大同大学のゼミ・研究室

近年、脱炭素社会の実現のため再生可能エネルギーの活用が望まれています。日本でも太陽光発電や風力発電などの導入が徐々に進んできてはいるものの、不安定な再生可能エネルギーだけでは消費電力をまかなうのは難しい状況です。燃料費の高騰などもあいまって、電力不足や電気代値上がりなどのニュースが世間を騒がせています。そこで、安定した電力供給体勢を確立するため「発電・送電設備の耐雷対策」という観点から研究に取り組んでいるのが雷研究のエキスパート、大同大学工学部電気電子工学科の植田俊明先生。
「風力発電の大きな課題のひとつに、落雷による発電機の故障が挙げられます。特に日本海沿岸で冬季に頻繁に発生する『正極性雷』と呼ばれる雷は、電荷量が高いのが特徴です。この地域にある多くの風力発電所が、この正極性雷の落雷に悩まされています。また送電線への雷撃により、停電や設備故障なども数多く発生しています。このように、耐雷対策は風力発電に限らず、すべての発電・送電設備に共通する課題です」
植田先生は、耐雷対策により発電や送電関連設備の故障を防ぐことが、安定した電力供給につながり、ひいては再生可能エネルギーの普及、そしてCO2の削減や電気代値上がりの抑制などにもつながると言います。

現在、植田研究室で取り組んでいる研究のひとつに「風車ブレードレセプタの雷捕捉性能の向上」があります。植田先生によると、現在使用されている多くの風力発電機には、ブレード（風車）部分に雷を受雷し、安全に大地に逃がす「レセプタ」と呼ばれる避雷針のような機構が、すでに設置されているとのことです。しかし、このレセプタがうまく機能せず、レセプタ以外の部分に雷が落ちてしまう、というケースが多く発生しています。そこで植田研究室では、レセプタの雷捕捉性能を高めるための研究を進行中です。実際の風力発電機で使用されている「GFRP（Glass Fiber Reinforced Plastic：ガラス繊維強化樹脂）」で風車の先端部分を作製した「ブレード先端モデル」と高電圧試験装置を用いて、落雷現象をシミュレーションし、レセプタを取り付ける位置や電撃電流の通り道の設計など、改良に取り組んでいます。さらにレセプタとブレードの最先端部分の間に受雷範囲を広げるために「ダイバータストリップ」という部品を追加してみるなど、さまざまな工夫によりレセプタの雷捕捉性能は少しずつ改善されているのです。植田先生は「シミュレーション実験の精度向上も含め、さらなる改良を検討していきたい」と意欲を燃やしています。

「最近は私たちが停電を経験する機会はずいぶんと減りました。しかし、それは落雷で故障が発生しても別の送電網から電力を供給するなど対処している電力会社の努力によるものです。決して落雷による被害が減っているわけではありません」
植田研究室では、雷に関する知見を深めるため、落雷の観測やデータ収集なども積極的に行っています。研究データによると、大同大学の周囲5kmの範囲だけで、昨年1年間で合計73回もの落雷が観測されています。頻繁に落雷があるということは、落雷による事故や故障の危険性もそれだけ高いということです。さらに植田先生は、「雷サージ」と呼ばれる送電線に落雷した際に発生する過電圧になる現象に着目し、変電所に侵入する「雷サージ」の計測・解析を行うなど、さまざまな雷と電力設備に関する研究を展開しています。近年では雷研究の枠を超えて、電気自動車を蓄電池として利用し、電力会社の電力系統に接続して相互に利用する技術「V2G（Vehicle-to-Grid）」システムの研究などにも着手中です。植田先生が多方面に展開する研究は、どれも私たちのエネルギー事情を改善し、持続可能な社会を実現するためのものにつながります。これらの研究は、私たちが次世代の電力供給のあり方などを考える際のヒントを提供してくれるでしょう。

近年のロボット技術の進歩はめざましく、オートメーション化した製造工場など、私たちの暮らしのさまざまなところで自動化・ロボット化は進んでいます。しかし、進化が進んでいるとはいえ、ロボットが人間の意図を汲み取り、思い通りに勝手に動いてくれるわけではありません。人間が思い描く目的にあわせて挙動するよう、機械やロボットはシステムや機構が設計されています。どんなに高性能なロボットであっても、思い通りに動いてもらうためには適切な「システム設計」が欠かせないのです。
「たとえば人間が無意識にしているような行動でも、紐解いていくと実は複雑なプロセスの上に成り立っています。ロボットに同じことをさせるには、その複雑なプロセスをモデル化してあげなければいけません。このとき、いかにシンプルで高精度なモデルを設計できるかが、ロボット開発の大きなポインになります。それが『システム設計』です」
そう語るのは、制御理論やシステム設計を専門にしている大同大学工学部機械システム工学科の尾形和哉先生。尾形研究室では、機械やロボットの運動性能を向上させるための考察を進めながら、機械制御の方法やシステムを検討し、実際にさまざまなロボットを製作しながら、実験研究に取り組んでいます。

尾形研究室で取り組んでいる研究テーマのひとつ「ロボットの自己位置推定」。これは、自律的な行動ができるロボットを開発する際に必要となる、ロボットが自分の位置を認識するための仕組みを検討する研究です。
「ロボットが人間と共存して活躍するためには、人間と同じような認識技術としなやかな動作の実現が要求されます。特に今いる場所をロボットが正確に認識できなければ、自身の行動決定もできません。さらに、人やモノと衝突しないよう行動できることも重要です」
尾形先生によると、工場内での自動運搬ロボットなど、現在でも一部ではすでに自分の位置を認識できるロボットは実用化されています。しかし、現段階のロボットによる自己位置推定能力は、「あらかじめ工場内に引いてあるラインを認識し、そのライン上を動くように設計されている」など、限定的な段階です。そこで尾形研究室では、カメラ映像や赤外線センサで壁との距離を測定し、それらのデータをロボットが統計的に学習することでロボット自らが環境マップを作成し、自己位置が推定できるようにするモデル開発を検討しています。この研究が進めば、災害現場などあらかじめ設定することが難しい環境であっても、自己位置を推定して自律的に行動するロボットが開発が目指せます。

尾形研究室の学生たちは、「ロボットに何を手伝ってもらったら人間が便利になるか」という自分の興味に沿って考察し、それを実現するためのアプローチを検討しています。実際にロボットを製作しながら研究を進めているため、2台で協調してモノを運ぶことができるロボットなど、研究室には学生たちが試作したロボットがたくさん並んでいます。
　「シミュレーションがうまくいっていても、実際につくってみたら不具合の連続、というのはこの分野ではよくあること。ロボット開発には、部品から機械をつくるものづくり技術と、それを動かすための制御がうまく噛み合ってはじめて実現します。学生たちには実際にロボットをつくりながら、機械やロボットを動かすことのおもしろさや難しさを感じてほしいですね」
大同大学の機械システム工学科は、機械やロボットを「つくる」ための技術と「動かす」ための技術の両方をバランスよく学べる学科です。本格的な工作機械を実際に動かしてみる実習や、機械やロボット開発の現場でも必要不可欠なプログラミングなど、情報分野の知識を学ぶ機会も用意されています。工場の生産設備などの開発をはじめ、ものづくりの現場で活躍する技術者に求められる力を実践的に身につけることを目指します。

人々の働き方が多様化し、さまざまな価値観が生まれてきている現代。それでも多くの人々にとって労働が生活の糧であることは変わりません。たくさんの労働者が企業と雇用関係を結び、それぞれの職場で人生の大半を過ごしています。そのため「雇用に関する制度や仕組み」は、多くの人々に影響する重要な社会基盤のひとつといえます。そんな雇用制度に関して、さまざまな観点から学術的な研究をしているのが、大同大学情報学部総合情報学科の藤井浩明先生です。
「雇用などを規定する経済的な合理性や仕組みができた歴史的な経緯について、明確になっていない点は数多くあります。そこで雇用労働に関する制度や慣習を分析することで、雇用の仕組みやあり方などを考えるヒントを導き出せればと考えています」
藤井先生は、雇用制度の成り立ちや変遷などについてさまざまな文献から情報を収集して整理。さらに、各企業がどのように労働者の賃金を決定し、昇進などの人事制度をどのように進めていっているのかなど、「雇用管理」や「労使関係（雇われる労働者と雇う経営者・使用者の関係性）」について、実証的な分析・考察をしています。

藤井先生の研究テーマのひとつに「産業別労働組合」があります。日本では企業ごとに組織された企業別労働組合が、それぞれで企業の経営陣と交渉するケースが多いですが、欧米では産業単位で企業横断的な労働組合が組織され、団体交渉が行われています。
「欧米では、どこで働くかよりも仕事内容が重視されており、賃金を仕事の対価と捉える『Pay for job』という考え方があります。対して日本企業の場合、配属部署や仕事内容に関わらず、新入社員であれば賃金は一律ということもめずらしくありません。出来高給などの制度もありますが、基本的には賃金を人に対する報酬と捉えているからです。どちらの考え方が良いのか、一概に言えるものではなく、決して制度の優劣を考えようとしているわけではありません。労働組合についてもどちらが良いかではなく、どのような経緯で制度や仕組みが生まれてきたのか、そしてどう変化してきたのかを比較分析することで、人々に根付いている仕事観など、さまざまなものが見えてきます」
藤井先生によると、日本が欧米を参考に「職務給」を導入しようとし、逆にアメリカが日本企業の人事制度を参考にしていた時代があるなど、国ごとに違う雇用制度は、相互に影響を受けながら変化しています。このような違いや変化を理解し、全体像を正しく把握することが重要です。

藤井先生は、「産業別労働組合」に加えて、さまざまな人事処遇制度についても研究しており、「業績連動型賞与」の実態調査もそのひとつです。企業の業績によって一元的にボーナス金額が決定される「業績連動型賞与」を導入している企業の数や、導入企業とそうでない企業では金額にどれくらいの差があるのかなど、データ収集して統計分析を行っています。
「私の研究にも含まれていますが、総合情報学科の学びには、データサイエンスの手法を活用しながら考えていくという特徴があります。ゼミの学生たちは、私の専門である雇用関連だけにとどまらず、自分の興味のあるテーマなど、さまざまな題材への取り組みを通して、固定観念などに惑わされずに実際のデータから事実を正しく読み解く力、そして自分の頭で考える力を磨いてほしいと思っています」
たくさんの情報があふれる現代において、正しい情報を収集して活用できる力は重要度が高まっています。さらに、次世代の働き方や雇用のあり方をはじめ、私たちの社会は日々さまざまな変化が続いていきます。藤井先生のゼミでは、そんな社会を生き抜くための力を幅広く身につけるのを目指しています。

屋外スポーツの場合、アスリートのパフォーマンスは天候などによって左右されます。なかでも大きな影響力をもっているのが気温です。もちろん、気温以外にもさまざまな要因が複合的に関係しているので一概にはいえません。しかし、日頃からトレーニングを積んでいるマラソン選手であっても、風量やその他の条件は同じでも気温が低かっただけで大きく記録を落としてしまう、というケースもあるのです。そこで環境温度、特に寒冷環境下での人体の運動能力について研究しているのが、大同大学情報学部総合情報学科の伊藤僚先生。
「たとえば雪山で遭難して、凍傷や低体温症になっているなどの極端な状況をイメージしてもらうと、寒冷環境では人の運動能力が落ちるということは想像しやすいと思います。しかし、マラソンなどを思い浮かべると、少し寒いくらいのほうが気持ちよくて走りやすいと感じられる方も多いのではないでしょうか。実際はどうなのか、データを収集し、科学的に分析してみようとこの研究を始めました」
伊藤研究室では環境温度が人の運動パフォーマンスにどのような影響を与えているか、さまざまなデータを収集・分析し、生理学の観点からその仕組みなどを明らかにしようとしています。

伊藤先生は、被験者に低温環境下で運動をしてもらい、心拍数や乳酸値、酸素摂取量などを計測し、同時に被験者の体感での疲れ具合などをヒアリングして、実験データを収集しています。
「人間の体のメカニズムはとても複雑です。たとえば、人は寒ければ震えて自らを温めようとし、暑ければ発汗によって体温を下げようとします。複雑な人体において、環境温度と運動能力の関係だけを正しく切り分けて把握するのは非常に難しい面があります。さまざまな予備実験を行いながら実験方法を確定させていき、たくさんの実験データを比較することではじめて正しい判断ができます」
低温環境下において運動能力は落ちるが、被験者当人の体感的な疲労感は低温環境下であってもあまり変わらないことがわかってきました。「体感としてはあまり変わらないというところが、大きな発見でした」と伊藤先生。この結果により、同じ負荷のかかる運動を同じ時間行っていた場合、本人の自覚なしに低温環境下のほうがより体に負荷がかかっているということが明らかとなりました。これは、逆説的に言うと、人体を冷却すると効率的なトレーニングをケガや疲労のリスクを抑えて実施できることにつながります。

「筋肉を冷却しながら運動することで、高地トレーニングのように同じメニューでより効果的にトレーニングできる方法を確立できればと思っています」
高地トレーニングとは、低圧低酸素の高地環境下で行うことで、同じトレーニングであっても効率よく運動能力向上を目指す方法です。現在、伊藤先生は身体の部分冷却を行うことで、効率よくトレーニングできるプログラムの開発に着手しています。また、高地トレーニングでは負荷が上がった分だけ疲労度も増しますが、先生が開発に取り組む「冷却トレーニング法」は疲労度には影響しません。そのため、わざわざ高地に行く必要もなく、今までと同じ疲労度でトレーニングの効果だけをアップさせることができる可能性があるのです。「冷却トレーニング法」は、アスリートの本格的なスポーツトレーニングだけでなく、ジムでの筋トレやダイエットなど、みなさんの身近なところへの応用も期待されています。「ウォーミングアップ」や「体が温まってきて動きが良くなった」などの言葉が使われているように、運動やスポーツをするのにあたって、「体の冷え」はマイナスのイメージがあります。しかし、伊藤先生の研究によって、近い将来そのイメージは大きく変わることになるかもしれません。

大同大学建築学部（仮称）※建築学科建築専攻、インテリアデザイン専攻で教鞭をとる傍ら、建築士や空間デザイナーとしての活動も積極的に行っている船橋仁奈先生。業界の第一線で活躍を続ける船橋先生は、建築設計や空間デザインにおける実践的な学びはもちろんのこと、設計思想や建築士としての姿勢など、設計やデザインへの心構えについても自分の実体験を踏まえたリアルな情報を学生たちに提供しています。
「建築設計にも空間デザインにも、長年人々が積み上げてきたセオリーのようなものがあります。それらを学ぶことはもちろん大切ですが、その枠組みにしばられすぎてしまうと、新しい発想が生まれづらくなります。そこで学生たちには、自分たちの感性を大切にし、自身の問題として建築やインテリアに向き合うことが重要であると伝えています。一方、実務における建築士や空間デザイナーには、仕事を依頼して下さる発注者がいるため、彼らの要望に応え、新たな価値を生み出し、信頼を得ることが求められます。結果として、デザイナーとしての感性や創造力、そしてそれらを言語化し、他者とアイデアを共有するための論理的思考も同時に必要になると言えます。感性と理論の両立を目指し、ひとりよがりではなく、他者の共感を得ることのできる設計・デザインを探求していく姿勢が、何より大切なのです。」
自己の感覚と他者の感覚を理解し、「共有できる感覚」を身につけることは、建築やデザインだけでなく、あらゆるものごとの基本であり魅力である、と船橋先生は言います。

※2024年4月、設置構想中

船橋先生が近年手がけたプロジェクトに、「パサージュのある事務所の改修」があります。愛知県名古屋市に位置する老朽化したビルの1階を、オフィスとしてリノベーションしたプロジェクトであり、船橋先生の設計は「日本空間デザイン賞2019」や「グッドデザイン賞2019」にも選出されました。
「この建築はオーナーの自社ビルであったこともあり、ビル全体の水道メーターや汚水桝、その他の設備配管など、定期的な点検を要する部分が1階内部に存在していました。1階の借り主が、自分とは関係しない他の階の設備スペースを請け負わなければならないという状況は、一般的にはなかなか受け入れ難いものです。しかし、この状況をビルの個性や歴史的価値と読み替え、それらを積極的に受け入れる設計を試みました。私的領域であるオフィスの一部を、公共インフラ化する可能性を見出したのです。結果として、この公共化されたスペースにパサージュの概念を落とし込み、「パサージュのある事務所の改修」という空間が生まれました。
パサージュとは、パリでよく見られる大通りの間をつなぐ小路や屋根のついた商店街のことであり、広い意味では、軒先や道などパーソナルなスペースと公共性のあるパブリックスペースの境界となる場所を指します。船橋先生は、執務空間をコアとしてフロアの中央に配置し、その周辺を他者の介在を許容する「パサージュ」としてデザインすることで、様々な境界を跨ぎ合う公共スペースをデザインしました。多くの人々から共感を得たこの設計は、各界からも高い評価を受けています。

船橋先生は、設計やデザインの意図、自分の思いを正しく人に伝える力の育成にも力を入れています。
「船橋研究室では、学生たちにテーマを与え、空間模型を制作してもらったあと、制作者とは別の学生に模型の解説をしてもらうという試みを行なっています。制作者は、他者が理解できるような『人に伝わる設計ができているか』を試され、同時に解説者は『人の設計を理解できるか』、そしてそれを『人に伝えることができるか』が試されています。ただし、私は正解を求めている訳ではありません。自分の意図をうまく解説してもらえた場合、恐らく空間表現としては成功しているのでしょう。一方で、自分の意図とは異なる解説をされた場合は、自分自身の考えを顧みる機会となりますし、何より他者の考えに触れることで自分自身の思考の幅を広げることができます。何事もアウトプットし、そしてもう一度インプットする。その繰り返しによって共感力が養われていくのです。」
建築士やデザイナーが、他者の共感を得られる設計・デザインを行うためには、自分の設計について正しく評価・説明できる力も非常に重要だと語る船橋先生。
「『なぜこのような設計にしたのか』という問いに対して、『好きだから』『良いと思ったから』では、当然ながらプロとしては0点です。自分の作品に対して、建築士やデザイナーは責任をもって意図を説明し、その魅力を伝えなければなりません。他者の共感を得るために、いかにその価値や魅力を共有できるのか…幾多の場面で求められる能力、それが共感力です。」
船橋研究室の学生たちは感性と理論を両立し、設計や空間デザインを通して、人々が共有できる価値観の発見・創出を目指しています。この研究室で培われた共感力は、建築士や空間デザイナーとしてはもちろん、社会生活における様々なシーンで役に立つはずです。