東京理科大学のゼミ・研究室

私たちの持っているスマートフォンやPC端末に搭載されているリチウムイオン電池は、充電によって繰り返し使用でき、今後電気自動車やバス、電車、メガソーラーシステムなどに用途を拡大できる可能性があります。しかし、リチウムイオン電池の構成元素であるリチウムは希少価値が高いレアメタル資源であり、コバルトやニッケルは高コストという課題があります。駒場研究室では、これらの課題を解決し、生活をより豊かにするために新たな電池の開発などの研究を行っています。
駒場慎一教授は、2015年、ナトリウムよりも急速充放電性能に優れたカリウムイオン電池の開発に成功。実用化までには多くの課題がありますが、ナトリウム、カリウムイオン電池に加え、リチウムイオン電池についても高エネルギー化、高出力化、長寿命化をテーマに、応用研究を行っています。研究室では、正極・負極材料の合成・解析、試作電池の評価を繰り返し、研究室内で議論を重ねます。さらに、電気シグナルから物質を選択的に検出する電気化学センサ、酵素反応を発電に利用するバイオ燃料電池などの研究も展開。企業等との共同研究も積極的に実施し、化学を「応用する」ための基礎研究を推進しています。

自然災害から人々の命や生活、財産を守り、安心して住める建物とは？地球、資源、環境に優しく、自然と共生する建物とは？私たちは、未来につながる建物の姿を追い続けています。
IoTを利用した建物のリモート診断システム：建物や都市は、地震や台風などの自然災害の脅威と隣り合わせです。巨大地震によって建物や都市が被害を受けると、それを元に戻すまでに多くの労力と時間がかかります。復旧・復興への第一歩は、地震の被害を把握することです。余震が続く被災地では、インフラや交通が寸断し、膨大な数の建物の調査は危険が伴います。そこで、地震直後の被害状況を迅速に、正確に把握するため、Internet of Things（IoT）を利用したリモート診断システムを開発しています。IoTとは、さまざまなモノをインターネットと繋ぎ、そしてモノと人を繋げる仕組みです。自然エネルギーを電気に変換する環境発電を利用することで、人と環境に優しいエコなシステムを目指しています。
自然素材を利用し、自然と共生する建物：人々は、古代より身の回りの自然素材の、石や木、土などを利用し、建物を作ってきました。自然素材が持つ多様な表情や豊かな表現力は、たくさんの人々を魅了します。しかし、自然災害により、こういった材料で作った建物は甚大な被害を経験してきました。そこで、より強靭で汎用性のあるコンクリートや鉄鋼材料が登場し、建物は高層化・大空間化し、人々の生活も変わりました。自然素材の表現力と、近代材料の鉄鋼材料を組み合わせ、自然に魅了され、安全・安心な生活ができる建物を作っています。

私たちヒトのからだは、細胞核に格納された約30億塩基対のDNAに刻まれた設計図をもとに、約37兆個の細胞が秩序を保ちつつ、それぞれの役割を果たすことで成り立っています。この秩序が破綻すると疾患状態となり、その改善には破綻を修復するか、破綻により生じた不都合な反応を抑えることが必要です。これまでに様々な医薬品が開発されてきましたが、まだ解決されていない課題（アンメットメディカルニーズ）も多くあります。私たちの研究室では、こうした課題の解決に向けて、からだを構成するDNAや細胞の利用を試みています。DNAは、塩基配列を選択することで治療標的分子に特異的に作用させることができますが、一般的な医薬品よりも遥かに大きいことから標的部位に送り届けるための工夫が必須です。私たちはDNAナノテクノロジーを利用してDNAをユニークな構造に組み上げることで標的への効率的な送達を実現し、治療効果を増強できることを見出しました。また、細胞の表面を様々な機能性分子で修飾する技術を開発し、投与した細胞のからだの中での動きを精密に制御することで細胞を利用した疾患治療にも成功しています。こうした技術をさらに高性能化することで、DNAや細胞の疾患治療への幅広い応用の実現を目指しています。

電気エネルギーは発電所で大規模に作って供給するだけでなく、小型化・分散化の動きが進んでいます。その背景としては太陽電池や風力発電のような再生可能エネルギーの普及や、蓄電池の低価格化や高耐久化、そして燃料電池など小規模でも高い効率で発電できるようなエネルギー源が開発されてきたことなどが挙げられます。エネルギー源の分散化が進むと、送配電網の負担が小さくなり、災害時に大規模停電が起きにくくなるなど非常に大きなメリットがあります。一方で電気料金も現在は1kWhあたりの価格がほぼ固定されていますが、近い将来、需要と供給によって時々刻々と変動するようになってくるでしょう。例えば電力が余っているときに価格が低下し、不足しているときに価格が上昇することで、電力の需要と供給のバランスが取れるようになります。(蓄電池を使って安い時に電力を購入して高い時に販売することで利益を得ることができるようになるでしょう)。

このような未来が来たとき、私たちは様々なエネルギー源をどのように制御しどのように消費すれば、最も環境の負荷を下げ、最も利益を得ることができるのでしょうか？私たちの研究室では深層強化学習というAIのアルゴリズムを用いて、エネルギー源の制御する研究を進めています。このアルゴリズムではコンピュータシミュレーションを用いて、膨大な電力供給・消費パターンをAIに経験させ最適な制御方法を自己学習していくことができます。

水や空気などの流体は非常に身近なもので、水道や気象だけではなく、あらゆる場面で重要な物理現象として扱われます。航空機や船舶の性能、プラント（電力・薬品・食品）の安全性、空調や換気の快適性に直接絡んできます。また、血流や呼吸も重要な流体輸送です。その多くは、“乱流”と呼ばれる複雑状態にあるため、その予測・制御は困難です。そこで、本研究室ではスーパーコンピュータ（スパコン）を駆使した数値流体力学（CFD）シミュレーション等によりそれらの解明にアプローチしています。例えば、次世代航空機開発に向けた後退翼流れの予測（JAXAと共同研究）、冠動脈カテーテル治療後の血流解析（医療機関と共同研究）、汚染物質等の漏洩と乱流拡散の予測（企業と共同研究）に加え、最近では機械学習（AI）の応用に挑戦しています。スパコンとAIを駆使して乱流物理の本質を解き明かし、省エネルギー・医療高度化・環境保全に寄与していきます。

動物の発生と分化、その中でも特に性決定・分化に注目して研究を行っています。それらは本来、生物に内在的にプログラムされているものですが、さまざまな環境要因によって微調整されたり、ときには大きく変化することもあります。例えばワニやカメなどの爬虫類は、発生中のある時期の温度環境によって性が決まります。またヒトが服用した医薬品や、化粧品などの日用品由来の化学物質も、環境中に流入して野生動物の発生・発達に悪影響を及ぼします。生物と環境との相互作用、さらに、さまざまな生物現象の背景にある分子・生理機構を明らかにすることで、ヒトや動物の健康や、生態系及び生物多様性の保全、エコシステムの健全化を目指して研究を行っています。

マーケティング分野の中でも、特にスポーツ・マーケティングを専門としています。スポーツ・マーケティングの対象はプロスポーツなどの「みる」スポーツから、消費者が直接参加する「する」スポーツまで広く含みます。また、最近ではスポーツを「つかった」地域活性化や健康づくりの啓蒙活動なども注目を集めています。スポーツにおいてマーケティングするべき「プロダクト」は多岐にわたると同時に非常にユニークです。たとえばプロスポーツの試合であれば、試合の質（勝ち負けやパフォーマンスレベル）を保証することはできません。しかし、負け試合や監督の采配に腹を立てたとしても熱心なファンがそのチームのサポートをやめて、他のチームを応援するようなことはありません。これは、他の製品やサービスと消費者の関係では考えにくいことです。そこで、スポーツファンという人たちがスポーツプロダクトに何を求めているのかを考えてみると、自己のアイデンティティ形成の拠り所や、ファンコミュニティという居場所など、これも非常にユニークなニーズが存在することがわかります。このように、スポーツプロダクトの本質や消費者との関係性について、学部で学んだ経営、マーケティング理論を当てはめながらより深く理解し、どのようにマーケティング戦略に応用できるか議論します。研究室では、プロスポーツチームと協力して、ファンの消費行動データやソーシャルメディアデータの分析なども行っています。学生が自らの体験・経験から興味を持った身近なスポーツのテーマについて、課題を発見し、研究をデザインし、最終的に「実務家が使える」マーケティング戦略の提言という形までまとめるという自発的な研究活動を通して、卒業後も独立したマーケターとして、スポーツ以外の様々な分野でも活躍できるようトレーニングします。

光で物質内部を探るというと、エックス線の話かな、と思うでしょう。でもそうではありません。目に見える光を使って物質の内部の情報を得るための技術です。ただし、光はレーザー光を用います。近年は橋やトンネルなどの老朽化が問題になっています。1950年代くらいに作られた橋やトンネルが古くなり、鉄骨がボロボロになっていることが多いのです。そのまま放置しておくと崩壊して危険なので、どのくらいボロボロになっているのかを調べる必要があります。見た目で明らかにボロボロになっているものもありますが、内部が錆びたり、内部にひび割れや空洞ができていている場合では、目で見て判断することはできません。これを調べるためには専門家がハンマーで鉄骨やコンクリートを叩いて、その音を聞いて内部の状態を調べます。これを打音検診といいます。しかし、橋やトンネルは大きいので、高いところに上って危険な作業をしたり、大きな足場を組んでから調べる必要があります。これをレーザー光線を使って調べることができればとても便利です。一瞬だけ光るレーザーを物質に当てれば、ちょうどハンマーで叩いた時のような衝撃を与えることができます。そして、その衝撃によって物質表面に生じた振動を別のレーザー光で調べることができれば、離れた場所から打音検診を行うことができます（リモートセンシング）。高いところに上らなくても済むので、安全かつスピーディーに作業ができます。私たちの研究室では、物質表面に生じるわずかな振動を光で読みだすための新しい方法を開発しています。フォトリフラクティブ効果という、瞬間的なホログラムを作る現象を利用します。これを使うと、物質表面の振動を光の強弱に変換することができるので、ハンマーで物体を叩いてその音を聞くのと同じことを光で行うことができます。このフォトリフラクティブ効果を使った光による打音検診を高精度で行うための新しいフォトリフラクティブ物質を開発しています。物体表面の振動を光の強弱に換えるのに必要な物質で、高分子や液晶を用います。高性能な物質になるように分子構造を設計して、それを有機合成して実際に素子を作り、レーザーを使って打音検診の実験を行います。図のように、光を通さない金属板の裏側のくぼみを光で調べることもできます。