東北大学　研究シーズ集

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ひ

〈ビジュアルサーボ〉

キャリブレーションを必要としない高度ビジョンシステム

 
 
 
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特徴・独自性
  • 生産現場におけるロボット導入の障害は、完ぺきな環境整備とティーチィングである。ビジョンを援用して環境や作業手順を自動で認識できれば、ロボットの導入は飛躍的に容易になるが、ビジョンシステムにおける事前の条件出し（キャリブレーション）の負担が大きい。フィードバック制御を用いれば、目標画像（ロボットが行うべき作業の写真）と現在画像（カメラからリアルタイムに得られる画像）をキャリブレーションなしで一致させることができる。この技術をビジュアルサーボという。
実用化イメージ

ビジュアルサーボの導入でカメラの配置が自由になり、キャリブレーションレスになり、ビジョンシステム導入の障害を容易に解決可能である。

研究者

大学院情報科学研究科 システム情報科学専攻 知能ロボティクス学講座（知能制御システム学分野）

橋本 浩一  

Koichi Hashimoto

〈非食用油利用〉

イオン交換樹脂を触媒とした高品質脂肪酸エステル連続製造技術

 
 
 
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特徴・独自性
  • 軽油代替燃料バイオディーゼルとなる脂肪酸エステルを、従来法では利用できない非食用の低品質原料（食用油製造工場で排出する脂肪酸油や酸価の高いジャトロファ油）でも反応率100% で連続製造できるパイロットスケールの全自動装置を完成させた。固体の酸・アルカリ触媒としてイオン交換樹脂を用いることで、石鹸の副生をなくし、同時に副生物除去を達成することで、輸送用燃料の品質規格を満たす高品質品を低コストで生産できる。
実用化イメージ

食用油製造工場で排出するアルカリ油滓やダーク油、脂肪酸油から脂肪酸エステル製造が可能。化学原料として脂肪酸エステル製造を実施する企業、天然油から有価物回収時にエステル化工程を用いる企業との連携が可能。

研究者

大学院工学研究科 化学工学専攻 プロセス要素工学講座（反応プロセス工学分野）

北川 尚美  

Naomi Kitakawa

〈ビジョン〉

動きをとらえる高速リアルタイムビジョン技術

 
 
 
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特徴・独自性
  • 産業応用において視覚処理・画像認識はますます重要な技術となっています。視覚は第一義的には姿・形をとらえる感覚ですが、それと同時に「動き」をとらえる感覚でもあります。当研究室では、動きをとらえるセンサとしてのビジョン技術という視点から、高フレームレートビジョンシステムとその応用、LED や高速プロジェクタ等の能動照明との連携、加速度センサ等の他のセンサとの情報融合などについて研究を進めています。
実用化イメージ

運動する対象の計測全般において、高フレームレートビジョンは強力なツールとなります。さらに高速プロジェクタや他のセンサと組み合わせることにより、3次元計測や動物体検出・同定などの技術が展開できます。

研究者

大学院情報科学研究科 システム情報科学専攻 知能ロボティクス学講座（知能制御システム学分野）

鏡 慎吾  

Shingo Kagami

〈非侵襲〉

心臓と血管の血圧反射機能を独立に定量診断することができる非侵襲診断装置

 
 
 
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特徴・独自性
  • これまでに血管系の自律神経反射機能を診断する方法論は存在しなかった。我々は、心臓と血管の血圧反射機能を独立に定量診断する方法論を新しく発明した。メタボ対策などのヘルスケア産業に進展が期待される。
実用化イメージ

予防医学の機器開発、医薬品、サプリメントの効果判定、健康維持機器開発。

研究者

加齢医学研究所 非臨床試験推進センター 心臓病電子医学分野

山家 智之  

Tomoyuki Yambe

〈ピストン〉

new摺動部摩耗と焼付き発生部位に関するシミュレーション予測システムの開発

 
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概要

エンジンピストンピン－コンロッド小端間の相変化を伴う潤滑油液膜流れに着目し、構造体の弾性変形と流路変化を考慮した混相流体－構造体連成解析手法を新たに開発し、高負荷条件下におけるトライボロジー特性に関するシミュレーション予測法を開発しました．その結果、摺動部における摩耗・焼付き発生部位のシミュレーション予測に成功するとともに、構成部品の特異な変形挙動が摩耗・焼付きの発生要因であることを発見しました。

従来技術との比較

流体潤滑における摩耗・焼付き発生部位の検証には計算による予測は不可能であると考えられてきましたが，本研究では摺動部における摩耗・焼付き発生部位のシミュレーション予測に成功しました．

特徴・独自性
  • スーパーコンピューターでエンジンピストンピン摺動部における摩耗・焼付き発生部位に関するシミュレーション予測に世界で初めて成功した。
  • ピストンピンの弓なり状の変形が、コンロッドエッジにおける機械接触・焼付きの原因であることを特定した。
  • ピストンピンとコンロッド双方の弾性変形ならびに非定常流路変化を伴う薄膜キャビテーション注1潤滑を考慮した、3次元混相流体－構造体連成解析手法注2の開発に成功した。
実用化イメージ

本研究手法は自動車用エンジンのみならず流体潤滑を用いた全ての摺動部品要素に適用可能であり、輸送機械・産業機械の損傷予測や構成要素の安全性指針策定に貢献します，構成要素の最適設計が可能になります．

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

〈物質生産〉

輸送体制御テクノロジーによる生物物質生産(発酵)

 
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特徴・独自性
  • 微生物による大規模物質生産（発酵）には、化成品・食品に該当する有機酸・アミノ酸、抗生物質などの代謝産物生産がある。大型発酵タンク( 数百トン) を用いて生産されるものも多く、単品で年産１００万トンを越える物質も多数ある。発酵では目的物質生産のために極端な代謝制御を行う。従来の発酵産業は細胞内代謝の機能改変・強化により成功を収めたがその手法も限界に達している。即ち基質取り込み・産物排出が律速となり生産性の向上が見込めない。我々は基質取り込み・産物排出機能の強化・改変による生産性の向上を目指し、輸送体を制御して物質生産を行う技術の開発を行っている。方策の一つとして、輸送・排出過程でエネルギーを消費せずにエネルギーを生産しつつ物質生産を高速且つ高効率に行う輸送体とその共役謝系を見出し、産業応用開発を行っている。
実用化イメージ

研究者

大学院農学研究科 農芸化学専攻 生物化学講座（応用微生物学分野）

阿部 敬悦  

Keietsu Abe

〈微生物燃料電池〉

メタン菌カソード電極を利用した微生物燃料電池

 
 
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特徴・独自性
  • 本微生物燃料電池は、カソード電極に、これまでの方法で用いられている白金などのレアメタルではなく、微生物のメタン菌を使用することで、酸素から水を得るのではなく、二酸化炭素をエネルギーガスのメタンガスに変換しながら、電流を得る新しい電池である。 すでに、高温メタン菌カソード電極では500 mW/m2を達成した。
実用化イメージ

CO2をCH4に変換し、電流も得られるため、大量にCO2排出する場所や、高濃度有機物が蓄積した場所で持続的に電気エネルギーを獲得したい企業
現状の出力では、センサー等技術に利用できると考えている。

研究者

大学院農学研究科 生物生産科学専攻 動物生命科学講座（動物環境管理学分野）

多田 千佳  

Chika Tada

〈非接触〉

非接触エネルギー伝送を用いた産業機器・医療機器の開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 独自技術を用いた非接触電力伝送システムを中心に数ワットから数十キロワットクラスの幅広い開発を行っている。産業機器ではモバイル機器を始めEV や工場内搬送装置に至る幅広い対応が可能である。医療機器では人工心臓への電力伝送や、主に四肢不自由者の運動機能再建を目指す機能的電気刺激装置（FES）の開発、がん治療として体内の温度計測を必要としない小型埋込素子を用いたハイパーサーミアの開発を行っている。
実用化イメージ

産業・医療用途共に、独自の信号伝送システムも併せて開発を行い実用化している。

研究者

災害科学国際研究所 レジリエントＥＩＣＴ研究推進部門 レジリエントＥＩＣＴ

松木 英敏  

Hidetoshi Matsuki

放射光による原子スケールの構造測定

 
 
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概要

主に放射光の回折を用いて、高い精度で構造観測を行います。エピタキシャル薄膜や固液界面など，計測技術が確立していない測定対象を見るのが特徴です。

従来技術との比較

大強度の放射光と，情報科学を併用することで，標準的なX線構造解析の手法が適用できない物質の構造を明らかにします。

特徴・独自性
  • 周期性が完全でない物・表面や界面の構造解析を行う。
  • 有機半導体の表面構造緩和
  • 酸化物の界面構造
  • ある程度平滑な表面（AFMで見える程度，ステップ表面）があれば、その表面近傍の構造を非破壊・非接触で0.01nmの精度で決める事が可能
実用化イメージ

固液界面でのプロセスの進行過程を見るような応用が考えられます。 図1:測定セットアップ，図2：20ms露光でのX線反射率測定による固液界面構造観測例

研究者

大学院理学研究科 物理学専攻 電子物理学講座（微視的構造物性分野）

若林 裕助  

Yusuke Wakabayashi

new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

〈非線形解析〉

〈非線形振動〉

熱音響現象の理解と応用

 
 
 
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特徴・独自性
  • 温度境界層程度の狭い流路を伝搬する気柱音波は、音響パワーの自発的な生成や増幅、また低温生成などの多様な熱的現象を引き起こします。これら熱音響現象を実験的に理解し、固体ピストンなどの可動部品のない熱機関へ応用することに取り組んでいます。
実用化イメージ

音波エンジンは外燃機関ですから、産業排熱や太陽光エネルギーを熱源として利用可能です。
音波クーラーはフロンを使用しない冷却技術です。

研究者

大学院工学研究科 機械機能創成専攻 エネルギー学講座（熱制御工学分野）

琵琶 哲志  

Tetsushi Biwa

〈ビタミン〉

男性の更年期障害を改善する食品成分

 
 
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特徴・独自性
  • 近年、加齢や過度のストレスによる加齢男性性腺機能低下（LOH）症候群が注目されています。LOH 症候群は男性ホルモンの合成量が減少することで発症し、筋肉機能、性機能の低下だけでなく鬱などの精神的症状も招きます。
  • 食品成分による男性ホルモン増強作用をスクリーニングする系を精巣由来細胞を用いて確立し、ビタミン、サプリメント、食経験のある植物抽出物などが増強活性を持つことを明らかにしました。
実用化イメージ

上記の成分や新たに選抜した成分を高含有する食品にLOH症候群の予防・改善効果が期待され、「中高年にやる気を与える食品」の開発に繋げられれます。

研究者

大学院農学研究科 農芸化学専攻 食品天然物化学講座（栄養学分野）

白川 仁  

SHIRAKAWA Hitoshi

〈ビッグデータサイエンス〉

生態学

特徴・独自性
  • 生態系の複雑性（多次元性や非線形性）を考慮した生態学を推進している。食物網、多種共存や生態系機能に関する理論研究のほか、特に最近は環境DNAや音響観測といった手法に基づく生態系観測や大規模観測データに基づいた実証研究、生態系の動態予測・制御の問題に興味がある。
実用化イメージ

研究者

大学院生命科学研究科 生態発生適応科学専攻 生態ダイナミクス講座（統合生態分野）

近藤 倫生  

Michio Kondo

〈非接触電力伝送〉

非接触エネルギー伝送を用いた産業機器・医療機器の開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 独自技術を用いた非接触電力伝送システムを中心に数ワットから数十キロワットクラスの幅広い開発を行っている。産業機器ではモバイル機器を始めEV や工場内搬送装置に至る幅広い対応が可能である。医療機器では人工心臓への電力伝送や、主に四肢不自由者の運動機能再建を目指す機能的電気刺激装置（FES）の開発、がん治療として体内の温度計測を必要としない小型埋込素子を用いたハイパーサーミアの開発を行っている。
実用化イメージ

産業・医療用途共に、独自の信号伝送システムも併せて開発を行い実用化している。

研究者

災害科学国際研究所 レジリエントＥＩＣＴ研究推進部門 レジリエントＥＩＣＴ

松木 英敏  

Hidetoshi Matsuki

〈Bitcoin2.0〉

ブロックチェーンを活用した安全なクラウド・ストレージ技術および個人データ取引のための実用的スマートコントラクト技術の開発

 
 
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特徴・独自性
  • 不特定多数のユーザ端末が供出する空きストレージとブロックチェーンを活用して、高度な安全性を実現するP2P型ストレージの構築技術を開発しています。構築ストレージは、中央管理サーバの問題に起因する保存データの大規模情報漏洩リスクも回避可能です。また、暗号通貨を報酬と利用料に使用し、全ユーザの公平なストレージ利用も実現します。さらに、実用的なデータ商取引を可能にするスマートコントラクト技術も開発しています。
実用化イメージ

ブロックチェーン技術を活用したスマートコントラクトやフィンテックなどのBitcoin2.0 型アプリケーション、モノインターネット（IoT）、医療情報データベース関連などの開発を行う企業との共同研究を希望します。

研究者

データ駆動科学・ＡＩ教育研究センター データ基盤・セキュリティ教育研究部門

酒井 正夫  

Masao Sakai

〈ビデオストリーム〉

インターネットビデオが持つ指紋のような固有パターン

 
 
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特徴・独自性
  • 最新の研究により、インターネット上を流れるビデオストリームには、各ビデオ固有の特徴が存在することが明らかになってきました。シーン変化の多少といったビデオ映像そのものの特徴や、エンコード方式の違い等により、リアルタイムビデオ配信ではネットワークを流れるデータ列に各ビデオ固有のパターンが現れます。ネットワークの中間点においてデータの中身を見ることなくビデオを特定できる技術として注目を集めています。
実用化イメージ

ビデオを視聴しているユーザのプライバシー等を侵害することなく、違法ユーザによる有料ビデオの横流しや秘密TV 会議映像の企業外への流出の防止、あるいはビデオコンテンツの流通調査などでの利用が期待できます。

研究者

大学院情報科学研究科 応用情報科学専攻 応用情報技術論講座（情報通信技術論分野）

加藤 寧  

Nei Kato

〈非鉄製錬〉

溶融塩を用いた高温素材プロセッシング

 
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特徴・独自性
  • 室温で固体のイオン結晶を加熱し、高温で溶融した液体を「溶融塩」と呼ぶ。金属アルミニウムは溶融塩中での電気分解で製造されており、産業界では大量に使用されている。その溶融塩を反応媒体として利用し、レアアース、チタン、シリコン、リチウム等、化学的に活性なレアメタルの製錬、リサイクル、表面改質法を研究している。日本でも実施可能な高付加価値製品の製造技術として、溶融塩技術を変貌させることを目指す。
実用化イメージ

業界としては、非鉄金属製錬、リサイクル、表面処理に従事する業界。用途としては、活性金属（合金）製造、廃棄物処理、耐酸化性コーティング等。

研究者

大学院工学研究科 金属フロンティア工学専攻 先端マテリアル物理化学講座（材料物理化学分野）

竹田 修  

Osamu Takeda

〈非同期式〉

電流モード多値技術に基づく高速・低電力非同期データ転送方式に関する研究

 
 
 
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特徴・独自性
  • 局所的に逐次動作をするその特性から高速・低消費電力・高環境適応・低ノイズなど様々なメリットがある、従来のクロックを使用しない非同期式制御によるVLSIシステムを提案しています。要求応答に基づくハンドシェーク通信のオーバヘッドを、多値符号化により配線数削減および通信プロトコルの根本的改善を行い、さらに電流信号表現による高駆動転送によるチップ内・チップ間ネットワークの高速化を実現しています。
実用化イメージ

本成果は、高速・低電力な大規模VLSI システムの実現において有用であり、これに関連するメニーコア、マルチモジュールNoC 分野において有意義な共同研究ができるものと考える。

研究者

電気通信研究所 計算システム基盤研究部門 新概念ＶＬＳＩシステム研究室

羽生 貴弘  

Takahiro Hanyu

〈非破壊〉

放射光による原子スケールの構造測定

 
 
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概要

主に放射光の回折を用いて、高い精度で構造観測を行います。エピタキシャル薄膜や固液界面など，計測技術が確立していない測定対象を見るのが特徴です。

従来技術との比較

大強度の放射光と，情報科学を併用することで，標準的なX線構造解析の手法が適用できない物質の構造を明らかにします。

特徴・独自性
  • 周期性が完全でない物・表面や界面の構造解析を行う。
  • 有機半導体の表面構造緩和
  • 酸化物の界面構造
  • ある程度平滑な表面（AFMで見える程度，ステップ表面）があれば、その表面近傍の構造を非破壊・非接触で0.01nmの精度で決める事が可能
実用化イメージ

固液界面でのプロセスの進行過程を見るような応用が考えられます。 図1:測定セットアップ，図2：20ms露光でのX線反射率測定による固液界面構造観測例

研究者

大学院理学研究科 物理学専攻 電子物理学講座（微視的構造物性分野）

若林 裕助  

Yusuke Wakabayashi

東北大学　研究シーズ集

研究分野

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