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最近の研究成果

電池材料 2018年9月20日発表

4 V級カリウムイオン電池用酸化物正極材料を開発-資源が豊富なカリウムを用いた新しい“低コスト”蓄電池の実現に貢献-

次世代の蓄電池であるカリウムイオン電池用の4 V級酸化物正極材料を開発した。カリウムイオン電池は、資源的に豊富で低コストが期待されるカリウムを用いるという利点から、リチウムイオン電池に続く次世代蓄電池技術として研究開発されている。現在までカリウムイオン電池用正極材料の作動電位は、プルシアンブルー系で4 V(vs. K+/K)が達成されているが、熱安定性に優れ、より信頼性の高い酸化物材料では3 V程度にとどまり、高い作動電位を示す新しい酸化物材料が求められていた。今回、結晶構造解析と理論計算によって候補化合物を選定して、リチウムイオン電池用正極材料の層状酸化物系材料と同様の4 V程度の作動電位を示す複合酸化物群を開発した。開発した酸化物群は、結晶中にハニカム型の層状構造を持ち、この層がカリウムイオンを高速かつ二次元に拡散させる経路となっている。カリウムイオン電池はまだ基礎研究段階で実用化には時間がかかるが、今回開発した材料は大きな進歩につながると期待される。

合成した材料の一例(左)とカリウムイオン電池の原理図(右)

木質バイオマス 2018年10月2日発表

リグニンのない木質を形成?!-植物の二次細胞壁を一次細胞壁に置き換えることに成功-

新しく同定した一次細胞壁形成を制御する遺伝子を使い、従来の木質(二次細胞壁)のかわりにリグニンがなく極めて酵素糖化性の高い細胞壁を高蓄積させることに成功した。植物の細胞壁は、どの細胞にも普遍的な一次細胞壁と、強度を必要とする細胞(道管や繊維細胞)に蓄積する二次細胞壁(木質)に大別できる。二次細胞壁に多く含まれるリグニンはバイオマス分解を阻害し、燃料や物質生産の障害となる。今回、リグニンを含まない一次細胞壁の形成を制御する遺伝子としてERF転写因子群を発見した。これを、二次細胞壁を形成しないシロイヌナズナ変異体に導入することで、リグニンがなく酵素糖化性の高い一次細胞壁に似た細胞壁を繊維細胞に高蓄積させることに成功した。今回発見した転写因子を利用した木質改変植物の開発により、木質バイオマスを利用する工程で必要なエネルギーや化学薬品を減らすことができ、二酸化炭素排出削減への貢献が期待される。さらに今回発見した遺伝子の機能解析を進めることで、いまだ多くが解明されていない植物の一次細胞壁の形成機構が明らかになり、植物の「植物らしさ」を解明することにつながると期待される。

シロイヌナズナと細胞壁の顕微鏡像図

ヒューマノイドロボット 2018年9月27日発表

人間と同じ重労働が可能な人間型ロボット試作機HRP-5Pを開発-建築現場や航空機・船舶など大型構造物組立での実用化を目指す-

人間の重労働作業や危険な環境での作業を自律的に代替することを目指した人間型ロボットの試作機HRP-5Pを開発した。HRP-5PはHRPシリーズの技術を継承しながら最新のハードウエア技術を活用した身長182 cm、体重101 kgの人間型ロボットで、HRPシリーズ最高の身体能力を備える。これに環境計測・物体認識技術、全身動作計画・制御技術、タスク記述・実行管理技術、高信頼システム化技術からなるロボット知能を搭載することで、建築現場での代表的な重労働作業である石膏ボード施工の自律的な遂行を実現した。HRP-5Pを産学連携の開発プラットフォームとして活用することにより、建築現場や航空機・船舶などの大型構造物組立での人間型ロボットの実用化に向けた研究開発が加速することが期待される。

HRP-5Pの外観(左)と約13 kgのパネル搬送(右)の写真

カーボンナノチューブプローブ 2018年10月11日発表

カーボンナノチューブで褐色脂肪組織内の異常を細胞レベルで検出-腫瘍や臓器・組織の治療研究への貢献に期待-

リン脂質ポリエチレングリコール(PLPEG)で表面を被覆した単層カーボンナノチューブ(SWCNT)を近赤外蛍光(NIRF)プローブとして用いて、マウス全身のNIRF造影と今回開発したNIRF顕微鏡による組織観察を行った。その結果、絶食させたマウスではSWCNTが褐色脂肪組織(BAT)に集積する現象を発見した。また、それが、BATの血管壁透過性が亢進してSWCNTが血管外に漏出するためということを見出した。SWCNTのNIRFを利用したマウス全身造影とNIRF顕微鏡による細胞レベルでの組織観察は、臓器・組織の異常発見とその機序解明に役立ち、薬剤や治療法の開発への貢献が期待される。

PLPEGで被覆したSWCNTを尾静脈に投与したマウスの(a、b)BAT部分のNIRF造影像と(c)絶食マウスのBATのNIRF顕微鏡像の図

人工知能 2018年10月10日発表

AIによる土石流検知センサーシステム-安価なセンサーの複数配置で真の土石流だけを検知-

AI(人工知能)による次世代型の土石流検知センサーシステムを開発した。このシステムは、汎用部品を用いた安価なセンサーを土石流が発生する地域に複数、面的に配置して、それらセンサーからの振動波形をAIによって解析して真の土石流だけを検知できる。今回、土石流が頻発する桜島で、2017年に約一か月間、複数のセンサーの振動データを収集して学習データを生成し、その学習データから土石流判定AIソフトウエアを開発した。このソフトウエアに対して、桜島の実データで交差検証を行ったところ、誤検知なしで全ての土石流を検知できる見込みを得た。従来手法では誤警報が約95 %にも達しており、AIを用いた今回開発したシステムの有用性を確認できた。

AIによる土石流検知センサーシステムの概略図 の図

富士山 2018年10月10日発表

湖底堆積物から探る富士山の噴火史-本栖湖に残されていた未知の噴火の発見-

国際共同研究「QuakeRecNankaiプロジェクト」(代表機関:ゲント大学、日本側パートナー機関:東京大学・産業技術総合研究所)で行われた富士五湖での科学掘削により本栖湖で初めて得られた4 mの連続コア試料を、詳細に分析・年代測定しました。それにより、過去8000年間に本栖湖に火山灰をもたらした富士山の噴火史を復元しました。欠落のないコア試料で堆積年代を細かく調べることで、噴火の詳しい時期の特定、陸上で得られている火山灰の分布の見直しを行うことができ、未知の2回の噴火の発見がありました。富士山は噴火した場合の社会的影響が非常に危惧される火山であることから、本研究は、将来の噴火や災害の予測をする上で重要な成果となるものです。

コア試料(左から、スケッチ、写真、ソフトX線写真)と年代モデル図

時間の定義 2018年9月21日発表

長期間運転可能なイッテルビウム光格子時計の開発-新しい「秒」の定義の有力候補の一つとして、国際的な標準時の精度向上に期待-

長期運転できるイッテルビウム光格子時計を開発した。今回、時計の動作に必要な全てのレーザー光源を光周波数コムで制御する、新しい制御システムを構築することで、イッテルビウム光格子時計の安定した動作を実現した。数カ月の実験期間内において1回3時間以上の運転を定期的に行い、積算運転時間は60時間以上となった。これまで他機関のストロンチウム光格子時計で長期運転が実現されていたが、イッテルビウムにおいても実現可能であることを示した。この光格子時計とマイクロ波を用いた従来の原子時計を定期的に比較することで、国際原子時の精度向上への貢献が現実的になった。さらに、この安定動作可能な光格子時計を用いることで、時計としての誤差要因を詳細に評価することが可能になり、時計の精度が9000万年に対して1秒程度の誤差に相当することを確認した。開発したイッテルビウム光格子時計により、将来の国際原子時の精度向上への貢献が期待される。

イッテルビウム光格子時計の図

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