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研究紹介

研究グループ

N(新物質・機能素子・生産技術)研究部門

トライボトロニクス研究グループ
研究期間 2017年度~2019年度
研究課題 1. 摩擦・摩耗の動的制御に関する研究
2. トライボ・エネルギーを利用したメカトロニクス技術の研究
研究代表者 システム理工学部 小金沢 新治 教授

 機械において摩擦・摩耗は不可避の減少である。もし、物体間の摩擦係数を思いのままに制御できたり、接触や摩擦により発生するエネルギーを有効に活用できれば、機械の革新的な進化をもたらすことができる。そして、例えば現在大きな社会問題となっているエネルギー問題に対し、機械の高効率化の観点から貢献できるし、これ以外にもその効果を発揮できる領域は計り知れないほど大きい。

 本研究グループでは、「トライボトロニクス」を(1)これまで受動的に実現してきた摩擦や摩耗の設計を能動的に制御する摩擦・摩耗設計へ進化させるための技術分野、および(2)接触・摩擦などのトライボロジ的現象により発生するトライボ・エネルギーをメカトロニクスに活用する技術分野と捉え、革新的な摩擦設計方法とトライボ・エネルギーの活用方法の確立を目的とし、研究を行う。

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耐極限環境ハイエントロピー合金研究グループ
研究期間 2017年度~2019年度
研究課題 極限環境において卓越した機械的性質を示すハイエントロピー合金の構造と製造プロセスの関係解明
研究代表者 化学生命工学部 丸山 徹 教授

 ハイエントロピー合金は、一部いおいて卓越した機械的性質を示すことが知られており、その性質発現の中には従来の金属材料には知られていない新しいメカニズムが含まれている。ハイエントロピー合金のバルク構造は、単純な金属結晶の構造であるが、原子オーダーにおける微視的構造には不明な点が多い。その上、この合金の機械的性質はその構造に強く依存するが、製造プロセスによって微視的構造が大きく異なることが示唆されている。

 本研究グループでは、多様な製造方法でハイエントロピー合金を作製し、そのバルク構造、微視的構造及び機械的性質との関係を明らかにすることを目的とする。また、異なる方法で作製した合金の熱処理・表面処理による組織・構造に及ぼす影響を調査し、得られた知見から効果的・効率的にハイエントロピー合金の構造・組織を制御するための技術のシーズ創生を目的とする。

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B(生命・人間・ロボティクス)研究部門

バイオエンジニアリング研究グループ
研究期間 2017年度~2019年度
研究課題 浮遊粒子の分離・選別のための流体デバイスの開発と原理
研究代表者 システム理工学部 関 眞佐子 教授

 バイオエンジニアリングは、生物学・医学と理工学の境界領域に位置しており、生命科学分野における様々な現象や広く生体に関係した現象を理工学の手法を用いて解明し、医療、保健、環境等といった実用的な応用にまで高めようとする研究領域で、その対象は、分子・細胞レベルのミクロなスケールから個体全体といったマクロなスケールまでを含み、広範で多様である。特に最近では、高齢化が進む中で医療の進歩を支える技術革新や最先端医療、生活の質の向上を目指す技術開発など、社会的ニーズも極めて高い。

 本研究グループは、物理学、機械工学、光学を基盤とする各会員の専門性を活かしながら、生体でみられる様々な現象を実験や数値シミュレーションといった工学の切り口でアプローチし、その現象の詳細の解明と理解を進めるとともに実用的応用に結び付けていくことを目指す。その目的のため、他大学他分野の研究者を研究協力者とする学際的研究や国際交流にも力を注いでいく。

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人間・環境系の動的相互作用モデルに基づく環境制御研究グループ
研究期間 2017年度~2019年度
研究課題 人間-環境系の動的相互作用モデルの構築と環境制御技術の開発
研究代表者 環境都市工学部 原 直也 教授

 情報化社会の進展い伴い、近い将来、実空間の居住環境のあらゆる状態が情報空間上に配置され、それら情報に基づいた環境制御が可能となることが予想される。適切な環境制御は、単なる目標とする物理的環境条件の達成を目標にするのではなく、滞在者の生理応答や心理応答、行動に即したものであることが望まれ、その実現には、「人間・環境系の動的相互作用モデルに基づく環境制御」を可能にする必要が生じる。
 人間・環境系の動的相互作用モデルに基づく環境制御は、次の技術開発を統合することで実現されると考える。

   ・滞在者の移動や空調・照明設備等の環境制御設備の稼働状態変化に伴う環境条件の変化に対する生理応答、心理応答や感性評価、次の行動の推定を可能とする人間環境系の動的相互作用モデルの開発
   ・滞在者の属性・位置や姿勢、視線方向や生理応答といった状態情報の検出技術、その状態情報に基づく実空間が忠実に射影された情報空間の構築と、情報空間に基づく実空間における滞在者の曝露環境の推定技術
   ・可動壁やブラインド、ロールスクリーンによる空間制御や、空調・照明設備による環境制御の動的制御やその状態検出技術

 本研究グループは、これら技術の創造を目的とし、学際的に議論・実証していくことでこの広領域な分野にチャレンジするために設立したいと考えている。また、本学で当該領域に関連する研究者の連携に加えて、さらに産学連携を推進するための体制を構築することも本研究グループの活動としている。

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E(環境・エネルギー・社会)研究部門

スマートインフラのためのセンシング情報研究グループ
研究期間 2017年度~2019年度
研究課題 スマートインフラのための都市領域におけるセンシング情報の計測と活用に関する研究
研究代表者 環境都市工学部 窪田 諭 准教授

 2016年度にスタートした第5期科学基本計画では、「超スマート社会」の政策を提言している。超スマート社会は、必要なモノ・サービスのユビキタス化によって、活き活きと快適に暮らすことのできる社会を目指し、3次元地理データ、人間の行動データ、交通データ等の多種多様で大量のデータを収集し、解析し、横断的に活用する課題に取り組むこととしている。
 本研究では、超スマート社会の実現のために、都市域のインフラを対象とする。都市インフラの3次元情報は、被災状況の把握や情報化施工等の様々な分野で活用が見込まれ、発現効果が極めて大きい。しかし、都市インフラの3次元情報の整備と活用は、国土交通省のi-Constructionの政策によって進みつつあるが、インフラの施工段階が主となっている課題がある。
 本研究の目的は、都市インフラとその利用者である人の行動をセンシングした3次元情報の活用により、インフラの計画・測量、設計、施工、維持管理、更新の建設生産プロセスの向上、自然災害の対応や次世代都市交通等等のスマートインフラのための環境を構築することである。
 具体的には、都市域のインフラを航空レーザ、移動計測車両(Mobile Mapping System:MMS)、地上設置型レーザスキャナおよび無人航空機(Unmanned Aerial Vehicle;UAV)の種類の異なる計測機器によって複合的にセンシングする方法を考案し、その大量な「インフラセンシング情報」を施工の効率化、効果的な維持管理、長寿命化や自然災害への迅速な対応等の新たな情報システムサービスに展開する。加えて、都市インフラを利用する人々の交通行動や生活活動を対象として、スマートフォンやスマートウォッチ等のスマートデバイスによって「人センシング情報」を収集し、そのビッグデータの可視化技術と交通計画や災害対応に活用するためのサービス開発を行う。

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東大阪橋梁維持管理研究研究グループ
研究期間 2016年度~2018年度
研究課題 東大阪橋梁維持管理研究
研究代表者 環境都市工学部 坂野 昌弘 教授

 今まで橋梁などのインフラ構造物のメンテナンスは、高速道路会社や鉄道会社などの土木系の関連企業群のみに仕事が発注され、土木系以外の一般の中小企業は単に部品の受注のみであった。今後、膨大な予算を費やして国土保全に邁進する日本において、世界に冠たる日本の中小企業の技術力を最大限に活用し、と同時にそれらの中小企業の活性化をはかることが非常に重要である。

 そこで、本研究グループを立ち上げ、その問題点と解決策を模索する。重要な点は、単なる「ものづくり」ではなく、現場での施工や使い方、さらにその成果まで含めた「ものづくり」が必要、ということである。維持管理で必要とされる「もの」は、典型的な多品種少量生産品であり、補修・補強材料なども量は少なくそれぞれの現場によって異なるものが要求される。そのような「ものづくり」を実現するためには、現場での実証実験が欠かせない。

 以上を鑑み、本研究グループでは、東大阪を中心とした中小企業が持つそれぞれの卓越した技術を活用することにより、橋梁などのインフラの維持管理の高度化と、それら中小企業と地域の活性化をはかることを目的とする。

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エコメディカルな社会システム構築研究グループ
研究期間 2016年度~2018年度
研究課題 エコメディカルな社会システム構築
研究代表者 環境都市工学部 北詰 恵一 教授

 本研究の目的は、予防、治療、予後を含む総合的でオープンな医療をベースとしたメディカルとしての側面と、それらの専門知識に裏打ちされた上での健康寿命の長い楽しめる生活を効果的に送ることを支える環境を指すエコとしての側面を融合した社会システムの構築である。社会システムは、健康志向の市民生活を支えるインフラとそれを有意義にかつ継続的に活用するための仕組みによって構成される。インフラとは、医療・健康・スポーツからの知見と環境先端技術を備えた高機能なデザインを織り込んだ公園・広場や散策路などを中心とした総合的なインフラネットワークである。仕組みとは、センサーとモバイルを活用した計測・通信システム、医療サービスを想定した評価システムを備えた包括的なプロセス重視型のマネジメントである。

 これらは、ライフスタイルの将来像を共有し、公的機関・医療機関・企業・市民などの各関連主体が、それぞれのアプローチによって進めていく社会システムによって構築されていくものである。地域でのアクティブな健康増進と医療の予防的側面の強化が生活の質を改善し、福祉関連支出の削減にもつながることを明らかにする実証研究が具体的な社会システムとしてのアウトプットとなろう。

 関西大学と独立行政法人国立循環器病研究センターとの包括的連携協定の中で記載されている「健康医療のまちづくりやエコまちづくりのための社会システムの構築に関する」研究を進め、「関西健康医療まちづくりフューチャーセンター(仮称)」の構築を推進する研究母体として、このような社会設計のために必要な論理とシステムの構築を目指す。

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サンゴ礁再生促進技術研究グループ
研究期間 2016年度~2018年度
研究課題 サンゴ再生促進技術
研究代表者 環境都市工学部 鶴田 浩章 教授

 世界中で進行しているサンゴの破壊は、貴重な自然環境の損失のみならず、人間社会へも大きな打撃を与え始めている。例えば、モルディブ共和国などでは、サンゴ礁の死滅と地球温暖化に伴う海面上昇により、国土が消滅する危機に瀕している。また、我が国の沖ノ鳥島は、東西約4.5km、南北約1.7kmのサンゴ礁の中に存在する東小島と北小島から構成されているが、同様に水面下に没してしまう危険性が高い。その場合、我が国の国土を上回る面積の排他的経済水域を失うことになる。

このような状況を踏まえて、サンゴの再生が世界中で試みられている。しかし、サンゴの成長速度は遅く、また、群生に達するまでは海藻に覆われるなどの外的要因で容易に死滅してしまう。そこで近年注目されているのが、微弱電流をサンゴの移植用架台に流して、サンゴの成長を促進させる方法である。サンゴは骨格を形成するために炭酸カルシウムを必要とするが、通電により海水中の炭酸カルシウムが土台に付着する。そして、サンゴはその炭酸カルシウムを利用して急速に成長することができるのである。既に、インドネシアやモルディブ、ドバイなどで実験されており、サンゴの成長速度が通常の5倍程度まで増加したと報告されている。

 しかし、その微弱電流の供給には問題を抱えている。現在は、陸上から海底まで電線ケーブルを設置しているが、観光地で無骨な電線ケーブルをビーチに敷設することは現実的でない。海面に浮かべるブイ式の太陽光発電も検討されているが、暴風による波浪で損傷を受けるため、維持コストが高くなる。よって、微弱電流によりサンゴを活性化する方法を広く普及させるためには、海中で発電し、サンゴに微弱電流を供給し続けられるシステムの開発が重要となる。そこで、自立型水力発電システムや帯電性材料により微弱電流を発生させ、サンゴ再生を促進する技術及びサンゴの成長度を評価する方法の開発を目的とする。

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巨大自然災害の防災減災対策と復興復旧過程に関する調査研究グループ
研究期間 2016年度~2018年度
研究課題 巨大自然災害の防災減災対策と復興復旧過程に関する調査
研究代表者 社会安全学部 中村 隆宏 教授

 2011年3月11日に発生した東日本大震災、そしてそれによる大津波と未曽有の福島第一原発事故は、4年経過した現在でも、今だ大きな爪痕を残し、あるいは福島第一原発においては、増え続ける汚染水対策も十分ではなく、4号機を除き、格納容器、圧力容器の状況さえ、ほとんど把握できない状況にある。メンバーを構成する社会安全学部では、この未曽有の大災害発生以降、現地調査、復興支援なども含めて、様々な局面からこの大震災に取り組んできた。この成果の一部は、2012年3月刊行の「検証 東日本大震災」(ミネルヴァ書房)として出版されている。メンバーはそれ以降も多くの局面で災害、被災地関連に関わって研究活動を行っている。

 2016年(平成28年)3月には、発生後5年を経過することになり、それを契機として、改めて被災地の様々な局面、復興状況、原発の状況、原発規制体制の変遷、震災・津波など巨大災害に対する行政の対応、政策の変遷などを3ネンにわたって調査し、発災以降現在までの期間における状況との比較検討を行い、被災者支援、復旧・復興に効果的であった政策や様々な局面での問題点などを抽出する。

 本研究グループメンバーには、都市部を中心として20年前に発生した阪神淡路大震災の復興復旧過程そのものを中心に研究してきた研究者、また政府委員として東日本大震災に関わってきた、あるいは福島第一原発事故についての政府事故調査委員会に関わってきた研究者などを擁し、本研究活動を通じて巨大自然災害に対する防・減災対策、機器に対する社会インフラの在り方、エネルギー問題など、貴重な示唆が得られ、発生確率の非常に高まっている南海トラフ巨大地震対策にも大きく貢献するものであると確信する。

 なお、この調査を通じて得られる成果は、絶えず自然災害を被っている東南アジアなど新興国などの政策提言にも貴重な示唆を与えるものであり、また社会の安全裕度に対する関心の高まりからも、我が国の貴重な体験を海外各国に情報発信することは、これらの災害に深く関わってきた我々研究者の責務でもある。そこで研究成果については、英文に翻訳し、海外の出版社を通じて書籍として刊行する。

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水害時における早期対応・早期避難支援研究グループ
研究期間 2016年度~2018年度
研究課題 水害時における早期対応・早期避難支援
研究代表者 環境都市工学部 石垣 泰輔 教授

 都市複合リスク研究会(平成23~27年度)において得られた複合リスクがもたらす問題とその対処法に関する検討結果より、高度化した密集市街地の水災害脆弱性が指摘され、被害の防止・軽減には、防災関係機関の早期対応および個々人の早期避難に対する支援が不可欠であることが明らかになった。

 本研究グループでは、我が国の大都市に共通する水災害に対する脆弱性が顕著な市街地を対象に水災害への早期対応・早期避難を支援する方策の実化を図ることを目的とする。そのため、タイムラインに沿った判断に資する水災害に対する浸水脆弱性評価、浸水情報共有のために情報映像化と情報伝達および減災のための対応行動および避難行動の最適化について検討する。

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水素等の低分子量気体の合成・分離・貯蔵に関する技術研究グループ
研究期間 2016年度~2018年度
研究課題 水素等の低分子量気体の合成・分離・貯蔵に関する技術研究
研究代表者 環境都市工学部 池永 直樹 教授

 現在、水素エネルギー社会の実現に向けて、水素ステーションの整備が行われている。水素は、化石燃料だけでなく、バイオマスなどの再生可能エネルギーからも製造可能であるが、その製造や分離に大量のエネルギーを投入しているのが現状である。また、C1化学の原料として用いられる合成ガス(一酸化炭素と水素)やメタンの製造および分離も高効率に行われているとは言い難い。

 そこで、これらの課題に対処するため、様々な原料からの水素やメタンなどの低分子量気体の合成、並びにそれらの分離、貯蔵に関する省エネルギーでしかも高効率な技術を確立するための研究を行う。

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