登録されている研究テーマ 429件

スーパーコンピュータシステム設計とその応用に関する研究

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 次世代超高性能コンピュータシステムを実現するハードウェア、およびシステムソフトウェアの要素技術の確立と、次世代コンピュータシステムの卓越した情報処理能力を最大限に引き出せるシミュレーション技術やデータ処理技術について研究を進めています。特に、量子コンピュータを含む新たな計算技術の探求とそのシステム化、さらにはAIを駆使したアプリケーションの高度化・高速化にも取り組んでいます。
実用化イメージ

高性能コンピュータアーキテクチャとその応用に関する産学連携研究を進めていますが、シミュレーション・データ解析・AI技術を必要とする企業との産学共同研究も可能です。

研究者

大学院情報科学研究科

小林 広明  

Hiroaki Kobayashi

「スーパーコンピュータ」と「実問題の解決」との橋渡し

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 学術的な科学技術計算はもちろんのこと、大規模データ処理やAIなどの様々な分野で、圧倒的に高い性能を持つコンピュータ(いわゆるスーパーコンピュータ、スパコン)の利用が求められるようになっています。しかし、現代のスパコンは大規模化・複雑化しており、それを効果的に活用して実際の問題の解決までつなげることは容易ではありません。当研究室では、未来のスパコン技術を創造するための研究を行いながら、実際にスパコン(通称AOBA)を運用することで現場で起こる実用上の課題の解決にも積極的に取り組んでいます。また、より大規模で高度なスパコン環境を実現するために、最先端ハードウェア/ソフトウェア技術の活用方法についても常に興味を持って取り組んでいます。
実用化イメージ

スパコンの活用による問題解決を目指し、スパコン利用開始から並列化・高速化までを一貫して支援することができます。これまでにも、スパコンセンターとして多数のシミュレーションコードの並列化、高速化支援の実績があります。さらには、スパコンと外部とを接続・連携させた分散計算環境を構築したり、大規模な科学技術計算ソフトウェア開発の生産性向上、効率化に関する企業との共同研究の実績等もあります。

研究者

サイバーサイエンスセンター

滝沢 寛之  

Hiroyuki Takizawa

スーパービタミンEトコトリエノールの高効率回収技術

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 本技術は、
  • 1. 分子蒸留を一切行わないため熱安定性の低いトコトリエノールを分解なしに100% 回収できる、ビタミンE 類(トコトリエノールとトコフェロール)を選択的に樹脂に保持できるため不純物混入量が少なく高純度で回収できる、
  • 2. ビタミンE類の回収と同時に遊離脂肪酸とトリグリセリドを何れも転化率100% で脂肪酸エステルに変換できる、
  • 3. 樹脂充填層に溶液を供給するだけの簡便な操作で連続操作が可能である、という特長を持ちます。
実用化イメージ

抗癌作用が注目されているトコトリエノールを医薬品や食品添加物として利用したい企業、原料ビタミンE濃度が低くても選択的に完全回収できるため、スカム油からのビタミンE回収率向上を目指す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

水産生物における遺伝的多様性モニタリングシステムの構築

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特徴・独自性
  • 遺伝的多様性の維持は、水圏生物の持続的利用や保全を図る上で重要なポイントです。本研究は、DNA分析と集団遺伝学的な解析を主なツールとして、1)自然集団の遺伝的構造や系統地理を明らかにして保全方策を提言し、2)栽培漁業の対象となっている魚介類について、放流種苗の遺伝的特徴や海域での種苗の生残率または再生産への寄与度を明らかにすることによって、より良い放流方法の確立に貢献することを目指しています。
実用化イメージ

海洋や河川・湖沼の生態系の現況調査においては、種数や個体数だけではなく遺伝的多様性についてもモニタリングしておくことの重要性が認識されつつあります。主に分析手法や解析方法についての学術指導や共同研究を行う準備があります。

研究者

大学院農学研究科

池田 実  

Minoru Ikeda

水生無脊椎動物用プロモーター

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概要

水生無脊椎動物用プロモーター
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken_h/T22-084.html

従来技術との比較

特徴・独自性
  •  本発明のプロモーターは従来のプロモーターと比較して、二枚貝細胞におけるプロモーター活性が非常に高いものです。例えば、レポーター遺伝子としてルシフェラーゼ遺伝子を用いた場合には、従来のプロモーターであるCMV IE (cytomegalovirusimmediate early) プロモーターと比較して約25倍のプロモーター活性を示しました(図1)。また、レポーター遺伝子としてGFP 遺伝子を用いた場合には、ホタテガイ心筋細胞(図2)だけでなく、HEK293細胞(図3)や、ゼブラフィッシュ胚でも蛍光顕微鏡にてGFP 蛍光を観察することができました。
実用化イメージ

これまで、二枚貝等の水生無脊椎動物のための実用的なプロモータ―が見つかっておらず、遺伝子機能の解明や応用は実現されていませんでしたが、本プロモーターの活用により各分野への応用が今後は期待されます。

研究者

大学院農学研究科

長澤 一衛  

Kazue Nagasawa

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

数理生物学

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 現実の生命現象や社会現象の特性を科学的に議論するための研究の展開の礎となるような数理的・理論的研究のための数理モデリング、数理モデル解析を行っています。現象についてどのような理論的課題を取り上げるか、問題をいかに数理モデルとして構成するか、構成された数理モデルに関してどのような数理的解析を行なうか、数理的解析結果をいかに生命科学的・社会科学的議論として取り上げるか、ということが重要な観点となります。
実用化イメージ

以下のような社会実装への応用が想定されます。・現実の生命現象や社会現象に対する理論的なアプローチを要する施策策定やアセスメント・環境評価に係る基礎理論の適用、または、データの視覚化に伴って必要となるスケルトンモデルの構築など

研究者

大学院情報科学研究科

瀬野 裕美  

Hiromi Seno

スピン制御レーザー

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • Qスイッチという光学デバイスは、高安定・高出力で知られる固体レーザーのパワーを著しく増大することができます。現在は、電気光学効果あるいは音響光学効果を用いたQ スイッチが主流ですが、磁気光学効果を用いても、Q スイッチができることを、我々は見出しました。実際に、磁気光学材料を使って、Qスイッチを作製し、「スピン制御レーザー」という名前で、デバイス化しています。
実用化イメージ

膜型のQスイッチは、他にありません。磁性膜を使うことで初めて実現されました。固体レーザーのパワーを飛躍的に増大できるものであり、現在のハイパワーなレーザーを、小型化できるデバイスと言えます。

研究者

電気通信研究所

後藤 太一  

Taichi Goto

スピントロニクス材料と情報通信技術への応用

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 1つ目に、マンガン系磁性材料を主とする新薄膜磁性材料の研究開発を行っています。(図1)
  • 2つ目に、フェムト秒パルスレーザーに対する磁性体の超高速応答の基礎研究を行っています。(図2)
実用化イメージ

例として、下記のような研究で、電子・通信産業と連携できる可能性があります。
○ 新材料を用いたトンネル磁気抵抗素子の、大容量磁気メモリ、磁気ストレージ、ミリ波〜テラヘルツ波通信素子への応用。
○ フェムト秒パルス光を用いたテラヘルツ波輻射への応用。
○ パルス光を用いた磁気スピン波の制御と論理デバイスへの応用。

研究者

高等研究機構材料科学高等研究所

水上 成美  

Shigemi Mizukami

スピントロニクス素子技術

概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 電子の持つ電気的性質と磁気的性質を同時に利用することで発現する新奇物理現象を明らかにし、工学応用に繋げることを目的とした研究を進めています。論理集積回路の高性能化、低消費電力化、既存のノイマン型計算機では実現が困難な複雑なタスクを処理する脳型コンピュータ、確率論的コンピュータ、量子コンピュータなどを実現します。
実用化イメージ

研究者

電気通信研究所

深見 俊輔  

Shunsuke Fukami

全てを最適化する Optimal Society

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 量子アニーリングと呼ばれる最適化技術が本格的に利用される時代において、民間企業との応用研究で世界の実績を誇ります。多様な要求や限界を突破する基礎技術の開発や、応用可能性という面で当研究室は着実に実績をあげております。産業界をはじめとする民間企業との応用研究で量子アニーリングを用いる優位な点は、いわば「モデルファースト」で最適化したい目標を描くコスト関数を一度定式化するだけで利用できる点にあります。加えて、送信時の秘匿性の高さ、信号制御にも使えるレスポンスの速さも特筆すべき点です。さらには学習による逐次最適化、ブラックボックス最適化など、手法にとどまらない展開をしています。応用範囲としては自動運転、工場内の物流、災害時の避難誘導、新たな組み合わせを探索するという点ではマテリアルズインフォマティクスに至るまで枚挙にいとまがありません。
実用化イメージ

各種車両の自動運転、災害時の避難経路誘導などの経路探索問題、工程スケジューリングや多大な組合せ問題、材料探索への応用が可能です。また、各業界における組合せ最適化問題への課題解決方法を提供可能です。(交通・流通、製造、材料、創薬等)

研究者

大学院情報科学研究科

大関 真之  

Masayuki Ohzeki

すべり転倒の工学解析に基づく転倒抑制フットウェアの開発

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 歩行動作解析ならびに靴底と床面間のトライボロジー解析に基づいて、すべりなどの外乱による転倒防止のための歩行方法を提案しています。さらに、油の上でも超耐滑性に優れているゴム靴底パターンや、防滑性の高い歩道用コンクリート平板、靴と床の摩擦係数測定システムを地域企業とともに開発し、実用化に成功しています。
実用化イメージ

労働現場における転倒事故や高齢者の転倒事故を防止するための製品開発など期待されます。

研究者

大学院工学研究科

山口 健  

Takeshi Yamaguchi

スマート・エイジング実践法の開発

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 健康長寿社会の実現をめざし、個人が多様で複雑な社会の中で、脳と心の健康を維持・向上させ、発達・加齢の各段階で健やか、且つ、穏やかな心を保つことを可能とする様々な技術開発を、脳機能イメージング研究、認知科学、心理学などの基礎研究の知識と技術を応用して行います。健康な社会生活を送っている人たちが、より幸せな人生を歩むことができることを目的としていることが最大の特徴です。
実用化イメージ

生活の質向上、認知機能維持・向上、ストレス軽減、コミュニケーションスキル向上などを可能とするシステム開発を目指すため、医療・福祉、教育、情報・通信、生活に関する製造業全般との産学連携を想定しています。

研究者

加齢医学研究所

川島 隆太  

Ryuta Kawashima

生態学

概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 生態系の複雑性(多次元性や非線形性)を考慮した生態学を推進しています。食物網、多種共存や生態系機能に関する理論研究のほか、特に最近は環境DNAや音響観測といった手法に基づく生態系観測や大規模観測データに基づいた実証研究、生態系の動態予測・制御の問題に興味があります。また2024年度より、産官学連携で自然共生社会構築を目指すCOINEXT「ネイチャーポジティブ発展社会実現拠点」のPLとして拠点を運営しています。
実用化イメージ

研究者

大学院生命科学研究科

近藤 倫生  

Michio Kondo

生体高分子が起こす反応・構造変化の可視化

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概要

生命にとって重要な構成物質であるタンパク質は細胞情報伝達や生体内触媒反応など様々な役割を果たします。タンパク質立体構造はそうした機能と深く相関しており機能発現の際にどのような構造変化を起こすのか興味が持たれています。当研究室ではNanoTerasuの放射光やX線自由電子レーザー等の量子ビームを用いて、タンパク質の中で起こっている化学反応や構造変化を高い時間・空間分解能で可視化する技術を開発します。

従来技術との比較

従来の方法ではナノスケールのタンパク質がフェムト秒~ミリ秒といった高速で動く様子を原子レベルで捉えることは困難でした。

特徴・独自性
  • このシーズは以下の特徴を持ちます。
  • ・タンパク質の構造変化や反応を高い時間・空間分解能で可視化します。
  • ・動的構造解析を基に新たな分子設計が期待されます。
  • ・微結晶にX 線自由電子レーザーを照射し、得られるX 線回折像からタンパク質構造解析を行う手法である「シリアルフェムト秒結晶構造解析」があります。これによりフェムト秒X 線レーザーにより放射線損傷が顕在化する前に回折像の取得が可能です。
実用化イメージ

放射光やX 線自由電子レーザー等の量子ビームを用い、タンパク質の中で実際に起こっている化学反応や構造変化を高い時間・空間分解能で可視化する技術を開発し、得られた動的構造を基に新たな分子の設計を目指します。

研究者

多元物質科学研究所

南後 恵理子  

Eriko Nango

生体材料やシミュレーションによる医療デバイス開発

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 医療デバイスの状態が視認でき、かつ生体にかかるストレスを測定できる生体モデルを開発しています。我々の生体モデルはハイドロゲル素材のため、透明で表面摩擦抵抗が低いことが特徴(図1)です。さらに、ヒト血管の力学的特性および形状を忠実に再現し、血流の実験的測定をすることが可能(図2)です。また、最適化手法を用いた医療デバイスの最適なデザインや操作の研究も行っており、特に粒子塞栓のコンピュータシミュレーション(図3)やカテーテル操作の研究開発をしています。これらは、デバイス開発初期段階でのPOC(proof ofconcept)に役立ち、動物実験の減少にも貢献が期待されます。
実用化イメージ

医療デバイス開発を進める企業、業界との連携が可能です。医療画像診断装置や画像処理、MEMS を用いた医療機器開発のPOC、医療機器の標準化、医療トレーニング企業、高分子素材企業など、様々な場面で協働が期待できます。

研究者

流体科学研究所

太田 信  

Makoto Ohta

生体信号の解析と視覚化

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 多彩なセンサーの開発やICT技術の発展により、膨大な生体信号を記録・保存することが可能になってきました。我々は、その信号の病気の診断や健康の増進への利活用を目指し、様々な信号処理方法を研究しています。例えば、妊娠中の母親の腹部に張り付けた電極から子宮内胎児の心電図を高精度に抽出するアルゴリズムや、多種の生体信号の時間的関係から自律神経系などの状態を推定し、可視化するアルゴリズム等の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。1生体信号の解析・可視化・診断システム2自動車運転手や各種システムオペレータの集中度や眠気のモニタリング・評価3生体リズムの特性を考慮した就労スケジューリング等へ活用可能性があります。

研究者

未踏スケールデータアナリティクスセンター

中尾 光之  

Mitsuyuki Nakao

生体組織内細胞の転写因子活性の定量測定

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 遺伝子発現プロファイルを計測する手法は多様にありますが、遺伝子の発現を制御する転写因子の活性を定量評価する技術は不足しています。我々は生体組織内細胞や培養細胞が発現する複数の内在転写因子の転写活性を直接定量評価する技術を開発しました。本技術を用いることにより病態や生理活動に関連して生体組織内細胞の状態がどのように変化するのか解析することができます。
実用化イメージ

本技術を使用し、ヒト培養細胞や実験動物の生体組織内の多数の転写因子活性を効率的に計測することで、転写因子活性を標的とした創薬や、ドラッグデリバリーシステムの探索、医薬品の薬効、副作用スクリーニングなどへの活用が期待できます。

研究者

大学院生命科学研究科

安部 健太郎  

Kentaro Abe

生体内微小環境の流動・輸送現象を再現する間質機能チップの開発

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概要

生体組織を構成する細胞は間質と呼ばれる組織に包まれており、細胞の動態は間質内の流動・輸送現象に伴う刺激により変化する。しかし、間質内の微小環境に応じた細胞動態については不明な点が多く、疾患の治療・予防の限界の原因となっている。局所的な培養環境を能動的かつ即時的に制御しながら細胞観察を行うことは困難であり、近年盛んに研究が進んでいるマイクロ流体デバイスを用いた手法においても、培養環境制御は十分ではなかった。このような背景の下、間質内の環境因子として酸素濃度・pH・間質流に着目し、それらの場を素早くかつ厳密に制御しながら、個々の細胞の即時的な応答と細胞間の相互作用のリアルタイム観察を可能にする「間質機能チップ」を開発した。

従来技術との比較

培養環境を制御しながら細胞動態の経時的観察を行うために、顕微鏡上に設置して細胞周囲の環境を制御するステージインキュベーターなどが用いられてきたが、局所的な培養環境の変化を能動的かつ即時的に制御することは非常に困難であった。また、マイクロ流体デバイスやorgan-on-a-chipを用いることで、微小環境を制御しながら細胞動態を観察する方法が近年盛んに研究されているが、培養環境制御の観点では十分ではない。本チップは、細胞実験に適用することで、厳密かつ迅速な環境制御の下で細胞動態の観察を実現する。

特徴・独自性
  • 間質機能チップ内には細胞培養用の流路を配置し、それらの鉛直上方に複数のガス流路を配置した。酸素と二酸化炭素濃度を調整した混合ガスをガス流路に供給することで、ガス交換により細胞培養用の流路内の酸素濃度とpHの制御を実現した。既存の化学反応を利用する方法に対して細胞毒性がなく、酸素濃度とpHを自在に制御することが可能になった。また、細胞培養用の流路をハイドロゲルで満たし、その出入口に培養液の水頭差を与えることで間質流の制御も可能である。開発したチップ内で細胞を培養し、酸素濃度・pH・間質流を制御しながら細胞動態を観察することで、それら環境因子に対する細胞の応答特性を解明することができる。
実用化イメージ

がん微小環境や炎症性微小環境などに特徴的な低酸素・低pH環境を再現した上で、薬剤の効果を事前評価し、効果的な薬剤の選定と容量の決定に利用できる。また、基礎医学や生物学的な研究において、培養環境の厳密制御下の細胞観察を行う実験システムを提供する。

研究者

流体科学研究所

船本 健一  

Kenichi Funamoto