北海道大学 研究シーズ集

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「システム」の検索結果:98件

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  • NEW マレック病モデルを基盤とした鶏T細胞応答解析と家禽疾病予防戦略への展開

    鶏の感染症制御に向け、マレック病をモデルとした高度な免疫学的解析により、ワクチンの作用機序や病原性の要因特定に取り組んでいます。この手法は他感染症や資材の効果判定にも応用可能で、科学的根拠に基づいた次世代の予防・飼養管理戦略を支援します。

    研究の内容

    鶏はファブリキウス嚢でのB細胞分化や末梢血中への高いγδT細胞の分布など、哺乳類とは異なる免疫システムを保持しています。本研究ではマレック病をモデルとし、強毒株やワクチン株に感染した鶏のCD4/CD8/γδ各T細胞分画の動態や活性を評価するなどの免疫学的解析手法により、現行ワクチンの作用機序や野外株の病原性の差を生じさせる免疫学的要因の解明を進めています。本アプローチは、従来知見を補完する高度なエビデンス構築を可能にするだけでなく、他感染症の応答解明やワクチン等の資材における効果判定にも広く応用可能です。鳥類免疫の専門的知見と解析技術を提供することで、多様な鶏の感染症予防戦略や飼養管理向上の基盤構築への貢献を目指しています。

    村田 史郎 准教授 Shiro Murata
    博士(獣医学)
  • 「すごそうな英語」 よりも 「伝わる英語」 の習得と教育のために

    様々な言語の話者が英語でコミュニケーションを行っている現代において重要なのは「母語話者のような英語」よりも実際に相手に「伝わる英語」だと言われています。私は音声言語を中心に英語の「伝わりやすさ」に影響を与える特性について研究しています。

    • 分析対象の音声
      agree の <V> は日本語の音節構造の影響で不要な位置 (子音 /gr/ の間) に母音が発音されていることを示す

    • 様々な言語の母語話者 (いずれも言語学もしくは英語教育の知識を有する) による日本人英語音声の評定値の多重相関分析
      EN: 英語母語話者 / JP: 日本語母語話者 / OT: その他の言語の母語話者
      母語が一致する評定者間 (英語ー英語 / 日本語ー日本語) の評定値の一致度が高い傾向があるが、それに関わらずに総じて評定値の一致度が高い

    研究の内容

    近年の英語習得研究においては特に音声言語において「母語話者らしさ(nativelikeness)」と「伝わりやすさ(intelligibility)」が区別され、それぞれが異なる要素の影響を受けていると言われています。恐らく言語一般的に母語話者らしさに影響を与えるのは当該言語の方言差が生じる部分で、英語の発音では母音の違い(route: 英/ru:t/ 米/raʊt/)、日本語の発音ではピッチアクセントの違い (牡蠣 vs 柿)) がこれに相当します。一方で国際コミュニケーションのためには 「伝わりやすさ」 の向上が重要であることは学界の共通認識であるものの、その要因となる特性については更なる研究が必要な状況です。本研究では様々な母語の話者による日本人英語音声の評価とその音声特性との相関を分析しました。

    小西 隆之 准教授 Takayuki KONISHI
    博士 (国際コミュニケーション)
  • 台風強度及び豪雨の発達予測システム

    雷放電計測から数時間先の豪雨と数日先の台風発達を予測

    都市部でのゲリラ豪雨や大規模な台風は甚大な災害を引き起こす。災害を防ぐためには発達度をいち早く予測することが重要である。本研究は、局所発達する雷雲や台風勢力圏内で発生する雷放電活動から、数時間先の豪雨や1-2日先の台風強度を直前予測する。

    • V-POTEKA Network

    • 2019年台風13号の予測結果
      (黒線:雷数、赤線:風速、青線:気圧)

    研究の内容

    本研究は、雷放電から放射される1-50 kHz VLF帯電磁波動を複数拠点で同時観測し、都市部で発達する雷雲や、台風を構成する積乱雲における雷活動を準リアルタイムで監視することで、数時間先の豪雨や1-2日先の台風強度がどのように発達するかを簡便に直前予測する手法を提供する。豪雨や台風の規模予測に従来用いられている複雑で専門的な数値気象モデルとは一線を画し、雷放電数や放電規模といった雷活動の指標を用いることで、数時間から数日先までの強度発達を正確かつ簡易に予測可能とする。
    日本を含むアジア域の雷活動を監視するため、雷放電が放射する1-50 kHz VLF帯電磁波動の観測システム(V-POTEKA)を25拠点に設置している。そこで得たデータから雷発生時刻・位置・放電規模を準リアルタイムに推定している。

  • 北海道雑草種のDNAバーコーディングと群集評価技術への応用

    ・次世代シークエンサーにより集草サンプルから雑草群集を簡易的に評価
    ・雑草分布状況の大規模調査に最適

    雑草管理を効率的に行うためには、その発生や分布パターンを把握する必要がある。本チームでは、北海道の主要雑草種についてDNAデータベースを構築し、次世代シークエンサーを用いた新しい雑草群集の評価法の確立を目指しています。

    研究の内容

    札幌・帯広から収集した主要雑草種(約50種)から全DNAを抽出し、葉緑体DNAにある可変性領域の塩基配列データベースを構築し、北海道の主要雑草種の識別に有効なPCRプライマーセットを設計した。圃場より収集した雑草の混合サンプルから抽出したDNAを識別プライマーによりPCRで増幅した後、MiSeq(イルミナ社)により塩基配列を読み取り、データベースと照合することにより、サンプル内の雑草種を同定する手法を確立した。また、各DNA断片のカウントデータから、集草内の各種雑草のバイオマス比の推定も可能である。

  • ライフサイクルアセスメントによる陸上養殖施設の環境影響評価

    環境負荷(CO2等)排出量を評価して環境に配慮した持続可能な養殖業を目指す

    世界的に養殖生産量が急速に増加に伴い、養殖によって排出される環境負荷が懸念されている。環境負荷の排出量を評価する手法であるライフサイクルアセスメント(LCA)を用いて、陸上養殖施設のシステム全体で排出される環境負荷を評価した。

    研究の内容

    ライフサイクルアセスメント(Life Cycle Assessment; LCA):ある製品、サービスにおいて、製造から消費に排出される環境負荷要因(CO2やNOxなど)を評価する手法
    初めて国内で陸上養殖施設を対象としてLCA分析を行い、排出される環境負荷を定量的に明らかにした。

    まとめ
    ・陸上養殖施設では、CO2排出は70%近くが電力由来
    ・一般的な給餌型の養殖よりも給餌量が少ないため、餌による環境負荷排出は非常に少ない給餌、給水等、各要素が環境に与える影響を明らかにした。各要素の改善によって、環境に配慮した持続可能な養殖業に寄与できる

  • 給餌効率の向上を目的とした画像認識技術によるウニの行動モニタリング

    おなかをすかしたウニをさがせ

    キタムラサキウニの行動を追跡し、索餌行動の存在について調査した。画像認識技術を用いたウニの位置推定手法を構築し、飽和給餌・無給餌個体の行動の違いから、索餌行動を検出できる可能性を示唆した。

    研究の内容

    1.画像認識技術で画像上のウニを高い確度で検出した。ウニの探索には本手法が有効と分かった。算出された重心には、ばらつきが見られた。追尾のための位置推定精度の向上を目指したい。

    2.索餌行動の有無を確認するために、絶食個体と飽食個体の行動を比較したところ、餌の浸漬による刺激で絶食個体の移動頻度が増加する傾向がみられた。無給餌期間と索餌行動発現の関係と、索餌行動発現の仕組みが分かれば給餌方法のノウハウとして利用出来る可能性がある。

  • 乳牛の飼養方法と生産される乳の品質

    日本全国、乳牛は様々な方法で飼養されていますが、牛乳の品質(成分的、衛生的、官能的)との関連は、明確ではありません。
    実際の酪農現場で生産された乳を解析し、乳牛の飼養方法と生産される乳の品質との関連を明らかにしています。

    研究の内容

    「乳牛の飼養方法と生乳の成分的品質との関連」
    乳牛の飼養方法は日本各地で異なり、特に北海道では気候条件などの違いにより明確に異なります。
    北海道の各地域における飼養タイプの違い(畑作型、草地型、都市近郊型)と各酪農家で生産された生乳の成分、特に乳製品の品質と関連が強い脂肪酸組成やビタミン、カロテノイドとの関連を検討しています。

    「乳牛の飼養方法と牛乳の官能的品質との関連」
    乳牛の飼養方法の違いと生乳の成分的品質との間には関連性が強いことが分かってきました。
    しかし、ヒトが実際に飲んで感じるおいしさ(味、香り、食感)との関連は明確でありません。
    そこで、乳牛の飼養方法、生乳の成分的品質、牛乳の官能的品質、これら3者間の関連を検討しています。

  • 群飼育下の乳用雌哺育牛から体調不良個体を早期検出するリアルタイムモニタリング技術の開発

    生涯生産性を高める哺育・育成からのスマート酪農を目指す

    わが国の生乳生産の安定化のためには、哺育牛の損耗低減が必要である。本研究は、哺育牛群の体温、行動、容姿の常時全頭モニタリングによって体調不良個体を早期検出する技術を開発する。

    研究の内容

    ①群飼育哺育牛の健康状態指標の全頭同時リアルタイムモニタリング技術の開発
    哺育牛の行動型、体温、容姿を牛房内の哺育牛全頭について同時に常時モニタリングする機器技術および解析技術を開発する

    ②群飼育哺育牛の中から体調不良個体を早期検出する技術の開発
    哺育牛の行動型、体温および容姿の全頭同時モニタリングデータから人工知能によって体調不良個体を検出する技術を開発する

  • 栄養素を循環させる農業を多面的に達成する

    環境にやさしい農業、を、もっと身近に、もっとやりやすく

    牛は食べた栄養素の八割近くを糞尿にしてしまう。それを土に撒き、草が伸び、牛が食べ栄養素はリサイクルされる。しかし土は保持できない栄養素を環境中へ排出する。これら目に見えにくい循環を理解し是正していく。

    研究の内容

    農業に由来する環境負荷、例えば水質悪化や温室効果ガス排出は近年大きな問題となっています。これらを是正するには、多面的な研究が必要です。例えば土壌中に保持される栄養素を理解するには微生物学的知識が必要ですし、作物生育のムラなどが起きていることを判別するには画像解析技術などが役立ちます。また、農業が環境負荷を引き起こす原因を根本的に理解するには、農業現場でどのような人がどう利益を得ているのかを理解する必要があります。環境生命地球化学研究室では、「微生物学」、「衛星画像解析」、「農家データ解析」を大きな三本の柱としながら、農場内で、地域で、栄養素を確実に循環させ、環境負荷を極限まで減らした農業体系の確立を目指しています。

  • 有機性排水浄化のためのハイブリッド伏流式人工湿地

    畜産排水などの有機性排水を、低コストで効率よく持続的に浄化するシステムです。
    高濃度汚水を対象に、寒冷地での実用化を実現しました。世界でもトップクラスの能力です。

    研究の内容

    伏流式人工湿地はヨシ等を植えた砂利や砂の層で汚水をろ過して浄化する方法です。
    伏流式には汚水を表面から散布して上から下へ流す好気的な鉛直流式と、浅い地下水としてゆっくり水平方向に流す嫌気的な水平流式があり、それらを組合せたハイブリッド式は特に窒素浄化能力に優れています。
    ヨシなどの植生は、表面の目詰まりを軽減し、人工湿地内の生態系を支えて浄化能力を高めています。

  • 低酸素水耕システムや過湿ポット栽培を利用した作物耐湿性の簡易サーベイ法

    短期間、幼植物を特別な環境で育てることで、耐湿性に優れた優良な育種母本や品種を探します

    一般的に湿害は作物収量や商品価値を著しく損なわせ、特に耐湿性の弱い品目を水はけの悪い畑で栽培するとその被害は甚大となります。本研究では簡易な栽培装置を用いて、短期間で作物の耐湿性サーベイが可能な手法を考案しました。

    研究の内容

    作物苗をポット栽培し、生育途中の5-10日間に、根域過湿条件になるようビニルで細工し、作物のバイオマス変化を追います。これにより、湿害が起き得る過湿期間や、湿害が起きやすい生育段階の割り出し、同品目内の耐湿性の品種間差をサーベイできます。
    ブロッコリーや加工用トマトで有効な手法でした。
    また、幼植物体を短期間、水耕溶液中に窒素をローディングして酸素分圧が低い状態とした水耕栽培システムで育成し、溶存酸素量が豊富な対照区と比べて根系のデザイン(長さ・太さ・分岐数など)やバイオマス量がどのように変化しているのかを調査します。これにより、根域低酸素耐性を有する品種を簡易にサーベイする試みです。ダイズの場合、従来言われている「耐湿性」とこの「根域低酸素耐性」には密接な関係性が示唆されます。

  • 超低価格のオンサイト検査システムの開発

    どこでも誰でも検査が可能な検査チップ

    どこでも誰でも検査が可能な検査チップの開発を行っています。紙を基材にすることで、材料コストだけでなく、廃棄コストも低減することができます。検出器にスマートフォンを利用することで、超低価格のオンサイト検査システムが実現できます。

    研究の内容

    ・検査チップとアプリを開発中
    紙製検査チップとスマートフォンで簡便ながら精度良い分析が可能

    ・紙製検査チップ(ペーパーマイクロチップ)
    軽量・薄型の検査チップ
    スマホが測定器だから導入費はゼロ
    熟練がいらない簡単な操作
    スマホアプリが高精度で検査
    検査後の処分も簡単

  • 無機-バイオ界面に着目した新規材料作製

    シリカ合成酵素、バイオミネラル、無機-有機複合材料、自己修復材料

    我々は生物が創り出す鉱物(バイオミネラル)に着目し、それを人工的に模倣した無機材料作製技術を開発しています。また、無機物とバイオ分子の界面に形成される親和力を利用した新たな金属分離技術および吸着・接着技術についても取り組んでいます。

    研究の内容

    1.シリカ合成酵素を用いた新規ハイブリッド材料作製
    シリカは酵素によって合成されており、シリカ合成酵素はシリカテインと呼ばれています。シリカテインを用いることで、常温・中性pHという温和な条件下でシリカの重合を行うことが可能なため、バイオハイブリッド材料の作製ツールとして利用できると思われます。我々は、タンパク質融合技術により、シリカテインを可溶化した状態で長期間安定に存在させることに成功し、様々な複合材料の作製のツールとして用いています。
    2.バイオ界面に着目した新たな金属分離技術と固体吸着技術の開発
    生物は様々な力(相互作用)を用いて、固体表面に接着しています。我々はその力をうまく利用することで、紙(セルロース)を用いた金属イオン捕集技術や、特定の金属だけに吸着・接着する技術の開発を行っています。

  • 道産ダケカンバ製硬式野球バットの打撃性能評価

    道総研林産試験場(旭川)の試作した道産ダケカンバ硬式バットの品質を広くアピールし消費市場を獲得するために、工学的な数値評価を確立して材質の異なるバットの性能を差別化し、従来材料と合わせてカンバ材バットを消費者の選択肢として提供する。

    研究の内容

    (解決すべき課題) かつて野球バットの木材は、道産アオダモがシェアの大半を占めていたが、現在は資源が枯渇し、北米産メイプルの輸入に依存した結果、国内バット製造業が衰退傾向に陥った。

    (方法) 国産材バットの普及を目指し、ダケカンバ製バットの用具としての機能を工学的に数値化して外材のパーチ、メイプル、アッシュなどと差別化する。選手のバット素材の選択肢を拡げ、選択のための判断基準を提供し、市場を活性化する。

    (意義) バットの消費で安定した流通量を確保し、アオダモ等、その他の樹種と合わせて計画的な植林と伐採サイクルを確立し、林業と地元製材・加工業の持続可能な活性化を図る。森林再生により二酸化炭素吸収と炭素固定を増進し、我が国のpostコロナ社会の優先課題であるグリーン成長戦略に役立ちたい。

  • 植物の繊維構造・特異な形態が生み出す構造・材料力学的機能評価とプラントミメティック構造材の創製

    「植物の智恵」から学ぶ新しいデザインとものづくり

    竹を始めとする維管束植物や、様々な植物の構造形態の力学的合理性をサイエンスの視点で実証するとともに、その構造形態を模倣することにより、既存の材料性能を凌駕する新しい構造材のデザインを目指しています。

    研究の内容

    ◆構造・材料力学理論と有限要素解析により、理論的なアプローチで植物の形態を捉えます。
    ◆例えば、以下の写真に示す竹は節と断面内維管束分布が特徴的ですが、これらには自身の体を最小材料で効率的に支える秘密があることが本研究室の研究で明らかとされています。このことは、繊維量を減らし機能を高めるCFRP材料の設計に応用できる「竹が教えてくれる智恵」であるといえます。※本研究により、文部科学省より「科学技術への顕著な貢献2019(ナイスステップな研究者)」に選定されています。
    ◆さらに、断面形状が非円形の植物など、特徴的な形状には力学的な利点が潜んでいます。
    このような進化の過程で植物が生存戦略の一環として獲得してきた形状の合理性を暴き、付加価値を有するものづくりに生かすデザイン研究を行っています。

  • 食品付加価値を高める超音波ドップラー検査技術

    医療用の超音波エコーや超音波ドップラーによる画像診断機器を身近な対象物に使えるようにポータブル化しました。スーツケース1個で持ち運び、現場ですぐに使えます。農作物の非破壊診断、連続食品加工におけるライン上での品質管理を可能にします。

    研究の内容

    ・農学部と工学部の共同開発で、トマト、キウイなどの果物や野菜の表皮硬度・内部熟度を3秒で可視化する方法を完成させました。
    ・カレー、ゼリー、ヨーグルト、チョコレートなど環境や温度で変化する様々な食品の粘度を、円筒に入れて回すだけですぐに計測できる技術を作りました。
    ・大きめの固体粒子が分散するゼリー状の粘弾性液体がせん断を受けるときの粘性応力と弾性応力を計測、複雑レオロジー混相流体にも適用可能に。
    ・市販のトルク式レオメータでは計測できない変形履歴応力をもつ物質(メモリー効果物質、チクソトロピ物質)の内部流動の特異性を抽出することに成功。

  • 稲わら等農業未利用残渣のエネルギーサプライチェーン

    稲わらなどの農業未利用残渣を利用形態に応じた燃料に変換し供給するシステム構築

    燃料利用するのが困難であった稲わらなどの農業残渣を、保管・運搬・エネルギー利用に適した形態へ変換する“半炭化技術”の開発を行いました。燃焼時のクリンカ軽減およびPMの排出抑制に寄与します。

    研究の内容

    ・稲わらペレット製造技術(木質と稲わら混合ペレット含む)
    ・半炭化(トレファクション)による燃料品質の向上と利用用途拡大(発熱量UP、微粉化可能、火力発電所及び木質バイオマス発電所での混焼)
    ・サプライチェーン設計とコスト最適化

    石井 一英 教授 Kazuei Ishii
    博士(工学)
  • 超音波流速分布計測による新しいレオメータ

    様々な分野にブレークスルーをもたらす流動物性の新たな基盤計測技術

    超音波流速分布計測と運動方程式の逆解析を用いた新しいレオメータです。食品など混相体の流動物性を瞬時に評価可能です。検査において従来法の死角を補うだけでは無く、生産ラインの状態・品質管理まで応用可能な技術です。

    研究の内容

    液体に与えられた変形は、粘性や粘弾性など、局所の運動物性を反映して伝播します。新たに開発したレオメータでは、理想的な状態で与えられた変形を、超音波による速度分布計測から求め、それを液体の運動を記述する方程式で逆解析することで、瞬時・局所の物性を評価します。対象の液体が固体や他の液体、気体の分散相を含む場合にも適用可能であり、また瞬時の粘度曲線を計測可能であることから、化学反応や温度による状態変化などによる物性の経時変化を計測できます。円管内流れへの応用では、管内を流れる液体の流動物性を、試料を取り出すこと無くインラインかつ非侵襲でリアルタイムに評価できます。

  • 銀系化合物を用いる水素の活性化と接触合成反応

    高活性水素イオンの生成触媒の開発とCO2メタネーション反応への利用

    Gin De Ride(銀-Derived Hydride, GDR)は、当研究室が発見した銀系化合物から生成する高活性水素イオンで、一部を低温燃焼させることで熱を供給し、余剰GDRは例えばCH4合成に利用することで、反応が効率化できる。

    • 図1 GDR*生成触媒のイメージ図
      *GDR, Gin De Ride(銀-Derived Hydride)

    • 図2 GDR生成触媒を混合したニッケルアルミナ触媒の二酸化炭素メタネーション活性の例(上は反応器出口ガス濃度、下は熱電対温度)

    研究の内容

     水素の自然発火温度は525℃前後と高く、低温で燃焼させるためには、高活性水素を製造可能な触媒の利用が不可欠である。これまでパラジウムや白金系触媒が用いられているが、供給面や価格面などの不安を抱えている。
     当研究室では、従来の触媒に比べ供給面や価格面で有利な触媒の研究に取り組み、その結果、高活性な水素イオンを生成可能な銀系化合物を発見した。本触媒は、水素を供給すると高い活性を持つ水素イオン“Gin De Ride(銀-Derived Hydride, GDR)”を与えるため、まず低温で水素と酸素を同時供給することにより生成GDRを燃焼させ、次いで発生熱と余剰GDRを利用すれば各種合成反応を効率的に行うことが出来る。
     現在、CO2メタネーション用の触媒との複合化により、低温で反応が進行することを見出している。

  • リンの高効率かつ高選択的な分離回収技術

    リン鉱石の輸入依存脱却が可能な二次リン資源からのリンの分離回収

    「炭素化(もしくは炭素添加)」と「塩素化」を共通工程とした二次リン資源(製鋼スラグ、鶏糞、下水処理後のHAP・MAP、下水汚泥、下水汚泥焼却灰など)中のリンの非常にシンプルな高効率・高選択的分離回収技術を開発した。

    • 図1 製鋼スラグでの再資源化の例

    • 図2 下水汚泥焼却灰での再資源化の例

    研究の内容

    リンは生命体の必須元素で、さらに、化学肥料や工業製品などの原料として広く使われているが、近年、リン鉱石の低品位化と枯渇が現実味を帯び始め、資源の確保が焦眉の課題となっている。一方、日本のリンのマテリアルフローに従うと、輸入リン鉱石の3.4倍、全持込リン量の半分以上が鉄鋼スラグ、家畜糞、下水汚泥中に移行する。そのため、これらの二次リン資源の再資源化技術の開発は重要である。そこで当研究室では、鶏糞や下水汚泥の炭化物の塩素処理によりリン回収を阻害する鉄を分離し、次いで、元々存在する炭素による還元反応でリンのみを選択的に回収する非常にシンプルな再資源化プロセスを開発した。本技術は炭素添加した製鋼スラグ、HAP・MAP、下水汚泥焼却灰などにも適用できるため、我が国のリン資源対応力強化に繋がると期待できる。