Comments
Description
Transcript
カタログ4/7 - 医療機器開発支援ネットワーク＠産総研
生 命 工 学 領 域 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 ハードウェアの安全性評価技術と 偽造防止技術 戦略課題 ■ 研究担当：川村信一／坂根広史／堀洋平／片下敏宏 ■ セキュアシステム研究部門 IC チップセキュリティ研究班 ● 研究拠点 ■ 連携担当：宝木和夫 つくば中央 研究のポイント・応用先 ● デバイスの電力や電磁波から情報を暴く攻撃に対する評価環境を構築 ● デバイスの物理的な「指紋」情報を利用することで偽造を防止 ● 電子機器・端末の安全性向上や、偽造による被害防止への応用が期待される 材 料 ・ 化 学 領 域 研究のねらい 標準化されている暗号アルゴリズムは理論的な安全性の検証がなされていますが、これを実装する際に不備があると 安全性が損なわれてしまいます。さらに、暗号デバイスから発生する消費電力や電磁波などを解析して内部の秘密情報 を盗み出す攻撃が発見されています。このような脅威に対し、評価環境構築や試験・対策手法の開発によってデバイス の安全性向上を図ります。このほか、デバイスの物理的な違いから偽造を発見する手法の研究を進めており、機器や製 品の模造品防止を目指しています。 エ 製レ ク 造ト ロ 領ニ ク 域ス ・ 研究内容 デバイスの物理的な安全性評価実験や試験・検証を実 施するための環境として、評価ボードや測定・解析ソフ トウェアの開発を進めています。さらに、多岐に渡る測 定・解析手法において、どのような手法が安全性評価に 有効であるかを明らかとするため、様々な条件による解 析結果のデータベース構築を行っています（図１） 。 エ 環ネ 境ル 領ギ 域ー ・ このほか、デバイスのわずかな物理的な差を抽出する 技術 PUF（Physical Unclonable Function）の研究 を進めており、人間の指紋のような情報を利用してデバ イスの偽造の防止に取り組んでいます（図２）。 図 1 物理的な攻撃に対する安全性評価の研究 連携可能な技術・知財 ●デバイスへの物理的な攻撃に対する評価向けに開発さ 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー れた解析ソフトウェアや試験ボードの設計知財 ●物理的な攻撃評価プラットフォームで得られた実験・ 解析のデータベース ●デバイスの偽造防止技術 PUF の構成手法 ● PUF 回路の有効性評価 謝 辞： 本 研 究 の 一 部 は、JST CREST な ら び に JST SICP の支援を受けて実施されました。 63 図 2 デバイスの偽造防止技術 PUF 異常音検知による音響監視技術 生 命 工 学 領 域 音を手掛かりに異常を検知 ●通常音からの逸脱を測り未知の異常音や音の微妙な変化を検知 ●マイクアレイの音源分離により雑音環境下でも異常音を検知 ●動作音による機器の状態監視や独居高齢者の安全見守り等へ応用 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 関連技術分野：インフラ診断、 生活安全 連 携 先 業 種：製造業（機械）、 製造業（電気機器）、 医療・福祉業、 建設業 研究のねらい 産業機器や生産ラインの異常、橋脚やトンネル内壁の劣化、道路下水道管からの漏水など、発生する音や打音から 異常を検知できる熟練作業員を育成するには多くの費用と時間がかかるため、音響監視技術の開発が望まれています。 また、独居高齢者や障害者の安全・安心な自立的生活を支援するために、情報通信技術を活用して、できるだけプラ イバシーを侵害しない見守りや生活支援システムの開発も急務となっています。悲鳴や唸り声、転倒音や歩行音から の動線推定、不正侵入行動による破壊行動など、音響的に検知することを目指します。 研究内容 連携可能な技術・知財 ・特許第 5131863 号 (2012/11/16) ・特許第 4058521 号 (2007/12/28) ・特開 2014-071417(2014/04/21) ・特開 2014-191616(2014/10/06) 音響信号の複雑なパターンの中から異常なパターンや 微妙な変化を検知することに優れた音響分析手法（音響 HLAC） 、そして音を発生させる駆動源と音色を決定す る調音特性を、音の生成モデルに基づいて高精度に分離・ 抽出可能な音響分析手法（AR-HMM）の研究開発を行っ ています。これらの音響分析手法とマイクアレイによる 音源定位・分離、そしてノイズロバスト音認識を組み合 わせることにより、複数音源が干渉し合う雑音環境下で も異常音を検知・認識し、更にその異常音の発生場所や 動きをリアルタイムに検知できるシステムを開発しまし た。 材 料 ・ 化 学 領 域 エ 製レ ク 造ト ロ 領ニ ク 域ス ・ エ 環ネ 境ル 領ギ 域ー ・ 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー 音響監視装置とその応用 ■研究担当：佐宗 晃 ■所 属：知能システム研究部門 ●研究拠点 ■連 絡 先： つくば 64 生 命 工 学 領 域 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 Shared List iOS デバイスとクラウドのデータ共有 ■ 研究担当：平野聡 ■ 知能システム研究部門 社会知能研究グループ ● 研究拠点 ■ 連携担当：大場光太郎 つくば中央 研究のポイント・応用先 ● 誰でも数回のタッチで、スマートフォンとクラウド上の情報共有基盤を構築 ● 再利用性の高い構造化データベースをタッチで作成・共有し自動的に同期 ● プラットフォーム公開 ( 予定 ) により医療介護・その他アプリの開発費が大幅減 材 料 ・ 化 学 領 域 研究のねらい iPhone や iPad のようなスマート・デバイス上のアプリケーションがクラウドを介して協調し、生活や社会活動を 支えるようになりました。本来デバイス側とクラウド側のソフト開発が必要ですが、クラウド側の開発を不用とする Mobile Backend as a Service(MBaaS) が出現しています。本技術は、従来技術にない使い易い動的スキーマ管理 と自動同期付きデータベース共有を中心に、ファイル共有、ユーザー管理等を提供する MBaaS 型次世代情報基盤で あり、大災害でネットワーク断絶でもデバイスは動作継続可能、誰でもサーバー設置が可能といった特徴があります。 エ 製レ ク 造ト ロ 領ニ ク 域ス ・ 研究内容 誰でも数回の簡単なタッチ操作により、自分達が記録 したい項目 ( アイテム ) を選んで Google App Engine クラウドと iOS デバイス群上にリスト ( データベース ) を作成し、多数の人が同時に記録を追加したり編集を することができます。マルチユーザー・マルチクラウド 機能により医療施設等でデバイスを複数の人が共用可 エ 環ネ 境ル 領ギ 域ー ・ 能。自動同期機能により携帯回線契約のない iPad 等でも WiFi のない出張介護先居宅でオフライン動作可能で、大 幅な運用コスト削減が可能です。好みの背景画像を使用 する Cool Japan 機能、複数サーバーアカウントの同時 数回のタッチで任意の項目の共有システムを構築 使用といった機能も有します。 連携可能な技術・知財 ● Shared List Framework 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー ● H-GTX: Google App Engine と Apache Thrift の スキーマ統合技術 ● ARCMacro.h: Objective-C プログラムの ARC・非 ARC ソースコード統一化技術 設立準備中のベンチャー企業との連携も歓迎します。 65 マルチ・クラウド、マルチ・ユーザー コト・データベースによる モノ・コトづくり支援 サービス現場の 「人」 の 「気づき」「設計」 能力を飛躍的に拡張 ●サービス業務のモノとコトのデザインを効率的に進める方法論 ●業務プロセス（コト）を主観客観的に記述しデータベース化する技術 ●業務支援機器やシステム（モノ）とコトを一体で改善する分析可視化技術 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 関連技術分野：サービス工学、 現場参加型開発、 業務プロセス 連 携 先 業 種：サービス業、 医療・福祉業、 製造業（その他製品） 研究のねらい サービス現場で使用されるシステムの開発では、現場の業務フローを詳細に把握できず、開発したシステムが現場 で使われない、無理に導入しても業務改善につながらないという問題が発生しています。この問題を解決するため、 業務プロセス（コト）の改良と業務に用いる技術システム（モノ）の開発を現場主体で一体的に進める方法が注目さ れていますが、 水平展開が難しく非効率となっています。そこで、本研究では業務プロセスを蓄積・共有するコト・デー タベースを開発し、水平展開可能で効率的な現場参加型のモノ・コトづくり支援技術を実現します。 研究内容 連携可能な技術・知財 現場のコト情報（主観も含む行動とその理由や結果） を収集、分析するコトのデータベース (DB) 化技術とし て、日々の申し送りを通して現場の気付きや暗黙知を記 録・共有するためのツール DANCE および従来のタイ ムスタディを拡張しサービス品質の記録と分析を支援す るツール QualityStudy を構築しています。また、複数 の従業員が自身の持つサービス現場の情報や知識を表 現・共有し、よりよいサービスをデザインするためのツー ル DRAW を開発しています。 生 命 工 学 領 域 材 料 ・ 化 学 領 域 ・DANCE、QualityStudy、DRAW ・現場参加型開発支援方法論 エ 製レ ・ロボット介護機器の現場基点評価技術 ・本研究の一部は、経済産業省ロボット介護機器開発・ ク 造ト 導入促進事業、科研費 (24500676, 25730190)、 ロ 平成 23 年度経済産業省委託事業 次世代高信頼・省 領ニ エネ型ＩＴ基盤技術開発・実証事業の助成の下、実施 ク 域ス されました。 ・ エ 環ネ 境ル 領ギ 域ー ・ 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー 現場参加型開発を工学的に支援する枠組み ■研究担当：西村 拓一／渡辺 健太郎／三輪 洋靖／福田 賢一郎／山本 吉伸／本村 陽一 ■所 属：人間情報研究部門 ●研究拠点 ■連 絡 先： 臨海副都心 66 生 命 工 学 領 域 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 材 料 ・ 化 学 領 域 エ 製レ ク 造ト ロ 領ニ ク 域ス ・ エ 環ネ 境ル 領ギ 域ー ・ 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー データフローセントリックアーキテクチャ ̶ ポストムーア時代のデータセンター 大規模データ処理を実現する超低消費電力データセンター設計 ●データの流れを優先したアーキテクチャにより、 実時間データ処理を性能保証 ●現在より100 倍高速な光ネットワークと、 次世代不揮発メモリを活用 ●データセンター全体を一つのオペレーティングシステムで効率的に運用・管理 関連技術分野：ビッグデータ、 光ネットワーク、 不揮発メモリ 連 携 先 業 種：情報・通信業 研究のねらい スマートフォンや社会インフラなど、インターネットを通じて送受信されるデータ量は増大の一途であり、このよ うな大規模データを省電力かつ高性能で処理できるデータセンターの重要性はますます高まっています。 本研究では、 電気ネットワークより 100 倍高速な光ネットワークや、SRAM と同性能かつ電源を切ってもデータが消えない不揮 発メモリといった革新的技術を活用することで、 大規模データ処理における電力効率の飛躍的な向上を実現する、デー タセンターの新しい設計思想（アーキテクチャ）を提案し、その研究開発を進めています。 研究内容 2030 年ごろのデータセンターは、省電力ロジック、不 揮発メモリ、光入出力が 3 次元積層されたサーバモジュー ルが光ネットワークよって接続されると予想されます。新し いハードウェアの登場による計算と通信のバランスの変化 や、不揮発メモリといった新たな機能の活用に対応するた めに、データセンターのシステムをゼロから見直した、全く 新しいアーキテクチャ「データフローセントリックアーキテ クチャ」を提案します。さらに、データセンター全体を一つ のオペレーティングシステム （OS） で一括制御し、データの 流れを優先して資源利用を最適化することで、大規模デー タ処理の性能保証および電力効率の向上を実現します。 将来のデータセンター 連携可能な技術・知財 ・光ネットワークや不揮発メモリを活用したシステムソ フトウェア技術およびシミュレーション評価 ・大規模ストリーミングデータの解析 ・本研究の一部は、産総研 STAR 事業の「高電力効率 大規模データ処理イニシアチブプロジェクト（平成 25 年度∼平成 27 年度）」により行っています。 データフローセントリックアーキテクチャ ■研究担当：高野 了成／広渕 崇宏／竹房 あつ子／中田 秀基／小川 宏高 ■所 属：情報技術研究部門 ●研究拠点 ■連 絡 先： つくば 67 公的ビッグデータの活用促進の ための利用環境整備 生 命 工 学 領 域 Linked Data 化による新サービス創出や知識発見の基盤作り ●時間制約下で最適解を求める検索により大規模分散した LOD の検索が可能 ●着目したデータ間の効果的な可視化により未知の関係の発見が可能 ● LOD の特性を活かした開発環境の提供によりサービスの容易な構築が可能 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 関連技術分野：ソフトウェア、オープンデータ、 Web アプリケーション 連 携 先 業 種：情報・通信業 研究のねらい Linked Open Data（LOD）とは、外部データとリンクするように記述したデータで、新たな知識発見等の価値 創出に有効です。一方、膨大かつ多様に公開されている公的データは、形式の不統一性の問題やデータ間リンクが無 いなどの問題が二次利用を妨げています。そこで、既存データの LOD 変換に関するガイドライン作成や、膨大な LOD を効率的に検索する技術、LOD を使ったサービスを容易に作成できる開発環境などの研究開発を通じ、この結 果を公的データに適用することで、二次利用を促進しイノベーション創出を目指します。 利用者 研究内容 材 料 ・ 化 学 領 域 エ 製レ ク 造ト ロ 領ニ ク 域ス ・ 応用 同じ枠組みで扱える 互いに連携 ・既存の研究データを LOD 化したノウハウを元にガイ ドラインを作成 ・産総研のオープンデータのカタログとその可視化シス テムの開発・整備 ・指定した時間制約下で、できるだけ新鮮で正確な答え を求める、ベストエフォート型の分散 SPARQL 検索 の研究開発 (ADERIS-Hybrid) ・着目した二つのデータを構造的に可視化することで、デ ータ間の未知の関係を発見するシステムの開発(ReLOD) ・LOD の二次利用性の高さに着目したアプリケーション のラピッドプロトタイピング環境を開発 (D'ownLOD) LOD 利用促進 ワークフロー API データ処理 リンクトデータ 相互にリンクされたオープンデータ 連携可能な技術・知財 ・Web 上の最新データと高速なエンドポイントを併用 処理できるハイブリッド分散 SPARQL 処理系 ・並列環境における低選択結合のための演算アルゴリズ ム ・LOD を使ったアプリケーションのラピッドプロトタ イピングを可能にするプラットフォーム ・本研究の一部は、科研費 24240015, 24680010 によるものです Crime Reports UK NHS (EnAKTing) CO2 Emission (EnAKTing) Energy (EnAKTing) EEA Open Election Data Project EU Institutions Mortality (EnAKTing) UK Postcodes ESD standards ISTAT Immigration Lichfield Spending Scotland Pupils & Exams Traffic Scotland Data Gov.ie reference data.gov. uk data.gov.uk intervals London Gazette TWC LOGD Eurostat Eurostat (FUB) (RKB Explorer) UMBEL Italian public schools BibBase Freebase Project Gutenberg DBLP (FU Berlin) Uberblic dbpedia lite 横断検索 データ管理 TCM Gene DIT Daily Med dataopenac-uk DBLP (L3S) Twarql EUNIS Ocean Drilling Codices Turismo de Zaragoza Janus AMP Climbing Linked GeoData WordNet (VUA) Alpine Ski Austria AEMET Metoffice Weather Forecasts GEMET Sears Pisa GESIS RESEX Scholarometer IRIT ACM NVD IBM DEPLOY Newcastle RAE2001 LOCAH Roma Courseware dotAC ePrints IEEE RISKS HGNC PROSITE ChEMBL Open Data Thesaurus Product DB DBLP (RKB Explorer) VIVO Indiana (Bio2RDF) Affymetrix SISVU PubMed ProDom VIVO Cornell STITCH Linked Open Colors SGD Gene Ontology AGROV OC Airports National Radioactivity JP Swedish Open Cultural Heritage STW LAAS NSF KISTI JISC WordNet (RKB Explorer) EARTh Weather Stations Yahoo! Geo Planet lobid Organisations Budapest CiteSeer PDB UniProt Taxono my Cornetto WordNet (W3C) Wiki ECS Southampton ECS (RKB Explorer) Pfam LinkedCT LODE SMC Journals NSZL Catalog P20 ECS Southampton EPrints SIDER Drug Bank Enipedia Europeana lobid Resources UN/ LOCODE ERA Diseasome lingvoj Lexvo VIAF Deutsche Biographie OAI data dcs UniProt US Census (rdfabout) El Viajero Tourism BNB totl.net GeoWord Net Piedmont Accomodations Greek DBpedia OS YAGO Open Cyc riese (rdfabout) Scotland Geography Finnish Municipalities Geo Species US SEC Semantic XBRL FTS World Factbook ndlna Ulm data bnf.fr iServe Geo Names Norwegian MeSH GND UB Mannheim Calames DDC RDF Book Mashup Open Calais ntnusc PSH SW Dog Food Portuguese DBpedia LEM LIBRIS LCSH MARC Codes List IdRef Sudoc LOD 基盤 URI Burner t4gm info RAMEAU SH Thesaurus W Sudoc Revyu Fishes of Texas Linked Sensor Data (Kno.e.sis) Eurostat (Ontology Central) GovTrack Linked EDGAR (Ontology Central) Linked MDB Event Media New York Times DBpedia Geo Linked Data CORDIS CORDIS (FUB) EURES Chronicling America Telegraphis NASA (Data Incubator) transport data.gov. uk Pokedex NDL subjects Open Library (Talis) LinkedL CCN theses. fr my Experiment flickr wrappr NTU Resource Lists Open Library Plymouth Reading Lists SSW Thesaur us semantic web.org BBC Music Taxon Concept LOIUS gnoss Goodwin Family St. Andrews Resource Lists Manchester Reading Lists Source Code Ecosystem Linked Data Didactal ia Classical (DB Tune) BBC Wildlife Finder Rechtspraak. nl Jamendo (DBtune) Last.FM (rdfize) BBC Program mes OpenEI Openly Local statistics data.gov. uk GovWILD Brazilian Politicians educatio n.data.g ov.uk Ordnance Survey legislation data.gov.uk (DBTune) patents data.go v.uk research data.gov. uk Music Brainz (DBTune) FanHubz Ontos News Portal Sussex Reading Lists Bricklink yovisto Semantic Tweet Linked Crunchbase RDF ohloh Discogs (Data Incubator) tags2con delicious Slideshare 2RDF Klappstuhlclub Lotico Music Brainz (zitgist) (Data Incubator) Last.FM artists Population (EnAKTing) reegle Ren. Energy Generators business data.gov. uk Crime (EnAKTing) Ox Points Surge Radio Linked User Feedback LOV (DBTune) Music Brainz John Peel (DBTune) EUTC Productions Audio Scrobbler Moseley Folk GTAA Magnatune DB Tropes Hellenic FBD Hellenic PD OMIM MGI InterPro Smart Link Product Types Ontology Open Corporates Italian Museums Amsterdam Museum UniParc UniRef UniSTS GeneID Linked Open Numbers Reactome OGOLOD KEGG Pathway Medi Care Google Art wrapper meducator KEGG Drug Pub Chem UniPath way Chem2 Bio2RDF Homolo Gene VIVO UF ECCOTCP bible ontology KEGG Enzyme PBAC KEGG Reaction KEGG Compound KEGG Glycan ・ 膨大＆複雑 多様で連係がない 公的データ インターリンク 語彙検索 文献データ ユーザ利用 データ 統計データ 地理データ LOD「化」と「利用」の促進 ■研究担当：的野 晃整／ Steven Lynden（スティーブン リンデン） ■所 属：情報技術研究部門 ●研究拠点 ■連 絡 先： つくば 68 環ネ 境ル 領ギ 域ー LOD 化 研究データ エ 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー 生 命 工 学 領 域 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 材 料 ・ 化 学 領 域 エ 製レ ク 造ト ロ 領ニ ク 域ス ・ 高品質なソフトウェアテストを実現する テスト設計・テストデータ生成技術 高品質なテスト設計を支援、高不具合検出率のテストデータを自動生成 ●モデルベース技術を用いた系統的テスト分析技術で高品質なテスト設計を支援 ●不具合検出率の高いテストデータの高速自動生成、 品質保証 ●テスト設計の文書化によるテスト結果の説明力、テストの再利用性を向上 関連技術分野：ソフトウェア、テスト設計、 信頼性、 生産管理 連 携 先 業 種：製造業（輸送用機器／電気機器／精密機器） 研究のねらい 近年、自動車業界など様々な分野で、ソフトウェアの複雑化が進み、その品質確保は社会的課題となっています。 本研究課題で開発するテストツール Calot は、系統的分析による高品質なテスト設計と、工学的手法に基づく高速な テスト生成により、品質保証に不可欠なソフトウェアテストを高品質化します。図式表現を用いた系統的分析による テスト設計は、テスト設計の合理化と設計文書化によるテスト再利用性の向上、テスト結果の説明力の向上を実現し ます。また、工学的根拠に基づく不具合検出率の高いテストデータ生成により、不具合検出能力の向上と、テスト結 果の品質保証を支援します。 研究内容 連携可能な技術・知財 本研究で開発した Calot は、以下の特徴を持ちます。 1. 図式記述によるモデルベーステスト設計：木構造を 用いたトップダウンの系統的分析により、合理的なテ スト設計を支援します。図式表現は設計文書として使 用でき、テストの再利用性を向上します。 2. 不具合検出率の高いテストデータ自動生成：高い不 具合検出率を持つ工学的テスト設計法である N-wise 法に対応します。木構造のテスト設計からテストデー タを自動生成し、高品質なテストプロセスの現場導入 を促進します。 ・Calot: モデルベース組合わせテストツール N-wiseテスト法にモデルベース手法を実現 世界最速のテストデータ生成アルゴリズム ・展開可能な技術領域 工学的な基準（網羅基準）に基づく品質保証 プロダクトラインのテスト設計への応用 様々な開発プロセス（V 字・アジャイル・テスト駆動）へ の適応 ・特開 2014-157473（2014/08/28） ・IPSJ-WWS 2015「組み合わせテストツール Calot の 開発に向けて」 ・本研究の一部は、JST A-STEP（AS2321158A, AS2524001H）の支援の下で行われました。 エ 環ネ 境ル 領ギ N 域ー ・ 1 2 3 4 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー … … … … … … … … … 16 IC カードチャージへの Calot 適用例（左：図的表現によるテスト設計／右：生成されたテストデータ） ■研究担当：北村 崇師／崔 銀惠（チェ ウンヘ）／ Cyrille Artho（シリル アルト）／大岩 寛／大崎 人士／寶木 和夫 ■所 属：情報技術研究部門 ●研究拠点 ■連 絡 先： 関西 69 並行ソフトウェアの高信頼・高安全化 を実現する設計・診断技術 連携・協調する並行ソフトウェアの正しさを設計段階で診断する ●ネットワーク、メニーコア時代の並行ソフトウェアを抜本的に高信頼化 ●並行ソフトウェア生産工程において設計の不具合を早期に診断 ●生産工程の上流で不具合の源流を特定し、 QCD を大幅に改善 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 関連技術分野：ソフトウェア、 信頼性、 生産管理 連 携 先 業 種：製造業（輸送用機器）、 製造業（電気機器） 研究のねらい 近年、自動車は 100 個近い ECU（車載コンピュータ：左図参照）を搭載し、そのソフトウェア規模は 1 億行に近 づいています。さらに、近い将来の高度先進運転支援には、ECU 間の密な連携・協調（並行処理）を実現する並行 ソフトウェアが不可欠です。しかし、複数処理の干渉で生じる並行処理特有の不具合はテストでの発見が困難であり、 テスト期間の長期化が危惧されています。本研究では、テスト期間短縮や手戻りコスト削減等、QCD（品質、コスト、 納期）改善を目ざして、並行ソフトウェアの不具合を早期発見する設計・診断技術を開発しています。 研究内容 連携可能な技術・知財 ・本研究では、並行処理モデル（連携・協調する複数の 状態遷移系）を診断するツール CONPASU を開発し ています。 ・CONPASU は、並行処理モデルをタイミング網羅的 に解析し、再現性の低い不具合も見逃さずに、その振 るまいを可視化します（右図） 。同種のツールと比べ て並行処理を簡潔に可視化する能力にすぐれており、 並行処理の全体像を確認しながら設計を進めることが 可能になります。 ・本技術を加味した並行処理モデルの記述・検証スキル を習得するための教育プログラムを完備しており、多 くの企業技術者への教育実績があります。 生 命 工 学 領 域 材 料 ・ 化 学 領 域 ・並行ソフトウェアの設計・診断支援 ・CONPASU：並行処理解析支援ツール エ 製レ ・並行システム設計・解析支援技術 ク ・並行システムの検証と実装 造ト ・CPA2011, IOS Press, pp.341-362, 2011 ロ ・本研究の一部は、科研費（課題番号：20500023） 領 ニ ク の助成を受けたものです。 域ス ・ エ 環ネ 境ル 領ギ 域ー ・ 連携・協調するECU（車載コンピュータ） 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー CONPASUによる連携・協調動作の見える化 ■研究担当：磯部 祥尚／田中 純／大岩 寛／高橋 孝一 ■所 属：情報技術研究部門 ●研究拠点 ■連 絡 先： つくば 70 D1-59 生 命 工 学 領 域 眼球運動計測システム ■ 研究担当：松田圭司 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 ■ ヒューマンライフテクノロジー研究部門 システム脳科学研究グループ ● 研究拠点 ■ 連携担当：小高正人 つくば中央 研究のポイント・応用先 ● 市販製品の組み合わせで構築、安価かつ手軽に使用できる ● ハイスピードカメラを用い高時間分解能かつリアルタイム計測が可能 エ 製レ ク 造ト ロ 領ニ ク 域ス ・ エ 環ネ 境ル 領ギ 域ー ・ 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー ● 心理実験、医療検査、マンマシンインターフェース、動物実験に使用可能 ･ 材 料 ・ 化 学 領 域 ラ イ フ 研究のねらい 人間を対象とした視覚に関する心理学的研究、医療検査、マンマシンインターフェース、また動物実験への応用を考 慮した汎用眼球運動計測システムです。実用に足る精度を維持した上で、特別な技術を必要としない操作性、コンパク トな装置環境、コストの低減を計る必要があります。多くの人が様々な場面で使用できるシステムを構築できるよう研 究を進めています。 イ ノ ベ ー シ ョ ン 研究内容 ブラケット用止めねじ E-530 赤外線照明とハイスピードカメラ（USB3.0 または 赤外線照明 カメラ D1-59 IEEE1394b にて接続）を用い画像処理によりリアル タイムで眼球運動を計測するシステムを開発していま す。300Hz を越える速度で撮影を行うため、衝動性 第 ６ 会 場 眼 球 運 動（saccadic eye movement、 運 動 速 度 ≦ 700deg/sec）という高速の眼球運動の計測も可能で 縦位置L字型ブラケット す。角膜に反射する照明光を利用することで、頭部の動 E-6082 きを補正しています。校正は、非常に短時間で済み、被 ブラケット用止めねじ E-530 験者に負担の少ない計測が可能です。 赤外線フィルター レンズ カメラ部構成例 連携可能な技術・知財 ●特許第 2600114 号（1994/11/28 出願）「ノイ ズに強い正確な楕円近似による計測方法」 ●特許第 3726122 号（2001/04/12 出願）「視線 検出システム」 ●特許第 3834636 号（2002/11/22 出願）「視線 位置計測における頭部の動きのズレを補正する方法及 びシステム」 ●特許第 4055858 号（2004/08/13 出願）「視線 検出システム」 ●特願 2012-207362（2012/09/20 出願） 「瞳孔 部分を近似する楕円の検出を行う方法」 模擬眼球を使用した計測 71 2 3 高齢者・障害者の感覚特性 データベース 生 命 工 学 領 域 高齢者・障害者対応製品の新しいデザインツール ● 3,000 人を超える高齢者・障害者等を対象に測定した感覚特性データを公開 ●日本工業規格 「高齢者・障害者配慮設計指針」 の活用ツールを提供 ●高齢者・障害者を含むさまざまな人々に対応した製品・環境づくりに適用可能 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 関連技術分野：生活安全、 高齢者、 障害者、 アクセシブルデザイン 連 携 先 業 種：製造業（電気機器）、 医療・福祉業、 サービス業 研究のねらい このデータベース（DB）は、のべ 3,000 人以上を対象に測定した視覚・聴覚・触覚の特性を年齢・障害の有無 等の検索条件に応じて表示するもので、インターネット上で誰でもアクセスが可能です。(http://scdb.db.aist. go.jp/) 今後、本 DB の活用により、高齢者や障害のある者を含むさまざまな人のニーズに対応した製品の設計が容 易となります。これによって、誰にとっても快適で使いやすい製品の開発・普及が進むことを期待しています。 研究内容 この DB では、視覚・聴覚・触覚のカテゴリーに分類 された 17 項目について、調べたい対象者の年齢・性別・ 測定条件をそれぞれ数値等で入力すると、条件に合致し たデータがグラフや表で表示されます。 また、ここに収録されている測定データは、日本工業 規格（JIS） 「高齢者・障害者配慮設計指針」の基礎と しても使用されています。本 DB は、数式や表で記述さ れた JIS の内容を、グラフ等に直して分かりやすく表示 するツールとしても活用することができます。 材 料 ・ 化 学 領 域 エ 製レ ク 造ト ロ 領ニ ク 域ス ・ 本データベースのポータルページ エ 環ネ 境ル 領ギ 連携可能な技術・知財 ・さらに詳細なデータの公開については、個別にご相談 ください。本 DB に掲載されていない項目について、 データの収集、製品設計への協力等のご相談に応じま す。 ・この DB の一部データの収集にあたり、（独）製品評 価技術基盤機構の協力を得ました。 域ー ・ データベース画面の一例：可読文字サイズ推定 ■研究担当：倉片 憲治／伊藤 納奈 ■所 属：人間情報研究部門 ●研究拠点 ■連 絡 先： つくば 72 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー 生 命 工 学 領 域 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 材 料 ・ 化 学 領 域 エ 製レ ク 造ト ロ 領ニ ク 域ス ・ エ 環ネ 境ル 領ギ 域ー ・ 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー DhaibaWorks: 製品設計のための 身体機能シミュレーションソフト 実被験者による評価テストにかわる仮想評価の実現 ●個人寸法・統計的代表寸法を再現した身体モデルの生成が可能 ●実被験者による評価テストに比べてコストと時間の大幅な削減が可能 ●製品の使いやすさの仮想評価による身体機能中心デザインの支援が可能 関連技術分野：デジタルヒューマン、 製品設計、 エルゴノミクス評価 連 携 先 業 種：製造業（機械）、 製造業（電気機器） 研究のねらい DhaibaWorks は人が取扱うさまざまな製品の開発において、「持ちやすい」「操作しやすい」等のエルゴノミクス 性を考慮した身体機能中心デザインを支援するためのソフトウェアです。エルゴノミクス性の評価テストは、製品の 様々な試作品（モックアップ）を用意して実被験者を対象に行われてきましたが、これには莫大な時間とコストがか かります。一方、DhaibaWorks を用いれば、人間の全身や手の機能を模擬した身体モデルと製品の 3 次元 CAD モ デルを統合することで、仮想的なエルゴノミクス評価が実現できます。 研究内容 DhaibaWorks には、仮想的なエルゴノミクス評価を 実現するために以下の機能が含まれます。 ・豊富な寸法バリエーションを持ち、運動学的または幾 何学的に精確な身体モデルを生成する機能 ・身体モデルと製品モデルの接触拘束を用いて「ありう る」把握姿勢や乗車姿勢を生成する機能 ・生成した姿勢を用いてエルゴノミクス評価を行うため に様々な力学指標計算法を実装する機能 これらの機能が一つのソフトウェアとして統合されて おり、製品の身体機能中心デザインを実現するためのプ ラットフォームとして活用できます。 DhaibaWorks の GUI 連携可能な技術・知財 DhaibaWorks では、以下の要望を実現します。 ・製品に対する「使いやすさ」を表す定量的な力学指標 を用途に即してモデル化 ・ターゲットユーザに対する製品の妥当性を、身体モデ ルと製品 CAD モデルを用いた操作・把握シミュレー ションによりチェック ・デザイン上流段階で、より多くのユーザにとって操作 しやすい・持ちやすい設計となるように製品形状を最 適化 姿勢の生成と安定性の評価 ■研究担当：多田 充徳／宮田 なつき ■所 属：人間情報研究部門 ●研究拠点 ■連 絡 先： 臨海副都心 73 ヒューマノイドを用いた人間動作の 再現とアシスト機器評価 人間に代わって支援機器をロボットが定量評価 ●被験者実験代替によるアシスト機器の設計支援・開発効率化に貢献 ●人の動作をヒューマノイドにより再現、 高い繰り返し精度を確保 ●装着型機器のアシスト効果を実際の使用状況で定量的に評価 生 命 工 学 領 域 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 関連技術分野：ヒューマノイド、デジタルヒューマン、 生活支援、 人動作模擬 連 携 先 業 種：医療・福祉業、 サービス業 研究のねらい 高齢者や障害者の活力の増進と QOL 向上において、ロボット技術を活用した人間の移動・動作アシスト機器の重 要性が増してきています。その効果の評価でボトルネックとなっている被験者実験を、ヒューマノイドを用いて一部 代替し定量的・客観的な評価を行うことで、その普及に貢献することを目指します。人間に近い構造を持つヒューマ ノイドをアシスト機器の仮想ユーザーとして、高齢者を含む人間のさまざまな動作を再現してデータ測定・解析を行 い、定量的な指標による評価と設計支援の方法論を構築していきます。 研究内容 実際にアシスト機器を使用する人間のデータを測定 し、デジタルヒューマン技術による動作解析を行います。 その結果を用いてヒューマノイドで動作を再現し、シ ミュレーションや実験を通して力や関節トルクなどの定 量的データを取得します。動作の繰り返しや調整が可能 で、倫理的リスクがないヒューマノイドの特徴を活用し、 被験者を代替する利用性評価手法について研究を進めま す。装着型の支援機器を対象に、さまざまな動作におけ る検証を行っています。 材 料 ・ 化 学 領 域 エ 製レ ク 造ト ロ 領ニ ク 域ス ・ エ 連携可能な技術・知財 環ネ 境ル 領ギ [Nm] ・人間動作解析・理解のためのデジタルヒューマン技術 ・調整可能な人間形状のシミュレーション技術 ・人間動作のヒューマノイドによる再現・評価技術 ・ヒューマノイドのシミュレーション・実験技術 ・本研究の一部は、経済産業省の「ロボット介護機器開 発・導入促進事業（平成 25 年度∼平成 29 年度） 」に より行われています。 域ー ・ [ ] ヒューマノイドを用いた機器の評価・設計ループ ■研究担当：吉田 英一／鮎澤 光 ■所 属：知能システム研究部門 ●研究拠点 ■連 絡 先： つくば 74 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー 生 命 工 学 領 域 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 材 料 ・ 化 学 領 域 エ 製レ ク 造ト ロ 領ニ ク 域ス ・ エ 環ネ 境ル 領ギ 域ー ・ 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー ロボット介護機器の評価基準・評価 手法 被介護者、介護者に真に役に立つロボット介護機器の開発と普及促進 ●開発コンセプトに基づく効果と安全の評価基準と評価手法 ● ICF（国際生活機能分類）生活機能モデルに基づく一日の生活の課題の解決 ●人との関わりを考慮したロボット介護機器開発のＶ字モデル 関連技術分野：生活支援、 ロボット、 生活安全、 認証・認定、 介護 連 携 先 業 種：製造業（精密機器）、 医療・福祉業、 サービス業 研究のねらい 介護現場でのロボット技術の活用が期待されていますが、市場性・安全性・実用性の問題から開発や製品化がなか なか進んでいません。これを解決するため、現場のニーズを踏まえた重点分野を特定（ニーズ指向） 、ステージゲー ト方式で使い易さ向上とコスト低減を加速（安価に）、現場に導入するための公的支援・制度面の手当て（大量に） という、3 つのコンセプトで、平成 25 年度より「ロボット介護機器開発・導入促進事業」を実施しています。 研究内容 本事業では、経済産業省と厚生労働省が公表した「ロボッ ト技術の介護利用における重点分野（平成 26 年 2 月改訂）」 を対象に、被介護者の自立促進や介護者の負担軽減を実現 し、ロボット介護機器の新たな市場の創出を目指しています。 基準策定・評価事業では、被介護者、介護者に真に役に 立つロボット介護機器とするため、ICF（国際生活機能分類） 生活機能モデルに基づく「良くする介護」を目指した目標 指向のアプローチと、人との関わりを考慮したロボット介護 機器開発のＶ字モデルにより、効果と安全の評価基準の開 発と審査、および開発補助事業者に対する開発支援を行っ ています。 ロボット介護機器の重点分野（8 分野） 連携可能な技術・知財 ・ロボット介護機器開発、評価基準、評価手法 ・ロボット介護機器開発コンセプト、リスクアセスメン ト、安全試験、実証試験・倫理審査ガイドライン ・本研究は経済産業省ロボット介護機器開発・導入促進 事業（基準策定・評価事業）（平成 25 ∼ 29）の委 託を受けて実施しています。 ロボット介護機器開発の V 字モデル ■研究担当：比留川 博久／大川 弥生／中坊 嘉宏／松本 吉央／松本 治／角 保志／梶谷 勇／脇田 優仁／ 本間 敬子／西村 拓一 ■所 属：ロボットイノベーション研究センター／人間情報研究部門 ■連 絡 先： 75 ●研究拠点 つくば 安全認証可能なロボットの 高信頼モデルベース開発手法 生 命 工 学 領 域 ロボットの安全性確保と認証取得を支援 ●生活支援ロボットでは、 認証が求められる安全系の共通化が重要です ●コストが高い認証可能開発プロセスに対するコスト削減 ●認証可能な製品開発プロセスを支援するノウハウとツールチェーン 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 関連技術分野：ソフトウェア、メカトロニクス、 ロボット 連 携 先 業 種：製造業（機械）、 製造業（電気機器）、 情報・通信業 研究のねらい 近年、日常生活におけるサービスロボットの導入への期待が高まっています。人とのインタラクションが本質であ るサービスロボットでは、人間と共存する環境での安全確保が必要です。そのため、サービスロボットの製品化には 安全認証が求められますが、開発コストへの影響が問題となっています。 そこで、高信頼ソフトウェアプラットフォームと製品開発プロセスの支援ツールにより開発コストの削減を狙って います。また機能安全の国際標準に対する認証取得に必要な文書編成、リスク管理、設計検証、試験手法提案、耐故 障性ハードウェア開発など、関連する様々な技術研究を行っています。 研究内容 連携可能な技術・知財 製品化の鍵となる安全系の共通化を狙って、高信頼な ミドルウェア・モジュール化ソフトウェア・故障耐性ハー ドウェアアーキテクチャにより、容易に認証可能な安全 システムを構築することを可能にします。また、製品開 発プロセスを支援するツール群により、認証に求められ る膨大なドキュメントの作成を支援します。安全モデリ ング言語により、システム欠陥の原因になるコミュニ ケーションギャップを改善します。安全開発用のツール チェーンを活用することで、市場に受け入れられる価格 でロボット製品を提供することを目指しています。 材 料 ・ 化 学 領 域 ・認証可能な高信頼ミドルウェア ・設計支援・安全検証・モデリングツール エ 製レ ・認証取得を想定した機能安全技術開発にかかるノウハ ク ウ 造ト ・耐故障性ハードウェアの設計、リスクアセスメントな ロ ど個々の要素技術に対する技術相談 領ニ ・本研究の一部は、新エネルギー・産業技術総合開発機 ク 構 (NEDO)『生活支援ロボット実用化プロジェクト』 域 ス ・ によるものです。 エ 環ネ 境ル 領ギ 域ー ・ 認証可能な安全機能によって認証のコスト削減 安全モデル言語 SafeML で認証プロセス支援 ■研究担当：Geoffrey Biggs（ジェフ ビグズ）／原 功／安藤 慶昭／藤原 清司／中坊 嘉宏 ■所 属：ロボットイノベーション研究センター ●研究拠点 ■連 絡 先： つくば 76 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー 生 命 工 学 領 域 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 材 料 ・ 化 学 領 域 エ 製レ ク 造ト ロ 領ニ ク 域ス ・ 生活支援ロボット安全検証センター 生活支援ロボットの製品安全の国際的拠点 ●生活支援ロボットの安全に関する国際規格 ISO13482 を策定 ●世界で唯一のロボットの安全性を評価する拠点 ●世界に先駆けて生活支援ロボットの安全評価事績を有する 関連技術分野：生活支援、 ロボット、 認証・認定、 介護 連 携 先 業 種：製造業（精密機器）、 サービス業 研究のねらい 我が国では、少子高齢化が急速に進展しており、ロボット技術の介護・福祉、家事等、生活分野への適用が期待さ れています。しかしながら、民間企業の独自の取り組みでは限界があり、また生活支援ロボットの安全に関する国内 外の規格等が未整備であるために、安全基準に関する国際標準等の整備が求められています。生活支援ロボット安全 検証センターでは、AMED ロボット介護機器開発導入促進事業（基準策定・評価事業）の安全検証試験技術開発の 拠点として、機能安全試験、衝突安全試験、強度試験、EMC 試験等の試験を行い、各種データ収集・分析等を行っ ています。 研究内容 我々は生活支援ロボットの安全性検証手法を開発する ために、当センターを活用することにより、ロボットの リスクアセスメント、機能安全、移動ロボットの走行耐 久性や対人安全性等に関する試験装置の開発、試験方法 の策定等を行っています。当センターは、試験研究機関 の活動場所であると共に、生活支援ロボットの製品安全 の国際的な拠点となる役割を果たします。 生活支援ロボット安全検証センター エ 環ネ 境ル 領ギ 域ー ・ 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー 連携可能な技術・知財 ・生活支援ロボットの安全性に関連する各種試験および 認証（機械・電気・機能安全） ・当センターで行われている試験・研究は、新エネル ギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の「生活支 援ロボット実用化プロジェクト」などにより行われま した。現在は、主に日本医療研究開発機構（AMED） の「ロボット介護機器開発導入促進事業（基準策定・ 評価事業） 」におけるロボット介護機器の試験・研究 で活用しています。 安全検証実験設備 ■研究担当：大場 光太郎／本間 敬子／藤原 清司／中坊 嘉宏／尾暮 拓也／松本 治／角 保志 ■所 属：ロボットイノベーション研究センター ●研究拠点 ■連 絡 先： つくば 77 ユニット積み上げ式の人工骨製造 生 命 工 学 領 域 人工骨の機能化指向造形 ●人工骨のユニット化と集積 ●モザイク人工骨製造の scalability ●アプリケーションのイメージ：人工骨、 細胞培養担体 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 関連技術分野：再生医療、 人工骨、 培養、 医療デバイス 連 携 先 業 種：製造業（ガラス・土石製品）、 医療・福祉業 研究のねらい 生体材料を形状・機能が明確な微小ユニットに仕立て（人工骨のユニット化）、それらユニットの集積により多孔 体を製造する“モザイク多孔体製造法（Mosaic-Like Ceramics Fabrication, MLCF）を開発しました（上図）。 MLCF によれば記載（理解）可能な形状の完全連通気孔を持つセラミックスを製造することができます。MLCF の 有用性はプロセスの胚胎する scalability であり、カスタムメイド人工骨製造法や細胞培養システムの一部として開 発を進めています。 研究内容 モザイク人工骨研究は基本的に球状ユニットで行って おり、付与する骨伝導ギミックは円筒形状の貫通孔でそ の口径はφ 0 ∼ 441 μ m で準備可能です。モザイク人 工骨の機能は、 水酸アパタイトユニット集積体に関して、 市販人工骨 2 種との比較により優れた ALP 活性、オス テオカルシン量を確認するに至っています。ユニット形 状、骨伝導ギミックは上記基本形状以外にも可能です。 また、細胞培養担体（下図左）や、骨形状 CT データに 基づくカスタム形状（下図右）の製造にも成功していま す。現在、ユニットの汎用的利用技術の開発に注力して います。 材 料 ・ 化 学 領 域 エ 製レ ク 造ト ロ 領ニ ク 域ス ・ モザイク多孔体製造の模式図 エ 環ネ 境ル 領ギ 連携可能な技術・知財 ・特許第 4535691 号（2010/06/25） ・特許第 4599588 号（2010/10/08） 域ー ・ 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー 気孔ネットワークと集積例 ■研究担当：寺岡 啓 ■所 属：機能化学研究部門 ●研究拠点 ■連 絡 先：[email protected] つくば 78 生 命 工 学 領 域 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 材 料 ・ 化 学 領 域 エ 製レ ク 造ト ロ 領ニ ク 域ス ・ エ 液中レーザー法によるリン酸カルシ ウムナノ粒子および薄膜の製造 バイオメディカル材料の形成を光でコントロール ●バイオメディカル材料の新規なオンデマンド製造・表面改質技術 ●生体親和性に優れたリン酸カルシウムの薄膜や粒子を簡便に形成 ●金属元素や磁性ナノ粒子、タンパク質との複合化により多彩なバイオ機能 関連技術分野：ナノ材料、 医療デバイス、 バイオ素材、レーザー 連 携 先 業 種：製造業（化学／医薬品／電気機器） 研究のねらい リン酸カルシウムは、生体親和性・骨結合能に優れた機能性材料です。過飽和溶液中からリン酸カルシウムを自発 析出させる過程にレーザー光反応を導入することで、簡便で迅速なリン酸カルシウム薄膜およびナノ・マイクロ粒子 の形成技術を開発しました。これらのリン酸カルシウムに金属元素（亜鉛、鉄、テルビウムなど）や磁性ナノ粒子、 タンパク質を複合化することで、様々な機能（骨形成促進機能、薬剤や生理活性物質の徐放機能、造影機能）の付加 が可能です。医療現場やラボでも利用可能な、バイオメディカル材料のオンデマンド製造・表面改質技術として期待 されます。 研究内容 連携可能な技術・知財 ・リン酸カルシウム薄膜・粒子形成技術 ・薬剤や生理活性物質の担持・徐放化技術 ・リン酸カルシウム含有真球状粒子の製造方法及び該方 法で製造される真球状粒子 ・特開 2012-030993(2012/02/16) ・特許第 5334030 号 (2013/08/09) ・特許第 4606813 号 (2010/10/15) ・特許第 4604238 号 (2010/10/15) ・特許第 4484631 号 (2010/04/02) ・本研究の一部は、科研費・新学術領域研究「プラズマ医療科 学の創成」 （平成 25∼28 年度） により行われたものです 過飽和溶液中に設置された基材上にレーザー光を照射 し、リン酸カルシウム薄膜をパターン形成する技術を開 発しました（図左）。この手法によれば、種々の基材表 面の目的の部位に、 簡便（１段階プロセス）かつ迅速（5 ∼ 30 分）にリン酸カルシウム薄膜をパターン形成でき ます。また、溶液組成・照射条件を変更することで、リ ン酸カルシウムのナノ∼マイクロ球状粒子を合成するこ ともできます（図右）。リン酸カルシウムに金属元素（亜 鉛、鉄、テルビウムなど）やタンパク質（フィブロネク チンなど） 、磁性ナノ粒子を複合化することで、様々な 機能設計が可能です。 環ネ 境ル 領ギ 域ー ・ 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー リン酸カルシウム（CaP）の薄膜パターン（左）および球状粒子（右） ■研究担当：中村 真紀／大矢根 綾子 ■所 属：ナノ材料研究部門 ●研究拠点 ■連 絡 先：[email protected] つくば 79 液中レーザー溶融法による サブミクロン球状粒子の製造と応用 液中レーザー溶融法による 界面活性剤が不要な、高結晶性を有する新しい球状粒子の液中合成技術 サブミクロン球状粒子の製造と応用 ●様々な材料系に適用可能な、 無孔質な高結晶性サブミクロン球状粒子合成技術 界面活性剤が不要な、高結晶性を有する新しい球状粒子の液中合成技術 ●不揃いな形状の粒子の分散液に、レーザー光を照射することで粒子を球形に加工 ●光学材料や DDS 用粒子等への応用が期待 ●様々な材料系に適用可能な、無孔質な高結晶性サブミクロン球状粒子合成技術 ●不揃いな形状の粒子の分散液に、レーザー光を照射することで粒子を球形に加工 関連技術分野：セラミックス材料、 ナノ材料、 金属材料 ●光学材料やDDS用粒子等への応用が期待 連 携 先 業界面活性剤が不要な、高結晶性を有する新しい球状粒子の液中合成技術 種：製造業（化学／ガラス・土石製品／医薬品） 液中レーザー溶融法による サブミクロン球状粒子の製造と応用 関連技術分野：セラミックス材料、ナノ材料、金属材料 ●様々な材料系に適用可能な、無孔質な高結晶性サブミクロン球状粒子合成技術 連携先業種：製造業（化学／ガラス・土石製品／医薬品） ●不揃いな形状の粒子の分散液に、レーザー光を照射することで粒子を球形に加工 研究のねらい 生 命 工 学 領 域 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 ●光学材料やDDS用粒子等への応用が期待 形状が不揃いな粒子の分散液に、適当な波長の数十∼数百 mJ/cm2 のパルスレーザー光を照射することで、サブ 研究のねらい ミクロンサイズの結晶性球状粒子を作製できることを見出しました。 本法で得られる結晶性サブミクロン球状粒子は、 関連技術分野：セラミックス材料、ナノ材料、金属材料 2のパルスレーザー光を照射するこ 形状が不揃いな粒子の分散液に、適当な波長の数十～数百mJ/cm 従来のナノ結晶粒子の集合体である多孔質球状粒子とは異なり、内部密度が均一で、かつ高い結晶性を有する点が大 連携先業種：製造業（化学／ガラス・土石製品／医薬品） とで、サブミクロンサイズの結晶性球状粒子を作製できることを見出しました。本法で得られる結晶性 きな特徴です。そこで、この特性を活かした光学材料への応用展開を試みています。さらに、製造過程で界面活性剤 サブミクロン球状粒子は、従来のナノ結晶粒子の集合体である多孔質球状粒子とは異なり、内部密度が が不要であることから、清浄な表面を有する粒子が得られ、バイオ・医療用分野への応用研究も進めていきます。 研究のねらい 均一で、かつ高い結晶性を有する点が大きな特徴です。そこで、この特性を活かした光学材料への応用 形状が不揃いな粒子の分散液に、適当な波長の数十～数百mJ/cm2のパルスレーザー光を照射するこ 展開を試みています。さらに、製造過程で界面活性剤が不要であることから、清浄な表面を有する粒子 とで、サブミクロンサイズの結晶性球状粒子を作製できることを見出しました。本法で得られる結晶性 が得られ、バイオ・医療用分野への応用研究も進めていきます。 研究内容 サブミクロン球状粒子は、従来のナノ結晶粒子の集合体である多孔質球状粒子とは異なり、内部密度が 均一で、かつ高い結晶性を有する点が大きな特徴です。そこで、この特性を活かした光学材料への応用 B C粒子（生成物） B粒子（原料） パルスレーザー光 研究内容 液中粒子に適度なフルエンス（数十∼数百 mJ/cm2） 展開を試みています。さらに、製造過程で界面活性剤が不要であることから、清浄な表面を有する粒子 レーザー照射 in エタノール のパルスレーザー光を照射することで粒子のみを瞬間的 が得られ、バイオ・医療用分野への応用研究も進めていきます。 液中粒子に適度なフルエンス（数十～数百 2 に加熱して溶融させ、表面張力により球状化することで mJ/cm ）のパルスレーザー光を照射することで粒 500 nm 500 nm B C粒子（生成物） B粒子（原料） パルスレーザー光 研究内容 子のみを瞬間的に加熱して溶融させ、表面張力によ サブミクロンの結晶性球状粒子が生成します（上図） 。 レーザー照射 原料粒子 in エタノール り球状化することでサブミクロンの結晶性球状粒子 液中粒子に適度なフルエンス（数十～数百 本法は、レーザーの波長の光学吸収を有する材料であれ 適用材料の実績 2 が生成します（上図）。本法は、レーザーの波長の mJ/cm ）のパルスレーザー光を照射することで粒 500 nm 500 nm ば、様々な材料に適用することが可能です。サブミクロ 分散媒 TiO2, ZnO, Fe3O4, Si, AgO, 光学吸収を有する材料であれば、様々な材料に適用 子のみを瞬間的に加熱して溶融させ、表面張力によ （水やエタノールなど） Ag, CuO, Cu, Au, B, B4C, W, 原料粒子 ンサイズは光の波長領域に近いため、様々な光学材料へ り球状化することでサブミクロンの結晶性球状粒子 することが可能です。サブミクロンサイズは光の波 Si 適用材料の実績 等 の応用が期待され、これまでに太陽電池特性の向上や新 が生成します（上図）。本法は、レーザーの波長の 長領域に近いため、様々な光学材料への応用が期待 攪拌子 分散媒 TiO2, ZnO, Fe3O4, Si, AgO, 光学吸収を有する材料であれば、様々な材料に適用 （水やエタノールなど） しいレーザー素子の可能性について明らかにしています され、これまでに太陽電池特性の向上や新しいレー Ag, CuO, Cu, Au, B, B4C, W, することが可能です。サブミクロンサイズは光の波 液中レーザー溶融法について Si 等 ザー素子の可能性について明らかにしています（下 （下図） 。他にも、ホウ素含有球状粒子のホウ素中性子捕 液中レーザー溶融法について 長領域に近いため、様々な光学材料への応用が期待 攪拌子 図）。他にも、ホウ素含有球状粒子のホウ素中性子 ﾗﾝﾀﾞﾑﾚｰｻﾞｰ素子への適用例 太陽電池への適用例 捉療法用薬剤への応用研究を行っています。 され、これまでに太陽電池特性の向上や新しいレー 「欠陥」粒子 捕捉療法用薬剤への応用研究を行っています。 液中レーザー溶融法について ザー素子の可能性について明らかにしています（下 ガラス基板 連携可能な技術・知財 図）。他にも、ホウ素含有球状粒子のホウ素中性子 ﾗﾝﾀﾞﾑﾚｰｻﾞｰ素子への適用例 太陽電池への適用例 連携可能な技術・知財 TiO 球状粒子散乱層 「欠陥」粒子 捕捉療法用薬剤への応用研究を行っています。 サイズ・形状が揃ったZnO粒子 ・結晶性サブミクロン球状粒子作製法およびその応用に TiO ﾅﾉ粒子＋ ガラス基板 CdS/CdSe量子ドット層 （散乱体および利得媒体） • 結晶性サブミクロン球状粒子作製法およびその応 関する技術相談や、結晶性サブミクロン球状粒子の試 連携可能な技術・知財 2000 TiO 球状粒子散乱層 ガラス基板 励起強度 用に関する技術相談や、結晶性サブミクロン球状 サイズ・形状が揃ったZnO粒子 サイズ・形状が揃った TiO ﾅﾉ粒子＋ 2.0倍 料提供 （散乱体および利得媒体） CdS/CdSe量子ドット層1500 • 結晶性サブミクロン球状粒子作製法およびその応 粒状粒子 粒子の試料提供 1.0倍 あり 2000 0.5倍 1000 ・特許第 5168690 号 (2013/01/11) ガラス基板 励起強度 用に関する技術相談や、結晶性サブミクロン球状 • 特許第5168690号(2013/01/11) 2.0倍 1500 500 粒状粒子 粒子の試料提供 1.0倍 粒状粒子 あり 0.5倍 1000 なし 0 • 特許第5168690号(2013/01/11) 375 380 385 390 395 材 料 ・ 化 学 領 域 4 4 Pt 2 2 FTOPt 2 FTO 粒状粒子 なし 10％の光電変換効率の向上 発光強度 Intensity 発光強度 (a.u.) Intensity (a.u.) 2 500 しきい値の大幅な低下、 光学材料への適用例 発光ピークの狭線化に成功 光学材料への適用例 光学材料への適用例 ●研究拠点 ●研究拠点 つくば つくば ■所 属：ナノ材料研究部門 ●研究拠点 ■連 絡 先：[email protected] つくば 80 エ 環ネ 境ル 領ギ 域ー ・ Wavelength 波長 (nm) (nm) 0 375 380 385 390 395 しきい値の大幅な低下、 Wavelength 波長 (nm) (nm) 発光ピークの狭線化に成功 10％の光電変換効率の向上 ■研究担当 ： 石川 善恵 ■所 ■研究担当 属 ： ナノ材料研究部門 ： 石川 善恵 ■連 絡■所 先： [email protected] 属 ： ナノ材料研究部門 ■連善恵 絡 先： [email protected] ■研究担当：石川 エ 製レ ク 造ト ロ 領ニ ク 域ス ・ 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー 生 命 工 学 領 域 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 材 料 ・ 化 学 領 域 エ 製レ ク 造ト ロ 領ニ ク 域ス ・ フッ素化合物に依存しない 環境に優しい表面処理技術 有機フッ素化合物を用いずはっ水／はつ油性を実現 ●有機フッ素化合物を用いない環境に優しい透明はっ水／はつ油処理 ●有機フッ素化合物を凌ぐ優れた滑油性、 耐熱性 ●金属、ガラス、プラスチック等へのはっ水／はつ油性の付与 関連技術分野：省エネルギー、 環境負荷低減、 表面処理 連 携 先 業 種：製造業（金属製品／ガラス・土石製品／化学） 研究のねらい 有機フッ素化合物は表面エネルギーが低いため、各種液滴をはじく表面処理剤として幅広く利用されています。特 に、表面を凹凸化した後、フッ素化処理をするとはっ水／はつ油性が著しく向上します。しかしながら、有機フッ素 化合物は人体・環境への負荷が指摘されており、本物質群に対する規制も年々厳しくなっています。また、異常過熱 の際、腐食性／毒性の強いガスを発生するため、非有機フッ素系化合物 ( 生物と同じ脂肪族化合物 ) による安全かつ 環境にやさしい、新規なはっ水／はつ油処理技術が求められています。 研究内容 連携可能な技術・知財 有機シラン化合物を液相で反応させ、本塗液を各種基 材表面にコートすることで平滑な透明塗膜を得ました [(A)]。本塗膜表面は優れた動的はっ水／はつ油性を示 し、微小量の水／油滴は、基材を僅かに傾けるだけでピ ン留めされることなくスムーズに滑り落ちることが明ら かとなりました。また、本塗膜は耐熱性にも優れており、 大気中で 250℃、油浴中で 250℃、それぞれ 24 時間 以上加熱した後もはっ水／はつ油性は変化しませんでし た。本手法は前処置も不要で、ガラス表面のみならず、 種々の素材 ( 金属や木材 ) 表面への塗布が可能です。 ・各種基板の表面処理に関する技術 ・各種基板の濡れ性評価技術 ・撥水／撥油皮膜及びその製造方法 ・特開 2013-249389(2013/12/12) ・特開 2013-213181(2013/10/17) エ 環ネ 境ル 領ギ 域ー ・ 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー (A) 本塗膜の成膜プロセス,(B) 未処理および (C)コーティングを施したステンレス板上の松やにハンダの様子 ■研究担当：穂積 篤／浦田 千尋 ■所 属：構造材料研究部門 ●研究拠点 ■連 絡 先：[email protected] 中部 81 可搬型生物剤・化学剤検知用 バイオセンサ 生 命 工 学 領 域 現行の抗体検出法に置き換わる斬新な検出技術 ●我が国を安全・安心な社会とするための毒素検出技術 ●金ナノ粒子の大きさが検出感度に及ぼす影響を実証 ●救急隊や警察等の初動隊員が利用可能な高感度可搬型センサを開発 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 関連技術分野：センサ、 生活安全 連 携 先 業 種：製造業（精密機器）、 医療・福祉業 研究のねらい 本研究では、救急隊や警察等のファースト・レスポンダーが現場で使用することを念頭に、生物毒素を高感度で検 出する小型・軽量センサの開発を目指しています。毒素の作用機序（細胞表層の糖鎖に結合する性質）を利用してい るのが、大きな特徴です。検知チップに用いた金ナノ粒子の大きさが検出感度に与える効果を検証し、粒子サイズに は最適な値のあることを実証しました。本技術は、毒素の他、病原性ウィルス、細菌による食中毒の判定や病気の診 断にも応用されると期待されます。（大阪大学大学院工学研究科、警察庁科学警察研究所等との共同研究） 研究内容 これまで私たちは、小型・軽量化が可能で高感度測定 が期待される局在表面プラズモン共鳴 (LSPR) を応用し たデバイスの開発を行ってきました。本研究では、検知 チップに使用する金ナノ粒子の大きさが感度に与える効 果について検討しました。毒素は、細胞表層の糖鎖に結 合することが知られていますので、検知リガンドには、 天然糖脂質を模倣した合成糖鎖を使用しました。直径 5nm ∼ 100nm までの金ナノ粒子を用い、毒素の検出 レスポンスが最大となる粒子径を決定しました。高感度 な毒素検知には、最適な金ナノ粒子サイズがあることを 証明しました。 材 料 ・ 化 学 領 域 エ 製レ ク 造ト ロ 領ニ ク 域ス ・ 細胞表層糖鎖と毒素検知チップ エ 環ネ 境ル 領ギ 連携可能な技術・知財 ・チップ開発技術 ・特許第 4844920 号 (2011/10/21) ・本研究の一部は、文部科学省社会システム改革と研究 開発の一体的推進「安全・安心な社会のための犯罪・ テロ対策技術等を実用化するプログラム」の一環とし て行われたものです。 域ー ・ 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー 金ナノ粒子サイズと毒素検出レスポンス ■研究担当：鵜沢 浩隆／永井 秀典 ●研究拠点 ■所 属：ナノ材料研究部門／健康工学研究部門 つくば 関西 ■連 絡 先：[email protected] 82 ヘルスケア応用のガスセンサ技術 ヘルスケア応用のガスセンサ技術 ヘルスケア応用のガスセンサ技術 生 命 工 学 領 呼気を分析し健康モニタリングや病気の早期診断に活用 域 呼気を分析し健康モニタリングや病気の早期診断に活用 呼気を分析し健康モニタリングや病気の早期診断に活用 ●高感度ガスセンサの開発による低濃度ガスセンシング技術 ●高感度ガスセンサの開発による低濃度ガスセンシング技術 ●口臭、代謝、疾患と関係のあるガス種を選択的に検知 ●高感度ガスセンサの開発による低濃度ガスセンシング技術 情 ●口臭、代謝、疾患と関係のあるガス種を選択的に検知 ●呼気を用いた新たな診断機器の実現に期待 ●口臭、 代謝、 疾患と関係のあるガス種を選択的に検知 報 ●呼気を用いた新たな診断機器の実現に期待 ・ ●呼気を用いた新たな診断機器の実現に期待 人 関連技術分野：センサ、ヘルスケア、セラミックス材料、医療デバイス 間 関連技術分野：センサ、ヘルスケア、セラミックス材料、医療デバイス 連携先業種：製造業（電気機器）、製造業（その他製品） 関連技術分野：センサ、 ヘルスケア、 セラミックス材料、 医療デバイス 工 連携先業種：製造業（電気機器）、製造業（その他製品） 学 連 携 先 業 種：製造業（電気機器）、 製造業（その他製品） 領 研究のねらい 域 研究のねらい 研究のねらい 人口の高齢化が進む中、健康、医療、介護分野においては、ヘルスケア関連機器とサービスの充実お 人口の高齢化が進む中、健康、医療、介護分野においては、ヘルスケア関連機器とサービスの充実お 人口の高齢化が進む中、健康、医療、介護分野においては、ヘルスケア関連機器とサービスの充実および社会福祉 よび社会福祉コストの抑制が社会的課題となっています。このヘルスケア産業の中でも呼気を用いた検 よび社会福祉コストの抑制が社会的課題となっています。このヘルスケア産業の中でも呼気を用いた検 コストの抑制が社会的課題となっています。このヘルスケア産業の中でも呼気を用いた検診は、手軽に検体を採取で 材 診は、手軽に検体を採取できるだけでなく、人体への影響が少ないことから、新たな診断技術として注 診は、手軽に検体を採取できるだけでなく、人体への影響が少ないことから、新たな診断技術として注 料 きるだけでなく、人体への影響が少ないことから、新たな診断技術として注目されています。人間の呼気には、窒素、 目されています。人間の呼気には、窒素、酸素、二酸化炭素、体液から発生した水蒸気など、様々なガ ・ 目されています。人間の呼気には、窒素、酸素、二酸化炭素、体液から発生した水蒸気など、様々なガ 酸素、二酸化炭素、体液から発生した水蒸気など、様々なガス種が含まれます。その中から、口臭、代謝、疾患と関 ス種が含まれます。その中から、口臭、代謝、疾患と関係のある重要なガス種を選択的に検知できるガ 化 ス種が含まれます。その中から、口臭、代謝、疾患と関係のある重要なガス種を選択的に検知できるガ 係のある重要なガス種を選択的に検知できるガスセンシング技術の開発を行っています。 スセンシング技術の開発を行っています。 学 スセンシング技術の開発を行っています。 領 域 研究内容 連携可能な技術・知財 研究内容 連携可能な技術・知財 研究内容 連携可能な技術・知財 • ガスセンサ評価、センサ製造、触媒評価、 触媒のガス燃焼熱を電圧に変換して出力する熱電式水 ・ガスセンサ評価、センサ製造、触媒評価、導電性材料 触媒のガス燃焼熱を電圧に変換して出力する熱電式水 触媒のガス燃焼熱を電圧に変換して出力する熱電式水 • ガスセンサ評価、センサ製造、触媒評価、 導電性材料高温伝導特性評価、低濃度有 素センサを開発し、腸内嫌気性菌の異常のマーカーとな 高温伝導特性評価、 低濃度有機ガス分析に関する技術、 エ 素センサを開発し、腸内嫌気性菌の異常のマーカーとな 導電性材料高温伝導特性評価、低濃度有 素センサを開発し、腸内嫌気性菌の異常のマーカーとな 機ガス分析に関する技術、高感度ガスセ 製る呼気中水素濃度を数ppm～200ppmで選択的に計測で 高感度ガスセンサ用ナノ粒子の合成プロセスに関する レ る呼気中水素濃度を数 ppm ∼ 200ppm で選択的に計 機ガス分析に関する技術、高感度ガスセ る呼気中水素濃度を数ppm～200ppmで選択的に計測で ク 測できることを実証しました。誰でも操作できる自動校 技術 ンサ用ナノ粒子の合成プロセスに関する きることを実証しました。誰でも操作できる自動校正機 ンサ用ナノ粒子の合成プロセスに関する きることを実証しました。誰でも操作できる自動校正機 造 ト 正機能を内蔵した計測器を開発しました。 技術 ・特開 2015-10951(2015/01/19) 能を内蔵した計測器を開発しました。 技術 能を内蔵した計測器を開発しました。 ロ • 特開2015-10951(2015/01/19) ・ 本研究の一部は、愛知県『知の拠点』 「超早期診断技 肺がんのマーカーである揮発性有機化合物 (VOC) の 肺がんのマーカーである揮発性有機化合物(VOC)のノ • 特開2015-10951(2015/01/19) 領ニ 肺がんのマーカーである揮発性有機化合物(VOC)のノ 本研究の一部は、愛知県『知の拠点』 ナナールを分析する、ガスクロマトグラフ(GC)と半導体 術開発プロジェクト」により行われたものです。 ク ノナナールを分析する、ガスクロマトグラフ (GC) と半 • • 本研究の一部は、愛知県『知の拠点』 ナナールを分析する、ガスクロマトグラフ(GC)と半導体 域 ス 導体式ガスセンサを搭載した計測器を開発しました。濃 「超早期診断技術開発プロジェクト」に 式ガスセンサを搭載した計測器を開発しました。濃縮装 「超早期診断技術開発プロジェクト」に 式ガスセンサを搭載した計測器を開発しました。濃縮装 ・ 縮装置を併用し、数 ppb レベルの呼気中ノナナールが より行われたものです。 置を併用し、数ppbレベルの呼気中ノナナールが計測で より行われたものです。 置を併用し、数ppbレベルの呼気中ノナナールが計測で 計測できます。集団呼気検診等の臨床応用を目指してい きます。集団呼気検診等の臨床応用を目指しています。 きます。集団呼気検診等の臨床応用を目指しています。 エ ます。 環ネ 4mm 4mm 境ル 領ギ 域ー ・ 総 合計 セ量 熱電式ガスセンサを搭載した呼気水素計測試作機 GCと半導体式ガスセンサを搭載した呼気 VOC 計測試作機 熱電式ガスセンサを搭載した GCと半導体式ガスセンサを搭載した 熱電式ガスセンサを搭載した GCと半導体式ガスセンサを搭載した ン標 呼気水素計測試作機 呼気VOC計測試作機 呼気水素計測試作機 呼気VOC計測試作機 タ準 ー ■研究担当：申（シン） ウソク／伊豆 典哉／伊藤 敏雄／赤松貴文 貴文 ■研究担当 ：：申（シン） 典哉／伊藤 敏雄／赤松 ■研究担当 申（シン）ウソク／伊豆 ウソク／伊豆 典哉／伊藤 敏雄／赤松 貴文 ■所 属 ■所 ■所 属：無機機能材料研究部門 属：：無機機能材料研究部門 無機機能材料研究部門 ●研究拠点 ●研究拠点 ●研究拠点 ■連 先： [email protected] ■連 絡 絡 先： [email protected] ■連 絡 先：[email protected] 中部 中部 中部 83 バイオ機器のプロトタイプ製造 酵素等バイオ素子からセンサチップ等デバイスまで一貫した研究開発 ●バイオセンサ・バイオチップのプロトタイプ製造装置を開発 ●高速全自動タンパク質解析システムを開発し、 連携企業から販売中 ●現在も複数のバイオセンサ・バイオチップを開発中 生 命 工 学 領 域 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 関連技術分野：ヘルスケア、 医療デバイス、 バイオ素材 連 携 先 業 種：製造業（医薬品／化学／精密機器） 研究のねらい 製品化開発として、高速全自動二次元電気泳動システムを開発しました。疾患関連タンパク質を同定するためには、 速やかにタンパク質を分析する必要があり、従来のタンパク質分離法（二次元電気泳動）では分析に半日以上かかっ ていました。製品化したシステムは2時間以内で完了します。また家庭や小規模事業所でも使用可能なバイオセンサ・ バイオチップの製品化開発を行っています。グルコース、ストレスマーカー、コレステロール、肝機能マーカー等の 臨床や食品分野で使用するするバイオセンサ・バイオチップを開発しています。 研究内容 高速全自動タンパク質解析システムの開発に成功し、 タンパク質二次元電気泳動分析が 100 分でかつ全自動 で行えるようになりました。このシステムはシャープ株 式会社から実用化されました。またバイオセンサ・バイ オチップの開発では、すぐに事業化につなげられるよう、 半量産スケールの加工装置を用いてセンサやチップを作 製しています。レーザー加工機、切削加工機、圧着装置、 裁断機、微量薬液塗布装置等を用いて開発を行っていま す。 材 料 ・ 化 学 領 域 エ 製レ ク 造ト ロ 領ニ ク 域ス ・ システム（製品） 、バイオチップ、バイオセンサ エ 環ネ 境ル 領ギ 連携可能な技術・知財 ・電気泳動、クロマトグラフィー、免疫測定法によるタ ンパク質の解析、タンパク質分析システムの開発 ・家庭や小規模事業所でも使用可能なバイオセンサ・バ イオチップの試作、事業化 ・特許第 4441653 号 (2010/01/22) ・本研究の一部は、NEDO バイオ診断ツール実用化開 発事業（H18 ∼ 20 年度）の成果です。 域ー ・ 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー バイオセンサ・バイオチップ作製装置 ■研究担当：平塚 淳典 ■所 属：ナノ材料研究部門 ●研究拠点 ■連 絡 先：[email protected] つくば 84 生 命 工 学 領 域 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 材 料 ・ 化 学 領 域 エ 製レ ク 造ト ロ 領ニ ク 域ス ・ エ 環ネ 境ル 領ギ 域ー ・ 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー 身近な熱で電気を作る フレキシブル熱電材料 身近な未利用熱を回収して省エネルギーに貢献する ●有機材料として室温で世界最高レベルとなる熱電変換性能を達成 ●導電性高分子薄膜のナノ結晶粒子の整列により導電性を向上 ●柔軟性のある熱電変換素子や環境発電などへの応用に期待 関連技術分野：省エネルギー、 熱電変換材料、 エネルギー材料、 ナノ材料 連 携 先 業 種：製造業（化学）、 製造業（電気機器） 研究のねらい クリーンなエネルギー源として、工場や住宅などから出る排熱を有効利用することが期待されています。例えば、 熱電変換を利用して住宅の身近な排熱を電気に変え、消費電力の小さい家庭用機器の電源として活用したり、人間の 体温から作られる電気を携帯用の GPS 機器や腕時計の電源として活用することが考えられています。導電性高分子 材料は、希少元素や毒性元素を含まず、大面積化が可能であり、また柔軟性をもつため、従来までの無機系熱電材料 に比べて、次世代の熱電材料として非常に有望であると考えられます。 研究内容 導電性高分子としてPoly (3, 4-ethylenedioxythiophene): Poly (styrenesulfonate)（通称 PEDOT:PSS）を用いまし た。PEDOT:PSS水溶液にエチレングリコールを混合させ、キャ スト後、溶媒を蒸発させ、さらに100 ∼ 150℃の温度でアニー ルし、素子を作製しました( 上図 )。この薄膜で 870 S/cm の導 電率、最大 65µV/K のゼーベック係数が得られました。このよ うな高い導電性が得られたのはエチレングリコールが蒸発する 過程で溶媒に分散しているPEDOT:PSS のナノ結晶粒子が、非 常に高い秩序をもって配列されるためだと考えられます。355 μW/mK2 のパワーファクターを得ました。また下図に示すよう な有機熱電モジュールを試作し、LED の発光に成功しました。 PEDOT：PSSによるフレキシブル熱電素子 連携可能な技術・知財 ・Appl. Phys. Exp.7(2014) 031601, ・RSC Adv. 4 (2014) 28802. ・熱電材料および熱電モジュール ・本研究は、未利用熱エネルギー革新的活用技術研究組 合において行われました。 PEDOT：PSSを利用した熱電モジュール ( 左 ) と熱電発電によるLED 点灯 ( 右 ) ■研究担当：石田 敬雄／向田 雅一／衛 慶碩（エイ ケイセキ）／桐原 和大 ■所 属：ナノ材料研究部門 ●研究拠点 ■連 絡 先：[email protected] つくば 85 木質系材料の流動成形による 変形加工技術 生 命 工 学 領 域 石油由来材料を持続的利用可能な木質資源で代替する ●地球温暖化および資源枯渇対策に寄与するバイオマス高度利用技術 ●プラスチックや軽金属の代替。 建材、 自動車部材、 家電部材など ●粉砕を必要としないバルク状態からの流動性発現と変形加工技術 情 報 ・ 人 間 工 学 領 域 関連技術分野：加工技術、 環境負荷低減、プラスチック成形、 塑性加工 連 携 先 業 種：製造業（化学／石油・石炭製品／パルプ・紙） 研究のねらい 原油を始めとする埋蔵資源由来材料を、持続的利用可能な天然資源由来材料へと置換・転換することが世界的な潮 流となっています。そこで、人工的なエネルギーを用いることなく太陽光による光合成で成長する木質系バイオマス 資源を工業的に利用する技術は重要です。 現在、プラスチックや金属で製造されている自動車部材、家電製品（情報家電も含む）、建材（サッシなど）を、 木質材料を切削することなく「変形加工」によって製造する技術開発を目指しています。 研究内容 スギ、ヒノキ等の木材や、竹を初めとする植物系材料 の高効率な成形方法を考案しました。従来は切断や接合 が主で、曲げや圧縮を利用した加工も僅かながら存在し ますが、これは細胞内孔を押しつぶす圧縮変形です。本 方法は、細胞の圧縮のみではなく、細胞間層における滑 り変形をも利用するので細胞の位置移動量が増大して大 変形が可能となります。上図に示すような偏平化や、下 図に示す深底容器の成形のように、木材を粘土のごとく 変形させる技術です。この時に、加熱による成分分解に 伴う流動性に依存するのではなく、軟化挙動を制御する 特殊な方法を利用することが特徴です。 材 料 ・ 化 学 領 域 エ 製レ ク 造ト ロ 領ニ ク 域ス ・ 木材の変形の概要と微細構造変化 エ 環ネ 境ル 領ギ 連携可能な技術・知財 ・タケを含む木質系材料の成形加工技術 ・木質系バイオマスの微細構造解析とその利用による製 品特性（粘弾性特性、寸法安定性など）の制御技術 ・プラスチックと木質系材料との複合材料（WPC や WPRC）の製造技術 ・特許第 4849609 号 (2011/10/28) ・本 研 究 の 一 部 は、 科 研 費（23246129） お よ び NEDO 若手研究グラントにより行われたものです。 熱圧成形 域ー 熱可塑性樹脂 熱圧成形 含浸木材片 ・ （再変形） 直接成形も可能 ・繰り返し成形可能 総 合計 セ量 ン標 タ準 ー ・他形状への成形可能 熱可塑化による多種多様な成形例 ■研究担当：三木 恒久／関 雅子／重松 一典 ■所 属：構造材料研究部門 ●研究拠点 ■連 絡 先：[email protected] 中部 86