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最近の研究成果

日射量予測 2018年6月29日発表

日本の日射量予測が大幅に外れる場合を検出する指標を考案-太陽光発電の大量導入に向けた日射量予測技術を高度化-

日射量予測が大幅に外れる事態を検出する「大外し検出指標」を考案した。日射量予測は、太陽光発電の発電電力量を予測して電力の需給運用するために必要であり、予測が大幅に外れると電力の余剰や不足につながる。今回考案した検出指標は、世界の4つの気象予報機関(日・欧・英・米)が提供する地球全体を予測する全球アンサンブル予測情報を併用して評価した指標で、例えば年数回から十数回しか発生しないような、予測が極端に大きく外れる事態を事前に予測する指標である。この指標は、今後さらに加速していく太陽光発電システムの大量導入時代の電力の安定供給や、効率的な運用への貢献が期待される。

平成30年5月10日刊行の「八丈島火山地質図」

歯科治療 2018年7月19日発表

3Dプリンティング技術による人工歯(入れ歯)の実用化-従来の歯科鋳造に代わる歯科デジタルものづくりが可能に-

3Dプリンティング用コバルトクロム合金粉末の薬事承認を取得し、患者に最適な人工歯を用いた歯科治療を可能にした。医療機器開発ガイドラインなどを参考に、現在の歯科治療に用いられ生体との適合性に優れたコバルトクロム合金の粉末を用い、製造条件の検討、各種性能試験を行った。歯科治療に用いるため必要となる医療機器としての承認は、アイディエスが取得した。歯科医院で口腔内のデータを取得し、歯科医師の指示に基づき、歯科技工処理を行い、患者に最適な形状の人工歯を設計する。設計データに基づき、医療機器として厚生労働省に登録された3Dプリンティング(三次元積層造形)装置を行いて積層造形する。造形材の表面仕上げ後、臨床使用する。破損やアレルギーに対するリスクが少なく、歯科鋳造では困難で長時間を要する立体構造の人工歯(補綴修復物)が短時間で造形できる。これらの技術により、歯科鋳造や切削加工での作製に比べて、製造時間の短縮、信頼性が向上すると共に、口腔内データがデジタル化され、製品設計が迅速化できる。また、必要に応じて同じ製品をすぐに作製できる利点もある。

3Dプリンティング技術を用いた人工歯の製造の図

ワンペダル操作 2018年7月5日発表

運転の楽しさを科学的に推定する技術で、豊かで創造的な自動車社会の実現に貢献-踏みかえ回数を減らした新しいペダル操作が、従来のペダル操作と比較し“より運転を楽しく感じる”ことを科学的に検証-

「ペダル操作の違いが運転者の心理状態と脳活動に及ぼす影響」に関する実験結果を発表する。実験では、アクセルペダルの操作だけで加速や減速を行い、ブレーキペダルへの踏みかえ回数を減らした新しいペダル操作(以下:ワンペダル操作)での運転時の心理状態および脳活動を、アクセルペダルとブレーキペダルの操作で加速や減速を行う従来のペダル操作(以下:ツーペダル操作)での運転時の心理状態および脳活動と比較した。心理状態については、運転後の質問紙調査から、ワンペダル操作での運転時に、「運転がより楽しく感じられる」ことが示された。脳活動については、運転中に計測した脳波から、ワンペダル操作での運転が、楽しさの重要な要因の一つである運転への集中状態を自然に引き出しうることが示された。

質問紙調査の結果(12名の実験参加者の平均値、エラーバーは標準誤差を示す)の写真

有機トランジスタ 2018年7月19日発表

世界で最も低ノイズの有機トランジスタの作製に成功-IoT社会に必須の安価で高感度なセンサーデバイスの実現に向け、大いなる一歩-

世界で最も低ノイズの有機トランジスタの作製に成功しました。有機トランジスタには、定常状態においても「わずかな電流の揺らぎ=ノイズ」が必ず存在し、このノイズは信頼性や安定性といった動作性能を低下させる大敵でした。そこでまず、ノイズの精密測定とその原因となる電荷のトラップ密度の精密評価を可能にする技術を開発しました。そして、有機トランジスタのトラップ密度を丹念に調べました。その結果、有機トランジスタを構成する有機半導体とゲート絶縁体の界面に存在するわずかなポテンシャルの揺らぎに起因して有機半導体にわずかに存在するエネルギー障壁の浅いトラップでさえもノイズの原因になることを突き止めました。そこで、トラップ抑制のため界面に配置した分子膜の品質を上げ、界面を制御してトラップに捕獲されない電荷伝導機構であるバンド伝導性を高めることで、ノイズを低減し、他の有機トランジスタと比較してノイズレベルが圧倒的に低い有機トランジスタの作製に成功しました。有機半導体をインクに用いて印刷で作製できる有機トランジスタは、低ノイズ化が進んだことで、IoT(Internet of Things)社会に必須の安価で高感度なセンサーデバイスの実現に大きく貢献するものと期待されます。

本研究で用いた有機半導体単結晶トランジスタの模式図ほか

電荷可視化 2018年6月22日発表

半導体中のマイクロメートルスケールの電荷分布を可視化-折り曲げられる電子デバイスの高性能化に期待-

産総研が独自に開発した薄膜トランジスタ(TFT)の電荷を可視化するゲート変調イメージング技術の、空間解像度を810 nmから430 nmにするとともに、時間分解能を3 µsから50 nsに大幅に向上させた。この技術により、多結晶性半導体中の結晶粒界付近で電荷が不均一に分布する様子や、結晶粒界が電気伝導を阻害する様子を可視化できた。ディスプレーやセンシングデバイスなどの情報入出力機器の大面積・軽量・フレキシブル化や、製造工程の簡略化・省エネルギー化に向けて、多結晶性半導体薄膜を用いたTFTの性能向上が課題となっている。多結晶性半導体の課題は、結晶粒界などに起因する不均質な構造が、性能低下の要因となることである。今回、TFT内に蓄積した電荷を可視化するゲート変調イメージング法の空間解像度と時間分解能を向上させ、多結晶性半導体の結晶粒界に起因するマイクロメートルスケールの不均一な電荷分布を可視化するとともに、結晶粒界付近の電気伝導の様子を50ナノ秒の時間分解能で捉えた。この成果は、多結晶性半導体内の電気伝導を可視化できる技術として、TFTの特性改善や高品質化に大きく貢献すると期待される。

多結晶性半導体中の不均一な電荷分布を可視化する技術の図

八丈島噴火 2018年6月28日発表

伊豆諸島八丈島火山の陸域と海域の噴火活動の詳細な情報を提供-八丈島火山地質図を刊行-

東京都伊豆諸島の八丈島とその周辺海域の地質調査の結果をまとめた「八丈島火山地質図」(著者:石塚 治・下司 信夫)を完成させ、2018年5月10日に刊行した。八丈島は、伊豆諸島の中で2番目に大きな有人島で、活動的な活火山であるが、その噴火記録は江戸時代初期に限られており、その後400年以上にわたって静穏な状況が続いている。今回の八丈島火山地質図の作成により、八丈島火山の陸域と海域の噴火活動の詳細が明らかとなった。特に、噴火記録だけからではほとんど把握できなかった八丈島の西山火山の詳細な噴火履歴が解明されたほか、近隣海域での海底火山の活動についても情報が得られた。今後、噴火推移予測の研究や、防災・減災への取り組みに貢献すると期待される。

平成30年5月10日刊行の「八丈島火山地質図」

単一電子素子 2018年2月2日発表

たった1個の電子で1ビットを表現する世界初のデジタル変調を実現-広い周波数範囲で正確に任意波形の極微小交流電流を発生可能に-

電流の最小単位である電子を1個単位でオン・オフ制御できる単一電子デジタル変調技術を開発した。電流は電子の流れなので、電子1個1個を正確に制御・検出できれば、従来の計測器では不可能だった精度での電流発生・計測を実現できる。産総研では、これまで、半導体ナノ加工技術で作製した単一電子素子を用いて、一定周期で電子を1個ずつ送り出し、直流電流を発生・計測する技術の開発に取り組んできた。今回、電子の密度を時間的に変化させる単一電子デジタル変調技術を開発し、電子数個レベルで正確な任意波形の電流を発生させることに成功した。発生させた電流を基準とすることで、直流(0 Hz)~メガヘルツ(MHz)の周波数帯域で、フェムトアンペア(fA)(10-15 A)以下の極微小電流を精密に測定できるようになる。今回開発した極微小電流の発生技術は、低消費電力化が期待されるスピントロニクスなど次世代素子の研究開発や、ナノ構造中で生じる物理現象の解明などの基礎研究への貢献が期待される。

電子1個を制御できる素子の電子顕微鏡写真(左)、今回開発したデジタル変調技術の模式図(右)

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