履修モデル
研究内容紹介
講義の様子
航空宇宙に関連する分野
小さな世界の大宇宙「ナノテクノロジー」
近年、ナノテクノロジーによる機械の小型高性能化は目覚ましく、普段の生活でもコンピュータや携帯電話などの製品を通してその恩恵を実感できます。こうした進歩には、部品の一つ一つをナノスケール（10億分の１メートル）で小さく作り出すことはもちろん、目に見えないサイズの加工や性能評価などの技術が重要となってきます。本研究室では、ナノ構造体の創製・加工・評価などの様々な方法でナノテクノロジーに取り組み、伝統的な機械工学の枠を超えた他分野への展開を目指しています。また、医療への貢献を目的に、ナノ・マイクロ領域の力学を基にして、生体モニタリングなど人間対象の研究、さらには航空機に関する研究も行っています。
下図左は、独自の技術で作り出した様々なナノ構造体を電子顕微鏡で観察している様子です。ナノコイルはバネとしての利用はもちろん、極小の電磁石や電磁波吸収材として応用が期待できます。また、ナノチューブやナノフラワーは、広い表面積を有するため、化学触媒、センサなどへの応用が期待できます。下図右は、センサの上に寝るだけで心拍と呼吸の同時モニタリングが可能となっています。
ナノメートル（10億分の1メートル）スケールで物質を制御すると、通常と異なる性質を持つ新たな素材を創出することが可能です。趙研究室では、ナノ構造体の創製と形態制御、およびこれらナノ構造体からなる機能性材料の実用展開に関する研究を行っています。下図左は独自技術で創製した種々の金属ナノ構造体です。下図右は銀ナノ構造体からなる柔軟性透明電極（上）と光電場増強基板（下）です。透明電極は人工衛星の太陽電池、または透明フィルムヒーターとして、航空機の窓の結露防止などへの応用が期待されています。
| 教授 | 村岡 幹夫 |
| 准教授 | 山口 誠 |
| 准教授 | 趙 旭 |
熱・流体現象の物理から航空機まで
水や空気の流れや熱の移動についての研究を行っています。円柱や角柱などを水や空気が通り過ぎると渦が生じたり、その渦が振動したりすることがあります。なぜ、そのような渦が発生したり消滅したりするのか（流れのパターン変化）を調べます。そしてそのとき、熱の伝わりが良くなるのか悪くなるのか、どうなっているのかということなどを明らかにしていきます。このような研究は、熱流体機器の高性能化につながり、環境問題や自然エネルギー開発の成否に関係する重要でやりがいのある、おもしろい研究です。最近は航空機関連の研究も行っています。
下図左は、航空機の電動化に関する研究で、航空機からの排気を利用した熱エネルギー回収に関する熱力学モデルです。下図右は、客室内の排気の流れを評価するために用いるマルチファン型風洞のモデル図です。風洞実験により，排熱および空調システム（換気，温度調整）を最適化する研究に取り組んでいます。
| 教授 | 足立 高弘 |
| 准教授 | 秋永 剛 |
| 講師 | 高牟礼 光太郎 |
※ 足立教授の出演する夢ナビ講義動画は、こちら
空と宇宙に挑戦する機械
航空機や宇宙機について、運動の解析や、システムの検討を行います。主な研究分野として、スペースデブリ（宇宙ごみ）対策があります。地上から観測不可能な微小なデブリの存在密度を知るために、人工衛星表面に生じる微小な衝突痕を自動で観測する装置を提案しています。
下図左は、模擬衝突痕をつけた太陽電池を撮影し、機械学習を用いた画像処理で検出している様子です。さらに、デブリを捕獲し、大気圏内へ落下させる除去技術についても、運動の解析を行っています。月・惑星探査の分野では、月で最近発見された縦孔への降下技術、火星の極域探査車の走行技術、小惑星土壌サンプルの採集装置について研究しています。航空機分野では、航空機電動化プロジェクトに参画し、飛行制御アクチュエータの電動化に関する研究を行っています。とくに、電動アクチュエータの信頼性を高める冗長化メカニズムと、フライホイールバッテリを用いてアクチュエータの電力デマンドの変動を平準化する技術について、モデルベール開発と、制御系の開発を行っています。下図右は、飛行制御アクチュエータ系の電力平準化・システム冗長化の模式図です。
| 講師 | 平山 寛 |
環境に関する分野
希薄な気体と風の流れ
安定して強い風が吹かない環境でも風のエネルギーを効率よく得ることの出来る風車に関する研究や，様々な分野で利用されているファインバブルの効率的生成方法に関する研究を行っています。下図は、サボニウス形風車における補助翼の働き(イメージ)を示しており、凸部側の抗力を減少、凹部側の抗力を増加させ、風車が発生するトルクを増加させます。
| 教授 | 三島 望 |
| 講師 | 杉山 渉 |
より高精度な測定と設計やエネルギーの有効利用
下図左は、機械形状の超精密測定と設計を実施する際のイメージ図です。また、下図右は伝熱工学を主軸に，とりわけ相変化現象に注目した研究の結果であり近年は寒冷地域における雪害や凍害を工学的に解決する技術の開発に取り組んでいます。熱源がなくとも凍結を抑制できる排水管の写真です。
| 教授 | 奥山 栄樹 |
| 准教授 | 小松 喜美 |
革新的生産プロセス開発と材料の環境特性評価
機械部材、構造材料をつなぐ接合プロセスと接合部の信頼性評価に関する研究を行っています。下図は自動車ボディー構造材料の機械的特性を評価した結果です。接合プロセス条件で接合部の機械的特性を制御できている様子がしえされています。
| 准教授 | 宮野 泰征 |
金属などの材料に関する分野
金属・合金の凝固組織・偏析予測シミュレーション
多くの金属材料は溶融・凝固過程を経て製品となります。この凝固過程では，ミクロの世界で樹枝状結晶などの材料組織が形成され，その組織形成時に成分の偏り（偏析）が起こります。この凝固組織や偏析は，悪い影響を与える場合があり，様々な材料特性低下の要因となるため，凝固組織と偏析の制御が，金属材料の高品質化には不可欠です。しかし，1000℃以上にもなる高温下の凝固組織制御は難しいので，シミュレーションによる凝固組織・偏析予測技術が必要です。当研究室では，凝固組織と偏析をコンピュータの中で超高精度に再現できる高度なシミュレーション技術（数値解法や数学モデルなど）の開発に取り組んでいます。
| 教授 | 齋藤 嘉一 |
| 教授 | 棗 千修 |
モビリティ部品の高強度信頼化に向けて
モビリティは，高い強度信頼性をもつことが求められます。その部品には，力が繰返し作用するため，その材料が疲労して破壊し，重大事故につながる可能性があります。これを防ぐために，材料の強度や変形・疲労特性を正確に把握するための実験技術と，変形量や構成部品の疲労寿命を正確に予測することができるコンピュータシミュレーション技術を開発しています。
下図１は，高い疲労強さをもつ自動車エンジン用ピストンを開発するために実施している，実験とシミュレーションの例です。
また次の図２は，電動モビリティの電子部品接合部に高い強度信頼性を付与するために開発している，実験技術，シミュレーション技術，接合技術の例です。
下図は、純銅鋳物の破面に見られる樹枝状晶であり、高機能部品・複雑形状部品のための鋳物材料や、それらの製造に適した鋳造プロセスについて研究しています。
| 教授 | 大口 健一 |
| 准教授 | 後藤 育壮 |
| 講師 | 福地 孝平 |
基材表面改質のためのダイヤモンド皮膜合成と応用に関する研究
ダイヤモンドは，高硬度，耐摩耗性，高い熱伝導率等の優れた性質を持っています．このダイヤモンドを燃焼炎法と呼ばれる方法を用いて，切削工具，人工関節，歯科用インプラント，切除手術用メス材料の表面へ直接合成して表面の高硬質処理を行い，耐摩耗性を向上させる研究を行っています．このことにより，製品の寿命を長くすることが可能となります。
| 准教授 | 高橋 護 |
高硬度かつ強靭なセラミックスの創製および組織制御法の確立
主に図1に示すような切削工具、金型材料へ応用可能な新規硬質セラミックスを粉末冶金的手法を用いて創製しています。炭化物や窒化物を利用し、合成時に形成する組織をコントロールすることで、優れた機械特性をもつセラミック材料の開発を行っています。
| 准教授 | 仁野 章弘 |