セミコンジャパン

MIRAI GAKKO「ドローンを用いた ITS 融合ネットワークの構築」「マイクロ波を用いた超省エネ型高温還元反応」
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沖縄工業高等専門学校
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情報通信システム工学科

メディア情報工学科

１．はじめにおおしろ

大城まえくら

本科４年前蔵せい やりょう

なか え

ま遼、３年仲栄真
しまぶくろ聖也、本科２年島袋

たか やいっせい

いのはせいえい一成、伊野波 盛瑛隆也 教授

ふじ い藤井さとし

知

２．ドローンを用いた ITS 融合ネットワークの構築

ご承知のとおり、少子高齢化による人口構成の激変に伴本研究テーマは、昨年度から研究提案を行い、本年よううインパクトが日本社会へ様々なインパクトを与えつつあやく研究採択され、研究を開始したところです。研究提案

ります。例えば、厚生労働省の資料によると労働人口はの段階ではありますが、紹介させて頂きます。沖縄県は南2000年の6800万人をピークとして漸減し、2030年には6180

北約400km、東西約1000km の広大な海域に大小160もの島々万人となることが推定されています。[1] しかし、各国のが点在する全国でも有数の島嶼県です。例えば、そのためGDP 推移（2000年から2015年）でも、日本50%、米国80％、災害後の緊急時等には迅速な対応が出来ない問題を抱えて中国500% と相対的に日本の成長は鈍化しつつあり、グローいます。そこで、沖縄地域性にあった完全自律型電動ヘリバルな成長から取り残されつつあります。また、平成29年

コプタ（ドローン）で取得した画像データを、高信頼・低度北海道大学では教員を200名削減すると発表などのよう遅延のアドホックネットワークを介してセンターに収集しに、この厳しい現実を高等教育研究機関に突き付けたものます。そこで、収集した画像データをビッグデータ解析して、となっております。教育現場では、文部科学省による国立特徴抽出や異常抽出を行うことで、生活に必要な情報をタ大学改革プランが策定され、政府から支出される大学運営イムリーかつ経済的に提供し、沖縄地域振興に資すること

交 付 金（ 平 成29年 度 予 算 約 １ 兆 円 ） と 漸 減 さ れ つ つ も、を目的とした研究を行っています。[5]Times Higher Education の上位にランキングされるようグ本システムの特徴は、固定的なネットワークでなく、アローバル競争に勝ち残ることや地域貢献などが課されていドホック的にネットワークを形成できるので、即応性を有ます。[2、3] 高専機構にも同様な状況です。[4] これまでのするほか固定費がかからないことに加え、災害発生時には産業界への人材ニーズに応えてきた、恐らく、高度成長期現場でダイナミックにネットワークの設定が可能であり災等のものづくりを中心とした人材育成という実績から、今害状況の伝達、平時には、渋滞状況、海岸線の環境保全やのところ学生就職率などは非常に良い環境にあります。し農作物育成状況の観測などに適用できるものとなっていまかし、この結果は、過去の教育成果のたまものであり、“今す。地上の天候の影響を受けやすい地球観測衛星や高額なの教育”の評価ではありません。社会や産業界の変化に合経費がかかる航空機による観測のデメリットを解決したリ

わせ、グローバル競争に勝ち抜ける人材育成が引き続き使モートセンシングを可能とします。図１と図２に本システ命であることは間違いありません。しかしながら、前述しム構築例を示します。石垣島から西表島間と西表島周辺のたように教育への投資が厳しいこともあり、如何に質の高海岸線を監視するためのドローン16基を配置し、ドローンい教育研究を行えるかにかかっております。これを補うにで取得した画像を、巡回する車両にてアドホックネットワー

は、一層の地域や大学などの連携が必要なります。今回、ク経由して効率良く収集します。その後、画像解析を実施し、地域連携として「ドローンを用いた ITS 融合ネットワーク

災害時には災害状況の迅速な状況把握、平時には、石垣島の構築」と、大学連携として「マイクロ波を用いた超省エや西表島の海岸線の漂着物の検出、農作物の育成状況などネ型高温還元反応」について紹介します。のデータとして活用することで地域社会に貢献します。現在、㈱自律制御システム研究所の協力を得、完全自律制御型ドローンを入手し、伝送特性などの実験を開始したとこ
ろ で す。 今 後、 自 動 車 に も 通 信 シ ス テ ム（WAVEIEEE802.11p）を搭載し、ITS 融合ネットワークの構築向け研究を加速する予定です。

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図１

西表島周辺と石垣島間を飛行型ドローンと車両で中継するイメージ図

図２

システム構成３．マイクロ波を用いた超省エネ型高温還元反応として用いられ、軽量・高強度・高硬度の特徴を持つことから、その合金は飛行機等の航空部品に利用されておりま

マイクロ波化学では、マイクロ波を照射することで、高す。今後、自動車や航空機のボディとしての応用が期待さ

速加熱、高効率加熱、高速熱応答、均一加熱、局所・選択れております。しかし、金属 Sc の価格は金の約５倍と高い加熱、非熱的効果などの現象が報告されています。これらことから、現在、その用途は限定されたものになっておりの現象を利用することで、化学反応に必要なエネルギーをます。Sc はレアアース元素として知られているものの、ク劇的に削減出来ることが見出されており、素材産業におけ

ラーク数22ppm と貴金属に比べ存在量は多いです。しかし、るエネルギー消費の大幅な削減が期待されております。そ酸化 Sc は熱力学的に安定な材料であることから、一旦、フッこで、我々の研究グループの目的は、この現象のモデル化化物に変換したのち、還元を行っています。そのため、金を行い、マイクロ波による加熱プロセスを汎用的な技術と属 Sc の価格が高い原因の一つは還元プロセスと推測されまして完成させることです。これまで、マイクロ波による加す。そこで、本研究では、マイクロ波反応の特徴である急熱現象について、新しい知見を発見してきました。そのう

速加熱・選択加熱・内部加熱・短時間反応を活かし、マイちのスカンジウムの還元技術について紹介します。[6] スカ

クロ波照射を用いた Sc 金属の精練プロセスの応用についてンジウム（Sc）の用途はアルミニウム－スカンジウム合金検討を行いました。

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３－１

実験・実験結果とまとめ

MIRAI GAKKO

おわりに今回実施した実験内容は以下の通りです。
・カーボンによる熱還元4ScF3 + 3C → 4Sc + 3CF4

ご承知の通り、少子高齢化に伴い、教育現場は大変苦し

パウダー状原料をアルミナるつぼに詰め、図３に実験装い状況に置かれております。可能な限り知恵を絞り、質の置を示す TE103の導波管キャビティを用い磁場ピークの高い教育研究が出来るよう奮闘しております。セミコンジャ

場所にセットし、上記、マイクロ波照射による２つの還パンにおける The 高専を、引き続き継続し、さらに、発展元プロセスを行いました。還元反応中、プラズマが発生して欲しいと願ってやみません。何卒、高専の教育研究にするため温度測定はアルミナるつぼの側面を放射温度計対する、産業界の皆様のご支援・ご協力をお願いしたいとにより行い、マイクロ波出力は100W、880℃－15分間と存じます。

しました。
実験結果、図４に示す X 線回折測定結果とおり、金属 Scのピークが観測されたこととや、石英管の表面に金属光沢

学生のコメント（代表して２名）
学生コメント（１）：が見られたことから、想定通りの反応が進み、金属 Sc の取

今回、セミコンジャパンという大きなイベントに参加しり出しに成功しました。また、反応温度は、るつぼ温度から、て、緊張もあったが発表やほかのブースを見学したりなどシミュレーションにより推定し、報告されている1500℃よ様々な体験ができてとても良い経験になったと感じました。

り、格段に低い880℃でした。

学生コメント（２）：今回、フッ化物の還元プロセスしか成功しなかったものの、このような大きな場で発表したことで、自信と発表能力従来プロセスに比べ、迅速・低温等のマイクロ波反応の特徴を高めることができました。また、多くの企業・高専・一がみられ、マイクロ波還元プロセスの優位性を示すことがで般の方々と意見交換をしたり、「おもしろいアイデアだ」ときました。今後、実験系の大型化を進め、東工大と連携し、好意的な声を頂いたりすることができ、就職先の参考にも本格的な実証実験へと進めたいと考えております。

なる有意義な時間を過ごすことができました。

謝辞

Vacuum Pump

日本マイクロニクスジャパン様を含め、セミコンジャパ
ン The 高専の関係者の皆様にこの場をお借りし、改めて、
Waveguide Cavity( TE103 mode)
MicrowaveGenerator(Solid amplifier)Powermeter

お礼申し上げます。

Crucible
PlungerSample

1. 厚 生労働省、「労働力人口の推移」www.mhlw.go.jp/za/0825/c05/pdf/21010105.pdf

Infrared temperature
measurement system

図３

参考文献

マイクロ波照射装置

2. Times Higher Education, https://www.timeshighereducation.com/world-university-rankings
3. 文 部 科 学 省 , 国 立 大 学 改 革 に つ い て , http://www.mext.go.jp/a_menu/koutou/houjin/1341970.htm
4. 高等専門学校の充実に関する調査研究協力者会議 ,「高等専門学校の充実について」平成28年3月
5. S . Fujii, N. Yoshikawa, and K. Nonami, "Highly Sophisticated
Network System using Micro Air Vehicles and Wireless Networks
for Enhanced Safety against Natural Disasters", ICIUS2011, pp.145,
2011
6. S. Fujii, S. Tsubaki, E. Suzuki, S. Chonan, M. Fukui, and Y. Wada,"Study on Metal Refining Process of Sc metal using Microwave
Irradiation," Progress In Electromagnetics Research Symposium,
2016, Shanghai, China

図４

反応後のサンプルの X 線回折結果と石英管の付着物
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