明なポリマー中の液体金属配線と、光応答性をもつイオン液体を用いて、柔軟な光センサーと光メモリーを開発しました。これらは、身体の動きに追随しやすいウェアラブルデバイスとなることが期待されます。この研究などにより、太田准教授と上野准教授はそれぞれ文科大臣表彰若手科学者賞を受賞しました。

金属の変形や亀裂を解明

材料科学フロンティアユニット・梅澤修教授は「極低炭素鋼表面の窒化化合物層組織の微細化と疲労き裂形成に及ぼす影響」の研究により、(公財)里見奨学会より2019年度の里見賞を受賞しました。これは金属疲労に関する産学連携研究会を運営する中で、梅澤教授のグループが、硬い金属化合物に変形やき裂が形成される基本的なメカニズムを解明したことを表彰するものです。

米セラミックス協会誌トップダウンロード

材料科学フロンティアユニットの尾崎伸吾准教授と中尾航教授らのグループが同協会の論文誌Journal of the American Ceramic Societyに発表した論文が、2018~2019年シーズンのTop Download Paperとして認定されました。脆性材料であるセラミックスには強度のばらつきがあり、これが安全性の大きな障害となっていました。本論文は、内部の欠陥などの情報から、このばらつきを予測できる新しい手法を提案したものです。

電気を用いた未来の基礎化学品製造

先端化学ユニット・跡部真人教授は、燃料電池等に向けて開発が進んでいる固体高分子電解ユニットが、基礎化学品の製造プロセスに適用できないかを調査しました。その結果、従来技術では得られない高性能な化学反応技術となることを見出しました。この一連の研究は、国家プロジェクトとしてJST CRESTにおいて推進されており、未来の化学技術として期待されています。

水素社会を推進する自己修復触媒

化学応用・バイオユニットと光島重徳教授と黒田義之准教授のグループは、再生可能エネルギーから水素を製造するアルカリ水電解のメカニズムを解析し、電流による劣化を自己修復しながら動作する触媒を開発しました。二酸化炭素を排出しないグリーン水素社会をいっそう推進するものと期待されます。これらの成果はElectrochemistry誌、Electrochimica Acta誌などに発表され、論文賞も受賞しています。

3Dセンサー用ビームスキャン技術

自動車やロボットの自動化のためにLiDARと呼ばれる3Dセンサーが注目されていますが,従来は光ビームスキャンが機械式なため,大型,高価,不安定などの問題がありました。電子情報システムユニット・馬場俊彦教授のグループは、JST ACCELプロジェクトの中で、スローライトという現象を利用した非機械式ビームスキャン技術を開発、米光学会のOptica誌の表紙に選ばれ、世界中のWEBサイトで報道されました。

人工知能による高齢者ケアプラン

超高齢社会の到来とともに、要介護高齢者のケアプランが求められています。電子情報システムユニット・濱上知樹教授のグループは、熟練したケアマネージャの過去のプランを人工知能が学習し、個々の利用者に適した新しいプランを自動生成することに成功。FIT船井ベストペーパー賞を受賞しました。今後,インテリジェント医療・介護サービス共同研究講座が設置され、在宅介護分野への展開される予定です。

ヒトの転倒リスクを見える化

電子情報システムユニット・島圭介准教授のグループは、人間の指先にわずかな振動刺激を与えることで、人の転倒リスクが減る現象を発見しました。またその現象を応用したウェアラブルデバイスを使って、特に高齢者にとって問題となる転倒事故のリスクを、数値として見える化する新しい検査方法を開発しました。これらの成果は、科研費NEWSや朝日新聞などで報道されました。

物理法則から合金を予測

物理工学ユニット・大野かおる教授のグループは、航空機ジェットエンジン・タービン用のNiAl合金などの複雑な微細構造をパラメータなしに物理の基本法則のみから正確に予測する計算技術を開発しました。これは計算機シミュレーションによる合金設計を可能にするもので、Nature Communications 誌に論文が掲載されたほか、日本経済新聞などで報道されました。

科学全分野で閲覧世界第6位

物理工学ユニットの小坂英男教授のグループがCommunications Physics誌に発表した量子情報関連の論文に関する報道は、科学分野の国際的なオンラインニュースサービスEurekAlert ! の2019年の閲覧数ランキング世界第6位(国内第1位)を獲得しました。日本発のニュースがトップ10入りしたのは初めてです。またSpringer Nature社の2019 Research Highlights にも選出されました。

光周波数標準などで業績賞

物理工学ユニットの洪鋒雷教授は、(公財)応用物理学会の第21回光・量子エレクトロニクス業績賞(宅間宏賞)を受賞しました。洪教授はレーザー精密分光、光周波数計測、光周波数標準などを長年にわたり研究し、数々の重要な業績をあげてきました。今回の受賞は、このような技術開発と国際標準への展開が、光科学、物理学などに大きな貢献を果たしてきたことが認められたものです。

2018年度 研究トピックス

新生児にウェアラブルデバイス

機械工学ユニット・太田裕貴准教授のグループは、ポリマー、ハイドロゲルなどのソフトマテリアルを使った次世代センサを研究し、新生児医療向けのウェアラブルデバイスの開発に成功しました。これを用いれば、新生児の繊細な肌に装着して、黄疸やバイタルサインを調べることができます。この研究は、読売新聞、日経新聞、日刊工業新聞にて報道されました。

まるで実験?セラミックス解析手法

機械工学ユニット・尾崎伸吾准教授のグループは、脆い性質をもつセラミックス材料の強度ばらつきを、数値解析で再現することに初めて成功しました。これにより、これまで膨大な時間がかかる実験に頼ってきたセラミックスの高品質化が、高精度かつ短時間で実現できるようになります。この成果は、科学新聞や化学工業日報、BSフジ「ガリレオX」などで報道されました。

水の揺れをエネルギーに

海洋空間のシステムデザインユニット・西佳樹准教授のグループは、洋上で生み出す自然エネルギー技術を開発しており、特に水中に置かれた棒状物体の揺動からエネルギーが取り出せる可能性を実証しました。これにより、海洋調査・海洋開発に必要なエネルギーがその場で賄えるようになることが期待されます。この成果は専門誌 Renewable Energy に論文が掲載されました。

自己修復するゲル状物質

先端化学ユニット・渡邉正義教授のグループは、イオン液体と水素結合を利用することで、切断しても接触させるだけで元通りに再生するゲル電解質を開発しました。耐久性に優れ、自在に変形できるフレキシブルデバイスへの応用が期待されます。本研究の成果は専門誌 Advanced Materials に掲載されたほか、日刊工業新聞一面、TBS「未来の起源」など多くのメディアに紹介されました。

国際周期表年記念の受賞

2019年はメンデレーフの元素周期律発見150周年、ならびに国際純正・応用化学連合(IUPAC)設立100周年にあたります。これらを記念して、元素の数に等しい118名に若手化学者貢献賞が IUPAC から授与されることになりました。日本からは2名が選出され、そのうち1名が先端化学ユニットの藪内直明教授に決まりました。元素の一つであるニオブの研究が評価されての受賞です。

ロボットの関節を高効率に

電子情報システムユニット・藤本康孝教授は、ロボットの関節に最適なモーターギヤを開発しました。モーターの回転速度を1/100に減速するときにも90%を超える優れたパワー伝達効率を実現し、外力が加わったときに力を受け流す柔軟さも備えています。この成果は日経新聞、日刊工業新聞、日経ものづくり、日経ロボティクスなど、多数の報道を受けました。

電子を光で自在に操作

物理工学ユニット・武田淳教授のグループは、超短パルスレーザーを用いて位相制御したテラヘルツ光波の超短パルスを発生させ、その電場で電子の動きを自在に操作する技術を実現しました。この成果は、エレクトロニクス技術の速度限界を打破する可能性があり、Nano Letters誌、Nature Communications誌といった世界的に著名な学術誌に論文が掲載されました。

量子ウォークで受賞

酔っぱらいの足取りのように、次に進む方向が無秩序に現れる現象をランダムウォークと呼びます。数理科学ユニット・今野紀雄教授が、これに存在確率、重ね合わせ状態などの量子力学的な性質を加えた「量子ウォーク」を研究しています。このたび、その一連の業績の独創性や他分野への波及効果の大きさが高く評価され、日本数学会解析学賞を受賞しました。

2017年度 研究トピックス

JAXAのロケットを安全に

システムの創生部門・北村圭一准教授のグループでは、ロケットや航空機に関わる研究を進めています.衝撃波を正確に捉える流体計算法を開発,これを使ってJAXAのイプシロンロケットの安全な飛行を打ち上げ前にシミュレーションし,宇宙科学奨励賞、日本流体力学会竜門賞を受賞しました.空飛ぶ車の話題ではNHK『ニュースウォッチ9』にも出演しました。

金属のき裂に迫る

材料設計工学コース・梅澤修教授のグループは、航空宇宙、超電導、核融合炉などの極限的な温度環境や、自動車のエンジンなど高圧で繰り返しが多い環境において、金属に亀裂が生まれるメカニズムを解明しました。また、これをテーマとした研究部会を立ち上げ、企業の技術者の間の情報交換を推進しています。自動車技術会創立70周年記念表彰も受賞しました。

船の評価技術で国際賞

海洋宇宙システム工学コース・日野孝則教授のグループは、船舶の流体シミュレーションを研究し、実際に海を航行する船の省エネ性能の高精度な評価技術を確立しました。これに対して、ドイツWeinblum財団より、Georg Weinblum Memorial Lecturershipが授与されました。同分野に功績があった研究者1名に毎年贈られるもので、日本人としては7人目です。

毛髪再生が世界的な話題

物質とエネルギーの創生工学コース・福田淳二教授のグループは、毛髪を作り出す毛包組織を効率よく大量に作り出すことに成功しました。現在、文部科学省地域イノベーション・エコシステム形成プログラムに採択され、脱毛症患者自身の細胞を用いた毛髪再生に取り組んでいます。読売新聞や朝日新聞、BSフジのガリレオXなどで取り上げられました。

イオン液体で文科大臣表彰

先端物質化学コース・渡邉正義教授は、蒸発しない、燃えない、熱安定性が高いといったユニークな特徴をもつイオン液体の研究で、文部科学大臣表彰科学技術賞を受賞しました。この液体は特殊な電気化学的性質を備えており、新しいリチウム電池、アクチュエータ、燃料電池、自己治癒材料、CO2分離膜、フォトニック材料などへの応用が期待されています。

新しいゼオライトの合成に成功

先端物質化学コース・窪田好浩教授らのグループは、新しい構造をもつゼオライトの合成に成功、YNU-5と命名され、国際登録されました。無数の小さな孔が空いた石「ゼオライト」は、有害ガスを分解する環境浄化触媒として注目されています。YNU-5は高性能で、合成も簡単なため、様々な応用が期待されており、多くの新聞で報道されました。

超高効率な電気エネルギー変換

電気の直流と交流の間の変換効率99.9%を目指した研究が、科学研究費基盤(S)に採択されました。電気電子ネットワークコース・河村篤男教授のグループは、ワイドバンドギャップ半導体パワーデバイスとして、独自のHEECSインバータを用いることで、既に99.5%を超える効率を達成しています。再生可能エネルギーや電気自動車などへの応用が期待されます。

万能量子ゲートの操作に初めて成功

物理工学コース・小坂英男教授のグループは、「幾何量子ビット」と名付けられた新しい量子ゲート操作技術を開発し、室温環境で、多くの量子ビットを安定して操作することに世界で初めて成功、Nature Communications誌に論文が掲載されました。これにより、量子コンピュータ、量子通信などの量子テクノロジーが一気に加速すると期待されます。

データ分析手法で受賞

数学教育分野・黒木学教授は、ものごとの因果関係を統計数学的に解決するためのデータ解析法(多変量解析法)に取り組んでいます。このたび、データマイニングなどの分野で使われる分類手法(k-means法、そこから拡張したk-planesクラスター分析法)を改良し、分類結果を可視化したことが高く評価され、日本経営工学会論文賞を受賞しました。

2016年度 研究トピックス

筋電義手を実用化

事故などで手を失った人のための筋電義手(筋肉が発する電気を検知して動く義手)を研究開発してきた機械システム工学コース・加藤龍准教授のグループ。日常生活のほとんどの動作が行える義手を実用化することに成功しました。また、高校生向け公開講座「サイボーグを作ろう」を開講し、日本学術振興会ひらめき☆ときめきサイエンス特別推進賞も受賞しました。

自己治癒材料でコンソーシアム

生体が自己治癒するように、自発的な化学反応によって自己修復機能を発現する材料(自己治癒材料)は、適用できる材料の多様さ、応用分野の広さなどが大きな注目を集めています。材料設計工学コース・中尾航教授のグループは、その技術コンソーシアムを立ち上げ、多数の企業がこれに登録しました。産業界のニーズを反映した有用性の高い先進材料の創出が期待されています。

船舶の省エネ性能のデータベース

海洋宇宙システム工学コース・日野孝則教授と共同グループは、船舶の燃費を向上させるダクト付きプロペラをもつ新しい船型を設計し、模型船による水槽試験を通じてベンチマークデータベースを作成しました。この船型とデータベースは国際的な船舶流体力学ワークショップのテストケースに採用され、日本船舶海洋工学会賞が授与されました。

新しい毛髪再生機構を発見

物質とエネルギーの創生工学コース・福田淳二准教授のグループは、毛髪を作り出す毛包組織の高効率な再生法を発見、これを大量に作り出す培養にも成功し、NHKニュース、日経新聞などで報道されました。ヒトに応用できれば、脱毛症の再生医療に道を拓くものとなります。世界的に大きな市場が見込まれるため、複数の企業と実用化に向けた共同研究が進められています。

小惑星で有機物ができる!

生命の原材料となる有機物は、小惑星が隕石となって地球にもたらされた可能性があるといわれています。先端物質化学コース・癸生川准教授のグループは、小惑星を模擬した環境でアミノ酸等の有機物が生成される機構を突き止めました。この有機物は実際の隕石に含まれるものと似ており,NHKのコズミックフロント☆NEXTで紹介されるなど、注目を集めています。

超省エネ集積回路を発明

入力と出力の間で双方向に計算が行える演算回路(可逆回路)は、熱力学の限界を超える超省エネの計算チップを可能にすると期待されてきました。電気電子ネットワークコース・吉川信行教授のグループは超伝導を用いた可逆回路を提案、製作し、その動作に初めて成功しました。本研究は、科研費基盤(S)および米国IARPAの支援を受けて進められています。

光で量子を制御する新原理

物理工学コース・小坂英男教授のグループは、ダイヤモンドの中に存在する単一電子スピン量子をマイクロワット級の微弱なレーザ光で自在かつ正確に操作する原理を発見、その実証に成功し、Nature Photonics誌に論文が掲載されました。これにより様々な量子情報処理が可能になり、量子コンピュータ、量子通信などの量子テクノロジーが一気に加速すると期待されます。

セルオートマトンの極限研究で受賞

数学系(機械システム工学コース)・竹居正登准教授は、相互作用がある粒子系や記憶をもつランダムウォーク等の格子確率モデルを研究しています。このたび、1次元線形セルオートマトンの極限分布に関する研究成果を国際会議CANDAR'16に併設されたワークショップAFCA'16において発表、その内容が高く評価されてAFCA Best Paper Awardを受賞しました。

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