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# 機械工学系研究室紹介

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機械工学2024－2025機械工学課程／専攻�「機械・システムデザインコース」／「材料・生産加工コース」「システム制御・ロボットコース」／「環境・エネルギーコース」

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機械工学■課程・専攻紹介研究室紹介IntroductionofLaboratories機デ械ザ・シイスンテム機能材料・構造システム研究室MaterialandStructuralMechanicsLaboratoryKeywords▶材料力学、材料工学、トライボロジー、構造力学、表面工学、衝撃工学、摩擦、摩耗、バイオメカニックス、材料の力学的特性Web▶http://solid.me.tut.ac.jp/教授足立忠晴TadaharuAdachi准教授竹市嘉紀YoshinoriTakeichi材料力学、材料工学およびトライボロジーの両面から、様々な目的に適した機能を有する材料および構造を実験的、理論的方法、数値シミュレーションにより研究、開発および設計を行っています。研究の対象は高分子材料、金属材料、セラミックス材料およびそれらの複合材料のナノ、ミクロサイズから大規模な構造までを対象としています。また新しい測定装置の設計、製作およびソフトウェアの開発も行っています。な固体潤滑材料の潤滑特性の向上や材料の摩耗量低減を目的として、高温環境下での金属複合酸化物の潤滑特性の向上とメカニズム解明、高分子材料のしゅう動メカニズムの解明と摩耗量低減等の実験研究を行っています。テ�マ�▶高分子材料および高分子系複合材料の力学的特性高分子材料および高分子系複合材料は軽量で優れた力学的特性を有しており、機械構造、機械要素に数多く使用されています。本研究では機械構造で使用するために高分子材料および高分子系複合材料の力学的評価を行うとともに、さらに優れた力学的特性を得るための材料設計、開発を行っています。特に力学的特性に及ぼす強化材料としてのサブミクロンサイズ、ナノサイズの粒子、繊維の分散の影響、力学的特性の温度依存性および衝撃を含めた時間依存性について研究を行っています。固体潤滑剤の高温雰囲気での還元反応マ�▶傾斜機能発泡材料の開発樹脂材料に中空微粒子を充填したシンタクチックフォームと呼ばれる擬似的な発泡材料を開発し衝撃吸収部材への応用を検討しています。シンタクチックフォームは母材樹脂・中空微粒子の組み合わせにより所望の衝撃吸収特性を設計することができます。さらに、中空微粒子の充填率を連続的に変化させた傾斜機能発泡材料の製造法を確立し、より優れた特性を有する衝撃吸収材料を開発しています。また、優れた衝撃吸収特性を発現するための傾斜構造を解析的視点からも検討しています。エポキシ樹脂の破面傾斜機能発泡材料エポキシ複合材料の破面マ�▶トライボロジ�（固体潤滑）機械のしゅう動部に生じる摩擦や摩耗を低減するため、一般には油やグリースで潤滑しますが、圧力や温度などの使用条件が厳しい部位には油潤滑を用いることができません。本テーマではこのような条件下で用いる固体潤滑に関する研究を行っており、様々その他のテ�マ●衝撃エネルギ吸収のためのシステムの開発・設計●ミクロ構造の観点からの樹木の力学的特性に関する研究●災害時の倒壊構造物の安定化のためのショアリング技術の開発と設計●自動車用ボールジョイントのトライボロジー●熱硬化性樹脂複合材料のトライボロジー●不均質固体に対する構造力学の理論構築に関する研究��

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機デ械ザ・シイスンテム機械ダイナミクス研究室MachineDynamicsLaboratoryKeywords▶振動工学、実験モード解析、動的設計・評価・診断、振動抑制・制御、タイヤのモデル化・動的解析Web▶https://dynamics.me.tut.ac.jp教授河村庄造ShozoKawamura助教田尻大樹DaikiTajiri本研究室では、機械・機器・構造物などの人工物のモデル化、解析、設計に関する教育・研究を行います。このとき対象物の振動などの動的挙動に注目します。テ�マ�▶実験モ�ド解析に関する研究周波数応答関数の実部と虚部の連立によるモード特性同定法（直線フィット法）の高精度化、高減衰構造物に対する低減衰化実験モード解析法の提案や、距離減衰のモデル化に関する研究を行います。テ�マ�▶動的設計・評価・診断に関する研究�階層構造物の健全性評価伝達率関数、外力同定、付加振動系の応答計測を利用した健全性評価手法、動吸振器を用いた健全性評価手法、ニューラルネットワークを用いた健全性評価手法の開発に関する研究を行います。両端固定はりの速度FB加振付加振動系を有する階層構造物動吸振器と加振器を切り替える数学モデルテ�マ�▶振動抑制・制御に関する研究緊張や恐怖によって手指が振動する本態性振戦を抑制するため、Q学習を利用したアクティブ動吸振器の設計と実装を行います。また摩擦機能を有する動吸振器の設計に関する研究も行います。�Q学習制御による手指の振戦の抑制緊張や恐怖によって手指が振動する本態性振戦を抑制するため、Q学習を利用したアクティブ動吸振器の設計と実装を行います。�対象物の特性パラメータの同定ニューラルネットワークを用いた非線形振動系の同定、粘弾性振動系の同定、非線形振動系の準線形化に関する研究、また階層構造物の特性パラメータの同定に関する研究を行います。�動吸振器による多自由度系や連続体の振動の抑制摩擦機能を有する動吸振器の設計に関する研究を行います。非線形振動系とニューラルネットワークの一部マ�▶タイヤのモデル化・動的解析に関する研究タイヤスリップ角による接地面内応力分布のモデル化や、ひずみ計測によるタイヤ不伸張変形仮定の適用限界の解明に関する研究を行います。また�単独動吸振器よりも優れた振動抑制性能を発揮する多重動吸振器の最適設計に関する研究も行います。タイヤ3次元弾性リングモデル��

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機械工学■課程・専攻紹介機デ械ザ・シイスンテムマイクロ・ナノ機械システム研究室MEMS／NEMSProcessingLaboratoryKeywords▶MEMS、AFM応用ナノ加工・計測、マイクロ流体デバイス、Lab�on�a�Chip、細胞操作、免疫分析、遺伝子診断、遺伝子改変Web▶https://mems.me.tut.ac.jp/教授柴田隆行TakayukiShibata助教岡本俊哉ShunyaOkamotoマイクロ・ナノ機械システム研究室では、マイクロ・ナノメートル領域における先進的なものづくり基盤技術（MEMS）を駆使して、「機械工学」と「生命科学」を融合した「新たな価値の創造」に挑戦しています。応用分野としては、医療・医薬・生命科学のイノベーション創出や食の安全・安心を支援するキーテクノロジーとなデバイス・システムの開発を目指しています。研究室の一貫したコンセプトは“、MEMS技術を究めナノとバイオへの架け橋を築く”ことです。テ�マ�▶��M応用ナノ加工・計測技術原子間力顕微鏡（AFM）は、試料表面の微細構造や表面物性をナノメートルレベルの空間分解能で評価できることから、ナノ・バイオテクノロジーを牽引する基盤技術となっています。本研究では、AFMに新たな機能を付与することで、細胞の機能を“診る・操る”ことを目指しています。具体的には、抗原抗体反応の高い分子認識機能を援用した分子構造のリアルタイム可視化技術と光触媒反応を利用した一分子ナノ加工技術を融合した革新的技術の確立を目指しています。テ�マ�▶自動免疫診断デバイス免疫分析は血液検査の中でもアレルギーやガンの診断に用いられており、人々の健康状態の把握において重要な役割を担っていますが、本研究室では、より手軽に血液検査を受けられるよう、1滴の血液から分析可能な血液分析装置の実現を目指しています。免疫分析を行うには複数の試薬が使用され、これらを正確に反応させる技術が必要となることから、本研究では遠心力を活用し、微量の液体を正確かつ安定に操作することができる新たな流体制御技術を研究しています。単一分子レベルの分解能で細胞の機能を“診る・操る”テ�マ�▶遺伝子情報改変デバイス近年、iPS細胞を使用した再生医療という新たな治療方法の研究が盛んに行われおり、医療技術のイノベーションとして期待されています。iPS細胞は山中因子と呼ばれる4つの遺伝子を細胞へ導入し、遺伝子情報を改変することで作製されます。本研究室では、マイクロ流体デバイス上で遺伝子導入を実行するオンチップ遺伝子情報改変デバイスを研究しており、より高品質で、かつ、より効率よくiPS細胞を作製するための遺伝子導入技術の確立を目指しています。テ�マ�▶マルチプレ�クス遺伝子診断デバイスマイクロ流体チップテクノロジーと等温遺伝子増幅法を応用し、複数種類の遺伝子検査を1回の作業工程で同時に行える技術の確立を目指しています。特に、社会実装を強く意識し、マイクロ流路内に極めて単純な構造を付与するだけで、高度な流体制御（送液、分注、混合）を実現し、高い再現性と信頼性をもったデバイス開発を行っています。本技術が実現できれば、迅速・簡便・低コストに、誰でも、いつでも、どこででも手軽に遺伝子検査が行えるようになります。新型コロナ・インフルエンザの同時迅速診断��

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機デ械ザ・シイスンテムハイスループットマイクロ・ナノ工学研究室High-throughputMicro/NanoEngineeringLaboratoryKeywords▶細胞治療、創薬、MEMS/NEMS、マイクロシステム工学、マイクロ・ナノメカトロニクス、機械学習Web▶https://hmn.me.tut.ac.jp/教授永井萌土MoetoNagai当研究室では、マイクロ・ナノ領域の作業のスケールアップに取り組んでいます。特に単一細胞を大量に加工することが求められる細胞治療や創薬に向けた研究開発を行っています。マイクロ・ナノデバイス、メカトロニクス、情報科学の力を総合し、ハイスループットな細胞加工処理を実現します。テ�マ�▶nLピペ�トアレイ、単一細胞��プリンタ単一細胞解析技術は、単一細胞レベルでの遺伝子発現やそれを制御するメカニズムをDNAレベルで詳細に解析する技術です。単一細胞解析製品のコストが高く、単一細胞解析市場の成長を阻害する大きな要因となっています。より低コスト、容易に単一細胞を扱うツールとして、MEMS技術を利用してnLピペットアレイを開発し、細胞治療につながる細胞間相互作用を調査します。テ�マ�▶単一細胞スクリ�ニング細胞集団から単一細胞レベルでスクリーニングする技術は、生命科学研究で基礎となる技術です。本研究ではアレイ上の構造内に細胞を保持し、細胞動態を観察した後に、光照射を利用して細胞を分類します。マイクロアレイから取り出した細胞は、クローン株の樹立やさらなる遺伝情報解析に利用できます。本研究により、細胞治療、抗体医薬、疾患モデルの促進に貢献し、単一細胞と遺伝子発現の相関解析を調査できるようにします。テ�マ�▶フォトポレ�ション細胞を目的の細胞に誘導するには、機能改変が求められます。ここでレーザ光の照射により、細胞を選択的に穴あけし、物質を輸送して機能を改変します。本手法は条件変更の容易性や低侵襲性から、細胞治療、抗体医薬生産、疾患モデル用の細胞を樹立するのに適しています。テ�マ�▶藻類細胞治療藻類は光合成と同時に物質を輸送できる能力を有しています。これらを複合し、患部付近で酸素を発生させ、さらに薬を輸送して、難治性疾患の治療に役立てます。�5

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機械工学■課程・専攻紹介材料・生産加工材料機能制御研究室MaterialsFunctionControlLaboratoryKeywords▶鉄鋼材料、金属材料、組織制御、格子欠陥、ナノ組織、加工プロセス、非平衡プロセス、巨大ひずみ加工Web▶https://martens.me.tut.ac.jp/教授戸髙義一YoshikazuTodaka准教授足立望NozomuAdachi准教授安部洋平YoheiAbe助教石井裕樹YukiIshii�次元的に原子が整列した構造（結晶構造）を持つ金属材料に対して、非平衡プロセス（加工、熱処理など）を用いて構造が乱れた領域（格子欠陥）を積極的に導入することで、格子欠陥を有効活用した材料組織の制御を行っています。この組織制御を、鉄鋼材料を始めとする種々の金属材料に適用することで、既存材料の特性改善や新機能の探求、新材料創製に加え、材料加工のための塑性変形制御に取り組んでいます。テ�マ�▶高密度格子欠陥制御に基づく金属材料の高機能化金属材料にひずみ（塑性変形）を加えると、格子欠陥が形成します。ひずみを無限に付与できる形状不変巨大ひずみ加工などを活用し、従来技術では達成できない高密度な格子欠陥を導入・制御することで、優れた機能性を有する材料を開発しています。格子欠陥と潤滑油分子間の相互作用に着目した摩擦係数制御（図�）や、高強度・高延性を両立した材料開発などを進めています。図�HPT加工により常温・常圧下で安定化した純Tiにおけるω相（高圧相）のTEM組織。（格子欠陥制御により材質制御への高圧相の利用が可能です。）図�SNW加工とSRIQした鉄鋼材料（S55C鋼）に形成したナノ結晶粒組織。（表層にナノ結晶粒組織を形成することで疲労強度などの力学特性が飛躍的に向上します。）図�形状不変巨大ひずみ加工の一つである高圧下ねじり（HPT：High�PressureTorsion）加工で高密度格子欠陥導入した純Feの摩擦係数変化と潤滑油吸着促進。（工業製品の高寿命化に貢献します。）テ�マ�▶非平衡プロセスによる新材料創製格子欠陥制御に基づく非平衡プロセスを応用して、既存技術では作製困難な新材料の創製に取り組んでいます。格子欠陥制御により、常圧では存在しない高圧相を常圧で利用可能とする研究（図�）や、表層ナノ組織化摩擦（SNW：Surface�NanostructuredWearing）加工や超急速短時間加熱高周波焼入れ（SRIQ：SuperRapidInductionHeatingandQuenching）による転動疲労特性の向上に関する研究（図�）、安価かつ無毒な元素のみで構成される新規熱電材料の創製・高効率化などに関する研究を行っています。テ�マ�▶材料加工のための塑性変形制御新しく開発された高性能な金属材料の利用を促進するためには、材料に適した材料加工法の開発が重要です。材料の変形特性に合わせた塑性変形の制御を通じて、高強度鋼板のプレス成形性の向上、アルミニウム合金板と鋼板の異種材の接合性の改善に取り組んでいます（図�）。また、�Ｄプリンティングされた樹脂型を用いたプレス成形法を開発しています。図�アルミニウム合金板と高張力鋼板のクリンチング接合。（異種板材の接合性を改善し、利用促進に貢献します。）�6

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材料・生産加工高強度マテリアル開発・評価研究室DevelopmentandEvaluationofHighStrengthMaterialsKeywords▶巨大ひずみ加工､高強度、組織制御、動的再結晶、高温加工、バイオマテリアル、チタン、バルクナノメタルWeb▶https://str.me.tut.ac.jp/教授三浦博己HiromiMiura准教授大場洋次郎YojiroOba非鉄金属材料を中心として、加工熱処理プロセス等による高強度、加工性の高い材料の開発に加え、変形・破壊メカニズムや信頼性を評価する技術の開発を行っています。テ�マ�▶難加工性材料の高温加工とその関連問題に関する研究アルミニウム合金に代わる次世代軽量構造材料として期待されているマグネシウム合金であるが、実強度が低く、自動車等の構造部材としての適用は進んでいない。私たちの研究室では、従来の加工熱処理法に巨大ひずみ加工プロセスの一つである多軸鍛造のプロセスを加えることで、難加工性材料のマグネシウム合金の高強度化と高機能化を図り、実用化を目指しています。テ�マ�▶バイオマテリアル純チタンは生体適合性に優れているものの、強度が不足しているため、例えば歯科用インプラントではチタン合金が利用されることが多い。しかしこの場合、生体拒絶反応や人骨ヤング率との違いから起こる顎骨破壊等が問題となっている。私たちのグループは、人体に優しい純チタンの高強度化を進め、高強度化と低ヤング率化を達成している。さらなる高強度化と低ヤング率化を図るべく研究を進めています。MDF純チタン製の人工関節と歯科クラウンの試作サンプル例（神奈川歯科大・木本先生、星先生作製）テ�マ�▶加工熱処理による組織制御と材質改善に関する研究金属基機械材料の高強度化と加工性のバランスを向上させるため、高温加工中に起こる現象「動的再結晶」を利用し、組織制御を行っている。これにより、高温での加工生産性の大幅な向上、室温での強度と機械加工性の良バランスを実現できます。テ�マ�▶ヘテロナノ組織化による金属材料の超高強度化に関する研究ヘテロナノ組織によって結晶粒を超微細化し、金属材料を超高強度化する研究を行っています。ステンレス鋼の”目玉状”のヘテロナノ組織の例。引張強度は2.5GPa。その他のテ�マ各種金属材料の高温強度や変形中の組織変化についての研究も行っています。�7

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機械工学■課程・専攻紹介材料・生産加工材料保証研究室MaterialAssessmentLaboratoryKeywords▶塑性変形、損傷、破壊、評価手法、放射光、非破壊検査、マイクロトモグラフィ、ナノトモグラフィ、異材接合、表面改質、摩擦攪拌接合（FSW）、組織制御、半導体特性Web▶https://ma.me.tut.ac.jp/教授小林正和MasakazuKobayashi准教授安井利明ToshiakiYasui助教KhooPeiLoon材料保証研究室では、持続的な発展と安心な社会を実現するために、各種構造材料の変形・破壊過程や機能材料の特性変化を明らかにする研究を行っています。高分解能な放射光トモグラフィを使い、材料内部で起こる破壊事象を材料の組織構造と共に捉え、そのメカニズムの研究と教育に取り組んでいます。各種プロセスを活用し、機能的なナノ構造半導体を構築し、そのマイクロ～ナノレベルでの光活性層の評価を行う手法を開発すると共に、新機能の付加を図っています。テ�マ�▶アルミニウム鋳造材の破壊評価非破壊検査手法である高分解能放射光X線CTを使い、自動車部品に使用されるアルミニウム鋳造合金の内部で生じる延性破壊や疲労破壊過程を観察し�その破壊要因を特定することで�より壊れ難いミクロ組織（材料の構造）を明らかにする研究に取り組んでいます。テ�マ�▶摩擦攪拌による異種材料接合摩擦攪拌接合法(FSW:FrictionStirWelding)は従来の溶接法とは異なり、非溶融で接合できることから、異種材料の接合技術として期待されています。本研究室では、FSWにより鉄とアルミの異種金属接合において、接合界面での鉄とアルミの反応相の成長を抑制して高品位な接合体を作製できることを見出しました。また、その接合機構の解明を進めると共に、3次元構造接合体や異種材料接合体（アルミ�プラスチック、アルミ�セラミックス）創製技術の確立など実プロセスへの適用を目指しています。摩擦攪拌接合による異種材料接合テ�マ�▶放射光による評価技術の高度化き裂やミクロ欠陥を観察できるマイクロトモグラフィ（分解能1μm）に加え、さらに、その1/10程度の微細なき裂や析出物・晶出物が観察できるナノトモグラフィを活用し、より現実的な破壊過程（例えば�動的破壊）を観察できるシステム構築を行っています。X線吸収だけでなく�X線回折を活用することで�金属やセラミックスの局所的な応力や結晶粒の向き（結晶方位）の特定なども行います。テ�マ�▶酸化物半導体をナノレベルで評価する高効率を目指す次世代太陽電池研究において、多層化された電池構造の局所で生じるキャリア再結合やキャリア輸送の詳細を調査する必要があります。本研究室は�放射光を活用して�半導体特性を反映するフォトルミネッセンスを局所的にマッピングすることに成功しています。さらに�正確かつ微細な領域でのマッピングシステムを開発するとともに、半導体のナノ構造を変化させ、光活性層への影響を評価し、太陽電池としての効率の向上と新機能の付加を図っています。�8

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シロスボテッムト制御・システム工学研究室SystemsEngineeringLaboratoryKeywords▶最適化、IoT、産業機械、システムインテグレーションWeb▶https://ise.me.tut.ac.jp/教授内山直樹NaokiUchiyama准教授高橋淳二JunjiTakahashi助教堀尾亮介RyosukeHorio本研究室では�機械工学を基盤とし�産業応用を指向した研究課題にシステム論的な視点で取り組んでいます。テ�マ�▶最適化手法に基づく産業機械・ロボ�トシステムの提案と動作計画産業機械・ロボットシステムの高機能・高性能化を目的とした以下の課題などに取り組んでいます。(1)産業機械・ロボットの省エネルギー動作生成(2)大型旋回クレーンの最適動作生成（図�）(3)屋外環境や自然物などの画像認識(5)産業応用を指向した移動ロボットの設計制御（図�)テ�マ�▶クラウド型定位システムのモジュ�ル最適化による改良と実応用技術を浸透させるための次世代型定位インフラシステムの性能向上と実運用を目指し、以下のような課題に取り組んでいます。(1)クラウド型定位システムの設計と構築(図3)(2)GPU並列化アルゴリズムによる検索の効率化(3)マルチエージェント協調によるマップ更新(4)小型クライアントモジュールの開発(5)医療スタッフ動線解析、イベント時の人物流計測、新しいシェアリングサービスなどの生活圏ロジスティクスへの応用図3クラウド型定位システムのコンセプト図�旋回クレーンシステム実験装置テ�マ�▶力制御と受動調芯原理の最適化による超精密組み立て手法の研究受動調芯原理（特許技術、図4）を利用した精密組み立て手法の改良による適用範囲の拡大、力制御による接触組立、新しい原理による高効率な自動組み立て手法の研究に取り組んでいます。図�屋外清掃ロボット図4受動調芯原理による自動組み立ての実機検証�9

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機械工学■課程・専攻紹介シロスボテッムト制御・計測システム研究室InstrumentationSystemsLaboratoryKeywords▶植物生体情報計測、植物工場、信号処理、画像計測、診断・予測、ロボティクス、AIWeb▶https://is.me.tut.ac.jp教授高山弘太郎KotaroTakayama助教秋月拓磨TakumaAkiduki計測システム研究室では、ロボット、IoT、AIなどを駆使した「スマート農業」の研究を行っています。特に、植物工場などの環境制御型食料生産システムにおける高度な栽培・労務管理を実現するための植物生体情報計測技術の開発を行っています。また�太陽光植物工場技術で世界をリードするオランダと連携し�植物診断技術の世界展開を目指しています。テ�マ�▶植物生体情報計測技術・植物工場技術植物工場は、人間が環境を制御して農作物生産を行うシステムであり、二酸化炭素・気温・湿度等を対象とした環境制御技術とICT・自動化・機械化等の先端工業技術との融合により、地域における農作物生産の効率を最大化するシステムとして確立されつつあります。ただし、高度化した環境制御技術の性能を十分に発揮させるためには、植物の生育状態に合わせて環境制御の設定値を適切に更新し続ける必要がありますが、この「植物の生育状態の見極め」は、いまだに人間（栽培管理者）の目視による観察と経験に基づいた主観的判断に委ねられており、毎日の植物の生育状態を評価するための信頼できる数値データはほとんど存在していません。本研究室では、このような状況を打破するため、様々なセンサを用いて植物生体情報を計測して生育状態を診断し、その診断結果に基づいて栽培環境を適切に制御するための研究開発を進めています。図2：光合成・蒸散計測システムと画像計測ロボットマ�▶人・植物の生体情報計測技術スマート農業や健康・福祉、モビリティ分野等への応用を目指して「人」や「人と植物」を対象とした生体情報計測技術の開発に、取り組んでいます。例えば、農業分野では、農作業の支援と効率化を目的として、作業者視点映像から植物の生育を自動把握する手法や、定点カメラ映像をAI分析することで温室内における人の作業状況を把握したり、転倒・落下などの異常発生を検知する手法などの開発を進めています。このほか、安全運転支援のためのドライバ行動の計測・認識技術や、身体ケア用ロボットへの応用を目指した指先サイズの力覚センサの開発などを進めています。これらの研究では、画像や振動、力などの各種のセンサデータを機械学習・AI技術を活用して分析することで、人や植物の状態を簡便・安価・定量的に捉える手法の開発を目指しています。図1：人工光（型）植物工場と太陽光（型）植物工場植物の生育診断技術として、植物個体群レベルのリアルタイム光合成・蒸散計測システムや画像計測ロボットを開発、これらで得られるデータを解析し植物の生育状態診断を行います。他にも、植物が発する匂い成分の計測による野菜の鮮度評価やストレス診断にも取り組んでいます。図3：人や植物を対象としたセンシング技術の開発�0

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シロスボテッムト制御・知能材料ロボティクス研究室SmartMaterialsRoboticsLaboratoryKeywords▶高分子アクチュエータ、スマート材料、数理モデル、制御Web▶https://smr.me.tut.ac.jp/教授髙木賢太郎KentaroTakagi助教比留田稔樹ToshikiHiruta圧電材料や電場応答性高分子、熱応答性高分子繊維などのスマート材料(Smartmaterials)を中心としたアクチュエータとセンサに関する研究をしています。スマート材料の数理モデルの構築、物理パラメータ推定、制御法といった基礎的な内容から、ロボティクス応用や、産業機械への応用を目指したメカトロニクス応用まで研究を行っています。テ�マ�▶高分子アクチュエ�タ・センサの数理モデリングと制御高分子アクチュエータの応用において、シミュレーションや設計、モデルベース開発のためには、物理モデルが重要となります。我々のグループでは、物理原理の解明に向けた特性評価や物理モデルを構築するとともに、動的システムに対する解析と設計の強力な手法であるシステム制御工学を駆使して数理モデルの近似や物理パラメータの推定などについて研究を行っています。とくに、高分子アクチュエータの物理モデル（図）は非線形偏微分方程式で表されるため、工学的に扱いやすい伝達関数や状態方程式などの形式に近似を行う方法を研究しています。近似によって精度をあまり犠牲にすることなく計算コストを驚くほど低減することができます。他にも、誘電エラストマーと呼ばれる柔軟電極で挟まれた薄いゴム膜でできたアクチュエータに関する数理モデルについても研究しています。テ�マ�▶高分子アクチュエ�タ・センサのロボティクス・メカトロニクス応用近年、高分子アクチュエータを用いた柔軟なロボットへの期待が高まってきています。我々のグループでは、水中で駆動できるIPMC(IonicPolymer�MetalComposite)アクチュエータのロボット応用、高速で応答する誘電エラストマーアクチュエータの応用、安価で簡易な釣糸人工筋のロボット応用を行っています。IPMCは高分子電解質膜に無電解めっきなどにより金属が接合されたソフトアクチュエータです。数Vの低電圧で駆動可能で、柔軟で大きく変形するという特長をもち、小型水中ロボットの"人工筋肉"やマイクロアクチュエータへの応用が期待されています。これまでに、有限回転モータ、ヘビ型ロボットの水中推進における力学の解析、エイ型ロボットの開発、四足歩行ロボットの開発などを行ってきました（図）。釣糸人工筋とは、ねじってコイル状にしたナイロン糸に熱を加えると可逆的に大きく収縮(10%�20%)する現象を利用したアクチュエータです。釣糸などの合成繊維は極めて安価で容易に入手でき、今後のアクチュエータ応用が期待されます。ロボットや支援装具への応用を目指し、我々のグループではその高性能化とモデリング、制御法などについて研究しています。テ�マ�▶圧電材料・電磁アクチュエ�タを用いたセンサレス振動制御外部電気回路を接続した圧電素子や電磁モータを用いて、センサを使わずに振動制御を行う手法（シャント制振、shuntdamping）があります。これは、素子やモータにより、振動のエネルギーを電気的エネルギーに変換して消散もしくは蓄積することにより、振動に減衰を付与するというものです（図(a)）。機械構造物や自動車部品、モータ、サスペンション、原子間力顕微鏡などへの応用が期待されています。我々のグループでは、制御工学の手法を駆使して、物理原理に基づく数理モデルのパラメータ推定や、制御系の解析と設計、ならびに電子回路実装（図(b)）などについて研究しています。��

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機械工学■課程・専攻紹介シロスボテッムト制御・ロボティクス・メカトロニクス研究室RoboticsandMechatronicsLaboratoryKeywords▶ロボティクス、メカトロニクス、アクチュエータ、制御、モデリング、システム同定、AI、福祉ロボットWeb▶https://www.rm.me.tut.ac.jp/教授佐藤海二KaijiSato准教授佐野滋則ShigenoriSano助教武田洸晶MizukiTakedaこの研究室では、ロボット・メカトロニクスシステムのメカニズム、制御、センサといった要素技術とその統合・応用技術の研究を行っています。そのために、操作性、保守性などの利便性の高さと、高精度・高速といった高い運動性能を両立する方法や、制約環境下での性能向上法や自律的改善法、新機能アクチュエータの設計法を明らかにし、実用的で優れた運動システムの実現を目指しています。テ�マ�▶汎用ロボ�トの高精度化と長期安定運用法来の汎用ロボットは、精密加工機や測定機のような専用機械に比べ精度が出ず、応用範囲が限定されます。このテーマでは、現在は専用機械で行われている作業を汎用ロボットで可能とするための課題と、その実用的な解決方法を提案し、実証することを目指しています。また、その性能を長期間にわたり自律的に維持し、実社会で活用する方法を確立することも同時に追求しています。テ�マ�▶新しいアクチュエ�タの開発近年、既存のアクチュエータにはない機能・特長を有するアクチュエータの必要性が高まっています。このテーマでは、感温磁性体を用いた熱磁気アクチュエータの設計法の確立、そしてこのアクチュエータの特徴を生かした、高度な完全ワイヤレスマイクロマニピュレータの実現を目指して研究を進めています。そのためにアクチュエータ設計と望ましい駆動・制御法の解明に取り組んでいます。テ�マ�▶実用化を目指したロボ�トの開発現在、各方面でロボットの活用が求められています。このテーマでは実用化を目指したロボットの開発を進めており、目的に適したロボット構造や制御方法の研究に取り組んでいます。テ�マ�▶実用的な高性能制御系設計法の開発これまでに多くの制御方法が提案されていますが、設計・調整が難しく、専門家でないと実装が困難です。このテーマでは、どんな利用者でも容易に高性能な制御を調整できることを目的に、様々な機構を対象に、詳細な力学モデルが不要で設計・調整が簡単な高速・高精度制御系設計法とその産業応用について研究しています。さらにその性質を利用して、自動設計・調整と、人の手による修正の両方を受け入れ可能な、安心して利用できるシステムの実現を目指しています。テ�マ5▶福祉ロボ�トとロボ�ト倫理高齢者の身体動作を支援するロボットの研究に取り組んでいます。家庭などで実際に使えるように、小型でシンプルなシステムを目指しています。工学的な知識がなくても使いやすく安心して使用できるように、ロボット倫理を考慮したデザインを研究しています。��

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環境・エネルギー自然エネルギー変換科学研究室NaturalEnergyConversionScienceLaboratoryKeywords▶乱流、風洞実験、音響、拡散、流れの制御、流体計測、数値流体解析、発音、発話、自然エネルギーWeb▶https://aero.me.tut.ac.jp/教授飯田明由AkiyoshiIidaテ�マ�▶自然エネルギ�関連大気乱流のような大規模な乱流場の特性について風洞実験及び数値解析を行い、乱流についての基本的な性質や、物質拡散、熱拡散について調べています。具体的な研究対象の一例として、洋上ウィンドファームに使われる直径100m以上の大型風車周りの流れを大規模数値流体解析を用いて解析し、複数の風車の相互干渉について調べています。テ�マ�▶楽器に関する研究リコーダー、フルートなどの管楽器の気流の流れと音を実験及び数値解析により調べ、楽器の発音機構の明らかにするとともに、より良い音のでる楽器の開発を目指しています。テ�マ�▶発音に関する研究発音障害の治療支援のため、音声の物理的な発生機構について調べています。テ�マ�▶空力音響解析自動車や鉄道車両などで問題となっている空力騒音にの発生機構を調べるため、流れと音の同時計測技術の開発、空力音響解析技術の開発、流れと音の制御技術の開発を進めています。テ�マ5▶競技用自転車のエアロダイナミ�クスに関する研究競技用自転車周りの流れの数値解析など、身の回りの流体力学的課題について検討しています。��

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機械工学■課程・専攻紹介環境・エネルギー省エネルギー工学研究室EnergyConservationEngineeringLaboratoryKeywords▶低環境負荷、流体制御、空力音、熱輸送、熱音響、二酸化炭素回収Web▶https://ec.me.tut.ac.jp/教授横山博史HiroshiYokoyama助教倉石孝TakashiKuraishi流体機械の高性能化・低騒音化のための設計指針の構築、無電力の熱輸送機器における現象解明、さらに二酸化炭素分離回収技術の確立を目指した研究を行っています。テ�マ�▶流体機器の高性能化風洞実験と合わせ大規模かつ高精度な数値計算を行い、高速輸送機関や回転流体機器周囲の流れ場や音場の挙動を明らかにし、高性能かつ低騒音な流体機器の設計指針の構築を目指しています。プラズマアクチュエータなど電気流体力学を利用した、流れ場や音場の制御にも取り組んでいます。テ�マ�▶無電力の熱制御デバイスの開発工場内の配管や輸送機関のキャビティと呼ばれる溝まわりの流れから生じる騒音の有効活用を目指し、細管流路を有するスタックを設置することで発生する熱音響現象(音波と熱の交換現象)に着目した研究を実施しています。無電力で長距離熱輸送が可能なループヒートパイプの熱輸送機構�不安定現象についても研究を進めています。【キャビティ流れでの熱音響現象】【ファン周りの流れとプラズマアクチュエータ】マ�▶流体解析によるタイヤの設計開発支援タイヤは走行中常に回転し、荷重により変形します。接地面近傍ではその形状が流れ場にどう影響するか把握することが設計開発支援において重要です。数値解析により、実形状のタイヤまわりの空気の流れ場を捉える研究を行っています。テ�マ�▶二酸化炭素回収の促進技術工場や発電所から排出される気体中の二酸化炭素回収のため、ファンデルワールス力を利用した物理吸着に着目しています。特に吸着材に対し音響加振を行うことで、吸着の促進が可能であることを示しており、促進メカニズムの解明や効果的な加振方法を研究しています。【音響加振による二酸化炭素吸着促進実験】【自動車前輪まわりの空気の流れ】��

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環境・エネルギー環境熱流体工学研究室Thermo-FluidEngineeringLaboratoryKeywords▶マイクロ・ナノデバイス、イオンダイオード、微細加工、機能性流体、非平衡統計力学、分子動力学、第一原理計算、対流熱伝達、熱流体解析、液体微粒化、噴霧特性Web▶https://tfelab.jp/教授土井謙太郎KentaroDoi准教授鈴木孝司TakashiSuzuki助教岸本龍典TatsunoriKishimoto自然、機械、生体等に見られる様々なスケールの物理・化学現象について、熱・流体・物質輸送の観点から現象を究明し、支配パラメータを抽出することにより、クリーンで高効率なエネルギー変換・輸送を実現する新しい伝熱機器や流体機器の研究開発を行っています。テ�マ�▶マイクロガラス電極を用いた局所電場、導電率およびpHの計測電解質溶液で満たされたマイクロ流路に、外部より電場を印加すると微弱なイオン電流が生じます。流路の構造によって電場の強弱が変化し、帯電した微粒子や生体高分子は電場による静電気力を受けて輸送されます。粒子を効率よく輸送し、また検知するためには、流路内部の電場分布を理解することが重要になります。本研究では、ガラス管を伸長してその先端径を1μm縦渦以下とし、そこに電解質液と銀塩化銀線を挿入したマイクロガラス電極を用いることにより、流路内部の局所的な電場を計測し、さらに導電率の計加熱平板測から塩濃度の特定に成功しました�また、ガラス管を2連管（2本のガラス管を束ねたもの）としたガラス電極を作製し、一方に緩衝液を他方に電解質溶液を充填することで、試料液のpHを計測することに成功しました。テ�マ�▶マイクロ・ナノギャ�プに生じる非定常イオン輸送現象液体中のイオン輸送現象は、イオンの電気泳動（伝導）、拡散および移流からなると考えられます。各現象は、時間と空間のスケールが異なることから、液中に電圧が印加された直後から定常状態に至るまでの非定常現象を調べると、液中におけるイオンの振る舞いの詳細を知ることができます。ナノメートルからミリメートルまでの広範囲で電極間距離を変え、電圧の印加に対するイオン電流応答を理論的に予測し、また実験的に計測しています。電圧を印加した直後に電極表面がイオンによって覆われるために電場が遮蔽され、その後、電極から離れた沖合の濃度場が緩やかに形成されることが確かめられました。(a)マイクロ・ナノギャップを作るための電極対(b)電極間に形成されるイオンの濃度分布テ�マ�▶液体微粒化過程の解明と噴霧特性の評価液滴分裂・液柱分裂などの液体微粒化過程について高速度ビデオカメラ等を用いて可視化することにより、微粒化機構の詳細を探っています。また、噴霧特性を光学的に計測する簡易粒径計測システムの開発を進めています。その他、気液界面を伴う熱流動現象、浮力により駆動される流れと熱伝達などについて、実験・数値計算の両面から研究しています。微小ガラス電極によるpH計測気流中における液滴の変形と崩壊（瞬間写真）�5

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機械工学■課程・専攻紹介環境・エネルギー環境エネルギー変換工学研究室EnergyCoｎversionEngineeringLaboratoryKeywords▶燃焼、火災、微小重力、模型実験（相似則）、粉塵爆発、ハイブリッドロケット、燃え拡がりWeb▶https://ece.me.tut.ac.jp/wp/教授中村祐二YujiNakamura准教授准教授松岡常吉関下信正TsuneyoshiMatsuokaNobumasaSekishita当研究室は、燃焼のエネルギー利用と火災の抑制を二つの柱として、相似則に基づく模型実験を最大限活用し、環境にやさしい燃焼促進・抑制技術開発に向けた研究を行っています。テ�マ�▶相似則を活用した高分子材料の燃焼性評価我々の身の回りに多く存在する高分子材料（プラスチック）は、軽量・高強度である一方で、燃えやすいため火災危険性が高く、その燃焼性を正しく評価することは重要です。本研究では、微小重力場や低圧場等の特殊環境を活用し、相似則に基づく高分子材料の燃焼特性評価を提案しています。テ�マ�▶液体酸化剤�発泡体状固体燃料の燃焼性評価固体燃料と液体酸化剤を推進剤とするハイブリッドロケットは、安全で燃焼制御性が良い反面、固体燃料の燃える速度が遅いという課題があります。この問題を解決するために、我々は液体酸化剤を浸み込ませた発泡体状固体燃料の燃焼性に関する研究を行っています。本研究では、実験・解析より、燃料をより早く燃やす手法について検討しています。一般的なハイブリドロケット（HR）構造の違い：HRと液体酸化剤を浸み込ませた発泡体状固体燃料落下塔：微小重力実験施設低圧（左下）・微小重力場（右上）における高分子材料の燃焼例テ�マ�▶粉体�ガス混合燃料による「ハイブリ�ド」燃焼技術の開発ガス燃焼は、優れた燃焼制御性を有する一方で、液体・固体燃焼と比べて発熱量が低いという特徴があります。そこで我々は、ガス燃焼の優れた燃焼制御性と粉体の高い発熱量の両者を兼ね揃えた粉体�ガスによるハイブリッド燃焼法を提案し、その基礎特性の解明と燃焼制御手法の確立に取り組んでいます。液体酸化剤を浸み込ませた発泡体状固体燃料の燃焼の様子マ�▶固体の燃え拡がり挙動に関する研究固体の燃え方を理解し予測することは防災上重要です。我々は、燃焼が維持できる限界近くの条件における不思議な燃え方に注目し、そのメカニズムの解明に取り組んでいます。メカニズムの解明により新しい燃焼制御方法に繋げたいと思っています。ろ紙の燃焼実験装置ハイブリッド燃焼用実験装置粉体導入後の燃焼の様子燃焼面付近の流れ場の拡大図狭い空間でろ紙を燃やした際に観察されたらせん状の燃え拡がり�6

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