Research Organization for Open Innovation Strategy早稲田大学 オープンイノベーション戦略研究機構

Research Project

リサーチ・ファクトリー

数理エネルギー変換工学リサーチ・ファクトリー

齋藤潔教授

2050年における温室効果ガス排出量80%削減を実現するためには、再生可能エネルギー利用を中核として、高質な電力や燃焼エネルギーだけでなく低質な熱利用まで含めた多様なエネルギー形態をトータルとして最適に活用することが求められています。

このためには、これまでの縦割りされた学問体系内での研究開発では対応できません。電気系、機械力学系、熱エネルギー系の異なるエネルギー変換工学体系を横断できる革新的な理論体系の確立が必須となります。我々の研究グループは、50年以上にわたり、現象の論理と法則の構造を探求し、異なる工学体系間においても、すでに強固な体系化がなされている電気回路論を共通解析構造としてシステム解析が統一化できること、流通量と位差量を共通量とすることにより、その積であるパワーが体系間のエネルギー変換における不変量として変換群を構成できることを世界に先駆けて提示してきました。

熱エネルギー系は多様に形態を変える熱と流動現象からなる極めて複雑な構造となるため、体系化が取り残されてきていましたが、我々の研究グループは、熱エネルギー系に対して流動エネルギーの伝搬構造を明示し、閉塞や気液分離による特異な流動現象を流通量の拘束条件として回路網構造に加えることで、回路網解析が実現できることをはじめて示しました。これにより、熱エネルギー系の解析体系が大きく進展し、機器開発にも直結できるようになり、その省エネ性から世界的に普及促進が進められているヒートポンプや再生可能エネルギー利用技術の解析に活用され、多くの企業との共同研究や公的資金による大型研究開発が進んでいます。

今後、熱エネルギー変換技術に対して、基礎研究にとどまらず応用研究・開発まで一貫できる体制の実現を目指します。具体的には、非競争領域としての二相流の流動現象をはじめとした重要現象究明や数理モデリング、機器の性能評価を進めつつ、これをベースとして競争領域での研究・開発の基盤となる共通基盤ツールとしての共通解析プラットフォーム、次世代機器性能評価技術の開発を進めます。

そして、これらの活用により、競争領域として企業の核心技術となるデバイス技術、システム技術、システム運用技術開発を進めていきます。このような、非競争領域から競争領域への一貫した展開を可能とすることにより、多くの企業との連携を推し進めていきたいと考えています。

持続可能エネルギー・環境技術創出リサーチ・ファクトリー

松方正彦教授

2030年を目標とした国連のSDGs、それに続く2050年を目標としたパリ協定のいずれにおいても、大規模なCO2排出の削減の達成を目指しており、そのためには再生可能エネルギーの開発と普及や省エネルギーといった、エネルギー環境・分野におけるイノベーションは必須です。特に本プロジェクトが強く関係する炭素資源の有効利用分野においては、人口減少、EVの普及、省エネルギー技術の革新と普及によって、今後国内外の産業に急激な変化が起こりつつあります。一方で、国のエネルギーインフラを担う産業としては持続的な発展が不可欠であり、このため社会変革を実現可能とする技術の開発とその社会実装を目指す必要があります。

イノベーションを実現し新事業と新しい社会像を創生するには、分野にとらわれずエネルギー、社会システム、モノづくりに至るまでの幅広い新規技術開発が重要であり、大手企業と大学の連携はもちろんのこと、新規な技術開発と社会実装を機動的に進めるためのベンチャーの育成・支援も欠かせません。

私たちの研究室ではこれまで、ゼオライトをはじめとする無機結晶性ミクロ多孔体の合成と機能に関する化学をコアとしたエネルギー・環境問題の解決に資する触媒の開発、化学プロセスを圧倒的に省エネするための膜分離技術の開発に取り組んできました。このような研究シーズを生かしつつ、CO2排出の大規模削減を目指して、CO2の分離回収や資源化技術を中心に、展望のある先進的なテーマを数多く創出するとともに、共同研究の深化によってスピード感のある深堀をしつつ、大学の広範な研究シーズを企業の新事業創出による持続的発展へと展開することが課題です。包括提携の枠組みの下にある企業とのFS研究やその先の社会実装を目指した共同研究に取り組み、シーズをもつ多くの教員と企業のニーズのマッチングの下で、本プロジェクトを中心に多様な共創的な場の形成を進めます。また、環境浄化事業や分離膜事業に関するベンチャー企業との共同研究も展開し、事業創出を支援します。

本プロジェクトは、本学がもつ学術的知見・研究シーズと、参画企業の組織間連携に基づく、効率的で幅広い競争領域での共同研究事業の創出に資するノードの形成を目指していきます。

自動車用パワートレイン技術リサーチ・ファクトリー

草鹿仁教授

エネルギー輸入国である日本を支える基幹産業である自動車のパワートレイン技術の進歩は極めて重要な課題です。全世界のCO2の排出量の約1/4が自動車含めた輸送部門からのものであることを踏まえると、低炭素社会の実現という地球規模での環境課題の大幅な改善に向けて、燃焼技術をはじめとした内燃機関の技術、さらにはハイブリッド自動車のような電動化技術の向上は重要な意味を持ちます。

自動車の熱エネルギー変換装置に係る革新的技術の研究開発を行うとともに、自動車メーカー、関連サプライヤー、燃料メーカーとの協働関係の下、持続可能な産学連携共同研究に取り組んでいます。具体的には、今後は需要が益々高まることが予想されるガソリンハイブリッド自動車について、エンジン(燃焼〜後処理)、モーターおよび電池を含めた制御、構成要素の最適化に必要となるハイブリッドシステムのモデルの構築を進めています。

具体的には、自動車の先行開発・性能評価のプロセスをバーチャルシミュレーション(モデルベース開発(MBD))で行う開発手法の普及に向けて、車両モデルの骨格が完成した(SURIAWASE2.0)ところです。このSURIAWASE2.0 をデファクトスタンダード化し、物理法則に基づく、エンジン、触媒、バッテリー、モーターの高精度な各サブモデルを構築することが、本研究室の特徴ともなっています。

物理法則に基づくモデルにおいては必ずモデル定数が必要で、各社のデバイス毎に異なるものであり、ハイブリッドのタイプもシリーズ型(Nissan e-Power)、パラレル型(HONDA FIT)、シリーズパラレル複合型(Toyota Prius) など様々で、さらにエンジン、触媒、モーターの制御手法も千差万別です。このような、ハイブリッド自動車の開発に活用できる様々なモデルを作成するとともに、自動車会社に対し最適制御を提案することができます。また、Tier1・2 などのサプライヤーからな提案をモデルに組み込み、その効果を机上の車両モデルで推算することも可能です。

このプロジェクトでは、各社の経営・技術戦略面での興味関心に応じた個別の共同研究を、本研究所やエンジニアリング会社を介し効果的に束ね、秘密保持・利益相反等のマネジメントを効果的に行いながら教員、研究員が共同研究を進めます。より多くの関係企業の個別のテーマを効果的に束ねながら、研究開発を進めていきます。

先端ICT技術社会応用リサーチ・ファクトリー

戸川望教授

セキュリティバイデザインに基づく不正ハードウエアの検知

「情報セキュリティ技術」の確立を目標に掲げ、コンピュータシステムを構成する装置や機器などのハードウェアに対するセキュリティ技術の開発、ウェアラブル技術や地理情報処理サービスの向上に関する研究、画像処理や秘密計算の処理速度を向上させるFPGA(Field-Programmable Gate Array)という集積回路を対象とした研究などを進めています。

私のプロジェクトでは、特にハードウェアトロイ検知技術など、将来のIoT(Internet of Things)社会の脅威となりうる存在に対するセキュリティ技術や、量子コンピューティングのソフトウェアに関する技術について強みを持っています。企業の皆様とも連携しながら、集積回路設計ツールベンダや計測機器メーカによる事業化などを進め、社会的に意義ある研究に取り組んでいきます。

尾形哲也教授

深層学習により多用途で活躍できるロボットを開発

私の研究室では、認知ロボティクスなどにおける人間の知能に関する学術的研究を背景として,人工知能(深層学習)を用いたロボット動作学習(プログラミング省力化開発)、ロボット対話システム開発、また深層学習とロボットオペレーションシステムの統合システム開発などを行なっています。具体的には深層学習の枠組みを,産業用の人間協調ロボットや家庭作業の支援ロボットなどの「多機能ロボット」に導入し,ロボットハードウェアの本来の機能を最大限に引き出すことで,様々なタスクに短期間で利用できるような知能化のフレームワーク開発を進めています。深層学習の様々なハードウェアへの利用可能性を考慮したアプリケーション開発を,今後もアグレッシブに進めていきたいと考えています.

鷲崎弘宜教授

システム&ソフトウェアの開発・運用の実践技術の向上

本研究室では、ソフトウェアシステムの設計や再利用、品質保証システム&ソフトウェアエンジニアリングに取り組んでいます。特に、パターン化・抽象化を通じたソフトウェアシステムの検証と合成、多面的測定・解析と機械学習を通じたソフトウェアシステムの評価と改善およびビジネスとの接続の技術、オートモーティブ分野における高信頼・高効率開発の導入・適用サービス等に関する研究を特に進めています。

分野の特性上、開発や運用の現場に対しアクショナブルな形で、システム&ソフトウェアの開発運用支援や品質保証に係る研究シーズを提供することが重要であると考えており、できるだけ企業との共同研究の形を採ることで、現場の問題を的確に把握しながら研究を進めています。

山名早人教授

ビッグデータ解析の社会実装

ビッグデータ解析をキーワードに、「暗号化状態のまま実行できるクラウドコンピューティング処理」「インテリジェントユーザインタフェース」「第三者が真似できないアクティブ認証」「プロアクティブな推薦システム」「Webコンテンツの信頼性判定」「電子ペンデータ解析による学習状態の把握」等に取り組んでいます。ビッグデータ解析では、社会のニーズを把握し、様々な基盤技術を的確に組み合わせ、不足部分について新しい手法を提案していくことが求められています。本研究室の強みはこうした社会実装をする上での基盤技術とノウハウにあると考えています。これを実現するため、国内外の大学、企業、国と積極的に連携し、進めています。

革新的生物資源利用リサーチ・ファクトリー

竹山春子教授

バイオテクノロジーを利用した産業が今後急速に拡大することが見込まれ、各社ともに競争領域と捉えています。しかし、各々が持つ生物資源・材料を正確に評価・分析し、産業につながる情報・価値を見出すための計測・利用技術が確立されていないことが大きな問題となっています。例えば、微生物は抗生剤や産業用酵素、発酵食品の造り手として古くから利用され、ヒトの健康や植物の生育と深く関わり、この共生微生物叢の研究が農業、水産業分野から医療応用まで広く浸透してきました。ところが、多くの場合で、どの微生物・分子が重要な作用をするのか、そのメカニズムは明確になっていません。また、微生物の機能理解と応用の手立ては、現状では単離培養のみですが、微生物の99%は培養不可能であるため、適用できる微生物種が極めて限られています。したがって、鍵となる微生物を効率的に獲得し産業応用するには、培養することが困難な微生物の機能を正確に捉え、スクリーニングし、重要成分の抽出技術の確立や新規の培養法・製剤化法の開発が必要となります。
私たちは、このような社会的ニーズにこたえることを目指し、競争の大きいライフサイエンス領域、特に微生物を利用した事業の基盤として、「革新的な微生物資源利用」を目指すリサーチ・ファクトリーを形成しています。

主な研究プロジェクトとして、企業と共同して次世代型の細胞ラマンスペクトル高速計測システムを開発し、疾患原因菌や特定物質生産菌を迅速に検知する技術や分析手法の実装を確立します。また、上記技術を活用し、多様な微生物代謝物等のラマンデータベースを構築します。具体的には、非破壊・高感度な生体分子in vivo計測技術を基にした新たなオミックス解析手法となるラマノミックス技術を提供することで、次世代の細胞分析のデファクトスタンダード技術であることを実証するとともに、即事業化につながるデータを取得します。また、微生物のシングルセルゲノミクスを高度化し、統合的な微生物情報データベースをビジネスに繋げます。

これらの技術を応用し、医療、農業・水産・食の安全をはじめとした各分野のSDGsへの貢献を目指します。

科学技術と新事業創造リサーチ・ファクトリー

牧 兼充准教授

イノベーションは企業の持続的成長のためのエンジンです。大学を中心とした研究機関から創出される科学技術は、新事業創造のための「知」の源泉であり、企業がイノベーションの源泉を社外に求めるようになるに連れて、大学との連携の重要性が高まるようになりました。
本プロジェクトでは、世界の社会科学の研究分野で実践されている「イノベーションの手法」について、網羅的に調査を行い、その手法を会員企業等により構成されるコミュニティにおいて実践することを目的とします。
「イノベーションの手法」としては、デザイン思考、リード・ユーザ・リサーチ、ユーザ・イノベーション、イノベーション・トーナメント、科学的実験の導入による仮説検証とリーン・スタートアップ、ムーンショット・プロジェクトのデザイン、Structured-Spin-Inモデル、CVCを含めたベンチャーキャピタルの有効活用、世界のイノベーション・エコシステムとの連携と有効活用、スター・サイエンティストの固定と連携など多様な手法を試みます。

具体的には以下の取り組みを推進して参ります。
(1) 会員企業を中心とした研究会を定期的に開催し、イノベーションの手法の知見を共有する(協調領域)
(2) 会員企業からのニーズに基づき、シーズのビジネス化に関するパイロットプロジェクトを実施する(競争領域)
(3) 会員企業の社内でのイノベーション推進のためのパイロットプロジェクトを実施する(競争領域)
(4) 大学のシーズ、有望研究者、エコシステム関連ベンチャー企業等のリスト化を行う(協調領域)

詳細はこちらをご覧ください。→リサーチ・ファクトリー紹介パンフレット

■「科学的実験」デザイン・コンテスト2020開催 プレスリリース

■ビジネス視点を融合した先進的なアクセラレーション・プログラム始動 プレスリリース

建築・まちづくりリサーチ・ファクトリー

後藤春彦教授

本格的な人口減少・少子高齢社会の到来を受けて、開発から時間の経過した住宅地はオールドタウン化が進行し、大都市圏郊外では、将来、負の遺産となるような住宅地の発生が危惧されています。こうした状況の中、国土交通省では、郊外市街地を「計画開発による公共施設整備率の高い、都市の貴重な資産」と位置づけ、「成熟社会に対応した郊外住宅市街地の再生技術の開発』事業に2018年度から取り組み始めています。また、民間の住宅事業者や鉄道事業者が中心となって、郊外型住宅団地再生のための実証実験が始まっています。
一方、テレワークの普及により、自然や歴史文化の豊かな大都市圏郊外に新たな住まいを求める動向も注目されます。スプロール化による無秩序な開発を繰り返すことなく、これを郊外再生の契機にしたいと考えています。
本リサーチ・ファクトリーでは、郊外市街地を再生する技術として、ものづくり技術(機能的価値)、コトづくり技術(意味的価値)に加え、コミュニティづくり技術(規範的価値)を駆使して、共有価値創造(CSV)を目指し、空間技術、環境技術、生活技術、コミュニケーション技術を組み合わせた「次世代住宅地モデルの開発」と「交流拠点モデルの開発」を行います。
さらに、性能評価指標を構築し、住宅市街地の新たな付加価値創造と維持再生にかかる技術の基準化を行うことにより、「市街地維持再生指針(案)」を策定します。
現在、首都圏近郊を社会実装フィールドとして、地域のブランディング(既存ストックの保存再生とまちの文脈位育成を通じた共有価値(CSV)の創造)を行い、競争力の獲得と社会課題解決の両立を目指します。

具体的には、以下のテーマに取り組みます。
(1) 次世代住宅地モデルの開発
戸建て住宅地を対象として、地域課題と居住者ニーズの把握、次世代住宅地モデルの開発、次世代住宅地モデル導入による効果の検証と評価指標の開発を実施します。
(2) 交流拠点モデルの開発
大規模住宅団地を対象として、コミュニティ実態の把握、「健康」をテーマとした新たな交流拠点の開発、交流拠点設置の効果検証と評価指標の開発を実施するとともに、コミュニティ活動運営の実態調査とその分析を実施した上で、団地における交流拠点の継続的な運営のしくみをモデル化します。
(3) 市街地維持再生認証システムの確立
首都圏郊外の社会動向シミュレーション、各種ガイドラインの提示、評価システムの構築を実施します。

革新的資源循環技術リサーチ・ファクトリー

所 千晴教授

経済性を持った資源循環を達成するためには、有価成分回収および有害成分除去の経済合理性の高い分離技術が必要です。本リサーチ・ファクトリーでは、有価成分の高度分離技術およびプロセス開発、有害成分の高効率かつ安定した処理技術またはプロセス開発、そして、これら技術を高度化するためのシミュレーション技術開発を行います。

具体的には、以下の3つのテーマに取り組んで参ります。
(1) 資源循環を実現するための高度分離技術およびプロセス開発
粉砕・破砕、物理選別、湿式プロセス(沈殿・溶出・吸着)、高温プロセスを組み合わせ、企業ニーズに沿った新規分離技術またはプロセスを提案します。プロセスの提案にあたっては、高速カメラ顕微鏡観察やX線分析、磁気分析を駆使した固体分析、ICPやIC等を利用した溶液分析、ゼータ電位測定やAFM測定を駆使した界面分析など、適切に分離を評価するキャラクタリゼーションにも注力します。経済性をもって資源循環を達成するための分離プロセス構築には、対象に応じて、物理的な分離技術、物理化学的な分離技術、および化学的な分離技術の適切な組み合わせが必要ですが、本研究では、それらの技術をほぼ網羅した研究チームを組織し、どのような対象にも適切な分離プロセスを提案可能な体制となっています。国内でもそのような組織は少なく、詳細な固体分析のツールを有していることも本特色のひとつです。
(2) 資源利活用プロセスを支える環境浄化技術およびプロセス開発
主として無機有害元素を含む廃水や排ガス処理を対象として、高効率かつ安定した処理技術またはプロセスを提案します。特に固液または固気界面での構造変化に着目し、有害元素が高効率に沈殿または吸着する環境材料や環境浄化プロセスの開発を実施し、(1)と同様に、適切に処理を評価するキャラクタリゼーションにも注力します。固液界面での有害元素の挙動に着目し、それらの構造変化を理学的に把握するツールを持ちつつ、工学的に環境浄化技術やプロセスを高度化している点に先進性があります。
(3) 資源利活用技術を高度化するためのシミュレーション技術開発
固体同士の分離を可視化し、機構を解明するための粉体シミュレーションや、溶液内の沈殿・溶出・吸着の機構を解明し、反応速度を把握するための地球化学シミュレーション、高温プロセスにおける各種元素の状態を把握するための熱力学シミュレーション、電気パルス法による分離機構を解明するための電界シミュレーション、衝撃波伝搬シミュレーション、変形シミュレーションなどを対象とします。資源循環の各種技術やプロセスを可視化し高度化するために幅広いシミュレーションツールを有している点に特色があり、特に粉体シミュレーションは流体シミュレーショ ンに比べて発展途上であり、民間企業からの委託・共同研究のニーズが高いです。

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