東北大学　研究シーズ集

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か 行
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け

〈計算材料学〉

計算材料学

 
 
 
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特徴・独自性
  • 私たちは、第一原理計算と情報学を用いて、従来実験では到達できなかった数の物質を探索し、有望な材料を発見することを研究テーマとしております。特に、第一原理計算の自動化やデータベースの構築、さらにはそれらを用いた特性の理解、新材料探索を得意としています。
実用化イメージ

自動計算の仕組みの導入や、どのような計算を行うかのアドバイス、計算で得られた結果の解釈を通して、実用に資する新材料の探索を共同で行います。また情報学を用いた材料研究の支援を行います。

研究者

金属材料研究所 材料プロセス・評価研究部 複合機能材料学研究部門

熊谷 悠  

Yu Kumagai

〈計算電磁気学〉

イノベーションの基盤となる電磁波応用技術の研究開発

 
 
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特徴・独自性
  • 電磁界理論，計算電磁気学，およびアンテナ工学の視点から，幅広く研究を行っている．これまでの研究内容は以下の通り．
  • ・人体とアンテナの相互作用の数値シミュレーション
  • ・無線電力伝送用大規模アレーアンテナの数値解析
  • ・高セキュリティのアレーアンテナの設計法
  • ・機械駆動の可変アンテナの研究
  • ・3Dプリンタを用いた広帯域の電波散乱体の設計
  • ・高精度な電流分布推定法の構築
実用化イメージ

アンテナ・通信メーカーとの産学連携実績が多数ある．他にも，材料メーカー，インフラ業界，独法などとの連携実績もあり，電磁波が応用できる分野であればどこでも連携は可能．

研究者

大学院工学研究科 通信工学専攻 波動工学講座（電磁波工学分野）

今野 佳祐  

Keisuke Konno

〈計算力学〉

水素エネルギーシステムの統合型安全管理技術の開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 水素高速高圧充填に対する安全性対策が求められています。高圧水素タンクの初期欠陥に起因するき裂伝ぱにより破損した際の反応性水素ガス漏洩の拡散・燃焼現象を調べるために、異分野融合的研究アプローチによって材料構造と反応性乱流多相流を同時に解析する連成解析手法を開発しました。さらに、高圧タンク隔壁の亀裂伝播による破損で漏洩する水素の拡散流動特性と燃焼限界に関連する新しい数値予測手法を開発しました。
実用化イメージ

高圧タンク隔壁のき裂伝播により漏洩する水素拡散流動特性と燃焼限界にの数値予測が可能となりました．各種輸送機用水素貯蔵容器の設計や水素ステーション構成の安全性指針策定・リスクマネージメントに貢献します。

研究者

流体科学研究所 附属統合流動科学国際研究教育センター 混相流動エネルギー研究分野

石本 淳  

Jun Ishimoto

〈計算流体力学〉

凝固現象を伴う先端ダイカストプロセスシミュレーション

 
 
 
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特徴・独自性
  • ダイカストの特性上，実機でデータの取得は困難である．そこでダイカストプロセスに関する数値解析的アプローチが注目されており，数値解析から得た情報を鋳造方案に落とし込むことで試作回数を減らし，製品開発までのリードタイム・コストを削減することが期待されている．本研究では，高圧ダイカストプロセスにおける自由表面を伴うMold 内部アルミニウム溶湯の凝固現象を伴う混相流動解析を実施した．
実用化イメージ

自動車業界，自動車サプライヤー，鋳造産業への応用が期待される．本解析手法により，先端ダイカストにおける金型内部状態を精度よく再現し，解析結果をもとに鋳巣発生の原因を特定することが可能となる．

研究者

流体科学研究所 附属統合流動科学国際研究教育センター 混相流動エネルギー研究分野

石本 淳  

Jun Ishimoto

〈形式検証〉

プログラムの効率化および形式的検証

 
 
 
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特徴・独自性
  • プログラムの効率の改善や形式的検証に関する研究を行っている。短期間で記述したプログラムは実行時間やメモリ使用量について非効率的であることが多いが、この問題に対し、プログラム変換によって機械的に改善する手法の開発に取り組んでいる。また、大規模なプログラムはその複雑さから予期せぬバグを含みやすいが、この問題に対しては、プログラム検証やモデル検査とよばれる数学的手法によって実行前に網羅的に検証する研究も進めている。
実用化イメージ

通常のソフトウェア開発では有限個のテストを通じて動作確認が行われるが、モデル検査器や定理証明支援系などのツールを用いることで、無限個の入力に対して動作が保証されたプログラムの作成を実現できる。

研究者

電気通信研究所 計算システム基盤研究部門 コンピューティング情報理論研究室

中野 圭介  

Keisuke Nakano

〈形状記憶〉

高加工性を有する新型銅系形状記憶合金

 
 
 
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特徴・独自性
  • 実用形状記憶合金ニチノールと同等の形状記憶および超弾性特性を有し、約２倍の加工性を持つCu-Al-Mn系形状記憶合金を開発しました。この合金はニチノールの数分の１のコストで作製することができ、形状記憶処理に金型が不要なため、線以外の複雑な形状への加工・成形が可能です。最近、この合金を利用して着脱容易な「巻き爪矯正具」を開発・製品化し、2011 年から販売を始めました。
実用化イメージ

直径や厚さが0.1 〜 20mm もの線、棒、板材でも6％以上の優れた超弾性が得られる技術を確立し、現在制震部材への応用研究を進めています。医療、建築にかかわらず本合金の特性を利用したい用途があったら是非ご連絡下さい。

研究者

大学院工学研究科 金属フロンティア工学専攻 創形創質プロセス学講座（材料組織制御学分野）

貝沼 亮介  

Ryosuke Kainuma

状態図と材料開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 金属、セラミックスにおける状態図の実験的決定と計算状態図の研究を行っています。状態図を基に、優れた性能や特異な機能性を有する新しい構造材料（鉄合金、銅合金、耐熱材料etc.）や機能材料（形状記憶合金、超弾性合金etc.）の提案と、ミクロ組織制御・特性評価を通した材料設計を行っています。特に、相変態を利用した単結晶製造方法の開発や、新規形状記憶合金の開発と制震部材への展開などに取り組んでいます。
実用化イメージ

新規材料開発における基盤技術として、相平衡や状態図を知りたい、ミクロ組織と特性の関係を明らかにしたい、といったニーズに対して連携の可能性があります。

研究者

大学院工学研究科 金属フロンティア工学専攻 創形創質プロセス学講座（計算材料構成学分野）

大森 俊洋  

Toshihiro Omori

〈形状記憶合金〉

低ヤング率を有する新規CoCr系生体用超弾性金属材料

 
 
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特徴・独自性
  • 一般的に使用されているステンレス鋼および従来のCoCr合金などの生体用金属材料は、生体骨より10倍もの高いヤング率を示し、インプラントによる骨の萎縮現象が問題視されている。β-Ti合金は比較的に低いヤング率を示すが、耐摩耗性が低い。本新規CoCr系合金は、低ヤング率と高耐摩耗性の両立を初めて実現した。さらに、耐食性が優れ、17%以上の超弾性歪みも示すことから、次世代生体材料として有望である。
実用化イメージ

生体骨と同程度の低いヤング率、高い耐食性と耐摩耗性および優れた超弾性特性の 4 拍子そろった本 CoCr 系生体材料は、人工関節、ボーンプレート、脊髄固定器具やステントなどへの応用が期待される。

研究者

大学院工学研究科 金属フロンティア工学専攻 創形創質プロセス学講座（計算材料構成学分野）

許 皛  

Xiao Xu

能動ファイバセンサ

 
 
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特徴・独自性
  • 本研究における多機能ファイバの特徴として、デバイスに必要な部材を全て内包するプレフォームを設計することで、熱延伸処理によるロール巻き取りが可能である。このため従来技術で問題点となる微細で複雑な積層構造をファイバに新たに追加する必要がなく、量産性も高いため製造コストを大幅に削減することも可能である。さらに容易にファイバの線径を制御して微細化できるため、ウェアラブルデバイスなどにも応用が可能である。
実用化イメージ

応用例として、微小空間でも検査可能な能動カテーテルが挙げられる。光ファイバによるカメラ機能や電気化学センサの付与が可能である。着用者の生体情報を常にセンシングできるウェアラブルデバイスも挙げられる。

研究者

高等研究機構学際科学フロンティア研究所 新領域創成研究部 デバイス・テクノロジー研究領域

郭 媛元  

Yuanyuan Guo

高加工性を有する新型銅系形状記憶合金

 
 
 
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特徴・独自性
  • 実用形状記憶合金ニチノールと同等の形状記憶および超弾性特性を有し、約２倍の加工性を持つCu-Al-Mn系形状記憶合金を開発しました。この合金はニチノールの数分の１のコストで作製することができ、形状記憶処理に金型が不要なため、線以外の複雑な形状への加工・成形が可能です。最近、この合金を利用して着脱容易な「巻き爪矯正具」を開発・製品化し、2011 年から販売を始めました。
実用化イメージ

直径や厚さが0.1 〜 20mm もの線、棒、板材でも6％以上の優れた超弾性が得られる技術を確立し、現在制震部材への応用研究を進めています。医療、建築にかかわらず本合金の特性を利用したい用途があったら是非ご連絡下さい。

研究者

大学院工学研究科 金属フロンティア工学専攻 創形創質プロセス学講座（材料組織制御学分野）

貝沼 亮介  

Ryosuke Kainuma

〈形状計測〉

精密ものづくり計測に関する研究

 
 
 
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特徴・独自性
  • 精密加工品の形状及び精密機械の運動を必要な精度で計測するという精密ものづくり計測の研究に取り組んでいる。独自の計測原理に基づいて、グレーティングなどの微細格子と波動光学系を組み合わせることによって、超精密ものづくり計測の基本道具となる高精度かつコンパクトな多軸変位、角度センサを実現させている。各種超精密及びマイクロ加工品の形状を高速高精度に測定する実用的なシステムの開発も行っている。
実用化イメージ

多軸変位、角度センサは半導体及び電子部品製造・検査装置、超精密加工機、超精密測定機の運動計測に活用され、また、形状測定システムは超精密加工分野で利用されることを期待し、産業界との共同研究を希望する。

研究者

大学院工学研究科 ファインメカニクス専攻 ナノメカニクス講座（精密ナノ計測学分野）

高 偉  

I Ko

〈計測〉

精密ものづくり計測に関する研究

 
 
 
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特徴・独自性
  • 精密加工品の形状及び精密機械の運動を必要な精度で計測するという精密ものづくり計測の研究に取り組んでいる。独自の計測原理に基づいて、グレーティングなどの微細格子と波動光学系を組み合わせることによって、超精密ものづくり計測の基本道具となる高精度かつコンパクトな多軸変位、角度センサを実現させている。各種超精密及びマイクロ加工品の形状を高速高精度に測定する実用的なシステムの開発も行っている。
実用化イメージ

多軸変位、角度センサは半導体及び電子部品製造・検査装置、超精密加工機、超精密測定機の運動計測に活用され、また、形状測定システムは超精密加工分野で利用されることを期待し、産業界との共同研究を希望する。

研究者

大学院工学研究科 ファインメカニクス専攻 ナノメカニクス講座（精密ナノ計測学分野）

高 偉  

I Ko

実験動物における脳波、心電図、自律神経信号などの生理学的計測

概要

実験動物を用いた基礎生理学の研究において、脳波、心電図、自律神経信号などを同時に計測することで、全身の動的連関を理解することに貢献する。これらの信号は、ヒトでも共通するものが多いため、有用な生理マーカーとしての指標の１つになると期待される。

従来技術との比較

これまでの生理計測では、脳のみ、心臓のみ、など単一の臓器を扱ったものであったが、本技術では、すべての信号を同時に計測できる点が強みである。

特徴・独自性
  • 中枢末梢連関を介した生体応答が、いつ、どこで、どのように生じるか、より直接的に解析し、定量的に評価できる
  • 他の分子生物学や生化学実験との融合が自由に行える
  • 3Dプリンターなど工学的な利点も活かして、標的領域を自由に選択できる
実用化イメージ

生理信号は、動物とヒトでも共通するものが多いため、臨床診断やこころの読み取りなどを目指した指標の選定、デバイス開発への貢献が期待される。

研究者

大学院薬学研究科 生命薬科学専攻 生命解析学講座（薬理学分野）

佐々木 拓哉  

Takuya Sasaki

非接触方式による生体信号計測

 
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概要

生体情報を完全非接触で取得するウェアレス生体信号計測に関して研究を行っています。特に、ビデオカメラで取得可能な脈波信号（映像脈波）と、室内の電波環境変化から得られる人の活動パターン（活動量）に注目し、これらを医療や健康管理に活用するための技術開発を進めています。

従来技術との比較

従来のような皮膚に接触させるセンサを用いることなく、完全非接触で心拍数などの生体情報を計測することを可能とします。

特徴・独自性
  • 映像脈波に関しては、従来の心拍数に加えて血圧値や血中酸素飽和度などを推定することを目指し、推定モデルと撮像方法の改良を通して推定精度の向上を図っています。
  • 電波による活動パターン推定では、人の移動を模した自走ロボットを用いることで、人を使ったデータ収集が不要なモデル構築を目指しています。
実用化イメージ

ウェアレス生体計測は、センサ装着が難しい対象者や環境での計測に対して有用な技術です。また、センサ装着のし忘れがないため、長期間にわたる生体データ収集などにも活用が期待できます。

研究者

サイバーサイエンスセンター 研究開発部 サイバーフィジカルシステム研究部

杉田 典大  

Norihiro Sugita

〈計測・評価〉

高精度デバイスプロセス技術と新規イメージセンサ開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • クリーンルーム・ユーティリティのレベルから、材料、装置、プロセス、デバイス、回路、実装、信号処理、計測・評価、信頼性に至るまでの研究に総合的に取り組みつつ、それらを基盤として、イメージセンサの極限性能の追及を行っています。
  • 今までに、100 万個を超えるトランジスタ性能の高精度高速計測技術（2004 年）、明暗差5 ケタの単露光撮影を可能とした広ダイナミックレンジCMOS イメージセンサ（2008 年）、毎秒1000 万コマの撮影が行える高速CMOS イメージセンサ（2012 年）などの実用化に成功しています。
実用化イメージ

デバイスメーカの量産ラインと相互乗り入れ可能な清浄度を有する200mmウェーハのシリコンデバイス流動が行えます。また、現有するクリーンルーム施設設備を利用した要素プロセス検討、高度な各種分析評価が行えます。新規イメージセンサの開発に取り組むことができます。

研究者

未来科学技術共同研究センター 開発研究部 クリーンルーム整備共用化の推進と半導体製造技術・センサ技術の開発

須川 成利  

Shigetoshi Sugawa

〈計測融合シミュレーション〉

計測融合シミュレーションによる複雑流れの解析に関する研究

 
 
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特徴・独自性
  • 流れ場のもつ膨大な流体情報をリアルタイムで獲得するためのコンピュータと実験計測を融合した新しい流体解析手法である「計測融合シミュレーション」に関する研究を行っている。本手法は、流れ場の計測データと対応するシミュレーション結果の差を数値シミュレーションにフィードバックすることにより、実現象の流れを正確に再現できる。本手法は、医療分野での血流のリアルタイム可視化、自動車等の複雑形状物体周りの流れ解析、原子力配管系内流れのリアルタイムモニタリング等、複雑な流れ場を高精度かつ高効率に再現することが必要とされる問題に広く適用可能である。
  • 本研究に関して興味のある企業へ学術指導を行う用意がある。
実用化イメージ

研究者

高等研究機構学際科学フロンティア研究所

早瀬 敏幸  

Toshiyuki Hayase

〈形態制御〉

熱を良く通すガラス

 
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概要

熱を通しにくい材料として知られるガラスに高い熱伝導性を与え新分野への応用を目指します。

従来技術との比較

高熱伝導性MgO析出と屈折率マッチングの戦略をとることにより、ガラスらしさを保ったままの高熱伝導な透明ガラスの開発に成功しました。

特徴・独自性
  • 透明
  • 自由な成型
  • 熱伝導率 ~ 3 W/(m K) 【窓ガラスの３倍】
実用化イメージ

ガラスを利用した放熱マネジメント【放熱ガラス基板・レンズ・ファイバーなど】

研究者

大学院工学研究科 応用物理学専攻 応用物性物理学講座（光物性学分野）

寺門 信明  

Nobuaki Terakado

〈携帯電話〉

先端ワイヤレス通信

 
 
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特徴・独自性
  • 地上系・衛星系を統合した高度情報ネットワークの実現を目指して、高信頼かつ電力消費の少ない先端ワイヤレス通信技術に関して、高周波回路・信号処理回路・RFIC・実装技術から送受信機技術、変復調・ネットワーク技術に至るまで、一貫した研究・開発を行っている。
実用化イメージ

地上無線通信あるいは衛星通信用の送受信機のハードウェア技術、たとえば、ディジタルRF、フェーズドアレーアンテナなどのビームフォーミング回路、ソフトウェア無線機の技術に関して、共同研究が可能と考えています。

研究者

電気通信研究所 情報通信基盤研究部門 先端ワイヤレス通信技術研究室

末松 憲治  

Noriharu Suematsu

あらゆるモノ同士の直接通信の効率化を実現する技術

 
 
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特徴・独自性
  • モノが通信する時代では、通信インフラを利用することなく、あらゆるモノ同士が自由自在に直接通信できることが望まれます。モノが密集した状況でも、移動している状態でも、効率的な無線通信を実現することを目指し、局所集中型通信技術の研究を推進しています。なお、当該技術の一部を応用した事例の一つとして「スマホdeリレー」がありますが、こちらの研究開発詳細については研究室ウェブサイトをご覧下さい。
実用化イメージ

無線通信機、通信システム、及び通信サービスに関連する業界。ならびに防災・減災など災害時の情報通信に関係する業界

研究者

大学院工学研究科 通信工学専攻 通信システム工学講座（通信方式分野）

西山 大樹  

NISHIYAMA Hiroki

〈軽度認知機能障害〉

加齢に関連する脳疾患を鑑別可能な新しい血中バイオマーカー

 
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23:23 認知症を予測する！～レビー小体病を鑑別可能な新しい血液診断技術
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概要

本発明は、加齢に関連する脳疾患を鑑別可能な血中バイオマーカーに関する。脂肪酸結合タンパク質（FABPs）がレビー小体病のバイオマーカーとして機能することを発見し、加齢に関連する脳疾患群と健常対照群で血液中のFABPsレベルを測定した。その結果FABPsが各疾患を高い精度で識別可能であることを示した。本発明により、微量採血で済む血液バイオマーカーの利用により、脳疾患の早期予測や診断が可能になる。

従来技術との比較

脳疾患の確定診断には脳脊髄液採取やPET検査等の侵襲的方法が用いられる。血液バイオマーカーの開発には病態に関与する物質の特定が困難であった。本発明は同問題を解決し、新たな血液バイオマーカーを提供する。

特徴・独自性
  • 本発明の特徴は、FABPsがレビー小体病のバイオマーカーとして機能することを初めて明らかにしたことである。具体的に、FABPsがアルツハイマー病AD、パーキンソン病PD、れDLB、軽度認知機能障害MCIの患者と健康な対照群で有意に差異が認められることを実証し、各疾患を高い精度で鑑別することが可能である。
実用化イメージ

本発明は、加齢に関連する脳疾患の鑑別技術を提供することで、高齢化社会における認知症や運動障害の早期治療介入を克服することが可能である。また本発明は微量採血で済むため患者の負担やコストを低減可能である。

研究者

大学院薬学研究科 生命薬科学専攻 生命解析学講座（薬理学分野）

川畑 伊知郎  

KAWAHATA Ichiro

東北大学　研究シーズ集

研究分野

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