東北大学　研究シーズ集

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〈dot-blot SNP分析〉

簡便・低コスト・高感度な一塩基多型（SNP）分析法による品種判別、種同定、突然変異選抜

 
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特徴・独自性
  • 独自に開発したdot-blot-SNP 分析法や、磁気ビーズ法により、遺伝子の一塩基の変異を多数の植物個体について低コストで分析できる。分析技術の熟練が必要ではあるが、一度に数千個体の遺伝子型分析を低コストで行うことを可能とする。
実用化イメージ

作物育種の現場でのDNA分析による遺伝子型判定や突然変異体の選抜、さらに、種子の純度検定、品種の同定、異品種混入の同定等に利用することが出来る。

研究者

大学院農学研究科 生物生産科学専攻 植物生命科学講座（植物遺伝育種学分野）

北柴 大泰  

Hiroyasu Kitashiba

〈トポロジカル材料〉

newカルコゲナイド系材料のエレクトロニクス応用

概要

現代社会が情報化社会と呼ばれて久しいですが、昨今大量のデータ処理や演算の需要が高まり、消費電力も指数関数的に増加しています。これまではSiが半導体デバイスの中心でしたが、これ以上の高性能化や低消費電力化には限界が見え始めつつあります。そこで、カルコゲナイドと呼ばれる周期表の第16族元素を含んだ全く新しい材料によって、既存のSi半導体を凌駕する電子デバイスの実現を目指して研究を行なっています。

従来技術との比較

カルコゲナイド材料薄膜は、量産化とも相性の良いスパッタリング法にて作製しています。これにより、材料の基礎研究と実用化との障壁を大きく下げることができます。また、従来全く検討されてこなかった材料の組み合わせや、自然界には存在しない準安定な薄膜材料の創製など、これまでにない手法での材料技術の高度化を目指しています。さらに、放射光実験や第一原理計算も取り込みながら、材料の理解も同時に進めています。

特徴・独自性
  • 新規カルコゲナイド材料による電子デバイスの高機能・低消費電力化
  • 実用化を見据えた新規電子材料設計・開発
  • 放射光や理論計算による電子状態の解明
実用化イメージ

半導体は、デバイスメーカーだけでなく、半導体製造装置メーカー、半導体素材・材料メーカーと非常に裾野の広い産業です。サプライチェーンの安定化が望まれる中、日本発の新材料技術として社会実装を目指します。

研究者

グリーンクロステック研究センター

齊藤 雄太  

SAITO Yuta

〈トモグラフィ〉

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。
実用化イメージ

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。

研究者

多元物質科学研究所 計測研究部門 量子ビーム計測研究分野

百生 敦  

Atsushi Momose

〈ドライ〉

非水浸超音波可視化手法

 
 
 
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特徴・独自性
  • 水と被検査物との間に固体薄膜を挿入し、薄膜と被検査物との界面に負圧力を付与した状態で高周波数超音波を伝達する独自のドライ超音波法を開発しています。当該原理に基づき試作したドライ超音波顕微鏡により、これまで実現されていなかった水非接触下における電子デバイス内部の高分解能可視化に成功しています（図１）。さらに音響整合層として機能する高分子薄膜を挿入することで、従来水没時よりも高画質な内部画像を得ることも可能にしました（図２）。また、超音波が薄膜を通過する際に生じる音響共鳴現象を利用して、高分子フィルムの音響物性値を測定（図３）するなど、薄物材料の高精度な非破壊評価が可能です。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します。
実用化イメージ

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（材料システム評価学分野）

燈明　泰成  

TOHMYOH Hironori

〈トライボロジー〉

すべり転倒の工学解析に基づく転倒抑制フットウェアの開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 歩行動作解析ならびに靴底/床面間のトライボロジー解析に基づいて、すべりなどの外乱による転倒防止のための歩行方法を提案している。さらに、油の上でも超耐滑性に優れているゴム靴底パターンや、防滑性の高い歩道用コンクリート平板、靴/ 床の摩擦係数測定システムを地域企業とともに開発し、実用化に成功している。
実用化イメージ

労働現場における転倒事故や高齢者の転倒事故を防止するための製品開発など。

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（ソフトメカニクス分野）

山口 健  

Takeshi Yamaguchi

摩擦と摩耗の制御に立脚した高機能機械システムの創成

 
 
 
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特徴・独自性
  • トライボロジー（摩擦と摩耗の制御）は、機械に対する普遍的要求である「高機能、高効率、高信頼性」の鍵を握る科学技術です。当研究室では、摩擦と摩耗制御の鍵として「なじみ」に着目し、摩擦により誘起される接触面での現象の体系的理解を基礎研究の柱に、さらに摩擦により高機能界面を継続的に自己形成させる技術を摩擦・摩耗制御技術と位置づけ、そのための材料・表面テクスチャの創成技術開発、表面エネルギー・摩擦化学反応の制御技術開発を行っています。
実用化イメージ

トライボロジーは、多面的な知識の融合が必要となる学際科学であり、モノづくりのための基盤技術です。様々な分野の技術者、研究者の皆様との深い連携は、摩擦と摩耗の制御に基づく高機能、高効率、高信頼性を有するモノづくりに不可欠です。産学連携の研究開発を希望する所以です。

研究者

大学院工学研究科 機械機能創成専攻 機能システム学講座（ナノ界面制御工学分野）

足立 幸志  

Koshi Adachi

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

〈ドラッグデリバリーシステム〉

画像誘導下局所脳内薬剤輸送システムの開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 対流強化輸送法は脳内に留置した細径のカテーテル先端から血液脳関門を回避して任意の部位に薬剤を拡散させる局所投薬技術である。本研究組織は、MRI モニタリング下に薬剤投与を行う技術を世界に先駆けて開発し、世界で初めて臨床例において脳幹病変への局所投与に成功した。悪性脳腫瘍で臨床試験を行っており、将来的には中枢神経系で責任病巣が明らかな疾患全般に対して、新たなソリューションを提供することが期待される。
実用化イメージ

中枢神経系で責任病巣が明らかな疾患全般が対象。薬剤デリバリーのための構成要素（微量ポンプ、ニードル、細径チューブ）、中枢神経系治療薬となり得る薬剤開発、薬剤動態・分布の理論解析に関する技術を持つ企業。

研究者

冨永 悌二  

Teiji Tominaga

〈トラヒック観測〉

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

〈トランジスタ〉

テラヘルツ帯新材料・新原理半導体デバイスの創出とそのICT応用

 
 
 
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特徴・独自性
  • 光波と電波の融合域：テラヘルツ波帯での室温動作が可能な集積型電子デバイスおよび回路システムの創出に関する以下の研究開発を行っています。
  • 1. 半導体二次元プラズモン共鳴を利用した集積型テラヘルツ機能デバイス・回路の開発
  • 2. 新原理グラフェン・テラヘルツレーザートランジスタの開発
  • 3. グラフェンプラズモンを利用した室温テラヘルツ増幅・検出素子とそれらのBeyond 5G高速テラヘルツ無線通信応用
実用化イメージ

これら世界最先端の超ブロードバンドデバイス・回路技術は、次世代 6G, 7G 超高速無線通信や安心・安全のための新たなイメージング・分光計測システムのキーデバイスとして期待されています。

研究者

電気通信研究所 情報通信基盤研究部門 超ブロードバンド信号処理研究室

尾辻 泰一  

Taiichi Otsuji

newカルコゲナイド系材料のエレクトロニクス応用

概要

現代社会が情報化社会と呼ばれて久しいですが、昨今大量のデータ処理や演算の需要が高まり、消費電力も指数関数的に増加しています。これまではSiが半導体デバイスの中心でしたが、これ以上の高性能化や低消費電力化には限界が見え始めつつあります。そこで、カルコゲナイドと呼ばれる周期表の第16族元素を含んだ全く新しい材料によって、既存のSi半導体を凌駕する電子デバイスの実現を目指して研究を行なっています。

従来技術との比較

カルコゲナイド材料薄膜は、量産化とも相性の良いスパッタリング法にて作製しています。これにより、材料の基礎研究と実用化との障壁を大きく下げることができます。また、従来全く検討されてこなかった材料の組み合わせや、自然界には存在しない準安定な薄膜材料の創製など、これまでにない手法での材料技術の高度化を目指しています。さらに、放射光実験や第一原理計算も取り込みながら、材料の理解も同時に進めています。

特徴・独自性
  • 新規カルコゲナイド材料による電子デバイスの高機能・低消費電力化
  • 実用化を見据えた新規電子材料設計・開発
  • 放射光や理論計算による電子状態の解明
実用化イメージ

半導体は、デバイスメーカーだけでなく、半導体製造装置メーカー、半導体素材・材料メーカーと非常に裾野の広い産業です。サプライチェーンの安定化が望まれる中、日本発の新材料技術として社会実装を目指します。

研究者

グリーンクロステック研究センター

齊藤 雄太  

SAITO Yuta

〈トランスレーショナルリサーチ〉

異分野融合による糖尿病への低侵襲細胞療法の確立

 
 
 
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特徴・独自性
  • 膵島移植は、重症糖尿病に対する理想的な低侵襲細胞治療法である。本プロジェクトにおいては膵島移植を雛形とし、分野および産学の枠を超えた先端技術の組織横断的融合を試みる事により、東北大学にトランスレーショナルリサーチの成功例として細胞工学治療の拠点を形成することを目的としている。本プロジェクトによる技術革新が、細胞療法を機軸とする新しい医療産業の活性化に大きく貢献するものと確信している。
実用化イメージ

新規細胞分離用酵素剤の開発をはじめ、いくつかのシーズは既に国内大手企業と効果的な産学連携体制が構築されているが、細胞埋め込み型デバイスや医療用動物の作製に関して連携できる企業を模索中である。

研究者

大学院医学系研究科 創生応用医学研究センター 移植再生医学分野

後藤 昌史  

Masafumi Goto

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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特徴・独自性
  • 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。
実用化イメージ

研究者

冨永 悌二  

Teiji Tominaga

〈ドローン〉

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
  • 様々コンテンツ、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。
  • 例: 非言語情報通信、3 次元モーションセンシング、コンテンツのインタラクティブで柔軟な表示、ドローンの利活用技術、クロスモーダルインタフェース、バーチャルリアリティ
実用化イメージ

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につながれば嬉しいです。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。

研究者

電気通信研究所 人間・生体情報システム研究部門 インタラクティブコンテンツ研究室

北村 喜文  

Yoshifumi Kitamura

脳型計算機ハードウェアの開発と視覚情報処理への応用

 
 
 
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特徴・独自性
  • 生体の優れた視覚機能を模擬した視覚情報処理システムの実現に向けて、運動視に基づく空間認識の神経回路網モデルの構築とその集積回路化について研究している。このモデルでは、対象物の移動方向と速度を知らなくても、到達時間・平面方位・最短距離を検出できる。このモデルを実時間で実行するために試作した集積回路は電力効率に優れ、従来の計算機の100 分の1 以下の消費電力で動作する。
実用化イメージ

近年、インフラ点検・農業・物流の効率化を目的としたドローンの需要が急速に伸びている。本研究成果を応用することで、周囲の空間を正確に把握して衝突することなく自律的に飛行するドローンの実現が見込まれる。

研究者

電気通信研究所 計算システム基盤研究部門 ナノ集積デバイス・システム研究室

佐藤 茂雄  

Shigeo Sato

CFDに基づく将来の温熱風環境の予測・評価と、将来気候に適応可能な都市環境計画

 
 
 
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特徴・独自性
  • 都市屋外の温湿度、風、汚染質濃度といった物理環境の数値シミュレーションによる予測や環境形成要因の解明や実測調査による実態把握を行う。また、国・地域スケール、街区スケール、建物スケールの地球温暖化が進行した将来の屋外環境予測・熱中症評価を行う。
    さらに、平常時の夏の暑さや、稀に発生する台風や洪水に強い都市に対する形態(建物形状や配置、街路樹等)の影響を定量化する。
実用化イメージ

数値解析により、設計建物や街区計画、各種暑さ対策技術の導入が、地域の温熱環境や、風の道形成に与える「功罪」、さらには台風等災害発生時における悪影響を定量評価し、導入可否判断材料を提供する。

研究者

大学院工学研究科 都市・建築学専攻 サステナブル空間構成学講座（講座共通）

石田 泰之  

Yasuyuki Ishida

浮体式洋上風車・次世代航空機の非線形空力弾性・マルチボディ解析技術

 
 
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概要

浮体式洋上風車・次世代航空機は軽量細長なブレード・翼を有するため，非線形空力弾性変形が避けられません．本研究では回転座標を一切使わない高効率な非線形空力弾性解析法を構築してきました．また，この非線形空力弾性変形は浮体の揺動や航空機の舵面駆動といったボディ同士の相対運動（マルチボディダイナミクス）と連成します．我々は支配方程式レベルからこの新たな連成問題に対する解析法の構築に取り組んでいます．

従来技術との比較

本研究で提案する非線形解析法を用いれば，従来の線形解析法では捉えることができない大変形に伴うフラッタ発生速度の低下や変形と飛行挙動の連成現象を扱うことができます．

特徴・独自性
  • 回転座標を一切使わない分かりやすい非線形構造解析法
  • 大変形に対応した高効率な非定常流体計算法
  • 浮体の揺動や航空機の舵面駆動といったボディ同士の相対運動を捉えるマルチボディダイナミクス
実用化イメージ

流体構造関連機械の挙動予測・空力弾性解析・構造解析・振動解析・空力解析
・浮体式洋上風車
・衛星航空機，高アスペクト比翼旅客機
・ヘリコプター，ドローン
・ロボット，建設機械

研究者

大学院工学研究科 航空宇宙工学専攻 宇宙システム講座（宇宙構造物工学分野）

大塚 啓介  

Keisuke Otsuka

〈トンネル磁気抵抗効果〉

トンネル磁気抵抗素子を用いた室温動作の高感度磁気センサの開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 近年、室温においても大きな磁気抵抗効果を示すトンネル素子が多く報告され、これを用いた高感度な磁気センサへの応用が期待される。磁気センサに関しては現在、地磁気程度の磁場から極微小な生体磁場まで非常に広範囲の磁場検出のニーズに対して、様々な原理に基づく様々なセンサが開発されてきている。トンネル磁気抵抗素子を用いた磁気センサは、広範囲の磁場感度、簡易的、室温動作、安価、などの要求を原理的に満たす。
実用化イメージ

本技術を用いると簡易的な手法で室温において生体磁場を検出でき、現在主流であるSQUIDによる高価な装置を置き換えられる可能性があり、医療分野で興味のある企業、団体との有意義な共同研究ができるものと考える。

研究者

大学院工学研究科 応用物理学専攻 先端スピントロニクス医療応用工学共同研究講座

安藤 康夫  

Yasuo Ando

な

〈内視鏡〉

光を利用した低侵襲治療・診断システムの開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 細く柔軟な光ファイバを内視鏡に挿入して患部にレーザ光を照射する低侵襲治療や、内視鏡を用いて光学的な診断を行うための装置や技術についての研究を行っています。また、これらの治療・診断に用いるための光ファイバとして、通常のガラス光ファイバの他に、強力なレーザ光や幅広い波長の光の伝送が可能な、中空光ファイバと呼ばれる特殊な光ファイバを用いた治療・診断システムの研究開発も行っています。
実用化イメージ

医療機器メーカーをはじめ、本分野への新規参入を検討している電子機器、通信装置、および計測機器メーカーなどが連携先として考えられます。

研究者

大学院医工学研究科 医工学専攻 医療機器創生医工学講座（医用光工学分野）

松浦 祐司  

Yuji Matsuura

マイクロ・ナノマシニング技術を⽤いた低侵襲医療機器・ヘルスケア機器

 
 
 
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特徴・独自性
  • 精密機械加工技術、MEMS（微小電気機械システム）技術などを用いて小さくとも様々な多機能を実現する新たな医療機器、ヘルスケア機器を開発しています。体内で検査治療を行う内視鏡やカテーテルを高機能化するほか、今までにない新たな医療機器を開発し、より精密で安全な検査・治療、新たな検査・治療の実現を目指します。また、体表に装着する薄く軽い高機能なデバイスにより、場所や時間の制約のない新たなヘルスケアを目指します。
実用化イメージ

基礎研究の他、実用化を目指し臨床医師および医療機器メーカーをはじめとした企業と協力して開発を進めています。また、大学から企業への橋渡しの目的で大学発ベンチャー企業を起業し共同した開発を進めています。

研究者

大学院医工学研究科 医工学専攻 医療機器創生医工学講座（ナノデバイス医工学分野）

芳賀 洋一  

Yoichi Haga

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