生物と機械を融合する

走性を使ってゾウリムシやミジンコなどの微生物や魚を思い通りに操って「生きたマイクロマシン」として利用したり、ロボット脚に柔らかさ成分である腱構造を導入して生物のような跳躍を可能にしたり、筋肉の柔らかさを計測できるセンサを試作して電動義手を自在に動かしたりしています。

主な研究テーマ

• ゾウリムシの行動制御手法の改善及びその利用
• 電動義手の研究
• 振動翼推進型魚ロボットの開発
• 跳躍・舞踏ロボット用シリコンゴム腱構造付アクチュエータの開発

機械工学の力で高齢者・障碍者を助ける

お年寄りや怪我を負った人を助けられる技術は医学だけではありません。機械やロボットの力で人を支援する研究を、人間支援工学といいます。人の役に立つ機器を世の中に送り出すため、人型ロボットの動きを解析して人間を助ける研究や、足がマヒした方の訓練機器の開発を行っています。

主な研究テーマ

• 二足歩行ロボットを用いた支援機器評価プラットフォームの開発
• 歩行訓練ロボットによる高次脳機能障碍患者の直進歩行誘導システムの開発
• アシストスーツ使用時の疲労度解析
• 筋振動を用いた筋電義手の制御方法の開発

環境に適合したクリーンエンジンに関する研究

エンジン排ガス中に含まれる有害物質は非常に複雑なメカニズムによって生成されます。この生成メカニズムを解明するには要素ごとに切り分けた基礎的研究の実施が有効だと考えております。そのため本研究室ではエンジン燃焼に関わる基礎研究としてプール火炎を対象とした粒子状物質の生成メカニズムを解明するための研究や燃料噴霧が壁面に衝突した際の付着や蒸発挙動の研究などを行っております。

主な研究テーマ

• 小型ガソリンエンジン/ディーゼルエンジンから排出されるPMの特性についての研究
• ガソリン燃料や種々の炭化水素燃料の定常層流拡散火炎から排出されるPMについての研究
• 燃料噴霧の壁面衝突による液膜形成や蒸発挙動についての研究
• 反応流動管による炭化水素燃料の熱分解およびSoot生成の研究

生分解樹脂、生物模倣、次世代接着技術

例えば半導体原料内に作用する微小な力分布を非破壊非接触で測定できれば、信頼性の高い半導体開発等に役立ちます。当室では特許取得したオリジナル測定器を用いて国内有名企業からの受託研究も行ってきました。半導体に限定せず様々な材料の応力評価、および新規装置の開発を行っています。

主な研究テーマ

• 接着層の応力分布測定
• カブトムシの頭角の機械的特性の評価
• 手術用血管シミュレータ内の応力可視化
• 生分解樹脂パッケージの熱溶着力制御

新材料開発により機械の信頼性を向上する

各種環境のなかで機械・構造物を安全に使用するためにどうすべきか、材料科学及び工学を中心に材料力学・電気化学などの知識を駆使して研究しています。例えば、屋外環境の自動車やスマートフォン、高深度に地層処分する放射性廃棄物容器などに適用できる新材料開発などをめざします。

主な研究テーマ

• 機械構造用鉄鋼材料の応力腐食割れ特性および水素脆化特性に関する研究
• 自動車エンジンルーム内での錫はんだによる接合強度向上に関する研究
• 放射性廃棄物処分容器用炭素鋼の低酸素ベントナイト中での腐食に関する研究

エネルギー・環境のための 熱と流れの視える化

極低温から超高温まであらゆる気体・液体の熱と流れの視える化技術を開発し、環境に優しいエネルギーシステム（例えば未利用熱・廃熱を用いる熱発電・蓄熱システム、水素システム、CPU/GPUや半導体の省エネ・信頼性向上のための冷却システム）の研究に活用しています。

主な研究テーマ

• 気体や液体の　熱と流れの視える化技術開発および応用
• 自動車の熱マネージメントのための廃熱発電・蓄熱システム開発
• DAC(大気からのCO2直接回収)システム最適化やゼロエミッション建物（ZEB/ZEH/ZEW）の最適化

実験とシミュレーションによる渦動力学の解明

ルアー、吹き矢やアーチェリー矢のようなスポーツの流体現象や、船の舵周りの流れなど、様々な流れの現象に注目し、実験室で水槽を使って再現し計測しています。計測データは膨大になるため、シミュレーション技術をうまく転用して渦構造を解明しようとしています。

主な研究テーマ

• リップがルアーに及ぼす影響と動力学モデルの提案
• 舵周りの流れの可視化実験
• アーチェリー矢の周りの不安定性解析
• 回流水槽によるルアーの挙動の解析

素材を加工し、新たな機能を創造する

チタン合金や炭素繊維強化プラスチック、金属3Dプリンタ材などの先端材料を対象に、切削加工中の物理現象を解析しています。加工実験やシミュレーション、精密測定を通じて、その挙動を可視化し、新たな表面機能を創造する技術を探求しています。

主な研究テーマ

• 金属３Dプリンタで造形された金型材の高品質な切削加工
• 航空・医療インプラント用軽量高強度材料のエンドミル切削技術
• 軽量・高強度カーボン複合材料の切削加工技術
• 切削加工によるステンレス鋼の粒界制御

構造物の振動制御と安全に関する研究

日本にとって、持続可能な社会を実現させるためには、防災・減災は重要なテーマです。この研究室では、地震に対する構造物の安全性を向上させるためのシステムを企業と研究開発しています。また、AIなどの最新の解析技術を活用しながら、新たな地震応答の評価手法等の開発に取り組んでいます。

主な研究テーマ

• 3次元免震システムの研究開発
• 深層学習を活用したヘルスモニタリングシステムの研究開発
• 微分方程式を活用した履歴ループのモデルの研究開発
• メタヒューリスティクス手法の研究開発

航空機構造用部材の高品位加工技術の開発

ボーイングB787型機やエアバスA350型機の機体には、アルミニウム合金の他に炭素繊維強化プラスチック(CFRP)やチタン合金が使用されています。これらの材料加工では高品位な仕上げと高能率化が求められています。この研究室では加工のシミュレーションと実機における実験によって新しい加工技術の開発をすすめています。

主な研究テーマ

• 航空機構造用材料の高品位高能率切削
• ガラス・サファイアの微細切削
• 微細加工による表面の機能制御
• 自動車・インプラント部品等の高品位高能率加工

持続可能な社会とクリーンな環境を目指して

自動車などの熱機関は便利なものですが、いっぽうで大気汚染の原因となっています。本研究室では、この大気汚染の原因と対策を広い視野で検討するとともに、新たな燃焼システムの提案を目指します。

主な研究テーマ

• 自動車排出PM計測
• ガソリン給油時蒸発ガスの排出に関する研究
• 航空機用ジェットエンジンからのエミッション測定
• 排気エミッション最小化のための自動車モデルの開発

飛翔や遊泳など流れに関する複合現象の究明

生物の飛翔や遊泳では、生物の運動が周囲の流れを創成し、その流れから力を受けることで生物は飛んだり泳いだりすることができます。また、海洋では、渦や波といった異なる種類の乱流が共存します。これらの多数の要素が複合して現れる、流れに関する現象の究明を目指しています。

主な研究テーマ

• 生物の羽ばたき飛翔の安定性解析
• 機械学習による熱対流乱流のカオス的挙動の予測
• 非等方乱流における大規模構造の制御
• 生体内の体液の輸送機構の同定

ながれの科学とその工学的応用

私たちの身の回りには、血流のようなミクロな流れから大気・海洋のようなマクロな流れまで、様々なスケールの流れが存在し、それらはしばしば極めて複雑な振る舞いを示します。当研究室では、こうした複雑な流れを理解・予測し、その知見を流れの制御や機器設計に応用することを目指しています。

主な研究テーマ

• 物体まわりの流れの風洞実験
• スーパーコンピュータを用いた乱流の大規模直接数値計算
• 水槽実験による減衰乱流の速度場・密度場計測

金属材料およびその接合における強度の明確

機械システムの破断は重大な影響を及ぼすため、安全性を確保するための方針は非常に重要である。本研究室では、最も頻繁に発生する「金属疲労」現象に注目する。繰り返し荷重を与える際、部品の形状に目立った変化が現れることなく、突然破壊に至るため、非常に危険なメカニズムである。

主な研究テーマ

• 新たな生体用ハイエントロピー合金の疲労特性
• 電磁パルス溶接法を用いて接合したAl/Cuの疲労試験条件の開発
• 低炭素鋼の多軸疲労特性における負荷速度依存性

主な研究テーマ

主な研究テーマ

主な研究テーマ