研究テーマ「ま」行 - 東北大学研究シーズ集

ま

マイクロ・ナノマシニング技術を⽤いた低侵襲医療機器・ヘルスケア機器

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性

精密機械加工技術、MEMS（微小電気機械システム）技術などを用いて小さくとも様々な多機能を実現する新たな医療機器、ヘルスケア機器を開発しています。体内で検査治療を行う内視鏡やカテーテルを高機能化するほか、今までにない新たな医療機器を開発し、より精密で安全な検査・治療、新たな検査・治療の実現を目指します。また、体表に装着する薄く軽い高機能なデバイスにより、場所や時間の制約のない新たなヘルスケアを目指します。

実用化イメージ

基礎研究の他、実用化を目指し臨床医師および医療機器メーカーをはじめとした企業と協力して開発を進めています。また、大学から企業への橋渡しの目的で大学発ベンチャー企業を起業し協同した開発を進めています。

研究者

大学院医工学研究科

芳賀洋一

Yoichi Haga

マイクロ波を用いた高速配管探傷法

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特徴・独自性

マイクロ波を用いて配管内面の広域一括探傷を行う技術の開発を行なっている。配管内部に数GHz 〜数十GHz のマイクロ波を入射し、その反射および透過の様子から、傷の位置及び大まかな性状を評価する。本技術においてはプローブを配管内部で移動させることは不要であり、またマイクロ波は配管内部を極めて低損失で伝播することから、従来技術に比してはるかに高速な検査が実現されるものと期待される。

実用化イメージ

全数検査が必要である、もしくは対象が長大・複雑等の理由により、従来技術を用いた検査が困難である配管に対して、本技術の有効性は特に高いと考えられる。

研究者

大学院工学研究科

橋爪秀利

Hidetoshi Hashizume

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

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

マグノンデバイスの開発と放射光を利用したスピン波観測技術の構築

概要

現在の電子デバイスは電子の移動を利用しているためジュール熱が発生し小型化・高速化が困難になるという課題があります。これを解決するためスピン波を利用するデバイスの研究開発を行っています。スピン波には、長距離伝搬が可能、絶縁体中でも伝搬が可能という利点があります。スピン波の観測のため、Ｘ線磁気円二色性によるスピン波の空間的分布を観測する技術を構築しています。

従来技術との比較

ジュール損失がない超低消費電力の次世代デバイスの実現を目指しています。高輝度の光源を有するナノテラスを用いることで、100 nm以下の高い分解能での観測が可能になることが期待できます。

特徴・独自性

スピン波（マグノン）伝搬を利用した、ジュール損失がゼロであるデバイスの研究を行っています。NanoTerasu の輝度が高い軟X 線を使うことで高分解能のスピン波観測の可能性があります。スピン波の波の性質を用いた高周波デバイスや新しい計算手法を展望します。

実用化イメージ

広く応用が期待されるスピンデバイスにおけるスピン波観測技術を提供することで実用化を支援するとともに、磁性絶縁体を利用したマグノンデバイスによる電子デバイスの超低消費電力化の実現を目指しています。

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

河野竜平

Ryuhei Kohno

摩擦と摩耗の制御に立脚した高機能機械システムの創成

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性

トライボロジー（摩擦と摩耗の制御）は、機械に対する普遍的要求である「高機能、高効率、高信頼性」の鍵を握る科学技術です。当研究室では、摩擦と摩耗制御の鍵として「なじみ」に着目し、摩擦により誘起される接触面での現象の体系的理解を基礎研究の柱に、さらに摩擦により高機能界面を継続的に自己形成させる技術を摩擦・摩耗制御技術と位置づけ、そのための材料・表面テクスチャの創成技術開発、表面エネルギー・摩擦化学反応の制御技術開発を行っています。

実用化イメージ

トライボロジーは、多面的な知識の融合が必要となる学際科学であり、モノづくりのための基盤技術です。様々な分野の技術者、研究者の皆様との深い連携は、摩擦と摩耗の制御に基づく高機能、高効率、高信頼性を有するモノづくりに不可欠です。産学連携の研究開発を希望する所以です。

研究者

大学院工学研究科

足立幸志

Koshi Adachi

マダニはSFTS(重症熱性血小板減少症候群*)ウイルス等のウイルス、リケッチア(細菌の一種）、ピロプラズマ原虫などの病原体を媒介し、人や家畜に甚大な被害を及ぼす最大の害虫です。強力な病原体の媒介者であるマダニは、進化の過程で病原体への抵抗性を確立したと想定されます。我々はマダニが持つ病原体への防御機構に着目し、生物活性分子に含まれる自然免疫関連分子を単離しました。この分子「HEディフェンシン｣の機能を抗ウイルス･抗菌剤や医薬品へ活用することを目指しています。

従来技術との比較

本研究はフタトゲチマダニのヘモリンフ(体腔液)由来(HE)ディフェンシン(=抗微生物ポリペプチド)を同定し、その効果を調べました。その結果、抗ウイルス活性、抗菌活性、抗原虫活性と幅広い抗微生物スペクトルを持つことが判明しました。このようにHEディフェンシンは、医薬、動物医薬、農薬分野における感染症の治療・予防に応用できる可能性を有することが分かりました。

特徴・独自性

●約8万種のマダニ遺伝子ライブラリを作成し、マダニ媒介性疾病の予防・治療薬等の開発研究を推進しています。マダニは新規薬理分子の宝庫です。
●学内外の専門家と協力して、マダニ媒介性疾病の病原体を検出する疫学研究も行っています。
●マダニを用いた殺ダニ剤のアッセイ系もあります。

実用化イメージ

我々が同定した抗微生物ポリペプチド=HEディフェンシンとその活用は、特許取得しました。本研究成果から抗ウイルス・抗菌マスク、抗菌スプレー、マウスウォッシュ、食卓用除菌スプレー等への利用が検討できるため、認可が簡易であることも期待されます。またHEディフェンシンから抗微生物活性が強力なペプチド部位を特定できると、その低分子ペプチドは免疫原性を持たず消化酵素に耐えうると予想されます。体内に長期間残存し、感染防御効果が持続する医薬品開発も可能と考えています。

研究者

大学院農学研究科

田仲哲也

Tetsuya Tanaka

マダニの生存戦略と病原体媒介能の解明

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概要

マダニはウイルス、細菌、原虫等の病原体を媒介し、世界の畜産が被る経済的被害は毎年3兆円に昇る家畜最大の害虫です。我々はマダニの生存能力に着目し、約8万種のマダニ遺伝子ライブラリーを作成しました。ライブラリーを使って、マダニの生存を左右する生物活性分子の特性と機能解析、並びにマダニ体内の病原体の動態解明について研究を行ってます。得られた研究成果は、家畜用ワクチンなどマダニを撲滅する防圧法の開発だけでなく、ヒト向け医薬品の創薬にも活用できると考えています。

従来技術との比較

① マダニの臓器別ESTデータベースの構築と吸血・消化と自然免疫の分子機構の解明
⇒ マダニの特徴的な性質(吸血のみで成長・産卵する)に注目し、そのメカニズムを明らかにすることにより、マダニ側を制御する新しい感染症対策につながります。

② マダニの生物活性分子とマダニ媒介性病原体の動態解明
⇒ マダニの吸血・消化と媒介する病原体に対する自然免疫において、重要な役割を果たす様々なタンパク質の特性・機能が解明できます。

③ マダニの生物活性分子を基盤としたワクチンの開発
⇒ マダニが媒介する病原体の制圧が可能になります。

④ マダニ由来の創薬候補分子の選抜
⇒ マダニが持つ抗止血・抗凝固作用、血管拡張作用及び血管新生阻害作用を利用すれば、種々の循環器障害の予防・治療薬の開発につながります。

特徴・独自性

●マダニと媒介病原体を阻止するための技術基盤を確立し、新規のマダニ生物活性分子群を創薬に活用する目的での開発研究を推進しています。
●マダニ媒介性疾病の病原体を検出する疫学研究も行っています。学内外の様々な分野の専門家と協力して研究する体制を構築できます。

実用化イメージ

本研究によって、鉄代謝を制御するマダニフェリチンがマダニの生存基盤に重要な役割を担うことが判明しました。このことでフェリチンに対する遺伝子制御や抗体を応用したワクチンなど新規のマダニ防圧法の開発が可能となります。マダニは新規薬理分子の宝庫です。遺伝子やタンパク質、生存戦略の研究により、マダニやマダニ媒介性疾病の防圧特効薬の開発だけでなく、ヒトの循環器障害、ガン等の治療薬開発に結び付く発見にもつながります。人類の医療に貢献出来る可能性が期待されます。

研究者

大学院農学研究科

田仲哲也

Tetsuya Tanaka

マダニ媒介性感染症の簡便･迅速診断法の開発

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概要

マダニは人や動物に甚大な被害を与えているウイルス、リケッチア、細菌、原虫などの多種多様な病原体の伝播に関与し得る、優れた疾病媒介能を有しています。このため、マダニ媒介性感染症が世界経済に与える脅威は甚大であり、マダニ媒介性感染症対策は公衆衛生領域や獣医領域においては不可欠です。このように、マダニ媒介性感染症のためのワクチン･治療薬開発に繋がる研究に重要な情報をもたらすものとして、マダニ媒介性感染症を評価する疫学的研究が必要とされています。そこで、我々は疫学的研究に必須なフィールドでの特殊な設備などを必要としない簡易迅速的なマダニ媒介性病原体の遺伝子検出技術を開発することを目指しています。

従来技術との比較

本研究では、公衆衛生や畜産の現場で重要な①簡易性、②迅速性、③費用、④現場汎用性などに優れた蛍光LAMP･RPAに、ナノポアシークエンサーMinIONによってLAMP･RPA増幅産物のDNA塩基配列を直接解読することを組み合わせます。その結果、病原体の種類や変異を短時間で検出可能となり、高い新規性･優位性、現場汎用性をもたらします。

特徴・独自性

●(1)核酸等温増幅系LAMP･RPAと小型迅速次世代ナノポアシークエンサーMinIONを組み合わせた独自の診断技術を駆使して疫学調査を実施すること、(2)研究代表者らを中心に研究協力者(獣医)を現地パートナーとする強力なネットワークを駆使できることが挙げられます。
●本提案の蛍光LAMP･RPAと小型迅速次世代ナノポアシークエンサーMinIONを組み合わせた新しい遺伝子検出技術が開発されることで、マダニ媒介性病原体の検出が簡便かつ迅速に行われることが可能となり、食肉産業や地域経済の持続的な発展に貢献することができます。

実用化イメージ

本研究は感染拡大防止対策あるいは侵入防止対策に苦慮しているアジア･アフリカ諸国や欧州・豪州・南米においても普及が期待でき、感染個体を正確に摘発することで当該国における清浄化の推進が可能になります。また、本研究の開発技術によって、日本国内においても、感染拡大防止のために重要であるにも関わらず、マダニ媒介性病原体が微量であるがゆえに正しく摘発ができない(偽陰性判定)初期感染個体の特定が迅速にできます。さらに、本研究の成果は防疫業務を担っている家畜保健衛生所･食肉衛生検査所への開発キット導入も可能になります。

研究者

大学院農学研究科

田仲哲也

Tetsuya Tanaka

マルファン症候群における解離性大動脈瘤予防薬の開発及び事業化

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性

マルファン症候群（MF）は、微細線維と呼ばれる細胞外マトリックス成分の機能不全を原因に致死性の解離性大動脈瘤を発症することが知られています。これまでMF の治療に関して、薬物療法と外科手術で正常の人なみに寿命を延長することは可能になりましたが、再外科治療を余儀なくされる事も多いです。そのため患者への負担軽減のためにも、先行技術では成し得なかった解離性大動脈瘤を予防する生物製剤の開発および実用化を目指しています。

実用化イメージ

本技術は、MF における解離大動脈瘤の予防治療を可能にする世界発のタンパク質製剤開発を目指しています。難病治療薬を取り扱っている製薬企業およびベンチャー企業との連携により実用化が期待されます。

研究者

大学院歯学研究科

齋藤正寛

Masahiro Saito

み

身のまわりの排熱を利用した熱電発電デバイスの創製

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性

私達の身のまわりには多くの排熱源が存在します。例えば、オフィス機器や電化製品は絶えず100℃以下の熱を発生し続けていますし、自動車からは500℃近傍の熱が排出されています。これらの排熱の大部分は有効利用されることなく、「廃熱」となっているのが現状です。当研究室では、これら種々の温度域で発生する廃熱から高効率で電気を発生することができる熱電発電材料の開発を推進しています。

実用化イメージ

電子機器メーカーや自動車関連メーカーとの共同研究はもとより、温泉の温水と冷水を巧みに利用した「温泉発電」実現のための自治体との連携、人間の体温からの発電を目指す衣料メーカーなど多岐にわたる連携を目指しています。

研究者

大学院工学研究科

宮﨑讓

Yuzuru Miyazaki

未来の生活を豊かにするインタラクティブコンテンツ

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特徴・独自性

様々コンテンツ、それを見たり使ったりする人々、そしてこれらを取り巻く空間を含めて考え、これらの間のさまざまな関係に注目して、人々の作業を効率的にしたりコミュニケーションを円滑にしたりするインタラクションの手法を提案しています。
例: 非言語情報通信、3 次元モーションセンシング、コンテンツのインタラクティブで柔軟な表示、ドローンの利活用技術、クロスモーダルインタフェース、バーチャルリアリティ

実用化イメージ

我々の技術や知見を世の中の多くの方々に使っていただき、生活を便利にしたり、快適にしたりすることにつながれば嬉しいです。そのために、いろいろな分野の方と一緒に連携させていただきたいと思います。

研究者

電気通信研究所

北村喜文

Yoshifumi Kitamura

ミリ波パッシブイメージング装置の開発と実用化

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性

危険物が放射するミリ波を受信し、これをパッシブに完全無侵襲で検知することが可能であり、これを実現するミリ波パッシブイメージング装置の開発を進めてきました。ミリ波帯は波長が1mm〜10mmの電磁波であり、ミリ波を用いる利点として、テラヘルツ波や赤外線に比べて画像の空間分解能が低いものの衣服等の透過率が高いこと、物体から放射された微弱なミリ波を増幅するための低雑音増幅器が存在し、電磁波を照射しないパッシブ方式が実現できる周波数帯であることが挙げられます。現在、装置は主に空港・港湾等の水際で使用するセキュリティー機器として企業との共同研究により開発を進めていますが、火災・警察・医療等への応用も検討したいと考えています。今後ミリ波パッシブイメージング技術の応用分野はさらに広がるものと考えており、産業界で応用を検討したい企業・団体との共同研究を希望します。

実用化イメージ

研究者

大学院工学研究科

佐藤弘康

Hiroyasu Sato

ミリ秒オーダーＸ線トモグラフィの開発

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性

高感度なX 線イメージング法と、強力な白色放射光により、世界最速となるサブミリ秒～ミリ秒オーダー撮影時間（空間分解能約5 ～ 10μ m）で有機材料のX 線CT（コンピュータトモグラフィ）に成功しています。軽元素から構成される試料のハイスループット3次元可視化や、ミリ秒単位の時間分解能を持つ4次元（3次元＋時間）トモグラフィへの応用研究を展開しています。

実用化イメージ

材料破壊、接着界面破壊、動的バイオミメティクス、省エネマイクロマシン、電池、インテリジェント材料などのミリ秒時間分解能3D 観察が可能で、様々な新しい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

矢代航

Wataru Yashiro

民法改正と事例研究（ケーススタディ）

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概要

制定から120年ぶりの大改正と言われた2017年の民法（債権関係）改正以来、成年年齢、相続法、所有者不明土地関係、親族法（特別養子、嫡出推定ほか親子法、共同親権）と立て続けに民法改正が行われ、現在でもさらに担保法制、成年後見、遺言に関して法制審議会の部会における議論が進んでいます。こうした改正について、背景となった学説・理論や判例の動向を踏まえた研究を行っています。

従来技術との比較

単なる改正経緯の追跡や理論研究だけではなく、事例研究（ケーススタディ）の方法によって、改正により従来の条文による解決とどの点がどのように変わるのかを明らかにしています。このため、実際の法律実務において法改正の影響を検討する際に、非常に有用な形で知見を公表できていると考えています。

特徴・独自性

様々な領域について、改正が、従来の学説や判例をどう取り込み、あるいはそれらとどう異なるのかという観点を取り込んで事例研究（ケーススタディ）を行っている点は、特徴的なものと考えています。

実用化イメージ

講演、勉強会、研究会などの形で、民法の事例研究に貢献できると考えています。法律実務家（士業）を対象とした講演（写真参照）の経験もあります。

研究者

大学院法学研究科

吉永一行

Kazuyuki Yoshinaga

め

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します。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ります。
　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ます。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ました。
　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す。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します。超伝導体の高調波のうち、3 次高調波（2.1eV = 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ますが、5 次高調波（3.5 eV = 354nm 付近）は本発明を用いることにより、従来の方法とくらべ2 桁半（数百倍）～ 3 桁半（数千倍）もノイズレベルを減ずることができます。

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。
・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

メタボロミクスによる診断マーカー探索

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性

種々の先天性代謝異常や肝胆道系疾患によってコレステロールの恒常性が破綻すると、体液中のコレステロール代謝物プロファイルが変化し、増加した代謝物が抱合体として血液や尿中に現れます。抱合形式ごとに特徴的なフラグメントパターンを活用し、LC/ESI-MS/MS を用いて、特定の抱合型代謝物を群特異的かつ網羅的に解析可能となりました。この手法を用いることにより、様々な疾患の診断マーカー候補分子を効率的に探索できます。

実用化イメージ

候補分子の診断マーカーとしての有用性が検証された場合、スクリーニング検査が必要になります。抗体や酵素を用いたバイオアッセイ系の開発において企業と連携できる可能性があります。

研究者

病院

眞野成康

Nariyasu Mano

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

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

MEMS・マイクロマシンと微細加工技術に関する研究

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性

情報機器の入出力や自動車の安全のために用いられるMEMS と呼ばれるマイクロデバイス／システムの研究を行っています。集積化センサ、圧電デバイス、高周波MEMS、過酷環境センサ、マイクロエネルギーデバイス、ウェハレベルパッケージなどの研究に実績があります。リソグラフィ、エッチング、成膜、ウェハ接合、実装、各種評価のための装置を多数揃え、研究者自身が操作して研究できる開かれた実験環境を提供しています。

実用化イメージ

これまでに多くの企業から研究員を受け入れて産学共同研究を行うとともに、スポット的に装置を利用可能な支援も積極的に行っています。豊富な資料・データに基づき、随時、技術相談を受け付けています。

研究者

大学院工学研究科

田中秀治

Shuji Tanaka

ま行の研究テーマ（22件）

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