東京大学産学連携プロポーザル

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。

近年、スマートフォンを始めとするモバイル型端末の爆発的普及に伴い、これまで主流であった固定センサを軸とした都市センシング手法に対して、モバイル型端末をセンサとして利用するユーザ参加型センシングについての研究が進められている。 本研究室では、スマートフォンをセンサとして利用し、人流や騒音など、様々な環境情報をセンシングし、クラウドで可視化することによって都市センシングの研究実績を積み重ねてきた。 固定センサを利用する都市センシングでは、固定センサの購入・設置費用、給電などのメインテナンスコスト、設置にあたっての調整労力など、莫大なリソースを必要とする一方、モバイル端末を用いた都市センシングでは、これらのコストを抑えられる他、センシング範囲内を参加者が密に探索することにより、高精度な結果をアウトプットできる。

素粒子・原子核・物質・生命科学研究、宇宙観測、医学、放射光等での様々な産業利用において、微小な光を精度良く計測するセンサーは最も重要な基盤のひとつである。また、医療現場・産業においても精密計測の基盤技術となっている。この研究室では次世代の光センサーとして注目を集めるPPD（pixelated photon detector）の開発を進めている。シリコン半導体にガイガーモードで動作する多数の微小ピクセルを造り何個のピクセルが光量子によりヒットしたかを出力することで光量子の数を「デジタル的に数える」という新しい概念での検出器で、これまで１０年程度の世界的な研究ですでにSiPMやMPPCという名称で実用に供され始めている。この研究室では更に、このセンサーの動的（時間変化まで追った）精密数値シミュレーションを用いて設計を最適化すること、および最大の課題である熱電子・ホール起源のノイズの抑制を図ること、そして増幅率を向上させるための積層型素子を実現すること等を、研究の主項目としている。

構造材料に損傷が発生すると、それに伴って超音波AE信号が発生する。そこで、このAE信号を計測することで、構造材料の健全性を診断することができる。しかし従来の圧電素子によるAEセンサでは、電気を使用しているため危険な場所での使用ができず、また、使用可能な温度域に制限がある。 当研究室では、これまでに、優れた感度と広帯域応答性を有する光ファイバ超音波センサの開発に成功し、これにより微弱なAE信号も計測できている。しかも、光ファイバの耐環境性と柔軟性を生かし、図のように光ファイバ自身を超音波のウェーブガイドに利用することで、1000℃レベルの高温環境下で発生するAE信号の遠隔計測も可能になった。さらに、AE信号の正確なひずみ波形を取得できるため、その発生源となる損傷の形態を識別しやすい。よって本システムは、特殊な極限環境下における構造材料の破壊プロセスの解明に、貢献することが期待できる。

土壌由来の温室効果ガスの発生量、動態は、連続測定データが少ない一方で、放出の時間的変動が非常に大きいということが近年わかってきた。ガス透過性樹脂を土中に埋設し、ターゲットとなるガスをセンシングできるセンサーを挿入することで、土壌中のガス濃度の連続測定が可能になる。

移動ロボットを遠隔操作する際、ロボットに搭載された複数のカメラの情報を効率的にオペレータに提示することが重要である。そこで当研究室では、ロボットに取り付けた複数台のカメラで映像に対してリアルタイム画像処理を施し、あたかもロボットを真上から見たような別視点映像を生成し、オペレータに提示する技術を開発した。

強磁性トンネル接合におけるトンネル磁気抵抗効果(TMR)は、ハードディスクのヘッドなどに用いる高感度の磁気センサとして、また不揮発性固体磁気メモリとしての応用が期待される重要かつ興味深い現象である。この研究室では最近、エピタキシャル成長によって、半導体をベースとした単結晶の強磁性トンネル接合を作製し、その抵抗変化率（TMR比）が非常に大きくなることを発見した（低温で72%）。

衛星からの画像は、資源探査や環境モニタリングなど利用分野がますます拡大し、その画像の高精度化への要求も高まってきている。この研究室では、地球観測衛星や惑星探査の各種センサ（ASTER、Hyperion、HISUI、Kaguya等）からの画像処理高度化の研究を行っている。振動補償や、光学センサの視線ベクトルの高精度化、新しいリサンプリング法などの処理により、有益な衛星リモートセンシング画像を生成している。また、処理結果を三次元地殻変動の検出や超多波長放射計の利用に用いている。

近年色覚や様々な化学物質感覚センサーの遺伝子が同定されている。色覚と化学物質感覚センサーが相互にどのような適応的意義をもつのかを理解することはヒトを含めた霊長類の進化を理解する上で極めて重要である。そのためには野生の集団中でこれらの遺伝子がどのような多様性を持つかを調査することで自然選択を検出する方法が極めて有効である。本研究では色覚の様相の異なる様々な種の霊長類の野生集団を対象に、色覚、嗅覚、フェロモン知覚、味覚の受容体遺伝子及びゲノム中の中立対照領域の塩基配列多型性を調査し、自然選択の予測された遺伝子に対し機能解析を行ない、野生行動との関連を検討することで、霊長類感覚系の適応進化に対する理解を特段に深める。得られた成果は霊長類全体の感覚進化の理解を大きく進めるだけでなくヒトの色覚変異をはじめとする感覚多様性についても新たな視点を与えると予想される。 種内変異は環境適応への源泉であり現在進行形の進化の反映である。モデル生物は決して生物全体を代表せず、1個体のゲノム情報は決して種を代表しないことが一般に認知され始め、時代は多様性の探索とその意味付けという生物学本来の重要な側面に立ち戻りつつある。中でもヒトに近縁な野生霊長類の遺伝的多様性の理解は進化学の重要なテーマでありヒトの進化を理解する上でも極めて重要である。また野生状態の多様性の実態を明らかにすることは環境と絶滅危惧動物種の保全といった極めて今日的で切迫した問題への指針を与えることができる。

多様な業務を同時並行的に行う人の行動を、何らかのセンサ系で認識し、その行動遂行を円滑にするべく支援する研究を行っている。例えば、製造工程、看護師、介護職、管理業務に従事している人等々が、各瞬間においてどの業務を遂行していて、全体としての業務進捗状況がどうなっているか、今後どのような手順で業務遂行するべきかについて、センシング技術やスケジューリング技術を用いて支援する方法論の提案ならびにシステム構築を行う予定である。