分野・ 専攻だより

有機・高分子化学専攻

血液適合性ポリマーとシリカ微粒子の複合化により、有機・高分子化学専攻 准教授
光学的に透明で高靭性な複合エラストマーの開発に成功

竹岡 敬和〜３Ｄプリンティングにより人工血管として応用に期待〜
我々の研究グループは、ユニチカ株式会社の浅井 文雄 研究員らと工できることから、人工血管や、血液適合性が必要とされるカテーテ共同で、血液適合性ポリマーとして知られる Poly(2-methoxyethylルなどの医療器具の開発に有用な材料になることが期待されます。
本研究成果は、2020 年付け発行のアメリカ化学会が発刊する『ACSacrylate) (PMEA) に直径約 100nm のシリカ微粒子を高濃度で秩序化した状態に分散させると、光学的に無色透明で力学的に高靭性な複合

Applied Materials and Interfaces』誌に掲載されました。

エラストマーになることを見出しました（図 1）。さらに、3D プリン
ターを使用して人工血管にも利用できるようなチューブ状の形状に加工できることも見出しました。
血液適合性ポリマーである PMEA は、ECMO（体外式膜型人工肺）をはじめとする血液と接触する医療器具に広く利用されています。
PMEA は柔らかくて粘着質なポリマーであるため、成形加工が難しく、これまでは主にコーティング材料として使用されてきました。この柔らかくて粘着質な PMEA 中に硬いシリカ微粒子を高濃度で分散させることで、透明で高靭性な PMEA−シリカ複合エラストマーを調製しました。この複合エラストマーは、3D プリンターでチューブ状に加応用物理学専攻

図1 シリカ微粒子が秩序だった状態に配置することで光学的に透明で高靱性な複合エラストマーの写真

細胞のなかで流動的に動くDNA

応用物理学専攻

教授

笹井 理生

人間のDNAは全長2mに達しますが、このDNAは約10㎛の細胞核す。高密度な集 積と柔軟で 迅 速な情 報の読み 書きを両立させる不に収納されています。これは、200kmの鉄道を折り畳んで1mの机上思議な技術が、天然の工学システムである細胞のなかで実現していに置くのと同じ比 率 の圧 縮 で す。この ものすご い圧 縮 のため に 、ることがわかってきました。

DNAは規則的な構造をとって結晶のように細胞核に詰め込まれていAshwin et al., (2019) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 116; 19939‒19944.

ると考えられてきました。しかし、計算機でシミュレートしてみると、DNAは細胞核のなかで不規則な形をとり、溶液中の高分子鎖のように流動的であることが明らかになりました。流動のなかに様々な傾向が隠れていて、これがDNA機能を左右していると想像されます。
私たちは細胞核を観察する実験グループと協力しながら、生きた細胞のDNAの動きを統計物理学と計算科学の方法で分析していま
図 1 ヒト線 維 芽 細 胞の細胞核は楕円の形をしている。核 の な か のDNA分布とその運動を
計 算 シミュレ ーションで 解 析した 。染 色 体ごとに違う色で 示されている。藤 城 新 研 究員による計算と描画。

物質プロセス工学専攻

図2 国立遺伝学研究所前島教授のグループにより観測された、人間の細胞の中のヌクレオソーム(DNAとヒストンタンパク質の複合体)の動きを、ベイズ統計の方法により調べる。10個の細胞データの重ね合わせ。Ashwin特任助教らによる分析。

則永行庸教授らの研究グループがムーンショットに採択されました

マテリアル工学科・則永行庸教授らの研究グループは、ムーンショッ
ト型研究開発制度・目標 4「2050 年までに、地球環境再生に向けた持向けた課題の抽出を目指しています。

二酸化炭素直接回収の研究開発」にとり組むことになりました。
本プロジェクトでは、液化天然ガス（LNG）等の未利用冷熱を、大気中 CO2 直接回収（DAC）に活用することにより、先行技術を凌駕するエネルギー効率で、高純度かつ高圧 CO2 を回収する新技術（Cryo-Dry）の開発を目指します。本技術では、純 CO2 を圧力スイングのみによって回収するため、冷熱利用効率が高く、DAC に必要な熱エネルギーをほぼゼロまで低減できる可能性があります。則永教授らの研究グループで10 | PRESSe No.46

藤原 幸一

スケールアップしたパイロット機による連続試験を実施し、社会実装に続可能な資源循環を実現」を実現するために、「冷熱を利用した大気中は、試験装置の製作とベンチスケール機により実用化の可能性を検証後、物質プロセス工学専攻 准教授

開発するCryo-Dryの概要

情報・通信工学専攻

光通信ネットワークの知的制御

今日の情報通信社会の基盤である光通信ネットワークでは、光ファイバ１本あたり10Tbpsを超える通信速度が実現されています。多数の光情報・通信工学専攻 教授

長谷川 浩

ノード装置やデバイスの開発に反映させることで、超大容量光通信ネットワークをより現実に近づけるべく、研究を進めていく予定です。

ファイバを要し複数の地点を結ぶ光ネットワークでは、２地点間を結ぶ「光パス」を需要に応じ設立することになります。２地点間での通信＝「糸」が多数、上手く組み合わさると「ネット」（＝「網」）になるわけです。光パスは終始光信号のまま経路制御されるため、低遅延・低消費電力が実現されます。移り変わる需要に応じた大容量通信を効率良く実現するために、様々な研究開発が必要になります。例えば通信拠点に置かれるノード装置の構成法、より大容量の送受信器や光デバイス、光信号の多重および経路切替方式、更にネットワーク全体での資源割当を検討しなくてはなりません。当研究室ではこれらの多くに取り組んでおりますが、ここでは資源割当について紹介します。光パスは、数百個に及ぶ周波数ブロックのうち、連続した幾つかを排他的に占有し、かつそのブロックは通過する光ファイバ全てで共通です。つまり経路と使用周波数ブロックを上手く割り当てて競合を回避しながら、ネットワークへ

図1

ネットワーク状態の簡略化と学習の効率化（白木他ICTON2019）

図2

提案法によるネットワーク容量の向上（白木他OFC2020）収容される光パス数を最大化することが基本的な目標です。
しかしネットワーク内の状態を正確に記述するには数万〜数十万個のパラメータが必要ですので、ネットワーク全域で割り当てを適性化するのは困難でした。そこで我々は状態の一部を百程度のパラメータで表現した上で需要分布の統計情報と合わせ最良と判断した経路・波長を、ニューラルネットワークへ学習させています（図参照）。更に多くのパラメータを有する多コア光ファイバを用いた次世代ネットワークにおいても、同様な有効性が示されています。今後は、今回の検討結果を

機械システム工学専攻

2020年度日本機械学会年次大会

機械航空系教室のビッグイベントとして、去る9月13日（日）〜16日（水）の日程で、キャッチフ
レーズ『人・モノ・未来をつなぐ機械工学』のもとに2020年度日本機械学会年次大会（大会ロ
ゴは図1です）を名古屋大学東山キャンパスにて開催しました。今年初めからの新型コロナウイ会ロゴマーク
図1 大会ロゴマーク
ルス感染症の大流行により、参加者が名古屋に一堂に会する形態での開催を断念し、100年以上の歴史をもつ日本機械も 日本機械学会において史上初のWeb年次大会という形で実施しました。
Web講演会は、スタッフのみZoom会議室に入室し、発表・質疑応答をして頂き、その様子をリアルタイムでYouTubeにて配信するという形で実施しました。また、Web講演会に初めて参加された方でも通常の講演会のフロアープランをイメージしながら参加できるように、通常講演における１講演室をYouTubeのひとつのURLに対応させる工夫をしました（図２）。特別講演は、大会テーマにふさわしくかつ開催地名古屋にも関連したものということで、青色LEDの開発研究の業績にてノーベル総合エネルギー工学専攻

機械システム工学専攻ことを心配しましたが、結果は、発表件数989件、参加者数1820名と例ことを心配しまし
年並みの大会規模年並みの大会規模で盛況裏に大会を終えることができました。

図2

Web講演会

総合エネルギー工学専攻 教授できる人材育成を行っていく予定です。

保できる原子力規制人材の育成」に取り組んでおり、本年度が最終年

人材育成事業の実施内容

現象の理解をベースとして、複雑な原子力プラントの挙動を把握・俯瞰し、原子力安全の確保に貢献できる人材の育成を目指しています。これは、東京電力福島第一原子力発電所事故の大きな教訓でもある想定外事象への対応において、対応する「人」こそが安全確保の最後の砦になるとの認識に基づくものです。
本事業で実施している講義/演習は、事業終了後も当専攻(あるいは工学研究科全体)における正式カリキュラムとシミュレータを用いた演習風景(2020年度、人数制限とともに間隔をとって実施)

山本 章夫

して継続して実施予定であり、引き続き原子力施設の安全確保に寄与

原子力規制庁の補助事業として、「物理現象から原子力安全を構築・確度となります。本事業では、原子力発電所内で発生する基礎的な物理山田 陽滋

物理学賞を受賞された天野浩先生に「機械と電気のコラボの重要性」
また日の演題で、また日本人として初の米国電気電子協会（IEEE）の会長になられた福田敏男先 （名城大学）に、られた福田敏男先生「グローバル世界のヒューマンネッ
トワークとロボット
トワークとロボット研究」の演題でそれぞれ講演をいただきました。
当初、大会関係者は大会における発表件数が例年に比べ大幅に減る
大会関係

原子力安全を確保する人材育成への取り組み

総合エネルギー工学・エネルギー理工学専攻では、2016年度から、教授

I 安全に関する講義
I-1 航空・宇宙など他学術分野との協働による幅広い安全工学の講義
I-2 原子力安全工学の講義
II 物理現象から原子力安全を確保するためのProblem Based Learning
II-1 マルチフィジックス原子炉シミュレータを用いた講義及び演習
II-2 原子炉設計演習
II-3 放射線測定演習
II-4 環境モニタリング講義・演習
II-5 熱流動演習
II-6 過酷事故進展演習
II-7 確率論的リスク評価演習
III 実習を通じた現場感覚の習得
III-1 中部電力株式会社
III-2 四国電力株式会社
III-3 日立GEニュークリア・エナジー株式会社

PRESSe No.46 11|

土木工学専攻

環境土木・建築学科 学部1年生
ペチャクチャCafeを開催

准教授

中村 晋一郎

附属計算科学連携教育研究センター 准教授

畝山 多加志土木工学専攻新型コロナウイルスの影響で入学後に大学へ来る機会の少なかった学部1年生を対象に、オンラインでの交流企画「環境土木・建築学科 学部1年生ペチャクチャCafe」を9月18日に開催しました。交流企画には1年生49名と教員12名が参加しました。
当日はZoomのブレイクアウトルーム機能を使用して、4~5名の10チームに分かれてもらい、自己紹介のあと『学部1年生 交流企画を考えよう！』というテーマについて話し合いました。そして最後に、各チームで出た交流企画案について発表してもらいました。
ここで出た企画案をもとに企画チームを募集し、現在、イベント実現に向けて学生が主体となって動き出しています。11月と2月に開催の予定です。
企画後に実施したアンケートでは、「他の学生と交流できて楽しかった」、「同学科の人と知り合える機会となった」といった感想をもらいました。引き続き、学科内での交流を深める取り組みを継続していきます。

物質科学専攻高分子物性のシミュレーション

物質科学専攻レオロジー物理工学グループでは、高分子をはじめ学術変革領域 B) 等の研究を通して、高分子物性の基礎科学的な理 解とするさまざまな物質のレオロジー ( 流動や変 形の特性 ) を調べてから強靭性な高分子材料の設 計 や高分子材料の分解制御といった応います。高分子はプラスチック製品やゴム製品として幅 広く用いら用までを目指しています。

れている材料で、物理的にはひも状の巨大分子です。高分子は身近な材料ではあるものの、その構造や運動は非常に複雑です。我々は高分子の物性を物理的な視点から理 解し材料設 計につなげるために新しいシミュレーションモデルの開発を進めています。現在、「ゲル の ロ バ スト 強 靱 化 機 構 の 解 明 と 人 工 腱・靱 帯 の 開 発」(JSTCREST)、「疑 似 自 由 度 を 用 いた メソスケ ール 粗 視 化モ デリング」(JST さきがけ )、「高分子材料と高分子鎖の精密分解科学」( 科研費

エネルギー理工学専攻

種々のモデルによる高分子のシミュレーション例

古典力学最後の難問解決にむけてエネルギー理工学専攻

教授

辻 義之

身の回りにみる水や空気の流れは、その大半が乱れた流れ（乱流）です。エネルギーの効率的利用や災害対策には、乱流の理解は不可欠です。私たちはこの難問に超流動ヘリウムを用いて挑戦しています。
ヘリウムは極低温 ( 約 2K) において、その粘性が消滅して超流動成分が出現します。この状態は量子乱流と呼ばれ、粘性が極めて小さいので、台風などの巨大な流れを室内実験装置 ( 右図 ) の中に作り出すことも可能です。ヘリウム流動の可視化には、極低温下での微細粒子が必要です。その微細粒子をヘリウム・エキシマとして生成することに成功しました。エキシマの生成には、J-PARC 施設の中性子線を利用しました。専 攻 の 特 色で あ る放 射 線 計 測 技 術 を 有 するグル ープ（Sonnenschein 特 任助教、富田准 教 授、井口名誉教 授）、理学部との共同研究として実施し、また、プラズマを利用したエキシマ生成にも成功しています。放射線計測、プラズマなどのエネルギー理工学科の特色を生かして、乱流の解決に挑み続けたいと思います。

12 | PRESSe No.46(左図)極低温状態をデュアー内につくります。(右図)固体水素を用いた量子乱流の可視化