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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」

ニワトリ生物工場 2018年7月9日発表

ゲノム編集により鶏卵を使って有用な組換えタンパク質を大量生産-「金の卵」を産むニワトリ生物工場の実現の見込み-

卵白に有用組換えタンパク質を大量に含む卵を産む遺伝子改変ニワトリを作製する技術を開発した。この技術は、次世代の遺伝子操作技術としてさまざまな動植物で研究がなされているゲノム編集技術のクリスパー・キャス9(ナイン)法をニワトリに適用し、卵白の主要なタンパク質のオボアルブミンの遺伝子座に有用タンパク質のモデルとしてヒトインターフェロンβの遺伝子を挿入(遺伝子ノックイン)する技術である。また、遺伝子を挿入した雌のニワトリ(ノックインニワトリ)が産む卵は、卵白にヒトインターフェロンβタンパク質を大量に含むこと、また、雄のノックインニワトリを利用して繁殖できることが確認された。今後、さまざまなノックインニワトリを作製することで、ヒトインターフェロンβに留まらず、バイオ医薬品や酵素タンパク質など高価な有用組換えタンパク質を極めて安価に大量生産する技術に繋がるものと期待される。

今回作製したヒトインターフェロンβノックインニワトリとノックインニワトリが産んだインターフェロンβを含む卵と通常(野生型)の卵の写真

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

燃料電池 2018年7月4日発表

世界初、実用サイズのプロトン導電性セラミック燃料電池セル(PCFC)の作製に成功-量産プロセスにも適用可能な拡散焼結技術により実現-

世界で初めて実用サイズのプロトン導電性セラミック燃料電池セル(PCFC、Protonic Ceramic Fuel Cell)の作製に成功した。PCFCは理論的には燃料を100 %利用でき、全ての既知の発電デバイスを凌駕する発電効率75 %を実現できる可能性があるが、プロトン導電性セラミックスの作製には1700 ℃以上の高温焼成が必要であったため大型化が難しかった(既存技術:直径30 mmサイズ)。今回、拡散焼結技術を開発し、量産可能なプロセスにより実用的な80 mm角サイズのPCFCを作製した。また、電解質を多層化することで電圧効率も大幅に向上した。超高効率電源のコア技術を開発したことにより、再生可能エネルギーと組合せたバーチャル発電ネットワークや、政府の「水素基本戦略」にある水素社会向けの超高効率電源の実現が期待される。

試作した80mm角平板 プロトン導電性セラミック燃料電池セル(PCFC)の写真

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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