東北大学 研究シーズ集

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サービス工学

データ活用による社会的価値創出

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特徴・独自性
我々の日常生活や社会の中で蓄積されたデータを活用することで、生活・社会・サービス産業等における実際の問題解決による新しい社会的価値の創出を志向しています。主にベイズモデルを利用した統計的モデリングによって、各々の事例に適した問題解決の実践を行っています。同様に、機械学習やデータマイニングの手法を主とした、汎用的なデータ活用システムの開発も行っています。その過程を通して、ビッグデータ分析手法やセンサ信号処理法の高度化も目指しています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
データ分析手法の高度化やデータ活用の実践に関して共同研究や学術指導の枠組みで知見・ノウハウの提供ができます。社会やサービス産業の問題に限らず、医学・工学・情報科学分野の問題解決に関する共同研究や、データ活用を基盤とした製造業のサービス化に関する共同研究も行っています。

経済学研究科
石垣 司 准教授 博士(学術)
ISHIGAKI, Tsukasa Associate Professor

災害救助

安全で安心して暮らせる豊かな社会を実現するためのロボットテクノロジー

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特徴・独自性
倒壊瓦礫の数cmの隙間をぬって内部調査できる世界唯一のレスキューロボット「能動スコープカメラ」、福島原発で2~5階を初めて調査した世界唯一のロボット「クインス」などを研究開発してきました。その技術は、トヨタ東日本との共同による氷雪環境の屋外で稼働する無人搬送車の製造ライン投入、清水建設との共同による瓦礫内調査システム「ロボ・スコープ」の開発など、さまざまな応用に展開されています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
現実の問題に対する求解を通じた教育・研究をモットーに、現段階で10件近くの産学連携研究を進めています。特に、屋外調査、インフラ・設備点検など、ロボットによる遠隔化・自動化に特徴があります。

情報科学研究科
田所 諭 教授 博士(工学)
TADOKORO, Satoshi Professor

災害対応

宇宙探査ロボットの研究・開発

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特徴・独自性
月や火星などの未知の不整地を、移動探査するロボットの技術を研究・開発しています。ロボットの移動機構として不整地走行に適したメカニズムの開発、また砂状の滑りやすい地形での駆動制御の研究を進めています。レーザー測距の技術を用いて移動しながら3次元環境地図を作成し、障害物回避等の自律制御および遠隔操縦支援に役立てる技術を開発しています。JAXA小惑星探査機「はやぶさ」「はやぶさ2」の開発にも貢献しています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
地上での探査ロボット、災害対応ロボットにも応用可能です。

工学研究科 航空宇宙工学専攻
吉田 和哉 教授 工学博士
YOSHIDA, Kazuya Professor

細菌

大気圧プラズマ流による次世代滅菌法の開発

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 プラズマ滅菌は化学反応性、大気圧低温、低消費電力、低コスト、安全などの利点を有するため、既存の滅菌法の代替滅菌法として開発が進められている。本研究室では、様々な大気圧低温プラズマ流に対して、化学種生成輸送機構や滅菌効果について解明してきた。図1に示すように大腸菌にプラズマを照射すると、細胞内部よりカリウムが漏出してくる現象や細胞の高さが減少し変形することなどを明らかにしている。また、図2に示すように細管内部にプラズマを非一様に生成し、誘起される流れにより化学種を輸送して細管内壁を滅菌する手法を開発している。この技術を産業界で活用したい企業や団体との共同研究を希望する。

流体科学研究所
佐藤 岳彦 教授 工学博士
SATO, Takehiko Professor

細菌性劣化

口腔バイオフィルム機能解析システム:「何がいるか?」から「何をしているか?」まで

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特徴・独自性
歯、舌、口腔粘膜には、500種を超す膨大な数の微生物がバイオフィルムを形成し、齲蝕、歯周病、口臭などの口腔疾患、さらには歯科材料劣化の原因となります。

私どもは、構成菌種や機能(代謝)をメタゲノム、メタボロミクスといったオミクス技術や最新の検出技術で解析すると共に、その多くが嫌気性菌である構成菌を生きたまま取り出し、高度嫌気性実験システムを用いて機能解析を行っています。「何がいるか?」から「何をしているか?」までを知ることで、初めてその制御(予防と治療)が可能となります。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
口腔バイオフィルム性疾患(齲蝕、歯周病、口臭、誤嚥性肺炎など)のリスク診断

・薬剤や食材の口腔バイオフィルム機能への効果

・バイオフィルム性材料劣化の評価

歯学研究科 口腔生化学分野
高橋 信博 教授 博士(歯学)
TAKAHASHI, Nobuhiro Professor

サイクロトロン

加速器技術の開発と応用

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 加速器研究部では、物理、工学から薬学、医学と非常に広い分野で利用されているイオン加速器、サイクロトロンの開発、改良を研究しています。加速器の基礎技術として、1)イオン源開発(特に重イオン源開発)、2)ビーム光学の設計、3)加速器設計の基礎となる3次元電磁場計算、4)多種の電源と計算機制御技術の開発、5)大電力高周波共振器の開発、6)真空装置の改良、7)イオンビーム測定、モニターシステムの設計、など多岐にわたる開発を行っています。
 物理、工学、薬学、医学で利用されている加速器、イオンビーム応用に関しては、すべての領域での技術開発に対応できる経験と実績を持っています。
 本加速器技術を産業界で活用したい企業や団体との共同研究を希望すると同時に、本研究に関して興味ある企業への学術、技術指導を行う用意があります。

サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター 加速器研究部
篠塚 勉 准教授 工学博士
SHINOZUKA, Tsutomu Associate Professor

サイクロトロン加速器技術の開発と応用研究

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特徴・独自性
サイクロトロン加速器に関連した技術開発および様々なイオンビームや中性子ビームを用いた基礎・応用研究を行っています。具体的には 1)イオン源開発(特に重イオン源)、2)イオン光学設計(ビーム輸送技術)、3)加速器関連の装置制御技術開発、4)高周波共振器の開発、5)イオン・ガンマ線・中性子等の放射線測定、6)イオンビーム・中性子ビームによる放射線耐性試験などです。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
耐放射線に強い材料や回路を設計するための、陽子からXeに至るまでの重イオンビーム・中性子ビームなど多彩な量子ビームを用いた放射線耐性試験や、高速中性子ビームによるイメージング技術開発。

サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター
伊藤 正俊 教授 博士(理学)
ITOH, Masatoshi Professor

再構成可能回路

不揮発デバイスを用いたPVTバラつきフリーLSIの構成に関する研究

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特徴・独自性
電源を切ってもデータを記憶し続ける不揮発性デバイスを、メモリだけでなく、CPUなどの演算器やシステム全体の構成に積極的に活用する回路・システム構築方法が「不揮発性ロジック」です。本テーマでは、不揮発性デバイスに「回路構造情報」を記憶することで、製造プロセス(P)や電源電圧(V)、温度(T)などに起因する回路特性バラつきに対して頑健な回路を、少ないオーバーヘッドで実現できる回路構成を提案しています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
この成果は、今後微細化が益々進行する超微細LSIの高信頼化・高性能化に大いに寄与する技術であり、これに関連する分野で有意義な共同研究ができるものと考える。

電気通信研究所
羽生 貴弘 教授 工学博士
HANYU, Takahiro Professor

再資源化

繊維質物質を用いた高含水比泥土再資源化技術の開発

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特徴・独自性
建設汚泥やヘドロなどの泥土は、含水比が高いため直接利用が困難であり、リサイクル率が低いのが現状である。そこで、本研究室では軟弱泥土に古紙破砕物とセメント系固化材を混合し、良質な土砂に再資源化する繊維質固化処理土工法(ボンテラン工法)を開発している。本工法の最大の特徴は、泥土の再資源化の過程で古紙と泥土を混合する点であり、土砂内部に含まれる繊維質物質が様々な優れた地盤工学的特徴を生み出している。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
本工法により生成される土砂は、破壊強度および破壊ひずみが大きい、乾湿に対する耐久性が高い、動的強度が高く液状化し難いといった特徴を有するため、堤防の補強盛土など様々な土構造物の構築に使用可能である。

環境科学研究科
高橋 弘 教授 工学博士
TAKAHASHI, Hiroshi Professor

サイズ効果

単一ナノ磁性体の物性の解明と先端磁気メモリーデバイスへの展開

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磁気ディスクをはじめとする磁気メモリは,不揮発,高密度,低コスト,高速などの特長を有し,急速に情報化が進む現代社会において益々その重要性を増しています.現在,それらのデバイスを構成する磁性体のサイズは10 nm程度に微細化され,表界面効果,量子効果,熱揺らぎなどナノサイズ特有の様々な現象が顕在化しつつあります.例えば,具体的な問題として,どのような原子配列がナノサイズ領域において安定なのか,サイズ効果によりバルクとは異なる物性が現れるのか,さらには外場や熱に対して静的・動的にどのように振舞うのか,等々があります.これら基本的な問題を解決することは,基礎的興味だけでなく将来のデバイス開発を進めていく上で非常に重要です.そうした背景を踏まえ,私達の研究グループでは,ナノサイズ粒子の結晶相安定性,単一ナノ粒子の物性・スピンダイナミクス,微細加工技術の改善,新規な高密度メモリー技術の提案,という研究課題に取り組んでいます.

多元物質科学研究所
北上 修 教授 工学博士
KITAKAMI, Osamu Professor

再生医療

低出力衝撃波を用いた新しい血管新生療法の開発

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特徴・独自性
基礎研究の結果をもとに、低出力体外衝撃波を用いた新しい血管新生療法(「低出力体外衝撃波治療」)を開発し、狭心症、下肢閉塞性動脈硬化症、難治性皮膚潰瘍などを対象に臨床試験を行っています。治療により、狭心症状や心筋血流・心機能の改善、歩行距離の延長など有効性を認めています。エコーガイド下に体外から患部に低出力の衝撃波(結石破砕に用いる出力の10分の1)を当てるため、麻酔や手術を必要としない非侵襲的な治療法です。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
狭心症に対する治療は2010年7月に先進医療に承認され、下肢閉塞性動脈硬化症に対する治療も先進医療に申請中です。各種疾患に対する非侵襲的治療機器の開発を考えている企業からのお問い合わせもお待ちしています。

医学系研究科 循環器内科学(分野)
下川 宏明 教授 医学博士
SHIMOKAWA, Hiroaki Professor

新生骨を誘導する次世代バイオマテリアルの開発

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特徴・独自性
骨芽細胞に働きかけ骨再生を促す合成のリン酸オクタカルシウム(OCP)結晶を創製し(Suzuki O et al. Tohoku J Exp Med 164:37, 1991)、最近には骨形成能を示す機序として骨芽細胞分化のみならず骨細胞まで分化促進させることを明らかにした(Sai Y et al. Acta Biomater 69:362, 2018)。またOCPとgelatin、collagen、alginate、hyaluronic acid等との生体由来あるいは天然の高分子との複合体による次世代型バイオマテリアルを開発し臨床応用へ向けた取り組みを進めている。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
整形外科領域の骨欠損修復をターゲットとし、顎顔面・口腔外科領域にも応用可能な生体材料開発を学内共同研究により進めている。新規バイオマテリアルの開発をめざす企業に対して学術指導を行う用意がある。

歯学研究科 顎口腔機能創建学分野
鈴木 治 教授 医学博士・工学修士
SUZUKI, Osamu Professor

リン酸オクタカルシウム(OCP)・コラーゲン複合体による骨再生治療

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特徴・独自性
OCP・コラーゲン複合体(OCP/Col)は人工合成のOCPとブタ皮膚由来アテロコラーゲンからなる骨再生材料で、既存骨代替材料の骨再生能を凌駕し、細胞や成長因子の補充なしで有効な骨再生を実現する。吸収性・賦形性・操作性に優れ、使用時の煩雑な操作や管理体制が不要で費用対効果に優れる。非臨床研究及び企業主導治験を経て、歯科・口腔外科領域の骨欠損を対象した医療機器として2018年度の上市を目指している。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
骨再生材料として整形外科、脳神経外科領域等の様々な骨欠損修復への応用展開や海外展開を目指すとともに、最近開発されたコンビネーションプロダクトによる難治性骨欠損や緊急手術時への応用が期待される。

医工学研究科 骨再生医工学分野
鎌倉 慎治 教授 歯学博士
KAMAKURA, Shinji Professor

iPS細胞の腫瘍化を抑制することが可能な分化誘導方法

特徴・独自性
本発明は、スタチン系薬剤を用いることにより、iPS細胞の移植に際して問題となる腫瘍化を抑制する技術である。スタチン系薬剤は、すでにコレステロール低下薬として広く普及している。iPS細胞の移植先における腫瘍化は、iPS細胞の再生医療応用への最大の課題のひとつであるが、細胞ソーティングなどの煩雑な手技を経ずに、スタチンを用いるだけでこの腫瘍化の課題が解決することができれば、iPS細胞を用いた骨再生医療の実現へ大きく前進することが期待される。

産学連携の可能性
本発明は、医科・歯科領域で重要な骨組織再生技術をiPS細胞を用いて可能にすることが想定される。

歯学研究科 分子・再生歯科補綴学分野
江草 宏 教授 博士(歯学)
EGUSA, Hiroshi Professor

口腔粘膜由来細胞を利用したiPS細胞の効率的な製造方法

特徴・独自性
本発明は、患者への負担が少なく、しかも高い樹立効率でiPS細胞を作製する技術を提供することを目的とする。より詳細には、本発明は、口腔粘膜(歯肉)由来の体細胞を利用することによって、誘導多能性幹細胞を高い樹立効率で製造する方法に関する。更に、本発明は、当該製造方法によって作製された誘導多能性幹細胞に関する。
また、歯肉由来の細胞を用いることで、iPS細胞の作製の際にウイルスを用いずに外来遺伝子挿入のないヒトiPS細胞を、効率的に樹立することが可能である。さらに、ヒト以外の異種成分を含まない培養系を確立するために、iPS細胞源である同一患者由来の歯肉由来細胞が自己フィーダー細胞として好適であることも明らかにしており、本発明技術を基盤とした移植に安全なiPS細胞技術が確立されつつある。

産学連携の可能性
本発明技術を用いて個々の患者の歯肉から効率的にiPS細胞を作製することによって、医科・歯科領域で期待されているオーダーメイドの再生医療が、より容易かつ効率的となることが想定される。

歯学研究科 分子・再生歯科補綴学分野
江草 宏 教授 博士(歯学)
EGUSA, Hiroshi Professor

再生可能エネルギー

リチウム電池や太陽電池などのエネルギーデバイスプロセッシング

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 本間研究室では21世紀の科学技術が取り組む最重要課題である地球持続技術・低炭素化社会構築の為にナノテクノロジーを利用した再生可能エネルギー技術のフロンティア開拓を行う。新デバイス・新材料開発を中心に、太陽電池、燃料電池、二次電池等の革新的エネルギー技術を世に発信し地球温暖化対策のイノベーションを起こすことを目的としている。
 革新的エネルギー変換デバイスを実現するために、単原子層電極であるグラフェン、金属酸化物ナノシート、ナノ結晶活物質、イオン液体、表面ナノ薄膜などの革新的ナノテクノロジーの基礎研究から高容量・高出力型リチウム二次電池、全固体型リチウム二次電池、金属空気電池、大容量キャパシタ、太陽電池などの高性能電極材料・デバイス創製の精密化学プロセスを研究する。これらの革新的エネルギーデバイスを要素技術としてスマートグリッド、電気自動車や再生可能エネルギーの基盤強化に貢献するとともに産業界との共同研究を積極的に推進する。

多元物質科学研究所
本間 格 教授 工学博士
HONMA, Itaru Professor

最大エネルギー積

磁石は地球を救う!-高性能永久磁石材料の開発(エネルギー・資源問題の解決に向けて)-

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特徴・独自性
永久磁石材料の高性能化と新材料開発を行っている。これまでの成果に未分離混合希土類-Fe-B系焼結磁石、HDDR現象による高保磁力希土類磁石粉末、再結晶集合組織による高性能Fe-Cr-Co系磁石の開発などがある。最近ではNd-Fe-B系磁石におけるDyの削減技術の開発や、永久磁石の自然共鳴がGHz帯にあることに着目した新しい電磁波吸収体ならびにナノ粒子技術による高周波磁性材料の開発も行っている。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
業界としては磁性材料に興味または生産している素材・材料関連、自動車関連、電気・電子関連、化学関連企業など。

工学研究科 知能デバイス材料学専攻
杉本 諭 教授 工学博士
SUGIMOTO, Satoshi Professor

最適化理論

理論計算機科学とその実用

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特徴・独自性
理論計算機科学、特にアルゴリズム理論の研究と、その様々な応用、実用を行っている。特に計算幾何学と呼ばれる幾何学情報処理における最適化理論では、世界的に高く評価されている。また、データマイニングを中心にしたビッグデータ科学については我が国でパイオニア的な実績を持ち、幾何学アルゴリズムを導入した数値データマイニング手法は広く引用されている。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
ビッグデータの高速処理と理論的な保証を持つ最適化、予測や診断システム設計のコアアルゴリズム設計や開発などがある。

情報科学研究科
徳山 豪 教授 理学博士
TOKUYAMA, Takeshi Professor

最適設計

持続可能なエネルギーシステムの統合デザインと分析

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特徴・独自性
時間軸と空間軸からみたエネルギー社会の将来を明らかにすることを目的とする。一次エ持続可能なエネルギーシステムを地域社会に実装することをめざします。過去から現在、未来に至る「時間軸」、地域社会のエネルギー需給の特徴や偏在を明らかにする「空間軸」。この基軸に、エネルギー効率、CO2排出量等の「技術指標」と、脱炭素、豊かさ、経済性、セキュリティ、レジリエンス等の「価値指標」、さらにエネルギーシステムの「資源」「変換技術」「需要部門」のセクターカップリングを加えた、統合最適化手法を開発して、地域社会にふさわしいエネルギーシステムをデザインします。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
スマートシティのデザイン、持続可能なエネルギーシステムの統合デザイン、地域エネルギービジネスおよびマネジメント力の強化。

工学研究科 技術社会システム専攻
中田 俊彦 教授 工学博士
NAKATA, Toshihiko Professor

サイドチャネル攻撃

ビッグデータ時代の画像コンピューティングとセキュアICT

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特徴・独自性
第一に、実世界にあふれる膨大な画像データのセンシング・処理・認識・解析の研究を行っています。特に、サブピクセル分解能の画像解析を可能にする「位相限定相関法」を発案し、個人識別(顔、指掌紋、FKP、虹彩、X線画像の認識)、マシンビジョン、多視点3D計測、画像検索、医用画像解析などに応用しています。
第二に、世界最高性能の耐タンパー暗号処理技術および生体認証技術を核にしたセキュアICTの基盤システムを研究しています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
画像情報工学、情報セキュリティ、バイオメトリクス、LSI、組込み技術の分野における産学連携を進めることができます。既に多数の企業、大学、研究機関、医療機関などの研究者や技術者が、分野を問わず訪れています。情報知能システム(IIS)研究センターのスタッフがご相談を受け付けます。
info@iisrc.ecei.tohoku.ac.jp

情報科学研究科 情報基礎科学専攻
青木 孝文 教授 博士(工学)
AOKI, Takafumi Professor