マクロな材料の示す力学的な振る舞いと、それを構成する実際の原子運動の間には、大きな時・空間スケールの隔たりがあります。私達の研究室では、材料の弾・塑性変形機構の包括的な理解を目指して、マルチスケール固体力学の観点から以下の基礎研究を進めています：マルチスケール欠陥力学のための電子・原子シミュレーション、理論に基づく数理解析、音波のマルチフィジクス非破壊観察法の開発など。
私たちの身の回りには力学的な負荷を加えると発電したり磁石になったりする機能をもつ材料が存在します。当研究室で独自に開発した音響的な手法を用いて新たな機能材料を開発し、超高感度水素ガスセンサの開発など豊かな社会の実現を目指した研究を行っています。また、マイクロ・ナノ材料の変形と破壊の振舞いの法則性を解明し、マイクロ・ナノ材料における材料力学・材料強度学の確立を目指した研究も行っています。
材料力学・固体力学を基礎とした理論応用力学の研究を行なっています。物体を形作る「形態」と物体が発揮する「機能」は相互に密接に関連しています。物体の形態・機能が時間経過と共に変化していく様子を記述するのが動力学です。これらの変化は物体を構成する要素間の非線形相互作用や、外界との相互作用を駆動力として分岐や協調的なダイナミクスとして出現します。私たちの研究室は、多層的な構造とそれらの間の相互作用のモデルの構築およびその解析を行い、さらにその理論を実証することを通じ、マイクロダイナミクスの方法論の確立を目指します。
流体中に固体粒子を含む流れは、様々な工業装置中や自然界において広く見られます。その振る舞いは、粒子群が流れ中において作る構造により、大変複雑で興味深いものとなります。本グループでは、この種の流れ現象の物理の基礎的な理解促進を進めると共に、数値シミュレーションモデルの開発や、これらに基づいた応用研究を行っています。
ナノスケールの加工には対象物質を自在に操る「手=ツール」と、その過程を的確にモニタできる「目」の選択が重要な鍵を握ります。本研究室ではナノメートルレベルの局所領域観察ができる電子顕微鏡の中でナノマニピュレータという高精度な「手」を使って、狙ったナノ構造体１個の操作や様々な変形加工を行っています。加工に伴う原子レベルの構造変化と機械・電気特性変調の相関を実時間観測から明らかにし、ナノ領域独特のダイナミクスを探索します。ナノ領域で動作する新奇機械要素やナノ領域特有の性質を生かした機能材料など、基礎と実用化を繋ぐための研究も積極的に進めています。
固体材料中の弾性波・超音波の伝搬挙動解析を基礎として、新しい材料評価技術の考案、センサ技術の開発を進めています。特に，薄板状材料中を伝搬するガイド波については、新しい数値計算技術の開発からレーザ超音波や空中超音波といった先進的な非接触計測手法の提案まで行っています。
乱流や多相流の諸現象、相変化を含む界面現象、伝熱および物質移動、流れと構造物との強い相互作用問題を扱い、流れをin silico （コンピューターの中）で限りなくin situ （自然のまま）に扱う物理法則に忠実な「数値実験」手法を確立するため、数値シミュレーションの方法、現象の解明と数式表現（モデリング）に関する研究を行っています。応用としては、高速車輌・航空機や流体機械のほか、生体系に関連する流れが含まれます。
非線形(nonlinear)と非平衡(nonequilibrium)をキーワードとして、流体現象の解明とその機械工学への応用を研究しています。その中でもとくに、新しい流体力学のための新しい理論の創成を目指しています。
燃料電池、フロー電池などの次世代エネルギー変換デバイスの高性能化を目指し、デバイス内における化学反応と輸送現象の解明および本質的な課題の抽出と解決のための研究を行っています。
燃焼工学研究室では、高効率かつクリーンな燃焼技術に関する研究、新燃焼技術としてプラズマ支援燃焼技術、バイオマスの有効活用に関する研究、燃焼を用いた高付加価値物質の生成に関する研究に対して、非接触光学計測を用いた実験や素反応を考慮した数値解析による研究を遂行しています。
高エネルギー伝達技術の創成、省エネルギー、微小物質の移動現象制御へ貢献することを目的として研究を行っています。具体的には、数ナノメートルの半導体デバイスから核融合炉に至るまでの熱物質移動の原理を、原子・分子スケールのシミュレーションや実験により解明して、微視的なスケールから巨視的なスケールに至るまでの熱エネルギーの有効利用の拡大を目指しています。
設計工学領域では、優れた革新的なデザインを実現することを目指して、製品の開発や設計を価値・コスト・時間などについての様々な要因を総合的かつ系統的に考えつつ合理的に進めていくための理論や方法論、コンピュータ援用技術に関する教育と研究を行ってます。具体的には、Products、Process、Function & Structure、 System of Systems の4つの方向性を定め、研究テーマを展開しています。
本研究室は、『究極のものづくり・新しい付加価値の創造』をキーワードに、『世界最高水準の加工技術』・『世界初の加工技術』の創造・構築に取り組んでいます。具体的には、次世代デバイス基板の超高平坦研磨加工技術の開発、難削材の次世代切削加工システムの構築、ナノ-マイクロ構造からなる機能性表面を有する切削工具の開発、脳・脊椎外科手術における革新的低侵襲医療用工具の開発などを民間企業との共同研究のもと、積極的に推進しています。
21世紀に向けて“ものづくり”技術の高度化を達成するには、加工、計測、位置決めなどの全ての分野において、その技術をさらに向上させる必用があります。当研究室では、光を応用した精密加工・計測技術を基盤技術とした研究を中心に、“ものづくり”技術の新たな潮流を創出することを目指します。将来的には、ものづくりに関する研究、加工計測に関連する分野だけにとどまらず、光加工計測技術の環境分野への応用など、将来の日本の産業を支える基盤技術を生み出すための提案を行っていきます。
本研究室は、持続可能社会に相応しい人工物システムの在り方を構想し、地球環境、社会、経済の側面から人工物ライフサイクル、製品サービスシステムの設計方法論を体系化していきます。ベースになる学問は、設計工学、ライフサイクル工学、環境学です。
当研究室では、加齢や疾病などで心身機能に困難のある人たちの日常生活やリハビリテーションを支援するQOL（Quality of Life）テクノロジーとその周辺領域の基礎研究と応用研究に取り組んでいます。福祉分野では食事・移動・コミュニケーションの支援技術、健康分野ではフレイル予防や生活習慣病の早期発見、さらに人間拡張のためのソフトアクチュエータや感覚代行デバイスなどに関する研究開発を異分野融合で総合的に進めています。
本研究室では、制御理論、ロボティクス・メカトロニクス，学習理論，力学系理論，生物学などを駆使して、徹底的に「動くもの」を探究します。最近ではロボットと生物のロコモーション，光によるナビゲーション，量子化制御系の設計，制御工学と機械学習の融合，建設機械の自動化研究などに注力しています．本研究室では数理的な思考と実験的研究の両方を重視し，バランスのとれた研究スタイルを指向しています．
ある存在物が知的に行動するとはどういうことでしょうか？私たちは、この問に対して「制御の視座」で「知の秘密」の本質を見定めようとします。そうすると、その「知の源」は「脳」のみならず、「身体」と「場」の相互作用にこそ埋め込まれていると思えるようになります。本研究室では、このような態度で「知の不思議」に対して納得のゆく理解を探求しています。
機械と対象との相互作用に着目し、知能や情報の観点から新たな機械システムを創出することを目指します。具体的には、マニピュレーションを中心としたロボティクス・メカトロニクスに関する新奇技術の開発に挑戦し、基礎理論と数値シミュレーション技術の構築、実機による検証を行います。また、医歯学、食品学との学際的研究にも積極的に取り組み、ヒトの行動メカニズムの理解と機械システムによる再現に関する研究も行います。
バイオアクチュエータ・MEMS・ラボオンチップ・マイクロナノメカトロニクス・再生医療・創発化学をキーワードに、多くの革新的な生命機械システムを発表してきました。機械とバイオと化学を融合した、全く新しい発想の柔らかい生命機械融合ウェットロボティクス、ソフトマシン、自律機械システムを世界に先駆けて発信することを目標に、教育と研究を行っています。
宇宙機の軌道運動や姿勢運動、気球の飛翔運動の力学解析を基にした運動の安定性や制御手法の研究を行っています。燃料補給が困難な宇宙機を軌道力学を利用して効率的に軌道制御する手法の開発や、コントロールモーメントジャイロのような角運動量を有するアクチュエータを用いる場合の高速な姿勢制御方法の開発、観測用気球の３次元運動のダイナミクス解析と姿勢制御方法の開発などを、理論、実験、実機開発を通して行っています。
本研究分野では、レーザ科学と生産技術との高度な融合を目指し、レーザを活用した接合、切断、表面改質、分離・除去等の材料加工法に関する基礎研究を実施しています。レーザの効率的な熱的な利用だけでなく、光と物質との相互作用に基づく物理化学的な作用を活用し、レーザクラッディングや金属積層造形の革新的な新プロセス創出やその実用化に取り組んでいます。
安全・安心・快適な生活基盤の維持・発展に向けて、環境・生命への負荷を軽減できる材料・プロセス、ならびに廃棄物の再資源化・エネルギー再生など、21世紀の地球環境技術の基盤構築と実用化に関して、材料科学の観点から原子～ナノ～マイクロの階層的マルチスケール設計による材料の高機能化・多機能化に関する基礎学理の構築と企業との連携による実用化研究を行っています。
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