東京大学産学連携プロポーザル

製造業における部品の工作精度の評価には、形状計測が可能な非接触3次元計測機であるレーザスキャナの利用が考えられる。レーザスキャナは近年目覚しく性能が向上しており、短時間で測定対象物を高密度に計測することが可能となった。高密度の計測データ（点群データ）からは連続曲面を緻密に再現することも可能である。 一方で、点群データの汎用のビューワ、エディタは充実しつつあるが、個別の工程に特化してエンジニアリングの観点から有用な情報を効率的に取り出すことは依然困難である。

微細加工技術の発達により、メカニカル構造体の微細化が進み、従来の光学式の手法では、その動特性を精度良く評価することが困難になってきている。当研究室では、ナノスケールのメカニカル構造体の高精度な動特性評価達成に向け、新たな振動計測技術の研究開発を進めている。具体的には、数nmの空間分解能での計測を可能とする電子ビームを利用した振動計測法（図１），原子スケールの空間分解能を持つ原子間力顕微鏡を活用した振動計測法（図２）に関する研究を行っている。

ナノメカニカル構造やフォトニック構造，バイオツールなどの作製を狙い、集束イオンビーム化学気相成長法(FIB-CVD)を活用した立体ナノ構造形成技術の研究開発を進めている。図１に示すようにsub100nm～数10μmの立体構造体をボトムアップ形成可能な技術である。原料ガス選択によりカーボン系，金属系など多様な材料で構造体の形成を行うことができる。これまでのところ、本技術のコアとなる描画技術やデバイス応用の基礎となる材料物性に関する研究を進めるとともに、微小部品操作のためのマニピュレータ作製や振動子センサ開発，単一細胞内小器官の操作計測のためのバイオツール作製などへの応用を行ってきた（図２）。

ナノメカニカル振動子は、振動を介し様々な微小物理量（変位，機械的・電磁気的力，温度，電荷，スピン等）を検出できることから、NEMS(Nanoelectromechanical systems)センサのキーコンポーネントとして期待されている素子である。当研究室では、ナノメカニカル構造のセンサへの応用を進めるとともに、その研究開発の鍵となるナノ構造作製技術，振動計測技術，ナノメカニカル構造体の特性解明，機能化に関する研究を行っている。 ナノメカニカル振動子の高性能化，センサ応用を行った例を紹介する。図１は、歪印可によりグラフェン振動子を高Q値化した例である。振動子に引張応力を印可することで、共振周波数の高周波数化に加え、センサ感度に関係するQ値を大幅に改善(現時点で24倍の高Q値化を達成)することができる。その他、形状や表面状態，材質を工夫することで、振動子の高性能化，高感度化に取り組んでいる。また、センサ応用の一例として、図２に波長計測素子を示す。光通信技術，分光技術などの材料評価技術への応用を狙った素子である。このように、ナノメカニカル構造を活用したセンサ素子，或いはその高性能化に関する研究を進めている。

本研究室では、特にジェットから発生する広帯域騒音を対象に研究を行っている。この現象は、ジェットが生み出す渦の挙動が深く関わっていることから、騒音発生と流れ場構造の関係は複雑であり、その発生メカニズムの理解は容易ではない。 そこで当研究室では、斜め平板に衝突する超音速ジェットを対象として、高速度ビデオカメラとシュリーレン法と呼ばれる流体可視化手法を用いてジェットと音響場を同時に可視化し、さらにマイクロフォン計測を連動させることによって、撮影した動画に対して音響解析を施す手法を構築した。具体的には、マイクロフォンから得られる音響信号をトリガ信号として動画を再構成することによって、着目している音響現象と相関の強い現象を抽出するという手法（条件付抽出）を用いている。これによって、複雑な現象が現れている動画から必要な情報を抽出することができる（図１）。このように、音響波と相関の強い現象を明らかにできるようになれば、より効果的な騒音低減が可能になると期待している。

本研究室では、小型流体機械（ポンプ、タービン）として、テスラターボ機械の研究開発に取り組んでいる。テスラターボ機械は、従来の翼列機械では損失源でしかない流体粘性を利用して作動する機械である。 テスラターボ機械は、多数のドーナツ円盤を微小な間隔をあけて固定したロータと、その前後の流路で構成されている（図１）。このロータに対して外側から接線方向に流体を吹き込むと、螺旋を描きながら中心に向かって流れ、その隙間を通る際に生じる流体の粘性力によってロータが回転し、タービンとして作動する。また逆に、このディスクをモーターなどで回転させると、ディスク間の流体が粘性によって引きずられ回転し、それによって生じた遠心力によって内側から外側へと流れ、ポンプとして作動する。テスラターボ機械は、最適設計時のロータ効率がサイズによらず一定であることが理論的に示されていることから、小型ポンプ/タービンとして利用が期待されている。このような小型ポンプやタービンは、熱機関だけでなく、燃料電池の送気ポンプや小規模発電システムなど、様々な利用が考えられる。

本研究室では、マイクロガスタービンの熱効率改善を目的として、ウェーブロータの研究開発に取り組んでいる。 ウェーブロータは、多数のチューブ（セル）を有したロータと、その両端に配置された給排気ダクトで構成されている（図１）。図中左側のダクトには高圧燃焼ガスと低圧空気が供給され、その圧力差によって衝撃波が発生し、チューブ内を往復伝播する。すると、衝撃波がピストンのような役割を果たし、低圧空気が圧縮され、右側のダクトに排出される。これを既存のガスタービンに追加することによって（図２）燃費を大幅に改善することができ、特にマイクロガスタービンの場合には、その改善効果が大きくなると期待されている。 このウェーブロータについて、特に出力10kW以下のマイクロガスタービンを念頭に置いたCFD解析や試作機の開発等を進めている。

深層学習などの人工知能は、画像認識や音声認識、自然言語処理、確率過程に関する予測などを含む多様なタスクで高い精度を出すことがわかってきたため、注目を集めている。しかし一方で、入力データに微小な改変を加えることによって出力を大きく誤らせることが可能な敵対的入力の存在が報告され、さらに発展的な攻撃や、虚偽情報の悪影響も知られている。例えば、自動運転が騙されれば、甚大な事故につながりかねない。投資支援システムが微妙に騙され続ければ、その不正に誰も気づかないかもしれない。これらに関する脅威分析を十分に行い、対策を講じることは、人工知能を利用したシステムを提供する側の社会的責任である。松浦研は、人工知能に関する事前情報が不十分な状況での高度なブラックボックス攻撃技術、攻撃の検知技術、あるいは攻撃耐性を強化する技術に関する先駆的な研究成果を挙げている。

この研究室では、ヒト生体を対象として『腱の可塑性と役割』について研究をすすめている。腱は単なる筋と骨の連結組織ではなく、その力学的特性（粘弾性）が筋機能やスポーツパフォーマンスに大きな影響を及ぼすことが少しずつ分かってきた（e.g., Kubo et al. 1999 J Appl Physiol）。例えば、陸上短距離種目（100M）におけるパフォーマンス（走タイム）が優れる者ほど、膝伸筋群の腱ステイッフネスが低い（腱が伸びやすい）ことが明らかになっている（Kubo et al. 2000 Acta Physiol Scand; Stafilidis & Arampatzis 2007 J Sports Sci）。さらに、トレーニング様式の違い（負荷の大きさ、収縮時間、筋収縮様式、など）が、筋機能や筋量だけでなく、腱の力学的特性（ステイッフネス、ヤング率、ヒステリシス、など）に対して異なる効果をもたらされることが明らかにされつつある（e.g., Kubo et al. 2001 J Physiol; Kubo et al. 2007 Med Sci Sports Exer）。これらの知見は、パフォーマンス向上を目指す競技選手のトレーニングプログラムを立案する際に、腱の力学的特性に対する影響を考慮する必要性を示唆するものである。

この研究室では、哲学の観点から、心に関連する諸問題を中心に、常識的な世界観と科学的な世界観の関係、社会と科学技術の関係について研究している。 その一環として、科学リテラシー向上にむけた社会連携活動も展開し、近著『100年の世界：SF映画から考えるテクノロジーと社会の未来』（化学同人、2018年）では、テクノロジーの進展がもたらす変化とそこで生じる諸問題についてわかりやすく論じている。本書の趣旨を以下に要約する。 テクノロジーの発展によって、我々の生活は日々変化している。100年前にはフィクションでしかなかったものが、いまでは日常の一部となっている。これから100年の間にテクノロジーはどのように進歩し、それによって我々の社会にはどのような変化が生じるだろうか。 テクノロジーの未来を予測することは困難だが、そこにはつぎのような意義がある。第１に、新しいテクノロジーは、我々の社会にこれまでない大きな変化をもたらすかも知れない。第２に、社会に生じる変化のなかには、実際に変化が生じてから対応するのでは手遅れなものがある。第３に、未来のテクノロジーについて考えることを通じて、現在のテクノロジーや現在の社会のあり方について、様々なことが明らかになる。 たとえばインターネットやスマートフォンなどの情報テクノロジーを例に考えてみよう。一方で、これらのテクノロジーは、手紙や電話といったこれまでの通信テクノロジーの延長にすぎないようにも見える。しかし他方で、新しい情報テクノロジーには、大規模なデータ分析を可能にすること、権力による監視を可能にすること、人間同士のコミュニケーションのあり方を変質させることなど、これまでの通信テクノロジーとは大きく異なる側面もある。これらの点を考慮すれば、新たな情報テクノロジーがわれわれの生活を単純によりよいものにしてくれるかどうかは、けっして明らかなことではない。人工知能やロボット、生命に関するテクノロジー、人間の能力を高めるテクノロジーなど、新たなテクノロジーの多くに関しても、事情は同じだろう。 テクノロジーの進歩は幸福をもたらすかという問いは、これからの社会のあり方を考えるうえできわめて重要な問いである。幸福とは何か、われわれにとって大切なものは何かという、より根本的で哲学的な問いに取り組むことは、この問いに答えるための重要な手がかりとなるだろう。