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最近の研究成果

熱電変換 2015年11月26日発表

変換効率11 %の熱電変換モジュールを開発-ナノサイズの構造を制御した熱電変換材料で達成、未利用熱発電の実現に前進-

鉛テルライド(PbTe)熱電変換材料の焼結体にマグネシウム・テルライド(MgTe)のナノ構造を形成することで高い熱電性能指数 ZT = 1.8を実現し、さらにこの材料を用いて変換効率11 %を有する熱電変換モジュールの開発に成功した。これまで、熱電変換材料においてはZT = 1.0を超えることが、熱電変換モジュールにおいては7 %の変換効率を超えることが困難であった。今回の成果では、米国ノースウェスタン大学のKANATZIDIS Mercouri G. 教授(兼)米国 アルゴンヌ国立研究所 主任研究員と共に、ナノ構造の形成技術を用いて熱電変換材料の焼結体のZT を1.8(550 ℃)まで向上させることに成功した。さらに、このMgTeナノ構造を形成したPbTe焼結体と電気的・熱的に比較的良好に接合する電極材料を開発して、熱電変換モジュールにおいて11 %の変換効率(高温側600 ℃、低温側10 ℃)を実現した。この高効率熱電変換モジュールを用いることで、未利用熱エネルギーを電力へと変換して活用する道が開けると期待される。

熱電性能指数ZTの向上の概念図、開発した熱電変換材料の透過型電子顕微鏡写真、および、熱電変換モジュールの概観写真

遺伝子組換え動物 2016年4月7日発表

ゲノム編集でニワトリを品種改良-低アレルゲン性卵の生産へ道筋-

卵白に含まれる強力なアレルゲンであるオボムコイドの遺伝子を欠失したニワトリを開発した。今回、次世代の品種改良技術としてさまざまな動植物で研究が行われているゲノム編集技術のクリスパー・キャス9(ナイン)法をニワトリに初めて適用して、ニワトリなど家禽(かきん)の新しい品種改良法を開発した。ゲノム編集により精子や卵子の元になる始原生殖細胞のオボムコイド遺伝子を欠失させて、オボムコイド遺伝子欠失ニワトリを作製した。このニワトリが生産する卵は、オボムコイドタンパク質を含まないことが期待され、副作用の少ないワクチンの生産や低アレルゲン性卵の開発に繋がると期待される。

卵白アレルゲン「オボムコイド」遺伝子を欠失したニワトリ(左写真)と遺伝子型解析の結果の比較(右図)の図

海女 2016年4月18日発表

海女の血管年齢の若さを計測にて発見-有酸素性運動と血管年齢の関係性を超える発見により新たな未病対策の創出に期待-

三重県志摩・鳥羽地区ならびに千葉県南房総市白浜に在住する海女121名を含む女性203名(平均年齢65歳)の血管年齢計測を行い、同年代の日本人一般女性の血管年齢より11歳程度若いことを明らかにした。また、呼吸機能の一つである呼気能力はやや低い計測結果が得られた。動脈壁の硬さを意味する動脈スティフネスは加齢とともに増大し、心血管疾患の発症リスクとなる。これに対し、ウォーキングやジョギング、水泳などの有酸素性運動を習慣的に行うことで、加齢に伴う動脈スティフネスの進行を抑制、改善することが明らかにされている。また、有酸素性運動は呼吸機能の向上をもたらすことが示されてきた。しかし、海女の労働形態は息止め潜水の繰り返しであり、有酸素性運動とは異なる身体活動である。それゆえ、海女の呼吸機能が平均的であるにもかかわらず動脈スティフネスが低値で血管年齢が若いことは、習慣的な有酸素性運動の効果とは別のメカニズムによりもたらされた可能性を示唆する。この知見をもとにさらに海女の活動と身体機能のメカニズムを解明することで、新たな心血管疾患予防法の創出が期待される。

志摩・鳥羽・白浜地区に住む女性の動脈硬化度(左)および推定血管年齢と実年齢との差(右)の図

多面体 2016年4月11日発表

アモルファス材料などの不規則な原子配列を表現する数理的手法を創出-多面体に隠されていた規則を発見-

アモルファス材料などの不規則な原子の並び方を簡単に表記できる数理的手法を開発した。材料の機能を原子レベルで理解するためには、材料を構成する原子の配列を簡潔に表現する手法が必要である。特に、人間が原子の配列パターンを直感的に理解できて、意味のある情報を容易に読み取れる表現法が求められている。しかし、アモルファス材料は原子が不規則に並んでいるため、原子配列を表現することは難しい。不規則原子配列を表現する手法の一つにボロノイ多面体法がある。この方法では、原子をボロノイ多面体に置き換え、ボロノイ多面体が空間を埋め尽くすモデル(これは「ボロノイ多面体によるタイリング」と呼ばれている)として原子配列を表現する。その際の多面体の配列パターンを数列で表現できれば、対応する原子配列を表現したことになり、アモルファス材料などを計算機で取り扱いやすくなるが、これまでそのような手法はなかった。また、孤立した1個の多面体を数列で表現する方法はすでに幾つか提案されているが、異なる多面体が同じ数列をとる、数列の桁数が多いなどの問題があった。今回、「多面体は多角形というパーツの組み合わせで構成されて、多面体タイリングは多面体から構成されている」点に着目して、多面体や多面体タイリングを簡潔な数列で表現できる理論を創出した。

アモルファス材料の構造(左)と開発した数理的手法での表現方法(右)の図

金属配線印刷 2016年4月20日発表

超微細回路を簡便・高速・大面積に印刷できる新原理の印刷技術を開発-あらゆる生活シーンのIoT化・タッチセンサー化を加速する新技術-

紫外光照射でパターニングし、銀ナノ粒子を高濃度に含む銀ナノインクを表面コーティングするだけで、超高精細な銀配線パターンを製造できる画期的な印刷技術「スーパーナップ(SuPR-NaP;表面光反応性ナノメタル印刷)法」を開発した。プリンテッドエレクトロニクス技術のうち、微細な電子回路の構成に欠かせない高精細な金属配線を印刷する技術は、冶具・版などの汚染による繰り返し再現性の乏しさ、塗布後の基材表面上での金属粒子どうしの焼結・融着、高温の後処理によるプラスチック基板の歪み、基材の屈曲による配線の剥がれなどが課題であった。今回開発した技術は、紫外光の照射によって形成した活性の高い基材表面上に、銀ナノインク内の銀ナノ粒子を選択的に化学吸着させ、粒子と粒子との自己融着によって低い抵抗の銀配線を形成する。これにより、プラスチック基板に強く密着し、最小線幅0.8マイクロメートルの超高精細な金属配線を、真空技術を一切使うことなく、大面積基材上に簡便・高速に印刷で作製できるようになった。フレキシブルなタッチパネルセンサーがこの技術によって実用化される予定であり、今回8インチの試作品を作製した。

スーパーナップ法による金属配線の印刷製造工程の一部(左)とフレキシブル基板(右)の写真

地球観測衛星データ公開 2016年4月1日発表

衛星観測データに付加価値を付けた「ASTER-VA」を無償提供-地球観測衛星TERRAの光学センサーデータの利活用を促進-

地球観測衛星データを処理した付加価値プロダクト「ASTER-VA」を、平成28年4月1日から無償で一般に提供する(https://gbank.gsj.jp/madas/)。産総研は、米国航空宇宙局(以下「NASA」という)が運用する地球観測衛星TERRAに搭載された経済産業省開発の光学センサーASTERで観測された衛星データを、NASAからインターネット回線を通じて取得・処理し、わかりやすいインターフェースで提供する。ASTER-VAは、産総研独自の擬似天然色画像合成技術を適用した画像データのほかに、地質情報を含む地図との重ね合わせのために地形の凹凸やずれをあらかじめ補正(オルソ補正)したデータ、標高データで構成される。また、様々な地理空間情報の閲覧ソフトウェアなどで使用できるように、二種類のファイル形式から選択することができる。ASTER-VAは全世界のデータを備えており、防災や環境、農林水産業など広範な分野で利活用できる。また、利用制限のない公的データ(知的基盤データ)として、地理空間情報を活用したビジネスでの利用も期待される。

付加価値プロダクトASTER-VAのデータ生成・配信の仕組みと活用イメージ図

電磁波ノイズ 2016年4月19日発表

EMC試験で用いる擬似電源回路網を簡単に校正できる技術を開発-電子機器の安全性確認の効率化に貢献-

電子機器の安全性を確認する電磁環境適合性(EMC)試験のうち、伝導エミッション試験に用いる擬似電源回路網(LISN)を、簡単に校正できる技術を開発した。伝導エミッション試験では、LISNを用いて電子機器から発生する電磁波ノイズを測定するが、測定結果の信頼性を担保するために、事前にLISN自体の校正を行うことが国際規格で要求されている。ところが、LISNの校正には複数の標準器と複雑なデータ解析が必要なため、これまで主に専門の校正機関や校正事業者しか校正できず、時間とコストがかかっていた。今回、産総研と林栄精器は、LISNの校正に適した専用標準器を初めて開発し、さらに校正手順を単純化して校正システムの自動化を実現した。これにより、必要なときに、従来より大幅に短い時間で、またEMC試験現場でもLISNを簡単に校正できるようになる。今回の開発により、迅速かつ効率的な伝導エミッション試験の実施や伝導エミッション試験の信頼性の向上が期待できる。

今回開発した専用標準器(左)と擬似電源回路網(LISN)の自動校正システム(右)の写真

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