東北大学　研究シーズ集

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あ 行
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い

〈インフラ点検ロボット〉

困難な実環境下で機能するタフなサイバーフィジカルAI

 
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後付け運転ロボットを利用した大型ダンプトラックの自動運転
サイバー救助犬
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概要

身体性をもって実世界で稼働するサイバーフィジカルＡＩの重要性が急速に高まっている。特に、ＳＤＧsや災害などの我が国や世界が有する重大な社会課題や産業課題の解決に資する科学技術に対するニーズが顕在化している。サイバーフィジカルＡＩが困難な環境下で機能するための高度化、すなわち、システムの頑健性、柔軟性、適応性、それに基づく広い適用性を意味するタフ・サイバーフィジカルＡＩに関する研究開発を行っている。

従来技術との比較

災害救助や保守点検等は，作業者に危険が伴うこと、及び、作業精度の点で限界があった。そのような領域にAIやロボット技術を適用することで，これまで実現できなかった安全かつ高精度かつ迅速な作業が可能となる。

特徴・独自性
  • 困難環境を探査するアームを有するクローラ機構や球殻ガードを有するドローン機構の研究開発
  • LiDARやカメラや慣性センサを融合した高精細なセマンティック地図構築技術の研究
  • 過酷環境で認識や位置推定や地図構築（SLAM）や動作生成を行う頑健な知能化ソフトの研究開発
  • 既存の移動体に後付けで機器を搭載して自動化を行うレトロフィット技術の研究開発
  • 人とイヌのコミュニケーションやイヌの能力を拡張するAI・ロボット技術の研究開発
実用化イメージ

建設業，製造業，物流，ペット産業をはじめ，あらゆる業界と連携できる可能性がある。また，産業イノベーションや防災・災害対応の政策を推進する官庁，実証機会を提供できる地方自治体との連携が可能。

研究者

タフ・サイバーフィジカルＡＩ研究センター

大野 和則  

Kazunori Ohno

〈インフラマネジメント〉

〈インフルエンザ〉

生物活性の探索をアウトソーシングしませんか　-　ウイルス・腫瘍・細菌を中心に　-

 
 
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概要

感染症予防には感染対策、ワクチンもありますが、それらをすり抜けて感染してしまうこともあります。また時間とともに免疫低下も起こりえます。その治療薬を開発しています。

従来技術との比較

主たるウイルス感染症をカバーしています。感染性微生物と用いてスクリーニングします。P3施設が利用できます。

特徴・独自性
  • 当研究室では様々な生物活性探索アッセイ方法を確立しています。その成果として日本たばこ産業と共同開発した抗HIV 剤、エルビテグラビルが臨床応用されています。他にも、新規の作用機序を有する逆転写酵素阻害剤（EFdA） や抗ガン剤（S-FMAU）を開発してきました。具体的には、1）抗ウイルス剤・抗菌剤などの活性評価、2）抗腫瘍活性の測定、3）新たなスクリーニング法の確立などを行います。
実用化イメージ

新たなターゲットに対するhigh through-put screening 確立の受託も可能ですので個別にご相談ください。P3実験施設を必要とする共同開発や他の微生物を含めた学術指導にも応じます。

研究者

災害科学国際研究所

児玉 栄一  

Eiichi Kodama

う

〈ヴェーダ〉

古代インドの宗教，言語，社会，生活

 
 
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特徴・独自性
  • ヴェーダと仏教との二領域に亘る、通時的視点に立つ点を研究の特色とする。その際、㈰ 原典の文法及びシンタクスの正確な理解に基づく精査と、㈪ 伝承の背景となる社会や実生活の解明とを基礎として常に心がけ、㈫ ヴェーダ文献並びにヴェーダ祭式、㈬ 古代インドの生活と社会、㈭ ヴェーダから仏教へと至る思想と社会との変遷（胎児発生と輪廻説、家系及び家族制度など）、㈮ 仏教教団の生活に重点を置いている。
実用化イメージ

仏教興起に至る宗教および社会の変遷、ブッダの思想に関わる内容を、特に死生観を中心として紹介する。

研究者

大学院文学研究科

西村 直子  

Naoko Nishimura

〈ウイルス〉

生物活性の探索をアウトソーシングしませんか　-　ウイルス・腫瘍・細菌を中心に　-

 
 
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概要

感染症予防には感染対策、ワクチンもありますが、それらをすり抜けて感染してしまうこともあります。また時間とともに免疫低下も起こりえます。その治療薬を開発しています。

従来技術との比較

主たるウイルス感染症をカバーしています。感染性微生物と用いてスクリーニングします。P3施設が利用できます。

特徴・独自性
  • 当研究室では様々な生物活性探索アッセイ方法を確立しています。その成果として日本たばこ産業と共同開発した抗HIV 剤、エルビテグラビルが臨床応用されています。他にも、新規の作用機序を有する逆転写酵素阻害剤（EFdA） や抗ガン剤（S-FMAU）を開発してきました。具体的には、1）抗ウイルス剤・抗菌剤などの活性評価、2）抗腫瘍活性の測定、3）新たなスクリーニング法の確立などを行います。
実用化イメージ

新たなターゲットに対するhigh through-put screening 確立の受託も可能ですので個別にご相談ください。P3実験施設を必要とする共同開発や他の微生物を含めた学術指導にも応じます。

研究者

災害科学国際研究所

児玉 栄一  

Eiichi Kodama

新型コロナウイルス治療薬・消毒薬の評価

 
 
 
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概要

感染性新型コロナウイルスを用いて消毒薬や治療薬の開発をします。

従来技術との比較

P3施設において、いろいろな新型コロナウイルス株を試すことが可能です。タンパク構造解析が可能です。

特徴・独自性
  • 感染性を有する新型コロナウイルスを使用し、新型コロナウイルスに対する新規治療薬候補の評価や開発、併せて消毒剤の評価なども行っています。さらに作用機序や耐性機序に踏み込むことも可能です。ほかにもインフルエンザウイルスから薬剤耐性菌までの同時評価が必要な場合はご相談ください。これまでに国内外製薬企業、関連企業との共同研究で、臨床薬の基礎開発から臨床応用までの経験があります。
実用化イメージ

阻害剤や消毒剤などの開発・評価において、目的の微生物だけでなく、同一施設で、条件をそろえて幅広く対応でき、効果の比較が容易です。野生型だけでなく、変異型にも対応可能です。

研究者

災害科学国際研究所

児玉 栄一  

Eiichi Kodama

胃腸炎ウイルス吸着性腸内細菌の活用

 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 本研究室では、ノロウイルスやロタウイルスなど、水を介して感染が拡大する胃腸炎ウイルスを特異的に捕捉する血液型決定抗原様物質陽性細菌が存在することを世界で初めて証明しました。この腸内細菌は、ヒト体内及び環境中で、胃腸炎ウイルスの生態に大きな影響を与えているものと考えられています。
実用化イメージ

胃腸炎ウイルス吸着性腸内細菌は細胞へのウイルス感染効率に影響を与えることから、胃腸炎ウイルス吸着性腸内細菌および産生される血液型決定抗原様物質は、プロバイオティクスにおける活用が期待できます。

研究者

大学院工学研究科

佐野 大輔  

Daisuke Sano

五酸化二窒素の選択合成と応用

 
 
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概要

数十W程度の電力で、空気を原料に五酸化二窒素 (N2O5) を選択的にその場合成・供給できるプラズマ装置を開発し、応用展開を推進しています。
本装置を用いて、これまでに下記の効果を既に実証しており、今後は医療・農業・環境・材料分野等でさらに幅広く応用探索を進めたいと考えています。
○殺菌・殺ウイルス効果
○植物免疫活性効果
○窒素施肥効果

従来技術との比較

N2O5は、熱や水分に弱く、保存が効かず集約生産に不向きである他，従来合成法には、高い危険性や環境汚染等の問題がありました。
安全な空気からその場合成できる本技術は現地生成・利用を可能にします。

特徴・独自性
  • 原料は空気のみ
  • 省電力・省メンテナンス
  • 100ppmを超える五酸化二窒素を供給可能
実用化イメージ

空気とわずかな電力しか用いない本技術は、持続可能な環境負荷の小さい分散アプリケーションとの親和性が高いです。上述の特徴を上手に活用した未来の技術として発展させていきたいと考えています。

研究者

大学院工学研究科

佐々木 渉太  

Shota Sasaki

〈ウイルス不活化〉

五酸化二窒素の選択合成と応用

 
 
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概要

数十W程度の電力で、空気を原料に五酸化二窒素 (N2O5) を選択的にその場合成・供給できるプラズマ装置を開発し、応用展開を推進しています。
本装置を用いて、これまでに下記の効果を既に実証しており、今後は医療・農業・環境・材料分野等でさらに幅広く応用探索を進めたいと考えています。
○殺菌・殺ウイルス効果
○植物免疫活性効果
○窒素施肥効果

従来技術との比較

N2O5は、熱や水分に弱く、保存が効かず集約生産に不向きである他，従来合成法には、高い危険性や環境汚染等の問題がありました。
安全な空気からその場合成できる本技術は現地生成・利用を可能にします。

特徴・独自性
  • 原料は空気のみ
  • 省電力・省メンテナンス
  • 100ppmを超える五酸化二窒素を供給可能
実用化イメージ

空気とわずかな電力しか用いない本技術は、持続可能な環境負荷の小さい分散アプリケーションとの親和性が高いです。上述の特徴を上手に活用した未来の技術として発展させていきたいと考えています。

研究者

大学院工学研究科

佐々木 渉太  

Shota Sasaki

〈ウイルスベクター〉

遠位型ミオパチーに対する治療法の開発

概要

遠位型ミオパチーの一種であるGNEミオパチーは、体幹から離れた部位から筋肉が萎縮、変性し次第に体の自由が奪われていく希少疾病で、指定難病の一つである。本疾患患者ではGNEという酵素の遺伝子に変異がありアセノイラミン酸などシアル酸合成ができない。国立精神・神経医療研究センター疾病研究第一部においてモデルマウスを作製し、アセノイラミン酸の経口投与の予防効果が得られた。

従来技術との比較

2010～2011年に、世界で初めて医師主導治験として第Ⅰ相試験を実施し、安全性を確立した。医師主導第II/III相試験、延長試験、有効性確認試験を経て、2024年3月にノーベルファーマ社が商品名アセノベル®として製造販売承認を取得した。今後は本シーズで培ったレジストリやプロトコル作成のノウハウを活かして他のシアル酸補充やウイルスベクター、酸化的ストレスを標的とした治療開発が進むことが期待される。

特徴・独自性
  • ・2010～2011年に、世界で初めて医師主導治験として第Ⅰ相試験を実施し、安全性を確立した。医師主導第II/III相試験、延長試験、有効性確認試験を経た
  • ・2024年3月にノーベルファーマ社が商品名アセノベル®として製造販売承認を取得した。
  • ・ウルトラオーファンドラッグとして期待される。
実用化イメージ

今後は本シーズで培ったレジストリやプロトコル作成のノウハウを活かして他のシアル酸補充やウイルスベクター、酸化的ストレスを標的とした治療開発が進むことが期待される。

研究者

大学院医学系研究科

青木 正志  

Masashi Aoki

〈ウェアラブルセンサ〉

ウェラブルセンサを用いた身体活動の評価

 
 
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特徴・独自性
  • 身体活動時に装着した加速度センサをはじめとするウェラブルセンサの信号処理により身体活動の評価を行う研究。これまでに気圧センサと加速度センサにより、階段や坂道昇降の評価を可能とするアルゴリズム、加速度信号から歩幅を評価するアルゴリズムを提案、実証している。
実用化イメージ

通信機能の搭載あるいはスマートフォンなどへの実装により操作フリーで情報を処理し、わかりやすくユーザーに提示することが可能である。健康やスポーツ活動のモニタリングに利用可能である。

研究者

産学連携機構

永富 良一  

Ryoichi Nagatomi

運動リハビリ・健康支援のためのウェアラブルシステムの開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 事故や病気などによる脳や脊髄の損傷により生じた運動機能の麻痺や、高齢による運動機能の低下に対して、機能的電気刺激（FES）を応用した手足の動作の補助・再建・訓練する技術、慣性センサ（ジャイロセンサや加速度センサ）による計測・評価技術の研究開発を行っています。ウェアラブルシステム化、運動学習のリハビリテーションへの応用、運動機能評価・運動効果判定システム、個人に適した運動プログラム提供を目指しています。
実用化イメージ

電気刺激を用いた新しい運動リハビリ法、運動訓練時の情報提示、運動訓練機器や訓練方法の定量的評価など、健康・福祉、リハビリテーション医療に関する分野への応用が期待されます。

研究者

大学院医工学研究科

渡邉 高志  

Takashi Watanabe

ウェアラブル脈波センサのための脈拍間隔ノイズ除去フィルタ

 
 
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特徴・独自性
  • ウェアラブル光電式容積脈波計（PPG）センサから得られる脈拍数時系列信号に含まれるノイズの生理学的特性に基づく識別に成功した．本技術は、生理的な脈拍数変動の特性を利用して，非生理的な変動をノイズとして識別することができる．これによって，従来，ウェアラブルPPGセンサでは困難であった活動中を含めた1拍毎の脈拍変動解析が可能になることが期待される．
実用化イメージ

本技術を用いることで，(1)特徴的な波形の可視化，(2)再現性のある指標の算出，(3)機械学習を応用した時系列データに対する異常検知など，解析技術の向上が期待できる．

研究者

大学院工学研究科

湯田 恵美  

Emi Yuda

〈ウェアラブルデバイス〉

運動リハビリ・健康支援のためのウェアラブルシステムの開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 事故や病気などによる脳や脊髄の損傷により生じた運動機能の麻痺や、高齢による運動機能の低下に対して、機能的電気刺激（FES）を応用した手足の動作の補助・再建・訓練する技術、慣性センサ（ジャイロセンサや加速度センサ）による計測・評価技術の研究開発を行っています。ウェアラブルシステム化、運動学習のリハビリテーションへの応用、運動機能評価・運動効果判定システム、個人に適した運動プログラム提供を目指しています。
実用化イメージ

電気刺激を用いた新しい運動リハビリ法、運動訓練時の情報提示、運動訓練機器や訓練方法の定量的評価など、健康・福祉、リハビリテーション医療に関する分野への応用が期待されます。

研究者

大学院医工学研究科

渡邉 高志  

Takashi Watanabe

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

郭 媛元  

Yuanyuan Guo

〈ウェハレベルパッケージング〉

MEMS・マイクロマシンと微細加工技術に関する研究

 
 
 
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特徴・独自性
  • 情報機器の入出力や自動車の安全のために用いられるMEMSと呼ばれるマイクロデバイス／システムの研究を行っています。集積化センサ、圧電デバイス、高周波MEMS、過酷環境センサ、マイクロエネルギーデバイス、ウェハレベルパッケージなどの研究に実績があります。リソグラフィ、エッチング、成膜、ウェハ接合、実装、各種評価のための装置を多数揃え、研究者自身が操作して研究できる開かれた実験環境を提供しています。
実用化イメージ

これまでに多くの企業から研究員を受け入れ、産学共同研究を行うとともに、スポット的に装置を利用頂くような支援も積極的に行っています。豊富な資料・データに基づき、随時、技術相談を受け付けています。

研究者

大学院工学研究科

田中 秀治  

Shuji Tanaka

〈動き〉

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

未踏スケールデータアナリティクスセンター

鏡 慎吾  

Shingo Kagami

〈動く細胞の静止化〉

ビジュアルサーボ顕微鏡

 
 
 
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特徴・独自性
  • 蛍光顕微鏡は細胞内イオンの定量的可視化や光学顕微鏡の限界を超える観察などに必須の道具である。生物の「行動と神経活動の相関」を計測したい場合、現状では、ターゲットの神経細胞を機械的に固定するか麻酔するかしか方法がない。また、これらの方法では細胞や生物が動かないので、「行動」を計測したことにはならない。私たちは、動く生物を追いかけて神経細胞の活動を蛍光観察する手法を開発した。
実用化イメージ

観察しているターゲット細胞群の蛍光強度を観測しながら、細胞群の動き（３次元移動と変形）を自動でキャンセルする画像処理手法を開発した。「生物の運動」と「動く神経細胞活動」を同時に計測できる技術を活用したい企業との共同研究を希望する。

研究者

大学院情報科学研究科

橋本 浩一  

Koichi Hashimoto

〈ウシ乳房炎〉

イネを用いた有用タンパク質の超低コスト生産

 
 
 
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概要

多剤耐性菌の蔓延が公衆衛生上の脅威となっている。国内の抗生物質の半量は家畜に使用されており、畜産業での抗生物質の使用量の削減が急務となっている。私たちは、耐性菌が出にくい抗菌タンパク質、抗菌ペプチドを畜産業でも利用可能な価格で生産する手法の開発を行っている。特に、イネを用いて植物工場の電気コストを大幅に削減できる暗所での生産と精製コストを削減できる振盪培養細胞を用いた生産を目指している。

従来技術との比較

有用タンパク質は動物細胞や微生物を用いて生産されているが、生産コストが高いことが問題となっている。私たちは、食経験から安全性が担保されているイネを用いて、有用タンパク質を超低コストで生産する手法の開発を行っている。

特徴・独自性
  • 暗所でイネの種子を発芽、生育させることにより植物工場の電気コストを大幅に削減することができる。
  • 光合成タンパク質が抑制されるため、目的タンパク質の生産量が増加する。
  • 融合タンパク質として生産し、タンパク質抽出後に自動的に融合部位を切断することにより、イネの生育に負の影響を与えるペプチドも生産可能となる。
  • 全てのタンパク質生産に応用可能である。
実用化イメージ

有用タンパク質遺伝子を持つイネの種子を照明施設なしの植物工場（もやし工場）で発芽、生育させ、芽生え（イネもやし）からタンパク質を抽出、精製する。振盪培養細胞から細胞外に分泌し、培養上清を用いる。

研究者

大学院農学研究科

伊藤 幸博  

Yukihiro Ito

〈齲蝕〉

口腔バイオフィルム機能解析システム：「何がいるか？」から「何をしているか？」まで

 
 
 
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特徴・独自性
  • 歯、舌、口腔粘膜には、500 種を超す膨大な数の微生物がバイオフィルムを形成し、齲蝕、歯周病、口臭などの口腔疾患、さらには歯科材料劣化の原因となります。
  • 私どもは、構成菌種や機能（代謝）をメタゲノム、メタボロミクスといったオミクス技術や最新の検出技術で解析すると共に、その多くが嫌気性菌である構成菌を生きたまま取り出し、高度嫌気性実験システムを用いて機能解析を行っています。「何がいるか？」から「何をしているか？」までを知ることで、初めてその制御（予防と治療）が可能となります。
実用化イメージ

口腔バイオフィルム性疾患（齲蝕、歯周病、口臭、誤嚥性肺炎など）のリスク診断
・ 薬剤や食材の口腔バイオフィルム機能への効果
・バイオフィルム性材料劣化の評価

研究者

大学院歯学研究科

髙橋 信博  

Nobuhiro Takahashi

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