＜研究概要＞
橋梁を安全に供用するためには、橋梁の損傷や劣化を常にモニタリングし、継続的に状態を把握することが重要である。この橋梁の常時モニタリングにおける大きな課題の一つが、長期的な電源供給である。
本研究では、橋梁振動を利用した環境発電（Energy Harvesting）の高効率化、および得られた発電エネルギーを用いた橋梁モニタリングシステムの構築を目的とする。また、発電エネルギーをバッテリー等に蓄積することによって、多用な活用が期待できる。本研究は、橋梁の振動特性に基づいた環境発電デバイスの設計・製作、供用中の橋梁における実証実験、有限要素法（FEM）解析等を組み合わせることによって実施する。
＜研究概要＞
本研究では、橋梁下に設置したMEMSセンサの計測データから、橋梁上を走行する車両重量、車両種類、走行車線、走行速度等の推定を行う。MEMSセンサは、①安価②小型③設置が容易、という特長を有しており、インフラへの活用が期待されている計測機器である。 既存の交通流センサでは、交通量と速度を、車長か車高で判定した小型車、大型車別に集計することしか出来なかった。しかし、本手法が確立されれば、積載状況や軸数別に集計が可能となる。これを道路ネットワークに配置すれば、詳細な車種、重量別の交通実態を広域に把握することができ、新たな広域交通管理の提案に結びつくことが期待される。
我々は心臓と血管系の干渉を表す指標であるwave intensity(WI)の研究を行っている。WIを得るには血圧と血流速度の同時計測が必要である。臨床応用を広げるため超音波装置を用いてエコートラッキング法とカラードプラ法によりWIを非侵襲的に計測するシステムを開発したが、計測可能な動脈は総頸動脈など体表に近い動脈に限られた。総頸動脈は脳循環の影響を受けるため、心臓と動脈系の干渉を研究するためには上行大動脈のWIがより有用である。そこで、大島研究室で開発された全身循環シミュレーションを用いて、超音波計測では得られない部位のWIを求め、心臓・血管系疾患の評価を行うべく共同研究をおこなっている。なお、超音波計測で実測されたWIとシミュレーションで得たWIを比較し、シミュレーションモデルの改良も行う。
世界の水問題は、地球温暖化とあわせて国際環境政策の主要課題となっている。近年、欧州を中心として製品や企業活動に伴う水使用やその他の活動に伴う水資源への影響をライフサイクルの視点から評価するウォーターフットプリントに対する注目が高まっている。評価手法やデータベースの開発研究は加速化し、現在は国際標準化に向けた活動が最終段階を迎えている。水に関する国際動向が日本の産業界に及ぼす影響、逆に日本としてこれらに対して提案・アピールしていくべき内容について議論を深め、当該分野で政府や企業が主体的に環境管理に取り組んでいくための方策を探る。
「快適性向上レイアウト乗用車における衝突安全性の検討」
画像をクリックすると拡大表示します。快適性を向上させる車室内空間のあり方について、音響学的及び生理学的な側面から3列シート車の中央部座席に、内・外に15°回転するシート機能により乗員のストレス低下効果が確認されている。そこで、本研究ではシート回転時における衝突時の乗員保護への影響をコンピュータシミュレーションおよび模型実験を用いて検討し、回転シート機能の実用化を目指す。例えば前面衝突時にはシートを回転させたことにより、乗員の肩からシートベルトは外れる現象が発生し、頭部傷害が大きく影響することが分かる。本検討では、ベルトインシート構造へ変更することが乗員傷害を低減できる１手法であることが分かった。
「大型車両の積載量変化を考慮した単純適応制御による 振動抑制に関する研究」
画像をクリックすると拡大表示します。トラックは、日本の貨物輸送において重要な役割を果たしている。このため、車体に生じる振動を低減するアクティブサスペンション等の振動抑制に関する研究が活発に行われている。しかし、トラックは普通乗用車と比較して積載量の変化が大きく、それに伴う振動応答の変化が大きい。そのため、トラックの積載量変化に対してロバスト性の高い振動抑制技術を検討する必要がある。そこで本研究では、制御系の構成が容易な単純適応制御(SAC)を用いたアクティブサスペンションの設計を目指した。従来の最適レギュレータ制御(LQR)と比較して、走行時の積載量の変化に伴う加速度のばらつきを半減することができた。
画像をクリックすると拡大表示します。本研究では、地上における軽量空間構造物を研究している生産研のグループと連携し、軽量かつ高剛性な構造が必要とされる宇宙機の展開構造アンテナや太陽電池パドルへの適用を目指している。また、将来人類が宇宙へ居住する際には、地上における構造概念とは異なる設計思想によって構築された宇宙建築物が必要となるため、宇宙環境下での使用に適した建築物の研究も行っている。その他、宇宙機に使用されている構造要素や機構要素は高い精度が必要とされながら、高度な軽量化も要求されるため、新たな概念による軽量高精度な機構・構造要素を提案し，理論・実験・シミュレーションなどを取り入れた総合的な解析を実施している。
画像をクリックすると拡大表示します。バイオテクノロジーや化学分析などで用いられるマイクロ流体デバイスでは、流路内に液滴やせん断流れを生成させることで溶液の混合、反応、分離、および精製などを効率的に行うことができる。今までの研究では、流動現象を定量的に把握するために、流体に微小な粒子を混入させて撮影した画像から流速を測定するPIV（Particle Image Velocimetry：粒子画像流速測定法）を用いて速度場を計測してきたが、反応に重要な液滴界面の形状については、粒子画像から精密に抽出することが困難であった。そこで本研究では、様々な画像処理手法を駆使して液滴の高精度な界面抽出、および界面の3次元形状の生成を目的としている。
（終了しました）
画像をクリックすると拡大表示します。実数値基数の数の展開を行うβ写像を基礎とした、新しい原理のA/D変換方式の開発を行う。
A/D変換誤差発生要因の数学的解析と評価およびβ推定アルゴリズムと変換誤差自己校正技術を開発することで、環境変化や素子変動にロバストな低消費電力・小型で高精度の巡回（サイクリック）形およびパイプライン形A/D変換回路を集積回路で実現し、その設計手法の確立を図る。
画像をクリックすると拡大表示します。本研究では、生体から発生する心電図や筋肉電位、並びに脳や脊髄の神経信号などを含む生体信号を取得するための極微細構造デバイス及び極低消費電力型アナログ／デジタル変換用LSIの設計・試作・特性評価、更にワイヤレス電送・給電回路及び無線通信回路を搭載した無線通信型デバイスの設計・試作・特性評価に関する研究を展開している。
最終的には、生体埋め込み型バイオチップの試作及び小動物による実装実験を行い、“新しい概念・手法による生体－デバイスの有機的融合”を目指している。
位相コヒーレント光散乱法で観測されるコロイド粒子の協同拡散による散乱光の複素スペクトルの例 Phys. Rev. E81, 021401(2010)
画像をクリックすると拡大表示します。コロイド溶液や高分子・液晶などの複雑流体（ソフトマター）を研究する手段として広く用いられている動的光散乱法は、白濁した試料中で起こる多重散乱がスペクトルを歪ませるため、濃厚系での使用が制限されてきた。
われわれが開発した位相コヒーレント光散乱法では、2本のレーザー光を用いて試料中に光の干渉縞を作り、散乱光を位相も含めて検波するため、従来法で見られた多重散乱の影響を完全に除去できる。
白濁したコロイド溶液中にゲルなどの網目構造を構築し、障害中でのコロイド粒子の拡散挙動を、位相コヒーレント光散乱法を用いて調べることで、例えば生体中での微粒子の挙動に関する新たな知見が得られると考えられ、現在研究を進めている。
（終了しました）
DLC皮膜に圧痕を導入した時の皮膜表面の電子顕微鏡写真
画像をクリックすると拡大表示します。硬質皮膜の代表的な密着性評価方法として、スクラッチ試験が知られているが、試験機やその評価手法の観点から広範囲には普及しているとは言えず、最適な成膜条件を開発する上で、コストや時間のロスが多いのが現状である。そのため、迅速で簡便に密着性を評価する手法の確立が望まれている。そこで本研究では、硬さ試験機を用いて、試料表面に圧痕を導入し、圧痕径や圧痕から発生するき裂を観察及び測定することで硬質皮膜の密着性の簡便評価法を確立することを目的としている。特にナノインデンテーション試験を利用することによりサブミクロンオーダの薄膜にも対応可能な評価法の確立を目指している。
（終了しました）
画像をクリックすると拡大表示します。切削工具向けタングステン合金（WC-Co系超硬合金）の代替材料の開発を目的として、硼化物を複合化したTiC-Ni系サーメットの研究を行う。TiB2を複合化したTiC-Ni系サーメットは、TiB2無添加サーメットと比較し、より組織が微細になり、機械的特性が改善される。最近は、緻密化、高強度化に有効であると考えられるMo2Cや、液相の濡れ性の改善が期待できるMnを添加するなど、添加物の工夫によってさらなる機械的特性の改善を図る研究を行っている。
緑地（青山霊園）の有無による気温差
（地上1.5m、15:00）
東京都内の大規模緑地のヒートアイランド緩和効果について数値解析、温熱環境実測と快適感調査を行い、大規模緑地の周辺の街区の気温は緑地がない街区より約1.5℃低く、大規模緑地がヒートアイランド緩和効果に有効であることが定量的に確認された。また、人々の緑地の快適感評価は街区より良い結果を得られた。
Si/SiGe二次元電子系の量子輸送現象の観測を行う。分子線エピタキシー法によるSi/SiGeヘテロ構造の作製を東京都市大学側が担当し、低温・強磁場下における二次元電子系の電気伝導測定を東京大学生産技術研究所側が担当する。具体的には、Geチャネル変調ドープ構造における量子ホール効果を観測し、シュブニコフ・ドハース振動の温度依存性から伝導ホールの有効質量を決定する。さらに二次元電子系に対して垂直磁場と平行磁場の両方を印加してランダウ準位交差を誘起し、QH状態の消失からg因子を決定する。基礎的な物性値を明らかにすることでデバイス応用への基礎を築く。
「人体―着衣間微気象の3次元予測モデル構築」
人体が感じる暑さ・寒さなどの温熱快適性は、周辺環境条件のみでなく着衣量や発汗の影響を受ける。従来は人体側から環境側への1次元熱移動として考慮しているが、本研究では人体－着衣間の熱・湿気移動を3次元で予測するモデル構築を目指す。東京大学生産技術研究所は実験を担当し、物理現象の把握とデータの蓄積を行う。そのデータを元に、東京都市大学では数値シミュレーションを担当し、数値予測モデルの開発を行う。
「自動車室内環境の構造把握と換気性状評価」
従来のガソリン車ではエンジン排熱を利用することが可能であった車内暖房であるが、電気自動車においては走行動力である電池のエネルギーを消費してしまうために走行距離が著しく低下するという問題がある。本研究では、冬季暖房条件における電費を向上させるために、より少ない供給風量によって乗員の呼吸空気質を確保することのできる空調方式を模索する。一般に、新鮮外気を積極的に取り入れることで車内空気質は容易に向上するが、それに伴って空調負荷が増大してしまうために換気の効率は向上しない。そこで本研究では名目換気時間により基準化した空気齢によって車内空気環境を評価する。図は都市大にて実施した数値シミュレーション結果の一例。
シリコンウェハ上に塗布されたSU-8の膜厚分布測定例
マイクロ流体デバイスを作製する際には、深さがサブミリメートルの流路を成型する必要があるため、フォトリソグラフィー法を適用する。その作成過程では、流路深さと同じ厚さのフォトレジスト膜をシリコンウェハ上に形成する必要があるが、均一な厚膜を形成するためには多くの技術的な課題を解決せねばならない。本研究では、スピンコート法によるレジスト塗布の際のレジストの流動メカニズムを明らかにし、理想的な厚膜を形成する技術を確立する。
上記の他に多数の共同研究が進行中です。
