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。

研究の内容

従来の光リソグラフィーの分解能は波長で決まりますが、本技術はフォトマスクの金属ナノ構造の加工分解能によって決定されます。フォマスクである金属ナノ構造に赤外光を照射することによりシングルナノメートルの分解能でパターンを転写できる技術です。本技術の特徴として、赤外光を照射するだけでマスクパターンの形状をそのまま転写可能であること、近接場光ではなく伝播光を使用しているため高アスペクト比の加工が期待されること、そしてライン＆スペースだけではなく、三角形、ナノギャップ、チェインなどあらゆる形状のパターンの作製が可能であることなどが挙げられます。比較的大面積にナノパターンの転写が必要なフォトニック結晶、プラズモン太陽電池、光学素子表面のモスアイ構造形成技術などへも応用が期待されます。

研究の内容

従来の市販ソフトの機能には無い、レーザスキャンやX線CTスキャンで測定された3次元メッシュモデルや３次元計測点群、FEM有限要素メッシュメッシュなどの表面に現れる形状パターンの対称性や規則性を、自動的かつ網羅的に認識抽出なソフトウエアです。リバースエンジニアリング時の3D-CADデータの自動基準面生成やモデル整形、FEMプリプロセッサでの要素サイズ縮減モデル(1/4モデル等)生成や要素境界面の整形、製造物の対称度定量検査など、幅広い応用が可能です。また、3D-CADデータのパターンフィーチャに相当する様々な規則配置形状（矩形配列、放射状配列等）も自動抽出できます。レーザ計測からのBIM(Building Information Model)生成にも応用可能です。

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。

研究の内容

私達は、これまでの研究成果により、凝縮性気体中を液滴が固体表面に衝突する場合には、空気の場合とは異なり、「飛沫（スプラッシュ）が抑制され薄い液膜(ラメラ)が高速で固体表面を伸展する」現象を発見しており、高速ラメラにより強力な流体せん断力が発生すると考え「水蒸気と水の混合噴流を用いた低環境負荷洗浄」が可能であると考えました。
これまでの研究成果により、水と水蒸気だけを用いる事により、半導体、LED、 太陽電池などの製造プロセスで要求される超精密洗浄に対する所定の洗浄性能を、本洗浄法は発揮することを確認しました。また、本洗浄法は水と水蒸気のみを用いるために、人体に有害となる洗剤等の化学薬品を全く用いないため、人体および環境にとって安全である超低環境負荷特性を有しています。

研究の内容

規則的な構造の繰り返しを有する一般的な多孔質構造体には、内部構造に起因した特定方向の強度低下や一度破壊が生じると容易に破壊が進展するという力学的課題がある。本シーズでは、生体内環境に最適化された多孔質材料である生体骨（海綿骨）に着目し、海綿骨の構造的な特徴と力学的な特性に基づいて確率的に構築したネットワーク構造を骨格とする新しい多孔質構造体「海綿骨模倣構造」を開発した。樹脂や金属を用いて3Dプリンタにより製造可能であることを確認した。圧縮破壊試験の結果、特定方向の強度低下が抑制でき、初期破壊後の破壊進展が抑制され吸収エネルギが高いことを確認した。本シーズにより、設計自由度が高く力学的に高機能な多孔質構造が設計・製造できる。

研究の内容

ディジタル加速度制御（DAC）はモデル化困難な非線形項やモデリング誤差が存在する系に対してロバストな制御則です。DACは非常に効果的な制御器ですが、加速度目標値に対して制御を行うため単体では位置制御ができません。そこで、一般的なPID制御系と組み合わせたPID-DAC併合制御系によりロバストな位置・加速度制御が実現できます。さらにPID制御器などに「センサレス」で「容易」に追加することができる新しい非線形補償器として、制御対象の加速度目標値を0とした「PID-DA0制御系」、加加速度目標値を0とした「PID-DJ0制御系」という2つの制御器を提案しています。双方とも既存のPID制御器に簡単に追加でき、さらには追加のセンサも必要ないことからセンサレスでシステムの性能を向上できるという大きなメリットを持ちます。

研究の内容

比強度・比剛性の高さから構造材料として広く利用されている先端複合材料（炭素繊維複合材料、CFRP）は、その繊維配向技術の発展により繊維を直線状のみではなく、曲線状に配置することが可能となっている。直線状の繊維と比較して設計の自由度は大きく向上するため、部品形状や使用目的に特化したCFRP部材の作製が可能である。当研究室では刺繍機の技術を援用したファイバー縫付機（図１）を用いて曲線状繊維を有する複合材供試体を作製し、その力学特性評価を実施するとともに、独自の繊維形状最適化手法を開発している。例えば図２は複数の円孔を持つ翼モデルの孔周りのひずみ集中を軽減することを目的とした最適繊維形状であり、ひずみ分布は図３のようになる。これは直線繊維よりもひずみ集中を軽減できていることがわかっている。

研究の内容

超音波を液体中から液面に向かい照射することで、液体の微粒化が起こります。微粒化された液体は、直径が数マイクロメートル程度の小さな液滴となります。この液体微粒化技術は、省エネルギーで均一な微細液滴を生成することができ，現在も私たちの身の回りで広く利用されています。液体微粒化のメカニズムは未だ完全には解明されていませんが，我々のこれまでの研究から、液面近傍に存在する微細気泡（マイクロバブル）が微粒化を促進することが明らかとなってきました。本研究では液体中の微細気泡数に注目し、超音波による液体微粒化量を制御することを目指しています。気泡数を適切に調節することで、これまで超音波で微細化することができなかった液体の微粒化や、液体微粒化量のさらなる促進を目指しています。

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。

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。

研究の内容

図1にレーザーによる加振力の生成原理を示す。レーザーによる加振力は、レーザーアブレーションによって引き起こされる。本技術を応用した例として、膜構造の真空環境振動計測システムを図2に示すが、本システムはYAGパルスレーザー、誘多膜ミラー、集光レンズ、膜構造、LDVおよび真空チャンバから成る。膜構造が固定されているのは真空チャンバの内部であり、大気環境から真空環境まで真空チャンバ内の空気圧を調整しながら実験を行うことができる。計測された膜の周波数応答を図3に示す。真空度を上げることにより、膜の共振周波数が高くなり、同時に共振の応答レベルも向上していることがわかる。このように、膜表面の空気による質量効果および減衰効果の影響を抽出することができ、宇宙環境を想定した真空チャンバ内での実験における本技術の有効性を検証した。

研究の内容

コンクリートは、セメントと水との水和反応によって岩（骨材）を結合することで、構造用硬化体になります。一方、構造材料としての宿命である荷重や気象/環境作用によって、ひび割れが発生、進展したり、強酸作用、大気や海水、地下水などの浸食や物質侵入に伴う化学反応で劣化することがあります。社会インフラを長期間安定して利用するために、「虫の目」でコンクリート内部組織を観察して、そこで生じる異変を見つけることが大切です。
先駆的「非破壊CT-XRD連成法」は、放射光が提供する高輝度な白色X線を試料に照射して、選択的に25keVの透過単色X線から3次元構造体を可視化します。また、複数のスリット操作から特定の関心領域のエネルギー分散型X線回折を実行して、ポルトランダイトやカルサイトなどの水和物やその変質、骨材鉱物を特定します。

研究の内容

商用シミュレーションソフトでは解析できない、電磁気を中心とした熱、流体、構造などのマルチフィジックス現象を解析するための、シミュレーション・ツールを独自に開発している。それぞれの現象に適した解析手法を厳選し、そのためのメッシュ生成、高速化、大規模化、解析結果の可視化（描画）までをトータルに研究している。機器の性能評価から設計までの適用を目指している。さらに、最適化アルゴリズムやゲーム理論などを併用し、高度な設計技術も可能となっている。

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。

研究の内容

本研究室ではGISを用いて、地理院地図や国土数値情報など国が整備している地理空間情報の他に、自治体などが整備しているオープンデータや、GPSで取得した移動履歴などのビッグデータの活用について研究を進めています。例えば、この成果は「積雪寒冷地の津波避難に関する計画策定支援」などで活かされています。積雪寒冷地の冬季環境（路面凍結、雪による道路幅減少など）は、臨海地域における津波避難を著しく困難にしています。本研究室は、この状況における避難困難地域の画定、避難困難人口の推定、避難場所の収容能力評価など計画策定に必要な多くの情報を生成し、その技術や成果を公表しています。この様に、地理学的な視点をもって社会的有用性の高い情報を容易で迅速に創造する技術を開発し、高度情報化社会の基盤形成に資する研究を続けています。

研究の内容

「技術」は、地域・社会に大きな便益をもたらす反面、様々なリスクを孕んでもいます。したがって、そうした「技術」を社会に導入し普及させていく際には、そのリスクを軽減する行政システムを設計して、その社会的便益を最大化できる公共政策のあり方を考えていく必要があります。
そうした公共政策について抱くイメージは、例えば自動車の事例でもメーカー、規制当局、そして我々ユーザーといった利害関係者で異なっていることが多く、また、規制は国際基準によって規定されていたりもします。
そうした中で、「技術」の社会導入・普及の政策問題を丁寧に抽出してその全体像を俯瞰し、利害関係者が折り合える点を模索し、合意形成を図っていくとともに、官・民が手を携えて行政システムを構築し運営していく手法を考えます。

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。

研究の内容

評価を通してミュージアムの価値を広く社会に伝え、その認識を定着させることが研究の目的です。従来の評価手法は、来館者がミュージアムで得る学術的・文化的価値のみに着目した業績測定手法が主流でした。そのため、ごく限られたミュージアム関係者や愛好家にしか、評価結果が伝わりませんでした。また、事業改善にもあまり貢献してきませんでした。
この研究では、多くの非来館者を含む地域社会にミュージアムが存在することで生じる、社会的価値や経済的価値に着目した評価の枠組み（図参照）と評価手法を検討し、その価値を顕在化させます。また、学びと改善に有効な参加型評価など多様な手法で評価を試み、事業改善に役立てます。これらのことを通じて、ミュージアムが市民にとってより日常的な場となり、その地域にとって不可欠な存在になることを可能にします。

研究の内容

Gd₂Si₂O₇:Ce(GPS)単結晶シンチレータは、NaI:Tlの1.4倍程度の大発光量、高エネルギー分解能､非潮解性、自己放射能無しといった優れた特長を持ち、250℃以上の高温環境でも使用可能な事から、石油探査の大深度化への貢献が期待されます｡（株）オキサイドへの技術移転が完了し、SPECT等に応用していただける状態になりました。また5cm角GPS焼結体プレートの安定製造技術を確立しました。位置検出型光電子増倍管組み合わせることにより､福島第一原子力発電所事故で放出されたα線を放出する核燃料物質を高感度で検出可能になりました。試作装置では従来装置では考えられなかった核燃料起因α線放出核種:自然放射能(ラドン子孫核種) = 1: 200の環境下で核燃料起因α線放出核種の検出に成功しました｡

研究の内容

研究の内容

500 ˚C超に融点を持つAl基合金を新たに潜熱蓄熱材として見出し、この合金のマイクロ粒子（約20μm～）へ化成/酸化処理を巧みに施すことで、コア（Al基合金）–シェル（Al₂O₃）型潜熱蓄熱マイクロカプセルの開発に成功しました（図1）。このマイクロカプセルは固体顕熱蓄熱材と比べて約5倍以上の高蓄熱容量を持ち、機械的特性に優れます。また、シェルがAl₂O₃であるため「セラミックス粒子」として扱えます。即ち、現行セラミックス顕熱蓄熱技術の利用形態を継承したまま性能をグレードアップできる画期的な蓄熱材料です。

研究の内容

本研究室では，独立成分分析（ICA）と呼ばれる信号解析技術を応用し，配電線を流れる電力潮流情報に隠れている「再生可能エネルギー発電（RE電源）の出力」をリアルタイムに抽出する手法を開発しました。系統内のPV設置容量などの予備情報を使用することなく，高精度な出力推定が可能です（図1）。
また，蓄電池を用いてRE電源出力変動を補償するための制御手法も開発しています（図2）。また，個別のウインドファーム・メガソーラなどの出力変動抑制に必要な蓄電池容量を推計するシミュレーション技術も開発しました。

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。

研究の内容

高効率でクリーンなエネルギー変換機器である固体高分子形燃料電池において、反応による生成水は下の左図のように数十nmの径の触媒層空隙を通り、数μm径の空隙を有する多孔膜であるマイクロポーラスレイヤー（MPL）を介して、ガス拡散層・ガス供給チャネルへと排出される。寒冷地での氷点下環境起動では、生成水が凍結し、発電停止、劣化を引き起こす問題が生じるが、現象がマイクロナノスケールであるため計測が難しく、現象解明は未だ不十分の状況である。本研究では、水がどの部位で凍結し、どのような機構で性能停止および経年劣化に繋がるかを微視的観察、電気化学測定、触媒層モデル解析により解明し、耐起動性の向上や長寿命化を達成することを目指している。下の中図は触媒層が氷で埋められている様子、右図は解析でモデル化している触媒層の構造模式図である

研究の内容

水に微量の長鎖状高分子あるいは棒状ミセルを形成する界面活性剤を添加すると，乱流域での抵抗が著しく低減することはToms効果として知られている．微小なダンベル状要素で高分子を模擬したモデルを構築し，本モデルを用いて二次元チャネル内乱流のDNS（直接数値シミュレーション）を行い，Toms効果を再現した．また，この離散要素が縦渦減衰による抵抗低減機構と壁面近傍の付加応力による抵抗増加機構の2つの機構を内在していることを示した．さらに要素に強い力が加わった場合に，要素が切断される効果を加えることにより，抵抗低減が特定のレイノルズ数範囲で生じるという特徴を再現することができた．

研究の内容

燃焼装置や燃焼ガス排気系統でしばしば音響振動が生じ、騒音の発生や燃焼措置の寿命を低下につながる。これは、燃焼装置や排気系統で生じる発熱変動と音響圧力変動が連動することより生じるが、これが生じる物理過程の解析と抑制技術の検討を行っている。研究の手法としては、単一の円管内に可燃性ガスを封入しその一端に着火させ火炎が管内を伝播する際に生じる音響振動現象を用いる。この伝播現象に種々の境界条件（開放端条件・伝播方向・混合ガス組成・伝播管直径と長さ・火炎面の構造等）を与え、音響振動現象を引き起こした上で、その要因を燃焼の不安定性解析手法により理解する。ここで再現された振動現象は単純化された系で観察されるものであるが一般性のある現象であり、実際の燃焼機器や排気系統で生じる音響振動現象の理解に直接つながるものである。

研究の内容

燃焼現象は局所的な温度上昇を伴うことから周辺に自然対流が常に生じる。このことが現象を複雑化し、その基本的理解を難しくしている。本研究では微小重力環境を活用することで、自然対流を取り除き燃焼現象に含まれる基礎的過程（拡散・熱伝導・すす生成・着火・火炎伝播等）を理解し、このような現象が介在する燃焼装置や燃焼現象の数値予測やモデリングに役立てていこうとするものである。北海道大学には常時利用可能な40m級の大型落下塔があり、微小重力実験を容易に実施可能な環境にある。また、国際共同研究による航空機を用いた微小重力実験や国際宇宙ステーションによる実験も進めており、微小重力場を利用した燃焼研究を行う上で恵まれた環境にある。

研究の内容

【世界初の複合量子ビーム超高圧電子顕微鏡：左図】2014年に複数のレーザーを利用できる光学系を増設し、イオンビーム、レーザー光、電子など複数の量子ビーム照射下で原子レベルでのその場観察が可能な複合量子ビーム超高圧電子顕微鏡を開発。現在、その場分光システム開発中。

【紫外線照射によるナノ結晶成長：右図】紫外線を水中プラズマ処理をしたZnに照射することによってZnOナノ結晶を成長させることに成功しました。現在、その成長メカニズムや応用について研究を推進しています。Scientific Report, 5, 11429(2015), AIP Advances, 7(2017) pp. 035220,
その他参考文献：Nano Letters, 17(2017) pp. 2088-2093

研究の内容

リチウムイオン電池はそのエネルギー密度の高さから利用が急激に拡大している。一方で電池内部の電解液に有機溶媒を使用していることから火災安全性の確保が重要である。本研究は有機溶媒の燃焼抑制を目指して燃焼抑制剤添加効果の定量化手法の開発や燃焼抑制に効果のある添加剤の探索、さらには、電解液に含まれるリチウム塩自体の有機溶媒の燃焼性に及ぼす効果などを研究している。また、電解液の燃焼素反応機構を考慮した火災現象のモデル化および数値解析を実施している。

研究の内容

濃度差によって生じる液中微粒子の集団性を上手く利用して、沈降速度や分散挙動を能動的に制御する技術を提案します。不均一に分散した粒子の沈降形態は、懸濁条件を変えることによって集団的な挙動が見られるようになります。この集団的挙動に密接に関連する濃度界面近傍の粒子の挙動を理解するとともに、それを積極的に利用することによって、各種工学プロセスにおいて重要となる沈降促進、分散制御、輸送効率の向上などを目指しています。

研究の内容

北海道を始め全国的に増加し、被害をもたらしている外来種アライグマの防除対策は喫緊の政策課題であり、対策現場では長期化する防除事業のコスト削減が最重要課題となっています。従来の捕獲方法は、誘因餌を用いた箱ワナによる捕獲だけに依存しており、他の動物の混獲予防と誘因餌の交換のために、捕獲の有無にかかわらず毎日の見回り・点検作業を必要とし、低密度化した後でも作業量は低減しないという問題がありました。本研究で開発したアライグマの樹洞営巣性という習性を応用した巣箱型ワナは、誘引餌が不要で混獲も少なく、毎日の点検が不要で防除コストを極めて低価格に抑えることのできるワナになっています。さらに、捕獲情報を電波によってオフィスで受信できるシステムを付与することで、少人数で広範囲な防除対策を低予算で実施することを可能にしました。

研究の内容

本研究室では、バイオマス（生ごみ、下水汚泥、家畜ふん尿、林地残材、稲わらなど）から燃焼やメタン発酵によって回収されたエネルギーを、地域内に存在するエネルギー需要者（公共施設や介護・福祉施設、ビニールハウス等の農業施設、食品工場等）と結びつけることにより、環境と地域振興（経済）の両方に貢献できるシステム提案（実験やフィールド調査に基づく計画、モデリング、評価）を行っています。さらに、民間企業の協力を得て、寄附分野循環・エネルギー技術システム分野（古市徹客員教授、藤山淳史特任助教、http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/mces/）とも連携し、エコで安全なエネルギーに関する研究を行っています。

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。

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。

研究の内容

炭素資源中の窒素（Fuel-N）は燃焼時にNO_x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NO_x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。

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。

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。

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

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。

研究の内容

本研究では、環北極海域（北極海および隣接する周辺の亜寒帯海域）における共通点や差異を整理しながら太平洋−北極海−大西洋における環境変化と海洋生態系の応答について統合的に理解することを目的とする。国際共同研究プログラムIMBeR（海洋生物圏統合研究）の地域研究プログラムESSAS (Ecosystem Studies of Sub-Arctic and Arctic Seas：亜寒帯域および極海における海洋生態系研究)を母体にそこに参画している日本、米国、ノルウェーの科学運営委員を中心に研究を推進する。具体的には、2015年から2018年の間に、各国で進行している既存の研究成果を発表する国際ワークショップを３回開催し、環北極海全域の海洋生態系の統合的理解を図る。

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。

研究の内容

コンクリートなどの多孔体の物質移動性能は含まれる空隙量に依存しているが、空隙量のみだけでなく各相の空間配置も影響を及ぼしている。そこでコンクリートの物質移動性能を予測するために、その構成材料である硬化セメントペースト（HCP）の物質移動性能の予測を行った。HCPの断面を反射電子像で観察した結果を図１に示す。各相が分散している様子がわかる。これより各相を抽出し自己相関関数を計算を行い、これに基づき各相を3次元空間に配置を行い、図２に示す3次元イメージモデルを構築した。このモデルにより拡散係数を有限差分法によって算出した結果と実測値の比較を図3に示す。推定値と実測値は異なる試料においてもよく一致していることから、本モデルによる拡散係数推定手法によりセメント硬化体の拡散係数は予測可能であることが示された。

研究の内容

免震建物では、地震時に免震装置が柔らかく変形することにより上部建物に発生する応答加速度を大きく低減し、耐震安全性を向上させることができます。一方で、南海トラフ巨大地震などによる設計想定を超えた地震動に対しては、建物の擁壁への衝突や免震装置の座屈・破断などの極限事象が生じる恐れがあります。免震建物の極限挙動を精緻に予測する解析技術を用いることにより、極限事象の発生を予見したり、その発生を抑えるための対策を検討したりすることが可能となります。

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環境負荷が小さい新たなグラウトを開発するために、自然界の生物によって生成される鉱物（バイオミネラル）の中でも歯や骨の主な成分であるCPCに着目し、CPCが析出する最適条件の検討およびCPCで固化させた砂供試体の一軸圧縮試験を実施した。その結果、CPC析出試験ではpHが弱酸性から中性付近に上昇することに伴い、析出体積の増加傾向が認められた。また、CPCで固化させた砂供試体の一軸圧縮強さは約90 kPaまで達し、砂質地盤が液状化しない一軸圧縮強さの目安である50～100 kPaを満足した。供試体片の電子顕微鏡観察からは、ウィスカー状のCPC結晶が確認された（図－1）。以上より、自己硬化性を利用したケミカルグラウトと析出体積のpH依存性を利用したバイオグラウトという、2つの新しいグラウトとしての利用可能性が示された。

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近年になってバイオイメージングの需要はますます増大しており、遺伝子導入技術や蛍光タンパク質による分子・細胞マーキング技術、そして顕微鏡などの観察機器の性能も、飛躍的に向上しております。しかし高性能の顕微鏡システムは非常に高額で、特にスタートアップ時にすべてを揃えるのは困難なうえ、誰でも簡単に優れたデータを取得できる訳ではないところに、イメージングの難しさがございます。
当センターは学外の研究者にも広く機器を開放し、機器やソフトウエアの操作指導のみならず、イメージングのノウハウも提供します。また本年より「先端バイオイメージング支援プラットフォーム」にも参画し、国内の他の顕微鏡施設とも連携して、最先端の顕微鏡の利用の支援にも携わっております。イメージングを検討中の企業の方々におきましては、まずはぜひご検討ください。

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約200台の研究設備が登録されているオープンファシリティは、利用設備の講習を受講すれば、利用者は利用料金だけで最先端設備を利用できます。また、操作方法や技術相談などにも、高度な技術力と豊富な知識を持ったスタッフが親身になってアドバイス致します。
装置利用の予約はWebページ「装置予約管理システム」で24時間受け付けます。
まずはホームページのメール送信フォームから利用希望装置についてお問い合わせ下さい。

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”同位体顕微鏡システム”の特質である「安定同位元素イメージング技術」を有効活用する利用課題を募集、選定、実施することにより産業イノベーションへの展開を図ります。
同位元素というと、すぐに年代測定が思い浮かびます。事実、これまで同位体顕微鏡システムは主に鉱物など宇宙科学の分野で、同位体比の分析に使われてきました。これは、入手した試料の断面の「ありのまま」を観察して得られる成果です。その測定手法の発想を変えることで、同位体顕微鏡システムを産業応用に展開できます。すなわち、「ありのまま」を観るのではなく、積極的に同位体元素を調べたい試料に「ドープ」することで、今まで見ることができなかった目的のイメージングを測定することが可能になります。しかも、放射性同位体ではなく、安定性同位体を使って安全に作業することができます。