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最近の研究成果

単結晶ダイヤモンド 2019年3月20日発表

世界初、ガスからクラックのない1立方センチ級単結晶ダイヤモンドの作製に成功-ダイヤモンド半導体の開発推進により、飛躍的な省エネ社会実現に期待-

世界で初めて、ガスからクラックのない1立方センチ級の体積を持った単結晶ダイヤモンドの作製に成功しました。合成面積のスケールアップが容易なガスを原料とする手法により世界最大級の高品質結晶を作製できたことから、この成果は、大型ウエハー実現につながる大きな一歩です。今後、ダイヤモンドを用いた次世代パワー半導体の開発が加速し、さまざまな電気機器に組み込まれることにより、より高効率な電力利用が可能になり、飛躍的な省エネルギー社会実現につながることが期待できます。

ガスから作製した1立方センチ級単結晶ダイヤモンド(左)と現在市販されている高温高圧法を用いて作製される単結晶ダイヤモンド基板(右)

再生医療 2019年4月24日発表

イモリの再生能力の謎に迫る遺伝子カタログの作成-新規の器官再生研究モデル生物イベリアトゲイモリ-

イベリアトゲイモリの網羅的遺伝子カタログ作成に成功しました。各研究室から持ち寄った29種類もの多様なイベリアトゲイモリ試料からRNAを抽出し、次世代シーケンシング技術によるRNA-seq法により遺伝情報を解読しました。得られた配列情報を大型計算機で解析することにより、202,788個のイベリアトゲイモリの遺伝子モデルを構築しました。これらのモデルを検証したところ、イベリアトゲイモリが保有する全遺伝子の約98%をカバーする網羅性の高い高品質の遺伝子カタログであることが確認されました。さらに、研究チームは、この遺伝子カタログを世界中の研究者と共有するためのポータルサイト “iNewt” (http://www.nibb.ac.jp/imori/main/)を開設しました。iNewtでは遺伝子カタログに加えて、ゲノム編集のプロトコルなどイベリアトゲイモリの研究リソース情報を無料で提供しています。本研究によって作成された遺伝子カタログを利用することで、ゲノム編集や、次世代シーケンサーを用いた遺伝子の発現解析など、イベリアトゲイモリを用いた研究が格段にスピードアップすることが期待されます。これにより、再生医療や発生生物学はもちろん、癌研究、幹細胞生物学、生殖生物学、進化学、毒性学などの研究分野でイモリを活用した研究が大きく発展することが期待されます。

イベリアトゲイモリの写真

錯覚 2019年3月7日発表

視覚と聴覚で異なる時間判断の仕組みの一端を解明-時間の錯覚:時間を誤って判断してしまう仕組み-

脳内の処理経路や処理時間が異なる感覚情報が、どのように統合されて、「我々が感じる現在」=主観的な現在が構築されるのか、その仕組みの一端を明らかにした。錯覚にはさまざまな種類がある。フラッシュラグ効果も錯覚の一つで、ある出来事と同時に見えたと“思った”映像が、実際には異なる時刻の映像である錯覚として知られる。今回、この錯覚をヒントに、心理学的逆相関法という手法を用いて、どの時刻の映像が、ある出来事(突然のフラッシュ光やクリック音の出現)と同時だと判断されるのかを計測した。その結果、フラッシュ光と同時に見えたと思った映像の実際の時刻と、フラッシュ光の時刻とのずれは、その映像を脳が処理する時間に依存して、映像の種類ごとに異なることがわかった。一方、視覚と聴覚の情報は直接統合できないため、クリック音と同時だと判断されるのは、映像の種類によらず、音に気付いた時刻(=音の実際の時刻より後)の映像を同時と判断することがわかった。実験によって得たこれらの発見により、身近な錯覚の背後にある、人間が時間を判断する仕組みの一端が明らかになった。この研究成果は、ヒューマンエラーによる事故やトラブルの防止への貢献が期待される。

映像の種類によって同時と判断される時刻が異なることを発見の図

材料開発 2019年4月1日発表

革新的機能性材料開発のためのマルチスケールシミュレーター群を開発-国内産業による材料開発期間の短縮を目指して開発したシミュレーター群を公開-

革新的機能性材料の開発支援技術の中核となるマルチスケールシミュレーター群を開発し、一般に公開する(プロジェクト事務局 シミュレーター公開担当:u2m-sim-ml*aist.go.jp(*を@に変更して送信下さい。))。今回のマルチスケールシミュレーター群は、機能性材料に対する理論や手法に基づく計算シミュレーターの開発、拡張、連携により作成され、有機・高分子系の機能性材料を主な対象とする、九つのマルチスケールシミュレーターから構成される。このマルチスケールシミュレーター群とあわせてAI技術やデータ科学を活用することにより、国内産業の材料開発期間が大幅に短縮されると期待される。

マルチスケールシミュレーションシステムの適用の例

人工知能 2019年4月22日発表

ナノ磁石を用いたリザバー計算の性能を向上-省電力、高集積化可能な小型AIハードウエアの開発を促進-

スピントルク発振素子を用いた物理リザバー計算の短時間記憶容量を向上させた。リカレントニューラルネットワークの一つであるリザバー計算は、学習が素早く人工知能(AI)ハードウエアへと展開する取り組みが注目を集めている。しかし従来の方式では、動作原理や動作温度の観点から小型化が困難であった。一方、産総研はナノメートルサイズの磁石を利用した常温で動作するスピントルク発振素子を用いた物理リザバー計算を提案してきた。物理リザバー計算はネットワーク内部の複雑な計算をモノの運動で代替するもので、素子サイズが小さいため省電力で、高集積化が可能であるが、熱雑音の影響が大きいため計算の信頼性が低いという課題があった。今回、高周波磁界による同期現象を利用してリザバー計算のベンチマークである短時間記憶容量を向上させた。これは計算の信頼性が向上したことに対応する。今回開発した技術による物理リザバー計算によって、常温で動作する小型の高密度AIハードウエアの研究開発が促進されると期待される。

リザバー計算(左)とスピントルク発振素子(右)の概要図

巨大地震による炭素輸送 2019年4月4日発表

膨大な量の有機炭素が巨大地震によって超深海海底に供給されていた-日本海溝を例とした地球表層での炭素輸送における巨大地震の役割の理解-

2011年東北地方太平洋沖地震(以下「2011年東北沖地震」という)に伴って膨大な量の有機炭素が日本海溝の海底に供給されたことを解明した。2011年東北沖地震では、有機物に富んだ表層堆積物が、地震動に伴って水深7 km以深の日本海溝の海底に広く再堆積したことがわかっていた。今回、2012~2016年に取得された海底地形、サブボトムプロファイラーのデータ、堆積物コア試料を用いて、巨大地震により日本海溝の海底に再堆積した堆積物の体積計算を初めて行った。この結果から、2011年東北沖地震によって少なくとも100万トンの有機炭素が海溝底に供給されていたことが明らかになった。これらの結果は超深海では初めての報告例であり、また、2011年東北沖地震が日本海溝での炭素循環や短期的な底生生物活動に与えたインパクトが想像以上に大きいことを示唆する。

日本海溝の小海盆に2011年東北沖地震により再堆積した有機炭素の質量

黒色素材 2019年4月24日発表

全ての光を吸収する究極の暗黒シート-世界初!高い光吸収率と耐久性を併せ持つ黒色素材-

微細な表面構造であらゆる光を吸収する、究極の暗黒シートを開発した。表面を黒色化した材料は、装飾や映像分野などの幅広い用途があり、特に乱反射防止用には、100 %に近い光吸収率の材料が求められている。しかし、99 %以上の光を吸収する従来の材料は耐久性に乏しく、一般環境での利用が困難だった。今回、シリコーンゴムなどの表面に、あらゆる光をとらえて逃がさない光閉じ込め構造を形成することで、柔軟で耐久性にも優れた究極の暗黒シートを製造する技術の開発に成功した。ポイントとなる光閉じ込め構造は、サイクロトロン加速器からのイオンビームの照射と化学エッチングにより、ポリマー表面に微細な円錐状の空洞構造を多数形成することで実現した。これを原盤としてシリコーンゴムに転写作製した暗黒シートは、紫外線~可視光~赤外線の全域で99.5 %以上の光を吸収し、特に熱赤外線に対しては99.9 %以上という世界最高レベルの光吸収率を達成した。これまでにない美しい黒が映える新素材としての活用や、映像のコントラスト向上のほか、サーモグラフィーなどでの熱赤外線の乱反射防止といった応用も期待される。

左は今回開発した暗黒シートの写真、右はその表面の微細な円錐状空洞構造の電子顕微鏡画像

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