人文・社会科学
観光・まちづくり
社会基盤
タイトル一覧
詳細ダイジェスト一覧-
鮮度保持用液状氷の質と量の同時最適化装置
食品の長期鮮度保持のための液状氷最適化装置
単純な熱容量計算で食品用液状氷〔スラリーアイス（塩分含有水氷）又は無塩分水氷〕の必要最小量や、保管用容器の総括伝熱係数（容器放熱量パラメータ）を用いスラリーアイス温度を決定する塩分濃度・水／氷混合比及び貯蔵可能時間を算出する装置を開発した。
-
図 スラリーアイスの温度の実測値と計算値の比較(左上図:キビナゴ、左下図:ハタハタ)とスラリーアイス中の氷量の実測値と計算値の比較(右上図:キビナゴ、右下図:ハタハタ(計算値のみ))
研究の内容
これまで、水産動物の鮮度保持に有用なスラリーアイスの製造量は、貯蔵時間を考慮した計算法が無かったため、多くの場合、過剰な量が製造され使用されてきた。そこで当研究室では、先に記載したように、保管用容器の総括伝熱係数を用いて、その場で迅速に、スラリーアイスの質（塩分濃度や水／氷混合比）と量（貯蔵可能時間）を同時に最適化する装置を開発した。本法は、真水由来の塩分を含まない液状氷の製造にも適用可能なため、水産動物以外の食品（野菜・果物・畜産動物）にも利用でき、現在その発明内容の権利化などに取り組んでいる。
坪内 直人 准教授 Naoto Tsubouchi博士（工学） -
-
食用動物の鮮度と食べ頃の可視化装置『MIRASAL（見らさる）』
安全・安心を実現する食用動物の鮮度と食べ頃の評価装置
我々は、産業技術総合研究所と共同で、致死後の食用動物（水産動物や畜産動物）の任意部位における分解成分の濃度の経時変化をシミュレーション法により求め、鮮度と食べ頃を評価するための可視化装置『MIRASAL』を開発した。
-
図1 開発中の鮮度評価装置の入力画面と計算結果の例
-
図2 開発中のMIRASALウェブサイト
研究の内容
魚介類の産地および消費地における卸売市場では、鮮度が取引価格を決定する1つの重要な基準となっており、その評価指標としてK値が提唱されている。しかし、その値は死後の水産動物の任意の部位をサンプリングし、種々の前処理後に成分分析を行い算出するため、流通現場でのリアルタイム評価（把握）は出来ない。当研究室では、妥当なシミュレーション法による課題解決を考え、上記したような手法を用い、魚介類の種類や大きさ、死後の経過時間や保存温度などの各種情報から、鮮度と食べ頃を評価できる装置を開発し、現在その発明内容の権利化や携帯性の向上（スマートフォン等での利用）などを進めている。本装置『MIRASAL』は、牛肉・鶏肉・豚肉といった畜産動物にも適用可能である。
坪内 直人 准教授 Naoto Tsubouchi博士（工学） -
-
ナノ微粒子を用いる炭素資源由来の窒素の無害化除去
Fuel窒素の事前除去と高温ガス精製へのナノ微粒子の利用
地球環境に調和した炭素資源の高度利用法の原理確立は、次世代に向けて最重要な研究テーマの一つである。本研究では、ナノスケールの金属・金属酸化物微粒子を用い、炭素資源をクリーンエネルギーに効率よく変換できる触媒プロセスの開発を目指している。
-
図 500˚Cでのピリジン分解に
対する褐鉄鉱の触媒性能
研究の内容
炭素資源中の窒素（Fuel-N）は燃焼時にNOxやN2Oとして排出され、また、高温ガス化では主にNH3に変化し後段のガス燃焼時のNOxソースとなる。本研究では、燃焼やガス化の前段の熱分解過程においてFuel-Nを無害なN2に変換する方法の開発に取り組み、イオン交換法で担持したCaイオンは熱分解時にCaOナノ粒子に変化し、N2生成に触媒作用を示すことを見出した。
また、褐炭中に元々含まれるFeイオンや褐鉄鉱中に多く存在するFeOOHは加熱過程で容易に金属鉄ナノ粒子となり、この触媒上でNH3、ピリジン、ピロールの分解反応を行うと、N2が選択的に生成することを見出した。このような含N種は石炭ガス化で生成する粗ガス中に含まれるので、これらの化合物の除去を目的とした新しい高温ガス精製法の開発への展開を図っている。坪内 直人 准教授 Naoto Tsubouchi博士（工学） -
-
撹乱地の生態系復元
自然・人為により撹乱を受けた生態系をファシリテーションすることでエコフレンドリーな復元を図る
ファシリテーションとは、ある植物の定着が他種の侵入定着を促進する現象を指す。噴火・火災・津波・採掘等の大撹乱により壊滅的被害を被った生態系において、そのようなファシリテータを検出し導入することで迅速かつエコフレンドリーな生態系復元を図る。
-
図. 1920年に大規模噴火があった渡島駒ヶ岳においてミネヤナギパッチ内に定着したエゾチドリ。
ミネヤナギは、多くの種の定着を促進するため生態系の多様性を高めることができる。 -
図. 札幌市のスキー場斜面におけるファシリテータであるススキの被度と木本植物密度本数との関係（プロットサイズは4 m2 ）。
木本植物本数は、ススキの定着により増加し、ススキ草地を創出することが植林によらない天然林の誘導には有効である。
研究の内容
大規模撹乱後の生態系復元は急務であることが多いが、撹乱後の劣悪な環境では、なかなか目的とする植物の定着が進まないことが多かった。ファシリテータとは、その種が定着することで他種の定着を促進する効果のある植物種のことを指す。各撹乱地において、ファシリテータを検出し、それらの種を導入することで目的とする種の侵入定着が促進できれば、生態系復元は安価かつ迅速化でき、人為も軽微となるため、エコフレンドリーな生態系復元技術となる。
これまで、サロベツ湿原泥炭採掘跡地ではミカヅキグサが、渡島駒ヶ岳ではミネヤナギが、ファシリテータとして機能していることを明らかとしており、さらに、ファシリテータ導入手法として、微地形改変が有効であることを明らかとしている。露崎 史朗 教授 Shiro Tsuyuzaki理学博士 -
-
大規模火災後の生態系復元機構の解明と応用
地球温暖化の緩和に向けて
北アメリカ北極域では地球温暖化に伴う火災の大規模化が起きている。そのため火災後の生態系回復様式も変化し、新たな切り口での生態系復元機構の解明が急務である。更に、本研究で得た知見を応用し様々な大規模撹乱後の生態系復元手法の開発も必要である。
-
2004年にアラスカで発生したクロトウヒ林大規模火災後の景観(2005年撮影)。従来の火災では、全焼は稀であったが、本火災では有機物層までが焼き尽くされた。そのため、生態系回復様式が変化し、早急な遷移機構の解明と保全・復元手法の開発が課題となる。
-
森林火災がおよぼす主要な生態系機能の変化。短期的には、火災時の直接CO2放出、長期的には光合成低下に伴うCO2吸収の減少と永久凍土層の融解に伴うメタン放出という、地球温暖化への正のフィードバック効果がある。
研究の内容
アラスカのタイガ・ツンドラ帯は、落雷に伴う火災多発地域であるため、火災に順応した生態系回復が見られる。これまでは、強度が低く泥炭を含めた有機物層の全焼には至らない林冠火災が主であった。特に、北向き斜面ではクロトウヒが優占し、林冠火災直後からクロトウヒの散布種子による速やかな森林再生ができた。
しかし、気候変動に伴い火災は強度・頻度ともに増加傾向にある。2004年のアラスカ森林火災は、総焼失面積が四国を上回り、有機物層も焼き尽くされた。そのため、大規模火災後の生態系回復は、林冠火災後とは大きく異なる。特に、種子発芽・成長に有機物層の存在は不可欠であり、有機物蓄積には、母材となるミズゴケの定着促進手法開発が肝要であることが明らかとなった。加えて、ツンドラ帯での火災が生態系に与える影響についても研究を行った。露崎 史朗 教授 Shiro Tsuyuzaki理学博士 -
-
先端研究基盤共用促進事業NMR共用プラットフォーム
先端ＮＭＲファシリティの共用促進プログラム
先端NMRファシリティは北海道地域で最大のNMR施設です。地域産業のみならず、全国の産業界、学術・研究機関などからもご利用いただけます。
研究の内容
北海道大学先端NMRファシリティの運営組織は、大学院先端生命科学研究院・理学研究院がコアとなり、 産学・地域協働推進機構、 創成研究機構グローバルファシリティセンターとも連携して産業界を中心とした新規利用の促進を目指しております。 800MHz溶液NMR・600MHz固体NMRなどの装置群のスペック、利用枠申込等の詳細についてはホームページをご覧いただき、 ぜひとも北海道大学の先端NMRファシリティの共用促進事業をご利用いただけますようよろしくお願い申し上げます。
出村 誠 教授 Makoto Demura薬学博士 -
-
燃焼反応流体シミュレーションの新たな展開
詳細反応機構の適用を可能にする高効率解析手法の提案
数百化学種、数千化学反応オーダーから成る炭化水素系燃料のような大規模詳細反応機構を効率的に熱流体シミュレーションに組込む数値解析技術を提案しています。
-
-
詳細反応機構／流体解析によるヒドラジン同軸噴流火炎解析例
研究の内容
これまでの熱流体（CFD）解析における化学反応現象は、計算負荷や解析技術の欠如から、数個の化学種や反応式から成る総括反応モデルや無限に速い反応を仮定することにより、簡素にモデル化されてきました。一方で、化学反応と流体現象の相互作用が重要となる場合、例えば、自動車エンジンにおける着火タイミングをはじめとした非定常現象予測や超希薄燃焼など極限的な条件では、簡素モデルの適用は困難となります。我々の研究グループでは、CFD解析における詳細反応機構適用の問題点を解決してきました。提案手法は、化学反応方程式の計算時間を大幅に短縮可能な時間積分法（ERENA）と類似化学種をまとめる化学種バンドル法から構成されます。条件に依りますが、従来から使用されてきた手法に対して、精度を維持しつつ、2桁から3桁の高速化を可能にしています。
寺島 洋史 准教授 Hiroshi Terashima博士（工学） -
-
アルミノ珪酸塩によるセシウムの捕捉・難溶性態化
除染廃棄物等に含まれるセシウムの
アルミノ珪酸塩（アルカリ長石）による捕捉焼却底灰中の難溶性態セシウムは、特定の鉱物表面の非晶質相に濃集しており、この鉱物はアルカリ長石であった。この捕捉現象を除染に伴って発生する除去土壌や廃棄物等に利用し、長期の保管においてもセシウムの溶出を抑制する技術の開発を行っている。
研究の内容
焼却底灰中のセシウム（以降Cs）が難溶性であるのは、Csがアルカリ長石の一つである微斜長石表面に形成される非晶質相に強固に捕捉されるためである。純粋な微斜長石に炭酸Csならびに塩化Cs等のCs塩を添加し加熱すると、極めて高い割合でCsが捕捉され、難溶性態化する（図１）。本過程で捕捉されたCsはフッ酸でなければ抽出できない程に強固に固定される。微斜長石を合成するの試薬を用いても同様のCs捕捉が起こる（図２）。そこで本研究では、この微斜長石等（アルミノ珪酸塩）によるCsの捕捉現象を、除去土壌や除染廃棄物の減容化熱処理に伴って生ずるCs濃縮物（Cs高濃度飛灰等）に適用し、最終処分される廃棄体でのCsの移動性を極力低下させる技術を確立することを目指している（図３）。
東條 安匡 准教授 Yasumasa Tojo工学博士 -
-
ラゲールガウス光の時空間制御
光の空間位相を用いた情報多重化
本研究では特徴的な空間位相を持つラゲールガウス（LG）光を用いた情報多重化の基盤技術を構築しました。従来の光情報処理では積極的に利用されてこなかった空間位相に着目することにより、情報容量を増大させることを目的としています。
研究の内容
光による情報処理や伝送･記録･再生はレーザー光の強度や偏光、空間的に均一な位相を用いて行われます。また異なる周波数を用いた多重化により、伝送容量を増大させることができます。これに対して光の空間特性は、これまで積極的に利用されることのなかった未開拓領域です。このような背景のもと、情報処理容量限界を打破するステップとして、ラゲールガウス（LG）光を使った情報多重化やLG光を特徴付ける軌道角運動量（トポロジカルチャージ）を用いた量子情報処理が注目されるようになってきました。本研究では、物質との相互作用を通して、LG光のモード制御や短パルス光を用いた軌道角運動量変換･保存、ファイバによる空間分割多重伝送を実現しました。
戸田 泰則 教授 Yasunori Toda工学博士 -
-
相変化せずに蓄熱する固体蓄熱材
結晶構造の変化により蓄熱する固体蓄熱材
トランス－1,4－ポリブタジエンは、固体の結晶構造の変化により蓄熱する特徴があり、この蓄熱材を用いた蓄熱器には、蓄熱材を入れる容器が不要になります。トランス－1,4－ポリブタジエンを用いた蓄熱器の宇宙実証に世界で初めて成功しました。
-
蓄熱量の測定（DSC 曲線）
-
-
-
表1 蓄熱温度と蓄熱量
研究の内容
超小型衛星の熱設計をしやすくすることを最終目標に、超小型衛星の熱制御に適した熱制御材として、結晶構造の変化により蓄熱する蓄熱材の開発を行っています。
多くの蓄熱材が固相-液相の相変化によって蓄熱しています。微小重力下での液相は、伝熱面との濡れ性が悪いと伝熱面に接触せず、熱伝達が著しく悪くなるという欠点があります。そこで、本研究では、固相-固相の結晶構造の変化により蓄熱するトランス-1,4-ポリブタジエンに注目しています。
開発された蓄熱器は、2014年6月20日に打ち上げられた超小型衛星HODOYOSHI4号機に搭載され、宇宙での性能実証試験が行われてきました。HODOYOSHI4号機のデータを解析したところ、蓄熱器が宇宙空間でも所定の温度で蓄熱・放熱していることが確認されました。戸谷 剛 教授 Tsuyoshi Totani博士（工学）工学研究院 機械・宇宙航空工学部門 宇宙航空システム -
-
コンピュータ・グラフィクスによる映像表現
計算機による知的創造的活動の支援
３次元ＣＧを用いた人間の創造活動の支援を目指しています。ＣＧは飛躍的に発展しましたが、３次元情報の操作は簡単ではなく、創造活動の支援にはいたりません。３次元空間の情報を自由に操作し、簡単にＣＧ映像を作成する仕組みを研究しています。
-
コンピュータグラフィックスだけでなく、画像処理、デジタルファブリケーション、音声処理、ユーザインタフェースなどさまざまな研究を通して、知的創造活動の計算機による支援を行っています。
研究の内容
ＣＧによって映像製作を行うためには、形状・カメラ・照明・材質などに関する膨大なパラメータを人間が用意しなければなりません。そして、目的の結果を得るためには、それらのパラメータを試行錯誤的に調整しなければなりません。加えて、精密な映像を作成するためには、長い計算時間が必要です。これでは、ＣＧを使って創造的な活動を行うことはできません。そこで、本研究は、これらの問題を解決する方法の開発を行っています。パラメータ調整に関しては、逆問題アプローチを導入し、計算時間に関しては、並列計算を導入した高速計算手法の開発を行っています。さらに、これらの考え方を３Ｄプリンタを用いたデジタルファブリケーションへと応用しています。さらに、ユーザの意図をより直感的に反映するための新しいユーザインタフェースの開発にも取り組んでいます。
土橋 宜典 教授 Yoshinori Dobashi工学博士 -
-
タンパク質代謝低下による新しい老化モデル
加齢により様々な代謝の変化が生じます。いわゆる「代謝が低下」した状態は老化や生活習慣病、老化関連疾患の発症リスクを高めます。タンパク質代謝の低下により老化を示すマウスモデルを開発しました。
研究の内容
細胞内タンパク質の分解に働くプロテアソームは種を越えて細胞に発現し、生体機能の維持に重要です。老齢個体ではプロテアソーム活性が低下し、加齢によるプロテアソームの機能低下が老化や老化関連疾患の発症に関与します。本研究ではプロテアソーム活性が低下し、老化をきたすマウスモデルを作製致しました。本モデルに高脂肪食を負荷すると脂肪肝が増悪し、タバコ煙を負荷すると肺疾患をきたします。本モデルを応用することで、様々なヒト疾患の原因となるタンパク質の異常、ターゲット分子が解明できます。
外丸 詩野 准教授 Utano Tomaru医学博士 -
-
低消費電力型トンネルトランジスタ
新しい半導体界面で次世代省エネ素子実現へ
本研究では、髪の毛の数千分の1の大きさの非常に小さなナノワイヤで形成される、新しい半導体固相界面をスイッチ素子に応用することで、これまでにない低消費電力型FET・トンネルFETを提案・実現しました。
-
III-V/Si固相界面による縦型トンネルHEMT素子の開発
(a)選択成長技術によるシリコン基板上のIII-Vナノワイヤアレイ、(b)変調ドープ型コアマルチシェルナノワイヤの模式図と作製結果の断面TEM像、(c) Si/InGaAsナノワイヤ界面のTEM像、(d) 歪マッピング、(e) 縦型トンネルHEMT素子構造
研究の内容
スマートフォンやパソコンの頭脳となるマイクロプロセッサ・半導体集積回路は、基本素子となる電界効果トランジスタ(FET)を小さくし、現在では、およそ20-30億個のFETを敷き詰めることで、高性能化を実現しています。高性能化の一方で、このFETの消費電力の急増が深刻な問題となっています。これは、FETのスイッチング性能(サブスレッショルド係数)に物理的な限界(60 mV/桁)があるためです。今後、抜本的な省エネルギー化を実現するためには、FETの物理限界を突破できる新しいスイッチ素子とその実用化が必要です。本研究では、これまでにない低消費電力型トンネルFETを提案・実現しました。
冨岡 克広 准教授 Katsuhiro Tomioka博士（工学） -
-
量子暗号鍵配付装置の安全性保証技術
究極の暗号の安全性を実験的に保証する
量子暗号鍵配付を用いることで将来いかに技術が進歩しても高度な秘匿性を保つ暗号鍵を光通信により共有できます。本研究は、量子暗号の実用化に向け、実際に作られた装置で安全性を実験的に保証するための技術を提供します。
-
（量子暗号鍵配付装置の構成と安全性保証のためのチェック項目）
-
（実際の量子暗号鍵配付装置）
研究の内容
量子暗号鍵配付は原理実証の段階をクリアし、実用化を意識した研究が進められています。究極の秘匿通信を実現する技術として、世界各地で実証実験を含む研究が進められています。当研究室では理論的な部分と実装に関わる部分を同時に研究しています。現実世界では理論通りにいかないことが多く、仮説と実験結果とのズレが生じることが多々ありますが、そのズレの影響を評価し、現実の装置で作られる暗号鍵の安全性を定量的に保証することを目指しています。そのため、理論的な研究と実際の装置開発を橋渡しする形で実証研究を行っています。この研究によって量子的な装置を測定、評価して現実化することが可能になり、将来の量子ネットワークの実現に寄与できるものと考えています。
富田 章久 教授 Akihisa Tomita博士（工学） -
-
EUVプラズマの診断や制御のための計測技術
EUVプラズマの電子密度や電子温度をレーザーを用いて詳細に計測および制御する技術。
-
EUV光源のプラズマ構造を計測可能なシステム
開発。EUV光出力を、プラズマの電子状態から初めて説明可能とした。密度の中空様構造の発見。 -
EUV光源のプラズマ構造を計測するためのシステム
原理。光（レーザー）を用いた散乱計測である。 -
EUV光源からの光出力を、発光の根源である電子状態まで遡って説明可能とした。
-
電子状態はプラズマ応用の基礎であるが、測定が困難であり、電子状態まで立ち返った現象理解や改良はなかなか行われない。EUV光源以外にも、電子計測に基づいた様々なプラズマ応用の研究を展開している。
研究の内容
EUVプラズマ及び軟X線プラズマは、容易に大光量を達成でき、半導体露光や材料診断に用いられている。一方でその最適化（波長選択性や高効率化）のためには、プラズマの電子状態（電子密度や電子温度）の制御が必要であるが、その計測は従来技術では達成されておらず、電子状態はなかばブラックボックスであった。本技術の特徴は、独自の分光システムを用いたレーザー散乱計測（トムソン散乱法）により、EUVプラズマの詳細な電子密度・温度の計測を可能とした点である。これにより、プラズマが光を発するメカニズムの根源である電子状態を把握した光源開発を可能としている。
富田 健太郎 准教授 Kentaro Tomita博士（工学） -
