研究体制

創発PO・創発アドバイザー一覧

創発PO:井村 順一(東京工業大学 理事・副学長/ 工学院 教授)

【専門分野】制御工学

京都大学にて博士号(工学)取得後、広島大学工学部、東京工業大学情報理工学研究科を経て、2004年同大学情報理工学研究科教授、2016年同大学工学院教授を務め、2018年より副学長(教育運営担当)を兼任。計測自動制御学会、IEEE Control System Society理事、IFAC(国際自動制御連合)政策委員、4つの国際誌のAssociate Editor、国際会議IFAC World Congressの 2023年横浜開催の実行委員長などを歴任。
専門は制御工学で、システム制御理論を軸に次世代の電力システムや交通システム、バイオシステム等への応用に関する研究を推進。

創発アドバイザー(五十音順)

内田 建
東京大学 大学院工学系研究科 教授
梅原 徳次
名古屋大学 大学院工学研究科 教授
進士 忠彦
東京工業大学 科学技術創成研究院 教授
高木 知弘
京都工芸繊維大学 機械工学系 教授
永妻 忠夫
大阪大学 大学院基礎工学研究科 教授
滑川 徹
慶應義塾大学 理工学部 教授
原田 研介
大阪大学 大学院基礎工学研究科 教授
松尾 亜紀子
慶應義塾大学 理工学部 教授
松川 真美
同志社大学 理工学部 教授
吉田 和哉
東北大学 大学院工学研究科 教授

創発研究者一覧(井村パネル)

2021年度採択

東 俊一

(井村パネル)

オープン群知能学の創成:「群の制御」から「群で制御」へ
本研究では、センサやアクチュエータにより外界に開かれた群知能として「オープン群知能」の概念を提案し、その学理を確立します。特に、データ科学とマルチエージェントシステムの制御理論を融合し、未知の環境を同定しながら制御するための基礎理論を開発します。また、我々の生活に欠かせない存在になりつつあるプラットフォームサービスはオープン群知能の一種だと捉えることができますが、本研究で開発する理論をその解析と設計に展開することを目指します。

阿部 圭晃

(井村パネル)

異なる物理を繋ぐデータ駆動型の連成数理モデルの創出
人間が活用出来る自然現象の多くは2つ以上の物理系が組み合わさった「連成現象」です。流体力学など単一の物理系に関する高度な数値解析技術が確立されつつある一方、それらを複雑な連成現象に適用することは未だ容易ではありません。本研究ではデータ駆動型手法を活用した連成数理モデルを創出し、高度な数値解析と実験計測の融合による航空機機体設計への適用を端緒に、複雑連成現象の新たな学理と工学応用への路を拓きます。

桐谷 乃輔

(井村パネル)

電子/量子物質における散逸的機能化の探求
生体組織は秩序だった無数の細胞の集まりで構成され、高度な身体機能を維持している。細胞は化学物質が高密度に充填された物質システムであり、非平衡開放系(散逸系)に源を持つ。本研究では、電子材料やデバイスを非平衡環境下で扱い、細胞が示す動的な過程を取り込んで、自発性を示す物質デバイス科学を拓くことを目的とする。自発的変化や空間内の移動を示す機能的な組織-人工生物とも言うべき物質システムへの道筋を拓く。

新竹 純

(井村パネル)

植物ロボットの研究
本研究では、新規の手法として植物で構成されたロボットの実現を目指します。植物は成長に伴い形や大きさが変わります。また、光や電気などの刺激に応答して動きます。こうした振る舞いを解明して応用することにより、様々な植物ロボットを創り出せると確信しています。本研究はロボット工学や植物学に代表される幅広い分野を横断するものであり、革新的な技術の創造と、持続可能で環境にやさしいロボットの実現が期待されます。

杉浦 慎哉

(井村パネル)※研究開始の猶予制度を利用中

ワイヤレス通信における革新的非直交フレームワークの確立
将来の多様なワイヤレスアプリケーションを可能とするため、次世代ワイヤレス通信基盤のための新規技術を開発します。特に、現状の直交リソース配分のみに頼るワイヤレス通信システム設計の範疇を超え、多次元にわたる統一的な非直交フレームワークを提案します。提案方式は現状のフレームワークを包含し、原理的に高いシステム設計自由度を有するため、格段に高い通信性能が期待できます。

鈴木 大地

(井村パネル)

同一素子での多角的情報解析を可能とするセンサースキンの創出
本研究ではより高度なセンシング応用の実現を目的として、同一素子で動き・温度・材質・表面/内部構造といった計測対象の様々な情報を同時に取得できる装着型のマルチモーダル・センサースキンの開発に挑戦します。開発技術が可能とする多角的な情報解析により、人の指を超える多機能ソフトロボットスキンや人感覚の再現によるスマートテレオートノミーの実現が期待されます。

鷹尾 祥典

(井村パネル)

90%超の効率を維持した推力可変な宇宙推進機
近年、利用が急増している超小型衛星や将来の有人宇宙探査に必要な大量物資輸送機に使える電気推進機の注目が高まっています。本研究では、その中でも推進剤から直接高速イオンビームを引き出すことで、究極的にはほぼ損失の無い加速が可能なエレクトロスプレー推進機を対象にします。プラズマ利用の従来機と比較して高効率な利点に加え、推力密度を飛躍的に向上させることで幅広い用途に活用できる宇宙推進機の実現を目指します。

高橋 和貴

(井村パネル)

大電力磁気ノズルプラズマ推進機による宇宙輸送革新
宇宙ミッションの多様化が進む中で、大規模ミッション実現に向けた宇宙輸送技術の重要性が高まっています。本研究では、高周波プラズマ生成と磁気ノズル中のプラズマ加速・運動量変換過程を利用した大電力・無電極のプラズマ推進機に関して、プラズマ流の学術基盤構築、特にプラズマ中の乱れや構造形成による動的輸送の理解と制御、それらの知見に基づいた推進機の高性能化へと挑戦し、革新的な宇宙輸送技術を創出します。

竹内 尚輝

(井村パネル)

断熱超伝導回路による革新的量子ビット制御技術
実用的な大規模量子計算機を実現するためには、冷凍機内の極低温下において多数の量子ビットの状態を制御可能な低電力回路技術が必要になります。そこで本研究は、低電力超伝導ロジックAQFPを用いた、超低電力量子ビット制御回路を創出します。これにより、冷凍機内での効率的な量子ビット制御技術を確立し、量子計算機のスケーラビリティに関する課題の解決を目指します。

竹原 宏明

(井村パネル)

超低侵襲電子デバイス技術によるデジタル生体エンジニアリング
本研究では、次世代の体内医療機器創出に向けた医用エレクトロニクス基盤技術の研究に取り組みます。いつでも、どこでも、だれでも、日常的に自分の健康状態を把握し、身体の異常を察知及び予測し、予防的に適切なタイミングで治療が施されることにより、人々が健康な状態を維持することを可能とする技術の創出を目指します。

寺尾 京平

(井村パネル)

生体を分解・構築する1分子機械加工の実現
現在、バイオサンプル調製に至る大部分の過程が、熱拡散に依存した偶然に頼らざるを得ず、細胞や生体分子に対して1個1個の解像度で処理を行うことはできません。本課題では機械工学的なアプローチを、細胞と生体分子にまで拡張することで、これまで扱うことのできなかった個々の細胞や分子を望み通りに加工します。本研究は、レーザー光で液中駆動する機能化ナノツール群を実現し、生体の分解と構築を実証します。

野老山 貴行

(井村パネル)

2.5次元炭素骨格が生みだす超省エネルギ表面の創製と探索
大気中における超低摩擦材料の実現には、摩擦を低減するグラファイトの2次元構造と、荷重を支える立体的なダイヤモンド3次元構造が必要です。しかし、雰囲気の酸素によってグラファイト構造が破壊され超低摩擦を維持できない欠点がありました。膜内への酸素侵入を防ぐ新たな手法として酸化タンタルを導入すると、摩擦によって酸素が脱離することと、雰囲気の酸素によってタンタルが酸化することが平衡状態に達し、グラファイト構造を保護できることがわかりました。

土方 亘

(井村パネル)

生体組織を設計し,操るモデルベース開発法の創発
生体組織は従来の工業用素材とは異なり、自己修復機能等を備えた人類未踏の新規素材であり、工学的に応用できれば医用福祉分野で技術のパラダイムシフトが期待できます。一方、そのためには生体組織の設計・創生・制御技術を体系化する必要があります。そこで本研究では、骨格筋を用いたバイオハイブリッドアクチュエータを対象とし、筋収縮モデルを用いた骨格筋の設計・制御技術の創出に挑戦します。

真下 智昭

(井村パネル)

サブミリスケールのロボティクス基盤技術の創製と統合
サブミリスケールのモータ、ギア、センサ、機構部品、マイコン、ドライバ回路などの要素技術を新しく創り出し、ロボットとして統合することで、従来の技術ではできなかった小型サイズのマイクロロボットの研究開発を推進します。異分野の多くの研究者や技術者が、サブミリから数ミリオーダーのロボット・メカトロニクス技術を用いて様々な新しい研究にチャレンジできるような基盤技術を確立するとともに、自らも新しい融合研究に参加します。

馬渕 拓哉

(井村パネル)

ナノ空間反応性イオン輸送制御システムの創出
材料科学視点から生命科学視点への異分野融合的イノベーションによって「人工DNAチャネルによるイオン選択性の制御」および「人工相分離構造体によるイオン濃度の制御」という2つの時間・空間スケールの異なる現象を融合させた人工イオンチャネルを分子論的アプローチから設計することで、現在のイオンチャネルの概念や常識から脱却し、破壊的イノベーションをもたらす新たな細胞内人工イオン輸送制御システムの創出を目指します。

村島 基之

(井村パネル)

摩擦面リアクターその場潤滑剤生成による超低摩擦の新学理解明
本研究では、私の独自発見である、誘電体バリア放電の摩擦面への直接照射による超低摩擦現象から発想された、摩擦面リアクターによる超低摩擦化技術の開発とその超低摩擦新学理の解明を目的とします。私のこれまでの研究から、既存の超低摩擦機構とは異なる、有機物と極性液体の相互作用による新たな超低摩擦機構が示唆されております。そこで本研究では、誘電体バリア放電を用いた超低摩擦化技術の開発に加え、超低摩擦有機物を摩擦面において微生物に合成させるという摩擦面バイオリアクターの開発に挑戦します。

村手 宏輔

(井村パネル)

究極的光励起テラヘルツ光源による安心・安全社会の実現
高強度励起光と、その特長を最大限利用するために考案した新たなテラヘルツ(THz)波発生/検出/増幅の融合により、世界最高性能のTHz分光装置およびリアルタイム分光システムといった基盤技術を創出します。それにより、禁止薬物/爆薬摘発、ゲート検査、処方薬ミス検査などの幅広いTHz波の利用範囲拡大を目指し、安心・安全社会の実現、さらには基礎研究までの波及効果を含む、THz波の本格的な実用化を目指します。

村松 眞由

(井村パネル)

量子アニーリングによる材料トポロジー設計システムの構築
本研究では材料トポロジーと、それに基づいて発現する力学特性とを網羅的に数値解析するシステムを構築します。本システム達成のため、Phase-field法による組織形成解析および均質化有限要素法による構造解析を、アニーリング型量子コンピュータ技術と融合させる手法を開発します。開発した手法を用いて高速網羅解析を実行し、指定した力学特性を達成する材料組織を予測する逆解析システムを構築します。

柳谷 隆彦

(井村パネル)

電池レス無線給電デバイス用の新規3次元配向圧電薄膜の創製
大量のパッシブセンサや電子デバイスがつながる新たな社会が期待されています。しかし、それらのエネルギー源(電源)を確保する決め手の技術がなくボトルネックとなっています。一方で今後、ますますの無線通信の普及が予想されており、環境電磁波のエネルギー密度増大が見込まれます。本研究では、独自の結晶方位制御技術を用いて新しい3次元圧電薄膜構造を開発し、無線給電用のアンテナ整流器への応用を目指します。

李 秦宜

(井村パネル)

ナノスケール熱計測基盤と熱のキャリアダイナミクス
本研究では、電子顕微鏡技術とラマン分光技術に基づいて、原理的イノベーションによるナノスケールでの高精度かつ汎用的熱計測システムを構築します。このナノスケール熱計測基盤に基づいて、ナノ材料やナノデバイスにおける熱のキャリアダイナミクスの完全解明に挑戦し、ナノスケール伝熱における現存する常識を塗り替える新学理の構築や従来にない高度な熱制御技術の創出を目指します。

2020年度採択

青井 伸也

(井村パネル)

不安定性から読み解く歩行の過去・現在・未来
歩行は安定に実現される現象ですが、その身体力学系には不安定性が内在します。神経系がこの不安定性を利用して様々な状況に柔軟に対応し、多様な歩行の形成や機能を発現することを作業仮説に、直立二足歩行の起源や加齢・脳疾患による歩行障害、宇宙活動での環境変化などヒトの歩行に関わる問題を過去・現在・未来の観点で捉え、数理的なモデリングや解析手法より、不安定性を基盤とする歩行形成・機能発現メカニズムを解明します。

荒木 徹平

(井村パネル)

超柔軟・高透明デバイスの集積実装と微小信号処理の研究
従来の電子デバイスには、硬くて不透明な電極や半導体が利用されており、無機的なエレクトロニクスの存在感がありました。本研究では、人肌のような柔軟性や、水のような透明性を発現する電子デバイスの研究開発を行うことにより、人肌に溶け込む次世代パーソナルセンサの基盤技術を構築します。主に、デバイス集積実装と微小信号処理の研究を推進して、疾患の早期発見などオンサイト状況判断の効率化に資する技術開発を行います。

小原 良和

(井村パネル)

最先端超音波を駆使した3D欠陥可視化技術創成
本研究では、最先端超音波を駆使して「実構造物にセンサをあてるだけで、内部の複雑欠陥を瞬時に3D可視化する技術」を創成し、「3Dビッグデータ情報とAI技術の融合により人知を超えた高信頼性診断技術」を確立します。これにより、エネルギーインフラや自動車・航空産業の非破壊計測分野に破壊的イノベーションを引き起こし、安全・安心な社会と経済性の両立、我が国の産業の国際競争力強化に大きく貢献します。

菊地 謙次

(井村パネル)

生物流体と生命現象のクロストークダイナミクスの創成
工学を主軸とし生命科学へアプローチする新たな学術研究領域の創発を目指しています。「工学的知見に基づく生理学 (Engineering-based Physiology)」を開拓し、生化学的現象と物理現象を明瞭に数理モデル化する次世代バイオメカニクスへと深化させます。本研究では、新規生体内物質輸送計測法を活用し、生体内外の流れと健康や疾病などの生理現象との相互干渉(クロストーク)について統合的かつ横幹的理解に不可欠なプラットフォームの創発に挑戦します。

木寺 正平

(井村パネル)

電磁波センシングによる多元的双方向画像解析の研究
本研究ではマイクロ波・ミリ波・テラヘルツ波等の電磁波センシング技術のためのレーダとトモグラフィ理論を融合した革新的な画像解析法の研究基盤を創出し、また多重散乱波及び多偏波データを統合させ、革新的な交通インフラの大規模コンクリート内部非破壊検査、自動運転におけるカメラでは見えない影領域の人体識別・予測技術を創発し、学術・社会・産業分野における破壊的なイノベーションをもたらすことを目的としています。

江目 宏樹

(井村パネル)

光熱変換機構の解明と熱の自在制御技術の創成
持続可能な近代的エネルギーの確保(SDGs 目標7)のため、光と熱の変換を利用した太陽光エネルギーの有効利用技術の発展は重要な課題です。本研究では、光と熱はどのような物理でエネルギー交換しているか(光熱変換原理)を明らかにし、これまで実現されてきた光からの熱エネルギー回収性能を超える新たな熱輸送制御技術の確立を目指すと共に、電磁波を利用したエネルギー輸送機構における新たな設計技術の潮流の創発を目指します。

清水 裕樹

(井村パネル)

次世代「つながる」超精密光計測学構築への挑戦
最先端計測・加工機に用いられる長さの「ものさし」光学式スケールの目盛り精度を保証する「差動型デュアル回折光検出法」を確立する。光コムレーザとGPS通信を利用して長さ国家標準とリンクすることで、距離・時間に制約を受けない次世代「つながる」超精密計測のフレームワークを実現して従来のものづくり計測に破壊的イノベーションを起こし、あらゆる分野への波及効果が高い最先端ものづくり計測の実現を目指す。

庄司 観

(井村パネル)

分子機械が繋ぐ生物と機械の融合システム
本研究では、生体材料をボトムアップ的に構築した分子機械を生物と機械を繋ぐインターフェイスとして応用することで、生物と機械が綿密に融合したバイオハイブリッドシステムの創製を目指します。具体的には、人工細胞様組織である巨大リポソームを機能化することで、「生体エネルギから発電する分子機械」「情報通信を行う分子機械」「局所化学刺激を行う分子機械」そして「分子機械の移動メカニズム」を開発します。

芹田 和則

(井村パネル)

近接場テラヘルツ励起プローブ顕微鏡による1細胞・1分子分光イメージング解析とその応用
非共有結合性の弱い相互作用エネルギーに相当するテラヘルツ(THz)光は、生命現象を司る様々な機能発現メカニズムを解明する光として注目されていますが、生理環境下での利用が非常に難しいとされています。本研究では、光・THz変換で生成する微小THz光源を利用して、これまで実現が難しかった1細胞・1分子観察が可能なTHzプローブ顕微鏡を開発し、分光イメージングにより、生命機能メカニズムに関する知見取得とその応用に挑戦します。

竹内 大

(井村パネル)

生体内埋め込み多極神経刺激デバイスによる機能的運動の再建
本研究では、体内に埋め込み長期間に渡り神経への刺激が可能な、多チャンネル埋込型デバイスを開発します。神経への電気刺激によって筋肉の収縮を生成し、手足の複雑な運動制御を可能とすることを目指します。将来的には、手足の運動機能の回復だけでなく、呼吸や内分泌系など神経によって調節される重要な臓器の機能障害を、薬剤だけではなくデバイスからの電気刺激によって選択的に調整できる新たな治療法への発展を目指します。

徳 悠葵

(井村パネル)

周期的電子風力を利用した原子再配列法の開拓
本研究は、高周波電流がなす革新的な電子風力の「揺さぶり」を利用し、薄膜内原子の再配列を実現し、熱処理に依らない薄膜の原子配列・結晶構造の制御を目指します。これにより、これまで原子配列・結晶構造の制御が熱処理や結晶成長のみによって実現されてきた現状に破壊的イノベーションを与え、世界で初めて熱処理に依らない電子風力由来の新たな原子再配列現象の学理創出を実現します。

野々村 拓

(井村パネル)

スパース非線形低次元モデルによる複雑流動場の先進フィードバック制御
本研究では複雑流動場の先進フィードバック制御を実現します。具体的には1)新規のアルゴリズムを開発して複雑流動場の高解像度計測を行ってデータベースを構築します。2)このデータベースに基づき複雑流動場の非線形低次元モデルを構築し、3)スパースセンサとスパースアクチュエータの最適化法を明らかにします。4)これらのモデル、スパースセンサ、スパースアクチュエータを用いて先進フィードバックを実証します。

樋浦 諭志

(井村パネル)

ナノ量子光スピン機能の開拓による光電スピントロニクスの創成
本研究では、光による信号配線と不揮発性固体メモリである電子スピンを用いた光電融合型の次世代省エネルギー情報処理基盤の構築に向けて、室温以上で高効率に動作する光と電子スピンの量子情報のインターフェースデバイスを開発し、光電スピントロニクスの新規学術領域を創成します。さらに、創発の場を起点とした異分野研究者との融合研究を行い、低消費電力・高速・大容量・低遅延の光電融合スピン情報処理への展開を図ります。

平山 朋子

(井村パネル)

メカノオペランド量子ビーム分析に基づくナノスケール学的機械工学の新展開
本研究は、機械操作環境を再現する「メカノオペランド機構」を量子ビームラインに組み込み、実作動条件下で分析を行うことによって、実際の機械・機器で生じる様々な動的現象をナノスケール学的に解明することを目標とします。具体的には、「立体成型」、「トライボロジー」、「超精密加工」の3つの対象場を掲げ、それぞれで生じている動的なミクロ挙動情報を把握し最適化することで機械・機器の劇的な性能向上を目指します。

増田 容一

(井村パネル)

筋肉・受容器・神経デバイスの超分散化で切り拓くBrainless Robotics
我々が小道を歩くとき、ロボットのように毎秒何百回もの最適化計算を行うでしょうか?予測不可能な環境を計算し尽くすことは困難であり、今後訪れるロボット大進出時代のためには、頭脳先行型の制御戦略を脱する必要があります。本研究では、動物末梢に備わる計算なき運動知能を理解して実装するため、機械式の筋肉・受容器・神経デバイスをロボット全身に埋め込み、上位脳のわずかな調整により統御する新ロボット学を創成します。

三浦 正志

(井村パネル)

新材料設計指針により対破壊電流密度に挑む
超伝導技術は、SDGsやSociety5.0社会への貢献が期待されています。しかし、超伝導の応用上重要な臨界電流密度は、量子化磁束の運動の影響を受け理論限界である対破壊電流密度の5~10%程度です。本研究では、臨界電流密度の理論モデル、磁束ピン止め点導入技術、磁束の熱擾乱抑制技術、キャリア・ひずみ制御技術を融合し、新しい材料設計指針により臨界電流密度を対破壊電流密度に近づけることを目指します。

溝尻 瑞枝

(井村パネル)

超回折限界精度での光熱還元析出制御と3D造形応用
超短パルス(パルス幅:サブピコ~ピコ秒)レーザにより誘起される光熱還元金属析出メカニズムを解明し、超回折限界空間の局所加熱が拓く新たな学理を創出します。また応用の一例として、大気中金属3D微細造形や金属プリントに取り組みます。レーザ照射時の金属析出現象を数百フェムト秒時間分解能で明らかにすることで、過剰な加熱による析出金属の再酸化抑制が可能になり、大気中で様々な金属・半導体の局所析出を実現します。

矢野 隆章

(井村パネル)

金属ナノ構造で拓く新奇ナノ熱工学
本研究では、ナノ光計測分野では避けるべきものとされてきた貴金属ナノ構造の光発熱性を積極的に活用する逆転の発想により、新奇なナノ熱工学分野を創発します。

山田 崇恭

(井村パネル)

トポロジー最適化による可展面構造の創成設計法とその展開
本研究では、数学的・力学的根拠に立脚して、可展面構造を創成設計する方法論を、トポロジー最適化の考え方の拡張により構築します。可展面とは、伸縮することなしに平面に展開できる曲面であり、折り紙がその代表例です。さらには、提案する方法論の応用研究として、状況に応じて最適な形状へと自動的に変形する潜在的機能を持ったスマート展開機械デバイスの創成設計法を構築します。

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