東北大学　研究シーズ集

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ら行のキーワード 127ワード

ら 行
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れ

〈冷害〉

イネ科作物の高温・低温障害の克服法

 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 地球規模での温暖化は、コムギやオオムギなどの収量に多大な影響を及ぼしています。また、異常気象は局所的な低温ももたらし、東北地方でのイネの冷害は有名です。これら主要作物の温度障害は、いずれも花粉形成の過程が最も脆弱であり、ストレスにより正常花粉ができなくなります。本技術は、植物ホルモンのオーキシンやジベレリン、さらにはカーボンソースを適切な時期に散布することで、これら障害を完全に克服するものです。
実用化イメージ

適切な植物ホルモン等を利用することで異常気象による作物の収量低下を防ぐことができ、農作物の安定的な生産に資するものです。

研究者

大学院生命科学研究科

東谷 篤志  

Atsushi Higashitani

〈冷却〉

マイクロ流路内の相変化伝熱による高熱流束冷却機構

 
 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 発熱密度が増大しているシステムにおいて高性能な冷却を実現するために、微細な流路内の沸騰現象を制御し、熱輸送量を高める研究を行っています。沸騰現象の厳密な数値シミュレーションや一次元簡易沸騰シミュレーションを駆使し、理論的な予測に基づく冷却システムの設計を目指しています。
実用化イメージ

発熱密度が増大する情報通信システム用のデバイスや電気自動車等の電力制御システムの冷却が応用先として考えられます。また、理論解析を通じた既存の冷却システムの熱解析や最適化なども対象になります。

研究者

流体科学研究所

岡島 淳之介  

Junnosuke Okajima

〈レクチン〉

糖鎖精密認識レクチンによる糖鎖解析および細胞制御

 
 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 糖鎖は細胞表面上に糖タンパク質や糖脂質として存在し、細胞間認識や制御など情報伝達機能に関わります。我々は、糖鎖認識分子である各種レクチンを海洋生物などから単離し、構造・機能を明らかにしました。例えば、魚類卵ラムノース結合レクチンは、Gb3を介してIL-1など炎症性サイトカインを誘導します。また、マアナゴガレクチンの進化に基づく各種変異体を作成し、より精密な特異性を持つレクチンの開発にも成功しました。
実用化イメージ

下記のような社会実装の可能性があります。・レクチンによる糖鎖プロファイリングによるiPS/ES 細胞からの分化、がん化などの細胞の機能解析、細胞の分離。・アポトーシスなど細胞制御への応用。・抗ウィルス機能を利用した抗トリインフルエンザ資材開発等。

研究者

大学院農学研究科

小川 智久  

Tomohisa Ogawa

〈レクテナ〉

レクテナ発電による中・遠赤外光の電力変換

 
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概要

無線送電技術であるレクテナを用いた赤外光の電力変換技術です。赤外光を電磁波としてアンテナで吸収して生じる交流電場をダイオードで整流することで電力へと変換します。アンテナの設計次第であらゆる波長の赤外光を電力変換できるため、中・遠赤外光が主体となる300℃以下の物体からの熱ふく射も電力変換可能です。

従来技術との比較

従来の熱発電技術とは全く異なる方法により電力変換を行います。熱ふく射を電力変換するため熱源と素子が接触する必要が無く、耐久性やデバイス設計自由度が高いです。電力変換可能な波長域は材料に依らずアンテナ設計次第で自由に制御することができます。

特徴・独自性
  • 赤外光の波動性に基づいた電力変換を行うため、材料物性に依らず感度波長を自由に制御できることが最大の特徴です。全ての有限温度物体は熱ふく射を放出するため、原理的にあらゆる温度域の熱源から電力を抽出することが可能となります。
  • レクテナ発電はマイクロ波を用いた無線送電技術として既に確立されていますが、赤外光は電磁波の周波数が非常に高いため（1013Hz～）、高速応答するダイオードの開発とエネルギー損失のないデバイス化が課題です。
  • 高速応答ダイオードとしては、金属ナノ粒子を用いたトンネルダイオード技術を新たに提案し、高性能化を達成しています。エネルギー損失のないデバイスとしては、空洞共振器構造に基づくデバイスを新たに提案し、可視～中赤外光の発電を実現しています。
実用化イメージ

あらゆる環境で発電が可能であり薄膜化も可能であるため、自立型センサ等の電源応用が期待できます。

研究者

大学院工学研究科

清水 信  

Makoto Shimizu

〈レジリエンス〉

事業継続計画（BCP）の導入・向上

 
 
 
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概要

事業継続マネジメント（BCM) は、企業や公的組織が災害、大事故、テロ、感染症などで甚大な被害を受けた際にも、重要業務を継続または早期復旧するための対応戦略で、事業継続計画（BCP）はその計画文書である。政府もその策定・改善を推奨している。当研究室はこの普及策・改善策を研究しており、政府のガイドラインにも深く関与している。産官学の勉強会の毎月開催し、複数の企業との共同研究も行っている。

従来技術との比較

従来の企業の防災、組織の防災は、身体・生命の安全と資産の保全を主たる目的とするが、事業継続では、企業・組織の提供する製品・サービスの供給責任を果たす目的も加わり、被災がサプライチェーンを通じて他主体、社会へ広く波及してしまうことを抑制する目的もある。経営戦略とも深く関わってくる。

特徴・独自性
  • 研究の目的は2つです。1つは、被害に伴う企業・組織活動の停止によって生じる倒産や社会的信用の失墜を防ぐことです。もう1つは、倒産や社会的信用の失墜が、サプライチェーンを通じて他主体、社会へ広く波及してしまうことを抑制することです。政府、経済団体等は、これら目的の必要性から導入・改善を積極的に推進しています。
    当研究室は、BCP の普及・改善策を研究し、政府のガイドラインの策定・改善に深く関与しています。また、BCP や防災の産官学の勉強会を毎月開催し、複数の企業と共同研究を行っています。
実用化イメージ

B CP・BCM の導入・改善の支援により、企業・組織のレジリエンスを高めることに貢献できます。業界団体のガイドラインの策定や改善、企業との共同研究によるBCP の充実、訓練支援、人材育成についての連携が想定されます。

研究者

災害科学国際研究所

丸谷 浩明  

Hiroaki Maruya

〈レトロフィット〉

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

身体性を持って実世界で稼働するタフ・サイバーフィジカルAIの重要性が急速に高まっています。特に、SDGs や災害対策など、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ます。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目指す研究開発を行っています。

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
  • 実世界で自律的に稼働するタフ・サイバーフィジカルAI の研究を行っています。下記のような幅広い技術革新を推進しています。
  • ・困難環境を探査するクローラロボットや球殻ガードを装備したドローン
  • ・LiDAR やカメラを融合した高精細3D セマンティック地図構築
  • ・困難環境の認識やSLAM や動作生成を行う頑健な知能化ソフトウェア
  • ・後付けで運転ロボットを搭載して自動運転を実現するレトロフィット技術
  • ・イヌの能力を支援/ 拡張するサイバー救助犬
実用化イメージ

タフ・サイバーフィジカルAI を建設業、製造業、物流、ペット産業などに導入し、効率化と人手不足解消、防災・減災への寄与を目指します。

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

〈レパートリー〉

第3世代　T細胞レパートリー解析技術開発

 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 病気から身体を守るために、T 細胞やB 細胞という免疫細胞が働いています。T 細胞は、その受容体によって様々な病原体に対応でき、10の18乗ものT 細胞受容体、すなわちレパートリーを持っています。B細胞も同様で、B細胞受容体は抗体になり、抗体も多くのレパートリーを持っています。例えば、がんを排除できるT 細胞受容体を特定できれば、このT 細胞受容体をもとにした創薬が可能となり、がんをより効率的に排除できるようになります。T 細胞受容体やB細胞受容体を網羅的に調べる技術は以前からありましたが、精度や効率性に問題がありました。我々はこの問題を克服し、高精度・高効率の解析技術、いわゆる免疫受容体解析技術を新たに開発しました。
実用化イメージ

この技術はT 細胞やB細胞が関係するあらゆる疾患に応用できるため汎用性が高く、がんや自己免疫疾患、感染症に対する治療薬、ワクチン開発、遺伝子治療などの新規治療法の開発および個別化医療を可能とします。

研究者

加齢医学研究所

小笠原 康悦  

Koetsu Ogasawara

〈連携協定〉

〈連成解析〉

水素エネルギーシステムの統合型安全管理技術の開発

 
 
 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 水素高速高圧充填に対する安全性対策が求められています。高圧水素タンクの初期欠陥に起因する亀裂伝播により破損した際の反応性水素ガス漏洩の拡散・燃焼現象を調べるために、異分野融合的研究アプローチによって材料構造と反応性乱流多相流を同時に解析する連成解析手法を開発しました。さらに、高圧タンク隔壁の亀裂伝播による破損で漏洩する水素の拡散流動特性と燃焼限界に関連する新しい数値予測手法を開発しました。
実用化イメージ

高圧タンク隔壁の亀裂伝播により漏洩する水素拡散流動特性と燃焼限界にの数値予測が可能となりました。各種輸送機用水素貯蔵容器の設計や水素ステーション構成の安全性指針策定・リスクマネージメントに貢献します。

研究者

流体科学研究所

石本 淳  

Jun Ishimoto

〈連続処理〉

溶融鉄中のトランプエレメント分離方法

 
 
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概要

溶融鉄中のトランプエレメント分離方法
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken_h/T20-1058.html

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 鉄スクラップを用いたリサイクル製錬は炭素使用量およびCO2排出量を現行法と比較して大幅に低減でき、現在増加している鉄スクラップ蓄積量の低減に有効な手段です。しかし、特にトランプエレメントと呼ばれるCu,Ni,Sn等の、酸化除去および蒸発除去が困難な元素が混入することにより、鉄鋼材の特性や加工性が劣化してしまうという問題があり、トランプエレメントは鉄スクラップを再利用するたびに濃化するため、鉄スクラップの再資源化率を上げられない原因となっています。従来法として硫化物フラックスを用いた脱銅法が広く検討されているが、大量の硫化物を用いたバッチ処理になることが問題です。本発明は電気化学的手法を用いて溶融鉄中のCuの溶融スラグ中へのイオン化分離を促進する技術であり、原理上連続処理が可能となります。さらに溶融鉄の高純度化のみならず、回収した電析銅のリサイクルも考えられます。
実用化イメージ

鉄スクラップを用いたリサイクル製錬、連続的なトランプエレメント除去に活用可能です。

研究者

多元物質科学研究所

夏井 俊悟  

Shungo Natsui

〈連続製造技術〉

イオン交換樹脂を触媒とした高品質脂肪酸エステル連続製造技術

 
 
 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 軽油代替燃料バイオディーゼルとなる脂肪酸エステルを、従来法では利用できない非食用の低品質原料（食用油製造工場で排出する脂肪酸油や酸価の高いジャトロファ油）でも反応率100% で連続製造できるパイロットスケールの全自動装置を完成させました。固体の酸・アルカリ触媒としてイオン交換樹脂を用いることで、石鹸の副生をなくし、同時に副生物除去を達成することで、輸送用燃料の品質規格を満たす高品質品を低コストで生産できます。
実用化イメージ

食用油製造工場で排出するアルカリ油滓やダーク油、脂肪酸油から脂肪酸エステル製造が可能です。化学原料として脂肪酸エステル製造を実施する企業、天然油から有価物回収時にエステル化工程を用いる企業との連携が可能です。

研究者

大学院工学研究科

北川 尚美  

Naomi Kitakawa

ろ

〈ローカル5G〉

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

〈漏えい〉

水素エネルギーシステムの統合型安全管理技術の開発

 
 
 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 水素高速高圧充填に対する安全性対策が求められています。高圧水素タンクの初期欠陥に起因する亀裂伝播により破損した際の反応性水素ガス漏洩の拡散・燃焼現象を調べるために、異分野融合的研究アプローチによって材料構造と反応性乱流多相流を同時に解析する連成解析手法を開発しました。さらに、高圧タンク隔壁の亀裂伝播による破損で漏洩する水素の拡散流動特性と燃焼限界に関連する新しい数値予測手法を開発しました。
実用化イメージ

高圧タンク隔壁の亀裂伝播により漏洩する水素拡散流動特性と燃焼限界にの数値予測が可能となりました。各種輸送機用水素貯蔵容器の設計や水素ステーション構成の安全性指針策定・リスクマネージメントに貢献します。

研究者

流体科学研究所

石本 淳  

Jun Ishimoto

〈労働安全衛生〉

AI・ロボット時代における教員のワークライフバランスと学校の働き方改革

 
 
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概要

世界的に教員不足が深刻化しており、日本では教員の多忙化もまだ完全な解決には至っていません。私の研究室では、教員の業務を教育行政学や医学の観点から正確に測定・分析した上で、校長・教頭によるタイムマネジメントや学校の労働安全衛生に関するコンサルティングのほか、ICT/AI/ロボットを活用した業務改善のお手伝いをします。

従来技術との比較

教員の労働時間を業務別・時刻別に測定することが可能です。紙媒体もしくはウェブアンケートに対応しています。従来の研究や技術では困難だった教員の労働時間の正確な測定が低コストで可能です。そのため、課題の発見に至る時間が短縮でき、的確なコンサルテーションがいち早く実行でき、改善策の社会実装までの時間が短く済みます。

特徴・独自性
  • 長年、教員の労働時間に関する基礎研究を行ってきました。2006年、2016年、2022年に実施された文部科学省「教員勤務実態調査」の中心メンバーとして労働時間の正確な測定技術の開発に従事してきました。その過程で、長時間労働や多忙感をもたらす要因を明らかにしました。ここ最近は、医学との共同研究を進めており、教員が心身ともに健康を維持できるようなマネジメントのあり方を追求しています。
実用化イメージ

学校の業務効率化や教員の健康増進に寄与したいと思います。
校務運営システムの開発企業、労働者の健康管理デバイスの開発企業、ICT、AI、ロボットを学校に導入しようとする企業との連携の可能性があります。

研究者

大学院教育学研究科

青木 栄一  

Eiichi Aoki

〈ROS〉

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

身体性を持って実世界で稼働するタフ・サイバーフィジカルAIの重要性が急速に高まっています。特に、SDGs や災害対策など、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ます。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目指す研究開発を行っています。

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
  • 実世界で自律的に稼働するタフ・サイバーフィジカルAI の研究を行っています。下記のような幅広い技術革新を推進しています。
  • ・困難環境を探査するクローラロボットや球殻ガードを装備したドローン
  • ・LiDAR やカメラを融合した高精細3D セマンティック地図構築
  • ・困難環境の認識やSLAM や動作生成を行う頑健な知能化ソフトウェア
  • ・後付けで運転ロボットを搭載して自動運転を実現するレトロフィット技術
  • ・イヌの能力を支援/ 拡張するサイバー救助犬
実用化イメージ

タフ・サイバーフィジカルAI を建設業、製造業、物流、ペット産業などに導入し、効率化と人手不足解消、防災・減災への寄与を目指します。

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

〈ロッキング免震支承〉

〈ロボット〉

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

タフ・サイバーフィジカルＡＩ研究センター

田所 諭  

Satoshi Tadokoro

キャリブレーションを必要としない高度ビジョンシステム

 
 
 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 生産現場におけるロボット導入の障害は、完ぺきな環境整備とティーチィングです。ビジョンを援用して環境や作業手順を自動で認識できれば、ロボットの導入は飛躍的に容易になりますが、ビジョンシステムにおける事前の条件出し（キャリブレーション）の負担が大きいです。フィードバック制御を用いれば、目標画像（ロボットが行うべき作業の写真）と現在画像（カメラからリアルタイムに得られる画像）をキャリブレーションなしで一致させることができます。この技術をビジュアルサーボといいます。
実用化イメージ

ビジュアルサーボの導入でカメラの配置が自由になり、キャリブレーションレスになり、ビジョンシステム導入の障害を容易に解決可能です。

研究者

大学院情報科学研究科

橋本 浩一  

Koichi Hashimoto

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
  • 本研究は以下の特徴を持ちます。
  • ・回転座標を使わない分かりやすい大変形構造解析法
  • ・大変形に対応した高効率な非定常流体解析法
  • ・部材同士の大移動を捉えるマルチボディダイナミクス解析法
  • ・AI/ 機械学習技術を融合したリアルタイム解析
実用化イメージ

本研究の超高速な流体構造連成解析とマルチボディ解析で実現される「デジタルツインと高効率最適設計」は以下のような社会実装が期待されます。
・次世代旅客機、宇宙機、浮体式洋上風車
・自動車、鉄道、エレベータ
・燃料棒、ロボット、建設機械

研究者

大学院工学研究科

大塚 啓介  

Keisuke Otsuka

ウェアブル“レス”な生体信号計測

 
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概要

生体情報を完全非接触な方式で取得するウェアブル“レス”な計測について研究をしています。光学的手法である映像脈波の技術については、心拍数に加えて血圧値や血中酸素飽和度なども推定することを目指して、撮像手法と推定モデルの改良を行っています。また、電波を使った手法として、Bluetooth などの一般的な通信用電波の状態から人間の活動パターンを推定する技術を開発しています。特に、人の移動を模した自走ロボットを用いることで、環境変化に対してロバストな手法を確立することを目指しています。映像脈波の計測システムを鏡などの日常的に顔を向けるものに組み込むことで、継続的に生体信号を取得することができます。また、乳幼児や高齢者など、センサを付けることに抵抗がある対象者にも適用することが可能なため、生体の循環動態を絡めた見守りシステムなどに応用することができます。電波を使った計測では、特殊な機器を必要とせず、プライバシーに配慮した見守りなどを行うことが可能になります。

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

杉田 典大  

Norihiro Sugita

東北大学　研究シーズ集

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