研究テーマ一覧 - 東北大学研究シーズ集

い

イノベーションの基盤となる電磁波応用技術の研究開発

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性

電磁界理論、計算電磁気学、およびアンテナ工学の視点から、幅広く研究を行っております。これまでの研究内容は以下の通りです。
・人体とアンテナの相互作用の数値シミュレーション
・無線電力伝送用大規模アレーアンテナの数値解析
・高セキュリティのアレーアンテナの設計法
・機械駆動の可変アンテナの研究
・3D プリンタを用いた広帯域の電波散乱体の設計
・高精度な電流分布推定法の構築

実用化イメージ

アンテナ・通信メーカーとの産学連携実績が多数あります。他にも、材料メーカー、インフラ業界、独法などとの連携実績もあり、電磁波が応用できる分野であればどこでも連携は可能です。

研究者

大学院工学研究科通信工学専攻波動工学講座（電磁波工学分野）

今野佳祐

Keisuke Konno

異分野融合による糖尿病への低侵襲細胞療法の確立

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性

膵島移植は、重症糖尿病に対する理想的な低侵襲細胞治療法です。本プロジェクトにおいては膵島移植を雛形とし、分野および産学の枠を超えた先端技術の組織横断的融合を試みる事により、東北大学にトランスレーショナルリサーチの成功例として細胞工学治療の拠点を形成することを目的としています。本プロジェクトによる技術革新が、細胞療法を機軸とする新しい医療産業の活性化に大きく貢献するものと確信しています。

実用化イメージ

新規細胞分離用酵素剤や埋め込み型細胞デバイスの開発をはじめ、いくつかのシーズは既に国内大手企業と効果的な産学連携体制が構築されていますが、医療用動物の作製や再生医療に欠かせない新規皮下細胞移植法の実用化に関して連携できる企業を模索中です。

研究者

大学院医学系研究科創生応用医学研究センター移植再生医学分野

後藤昌史

Masafumi Goto

医療における意思決定への行動経済学的アプローチ

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性

医療場面での意思決定において、患者の意向の尊重という名の下に、選択を完全に患者に任せるようなコミュニケーションが少なからず取られています。しかし、意思決定を難しく感じる患者も多く、医学的な観点からは不合理と思われるような選択をするケースも生じます。本研究は、行動経済学のアプローチを医療場面に応用し、患者のバイアスや感情を考慮したより適切な医療コミュニケーションのあり方を探ることを目的として進めています。

実用化イメージ

当該領域は近年アプリ等の活用も進んでいるため、開発を手がける企業との連携の可能性があります。また、治療選択のみならず検診受診やワクチン接種等の行動も扱っているため、行動変容を目指したい自治体等との連携の可能性もあります。

研究者

大学院教育学研究科総合教育科学専攻教育心理学講座（臨床心理学）

吉田沙蘭

Saran Yoshida

う

ウィークビーム走査透過電子顕微鏡による原子力材料中の微細組織の定量解析

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概要

格子欠陥定量解析法として極めて高い計測精度を誇るウィークビーム走査透過電子顕微鏡（WB-STEM）法の中で放射化試料・核燃試料の微細組織（転位および照射欠陥集合体など）を定量解析する技術を開発しました。
カートリッジ式の加熱炉の温度計測と電流制御を完全自動化した専用の加熱試料ホルダーとの組み合わせで、高い信頼性の温度履歴と一緒に転位組織の変化を動的にその場計測できます。

従来技術との比較

従来TEM法では逆空間や転位論などの専門知識を必要としましたが、我々のWB-STEM法では膜厚計測や転位ループ特徴抽出など自動解析ソフトウェアを実装しており、簡便かつ高精度な照射欠陥分析ができます。

特徴・独自性

　WB-STEM 法は、その設計当初から原子力材料を取り扱う放射線管理区域内での、実装とオンサイト修理を想定して特殊孔径絞りや回折ディスク選択装置、制御・解析ソフトウェアを開発しています。
　欧州炉RPV 監視試験片、米国研究炉中性子照射材など世界中の放射化試料の照射欠陥分析を受け入れています。
　廃炉事業に鉄含有核燃料模擬デブリの性状分析にも活用されています。

実用化イメージ

現在、透過電子顕微鏡を用いて組織観察を実施している研究組織が新たに特殊改造によってWB-STEM法を導入することをサポートをします。透過電子顕微鏡の使用実績の無い研究者に転位分析の手順を指導します。

研究者

金属材料研究所附属量子エネルギー材料科学国際研究センター研究部

吉田健太

Kenta Yoshida

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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概要

従来技術との比較

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ました。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ます。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ます。

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ます。

研究者

大学院工学研究科技術社会システム専攻ソーシャルシステムデザイン講座（社会技術システム分野）

湯田恵美

Emi Yuda

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研究開発部サイバーフィジカルシステム研究部

杉田典大

Norihiro Sugita

宇宙探査ロボットの研究・開発

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性

月や火星などの未知の不整地を移動探査するロボットの技術を研究・開発しています。ロボットの移動機構として不整地走行に適したメカニズムの開発、また砂状の滑りやすい地形での駆動制御の研究を進めています。レーザー測距の技術を用いて移動しながら3次元環境地図を作成し、障害物回避等の自律制御および遠隔操縦支援に役立てる技術を開発しています。JAXA 小惑星探査機「はやぶさ」「はやぶさ2」の開発にも貢献しています。

実用化イメージ

地上での探査ロボット、災害対応ロボットにも応用可能です。

研究者

未来科学技術共同研究センター開発研究部月面インフラ構築のためのロボットシステムの開発

吉田和哉

Kazuya Yoshida

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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概要

従来技術との比較

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医工学専攻社会医工学講座（神経電子医工学分野）

渡邉高志

Takashi Watanabe

え

AI駆動型次世代無線通信ネットワーク６Gとその基盤技術

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性

2030年の実現を目指す6G無線ネットワークは、高速、低遅延、広いカバレッジなどの特徴を有し、より快適なネットワーク環境を提供します。一方、その構築方法や制御技術、さらにアプリケーション技術の検討が待たれています。本研究室では、6Gに関わる基盤技術から応用技術まで幅広くカバーし、AI技術を駆使した最先端の無線ネットワーク制御技術を開発しています。具体的には、Satellite-air-groundintegratednetwork(SAGIN)、Intelligentreflectingsurface(IRS)、Digitaltwin、EmergingWLAN(例:Wi-Fi7)、およびモバイルエッジコンピューティング(MEC)などの研究を行っています。

実用化イメージ

本研究室で行っている研究は、情報通信のインフラストラクチャーとなる広域ネットワークの構築や知的運用から、工場や会議場などの小規模ネットワークの高速化、効率化などに貢献します。

研究者

大学院情報科学研究科応用情報科学専攻応用情報技術論講座（ＡＩ応用通信技術論分野）

加藤寧

Nei Kato

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総合教育科学専攻教育学講座（教育政策科学）

青木栄一

Eiichi Aoki

AIチップが切り拓く賢い省エネと安全の輸送技術

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性

遠藤研究室では、これまで提案し研究してきた高効率のパワーデバイス&パワー制御回路技術、スピン素子を融合した極限省エネな知的集積回路&パワーマネジメント技術、3次元構造デバイスによる極限集積システムのための新規材料プロセス技術(プラットフォーム構築)をコア技術として、パワーエレクトロニクスと知的ナノエレクトロニクスの融合技術へと発展・展開させ、更なる高性能化と省エネ化の両立という社会的要請に応える新しいグリーンパワーエレクトロニクス領域を創出することを目指し、システムアーキテクチャ、回路、デバイス、CAD までの研究・開発を、一貫して行っています。

実用化イメージ

省エネデバイスとパワーデバイスおよびその集積回路技術をコアとして、革新的な高効率エネルギー変換、高度パワーマネジメントの創出を目指し研究開発を行っています。本研究に興味のある企業や団体との共同研究を希望します。

研究者

大学院工学研究科電気エネルギーシステム専攻エネルギーデバイス工学講座（グリーンパワーエレクトロニクス分野）

遠藤哲郎

Tetsuo Endoh

英語聴解読解からの英語要約における要約スキルとメタ認知能力のAI診断モデルの開発

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概要

長年英語教育に従事してきたため、私の関心は英語教育への応用にあり、重要なアカデミック・リテラシーの一つと言われる英語要約ライティングは、要約スキル、英語ライティングスキル、メタ認知能力など複数の能力・スキルを同時に必要とするため習得が困難なスキルであるとも言われています。

現在は、日本人英語学習者を対象に、英語要約ライティング全体のパフォーマンスだけではなく、基盤となる要約スキルやメタ認知能力を評価するAI診断モデルの開発に取り組んでいます。

従来技術との比較

本研究は、従来の評価に欠けていた普遍的な要約スキルとメタ認知能力という基準を補い、教育、認知心理学、自然言語処理など文理統合型の学際的研究として、教育分野と学術分野に貢献することが期待されます。

特徴・独自性

本研究の特徴の１つは、母語である日本語と英語の要約を比較することで、英語ライティングスキルの障壁の有無を明確にしつつ、要約スキルの本質を定義することです。
また、ライティングと読解に聴解スキルも加えた技能統合型タスクを用いることで、実際の授業や留学環境により近い環境での評価条件を実現しています。

実用化イメージ

本研究で開発するAI診断モデルは、英語教育現場での要約指導の改善や、教師の評価負担の軽減が見込まれます。教師は学生が英語で要約を書く際の要約スキルとメタ認知能力を把握でき、効果的な指導法や形成的フィードバックを提供することができます。さらに将来的には、診断結果のデータをもとにVR (Virtual Reality)アバターを用いた要約作成オンライン教材の開発や、アバターが適切なタイミングで言語的・非言語的フィードバックを提供する学習者の動機づけに繋げられるような楽しさを取り入れた学習環境の構築が期待されます。

研究者

大学院文学研究科

加藤万紀子

Makiko Kato

液体流動を利用した新たなエネルギー変換

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概要

世界的なエネルギー需要の増加に伴い、身近な環境からエネルギーを収集する技術、すなわち環境発電（エネルギーハーベスティング）の技術開発が望まれています。私の研究グループでは、グラフェン上を流れるわずかな水流による発電現象に着目しています。これまでとは異なるエネルギー変換機構であり、発電以外にも展開が期待できます。

従来技術との比較

従来の水力発電とは異なり、微小な水流を機械的な変換を必要とせずに電力を得ることができる技術です。発電量は小さいものの環境負荷が小さく、低コストなのが特徴です。

特徴・独自性

2次元材料であるグラフェンの上を1滴の水が滑り落ちる、または連続した流水が流れるときグラフェンに起電力が生じる現象が生じます。これまでの研究によって発生する起電力が流速と水が接触する界面の面積に比例すること、流動状態が起電力の大きさに影響することが明らかになっています。この現象を応用してエネルギー、環境分野へ展開する研究を行っています。液体の流動から機械的な変換を介さずに電気エネルギーを得ることができる独創的な研究です。

実用化イメージ

従来とは異なるエネルギー変換機構を基にしており、新たなエネルギーハーベスティング技術となる可能性があります。また従来の発電技術とは相補的な関係となるため、環境資源の有効活用に適した研究です。今後は発電以外への展開も可能です。

研究者

大学院工学研究科電子工学専攻物性工学講座（固体電子工学分野）

岡田健

Takeru Okada

エコマテリアルプロセス

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特徴・独自性

溶融鉄合金・スラグの熱力学的性質、反応速度論、複合酸化物の相平衡など、鉄鋼を中心とした金属製造プロセスに関する物理化学的基礎研究、金属スクラップや廃棄物リサイクルの熱力学、スラグを利用した炭酸ガス固定化等、環境関連の研究を行っている。最近では、従来行ってきた素材製造プロセス工学に基礎を置く研究手法に、計量経済学、LCA、物質フロー分析などを融合させ、他に類を見ない独特の環境研究を展開している。

実用化イメージ

高炉、電炉鉄鋼メーカーとは従来より強く連携して研究を進めてきたが、スラグ等製錬副生物の高度資源化のために、非鉄メーカー、廃棄物中間処理事業者、行政とも連携していきたい。

研究者

未来科学技術共同研究センター開発研究部次世代冶金工程開発プロジェクト

長坂徹也

Tetsuya Nagasaka

Ｘ線位相イメージングによる高感度非破壊検査装置の開発

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性

通常のX 線透視撮影は軽元素からなる高分子材料などの低密度材料に対して明瞭なコントラストを生成しません。しかし、X 線が物質を透過するとき、わずかに屈折により曲げられることを検出・画像化することで、そのような物質に対する感度が大幅に改善されます。X 線透過格子を用いるX 線Talbot 干渉計あるいはX 線Talbot-Lau 干渉計によりこれが実験室で実施できるようになりました。高感度三次元観察を可能とするX 線位相CT も実現しています。

実用化イメージ

工業製品検査や保安目的のX 線非破壊検査を、従来法では適応が難しかった対象に拡張できます。X線マイクロCT 装置への位相コントラストモード付加、生産ラインでのX 線検査装置の高度化などが開発目標となります。

研究者

多元物質科学研究所計測研究部門量子ビーム計測研究分野

百生敦

Atsushi Momose

Ｘ線位相イメージングによる高感度医用診断装置の開発

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性

通常のX 線透視撮影は、生体軟組織などのX 線をあまり減衰させない構造に対して明瞭なコントラストを生成しません。X 線が物質を透過するとき、わずかに屈折により曲げられます。通常のX 線透視撮影では、X線は直進していると近似していますが、この屈折を検出・画像化することで、軟組織に対する感度が大幅に改善されます。このような撮影を、X 線透過格子を用いるX 線Talbot 干渉計あるいはX 線Talbot-Lau 干渉計により実現されています。

実用化イメージ

すでに、軟骨描出能を使ったリウマチ診断、および、乳がん診断（マンモグラフィ）への適用を目的とした医用機器開発を進めています。他の医用用途が開拓できれば、新たな産学連携が構築できると期待しています。

研究者

多元物質科学研究所計測研究部門量子ビーム計測研究分野

百生敦

Atsushi Momose

Ｘ線イメージングと構造解析の融合

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性

X 線用の回折格子を用いた新しいイメージング法（小角X 線散乱コントラストイメージング法）により、画像検出器の空間分解能を1000 ～10000倍上回るnm オーダーの構造情報を非破壊で定量的に取得することに成功しています。軟組織の診断を含む医療診断や、ソフトマテリアルを含む材料の研究・開発、農作物、食品などの研究・開発、光学素子の精密評価など、様々な応用展開を期待しています。

実用化イメージ

医療診断機器の開発、有機・無機材料の研究・開発、農林水産業、食品加工業など、様々な応用分野との産学連携の可能性を期待しています。

研究者

国際放射光イノベーション・スマート研究センター横幹研究部門時空間イメージングスマートラボ

矢代航

Wataru Yashiro

NPO とソーシャル・キャピタル、 DEI、ウェルビーイング

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性

社会課題の解決や新たな社会的価値の創造を目指して活動しているNPO。NPO には、市民性の創造や、信頼や規範、ネットワークといったソーシャル・キャピタル（社会関係資本）を創出する役割もあります。このようなNPO や社会的企業の役割やマネジメント、社会イノベーターの教育・人材育成について、国際的な視点も取り入れながら研究しています。また、DEI などのダイバーシティやウェルビーイングの視点から、人や組織がどのように幸せに暮らし・働き・共生・共創していけるかについても、NPOや社会的企業の事例研究を中心に取り組んでいます。
本研究では、NPO や社会的企業が、どのように多様な関係者と協力しながらソーシャル・キャピタルを創出し活用できるか、どのように人材マネジメントや人材育成にDEI やウェルビーイングの視点も取り入れることができるかなどについて、関心のある企業・社会的企業・NPO 等と共同研究を行うことを希望します。

実用化イメージ

研究者

大学院経済学研究科経済経営学専攻経営基盤講座

西出優子

Yuko Nishide

エネルギー・環境問題の解決に向けたマルチフィジックス・マルチスケールシミュレーションによる材料設計

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性

エネルギー・環境問題の解決には、燃料電池、リチウムイオン電池、トライボロジーなどの多様な研究分野において、高機能・高性能材料の開発が必須です。久保研究室では、ナノスケールにおける化学反応とマクロスケールの多様な物理現象が複雑に絡み合ったマルチフィジックス・マルチスケール現象を解明可能な量子論に基づくシミュレータを世界に先駆けて開発することで、理論に基づく高精度な材料設計を推進しています。

実用化イメージ

久保研究室で開発したマルチフィジックス・マルチスケールシミュレーション技術の活用により、自動車、機械、エレクトロニクス、材料、金属、化学等の多様な企業における材料開発を高精度な理論に基づき促進します。

研究者

金属材料研究所材料設計研究部計算材料学研究部門

久保百司

Momoji Kubo

エネルギーデバイス用金属錯体触媒の開発

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性

アザフタロシアニン金属錯体を炭素上に分子担持することで燃料電池や金属空気電池の正極反応である酸素還元反応（ORR）に対する高活性なAZapthalocyanine UnimolecularLayer(AZUL) 触媒を開発しました。本触媒はレアメタルフリーでありながら白金などのレアメタルと同等以上の性能を示します。本触媒を電池やその他のエネルギーデバイス用に展開しています。

実用化イメージ

本成果を基に発ベンチャー「AZUL Energy（株）」を設立しました。次世代エネルギー産業だけでなく、モビリティ産業も含め幅広く産学連携を行っています。

研究者

高等研究機構材料科学高等研究所デバイス・システムグループ

藪浩

Hiroshi Yabu

登録されている研究テーマ 423件

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