東北大学 研究シーズ集

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イメージング

X線位相イメージングによる高感度非破壊検査装置の開発

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特徴・独自性
通常のX線透視撮影は軽元素からなる高分子材料などの低密度材料に対して明瞭なコントラストを生成しない。しかし、X線が物質を透過するとき、わずかに屈折により曲げられることを検出・画像化することで、そのような物質に対する感度が大幅に改善される。X線透過格子を用いるX線Talbot干渉計あるいはX線Talbot-Lau干渉計によりこれが実験室で実施できるようになった。高感度三次元観察を可能とするX線位相CTも実現している。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
工業製品検査や保安目的のX線非破壊検査を、従来法では適応が難しかった対象に拡張できる。X線マイクロCT装置への位相コントラストモード付加、生産ラインでのX線検査装置の高度化などが開発目標となる。

多元物質科学研究所
百生 敦 教授 工学博士
MOMOSE, Atsushi Professor

培養筋細胞を運動させる

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特徴・独自性
培養ディッシュ上で活発に収縮活動する培養筋細胞系を作製しました。既存の培養系で得られる培養筋細胞は、収縮能力が全く未熟であるため、代謝能力も貧弱で、マイオカイン分泌もありませんでした。「運動できる培養筋細胞」を利用することによって、これまで動物実験に依存していた骨格筋の研究を培養細胞系へと移行させることが可能になります。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
筋肉細胞とその運動効果を治療標的とした新たな薬剤の探索が飛躍的に加速されるものと期待されます(2型糖尿病治療・筋萎縮予防・運動効果の増強・筋の健康維持を促す薬剤のスクリーニングなど)。

医工学研究科
神崎 展 准教授 博士(医学)
KANZAKI, Makoto Associate Professor

医用イメージング

高周波数超音波および光音響イメージングによる生体組織微細構造の可視化

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特徴・独自性
高周波数超音波を用いることで、空間分解能が高く非侵襲的な生体組織イメージングが可能です。私たちが開発した超音波顕微鏡は、周波数100MHzで光学顕微鏡40~100倍相当、GHz領域の超音波により細胞1個も観察可能な高解像度を実現しており、組織の形態だけではなく弾性計測も可能です。また、最近では組織にレーザー光を照射した際に発生する超音波の検出を原理とするリアルタイム三次元光音響イメージングシステムを開発し、皮下の毛細血管網や酸素飽和度が可視化できるようになりました。
産学連携の可能性(想定される用途・業界)
高周波数超音波および光音響イメージングは非侵襲的に繰り返し計測できるので、動脈硬化の超早期診断、皮膚のエイジング、組織の代謝状態の評価など化粧品・医薬品の効果判定に応用できます。高周波数超音波は、生体組織だけではなく、光学的手法では困難とされる不透明な薄膜や二重の透明コーティングなどを、0.1ミクロンの精度の計測が必要な産業分野へも応用可能です。

医工学研究科 医用イメージング研究分野
西條 芳文 教授 博士(医学)
SAIJO, Yoshifumi Professor

医用ロボット

磁気応用技術と磁性材料

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特徴・独自性
磁気工学を基礎とした材料開発ならびに応用技術を研究している。特に磁気の特徴であるワイヤレスを生かした新しいセンサやアクチュエータの開発を、最適な特性を有する材料の開発も含めて行っている。これまでにカプセル内視鏡の駆動技術や内視鏡手術支援用アクチュエータ、補助人工心臓用ワイヤレス駆動ポンプなど医用応用技術や、磁界センサやひずみセンサなど世界最高レベルの感度のセンシング技術、バッテリーレスワイヤレスの温度計測技術、位置検出(モーションキャプチャ)技術などの開発を行ってきた。また材料単独では、損失が極めて低い電磁鋼板の実現や、電気化学的手法を用いてナノスケールで構造を制御した磁性材料(陽極酸化磁性被膜材料)の開発等を行ってきている。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
上記項目に興味のある企業・団体に対する技術指導・共同研究は随時受け付けている。加えて、磁気に関連する技術に関する広く一般的な技術指導の実績も数多く行っている。

電気通信研究所
石山 和志 教授 博士(工学)
ISHIYAMA, Kazushi Professor

イリジウム合金

析出強化型Co基超耐熱合金

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これまで、Co基合金は高温材料として利用できる金属間化合物γ’相が存在しないため、高温強度がNi基合金に比べて低い問題がありました。我々は、新しい金属間化合物相Co3(Al,W) γ’相を発見し、γ/γ’型Co-Al-W基鋳造及び鍛造合金で優れた高温強度が得られています。1100℃以上の超高温用としてはIr-Al-W合金があります。また、Co基合金は耐摩耗性に優れる特徴を有しています。例えば、摩擦攪拌接合(FSW)ツールとして優れた特性を示し、従来、FSWが困難であった鉄鋼材料やチタン合金などの接合に対しても高いパフォーマンスを確認しています。各種、高温部材、耐摩耗部材、FSWへの適用に向けた共同研究を希望します。

工学研究科 金属フロンティア工学専攻
大森 俊洋 准教授 工学博士
OMORI, Toshihiro Associate Professor

医療

IVRによる高血圧根治術-副腎静脈サンプリング技術を応用した原発性アルドステロン症の低侵襲治療-

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特徴・独自性
リジッドタイプのRFディバイス(プロサージアプリケーター)を含むラジオ波焼灼システム(バイポーラRFAシステムCelonPOWER)により、2極針を用いての300~500kHzの高周波電流、40W程度の電力で副腎腺腫組織の焼灼を可能とする機器の開発及び治験を行う。

これにより、高血圧の10%を占め、我が国に400万人の患者が潜在するとされる頻度の高い副腎性二次性高血圧である原発性アルドステロン症の低侵襲治療完成を目指す。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
高血圧の原因となるアルドステロン産生腺腫焼灼ディバイスとして、医療機器・カテーテル関連企業との焼灼針の共同開発を行う。また、画像診断にて検出困難な機能性微小腺腫焼灼用ワイヤー型焼灼ディバイスとアルドステロン迅速アッセイ法の共同開発を目指す。

医学系研究科
高瀬 圭 教授 医学博士
TAKASE, Kei Professor

高齢社会の経済分析

特徴・独自性
少子・高齢社会の問題や男女共同参画、医療や介護などの社会保障の問題などについて、従来の歴史的、制度的観点に重きを置いた分析とは異なり、経済学や市場均衡の理論と統計資料を使って分析し、解決策を政策提言します。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
少子高齢化に伴う財政、市場の将来予測、医療、福祉の効率的運営や男女共同参画社会の経済学的分析など、行政やシンクタンクとの連携、また高齢者向け福祉器具や将来世代向けイノベーション機器の開発。

経済学研究科
吉田 浩 教授 修士(経済学)
YOSHIDA, Hiroshi Professor

医療画像装置

新規機能性結晶、シンチレータ、圧電単結晶の開発とデバイス化

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特徴・独自性
放射線や光、熱、圧力等の外部からのエネルギーと結晶との相互作用に興味を持ち、①化学と物理の両面からの材料設計、②合成プロセスの開発、③相互作用の評価と理解、の3つの切り口から先駆的な機能性結晶の研究を進めています。研究室内で異分野融合を行っており、要素技術の上流から下流までを垂直統合する体制で取り組んでいます。優れた特性を持つ結晶に関しては、そのデバイス化、実機搭載にも主体的に関わる点も特徴です。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
シンチレータは、核医学、セキュリティ、核融合、資源探査、宇宙物理等、に用いる放射線検出器に応用されます。高発光量、高速応答、長波長発光、高エネルギー分解能、高温域での安定性など、ユーザーのニーズに合わせた材料設計が可能です。また、ランガサイト型圧電結晶は室温近傍の温度特性と低インピーダンスである特性を利用して、振動子、発振器、音叉等への応用も考えられております。また、高温域での特性に注目し、特に、自動車の燃焼圧センサー等への応用も検討されております。

金属材料研究所 先端結晶工学研究部
吉川 彰 教授 
YOSHIKAWA, Akira Professor

医療機器開発

最大限の病変摘出と機能温存を両立させるパルスジェットを用いた手術法の開発

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外科手術では転帰改善のため最大限の病変摘出と細血管、神経の温存により術後の機能障害を起こさないことの両立、同時に医療技術の高度化と標準化への要求が高まっている。パルスジェットメスはそうした時代要請に応える新しい手術機器で、既に単独施設の難度の高いトルコ鞍・頭蓋底腫瘍で既存の手術法に比較して有意な腫瘍摘出率の増加、術中出血量の減少、手術時間の短縮効果を報告した。本技術は内視鏡、カテーテル、顕微鏡を含めた低侵襲治療に対応可能な高速の微量流体をパルス状に発生させるもので、1990年代に流体科学研究所・高山研究室で衝撃波の臓器損傷で得られた知見を応用、発展させたものである。現在、効果と利便性、他機器との差別化、操作の快適性、安全性、市場戦略(価格や適応疾患の拡大)に関して多角的な検討を行っている。また、パルスジェットメスが工学的知識を持たない一般ユーザーが安全、快適に使用できる仕様に最適化することも今後の課題であり、企業を含めた共同研究を希望する。

医学系研究科
冨永 悌二 教授 医学博士
TOMINAGA, Teiji Professor

医療用加速器

放射性廃棄物にならない原子力・高エネルギー加速器施設用材料

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特徴・独自性
原子炉や加速器の周辺の構造物は、運転中に発生する中性子の照射を受けて核変換がおこり、放射性物質となってしまいます。この放射化は材料中の特定の元素の含有量で決まります。我々は2000種類以上におよぶ建設材料の原材料中のこれらの元素の含有量を測定し、データベース化し(図1)、実際に放射化しにくいコンクリートや鉄筋を作成しました(図2、図3)。これにより施設の建設時から素材を厳選することで、施設を廃棄する際に排出される放射性廃棄物を大幅に低減することが可能となりました。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
原子炉周辺の構造物や医療用加速器および高エネルギー加速器周辺の遮蔽体に利用できます。原子力施設の周辺機器、構造体製造、建設業界などに活用が期待されます。

工学研究科 量子エネルギー工学専攻
長谷川 晃 教授 工学博士
HASEGAWA, Akira Professor

医療用ナノ粒子

麹菌を用いた生分解性プラスチックの分解リサイクル

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特徴・独自性
カビの一種で醸造・醗酵に用いられる麹菌Aspergillus oryzaeの固体表面への生育能と、大規模な麹菌工業培養設備(100万トン/年)に着目し、麹菌による生分解性プラスチック(生プラ)の高速・高効率分解と、原料モノマー回収が可能なリサイクル技術の開発を行っている。
我々は、麹菌が生プラ固体表面に生育する際に界面活性蛋白質群を大量分泌し、界面蛋白質群が固体表面に吸着した後に生プラ分解酵素を特異的に吸着し固体表面に分解酵素を濃縮することで分解を促進する新規分解促進機構を見出した。また麹菌の産生する界面活性蛋白質は、免疫応答しないことから、医療用ナノ粒子の被覆材として利用可能である。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
大型発酵設備に適用した工業技術の開発、及び界面活性蛋白質群・酵素等の化成品(医療用ナノ粒子素材等)への応用開発を展開している。

農学研究科/未来科学技術共同研究センター
阿部 敬悦 教授 農学博士
ABE, Keietsu Professor

印刷工程

フレキシブル液晶ディスプレイの先進技術

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特徴・独自性
ガラス基板をプラスチックフィルム基板で置き換えたフレキシブル液晶ディスプレイは、 曲がる・薄い・軽い・割れないなどの特質により、ディスプレイの収納性・携帯性を飛躍的に高め、新たな視聴形態やヒューマンインターフェースを創出します。そこで誰もが豊かな情報サービスを享受できるように、液晶や高分子などの機能性有機材料を用いて大画面・高画質のフレキシブルディスプレイを実現するための基盤研究に取り組んでいます。

産学連携の可能性
これらの研究を進展させて、実用的なフレキシブルディスプレイと応用技術を開発するため、産業界との共同研究を希望します。

工学研究科 電子工学専攻
藤掛 英夫 教授 博士(工学)
FUJIKAKE, Hideo Professor

インストラクショナルデザイン

対話型教授システムIMPRESSIONによる次世代教育環境

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特徴・独自性
IMPRESSIONは、対面教育、遠隔教育の双方において各種マルチメディア教材を活用した対話型インストラクションのための教授システムです。このIMPRESSIONでは、講師と学習者との対話に着目した成長型教授設計プロセスモデルであるダブルループモデルに基づき、実際の学習者に応じたインストラクションの設計、実施、評価、改善を可能とし、これにより、効果的で魅力的な教育を実現します。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
一般的な学校教育現場における高度なメディア活用教育のほか、遠隔地の社員を対象とした研修等、各種教育の実施環境、および、そのためのデザインツールとして活用することができます。

教育情報基盤センター
三石 大 准教授 博士(情報科学)
MITSUISHI, Takashi Associate Professor

インスリン

糖尿病治療にむけた臓器間神経ネットワーク調節デバイスの開発

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糖尿病患者は種々の合併症を惹き起こし、失明や血液透析などの主要な原因となっているなど、社会的に大きな問題となっている。1型のみならず2型の糖尿病でも膵β細胞の数が減少していることが示され、膵β細胞を体内で再生させることができれば、有望な糖尿病治療となる。再生治療といえば、iPSなどの未分化細胞を試験管内で増殖・分化させ移植する研究が行われることが多いが、克服すべき問題も多い。
我々は、膵β細胞を増加させる肝臓からの神経ネットワークを発見し、膵β細胞を選択的に増殖させることに成功(図)し、モデル動物での糖尿病治療に成功した(Science 2008)。これらの神経ネットワークを人為的に制御することにより、患者体内で、あるべき場所において患者自身の細胞を増やして糖尿病の治療につなげるデバイスの開発を目指す。

医学系研究科 代謝疾患医学コアセンター
片桐 秀樹 教授 医学博士
KATAGIRI, Hideki Professor

インタフェース

脳機能イメージング技術のインタフェース評価への応用

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特徴・独自性
使いやすい製品やインタフェースを作るためにはユーザである人間を含めた評価が重要であるが、人間の多様性、そして優れた適応性のためにシステム側の評価を独立して行うことは困難である。本研究では、最先端の脳機能イメージング技術を利用することによりインタフェースの評価を行う研究を行っている。MRIやNIRS等の最先端の計測装置を利用して脳活動を計測することにより、インタフェースに対峙している人間の認知活動を直接観察することができる。それにより間接的な指標では推定の難しい認知的な負荷を直接評価することが可能となる。特に川島研究室と共同で開発した超小型NRIS装置は、20名までの脳活動をリアルタイムで同時に計測できる世界で唯一の装置であり、この装置を利用して複数人の脳活動に基づく共感の計測の可能性を検討している。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
これまで主観的な評価に頼ってきたユーザビリティ評価に代わって客観的な評価を行う可能性を有しており、人間を対象にした評価を必要とする企業に対して学術指導を行う用意がある。

工学研究科 量子エネルギー工学専攻
高橋 信 教授 工学博士
TAKAHASHI, Makoto Professor

インタラクション

未来の生活を豊かにするインタラクティブコンテンツ

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特徴・独自性
(1)人と空間とコンテンツに関する研究
さまざまな形のコンテンツ、それを見たり使ったりする人々、そしてこれらを取り巻く空間を含めて考え、これらの間のさまざまな関係に注目して、人々の作業を効率的にしたりコミュニケーションを円滑にしたりするインタラクションの手法を提案しています。また、これらが人々に及ぼす影響の調査・実験等に関する研究も進めています。
(2) ディスプレイと3次元インタラクション
さまざまな情報コンテンツを的確に表示するディスプレイ装置と、これらをうまく活用してコンテンツを直感的に利用するための新しい3次元インタラクション技術の研究を進めています。また、これまで計測が困難であった複雑な手作業中の手指の詳細な運動を計測する新しい3次元モーションセンサに関する研究も進めています。
(3) コンテンツのインタラクティブで柔軟な表示
創発の考え方によるアルゴリズムを利用して、様々なコンテンツを状況に応じて動的に、そしてインタラクティブに表示する新しい手法を提案しています。さらに、その特徴を活かした応用に関する共同研究を、多方面の方々と進めています。
(4) インタラクションデザインと評価
大画面、タッチパネル、マウスなどのさまざまな環境で効率的にコンテンツを扱うことができるように、オブジェクト選択などの基本インタラクションについて、運動学や実世界のメタファを導入して新しい手法をデザイン・評価する研究を進めています
(5) 災害復興エンタテインメントコンピューティング
情報通信の技術を用いてエンタテインメントの魅力をさらに高め、可能性を広げようとするエンタテインメントコンピューティングの研究を通して、被災地の創造的復興と、将来の災害にも対処できるように、いろいろな知見を蓄えることを目標に進めている研究です。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
いずれの研究テーマでも、我々の技術や知見を世の中の多くの方々に使っていただき、生活を便利にしたり、快適にしたりすることができたらと考えています。そのために、いろいろな分野の方と一緒に連携させていただきたいと思います。

電気通信研究所
北村 喜文 教授 工学博士
KITAMURA, Yoshifumi Professor

インデューサ

液体ロケットエンジン・ターボポンプに発生するキャビテーションの諸問題

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 「キャビテーション現象」は、高速流体機械などの低圧部において液相が気相へと相転移する現象であり、その非定常性や壊食性が流体機械の振動・騒音、性能低下や損傷などの原因となることで知られている。
 国産液体ロケットであるH-IIA、IIBに搭載されている液体酸素・液体水素ターボポンプは、高馬力かつ小型軽量化がなされており、その入口部のインデューサと呼ばれる軸流ポンプではキャビテーションは不可避的に発生する。インデューサに発生するキャビテーションは、推進剤の脈動や回転非同期の軸振動の原因となる「キャビテーション不安定現象」を引き起こす場合があり、問題となる。
 これまで、独自に開発した気液二相媒体モデルを用いた数値解析手法により、単独翼に発生する非定常キャビテーション特性、翼列に発生するキャビテーションの破断特性、三枚周期翼列に発生するキャビテーション不安定現象の解明、インデューサに発生する翼端渦キャビテーション、スリット翼列によるキャビテーション不安定現象の抑制、などに関して数値的研究を行っている。また、液体ロケットの推進剤である液体酸素および水素では「熱力学的効果」が発生する。熱力学的効果とは、液相が気相へと相転移する際に奪われる気化熱により、液温が低下し、気化が起こりにくくなる効果である。これはキャビテーションの成長を抑制する方向に働く好ましい効果であると考えられているが、キャビテーション不安定現象に及ぼす影響については未解明の点も多い。よって現在、本解析手法を極低温流体へと拡張し、熱力学的効果がキャビテーション不安定現象に及ぼす影響の解明を行っている。
 今後、この極低温キャビテーションの数値解析手法を、LNG配管系で生じる気化現象の予測や高効率配管系の設計へと展開していきたいと考えている。その他、本研究は原子力発電プラント保全技術、海洋・沿岸安全技術、水質保全、医療分野への応用が可能である。
 この数値解析手法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
伊賀 由佳 教授 工学博士
IGA, Yuka Professor

インテリジェントモビリティ

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

インド

経済発展下の現代インドの文化、社会、産業、民族性などについての動態的研究

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特徴・独自性
南インドの文化、社会、言語、宗教などの動態について、現地調査を駆使して研究を行ってきた。併せて、世界に拡がるインド系移民の動向や人的ネットワークについて、華人の動きとも対照しながら研究している。産業界(製造業、医療産業、情報メディア産業、娯楽産業、通信インフラなど)の最新事情にも精通している。専門の論考のほか、一般向けの出版物も数多く著し、好評を得て版を重ねている。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
インドへの進出や取引を模索する企業に、最新の成果を踏まえた現地事情について、詳細な情報を供与するとともに、10年余の滞印経験と産学官の幅広い人脈とを駆使した適応支援を行う用意がある。

国際文化研究科
山下 博司 教授 Ph.D.
YAMASHITA, Hiroshi Professor

インパクト