東北大学　研究シーズ集

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ま 行
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む

〈無機顔料〉

毒性のある遷移金属を含まないカラフルな酸化チタン顔料

概要

ニ酸化チタン着色粒子
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken/T19-849.pdf

従来技術との比較

遷移金属化合物は多彩な色を示すことで知られている。これまで、遷移金属イオンのドープにより、白色の酸化チタンを着色させることは可能であるものの、遷移金属に由来する生体毒性を回避することが難しい。

特徴・独自性
  • 本発明では、遷移金属を含まず、白色、黄色、赤色、グレー、緑色、紫色、黒色、肌色等、様々な色を有する酸化チタン無機顔料を実現した。
実用化イメージ

生体毒性が課題となる化粧品分野等での酸化チタン顔料の新規応用が期待される。

研究者

多元物質科学研究所

Yin Shu  

Yin Shu

〈無線通信〉

先端ワイヤレス通信

 
 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 地上系・衛星系を統合した高度情報ネットワークの実現を目指して、高信頼かつ電力消費の少ない先端ワイヤレス通信技術に関して、高周波回路、信号処理回路、RFIC、実装技術から送受信機技術、変復調、ネットワーク技術に至るまで、一貫した研究・開発を行っています。
実用化イメージ

地上無線通信あるいは衛星通信用の送受信機のハードウェア技術、例えば、ディジタルRF、フェーズドアレーアンテナなどのビームフォーミング回路、ソフトウェア無線機の技術に関して、共同研究が可能と考えています。

研究者

電気通信研究所

末松 憲治  

Noriharu Suematsu

あらゆるモノ同士の直接通信の効率化を実現する技術

 
 
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概要

あらゆるモノが自由自在につながる世界の実現を目指し、モノがインターネットにつながるためのインフラ型の無線通信技術と、モノが相互につながるためのアドホック型の無線通信技術の両方について研究を展開しています。研究対象となるモノについては、スマホから衛星まで様々です。

従来技術との比較

従来技術の多くは、モノに対してネットワーク接続機能を付与することでインフラ型の通信を可能にします。一方、本技術は、モノ同士が自由自在に直接つながるための機能を実現するもので、あらゆるモノが相互につながるアドホック型の通信を可能にします。

特徴・独自性
  • モノが相互につながるためのアドホック型の無線通信技術の一部について、スマートフォンを対象にして応用した事例として「スマホdeリレー」がありますが、こちらの研究開発詳細については研究室ウェブサイトをご覧下さい。
実用化イメージ

インフラ型の無線通信技術ならびにアドホック型の無線通信技術のそれぞれについて、無線通信機、通信システム、および通信サービスに関連する業界、ならびに防災・減災など災害時の情報通信に関係する業界の企業等との連携により、社会へ貢献することを目指しています。

研究者

大学院工学研究科

西山 大樹  

Hiroki Nishiyama

〈無線LAN〉

次世代ワイヤレスIoT実現のための無線機ハードウェアおよび通信システムの研究

 
 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 電波が吸収され届きにくかった人体内と体外をつなげる通信、工場内などの高密環境でも干渉を低減し、リアルタイム性を実現する通信、周波数資源をディジタルビームフォーミングにより空間的・時間的に分割して有効利用できる通信など、次世代ワイヤレスIoTに関する研究を、デバイス・回路・実装・ディジタル信号処理技術から送受信機・サブシステムに至るまで一貫して研究・開発を行っています。
実用化イメージ

以下のような社会実装への応用が期待されます。
・当研究室で開発したリアルタイムスペクトラムモニタによる、各種無線通信機器間干渉の見える化
・5Gで注目されているミリ波、サブテラヘルツ無線の送受信機、デバイス、アンテナの評価、開発などの技術支援

研究者

電気通信研究所

末松 憲治  

Noriharu Suematsu

〈無損傷〉

〈無毒性〉

毒性のある遷移金属を含まないカラフルな酸化チタン顔料

概要

ニ酸化チタン着色粒子
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken/T19-849.pdf

従来技術との比較

遷移金属化合物は多彩な色を示すことで知られている。これまで、遷移金属イオンのドープにより、白色の酸化チタンを着色させることは可能であるものの、遷移金属に由来する生体毒性を回避することが難しい。

特徴・独自性
  • 本発明では、遷移金属を含まず、白色、黄色、赤色、グレー、緑色、紫色、黒色、肌色等、様々な色を有する酸化チタン無機顔料を実現した。
実用化イメージ

生体毒性が課題となる化粧品分野等での酸化チタン顔料の新規応用が期待される。

研究者

多元物質科学研究所

Yin Shu  

Yin Shu

め

〈迷光除去〉

迷光強度を1/1000以下にできる分光器

 
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概要

迷光強度を1/1000以下にできる分光器
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken_h/T21-068.html

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 　分光器を用いて分光する場合、入力光の1次反射光のほか、0次反射光、2次回折光、その他の分光器内に生じる散乱光などの影響により、広い波長範囲に渡る種々の迷光が発生する。特に、レーザのような強い光を光源として用いて、試料からの弱い信号光を検出するような測定では、迷光の影響により信号光の検出が難しくなる。
  • 　分光器の迷光を低減させるため、誘電体膜を用いたカットフィルタや、モノクロメータを直列に接続したダブルモノクロメータ型分光器などが開発されている。しかし、これらの方法を用いた場合、広い波長範囲に渡る迷光を一度に除去できないことが課題として挙げられていた。
  • 　本発明は、広い波長範囲（例えば近紫外～近赤外）の迷光を除去できる機構を備えた分光器に関するものである。右図に、本発明を用いた超伝導体からの高調波の観測結果を示す。超伝導体の高調波のうち、3次高調波（2.1 eV = 590 nm付近）はどのような分光器を用いてもはっきりと観測できるが、5次高調波（3.4 eV = 360 nm付近）は本発明を用いた時のみS/N良く観測できる。特に、本発明のノイズは他の分光器のノイズと比較して、3桁以上低減していることが分かる。
実用化イメージ

・ラマン散乱分光
・分光蛍光測定
・高調波観測
・その他、レーザ光を試料に照射する方法を用いた種々の分光測定

研究者

大学院理学研究科

岩井 伸一郎  

Shinichiro Iwai

〈メカトロニクス〉

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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概要

従来技術との比較

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」などを研究開発しました。それらの技術は、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。
実用化イメージ

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。

研究者

大学院情報科学研究科

田所 諭  

Satoshi Tadokoro

〈メカニカルアロイング〉

原子力・核融合材料

特徴・独自性
  • 原子力や将来の核融合炉に用いられる機能・構造材料の開発と評価に関する研究を進めている。特に、メカニカルアロイング法による分散強化合金の創製や、ナノインデンテーション法を駆使した超微小試験技術に関して独自の方法を開発している。
実用化イメージ

原子力業界や材料業界

研究者

金属材料研究所

笠田 竜太  

Ryuta Kasada

〈MXene〉

金属材料のナノ複合化と高機能化

 
 
 
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概要

カーボンナノチューブ（CNT）、グラフェン、MXene などの低次元強化相を金属複合材料の強化材として活用する。界面反応を意図的に制御することで、低次元強化相特有の特性を引き出す方法を明確化し、有効な荷重伝達を実現することで、優れた機械特性、導電率、熱伝導率を同時に向上させる。更に、新規な複合粉末の製造方法の確立並びに３Dプリンターを活用した高機能金属（Al、Cu、Ag、Ti など）を開発する。　

従来技術との比較

適切な界面反応が界面結合を大幅に改善できることを示し、従来の考え方とは異なる発見であった。従来のボールミリングやアトマイズ法などの方法とは異なり、新しい複合粉末の作製手法が開発された。3Dプリンター中の急速凝固を活用することで、状態図上では溶解が困難と予想される大量のナノ炭素や酸化物を強制的に固溶させ、高機能金属材料として実現することが可能となる。

特徴・独自性
  • ナノカーボンやナノバブルを活用し、ヘテロ凝集させナノセラミックス/金属粉末を製造するプロセスを提案する。複合材料開発のためのハイスループット手法を確立し、機械学習を用いて強化相の添加、界面組織、および物理・機械的特性の関係を予測するモデルを構築する。金属とセラミックスの優れた機械的・物理的特性を組み合わせることで、多機能部品の実現が可能となる。
実用化イメージ

金属およびセラミックス基複合粉末の作製が可能である。導電体の軽量化や送電ロスの低減に加え、銅資源問題への対応が期待できる。高強度かつ高抗菌性を有する生体用金属材料の積層造形を目指す。

研究者

大学院工学研究科

周 偉偉  

Weiwei Zhou

〈メタバイオ材料〉

バイオミメティック材料・自己組織化

特徴・独自性
  • 当研究室では、㈰生物から得られたヒント（材料デザイン）を基に、㈪ナノ材料や機能性高分子などの合成物を、㈫自己組織化や自己集合という低エネルギープロセスで形作ることで、生物に学び（Biomimetic)、生物と融合し（Biohybrid）、最終的には人工材料と生物デザインにより生物を超える（Metabio）材料の作製を目指しています。
実用化イメージ

細胞培養・分離・イムノアッセイ等のバイオ分野、構造材料・接着材料等の高分子分野、ナノ粒子等のナノ材料分野、燃料電池・金属空気電池等のエネルギー分野の企業との産学連携

研究者

高等研究機構材料科学高等研究所

藪 浩  

Hiroshi Yabu

〈メタン発酵〉

メタン発酵とアナモックスプロセスの応用

 
 
 
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特徴・独自性
  • 嫌気性微生物系（メタン生成古細菌とアナモックス細菌）と機能性材料（分離膜、担体）の融合利用により、有機性排水・廃棄物の処理に適した省エネルギー・低炭素型かつエネルギー生産ができる高効率的処理技術を確立していきたいです。図１に示すように、嫌気性膜分離反応槽と担体添加型一槽式アナモックス（ANAMMOX）ユニットを組み合わせることによって新しい排水・廃棄物処理システムを構築し、図２のような効果の実現を目指しています。
実用化イメージ

下水、産業排水、ごみ埋立処理処分場浸出水などの有機性排水処理および廃棄物系バイオマスのエネルギー資源化を目指して、環境プラントメーカーまたはバイオガス発電事業者との連携を図っていきたいです。

研究者

大学院工学研究科

李 玉友  

Gyokuyu Ri

〈メタボリックシンドローム〉

心臓と血管の血圧反射機能を独立に定量診断することができる非侵襲診断装置

 
 
 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • これまでに血管系の自律神経反射機能を診断する方法論は存在しませんでした。我々は、心臓と血管の血圧反射機能を独立に定量診断する方法論を新しく発明しました。メタボ対策などのヘルスケア産業に進展が期待されます。
実用化イメージ

下記のような社会実装が想定されます。
・予防医学の機器開発
・医薬品やサプリメントの効果判定
・健康維持の機器開発

研究者

加齢医学研究所

山家 智之  

Tomoyuki Yambe

〈メタボロミクス〉

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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概要

従来技術との比較

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

〈メタマテリアル〉

ナノスケール超微細構造を利用した超小型・高機能光デバイスの開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • ナノ構造と光の相互作用から生じる新規光学現象を利用した超小型・高機能光デバイスの研究を行っています。また、ナノ光学素子を実用化する上で顕在している問題を克服する新たな製作技術の開発も行っています。
  • 《主な研究テーマ》
  • ■ 可動メタマテリアルによる光の動的制御
  • ■ 微細周期構造を利用したカラーフィルタ
  • ■ 表面原子自己拡散を利用した超平坦化技術
  • ■ 超低損失シリコンナノフォトニクスの基礎研究
実用化イメージ

革新的光制御・センサデバイスの実現と社会実装を目指しています。「ナノフォトニクス、メタマテリアル、生物模倣光学」と「微細加工、光MEMS」の融合による光操作の未来技術と応用展開について研究しています。

研究者

大学院工学研究科

金森 義明  

Yoshiaki Kanamori

〈メタン〉

バイオマスエネルギー

 
 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 生ごみや糞尿のメタン発酵によるバイオマスエネルギー生産は一般的になりつつありますが、農作物生産過程で出る茎葉などの非食用部分や難分解な食品系ごみからメタンガスと回収する技術として、牛の胃液を活用したルーメン・メタン発酵の研究をしています。特に、従来前処理・後処理と2相処理が必要であったものを1相処理でもできるように工夫しています。様々な原料のメタンガス生産促進について調査しています。
実用化イメージ

農業系廃棄物が出るような企業や、メタン発酵を既に行なっている企業、有機性廃棄物を資源循環したいと考えている企業が良いと考えます。自社で排出されるごみを有効利用することでCO2削減に貢献したい企業などを希望します。

研究者

大学院農学研究科

多田 千佳  

Chika Tada

〈メタン菌カソード電極〉

メタン菌カソード電極を利用した微生物燃料電池

 
 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 本微生物燃料電池は、カソード電極に、これまでの方法で用いられている白金などのレアメタルではなく、微生物のメタン菌を使用することで、酸素から水を得るのではなく、二酸化炭素をエネルギーガスのメタンガスに変換しながら、電流を得る新しい電池です。すでに、高温メタン菌カソード電極では500mW/m2を達成しました。
実用化イメージ

CO2をCH4に変換し、電流も得られるため、大量にCO2排出する場所や、高濃度有機物が蓄積した場所で持続的に電気エネルギーを獲得したい企業
現状の出力では、センサー等技術に利用できると考えています。

研究者

大学院農学研究科

多田 千佳  

Chika Tada

〈滅菌〉

キャビテーションによる水処理

 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • キャビテーションを意図的に発生させた水を用いて水耕栽培を行うと、植物の活性が高まり、植物の成長を早めたり、植物の質を高めたりすることができます。また、養殖などに有害なプランクトンを含む水をキャビテーションで処理すると、プランクトンを殺滅することができます。薬品を使うことなく、殺菌や滅菌などの水処理を行うことができるので、環境負荷が少ない水処理法です。低価格の設備で、かつ低ランニングコストでキャビテーションを発生できる装置を開発していますので、植物工場や養殖などの水処理に適用することが可能です。本技術を活用したい企業や団体との共同研究を希望します。あるいは本研究に関して興味のある企業へ学術指導を行うことも可能です。
実用化イメージ

研究者

大学院工学研究科

祖山 均  

Hitoshi Soyama

〈メッシュ平年値〉

〈メッシュマップ〉

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