東北大学　研究シーズ集

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は行の研究テーマ（48件）

は 行
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ひ

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

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。
実用化イメージ

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

研究者

青木 孝文  

Takafumi Aoki

ビッグデータの意味解析を可能にする自然言語処理技術

 
 
 
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特徴・独自性
  • 膨大な言語データを意味的に解析し必要な情報・知識を抽出する技術、抽出した情報・知識を分類・比較・要約する技術、それらを可能にする世界最速の仮説推論技術など、先進的な自然言語処理技術を研究開発しています。また、これら基盤技術をウェブやソーシャルメディアなどのビッグデータに適用し、大規模な情報・知識マイニングや信頼性の検証支援、耐災害情報処理などに応用する実践的研究も展開しています。
実用化イメージ

言語意味解析に基づく高度なテキストマイニングによる市場動向調査や技術動向調査、隠れたニーズやリスクの発見、社内文書の構造化・組織化による知識管理支援、対話システムなど、多様な分野・業種との連携が可能です。

研究者

言語ＡＩ研究センター

乾 健太郎  

Kentaro Inui

ヒト間葉系細胞からの骨格筋誘導と筋変性疾患への応用

 
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特徴・独自性
  • 骨髄間葉系細胞は自己および他家移植ですでに臨床応用されており、骨髄液から容易に接着性細胞として培養可能であること、数週間で1000 万個ほどの細胞に増殖しやすいこと、患者本人だけでなく骨髄バンクを用いることで細胞ソースを確保できること、腫瘍形成能が無いなどの利点がある。我々は特定のサイトカイン刺激に引き続き、筋などの発生・分化を制御することが知られているNotch遺伝子の細胞質ドメイン(NICD) のプラスミド導入を組み合わせる処理によって幹細胞を含む骨格筋系細胞が選択的に誘導されるシステムを開発し、筋ジストロフィーモデルにおける有効性を示した (Science, 2005)。現在、イヌの喉頭筋傷害モデルにおいて有効性、安全性を検証している。
実用化イメージ

筋肉変性疾患の治療を目指した開発に寄与できる。また筋肉に作用する薬剤開発、ヒトの骨格筋の物性に関する開発において、骨髄間葉系幹細胞というアクセスしやすい細胞から本方法を用いて誘導した筋肉細胞を活用すれば、コストもかからず大量の細胞が手に入るので産業応用性は高いと思われる。

研究者

大学院医学系研究科 医科学専攻 細胞生物学講座（細胞組織学分野）

出沢 真理  

Mari Dezawa

ヒト間葉系細胞からのシュワン細胞誘導と脊髄損傷、脱髄性疾患への応用

 
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特徴・独自性
  • 骨髄や臍帯由来の細胞は自己および他家移植ですでに臨床応用されており、バンクが設立されている、容易に培養可能である、腫瘍形成が無く安全性が担保されているなどの利点がある。これらの組織から分化能力の高い間葉系幹細胞を得て、神経再生を促し機能の回復をもたらすことのできるシュワン細胞を極めて高い誘導効率で作製する技術を開発した。骨髄あるいは臍帯から数週間で1000 万個ほどの間葉系幹細胞が樹立可能である。特定のサイトカインの組み合わせによって97%前後の高い効率で末梢性グリアであるシュワン細胞を短期間で誘導可能である。また末梢神経損傷、脊髄損傷において有効性が確認されている（Eur, J. Neurosci 2001; J.Neurosurg, 2004, J. Neuropathol.Exp. Neurol, 2005, BiochemBiophys Res Commun, 2007;Tissue Eng., 2011）。この方法は霊長類を用いた１年にわたる前臨床試験で安全性と有効性が確認されている（Exp. Neurol., 2010）。
実用化イメージ

誘導されたシュワン細胞は傷害を受けた末梢・中枢神経組織に移植すると切断されたり損傷を受けた神経線維の再伸長を促すだけでなく、髄鞘（ミエリン）を再形成し跳躍伝導の回復をもたらすことを確認している。従って事故や怪我による神経断裂などの損傷だけでなく、神経変性疾患や脱髄性疾患においても有効性があると期待できる。この技術を医療や産業で活用したい企業や団体との共同研究を希望する。

研究者

大学院医学系研究科 医科学専攻 細胞生物学講座（細胞組織学分野）

出沢 真理  

Mari Dezawa

ヒト間葉系細胞からの神経細胞誘導と神経変性疾患への応用

 
 
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特徴・独自性
  • 骨髄間葉系細胞はすでに臨床応用されており、腫瘍形成能が無い。我々はNotch 遺伝子導入と浮遊培養を組み合わせることで神経前駆細胞を作り出すシステムを開発し、脳梗塞での有効性を示した。さらにGDNFによりドーパミン神経となり、ラットでパーキンソン病の機能改善が確認された（J. Clin. Invest, 2004）。さらにパーキンソン病サルの脳内へ自己細胞移植することで運動障害や脳内ドーパミン機能を長期間にわたり改善し、腫瘍形成や副作用が現れないことを分子イメージング技術で明らかにした。霊長類動物における世界で初めての成果でJ. Clin. Invest（ 2013）に掲載され、Nature Review Neurosci、LosAngeles Times など主要な雑誌やメディアで取り上げられた。
実用化イメージ

神経前駆細胞、ドーパミン神経、共に脳梗塞やパーキンソン病の治療開発に有効である。さらに神経系に作用する薬剤開発に置けるスクリーニングにも応用できる。

研究者

大学院医学系研究科 医科学専攻 細胞生物学講座（細胞組織学分野）

出沢 真理  

Mari Dezawa

ヒトの五感に訴える新製品・新分野を開発－亜臨界溶媒分離法における実験と理論の開発―

 
 
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概要

超臨界／亜臨界抽出分離技術とは、水や二酸化炭素等の物質を高圧・高温にした際に、それらが液体と気体の両方の性質を併せ持った流体（超臨界/亜臨界流体）となることを利用し、その流体を用いてこれまで分けられなかった様々な物質を抽出分離できる技術です。特に亜臨界抽出では、より温和な条件での抽出分離を実現しています。有機溶剤を使用しないグリーンな抽出分離プロセスや装置、理論の研究開発を行っています。

従来技術との比較

開発した亜臨界溶媒分離法は，在来型の蒸留・抽出・分離等の化学工学プロセスとは異なり，大幅なスケールダウンを実現できることがメリットです。

特徴・独自性
  • 水，エタノール，二酸化炭素等の環境溶媒のみを製造工程に用いることができる
  • SDGsの推進
  • 日本発の医薬食品・飲料・化粧品・化成品等の製造工程のグリーンイノベーション
  • これまでに分離できなかった、利用できていなかった有用成分の利活用
実用化イメージ

低極性・高極性化合物や沸点の異なる化学物質の分離に長けています．クロマト法の精密性には及びませんが，物質群としての分離・分画操作には向いています．医薬食品・飲料・化粧品・化成品等の分野に応用できます。

研究者

大学院工学研究科 附属超臨界溶媒工学研究センター 溶媒要素技術部

大田 昌樹  

OTA Masaki

非フッ素系PTFE粒子分散剤

概要

非フッ素系PTFE水分散剤
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken/T19-448.pdf

従来技術との比較

PTFE粒子を水などの溶剤に分散させるためにはフッ素系分散剤が必要であったが、PFAS規制により仕様が制限されつつある。本発明は非フッ素系PTFE粒子分散剤を提供する。

特徴・独自性
  • カテコール系接着官能基を用いてPTFEに接着する分散剤を合成
  • PTFE等の低表面エネルギー粒子を水などに良好に分散
  • PFAS規制などで使用できない分散剤の代替として有望
実用化イメージ

PTFE粒子などの低表面エネルギー粒子は撥水剤やバインダーなどとして広く使用されている。本用途におけるPFASフリー化に貢献する。

研究者

高等研究機構材料科学高等研究所 デバイス・システムグループ

藪 浩  

Hiroshi Yabu

肥満治療にむけた臓器間神経ネットワークを制御する薬剤やデバイスの開発

 
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特徴・独自性
  • 全身での体重調節の仕組みとして、神経ネットワークが重要な役割を果していることを発見した。脂肪組織からの神経シグナルは過食の抑制に働くこと、肝臓からの神経シグナルにより基礎代謝が調節されそれにより体重の増加や減少がもたらされることなどを解明した。そこで、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、過食の抑制や基礎代謝の増加を惹起し、食事・運動療法に頼らずとも減量できるようにする肥満症の治療につなげる薬剤やデバイスの開発を目指す。
実用化イメージ

肥満は種々の代謝異常を惹き起こし（メタボリックシンドローム）、動脈硬化につながる。動脈硬化は我が国の主要な死因の一つで、社会的にも喫緊に解決すべきテーマである。その克服策の開発はマーケットも巨大でインパクトも大きい。

研究者

大学院医学系研究科 医科学専攻 内科病態学講座（糖尿病代謝内科学分野）

片桐 秀樹  

Hideki Katagiri

病原因子を標的とした新規抗菌剤の開発を目指したスクリーニング系の開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • ペニシリンの発見以来、各種抗菌剤が発見され重篤な細菌感染症は制御しうる病となった。しかし近年、多剤耐性能を有する各種病原細菌が出現し大きな社会問題となっている。これら細菌感染症の脅威に対抗するためには、新規抗菌剤の継続的な研究開発が必須であり社会的にも強く求められている。既存の抗菌剤の多くは細菌の生存に必須の代謝過程をターゲットとしており新規抗菌剤が登場しても耐性菌は必ず出現するためこの耐性菌問題を避けて通ることはできない。一方、病原細菌が宿主に感染する際に必要な病原因子は細菌の生存に必ずしも必要ではないため、その阻害剤に対する耐性菌の出現頻度は低いと考えられ新規抗菌剤のターゲットとして関心が集まっている。我々はこのような病原因子のなかで新規なタンパク質分泌系であるTat系と鉄代謝系に注目し、それらを標的とする新しいスクリーニング系を開発し、これらの病原因子に対する阻害剤の探索を試みている。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。
実用化イメージ

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（動物微生物学分野）

米山 裕  

Hiroshi Yoneyama

表面科学に立脚した燃料電池電極触媒開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 新規ナノデバイス開発には、異相界面における物理的、化学的相互作用の解明に基づいて、その構造設計指針を提示することが不可欠である。本研究分野では、よく規定された金属・合金表面系を物理的手法（超高真空下おける分子線エピタキシ）により構築した上で、走査プローブ顕微鏡や光電子分光による表面構造や電子状態解析し、得られる基礎的知見に基づいたナノ材料構造設計指針に関する研究を行っています。
実用化イメージ

従来の“触媒”を化学ナノデバイスとしてとらえ、その構築をボトムアップアプローチで進めていきたいと考えています。燃料電池自動車用の電極触媒開発など水素社会実現の鍵となる技術に関連しています。

研究者

大学院環境科学研究科 先端環境創成学専攻 環境創成計画学講座（環境材料表面科学分野）

和田山 智正  

Toshimasa Wadayama

表面力測定による材料ナノ界面科学の創製

 
 
 
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特徴・独自性
  • 固- 液界面現象、そして表面間の相互作用を分子レベルで具体的に解明することを目的として研究しています。中心手段は、２つの表面間に働く相互作用力の距離依存性を直接測定する表面力測定、そして当研究分野で開発した液体ナノ薄膜の構造化挙動を高感度で評価できる共振ずり測定法です。従来困難であった不透明試料( 金属、セラミック、高分子など) が測定できるツインパス型表面力装置も独自開発し、電極界面の評価も行っています。
実用化イメージ

機能材料界面における表面電荷や吸着状態等の特性やナノレオロジー・ナノトライボロジーの評価が可能です。機械、潤滑剤、ナノ材料、塗料・シーラント、化粧品等の業種に対して共同研究・学術指導を行う用意があります。

研究者

未来科学技術共同研究センター 開発研究部 界面分子エンジニアリング

栗原 和枝  

Kazue Kurihara

ふ

ファーマコゲノミクス解析に基づく個別化薬物療法

 
 
 
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特徴・独自性
  • 東北メディカル・メガバンク機構が構築した一般住民バイオバンクの全ゲノム配列情報を活用して、薬物代謝酵素における約1000 種の組換え遺伝子多型バリアントを網羅的に作製・機能評価する。これにより、これまで見落とされてきた薬物代謝酵素活性に影響を及ぼす重要な低頻度遺伝子多型を同定し、遺伝子型から表現型を高精度で予測できる薬物応答性予測パネルや独自のコンパニオン診断薬（核酸クロマトグラフィー法）を構築する。
実用化イメージ

核酸クロマトグラフィー法は尿糖や妊娠検査薬のようなものであり、キットが成功すれば、簡便で大型の検出機器を必要としないため、大病院だけでなく中小病院や診療所レベルでも遺伝子多型診断の導入が可能になると考えられる。

研究者

大学院薬学研究科 医療薬学専攻 医療薬学講座（生活習慣病治療薬学分野）

平塚 真弘  

Masahiro Hiratsuka

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。
実用化イメージ

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。

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

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

ブレインモルフィックコンピューティングハードウェア

 
 
 
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特徴・独自性
  • 脳が特異的に持つ機能（例えば、意識/無意識過程、自己、選択的注意など）を、これまでの情報科学的な方法とは異なり、デバイスの物理的な特性・ダイナミクスを用いて直接的に構築することにより、小型高効率高性能な脳型ハードウェアの開発を行う。具体例としては、カオスニューラルネットワークリザバー、高次元複雑ダイナミクスによる最適化、スピン軌道トルクデバイスによるニューラルネットワーク等である。
実用化イメージ

この脳型ハードウェアは、ユーザ個人の情報の学習が必須なエッジ端末に有効で、例えば、補聴器や入れ歯に内蔵して心電や脳波、唾液成分などの学習により、異常検知を行う見守りデバイスなどへの応用が期待できる。

研究者

電気通信研究所 人間・生体情報システム研究部門 ソフトコンピューティング集積システム研究室

堀尾 喜彦  

Yoshihiko Horio

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。
実用化イメージ

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。

研究者

大学院工学研究科 電子工学専攻 電子システム工学講座（画像電子工学分野）

藤掛 英夫  

Hideo Fujikake

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

プログラム理論と計算モデル

 
 
 
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特徴・独自性
  • プログラミング言語および計算モデルに関する世界最先端の研究を行っている。特に、二つのプログラムの動作が等しいという「プログラム等価性」の一般的証明手法や、近年再注目されている「関数型プログラミング」、「軽量形式手法」とも呼ばれる「型システム」等に関する研究・普及活動を行い、大手電機メーカー技術者らとの訳書「型システム入門」は理論的専門書としては異例の大手インターネット書店プログラミング入門書2 位となった。
実用化イメージ

ソフトウェア、特にDSL（ドメイン特化言語）を含むプログラミング言語およびツールの設計・開発。関数型プログラミング、型システムないし形式手法の導入・利用。

研究者

大学院情報科学研究科 情報基礎科学専攻 ソフトウェア科学講座（ソフトウェア基礎科学分野）

住井 英二郎  

Eijiro Sumii

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

東北大学　研究シーズ集

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