東北大学　研究シーズ集

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た 行
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ち

〈地球温暖化〉

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

石田 泰之  

Yasuyuki Ishida

〈地球科学〉

二酸化炭素を放出する新種の火山の成因解明

 
 
 
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概要

2000年代以降発見された新種の火山（プチスポット）をきっかけに、地球の物質循環が分かってきました。とくにマグマが地球内部から深海底に運ぶ二酸化炭素は、これまでの認識を超える量の移動が予想されています

従来技術との比較

深海底には残された謎が多い一方、耐水圧の技術が重要です

特徴・独自性
  • 日本列島に多い活発な火山（島弧）や、深海底でプレートを作り出す火山（中央海嶺）など地球上の火山は場所が限られています
  • 火山発生場所では無い三陸沖やチリ沖の海底で新種の火山が発見されました（プチスポット火山）
  • 海底調査で得られた溶岩試料の分析によって二酸化炭素放出量が異常に多い特異なマグマ組成です
  • 沈み込むプレートの化学組成や、地球内部〜地球表層の炭素循環にも影響を及ぼしています
実用化イメージ

世界の深海底での更なる調査を必要としています。深海底調査技術、特殊な岩石試料の分析技術における共同研究を期待しています。海底調査から得られる新資源獲得などについての連携も期待しています。

研究者

東北アジア研究センター

平野 直人  

Naoto Hirano

〈知識獲得〉

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

〈知識推論〉

大規模言語モデルを支える自然言語処理技術

概要

　

従来技術との比較

　

特徴・独自性
  • 私たちは、言語モデルの推論過程や数量・記号の処理メカニズムを解明し、自然言語処理技術のさらなる発展を目指しています。統計的な機械学習モデルが数値や記号をどのように処理し、学習データから得た知識を推論時にどのように活用しているのかを観察・分析することで、高信頼性かつ解釈可能なAIシステムの開発を推進します。また、これらの基盤技術を応用し、実世界で運用可能な対話システムの開発や、教育支援、耐災害情報処理、異常検知といった実践的な研究にも取り組んでいます。さらに、法律・医療・化学・脳科学・コンピュータビジョンなど、多様な学際領域と連携し、自然言語処理技術の新たな応用可能性を探求しています。
  • 本技術は、高信頼な知識検索・要約により、論文・技術レポート・公的文書などの情報整理や要約を通じて、研究開発や政策立案を支援する可能性があります。また、専門分野向け言語モデルを活用し、医療・法律・科学技術分野での文書解析・翻訳・要約の精度向上が期待されます。さらに、学習支援システムとして、記述式答案の自動採点や個別最適化フィードバックを活用することで、教育の質向上に寄与することが考えられます。次世代対話システムにおいても、カスタマーサポートやヘルスケア相談などで、より自然な対話の実現が見込まれます。加えて、言語モデルによる推論過程の可視化を通じ、AI活用の透明性・公正性の向上が期待されます。耐災害情報処理・異常検知に関しても、災害時の情報整理やフェイクニュースのフィルタリングによる迅速な情報提供の支援が想定されます。
実用化イメージ

　

研究者

大学院情報科学研究科

坂口 慶祐  

Keisuke Sakaguchi

〈地質〉

道東太平洋岸の独特な地質にもとづく地域の気候・歴史・産業と海産物

 
 
 
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概要

千島列島から続く北海道内陸部の火山列と、プレートが沈みこむ千島海溝との中間に位置し、本来海底にあるはずの場所でマグマ活動が無い場所です。しかしなぜか多くの火山岩が露出し、日本列島の地質で唯一起源が異なる特異な地域です。海岸沿いに分布するこの固い地質は、先史時代から現代まで独特の気候や沿岸生態、地域産業、歴史文化を育んできました。

従来技術との比較

漁業、酪農業、海産物といった地域の特有の産業はすべて道東太平洋沿岸のこの特異な地質が起源となっています。これを肌で感じるツーリズムをご提案します。

特徴・独自性
  • 地域の地質が独特の地形と気候をつくり、港湾の位置、酪農の発達、アイヌ文化の拠点、ナガコン分の生息域などすべてをつかさどっています。ここまで地質基盤が現代産業に至るまで規制し、地域の特色を持たせているような場所は他にあまりありません。
実用化イメージ

現地ツーリズムの作成を期待しています。現地の景観は国内では他に類の無い広大なものですし、地場の食材も独特ですばらしいものがあります。

研究者

東北アジア研究センター

平野 直人  

Naoto Hirano

〈チタン〉

構造相転移・相変態組織形成学・エネルギー材料

 
 
 
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特徴・独自性
  • 構造相転移・相変態組織形成学を基軸にし、材料組織構造を制御することにより新機能を発現する材料を研究開発することを目指します。基盤材料のみならず、革新電池用エネルギー材料の開発にも重点をおきます。
実用化イメージ

蓄電池に関わる事業などは共同研究可能です。

研究者

金属材料研究所

市坪 哲  

Tetsu Ichitsubo

構造用金属材料の組織と特性の制御

 
 
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特徴・独自性
  • 金属材料の性質は、材料を構成する微細組織によって大きく変化します。我々は、従来型のバルク材の結晶構造・組成・粒径等の制御のみならず、結晶界面の構造やサブナノ領域の局所的組成など原子レベルでの先進的組織制御により、強度と延靱性に優れた構造用金属材料の設計・開発を、鉄鋼を中心に行っています。特に、結晶界面（粒界や異相界面）を制御する新しい観点から、相変態・再結晶を用いた結晶粒微細化の指導原理を構築するべく基礎的研究、豊富な資源としての軽元素の機能の基礎的理解と有効活用による鉄鋼およびチタン合金の更なる高機能化の研究を行っています。
実用化イメージ

熱処理や塑性加工を用いた鉄鋼や非鉄金属の高機能化、鉄鋼の表面硬化処理、金属組織に関する各種解析などを専門としており、この経験を生かして少しでも産業界の役に立てればと願っています。

研究者

金属材料研究所

古原 忠  

Tadashi Furuhara

〈チタン合金〉

構造相転移・相変態組織形成学・エネルギー材料

 
 
 
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特徴・独自性
  • 構造相転移・相変態組織形成学を基軸にし、材料組織構造を制御することにより新機能を発現する材料を研究開発することを目指します。基盤材料のみならず、革新電池用エネルギー材料の開発にも重点をおきます。
実用化イメージ

蓄電池に関わる事業などは共同研究可能です。

研究者

金属材料研究所

市坪 哲  

Tetsu Ichitsubo

チタンの抗菌・抗ウイルス化表面処理

概要

熱酸化やスパッタリング法によりチタン・チタン合金表面上に可視光応答型光触媒活性酸化チタン膜を作製する。酸化チタンの光触媒活性の酸化分解能により、可視光照射のみでチタン製インプラントや構造物表面に付着した細菌やウイルスを死滅させることができる。

従来技術との比較

熱酸化やスパッタリング法といった比較的簡便で基板形状を問わないプロセスにより、チタン表面に軽元素や貴金属を含有した可視光応答型光触媒活性酸化チタン膜を作製する技術を有する。

特徴・独自性
  • 二段階熱酸化法や反応性スパッタリング法などの酸化チタン成膜技術
  • 抗菌および抗ウイルス性評価技術を構築
実用化イメージ

手術部位感染や今後も引き続き起こることが確実視されている新型コロナウイルスパンデミックに対して材料の観点から貢献する。

研究者

大学院工学研究科

成島 尚之  

Takayuki Narushima

〈父加齢〉

父親の精子検体を検査することで、子供の自閉症スペクトラム発症率を予測できる。

 
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概要

自閉症スペクトラムマーカー：
精子のヒストン修飾を測定することにより、次世代の神経発達症リスクを予測することが可能となりうる。
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken/T14-105.pdf

従来技術との比較

子どもの発達障害発症に関して、もっとも高いリスクは両親の加齢と早産であることが知られており、両親のうち父親の加齢の方が母親よりもリスクが高いことも繰り返し疫学的に報告されている。従来、精子の検査は、顕微鏡下で、精子数、形態、運動性をチェックするのみであり、分子レベルでの検査は行われていない。本発明はエピジェネティックな分子マーカーに着目する画期的な方法である。

特徴・独自性
  • 急激な少子化の一方、発達障害は増加の一途を辿っている
  • 父加齢の継世代的影響として、可塑性のあるエピジェネティック分子に着目
  • 精子検査は非侵襲的に行うことができる
  • 精子ドナー等のクォリティチェックとして適している
実用化イメージ

本発明の精子のヒストン修飾や、関連するエピジェネティック因子（DNAメチル化、マイクロRNA）を組み合わせて、精子のパネル検査を行うことにより、精度の高い精子のクォリティ検査を行うことが可能となる。

研究者

大学院医学系研究科

大隅 典子  

Noriko Osumi

〈窒化チタン〉

窒化物をより均一にコーティングすることが可能

 
 
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概要

窒化物コーティングの形成方法
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken_h/T18-275.html

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 　従来開発されている窒化物コーティング方法として、CVD法(化学的蒸着)やPVD法(物理的蒸着)などが知られている。しかし、真空装備による圧力調整や雰囲気置換を行う必要があるため、製造工程が複雑に なり、作業が効率的でないという問題があった。そこで、大気中において基材表面に窒化物をコーティングする技術の開発が行われているが、コーティングにムラが生じるという課題がある。
  • 　本発明によって、簡単な工程かつ容易な操作で、窒化物をより均一にコーティングすることができる窒化物コーティングの形成方法を提供することが可能になった。本発明は、コーティング過程と窒化過程とを入れ換え、 既に存在している窒化物に、マイクロ波を利用してコーティングするものである。コーティングがマイクロ波の照射で済む上、従来法で必要であった圧力調整や雰囲気置換が不要なため、大気中で実施可能となる。これ によって、簡単な工程かつ容易な操作で、基材の表面に窒化物コーティングを均一に形成することができる。
実用化イメージ

・生体用・歯科用インプラント部材の製造

研究者

大学院工学研究科

福島 潤  

Jun Fukushima

〈窒化物コーティング〉

マイクロ波を利用した機能無機材料プロセッシング

 
 
 
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特徴・独自性
  • マイクロ波は化学反応の駆動力としても注目されています。材料プロセッシングにおいては、単なる省エネルギー加熱としての特徴のみならず、反応促進効果や非平衡反応の進行が認められ、新素材を生み出す手法として期待できます。当研究室では、ミリ波からセンチ波に至るマイクロ波を駆使し、雰囲気制御を必要としない簡便な窒化物コーティング法や、サーメット焼結などの粉末冶金技術、金属ナノ粒子合成法を開発しています。
実用化イメージ

マイクロ波を利用した窒化物コーティング法は、オンサイトかつ短時間の成膜を可能にし、歯科インプラント材や宝飾品、切削工具等、チタン合金や各種セラミックス、硬質材料などに適用できます。

研究者

役員

滝澤 博胤  

Hirotsugu Takizawa

〈窒化物半導体〉

高温反応場を用いた機能材料の創製と熱物性計測法の開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 金属・無機系材料の創製と高温融体の熱物性計測に取り組んでいます。現在、環境、医療、バイオ、情報分野での幅広い応用が期待されている窒化物半導体について独自の発想に基づいた新たな結晶成長プロセスの開発を行っています。また、当研究室で開発した超高温熱物性計測システムを一般開放し、材料開発の数値シミュレーションに必要な比熱、熱伝導率や表面張力など種々の熱物性測定のニーズに応えています。
実用化イメージ

鉄鋼・金属系素材、半導体産業：結晶成長、溶接、鋳造、凝固などのプロセス開発
　航空宇宙産業：ロケット・航空機用エンジンおよび構成部材の評価
　エネルギー産業：原子炉・核融合炉用材料、発電タービン用材料の評価

研究者

多元物質科学研究所

福山 博之  

Hiroyuki Fukuyama

〈窒素〉

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

〈窒素酸化物〉

気相化学種の同時定量技術・ソフトウェア

 
 
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概要

フーリエ変換赤外線分光法 (FT-IR) を用いて、活性酸素・窒素種 (オゾン O3、 過酸化水素 H2O2、 窒素酸化物 (一酸化窒素/二酸化窒素/五酸化二窒素/亜酸化窒素) NOx、 亜硝酸/硝酸 HNOx)や硫黄酸化物 SOx、 一酸化炭素/二酸化炭素 COx等の気相化学種を同時に定量する技術を開発しています。

従来技術との比較

標準ガスを用いた校正曲線からの密度定量は、標準ガスとして入手できない化学種に対応できない等の問題を抱えていました。
本技術は、 標準ガスの校正をせずに、20種を超える化学種の同時定量を可能にします。

特徴・独自性
  • 手軽に1クリックで同時密度定量可能なソフトウェア
  • 化学種の吸収断面積データベースを使用
  • 様々な装置関数や測定条件に対応可能
実用化イメージ

気相化学種を密度定量したいという様々なニーズに対して、直接貢献できる。

研究者

大学院工学研究科

佐々木 渉太  

Shota Sasaki

〈窒素施肥〉

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

〈窒素施肥効果〉

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

〈地盤改良〉

繊維質物質を用いた高含水比泥土再資源化技術の開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 建設汚泥やヘドロなどの泥土は、含水比が高いため直接利用が困難であり、リサイクル率が低いのが現状である。そこで、本研究室では軟弱泥土に古紙破砕物とセメント系固化材を混合し、良質な土砂に再資源化する繊維質固化処理土工法（ボンテラン工法）を開発している。本工法の最大の特徴は、泥土の再資源化の過程で古紙と泥土を混合する点であり、土砂内部に含まれる繊維質物質が様々な優れた地盤工学的特徴を生み出している。
実用化イメージ

本工法により生成される土砂は、破壊強度および破壊ひずみが大きい、乾湿に対する耐久性が高い、動的強度が高く液状化し難いといった特徴を有するため、堤防の補強盛土など様々な土構造物の構築に使用可能である。

研究者

大学院環境科学研究科

高橋 弘  

Hiroshi Takahashi

〈地表面〉

地表面の状況を高精度に抽出できます

 
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概要

ドローン等を利用して得られる高さ情報を用いて、植生等の地表面の利用状況を容易に把握することができる地表面合成画像作成方法を提供する。

従来技術との比較

・合成画像は、RGBの３チャンネル画像として得られるため汎用性が高い。
・フリーの画像処理ソフトウェアの利用が可能

特徴・独自性
  • RGB画像と高さ情報の合成
  • 簡便な手順
  • 一般的な深層学習のプログラムの使用が可能
実用化イメージ

・植生（屋敷林や公園の樹木や植栽）の把握、維持管理
・災害調査（倒木など）
・建物や太陽光パネル等の人工物調査

研究者

大学院農学研究科

米澤 千夏  

Chinatsu Yonezawa

〈着火〉

温度勾配型マイクロフローリアクタによる着火・燃焼特性の測定・評価

 
 
 
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特徴・独自性
  • 多様な燃料の着火・燃焼特性を客観評価する新原理の試験法を開発・実用化した。流れ方向に温度が徐々に上昇するよう外部から温度分布制御した微小流路を用いる。燃料が温度上昇と共に低温（600K程度）から酸化剤と反応開始、反応完了（〜1300K）までの過程（通常は高速の過渡現象「着火現象」）を、温度域別に分離した定常な複数反応帯（火炎クロマトグラフィ）として安定化することに成功した。
実用化イメージ

オクタン価やセタン価推定、天然ガス成分別の反応特性解明を既達成。簡便な標準的燃焼化学反応の試験装置として、各種燃焼器開発への適用、不明燃料の着火特性解明にも応用可能である。

研究者

流体科学研究所

丸田 薫  

Kaoru Maruta

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