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Archive for the ‘連載:研究室の旅’ Category

早川研究室のみなさん。

早川研究室のみなさん。

今回の研究室の旅ではガラスをベースとした機能性材料について研究している早川知克准教授(環境材料)の研究室(以下、早川研)について紹介する。早川研に は12名の学生が所属しており、落ち着いた雰囲気で研究が行われている。早川研は実験室を2つ持っており、電気炉を用いたガラスの合成からレーザー装置等を使った性能の評価までを一貫して行えるようになっている。
ガラスというものは日常生活でもよく使われている物質であるが、早川研は蛍光ガラスというものを主に研究している。蛍光ガラスとは光アンプという光を増幅させるデバイスに使用する材料であり、ガラスに希土類イオンを混ぜることで蛍光する機能を持たせた材料である。その機能は光アンプ以外に、蛍光灯やディスプレイの発光体にも応用が期待されている。蛍光ガラス以外にも早川研では様々な機能性材料を研究しており、その中のいく つかを紹介する。
【非線形光学ガラス】非線形光学ガラスは強い光を当てた時に光の波長を変える、ガラスの屈折率が変わるなどの特徴を示すガラスであり、これらの特徴は弱い光を当てた時には現れない。他の物質の結晶でもこの特徴を持つものはあるが「安価に大量生産が可能」「均質に生産できる」などのガラスの持つ利点を生かした高機能材料の生産のために研究を行っている。
【プラズモニクス】プラズモニクスとは金属ナノ粒子に光をあてると周りに強い電場が生まれる現象などを含む新しい科学分野である。金属ナノ粒子近くに発光体を置くと通常よりも高い波高を持つ光を出すことが確認されており、LED蛍光体の効率を上げるための1つの方法として期待されている。また、他の研究室との共同研究も積極的に行っている。
このように様々な研究を行っている早川研であるが、方針の1つとして「定時で研究を終える」というものがある。夜間に実験ができないこともあり、朝9時か ら夕方5時のコアタイムに集中して研究を行い、それ以降は研究をしないように しているそうだ。年に一度のゼミ旅行や夏期講習などのイベントも積極的に行っている。
「人には個性があり、できないこともたくさんある。だからこそ、得意なことや好きなことは大いに伸ばしていってほしい、そして時々は不得意なことや初めてのことにもチャレンジしてほしい。教員はそのためのサポートをしている」と早川准教授は語る。自分の好きなことをとことん追求できる早川研究室をあなたも目指してみてはいかがだろうか。  

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左から田川正人教授、服部博文博士、保浦知也准教授。

左から田川正人教授、服部博文博士、保浦知也准教授。

今回の「研究室の旅」で紹介するのは、機械工学科にある熱移動工学研究室だ。熱移動工学研究室では、乱流という流体の流れ場の状態の研究を専門としており、熱や物質の輸送と乱流の関係を実験とシミュレーションによって解析し実際の現場に活かしている。現在この研究室には24名が所属しており、学部生や修士課程の学生も多く、田川正人教授、保浦知也准教授をはじめ、技術部副課長の服部博文博士や協力研究員の森田昭生博士も在籍している。12号館1階の実験室に入ると4mもの高さの実験装置や、建物に見立てた立体に乱流を当てて熱や物質の移動を伴う流れを観測する装置など大掛かりな装置が所狭しと配置されている。
現在の熱移動工学研究室の主なテーマは、「都市スケール移流拡散現象の実験と数値シミュレーション」や「都市部における大気環境モニタリングと乱流現象の解明」など都市部を対象とした乱流によって起こる現象の予測と解明を目標としたものと、乱流の動きを計算機によってシミュレーションし次世代の乱流モデルを構築しようという「熱移動を伴う流れを予測するための乱流モデルの構築」が挙げられる。
「乱流によって起こる現象を調べるためには、まず風洞実験・数値シミュレーションによって乱流による温度の変化や熱の移動現象を調べることが必要だ。しかし、乱流によって起こる流速や温度の変化は1秒間に数千回というとても速い変化でそれを正確に捉えることは普通の流速計や温度計では難しい」と田川教授は言う。よって、乱流の速度を測るために光のドップラー効果を利用したレーザードップラー流速計を用いたり、電流で発熱した金属細線(直径1〜5㎛)の冷える速さによって速度を測る熱線流速計を用いたりしている。しかし、熱線流速計のセンサ部分は特殊な形の物は売っていないので、普通の熱線流速計でも捉えきれない速度変化を捉えるために、なんと顕微鏡で見ながら自分ではんだ付けしてセンサを自作している。他にも温度を測るための抵抗線温度計・熱電対温度計、物質濃度を測るためのガスクロマトグラフィーなど5種類のセンサがあり、それらを組み合わせることによって流れを測る。これらのセンサ群もセンサを小さくしないと、それ以下の数値ものは測れないなど理由からの複数のセンサを1㎜ほどの短い範囲に設置する必要があったり、ゆっくりした流れを測るために装置を長くする必要があったりするなど実験環境を試行錯誤して計測している。このようなセンサ群によって測定された結果は、例えば都市における環境汚染物質がどのように拡散していくのかという問題などのシミュレーション結果の評価と改善にも活かされる。都市の温暖化、大気汚染、災害などの予測による評価はその性質上、避難の警報等、早さが重要視されることが多いが正確さも必要である。そこで田川教授らは、乱流予測の正確さをある程度確保した上で現象をモデル化、つまり簡略化をテーマとして研究に取り組んでいる。
熱移動工学研究室の特色は、「『自主性を大事にする』ことを基本とした上で、『学生一人一人が学会で発表できるように、自分のやったことを自分の言葉で説明できるように』育てることだ」と今回取材した田川教授、保浦准教授、服部博士は語る。また、「やる時は集中して、リフレッシュするという切り替えが大事」「学生と教員は研究においては対等であり、学生が一生懸命取り組んでいた問題を解決して感激している姿を見ると自分のことのように嬉しい。発見と解明する喜びを共有したい」と話した。そんな熱移動工学研究室の今後の展望については、「研究室で培ってきた実験室スケールの乱流輸送現象の計測法やシミュレーション法を基礎として、より大きなスケール(メゾスケール)の輸送現象の評価と予測にかかわりたい」と話してくれた。

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河川研究室のみなさん。

河川研究室のみなさん。

今回の研究室の旅では、河川およびその流域などについて研究している冨永晃宏教授(都市社会)の「河川研究室」を紹介する。河川研究室では大きく分けて『多様性の創出』『水害対策』の2つのテーマで研究を行っている。
『多様性の創出』の研究とは、河川の生態環境を調査し、河川構造物を設けることにより水生生物に適した環境を創造することを目的とするものだ。具体的には、ワンド(川の本流とつながっているが、河川構造物などに囲まれて池のようになっている地形)を人工的につくったり、水制(川を流れる水の浸食作用などから河岸や堤防を守るために、水の流れる方向を変えたり水の勢いを弱くすることを目的として設けられる施設)を設置したりすることにより生物が好む多様な環境を生み出す。
『水害対策』の研究は、大雨や台風等により生じる洪水や高潮などの被害を軽減し、予防することを目的とする。都市においては地表がアスファルトやコンクリートで舗装されており、水は浸透することができない。そのため、集中豪雨などで短時間に多量の雨が降ると下水処理能力を超え、洪水になってしまう。その対策の一つとしては、地下に貯水池を設けるといったことがある。
河川研究室では学生が研究内容を決定する際、冨永教授はある程度方針を示すだけで詳細は学生が決めている。教授は『目標に対してどれだけ努力するかが大事である』という考えを持っており、「実際に実験を行い、実験結果を考察することで、何度も失敗をしながらも研究を続けることが重要である。学生には学問のバリエーションがたくさんある中でどれを突き詰めていくか見つけてほしい」と語った。

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OBの方と登山を楽しむ山下研究室のみなさん。

OBの方と登山を楽しむ山下研究室のみなさん。

今回の研究室の旅では、山下啓司教授(生命・物質)の研究室(以下、山下研)を紹介する。
山下研では、プラスチック材料・生体材料寄りの研究を行っており、環境浄化を主とした研究をしている。現在進めている研究の代表的なものに、レアメタル(埋蔵量、採れる場所ともに限られている希少な金属)を、廃棄された液晶ディスプレイや携帯(都市鉱山と呼ばれる)から取り出すことがあげられる。
アルミなどの他金属やプラスチックの中から、欲しいレアメタルだけを取り出す技術(インプリンティング法)を駆使して、ある物質だけを取り込む樹脂や、選択的な吸着力をもち、かつ環境にも配慮した樹脂を開発する研究を行っている。このような「環境浄化を目指した廃材の高機能化再利用」を研究の中心として掲げる他、「分子認識能を有するハイドロゲルの分子設計」や「ポリペプチドを用いた機能性センサ材料の分子設計」等の「吸着」をキーワードとした研究も行っている。
また、山下研では学会への参加や賞を取ることを目的にするのではなく、企業との共同研究を通して企業から研究費用を援助してもらい、企業と共同で研究開発していくスタンスを取っている。生徒を社会に置くことで、社会人とのコミュニケーションや技術者との議論を経験させ、社会人基礎力の向上、コミュニケーション力・プレゼン力・マネジメント力などの向上を狙っている。
山下教授はこの試みを「教育の一環として企業・職員・学生の『協働』を取り入れ、研究という道具を用いて手段を学んだり、企業の人と議論したり、技術者としてやっていく使える人間になって欲しい」と語っている。山下研で行っている活動は研究だけではない。学生なんでも相談室やピアサポートを知っているだろうか。それらの活動を中心となって運営しているのが、山下教授を初めとした山下研の学生たちだ。山下研の特徴として、他の組織と連携するなど、研究以外の活動にあてる時間が長い学生が多く、様々な経験を積んだ学生が多いということもあげられる。山下教授は「学生時代は楽しむことが大切。その為に思いっきり苦労する事、やらなくてはいけない課題がたくさんある中、楽しむために何を頑張るかを考えてほしい」と語った。  

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左から石橋豊教授、福島慶繁助教、松尾琢也さん。

左から石橋豊教授、福島慶繁助教、松尾琢也さん。

今回の研究室の旅では、人間の五感を用いた通信について研究している石橋豊教授(情報)の研究室(以下、石橋研)を紹介する。
人の五感とは視覚・嗅覚・触覚・味覚・聴覚のことであり、石橋研では味覚を除くそれぞれの感覚を扱った通信について研究、技術開発をおこなっている。例えば触覚についての研究ではインターフェイス装置を用いて、実際にはその場にないものでも画面内の物体を、装置のペンを握って動かすことでその物体の重さや形がわかるという技術が研究されている。それを使えば画面内の物体の構造を感覚的に理解できるため車体の遠隔デザイン等への応用が期待されている。また、遠隔操作で離れた場所にある物体を動かしたりすることも可能である。現在は通信の遅延により動きと感覚の時間的なずれが生じていることが今後の課題となっている。
また嗅覚の研究では嗅覚ディスプレイを用いている。これはあらかじめディスプレイに内蔵された香りを放出することで顔を近づけると実際に物がそこにあるように香りが近づくというものだ。香りがあることによってより臨場感を感じることができるため、華道の通信教育等への利用が期待できる。
そして最近では、石橋研では視覚の研究において松尾琢也さん(創成シミュレーションM2)らのグループが映像メディア処理シンポジウム(IMPS)2012において優秀論文賞を受賞した。松尾さんらは自由視点画像について研究している。自由視点画像とは視点を切り替える際に二つの視点の中間画像を作成することによって視点切り替えの違和感をなくすという技術だ。この分野は物体の検出や姿勢評価等応用の幅が広い。
中間画像を作成するには物体のカメラからの位置関係を正確に測定する必要があるのだが、この技術はカメラ2台を使い、視差(右目と左目で見えるものに差ができること)を利用して物体の位置関係を測定している。視差が小さければその物体は遠いところにあり大きければ近いところにあると判定される。しかし、この方法にはホワイトボード等の一面すべて同じ景色になるところや片方のカメラからしか見えない部分は計測不可能となってしまうという問題も存在している。この問題は見る範囲を広げることで解決することができるがその範囲が広すぎると画像は荒くなってしまい、ノイズ除去など画像の修正が必要となる。今までの画像修正の計算は複雑なものだったが、松尾さんらが考案した新しい方法は従来の方法ではおこなっていた最適化が不要なため計算が簡略化されている。簡略化により精度はある程度のものになるが、その分コストをかけずに計算することができ、このことが評価されて受賞に至った。
受賞した松尾さんは「今までの人生を通して受賞というものに縁がなかったが、苦労が報われてうれしかった。研究が楽しいと思える限りは画像に関するいろんなことにチャレンジして、これに関しては任せとけというものを作っていきたい」と語った。
石橋研では企業で研究を行ってきた石橋教授が自分の経験を生かして、報告の重要性など企業で要求されるであろうことを学生たちに指導している。また国際会議には積極的に参加させており、様々な経験を積ませることで学生たち自身の見聞を広げ、責任感を養っている。あなたもこの研究室で自身の成長を試みてはいかがだろうか。

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フッ素化学を専門とする柴田研究室のみなさん。

フッ素化学を専門とする柴田研究室のみなさん。

今回の「研究室の旅」で紹介するのは、有機化学を基礎としたフッ素化学・不斉合成化学・創薬化学を専門とする柴田哲男教授(生命・物質)の研究室(以下、柴田研)だ。
柴田研には約40名が所属しており、博士後期課程の学生や留学生も多く、ポストドクターも在籍している研究室である。19号館6階最奥の研究室に入るとドラフト(有害物質を扱う際に使用する局所排気装置)が所狭しと並ぶ中、黙々と研究が行われていた。ここにはドラフト22台を始め製薬会社に引けをとらない設備がそろっているそうだ。
柴田研の現在の主な研究テーマは、①フルオロアルキル化剤・フッ素導入方法の開発、②サリドマイドの薬理活性向上、③フタロシアニンを基にした機能性材料の合成、でありいずれもキーワードは「フッ素」である。
【フルオロアルキル化剤・フッ素導入方法の開発】「どうすると医薬品に成るのか」についての法則性は未だ判明していない。しかし現在市販されている医薬品の約25%、農薬の約40%にフッ素が含まれているという事実や今日までの研究から、有機化合物にフッ素を組み込むことにより医薬品を合成できる確率が上がることが分かってきている。フッ素は強い個性を持つ元素であり、有機化合物中の1つの水素原子をフッ素原子に置換するだけで本来の有機化合物とは全く異なる性質、そして医薬品として働くために必要な性質を帯びさせる。置換によって生成した炭素‐フッ素結合は本来の炭素‐水素結合と大きさが似ているため、私たちの体はその違いに気づかず、含フッ素有機化合物を容易に取り込んでしまう。また、炭素‐フッ素結合は頑丈なため体内で酸化代謝されにくく、含フッ素有機化合物は失活せずに目的地へとたどり着きやすくなる。前者をミミック効果、後者をブロック効果という。以上のような効果を発揮させるため有機化合物へのフッ素の導入は重要なのだが、その置換が大変難しい。そこで柴田研ではフッ素を導入するためのフルオロアルキル化剤や新規反応機構の開発について研究しており、柴田研で開発された試薬のいくつかは販売されるに至っている。
【サリドマイドの薬理活性向上】創薬における不斉合成というものの重要性を世界に知らしめたのは1950年代のサリドマイドの薬害であろう。サリドマイドは優れた睡眠薬として市販されたが、強い催奇形性を副作用にもつ。サリドマイドは光学活性をもち、鎮静睡眠作用はサリドマイドR体、催奇形性はS体に由来する。不斉合成により両者を作り分けたとしても、生体内で容易にラセミ化(R体とS体の等量混合体化)してしまう。しかしサリドマイド中にフッ素を組み込むと、ミミック効果とブロック効果によりラセミ化が抑えられ副作用が除かれて、薬理活性も増強される。新しい治療薬としてのサリドマイドの合成や、このような含フッ素生理活性物の合成も柴田研で行っている。
【フタロシアニンを基に した機能性材料の合成】フタロシアニンは人工色素であり、柴田研ではこのフタロシアニンに含フッ素置換基を組み込むことによる機能性の付加を試みている。含フッ素置換基をもつフタロシアニンは光を吸収してがん細胞を破壊する活性酸素を生じる。生体内にもともと存在する核酸をさらに付加することにより生体内に取り込みやすくすることで、含フッ素フタロシアニンを感光材としたレーザー治療への展開が期待されている。
これらの研究を支えているのが柴田教授の創薬研究への想いと学生の向上心だ。柴田教授は「人の命を助けたい。生命に関わる仕事は尊く、やりがいがある」と語った。医者も同じく尊い仕事だが、薬は1つ開発できればより多くの人々に希望を与え助けられるかもしれないのだ。また柴田教授は「学生の間は目一杯挑戦できる。青春時代に何に夢中になるかは人生において重要。研究室の院生には『サイエンスに夢中になりなさい』と言っている」と話した。学生たちには積極的な留学や学会への参加を勧めており、夢を持ち世界に貢献したいという学生を育てたいそうだ。西峯貴之さん(未来材料創成D1)は柴田研の魅力について「フッ素化学という世界最先端の研究をしているので、苦労した分結果が出て、達成感が得られます。恵まれた環境で研究できるのが嬉しいです」と語った。また、留学や学会参加によって研究方法の違いを発見したり、自分とは異なる視点から見た指摘を受けたりと刺激を受けられる機会が多いことも魅力なのだそうだ。製薬会社への就職人数が名工大一であることや、薬学を目指すこともできることは柴田研ならではだろう。
緊張感のある研究風景の側面には、楽しく仲を深められるイベントも多く行っているといった一面もあり、とても魅力的な研究室だ。これからも最先端で発展し続けるだろう柴田研究室、あなたも目指してみてはいかがだろう。

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高橋・片山研究室のみなさん。

今回の研究室の旅では、高橋直久教授(情報)の研究室(以下、高橋研)を紹介する。高橋研は、情報工学科のネットワーク系の研究室だが、他系からも進むことができる。この研究室には学部4年が8人、大学院修士1年が4人、修士2年が5人、博士3年が1人所属している。
高橋研では、「思いが伝わるコンピュータ」を研究目標に掲げ、コンピュータシステム開発を主とした、プログラミング重視の研究をしており、その中で、「Webマップシステム」、「プログラミング演習システム」、「ネットワークの設定診断システム」と研究内容が大きく3つに分かれる。
まず「Webマップシステム」では頭の中の地理的イメージを反映した地図表示とナビゲーションの研究を行っている。「プログラミング演習システム」ではプログラムの誤りを具体的に示すことで、プログラムのコードだけではわからない、暗に意図された面まで学習者をサポートするシステムを研究している。「ネットワークの設定診断システム」ではコンピュータがネットワークとその設定を解析し、異常箇所を図示して利用者に異常の発生原因がどこにあるかを理解させやすくするシステム開発をしている。
高橋教授は「大学の中でプログラミングを知識として身に着けるだけではなく、それを思うように使える力、そして自ら深く考える力を身に着けていってほしい」と語った。
Webマップは外部にも公開している。興味のある人はぜひ一度左記のURLにアクセスしてみてはいかがだろう。http://tk-www.elcom.nitech.ac.jp/demo/fisheye/

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