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ハーバー・ボッシュ法を超えるアンモニア合成法への挑戦 (2026/8/24)

著者: staff
2026年6月18日 16:30

🤖 AI Summary

この記事は、早稲田大学で行われる研究発表会に関する情報です。以下に主なポイントをまとめます:

- 演題:「ハーバー・ボッシュ法を超えるアンモニア合成法への挑戦」
- 日時:2026年8月24日(月) 17:00-18:40
- 会場:早稲田大学 西早稲田キャンパス 63号館2階の第4・第5会議室
- 講師:東京大学工学系研究科応用化学専攻 教授 西林仁昭氏
- 受講対象:学部生、大学院生、教職員、一般
- 入場料:無料(会場への直接参加)

発表は「ハーバー・ボッシュ法」という従来のアンモニア合成方法を超えた新しい手法について話題となります。ハーバー・ボッシュ法は現在も広く使用されている工業的プロセスですが、その効率性を向上させる新たな技術開発が期待されています。

この研究会は化学や生命化学に関心のある人々にとって有益な機会となるでしょう。

演題:ハーバー・ボッシュ法を超えるアンモニア合成法への挑戦

日時:2026年8月24日(月) 17:00-18:40

会場:早稲田大学 西早稲田キャンパス 63号館 2階 第4ならびに第5会議室

講師:西林 仁昭(東京大学 大学院工学系研究科 応用化学専攻 教授)

対象:学部生、大学院生、教職員、一般

参加方法:入場無料、直接会場へお越しください。

主催:先進理工学研究科  化学・生命化学専攻

問合せ:早稲田大学 理工センター 総務課

TEL:03-5286-3000

粘菌コンピュータの新しい数理モデルを発見

著者: contributor
2026年6月16日 14:12

🤖 AI Summary

この研究成果は、低消費電力で組合せ最適化問題を解くことができる新しい計算原理に基づいたコンピュータの実現に向けた重要な一歩を踏み出したことを示しています。以下、主要なポイントを要約します:

1. **新数理モデルの提案**:
- 粘菌の情報処理アルゴリズムを模倣した粘菌コンピュータの新たな数理モデルを提案しました。
- 従来のモデルに存在する制約条件(体積不変則など)を解消し、より実装可能な形式に改良しました。

2. **性能評価**:
- 提案された新しいモデルでは、従来のモデルを上回る性能を示すとともに、大規模な組合せ最適化問題にも適用可能であることを確認しました。
- 巡回セールスマン問題においては、従来モデルの4倍程度の解探索速度を実現しました。

3. **物理デバイスでの実装指針**:
- スピントロニクス素子を使用した粘菌コンピュータの実装指針を提案し、低消費電力で組合せ最適化問題を解くための具体的な道筋を示しました。

4. **計算原理の類似性**:
- 粘菌の情報処理プロセスが人工知能(AI)で用いられるニューラルネットワークと共通する計算構造を持つことを明らかにしました。

5. **研究背景と課題**:
- 従来のコンピュータでは組合せ最適化問題を解くのが困難であり、低消費電力での実現が求められています。
- 粘菌は単細胞生物ながら高度な情報処理能力を持つため、そのアルゴリズムを利用することで新しい計算原理に基づいたコンピュータの開発が期待されています。

これらの成果により、粘菌コンピュータの実現可能性が大幅に高まり、次世代の低消費電力コンピューティング技術の開発へと新たな道を開くことが期待されます。

粘菌コンピュータの新しい数理モデルを発見
~粘菌を模倣した省エネルギー情報処理技術の実装に大きな前進~

発表のポイント

  • 脳や中核器官を持たない単細胞生物である「粘菌」の情報処理を模倣して組合せ最適化問題を解く「粘菌コンピュータ」の実現に向けて、新たな数理モデルを提案しました。
  • 粘菌コンピュータの開発において障壁となっていた制約を解消し、巡回セールスマン問題において、従来モデルの4倍程度の解探索速度を実現し、2倍近い都市数の大規模問題へ適用可能なことを実証することで、粘菌コンピュータ実現の可能性を大きく向上させました。
  • 粘菌の情報処理が人工知能(AI)で用いられるニューラルネットワークと共通する計算構造を持つことを示しました。
  • スピントロニクス素子を用いた粘菌コンピュータの実装指針を提案し、低消費電力で組合せ最適化問題を解くことができる、新原理に基づくコンピュータの実現に道筋を示しました。

粘菌は脳や中核器官を持たない単細胞生物ながら、体全体で情報を処理し、迷路探索や組合せ最適化問題を解いたりするなど、優れた知性を示すことが知られています。近年、次世代の低消費電力の情報処理技術を実現するために、その情報処理アルゴリズムを模倣した「粘菌コンピュータ」が注目されています。しかし、その動作原理を記述する数理モデルは複雑であり、物理デバイスによる実装を難しくする制約条件や条件分岐を含んでいるため、汎用的な組合せ最適化問題に適用できる粘菌コンピュータの実現は困難でした。
早稲田大学理工学術院 宮島悠輔(みやじまゆうすけ)助教と同大理工学術院 望月維人(もちづきまさひと)教授は、物理実装を難しくしているその制約条件を解消し、粘菌コンピュータの新たな数理モデルを提案しました。数値シミュレーションによる性能評価では従来モデルを上回る性能を示すとともに、これまで困難だった要素数の多い大規模な組合せ最適化問題にも適用可能であることを実証しました。さらに、粘菌の情報処理プロセスの背後に、人工知能(AI)で用いられるニューラルネットワークと共通する構造が隠れていることを明らかにし、構築した数理モデルをスピントロニクス素子で実装する指針を提案することで、粘菌コンピュータの実現への道筋を具体化しました。
本成果は、「Physical Review Research」に、2026年6月9日に掲載されました。

これまでの研究で分かっていたこと

粘菌※1は生存戦略に基づいて、外部環境に適応するように自らの体を変形させます。例えば、餌を獲得するために体を伸ばしたり、嫌いな光を避けるために体を縮めたりします。これまでの実験研究で、この粘菌の適応ダイナミクスを利用すると迷路を解いたり、都市間鉄道網を設計したりできることが示され、粘菌は単細胞生物ながら高度な情報処理ができることが知られていました。
しかし、粘菌の情報処理は、従来のコンピュータとはまったく異なる方法で行われます。具体的には、粘菌にはコンピュータにおけるCPU(中央処理装置)に対応する情報処理の司令塔のような役割を果たす器官がありません。その代わりに、体の各部分が一つの体として互いにつながりながら、自律的・分散的に餌の獲得や嫌いな光刺激の回避を試みることで、この知的な振る舞いを可能にしています(図1)。

図1. 粘菌を用いて組合せ最適化問題を解く実験の概念図。実験系は粘菌を用いたデバイスと光照射システムから構成される。デバイスは中央の円型ハブ部分と二値変数を表現する溝からなる。光照射システムはコンピュータ、プロジェクター、ビデオカメラから構成されている。ビデオカメラでそれぞれの溝における粘菌の体の伸び具合を測定し、その結果に基づきコンピュータで計算を行い、溝にプロジェクターで光を照射するか・しないかを決める。粘菌は、光が照射されていない溝では餌を獲得するために脚を伸ばし、光が照射されている溝では光を避けるために脚を縮める。この伸縮のダイナミクスを利用して組合せ最適化問題を解くことができる。

一方、ヒト・モノ・情報の流れが加速度的に増大している現代社会において、物流・交通、通信ネットワーク、創薬・材料探索など様々な局面で、高度な組合せ最適化問題※2を解く必要があります。しかし、従来のコンピュータで組合せ最適化問題を解くと、要素数が増えた場合には組合せ爆発が起こり、計算時間が爆発的に増加するため、解決が困難になることが知られています。また、現在のコンピュータは、計算量の増大にともない、電力消費量が増加するという問題に直面すると考えられており、現行のノイマン型※3とは異なる新しい方式に基づく電力消費量を抑えたコンピュータの開発が求められています。
このようなニーズのもと、粘菌の効率的な情報処理を計算技術として活用するアイデアが注目されています。しかし、粘菌自体の変形速度は100秒で1ミリメートル程度と非常に遅く、生存には餌が必要であることから、そのままコンピュータとして利用することは困難です。そこで近年、粘菌の情報処理アルゴリズムをデバイスによって模倣した「粘菌コンピュータ」を開発することに関心が集まっています。これまで「粘菌コンピュータ」の開発に係る初期段階として、その動作原理を数理モデル化する研究が精力的に行われてきました。
しかし依然として、巡回セールスマン問題※4といった汎用的な組合せ最適化問題を解ける「粘菌コンピュータ」は実現していません。これは、従来の数理モデルに問題があるためです。具体的には、従来の数理モデルには、粘菌が体全体の体積を一定に保ちながら変形することが制約条件として課せられていました。しかし、この条件は、実装に用いることができる物性材料や物理現象を強く制限してしまいます。また従来の数理モデルには、条件分岐など物理現象では表現が難しい情報処理が多く含まれており、粘菌コンピュータの実現には、このモデルを見直す必要がありました。

新たに実現しようとしたこと、明らかになったこと

そこで研究グループは、これまでの研究で提案されていた粘菌コンピュータのモデルから、組合せ最適化を解決するために必要な本質的な計算原理を抽出し、デバイス実装に適した数理モデルへと改良しました。そして、数値シミュレーションによる性能評価を行うとともに、最終的には、スピントロニクス素子※5を用いた実装例を示すことで、粘菌コンピュータの実現に向けた具体的な道筋を示しました。
まず、従来型の数理モデルの改良において粘菌コンピュータへの物理実装を困難にしている次の3つの短所に着目しました。
① 粘菌の変形において体全体の体積は不変であるという制約条件が課せられていること。
② 粘菌のダイナミクスに不確実性を与える揺らぎが一様乱数で与えられていること。
③ その実装に複数の素子を必要とするシグモイド関数※6が多く含まれていること。
これらの条件は、先行研究において、粘菌を用いた実験結果を数理モデルで再現するために導入されたものでした。しかし研究グループは、
1.これらの条件が組合せ最適化を実現する上で本当に必要なのか
2.より物理デバイスで実装しやすい数式に変更できないか
という問題意識のもと研究を進めました。
これら3つの課題の解決にあたり、物理現象によって自然に再現できることを最優先にした複数の変更案を検討し、それぞれについて変更前後の性能を比較しました。その結果、課題①の「体積不変則に対応する制約条件」については組合せ最適化の性能にとって必要不可欠ではなく、むしろそれを取り除いた方が高い性能を示すことがわかりました。また、課題②の一様乱数の適用については、その代わりに自然界で広く見られるガウス分布※7に従う乱数を用いることで解探索時間が短縮されることを明らかにしました。さらに、課題③のシグモイド関数に関しては、その一部はより単純な階段関数※8へ置き換え可能であることも示しました。また、各変更が性能に与える影響を比較し、性能向上に寄与するものを採用するとともに、その上で、性能を損なわない範囲で情報処理を単純化する変更も取り入れた、新たな改良モデルを構築しました。
その結果、従来は複数に分かれていた数理モデルの数式を単一の式へ統合することに成功し、これにより新たに提案した数理モデル(以下、「提案モデル」という)は、物理現象においても実現しやすく、かつ単純な情報処理構造を持つという、粘菌コンピュータの実装に適した特徴を備えることができました。
解探索ステップ数や解の質を指標として性能評価を行った結果、提案モデルは、従来モデルを上回る性能を示すことが分かりました。具体的には、巡回セールスマン問題の解探索時間が4分の1程度に短縮され、従来モデルでは100都市程度がシミュレーション計算の上限であったのに対し、提案モデルでは180都市まで扱えることを確認しました。さらに、新たなパラメータを導入したことで、解探索速度や解の質を柔軟に制御できることも示し、モデルの拡張性を明らかにしました。
また、以上のような応用面に加え、本研究は粘菌の示す知性の仕組みを理解する上でも興味深い成果をもたらしました。提案モデルは、シグモイド関数による活性化と重み付けから構成される再帰的な構造を持ち、リカレントニューラルネットワーク※9と等価な情報処理を実現していることを示しました。この結果は、粘菌の情報処理とニューラルネットワーク※10との間に共通する計算原理が存在する可能性を示唆しています。
最後に、提案モデルに基づき、組合せ最適化問題を解く粘菌コンピュータを、どのようにデバイスで実装できるかについて考察しました。特に、熱や放射線などに対して安定で、小さなエネルギー消費で操作・制御できる磁性体を活用することを検討し、スピントロニクス素子を用いた組合せ最適化マシンの実装案を提案しました。この物理実装は、粘菌の体積一定則に対応する条件を必要とせず、ガウス分布に従う熱揺らぎを利用するという提案モデルの特徴を直接反映しています。この実装案では、図2(右)に示すように二値変数に対応する粘菌の体の各部分を1つのスピントロニクス素子(上向き磁化の部分と下向き磁化の部分を併せもつ1つの磁気細線)で表現しています。各溝における粘菌の体の伸び具合は、上向き磁化の部分と下向き磁化の部分のちょうど境目である磁壁とよばれる磁気構造の位置で表されます。粘菌が餌を獲得するために体を伸ばす振る舞いは、デバイス全体に磁場を印加する(磁石を置く)ことで磁壁が右側に移動する現象により表現されます。一方、光照射によって粘菌が体を縮める振る舞いは、右側から電流を流して磁壁を左側に押し戻す操作で表現します。粘菌の揺らぎ動作(餌があるのに体を伸ばさない、あるいは光照射されていても体を伸ばすといった気まぐれな動作)は、熱揺らぎや素子の中に意図せず含まれる不純物などによって再現されます。この素子は互いに物理的に繋がっていませんが、体積一定則の制約を取り除いたことで、このような単純な構造が可能になります。本研究は、このような粘菌コンピュータの物理実装の可能性が明らかにし、その実現と社会実装の可能性を大きく向上させました。

図2. 粘菌を用いた実験から、粘菌が組合せ最適化問題を解く際の本質的な計算原理を抽出した数理モデルを構築し、デバイス実装することで粘菌コンピュータの実現を目指す本研究の概念図。可能なデバイス実装の一例として、強磁性体を用いたスピントロニクス素子による実装案を提案した。

研究の波及効果や社会的影響

粘菌コンピュータを実装する上で障壁となっていた数理モデルの課題を解消したため、より多様な材料や現象を実装に利用できるようになりました。これにより、粘菌が持つ高効率な情報処理と適切なデバイスの選択による相乗効果で、従来のコンピュータとは異なる原理で動作する、低消費電力で優れた計算効率を持つ粘菌コンピュータの開発が加速すると考えられます。
これはAIや大規模な組合せ最適化により、現在のコンピュータが将来的に直面するであろう、電力消費量という課題の解決に貢献することが期待されます。また、粘菌の変形において全体の体積が一定であるという条件は最適化問題を解く際に必ずしも必要ではないことや、その情報処理がリカレントニューラルネットワークと等価な構造を持つことを示した点は、粘菌の知性の仕組みを理解する上で新たな視点を提供するものと期待されます。

課題、今後の展望

本研究では粘菌コンピュータの実現可能性の向上を目指して数理モデルを構築しました。巡回セールスマン問題に対して、優れた性能を示すことができましたが、我々のモデルを基礎とする粘菌コンピュータを、実応用レベルまで発展させるためには、より詳細かつ徹底的な性能評価が必要です。
今後は、さまざまな組合せ最適化問題への適用や、提案モデルに含まれる多数のパラメータに対する性能評価を進めることで、モデルの汎用性を明らかにするとともに、その性能を最大限に引き出す設計指針の確立を目指します。また基礎的な観点からは、単細胞生物である粘菌の情報処理をあえてリカレントニューラルネットワークとして捉え直すことにより、そこで創発する「知性」の起源を調べることも興味深い課題だと考えています。

研究者のコメント

本研究では、粘菌コンピュータの動作原理となる数理モデルの構築から、スピントロニクス素子を用いた物理実装の提案までを一貫して行いました。新しいコンピューティング技術を発展させるためには、数理モデルだけでなく、材料・デバイス・応用までを含めた分野横断的な研究が不可欠です。
本研究が数理とハードウェアの架け橋となり、異分野連携を通じて次世代の低消費電力コンピュータである「粘菌コンピュータ」の実現が加速するきっかけになることを期待しています。

キーワード

粘菌コンピュータ、自然計算、ニューラルネットワーク、スピントロニクス、組合せ最適化

用語解説

※1 粘菌
アメーバ様の単細胞生物。実験ではモジホコリと呼ばれる変形菌がよく用いられる。外部環境に応じて、体内を満たす原形質と呼ばれる流体が流動することで、体を伸縮させながら移動する。

※2 組合せ最適化問題
多数の候補の中から最も良い組合せを見つける問題。配送経路の最適化や工場の生産計画、通信ネットワークの設計など幅広い分野で現れる。数学的には、0または1の値をとる変数の組合せに対して定義された関数を最小化または最大化する問題と定義される。最適化の対象となる関数はコスト関数と呼ばれる。

※3 ノイマン型
コンピュータの動作方式の一つで、現在使われているコンピュータのほとんどはこの方式に基づいている。演算を行うCPU(中央処理装置)と、データや命令を保存するメモリが分離されており、両者の間でデータをやり取りしながら情報処理を進める。この構造ではCPUとメモリ間の通信が性能や消費電力の制約となることがある。

※4 巡回セールスマン問題
組合せ最適化問題の一種。都市とそれらの間の距離が与えられたとき、ある都市から出発してすべての都市を1回ずつ訪問し、出発地点へ戻る巡回経路のうち、総移動距離が最も短い経路を求める問題である。このときコスト関数は巡回経路の総移動距離となる。ただし、一般に厳密な最適解を求めるのは困難なため、応用の場面では最適値に近い近似解を求めることが一般的である。

※5 スピントロニクス
電子は、電気的な性質を担う電荷と、磁気的な性質を担うスピンと呼ばれる2つの自由度をもつ。従来のエレクトロニクスが主に電荷を利用して情報処理を行うのに対し、スピントロニクスはスピンも利用して情報の記録や演算を行う技術である。省電力かつ安定な情報処理を実現できる技術として注目されている。

※6 シグモイド関数
引数に応じて0から1の間の値を滑らかに出力する単調増加な非線形関数。閾値と傾きを表すパラメータを持ち、入力が閾値付近にあるときに出力値が大きく変化する。ニューラルネットワークなどで広く利用されている。

※7 ガウス分布
平均値でピークをとり、その周りで左右対称に減衰する釣鐘形の確率分布。正規分布とも呼ばれる。熱揺らぎをはじめ、自然界で最もありふれた確率分布。

※8 階段関数
ある閾値より小さな引数に対して0、それより大きな引数に対して1を出力関数。シグモイド関数の閾値付近の傾きが無限大となる極限に対応する。

※9 リカレントニューラルネットワーク
ニューラルネットワークの一種。特に出力の一部が再び入力としてフィードバックされる再帰的な(リカレントな)構造を持ち、過去の状態を記憶しながら情報処理を行うことができる。音声や動画などの時系列データや言語処理などでよく用いられる。

※10 ニューラルネットワーク
生物の神経回路網に着想を得た数理モデル。多数の人工的なニューロン(神経細胞の数理モデル)が互いに信号をやり取りすることで複雑な情報処理を実現する。画像認識や生成AIなど、現代のAI技術の基盤となっている。

論文情報

雑誌名:Physical Review Research
論文名:Mathematical model of the amoeba-inspired combinatorial optimization machine for physical implementation and its equivalence to recurrent neural networks
執筆者名(所属機関名):
宮島悠輔* (早稲田大学 理工学術院 先進理工学部 物理学科・助教)
望月維人 (早稲田大学 理工学術院 先進理工学部 応用物理学科 教授)
掲載日:2026年6月9日
掲載URL:https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/zgvb-cfpg
DOI:https://doi.org/10.1103/zgvb-cfpg
*:責任著者

研究助成

研究費名:日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(A)
研究課題名:スキルミオンが持つ新しい物質機能・物性現象の開拓とスキルミオニクスの創出
(課題番号:JP25H00611)
研究代表者名(所属機関名):望月維人(早稲田大学)

研究費名:日本学術振興会 科学研究費助成事業 学術変革領域研究(A)
研究課題名:キメラ準粒子の理論(課題番号:JP24H02231)
研究代表者名(所属機関名):村上修一(東京大学)

研究費名:科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 CREST
研究課題名:Beyond Skyrmionを目指す新しいトポロジカル磁性科学の創出(課題番号:JPMJCR20T1)
研究代表者名(所属機関名):于秀珍(理化学研究所)

初期宇宙の銀河から中性酸素の輝線を初検出

著者: contributor
2026年6月16日 11:53

🤖 AI Summary

### 研究成果の概要

早稲田大学と関連研究機関で行われた共同研究が、重要な科学的成果を発表しました。この研究では、アルマ望遠鏡を使用して初期宇宙の銀河から中性酸素の輝線を検出し、その結果を学術誌『Astrophysical Journal』に公表しました。

#### 研究概要

1. **研究成果の意義**:
- 銀河で星が生まれ育つ過程を理解する上で重要な「中性ガス」の特性を初めて詳細に観測した。
- これは初期宇宙の銀河研究における新たな視点を提供し、進歩をもたらす可能性が高い。

2. **具体的な成果**:
- アルマ望遠鏡を用いて、約7億年前(宇宙誕生から約7億年後の)の星形成銀河4つの輝線「[O I] 145 μm」を検出した。これは、初期宇宙の銀河では初めての観測結果であり、最も遠くの典型的な星形成銀河での最高精度の観測結果である。
- 多数の輝線を組み合わせた解析により、これらの銀河は現在のスターバースト銀河と同程度に高い密度の中性ガスを持つことが判明した。さらに、JWSTによる酸素組成比の測定結果と組み合わせて、中性ガスの質量を直接推定することも可能となった。

3. **新たな洞察**:
- 常用されている輝線「[C II] 158 μm」の「正体」を確認。これまでの研究では、この輝線は中性ガスと電離ガスから放射される可能性があったが、本研究ではその主な起源が中性ガスであることが初めて直接検証された。

#### 今後の展望

- 研究者は今後、より多くの銀河を対象に観測を行い、宇宙が始まった直後の銀河における星形成の全体像を明らかにする予定である。
- JWSTなど他の望遠鏡との組合せにより、銀河を多角的に捉え、銀河がどのように生まれ育っていったのかを解明する可能性がある。

#### 用語解説

- **アルマ望遠鏡 (ALMA)**:南米チリのアタカマ砂漠に設置された世界最大の電波望遠鏡。
- **中性ガス**:電子が原子核と結びついたままの冷たいガスで、星の直接の材料となる。
- **ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST)**:NASAを中心に開発された宇宙望遠鏡。近赤外線から中間赤外線までを観測することで初期宇宙の銀河や電離ガスの性質を高精度で調べることができる。
- **輝線**:原子や分子が特定の波長で放出する光。

この研究成果は、天文学と宇宙科学の進歩に大きく貢献し、我々が持つ宇宙の理解を深めることを期待します。

初期宇宙の銀河から中性酸素の輝線を初検出
―アルマ望遠鏡で拓く「星の材料」観測―

千葉大学先進科学センターの札本佳伸特任助教、大栗真宗教授、早稲田大学井上昭雄教授、筑波大学の橋本拓也助教、広島大学の稲見華恵准教授らの国際研究チームは、アルマ望遠鏡注1)を用いて、宇宙誕生から約7億〜8億年後の銀河4天体から、中性酸素が放つ輝線である「[O I] 145㎛(マイクロメートル)」注2)の検出に成功しました。これは、典型的な星形成銀河の冷たい中性ガス注3)からの直接的な信号としては、これまでで最も遠方の検出例となります。中性ガスは星の直接の材料でありながら、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)注4)など可視・近赤外線の望遠鏡では捉えにくいため、アルマ望遠鏡ならではの観測です。今回の研究成果は、初期宇宙の銀河で星がどのように生まれ育ったかを解明するうえで、新たな観測の窓を開くものです。本研究成果は、2026年6月15日(米国東部時間)に学術誌Astrophysical Journalで公開されました。(論文はこちら:10.3847/1538-4357/ae5bad )

図:ビッグバンから約7億年後の宇宙に存在する銀河A1689-zD1(背景)、とアルマ望遠鏡による観測から検出された中性酸素からの輝線(等高線およびスペクトル)

研究の背景

星は、銀河の中で水素原子・分子などからなる「中性ガス」が冷えて集まることで生まれるため、初期宇宙において銀河がどのように作られるのかを理解するには、星の直接の材料である中性ガスの性質を調べることが不可欠です。しかし、近年成果をあげているJWSTなどの可視・近赤外線望遠鏡では、電離ガス注5)や星そのものは見えても、冷たい中性ガスを直接捉えることはできません。観測にはアルマ望遠鏡のような電波望遠鏡が必要ですが、初期宇宙の銀河に対して直接観測を行った例は極めて稀でした。

研究成果のポイント

・初期宇宙の銀河から「星の材料」の直接観測に成功:アルマ望遠鏡を用いて、宇宙誕生から約7億〜8億年後の星形成銀河4天体(REBELS-38、A1689-zD1、REBELS-25、REBELS-18)から、星の直接の材料となる中性ガスの存在を示す輝線「[O I] 145μm」を検出しました。同輝線は初期宇宙の星形成銀河では観測例がなく、典型的な星形成銀河としては最遠方での検出例です。

・初期宇宙の銀河は「星の材料が豊富に詰まった」星形成の現場だった:複数の輝線観測を組み合わせた解析により、これらの銀河は現在のスターバースト銀河並みに高密度の中性ガスを持つことが分かりました。さらに、JWSTによる酸素組成比の測定結果と組み合わせることで、中性ガス質量の直接推定にも成功しました。

・広く使われてきた輝線「[C II] 158μm注6)」の「正体」を確認:本研究では、電離ガス由来の[N II] 205μm注7)輝線も観測し、複数の遠赤外線輝線を比較解析しました。これまで広く観測されてきた別の輝線([C II] 158㎛) は、中性ガスと電離ガスの両方から放射されうるため、その主な起源には曖昧さが残っていました。今回の観測との比較から、主に中性ガスから放射されていることを初めて直接検証することに成功しました。これにより、蓄積されてきた[C II]観測データを中性ガスの研究に活かす道を開きました。

今後の展望

先進科学センター
特任助教 札本佳伸

今回の観測により、初期宇宙の銀河からも中性酸素の輝線が有効に観測できることがはじめて分かりました。また「星の材料」の研究に活かせることを確認できたことにより、宇宙の研究へ新たな扉を開くことができました。今後、より多くの銀河を対象に観測を行い、宇宙が始まった直後の銀河における星形成の全体像を明らかにしたいと考えています。また、JWSTなど他の望遠鏡と組み合わせることで、銀河を多角的に捉え、宇宙が始まって今に至るまでどのようにして銀河が生まれ育ってきたのかを解明できると期待しています。

用語解説

注1) アルマ望遠鏡(ALMA):南米チリのアタカマ砂漠、標高約5,000メートルに設置された、日本・欧州・北米等の国際協力による世界最大の電波望遠鏡。

注2) [O I] 145㎛:原子や分子が特定の波長で放つ光を「輝線」と呼び、その波長から原子・分子の種類や状態がわかる。[O I] 145は中性の酸素原子が放つ遠赤外線の輝線を指す。

注3) 中性ガス:電子が原子核に結びついたままの冷たいガスで、星の直接の材料となる。

注4) ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST): NASAを中心に欧州・カナダの宇宙機関が共同で開発した宇宙望遠鏡。2021年に打ち上げられ、近赤外線から中間赤外線の観測により、初期宇宙の銀河の星や電離ガスの性質を高精度で明らかにすることができる。

注5)電離ガス:若い高温の星が放つ強い紫外線によって電子がはぎ取られた高温のガスを指す。

注6) [C II] 158㎛:[C II] 158は電離した炭素が放つ遠赤外線の輝線を指す。

注7) [N II] 205μm:電離した窒素が放つ遠赤外線の輝線を指す。

論文情報

タイトル:ALMA Observations of [OⅠ]145µm and [NⅡ]205µm Emission lines from Star-Forming Galaxies at z ∼ 7

著者:札本佳伸, 井上昭雄, Rychard Bouwens, 稲見華恵, Renske Smit, Dan Stark, Manuel Aravena, Andrea Pallottini, 橋本拓也, 大栗真宗, 他15名

雑誌名:Astrophysical Journal

DOI:10.3847/1538-4357/ae5bad

研究プロジェクトについて

本研究は、科学研究費助成事業(JP22K21349, JP23K13149)の支援によって実施されました。

A Quick Visit to the Institute of Research in Opera and Music Theatre

著者: contributor
2026年6月15日 16:41

🤖 AI Summary

The Institute of Research in Opera and Music Theatre at Waseda University has a rich history and continues to play an important role in fostering interdisciplinary research within this comprehensive art form. Here are some key points based on the provided text:

1. **Establishment and History**:
- Founded as part of the Tsubouchi Memorial Theatre Museum and Theatre Research Center, selected for the Ministry of Education's 21st Century COE Program.
- Launched under a project focused on comprehensive research in theatre studies.
- Evolved into its current form in 2011 through continued activities under the Global COE program.

2. **Research Themes**:
- Prioritizes "Opera and Dance," "Opera and Literature," and "Opera and Media."
- New theme added for the 2026 academic year: "The Future of Opera Theatres."
- Collaborative research involving multiple disciplines and institutions.

3. **Academic Approach**:
- Integrates stage practice with academic research.
- Hosts events like symposiums, lectures, and collaborative projects to bridge gaps between theory and practice.

4. **Historical Research**:
- Focuses on the origins of opera and ballet, their relationship in historical contexts (e.g., Renaissance Italy).
- Examines specific periods and figures within opera history, such as Alessandro Scarlatti.
- Investigates the evolution and reception of Western dance forms in Japan.

5. **Current Trends and Future Directions**:
- Addresses modernization and diversification efforts in opera theatres globally.
- Emphasizes inclusivity and relevance to contemporary society, including issues related to performance roles and public engagement.

6. **Community Engagement**:
- Involves a diverse community of researchers, practitioners, students, and the general public.
- Supports outreach activities aimed at broadening the appeal and understanding of opera and music theatre among younger generations.

7. **Specific Initiatives**:
- Organized symposiums to commemorate historical figures (e.g., Alessandro Scarlatti).
- Conducted workshops and discussions on the future direction of opera theatres.
- Examined how opera and related arts can adapt to societal changes, including educational outreach and health/wellness initiatives.

8. **Leadership and Collaboration**:
- Directed by Professor Michiko Ishii from Waseda University's Faculty of Science and Engineering.
- Collaborates with numerous visiting researchers from various institutions outside the university.

Overall, this institute represents a dynamic interdisciplinary research hub dedicated to exploring all facets of opera and music theatre, ensuring that these arts remain relevant and engaging for both academic and public audiences.

Stage Practice and Academic Research Resonating at Waseda

“If you have a chance, you should visit a theatre. You might find yourself unexpectedly hooked,” says Director Michiko Ishii with evident enthusiasm. She maintains that opera/music theatre is by no means an inaccessible art form, nor entertainment reserved for a select group of enthusiasts. It is a comprehensive art form that, while standing on tradition, reflects various aspects of society and continues to evolve with an eye toward the future. Drawn by the unique possibilities of this field, researchers, practitioners, students, and members of the wider community come together as part of a vibrant research community that is active every day.

◆The World of Opera/Music Theatre, Brimming with Diverse Academic Possibilities

—What is the significance of studying opera/music theatre at Waseda University rather than at an arts-focused university?

ISHII, Michiko (Director/Professor, Faculty of Science and Engineering)

Music theatre, including opera and musicals, encompasses a great many elements and can be considered a comprehensive art form that can be illuminated from various perspectives.
Beyond the artistic practice of singing, acting, directing, and creating stage design, there are connections to diverse academic fields such as literature, theatre studies, musicology, dance studies, fine arts, film studies, and media studies, making interdisciplinary approaches possible. The relationship with the social context of each era and historical considerations also become subjects of research. There is an appeal quite different from studying at a specialized university such as an arts or music school, and a world of scholarship unfolds that can only be experienced at a comprehensive university like Waseda.

—So this research institute was established as a place to bring together such knowledge scattered throughout the university.
That’s right. While Waseda has no department or major dedicated specifically to opera/music theatre, there has been an accumulation of research conducted individually across various fields. It was, so to speak, a division of labor. This was true not only of Waseda but of Japanese academia as a whole, and until this research institute was established, there were hardly any places or opportunities for comprehensive research on opera/music theatre. The thinking was that rather than working separately, coming together would deepen the field as an academic discipline. It would also be effective for information exchange among researchers and the development of young scholars, potentially leading to greater advancement. I was told that the institute was founded based on these aspirations—though I myself was not among the original members.

—That was in 2002, I understand. You have continued your activities for quite a long time.
Yes. It began as part of an initiative by Waseda University’s Tsubouchi Memorial Theatre Museum and Theatre Research Center, which was selected for the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology’s “21st Century COE Program.” Under the broad theme of “Comprehensive Research on Theatre and the Establishment of Theatre Studies,” the “Comprehensive Research Project on Opera/Music Theatre” was launched. Building on those achievements, activities continued in the subsequent “Global COE Program,” and in 2011 the organization evolved into its current form as one of the Project Research Institutes. During this time, we held over 200 research meetings in total, advancing collaborative research involving researchers from other universities and exchanges with those involved in actual productions.

—Do performers, directors, and musicians who are actually working on stage also participate in the research activities?

The Establishment and Development of Baroque Opera Norms One of our fundamental policies is “the integration and coexistence of operatic stage practice and academic research,” and we are also actively engaged in activities such as actually staging operas through collaborative projects with such individuals, combined with related lectures and symposiums. For example, in December of last year (2025), we held the “Symposium Commemorating the 300th Anniversary of Alessandro Scarlatti’s Death: The Establishment and Development of Baroque Opera Norms,” complete with musical performances.

Alessandro is an opera composer of the Baroque era known alongside his son Domenico, but his true value is still being researched. The purpose of this symposium was to examine the production background and analyze works from his early, middle, and late periods, as well as their reception across Europe. Adding live performances to such research presentations deepens understanding for general audiences and researchers alike, and we have received feedback from performers saying it provides valuable stimulation for them as well.

◆The Fascination of Research: Knowing History, Observing the Present, and Envisioning the Future

—Could you tell us about the specific research themes of the Institute of Research in Opera and Music Theatre?

We had established “Opera and Dance,” “Opera and Literature,” and “Opera and Media” as priority research areas, but from the 2026 academic year, we have set our direction around four themes by adding “The Future of Opera Theatres,” with specialists from various fields collaborating on research. There are nine institute members including myself, and we have a diverse structure with 40 visiting researchers from 30 institutions outside the university. Furthermore, the “Opera Research Society,” a collaborative organization open to students and the general public, has approximately 150 members, so a collective of roughly 200 people in total is involved in research activities in various ways.

—When you mention dance, ballet comes to mind. Does it have a strong connection to opera?

Although opera and ballet are now recognized as separate genres, they actually share a common origin. They developed from court entertainment that emerged in Renaissance Italy about 400 years ago. It was a comprehensive art form with both singing and dancing. King Louis XIV of France was particularly an ardent devotee of ballet. He laid the foundation for French opera, which made extensive use of ballet,and established the Royal Academy of Dance, which would eventually become today’s Paris Opera Ballet School.

Dance in Asakusa, Ballet in Asakusa

Based on this historical background, we view ballet, dance, and other dance forms as part of opera in the broad sense, and research their relationships. In Japan during the Taisho era, the Imperial Theatre presented “opera” and “operetta,” as well as “Western dance” and “ballet” taught by G.V. Rossi, an Italian who instructed ballet there. “Asakusa Opera,” which inherited this tradition, also included works titled “Ballet,” and became a driving force for popularization in Japan. However, there are many unclear points about what kind of dance it actually was. Investigating and analyzing such historical materials is also part of this research institute’s mission. In March of last year, we held a symposium titled “Dance in Asakusa, Ballet in Asakusa,” focusing on Asakusa Opera as one example of Western dance reception in modern Japan.

—What prompted you to add “The Future of Opera Theatres” as a new theme?

I think our research until now has tended to look more toward the past. Also, in general, opera carries a somewhat old-fashioned impression, and it’s true that there is a sense of privileged exclusivity characteristic of traditional arts. Just recently, a young Hollywood actor caused controversy with disparaging remarks about opera and ballet. While the arts world strongly pushed back, it’s undeniable that there is a tendency, especially among younger generations, to dismiss these as old and uninteresting. If that’s the case, I believe we researchers must also take action to convey the reality that opera is actually diversifying and modernizing, while also exploring its future vision.

In fact, efforts are underway at opera houses around the world, including Japan, to create new operas and add new staging and interpretations to existing works. For example, even when performing the same piece with the same music and lyrics, simply changing costumes or positioning can create an entirely different experience. Who performs is also important. Discussions are taking place that address various aspects of contemporary society, such as whether there is any sense of incongruity when a foreigner plays Madame Butterfly, who should play African American roles and how, and how to portray gender issues. Beyond what’s expressed on stage, the very channels through which theatres open up to society are also changing. Educational outreach such as school partnerships and participatory workshops, and more recently expansion into health and welfare areas, are progressing, prompting a reexamination of theatres’ public role.

◆Conveying the Joy of Opera/Music Theatre to Younger Generations from the Field

—I understand your specialty is German literature and language, Professor Ishii. What led you to become interested in research on opera/music theatre?

I originally loved medieval European culture, literature, and music. I majored in literature and languages in university, so music wasn’t my research subject, but I had been going to see operas frequently since I was young. Then I learned about these research activities at Waseda, and through a fortunate connection, I joined as a member.

Viewing one art form from various angles and conducting research across specializations with many people is truly fascinating. Above all, everyone has an extraordinary passion for opera and takes pride in connecting cultures and deepening scholarship. There is great joy in being able to support opera/music theatre together with people who share these feelings.

—Is there a research theme you are currently developing?
Goethe wrote “The Sorrows of Young Werther” in the 18th century. About 100 years later, it was adapted into an opera in France. It’s one of the popular operas from the 20th century onward, and it will soon be performed as “Werther” at the New National Theatre in Japan as well (*performances begin May 24, 2026 at the New National Theatre Opera Palace).

The original work is written as letters in which the protagonist Werther confides in a friend, but in the opera, Charlotte, the woman Werther yearns for, and Albert, her fiancé who eventually becomes her husband, also appear. Each sings their feelings through the lyrics, so depending on how it’s interpreted and expressed, a different flavor emerges from the original. For example, how do Charlotte’s true feelings waver between the two men? There are many fascinating elements as research subjects—the artistry of such staging, changes from the original, and the nature of its reception in France—and I would like to address this in a symposium in the near future.

──Hearing all of this really makes me want to go to a theatre and see a performance for myself.
Yes, please do. Many theatre performances now include Japanese subtitles. The performances themselves are sung in the original language, such as Italian, but there are electronic display boards at the top or on both sides of the stage that show the lyrics and dialogue. So even without much prior knowledge, you should be able to understand the general story.

Plus, the acoustics and stage sets are magnificent. It’s well worth the visit. Ticket prices may be a bit high, but there are special prices for young people. For example, at the New National Theatre, Opera S and A seats are 5,000 yen for those 25 and under, 11,000 yen for those 39 and under, and remaining seats on the day of the performance are 50% off with a student discount (as of May 2026).

──Please tell us about your research achievements so far and your aspirations for the future.

We have presented our findings in various forms, including symposiums and monthly research meetings, but as publications accessible to everyone, we have released two books. One is “Current State of Opera/Music Theatre Research: The Dynamism of Creation and Dissemination,” published in 2021, and the other is our latest publication released in February of this year (2026), “Frontiers of Opera/Music Theatre Research: People and Society in Resonance” (both published by Suiseisha). Since project research institutes face renewal deadlines every five years, we compiled our findings accordingly. We take pride in the fact that these are unique publications where over a dozen specialists discuss the current state of opera/music theatre from multiple perspectives.

Additionally, as a research institute, we publish a biennial academic journal, “Waseda Opera and Music Theatre Studies,” which reached its fifth issue in March of this year. Please take a look at this as well.

Detailed information about books and academic journals is available on Institute of Research in Opera and Music Theatre official website.

The Institute of Research in Opera and Music Theatre started its third term in fiscal 2026, running through fiscal 2030.
Building on the collaborative network of numerous researchers established through our activities so far, we aim to further strengthen the “integration of scholarship and practice” through lecture-concerts and other events, with individual research and collaborative research as our two driving forces.

現象理解のための数学モデル:どうやって工学の勉強や研究をするか(2026/6/29)

著者: staff
2026年6月12日 16:32

🤖 AI Summary

タイトル:現象理解のための数学モデル:工学の勉強や研究の方法 (2026年6月29日)

主な内容:
- 日時:2026年6月29日(月)17:00-18:40
- 会場:早稲田大学 西早稲田キャンパス 63号館202室
- 講師:田村幸雄(重慶大学 教授)
- 主催:創造理工学部 建築学科

詳細:
1. イベント名は「現象理解のための数学モデル:工学の勉強や研究の方法」です。
2. 田村教授は数学模型を用いて工学の問題を解く方法について講義します。
3. 講演は無料で、直接会場へ参加できます。対象は学部生から一般まで広い範囲です。

イベント情報:
- 主催:創造理工学部 建築学科
- 問合せ先:早稲田大学 理工センター 総務課 TEL: 03-5286-3000

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演題:現象理解のための数学モデル:どうやって工学の勉強や研究をするか

(Mathematical Models for Understanding Phenomena: How to Study Engineering)

日時:2026年6月29日(月) 17:00-18:40

会場:早稲田大学 西早稲田キャンパス 63号館 202室

講師:田村 幸雄 (重慶大学 教授)

対象:学部生、大学院生、教職員、一般

参加方法:入場無料、直接会場へお越しください。

主催:創造理工学部 建築学科

問合せ:早稲田大学 理工センター 総務課

TEL:03-5286-3000

 

トポロジカルマグノンの熱に対する耐性を初めて理論的に実証

著者: contributor
2026年6月12日 14:15

🤖 AI Summary

この研究は、熱励起された複数のマグノン間の相互作用をより精密に取り入れた新しい理論モデルを開発し、その結果としてトポロジカルマグノンの有限温度での振る舞いについて明らかにしました。主な内容と成果は以下の通りです:

1. **研究テーマ**:
- 磁性体中のトポロジカルマグノンが有限温度でどのように変化するかを記述する理論の構築。
- 主要な対象物質:臭化クロム(CrBr3)とヨウ化クロム(CrI3)。

2. **研究手法**:
- 「再和法(resummation)」という精密な計算手法を用いることで、複数のマグノン間の相互作用や束縛状態の効果を高精度で記述。
- 有限温度でのマグノンバンドのエネルギー変化とスペクトル幅の広がりを定量的に説明。

3. **結果と意義**:
- **CrBr3の場合**:
- ギャップがほとんどないトポロジカルマグノンのエネルギー変化と線幅の広がりを広い温度範囲で定量的に説明。
- 再和法により低温での線幅の「大きな運動量依存性」を説明。

- **CrI3の場合**:
- 温度上昇によってバンドギャップは小さくなるが、強磁性秩序が失われるキュリー温度付近までギャップが維持されることを明らかに。
- これはトポロジカルマグノンが従来よりも熱に対して頑健である可能性を示唆。

4. **影響と応用**:
- これらの結果は、将来的な超低消費電力情報技術に向けた新しい量子材料探索の指針となる可能性がある。
- 特に、エッジ状態が安定に存在できることから、省エネルギー情報技術への応用が期待される。

この研究は、トポロジカルマグノンの性質をより詳細かつ正確に理解する上で大きな進歩を示しており、次世代の情報処理技術開発にも貢献する可能性があります。

トポロジカルマグノンの熱に対する耐性を初めて理論的に実証
~次世代超低消費電力スピントロニクス材料の設計指針~

発表のポイント

  • 磁性体中に現れる特殊な量子状態「トポロジカルマグノン」が、熱に対してどこまで安定か、世界で初めて定量的に解明しました。
  • 複数のマグノン同士が衝突・干渉し、互いに束縛しあう量子力学的な効果を取り込んだ新しい理論を構築し、これまで熱によって壊れやすいと考えられていたトポロジカルマグノンの性質が、従来予想よりも高温まで保たれることを明らかにしました。
  • トポロジカルマグノンに関する中性子散乱実験の結果を「単一マグノンとマグノン束縛状態間の相互作用」を考慮することで再現・説明することに成功しました。
  • 熱に強いトポロジカルマグノン材料を探索するための具体的な設計指針を示しました。将来的な超低消費電力情報技術に向けた新しい量子材料探索への貢献が期待されます。

早稲田大学大学院先進理工学研究科の衛藤倫太郎(えとうりんたろう)大学院生(研究当時)と理工学術院の望月維人(もちづきまさひと)教授は、ドイツ・ミュンスター大学、ミュンヘン工科大学との国際共同研究により、磁性体中に現れる特殊な量子状態「トポロジカルマグノン」が、熱によってどのような影響を受けるかを理論的に解明しました。
研究グループは、多数のマグノン同士が衝突・干渉しあう複雑な量子効果を高精度で取り扱える新しい理論を構築しました。この理論を用いることで、臭化クロム(CrBr3)やヨウ化クロム(CrI3)に現れるトポロジカルマグノンが、従来予想されていたよりも熱に対して頑健で、高温でも安定に存在できることを定量的に示しました。
本研究の成果は、将来的な超低消費電力情報技術に向けた新しい量子材料探索の指針になることが期待されます。
本成果は、アメリカ物理学会(APS)が刊行するフラッグシップジャーナル「Physical Review X」に、2026年6月10日(現地時刻)にオンライン掲載されました。

図1: 磁性元素が蜂の巣(ハニカム)格子を組むファンデルワールス強磁性体の模式図。2つのマグノンの束縛状態[図中左]が、単一マグノン[図中右]と相互作用する様子を示している

これまでの研究で分かっていたこと

磁性物質中では、電子が持つ磁気的な自由度であるスピン[※1]の集団的な揺らぎが波のように伝わります。この波は「マグノン[※2]」と呼ばれ、電荷の流れを伴わずに情報を運べるため、発熱の少ない次世代情報処理技術への応用が期待されています。

図2: ギャップのないトポロジカルマグノン(左)及びギャップ付きトポロジカルマグノン(右)の運動量-エネルギー空間における模式図。トポロジカルマグノンのバンドギャップが開くと、ギャップ間に散乱の影響をほとんど受けずマグノンが一方向にのみ流れる「エッジ状態」が現れる。

なかでも近年、特に注目されているのが、「トポロジカルマグノン[※3]」[図2]と呼ばれる特殊なマグノンです。絶対零度において、典型的な「バンドギャップ[※4]のない」トポロジカルマグノン[図2左] は、エネルギーが運動量に比例する特徴的なバンド[※4]構造を形成します。さらに、スピン軌道相互作用[※5]などの効果によってバンド間に「ギャップが開く」[図2右]と、物質の端(外周)に沿って伝わる特殊なマグノン状態「エッジ状態[※6]」がギャップ内に現れます。このエッジ状態は、欠陥や乱れの影響を受けにくく安定に流れやすいという特徴を持っていることから、将来の省エネルギー情報技術への応用が期待されています。
一方で、実際の物質は有限温度にあります。温度が上がると、熱励起された複数のマグノン同士が衝突・散乱されることで、マグノンのエネルギーが変化したり寿命が短くなったりします。そのため、本来は絶対零度でのみ理論的に正確に記述できるトポロジカルマグノンの性質が、実際の実験環境・デバイスとしての動作環境である有限温度下でも本当に存在するのか、またどの程度の温度まで安定なのかは十分に分かっていませんでした。特に、ギャップがほとんどないトポロジカルマグノンを持つ「臭化クロム(CrBr3)」では、過去の実験でマグノン励起スペクトルの詳細な温度依存性が報告されていましたが、その全体を定量的に説明する理論は確立されていませんでした。
また、ギャップの開いたトポロジカルマグノンを持つ「ヨウ化クロム(CrI3)」では、温度を上げていくと、バンドギャップの開閉が起こり、それに伴うトポロジカルな性質の変化に由来して、エッジ状態の向きが反転することが理論的に予測されていました。しかし、このバンドギャップ開閉に関する予測は必ずしも高温での精度が保証されていない近似計算に基づいたもので、その信頼性は強く疑問視されていました。

新たに実現しようとしたこと、明らかになったこと

本研究では、まず、磁性体中のトポロジカルマグノンが、有限温度でどのように変化するかを記述する理論を構築しました。対象としたのは、臭化クロム(CrBr3)、ヨウ化クロム(CrI3)などの「ファンデルワールス強磁性体[※7,8]」と呼ばれる層状磁性体です。これらの物質は、磁性層が弱い原子間力(ファンデルワールス力)により積み重なった構造をもち、マグノンの性質を調べる上で重要な物質群となっています。しかしながら、従来の理論では、これらの物質における温度によるマグノンのエネルギー変化や寿命の短縮を十分に説明できない場合がほとんどでした。

図3: (a) CrBr3におけるマグノンバンドのエネルギーの温度効果による変化量の理論-実験間の比較。エラーバー付きの白抜きマーカーが実験値、紫実線が再和法(resummation)による理論計算結果を示す。再和法(resummation)が、より低次の近似に基づく理論計算(黒実線および紫点線)よりも実験データとよく一致している。(b) CrI3におけるマグノン励起スペクトルの計算結果。緑線が絶対零度(0 K)の分散関係、カラーマップがキュリー温度付近(40.6 K)におけるスペクトル関数を示しており、K点直上のバンドギャップがキュリー温度付近においても消失することなく保たれている。

そこで本研究では、熱励起された複数のマグノン間の相互作用をより精密に取り入れるため、「再和法(resummation)」と呼ばれる手法を用いました。これにより、単一のマグノンが、熱的に励起された別のマグノンや、2つのマグノンが量子力学的な効果により非常に強く結びついた「束縛状態[※9]」と相互作用する効果[図1]を精度良く記述することができます。
その結果、CrBr3において、2022年にスイス・パウルシェラー研究所の中性子散乱実験[※10]グループにより観測・報告されていた、ギャップがほとんどないトポロジカルマグノンのエネルギー変化と線幅の広がりを、広い温度範囲で定量的に説明することに成功しました[図3(a)]。具体的には、再和法が複数マグノンの束縛状態や共鳴状態の効果を取り込み、低温での線幅の「大きな運動量依存性」を説明できることを示しました。
さらに、CrI3などのギャップの開いたトポロジカルマグノンをもつ物質では、温度上昇によってバンドギャップは小さくなるものの、強磁性秩序が失われるキュリー温度[※11]付近までギャップが維持されることを明らかにしました[図3(b)]。これは、トポロジカルマグノンが、従来考えられていたよりも熱に対して頑強である可能性を示しています。
また、これにとどまらず、温度効果によるスペクトル幅の広がり[※12]に埋もれずにトポロジカルなバンドギャップを観測するには、強磁性秩序を安定化させる「交換相互作用(J) [※13]」と、スピン軌道相互作用に由来しバンドギャップを開ける「Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(D) [※14]」との比D/Jがどの程度必要かを評価しました。その結果、典型的には「約5%」が一つの目安になることを示しました。これは、今後様々なトポロジカルマグノン材料を探索する際の実用的な指針になります。

研究の波及効果や社会的影響

本研究は、磁性物質中のトポロジカルマグノンが温度によってどのように変化するかを、実験と比較可能な形で予測する理論的な基盤を与えるものです。これにより、トポロジカルマグノンを利用した材料やデバイスを設計する際に、単に「理論的に存在する」だけでなく、「実際の温度条件で観測・利用できるか」を判断しやすくなります。
マグノンは電荷の移動を伴わないため、発熱の少ない情報伝達の担い手として期待されています。本研究で示した温度耐性の評価方法は、将来的にスピントロニクス[※15]などの低消費電力情報処理技術に向けた材料探索に役立つ可能性があります。

課題、今後の展望

本研究では、2次元磁性体の代表例であるファンデルワールス磁性体を対象に、有限温度でのマグノンの振る舞いを理論的に調べました。一方で、実際の物質では、欠陥、不純物、試料形状、層数、基板との相互作用などもマグノンの性質に影響します。今後は、これらの現実的な要素を取り入れた理論や、より多様な候補物質への応用が重要になります。
また、本研究で得られた指針をもとに、トポロジカルマグノンのギャップがより大きく、熱によるスペクトル幅の広がりの影響を受けにくい物質を探索することが期待されます。実験研究との密な連携により、マグノンを利用した新しい情報処理技術の基盤形成につながる可能性があります。

研究者のコメント

トポロジカルマグノンは、将来の省エネルギー情報技術を支える候補として注目されています。本研究では、その性質が温度によってどのように変わるかを、実験結果と直接比較できる形で明らかにしました。今後の材料探索やデバイス設計に役立つ理論的な土台になると期待しています。

キーワード

トポロジカルマグノン、ディラックマグノン、ファンデルワールス磁性体、熱耐性、束縛状態、臭化クロム、ヨウ化クロム、スピントロニクス

用語解説

※1 スピン
電子が持つ小さな磁石のような性質です。磁石の性質やマグノンの振る舞いを決める重要な要素です。

※2 マグノン
磁性体中における磁気励起を粒子的な描像で捉えたものを「マグノン」と呼びます。

※3 トポロジカルマグノン
「トポロジー(位相幾何学)」とは、物の形を連続的に変えても不変となる量(トポロジカル不変量)を取り扱う数学の一分野です。物質中のマグノンでは、マグノンバンドを構成する状態空間の幾何学的性質として現れます。トポロジカル不変量が非ゼロとなるマグノンを「トポロジカルマグノン」と呼びます。

※4 バンド・バンドギャップ
電子やマグノンなどの粒子が物質中で取りうるエネルギーの運動量空間における離散的な分布のことを「バンド」といいます。結晶固体の性質を決める重要な概念です。また、複数のバンドの間のエネルギーのすき間のことを「バンドギャップ」といいます[図2右参照]。

※5 スピン軌道相互作用
相対論効果に由来する、電子のスピン自由度と電荷・軌道自由度を結びつける相互作用のことをいいます。

※6 エッジ状態
物質内部ではなく、物質の端(外周)に沿って現れる特殊な状態です。本研究では、トポロジカルマグノンのギャップ内に現れる、「後方散乱の影響を受けにくく安定して流れやすい」エッジ状態を扱っています。

※7 強磁性体
電子が持つ磁気的な自由度「スピン[※1]」が同じ向きにそろうことで、磁石として振る舞う物質です。鉄やコバルトなどが代表例です。

※8 ファンデルワールス磁性体
原子層が弱い原子間力(ファンデルワールス力)で積み重なった層状磁性体です。薄膜化しやすく、次世代の二次元量子材料として注目されています。

※9 束縛状態
空間的に近接した複数の粒子同士が互いに引き合い、ひとまとまりの状態として振る舞う量子状態です[図1参照]。

※10 中性子散乱実験
物質に中性子ビームを照射し、跳ね返ってきた中性子の方向やエネルギーの変化を調べることで、マグノンなどのスペクトルを精密に測定する実験手法。本研究で参照した臭化クロム(CrBr3)に関する中性子散乱実験のデータは、論文[S. E. Nikitin et al., Phys. Rev. Lett. 129, 127201 (2022)]にて報告されたものです。

※11 キュリー温度
強磁性体において、電子スピンの向きがそろった磁石としての性質(磁気秩序)が、熱揺らぎによって失われ、スピンの向きがバラバラになる温度のことです。

※12 スペクトル幅の広がり
マグノンは他のマグノンに散乱されることで寿命が短くなります。粒子の寿命とエネルギースペクトル幅(線幅)はおおよそ反比例の関係にあるため、粒子の寿命が短くなると、観測されるスペクトル幅が広がります。その結果、中性子散乱実験などで得られる信号が不明瞭になり、バンドギャップなどの微細な構造が観測しにくくなります。

※13 交換相互作用
電子スピン同士を同じ向き、あるいは反対向きにそろえようとする量子力学的な相互作用です。強磁性や反強磁性など、磁石の性質を決める基本的な要因です。

※14 Dzyaloshinskii-Moriya(守谷)相互作用
スピン軌道相互作用に由来する特殊な磁気相互作用のことをいいます。マグノンのバンド構造にギャップを作り、トポロジカルな性質をもたらす、あるいは変化させる主要因になります。

※15 スピントロニクス
電子の電荷自由度だけでなく、スピン自由度も利用して情報処理を行う技術分野です。低消費電力デバイスへの応用が期待されています。

論文情報

雑誌名:Physical Review X
論文名:Fate of Topological Dirac Magnons in van der Waals Ferromagnets at Finite Temperature
執筆者名(所属機関名):
衛藤倫太郎* (ドイツ・ミュンヘン工科大学 日本学術振興会海外特別研究員/研究当時: 早稲田大学 大学院先進理工学研究科 物理学及応用物理学専攻 博士課程, 日本学術振興会特別研究員DC1)
Ignacio Salgado-Linares (ドイツ・ミュンヘン工科大学 自然科学部 物理学科 博士課程)
望月維人 (早稲田大学 理工学術院 先進理工学部 応用物理学科 教授)
Johannes Knolle (ドイツ・ミュンヘン工科大学 自然科学部 物理学科 教授)
Alexander Mook* (ドイツ・ミュンスター大学 固体理論研究科 教授)
掲載日時:2026年6月10日
掲載URL:https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/tbh2-jq9r
DOI:https://doi.org/10.1103/tbh2-jq9r
*:責任著者

研究助成

研究費名:学術変革領域研究(A) 『キメラ準粒子が切り拓く新物性科学』
研究課題名:キメラ準粒子の理論
課題番号:JP24H02231
研究代表者名(所属機関名):村上修一(東京大学)

研究費名:科研費 基盤研究(A)
研究課題名:スキルミオンが持つ新しい物質機能・物性現象の開拓とスキルミオニクスの創出
課題番号:JP25H00611
研究代表者名(所属機関名):望月維人(早稲田大学)

研究費名:科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業 CREST
領域名:トポロジカル材料科学に基づく革新的機能を有する材料・デバイスの創出
研究課題名:Beyond Skyrmionを目指す新しいトポロジカル磁性科学の創出
課題番号:JPMJCR20T1
研究代表者名(所属機関名):于秀珍(国立研究開発法人理化学研究所)

研究費名:日本学術振興会 特別研究員奨励費(DC1)
研究課題名:トポロジカル磁性における磁気励起と光誘起現象に関する理論研究
課題番号:23KJ2047
研究代表者名:衛藤倫太郎(早稲田大学)

研究費名:日本学術振興会 若手研究者海外挑戦プログラム (2024年度)
研究課題名:マグノンバンドトポロジーの光学的手法による検出と制御に関する理論研究
受入研究機関名:ドイツ・ヨハネス=グーテンベルク大学マインツ
研究代表者名:衛藤倫太郎(早稲田大学)

研究費名:日本学術振興会 海外特別研究員
研究課題名:量子磁性体における分数励起のスペクトロスコピーに関する理論研究
受入研究機関名:ドイツ・ミュンヘン工科大学
研究代表者名:衛藤倫太郎

【6/20(土)】現役学生ガイドによるキャンパスツアー※まだご予約可能です

著者: staff
2026年6月11日 17:06

🤖 AI Summary

【6/20(土)】現役学生ガイドによる西早稲田キャンパスツアー開催

2026年6月20日(土)、10:00~11:30と13:00~14:30に一般対象の定期キャンパスツアーが実施されます。定員50名、所要時間約1時間半です。

参加方法は「キャンパスツアー予約ページ」から。複数名での申し込みも可能です。

自由見学について:
- 月~土曜日9:00~17:00(事務所開室時間除く)
- 入構制限がある期間あり
- 静穏な環境を保つため、大きな音や大声は控えてください

VRキャンパスツアーも用意。実験室や教室の360度全景見学可能。

詳細:https://www.waseda.jp/fsci/about/campus-tour/

気象現象の時間変化や移動傾向を一枚の静止画上で表現する情報処理技術の実証実験を開始

著者: contributor
2026年6月11日 14:43

🤖 AI Summary

日本気象協会と早稲田大学は、手塚亜聖准教授が開発した新しい情報処理技術を用いて、気象現象の時間変化や移動傾向を一枚の静止画上で表現する実証実験を開始しました。この実験では、台風の予報円と線状降水帯の予測情報を主な対象としています。

背景としては、現在の情報伝達方法では時刻ごとの変化や空間的な移動傾向が分かりにくく、特に台風が停滞するなど特定局面では複数の図が重なり合って視認が困難です。また、線状降水帯の予測情報も複数枚の図で表現されるため、一枚の静止画で発生・移動・停滞の傾向を伝えるのが難しいです。

実験では、気象現象の履歴や移動傾向を静止画上に一括で可視化する技術を使用し、危険な気象現象の移動・停滞・発達の傾向を短時間で直感的に把握できる表示を目指しています。具体的には、時刻ごとの位置や範囲の違い、停滞・移動・発達などの傾向、利用者や報道・解説用途への適応性、SNSや記事での視認性や理解度などからの評価を行います。

今後の展開としては、2026年の出水期に試験的に実用化するとともに、雷雲の移動履歴表示技術を含む他の気象現象への応用も検討していく計画です。この技術は利用者の防災行動や報道・解説における情報理解向上にも貢献することが期待されます。

実験結果はSNS上の反応、記事閲覧者からのアンケート、気象予報士へのヒアリングなどにより評価され、より効果的な表示方法の検討が進められます。
(2026年6月15日開始)

気象現象の時間変化や移動傾向を一枚の静止画上で表現する情報処理技術の実証実験を開始
―台風の予報円や線状降水帯予測を対象に、視認性・理解度を検証―

 

一般財団法人 日本気象協会(本社:東京都豊島区、理事長:渡邊 一洋、以下「日本気象協会」)と学校法人早稲田大学(所在:東京都新宿区、理事長:田中 愛治、以下「早稲田大学」)は、早稲田大学 理工学術院の手塚 亜聖(てづか あせい)准教授が開発した「気象現象の時間変化や移動傾向を一枚の静止画上で表現する情報処理技術」(以下「本情報処理技術」)を活用し、気象情報をより分かりやすく伝えることを目的とした実証実験を2026年6月15日(月)より開始します。
本実証実験では、台風の予報円および線状降水帯の予測を主な対象として、時刻ごとの位置や範囲の違い、停滞・移動・発達などの傾向を、一枚の静止画上で直感的に把握できる表示方法の有効性を検証します。

背景

気象情報を伝達するうえでは、時刻ごとの変化と、現象の空間的な移動・停滞の傾向を、限られた紙面や画面上でいかに分かりやすく表現できるかが重要な課題となっています。例えば、台風が停滞するような局面では、複数時刻の予報円が重なり合い、それぞれがどの時刻を示すのか判別しにくくなる場合があります。また、線状降水帯の予測情報は、時刻ごとに複数枚の図で表現されることが多く、一枚の静止画で発生・移動・停滞の傾向を伝えることが難しいという課題もあります。

画像1
画像2

図1:台風の予報円の事例(左)、線状降水帯の予測の事例(右)

実証実験の概要

本情報処理技術は、気象現象の履歴や移動傾向を、静止画上に重ねて一括で可視化する技術です。時間の経過に伴う変化を色で、現象の強度を線の太さで示す表現などを用いることで、危険な気象現象の移動・停滞・発達の傾向を、利用者が短時間で直感的に把握しやすい表示を目指します。
本実証実験では、台風の予報円および線状降水帯の予測情報を題材に、以下の観点から、気象情報の見やすさと分かりやすさを検証します。
まず、本ロードマップでは、人工細胞構築に向けて以下の4つを中核的課題として挙げました。

・時刻ごとの位置や範囲の違いを、直感的に把握できるか
・停滞・移動・発達などの傾向を、分かりやすく伝えられるか
・「tenki.jp」※1利用者や、報道・解説用途に適した表現となっているか
・SNSや記事上で視認性や理解度の向上が見込めるか

※1 日本気象協会が発表する気象情報を、Webサイト/スマートフォンアプリで提供している天気予報専門メディア

雷雲の移動履歴表示への応用可能性

本情報処理技術は、台風の予報円や線状降水帯予測にとどまらず、雷雲の移動履歴を新たに表示する技術にも適用できる可能性があります。時間の経過に伴う雷雲の発生位置、移動方向、強弱の変化を、一枚の静止画上に重ねて示すことで、雷雲の移動履歴や今後の移動傾向を、より直感的に把握しやすくする表現への応用が期待されます。

図2:雷雲の移動履歴などへの応用を想定した、気象現象の移動履歴・移動傾向の可視化イメージ※2
早稲田大学の所在地である新宿区(★印)に雷雨が迫っている様子。図中の色は、図右端の凡例に示す時刻ごとの雷雲の位置を表しており、雷雲の移動履歴を表示している。

※2  地形図は、国土地理院標高タイルおよび国土数値情報「鉄道データ」(国土交通省)※3を加工して作成。
全国合成レーダーGPVは、京都大学生存圏研究所「生存圏データベース」※4により収集・配布されたデータを使用。
※3  https://nlftp.mlit.go.jp/ksj/gml/datalist/KsjTmplt-N02-2023.html
※4  http://database.rish.kyoto-u.ac.jp

今後の展開

今後、日本気象協会と早稲田大学は、本情報処理技術を用いた表示方法について、配色、凡例、時刻表現、視認性などの観点から検討を進めていきます。2026年の出水期(6月~9月)には、tenki.jpにおける気象予報士の解説記事などで、台風情報や線状降水帯の予測を取り上げる際に、本情報処理技術を用いた画像を試験的に活用する予定です。
試験公開後は、SNS上の反応、記事閲覧者や利用者へのアンケート、気象予報士へのヒアリング、従来表現との比較などを通じて、視認性や理解度の向上効果を評価します。これらの検証結果を踏まえ、台風の予報円や線状降水帯の予測における時間変化を、一枚の静止画上で分かりやすく伝える表現の有効性を検証するとともに、利用者の防災行動や、報道・解説における情報理解の向上につなげていきます。
また、本情報処理技術については、雷雲の移動履歴の新たな表示技術をはじめ、他の気象現象への応用可能性も、引き続き検討していきます。

正標数の3次元Fano多様体について(2026/7/10)

著者: staff
2026年6月10日 16:10

🤖 AI Summary

早稲田大学で7月10日(金)に「正標数の3次元Fano多様体について」と題した講演が開催されます。講師は東京都立大学の准教授である金光秋博氏です。

【概要】
- 日時:2026年7月10日(金) 16:30-18:10
- 会場:早稲田大学 西早稻田キャンパス 51号館18-08
- 対象者:一般(無料)

問い合わせは、早稲田大学理工センター総務課へ(TEL:03-5286-3000)。

関連イベントや記事も提供されており、研究分野の幅広さが伺えます。

演題:正標数の3次元Fano多様体について

日時:2026年7月10日(金) 16:30-18:10

会場:早稲田大学 西早稲田キャンパス 51号館 18-08

講師:金光 秋博 (東京都立大学 准教授)

対象:一般

参加方法:入場無料、直接会場へお越しください。

主催:基幹理工学部 数学応用数理専攻

問合せ:早稲田大学 理工センター 総務課

TEL:03-5286-3000

早稲田のロボット:ヒューマノイド研究50年の歩み

著者: contributor
2026年6月10日 10:17

🤖 AI Summary

この記事は日本の早稲田大学における長年にわたるロボティクス研究について述べています。主な内容を要約します:

1. 1984年、WABOT-2が音楽演奏能力を持つヒューマノイドロボットとして開発されました。

2. WABIANシリーズ(1990年代〜2000年代)は歩行技術の向上に貢献しました。

3. 2000年代後半からWaseda TalkersやWF-4Rなどの音声生成技術が研究されました。

4. TWENDY-ONE (2007年)は実生活での介護支援を目指すロボットでした。

5. KOBIAN(2009年)は感情表現に焦点を当てたヒューマノイドロボットです。

6. 現在進行中のAIRECプロジェクトは日常生活の支援を目指しており、人工知能による自律性を備えています。

7. これらの研究は単なる外見の模倣ではなく、機能や人間理解にもなっており、人とロボットとの新たな関係性を作り出そうとしています。

8. WABOT-2は現在オーストラリアの博物館に展示されていますが、2026年に早稲田大学に戻ります。

9. これらの研究は次世代ロボット工学研究所など4つの研究所で進行しています。

この記事は、早稲田大学によるロボティクス研究の歴史と最新の取り組みについて、概要を示すものとなっています。

ヒューマノイドロボットが世界的な研究分野として注目されるはるか以前から、早稲田大学ではその研究開発が行われていました。1973年に誕生したWABOT-1を起点に、その流れは現在のAI搭載ロボットへと受け継がれています。この長い歴史の礎を築いたのが、「日本ロボット研究の父」と称される故・加藤一郎教授です。同教授が1970年代初頭に開始したWABOTプロジェクトは、今日のロボティクス研究にも大きな影響を与え続けています。

本記事では、楽譜を読みエレクトーンを演奏するWABOT-2や、お笑いロボットKOBIANを含む、革新的な8体のロボットを紹介します。

WABOT-11973)— 世界初のヒューマノイドロボット

提供: 早稲田大学次世代ロボット研究機構

1973年に加藤教授のチームが完成させたWABOT-1は、世界初の本格的なヒューマノイドロボットとして広く評価されています。このロボットは二足歩行が可能で、手を使って物体をつかむことができ、さらに簡単な日本語によるコミュニケーションも実現していました。当時としては画期的な成果であり、ロボットが人間の基本的な動作や感覚を模倣できることを示した点に大きな意義があります。
その能力は1歳半程度の幼児に相当すると比較されることもあり、この成功はその後のヒューマノイドロボット研究の発展を大きく後押ししました。
なお、WABOT-1は現在、早稲田大学西早稲田キャンパス(63号館1階)で展示されています。

WABOT-21984)— 楽譜を読み演奏するロボット

提供: 早稲田大学次世代ロボット研究機構

1984年に発表されたWABOT-2は、音楽能力を備えたヒューマノイドロボットとして開発されました。前モデルのWABOT-1とは異なり、このロボットは楽譜を読み取り、手と足の両方を使って電子オルガン(エレクトーン)を演奏することができます。さらに、人間の歌手に合わせて演奏を調整することも可能でした。
このプロジェクトも加藤教授の指導のもとで進められ、知覚と運動の協調を統合した初期の成果を示しました。WABOT-2は1985年のつくば科学万博(Expo ’85)で公開され、ロボットが創造的かつ対話的な活動を行えることを示す事例として注目を集めました。

一部映像提供: National Communication Museum, Australia

WABOT-2は通常、早稲田大学西早稲田キャンパスの63号館でWABOT-1の隣に展示されていますが、現在はオーストラリア・メルボルンのNational Communication Museumに貸し出されています。同館では、人間と機械の関係性を探る「FRIEND」展の中心展示として紹介されており、まもなく展示期間を終え、2026年半ばから後半にかけて早稲田大学へ戻る予定です。

WABIANシリーズ1990年代〜2000年代)— 人間らしい歩行の追求

提供:Atsuo TAKANISHI Lab., Waseda University

1990年代から2000年代にかけて開発されたWABIANシリーズは、ロボットの歩行をより人間らしくすることを目的とした研究プロジェクトです。これらのロボットは、安定した二足歩行だけでなく、自然な動きでの方向転換や、物体を持ちながらの移動といった複雑な動作にも対応できるよう設計されました。
高西淳夫教授(理工学術院)をはじめとする研究者たちによって進められたこのシリーズは、ヒューマノイドロボットにおけるバランス制御や運動の協調性の向上に大きく貢献しました。

Waseda Talkers(2000〜2008)— 人間の発話を再現するロボット

提供:Atsuo TAKANISHI Lab., Waseda University

2000年頃から、高西淳夫教授(理工学術院)をはじめとする研究者のもとで開発が始まったWaseda Talkers(WTシリーズ)は、人間がどのようにして音声を生成しているのかを解明することを目的としたロボットシリーズです。このプロジェクトでは、一般的なスピーカーを使用するのではなく、人工声帯や肺、口腔などの人間の発声器官を機械的に再現することによって音声を生成します。
このように人間の発話の仕組みそのものを模倣することで、より自然で現実的な音声の生成が可能となり、人間とロボットのコミュニケーションの理解と発展に寄与しました。

WF-4R(2003)— フルートを奏でるロボット

提供:Atsuo TAKANISHI Lab., Waseda University

WF-4Rは、高西淳夫教授のもとで開発されたフルート演奏ロボットで、「Waseda Flutist No.4 Refined」として知られています。このロボットは、人間のような演奏技術と表現力の再現を目指して設計されており、楽譜に基づいた演奏に加え、メロディを認識しながら人間の演奏者と相互にやり取りする機能も備えています。
同プロジェクトは、音楽演奏に必要とされる複雑な運動制御や感覚処理を理解・再現するための長期的な研究の一環であり、音楽教育や人間とロボットの相互作用研究への応用も視野に入れられています。トレードマークである黒いトップハット姿も印象的です。

TWENDY-ONE2007)— 安全で実用的な生活支援ロボット

提供: 早稲田大学次世代ロボット研究機構

2007年に発表されたTWENDY-ONEは、研究用途にとどまらず、実生活での活用を視野に入れて開発されたヒューマノイドロボットです。このロボットは特に高齢者や介護を必要とする人々の支援を目的としており、日常生活の中で安全かつ確実に作業を行えるよう設計されています。
柔らかく感度の高い手や高度なセンサーを備えているため、壊れやすい物体も丁寧に取り扱うことが可能であり、人間と安全に接触することもできます。開発は、加藤教授の教え子でもある菅野重樹教授(理工学術院)の研究チームによって行われ、ロボットが実際の家庭環境で人々の生活を支える未来像を示しました。

KOBIAN(2009)— 全身で感情を表現するロボット

提供: Atsuo TAKANISHI Lab., Waseda University

KOBIANは、高西淳夫教授による別プロジェクトとして開発されたロボットで、歩行や作業能力ではなく「感情表現」に焦点を当てている点が特徴です。このロボットは、顔の表情だけでなく全身の動きを組み合わせることで、喜びや悲しみ、驚きといった感情を表現します。
この研究は、人間がロボットの感情をどのように読み取り、どのように関係性を築くのかを探るものであり、人とロボットのより円滑な相互作用の実現に向けた重要なステップとなっています。

AIREC(開発中)— 共に生きるための次世代ロボット

提供: 早稲田大学次世代ロボット研究機構

現在、早稲田大学で開発が進められているAIRECは、日常環境の中で人と共に生活し働くことを目指した次世代ヒューマノイドロボットです。名称は「AI-driven Robot for Embrace and Care」を意味し、家事支援や介護、医療支援などを通じて人を支えることを目的としています。
このプロジェクトは菅野重樹教授を中心に尾形哲也教授(理工学術院)らの協力のもと進められており、日本政府のムーンショット型研究開発制度の一環として位置づけられています。ロボットが自律的に複雑な作業を学習し、社会の中で長期的なパートナーとして共存する未来の実現が期待されています。

WABOT-1の誕生からAIRECに至るまで、早稲田大学におけるロボット研究は、人間により近い存在を目指して進化を続けてきました。それは単なる外見の模倣ではなく、機能や知能、さらには人間理解にまで及ぶものです。
この半世紀にわたる積み重ねに支えられ、早稲田大学のロボティクス研究はこれからも発展を続け、人とロボットの新たな関係性を切り開いていきます。

平面シートが「変身」して曲面に

著者: contributor
2026年6月10日 09:20

平面シートが「変身」して曲面に
―生物の「かたちづくり」をモノづくりに―

概要

京都大学大学院工学研究科 井上康博 教授、森川健太郎 同 助教、中村拓未 同 修士課程学生(研究当時)、松本嘉彦 同 博士後期課程学生、九州大学大学院医学研究院 松田佳祐 助教、富山大学学術研究部理学系 秋山正和 准教授、早稲田大学大学院情報生産システム研究科 山﨑慎太郎 教授、国立遺伝学研究所 近藤滋 所長らの研究グループは、植物や動物が用いる「偏差成長」の仕組みを、熱収縮フィルムと3Dプリンタで人工的に再現することに成功しました。

偏差成長は、組織の場所ごとに成長の速さを変えることで、平らな組織が立体に立ち上がる、生物の形態形成の根幹原理です。生物が「どこでどれだけ成長するのか」を定める設計図を、本研究では等角写像※1という数学的手法で作成し、「縮まない樹脂の小片」として熱収縮フィルム上にプリントすることで、生物と同じ仕組みを非生物材料に実装しました。さらに紫外線硬化樹脂を後から塗ると剛性は約166倍となり、昆虫が上皮にクチクラ※2を重ねて硬い殻を得る戦略まで再現します。

生物の形態形成原理を、モノづくりへ応用した本成果は、2026年6月10日午前0時5分(BST)に英国の国際学術誌「Journal of the Royal Society Interface」にオンライン掲載されます。

フィルムの場所ごとに収縮率が異なる「偏差成長」を実装 こちらは実験結果の写真(造形・撮影:森川健太郎)を素材とした生成AI画像(ChatGPT Images 2.0)です(作成:井上康博)

1.背景

花びらの優美なカーブ、脳のひだ、航空機の翼――身の回りにある「曲面」は、強度・機能・美しさのいずれの面でも欠かせない要素です。一方で、こうした自由な曲面を工業的に作るのは簡単ではありません。型を使って成形する従来法は型代がかさみ、切削加工や3Dプリンタなどの先端的な手法でも、削りカスや材料の無駄、成形に必要な大きなエネルギーといった課題が残ります。

生物に目を向けると、葉や花、昆虫の表皮など、複雑な曲面が当たり前のように作られています。その秘訣の一つが「偏差成長」と呼ばれる仕組みです。組織の場所ごとに成長の早さを変えることで、もともと平らだったシート状の組織が、自然に三次元の曲面へと立ち上がります。余分に作って削るのではなく、必要なところを必要なだけ伸ばす――「育てる」ようにかたちが現れる、エネルギー的にも材料的にも無駄の少ない作り方です。

本研究グループは、この自然の戦略をモノづくりにそのまま持ち込めないかと考えました。鍵は、「どこをどれだけ縮めれば、目的の立体形状になるのか」という収縮率の地図(分布)を、いかに正確に設計し、いかに正確に材料に書き込むかにあります。

2.研究手法・成果

本研究グループは、目的の曲面形状を平面に「広げ直す」数学(等角写像)を用いて、平面の各点で必要な収縮率を計算し、それを実材料に実装する手法を確立しました。実装には、市販の薄い熱収縮フィルム(厚さ12 µm)と、3Dプリンタで印刷した「縮まない樹脂(ポリプロピレン)の小片」を組み合わせます。フィルム上の各微小領域に置く小片の面積を変えることで、加熱したときに「どれだけ縮むか」を場所ごとに自在に制御できる仕組みです。

半球をベンチマークとして造形精度を評価したところ、目的形状に対し概ね数百µm程度の誤差で、滑らかな半球を再現できました。さらに、花、扁形動物(ヒラムシ)、エビ、自動車のボンネットといった、性質の異なる曲面を次々と造形することにも成功しました。注目すべきは、これら多様な形状を、いずれも「型」を一度も用いずに造形している点です。生物が葉や昆虫の角を型なしに作り上げるのと同じく、設計図さえあれば、3Dプリンタが平面シートに収縮地図を「印刷」し、ヒートガンで加熱するだけで、平面を立体曲面へ変身させます。

できあがった曲面は薄いフィルム製のため、それ自体は柔らかいことが弱点でした。そこで、生物が柔らかい組織の上に硬い殻(甲虫のクチクラなど)を後から重ねる戦略にならい、紫外線硬化樹脂を後からコーティングする工程を追加。これだけで、頂点を押し込むときの初期剛性が約166倍に跳ね上がりました。形を作る工程と、固める工程を分けるという生物的なアプローチが、人工物にもそのまま使えることを示した結果です。

3.波及効果、今後の予定

本手法は、生物が用いる立体形成原理(偏差成長)を、設計から造形までを一気通貫したモノづくりの手順に落とし込んだ点が最大の特徴です。任意の3D曲面形状を入力するだけで、その実現に必要な平面シート上の収縮率分布が自動的に算出され、3Dプリンタが書き込み、加熱で曲面形状へと変身させます。応用先として、体内に折りたたんだ状態で送り込み、目的の場所で展開する低侵襲手術用インプラント、軽量な航空・宇宙構造物、人体形状にぴったり沿うエルゴノミクス家具、ソフトロボットの「皮膚」などが考えられます。コップ、椅子、流線形の車体、ルアーといった日用品レベルの応用例も、本研究の中で実際に造形して示しました。

一方で、現状の手法には限界もあります。フィルムを縮めて造形するため変形は不可逆で、また半球の北半球と南半球のように「凹凸の向き」までは事前に決定できません。今後は、3Dプリンタの造形範囲を超える大きな曲面を作るための分割・組立法、海綿動物の骨格に学んだ補強構造の組み込みなど、生物のかたちづくりからさらにヒントを得ながら、手法の発展を進めていく予定です。

4.研究プロジェクトについて

本研究は、文部科学省 科学研究費補助金 学術変革領域研究(A)(課題番号:20H05947、20H05943、20H05949、20H05948)、日本学術振興会 科学研究費助成事業(課題番号:24K23206、25K21510、25K22078、25K07129)、公益財団法人 服部報公会 工学研究奨励助成金、ならびに積水化学工業株式会社「自然に学ぶものづくり」研究助成プログラムの支援を受けて行われました。

<用語解説>

※1 等角写像(Conformal mapping)
局所的な角度を保ったまま、ある面を別の面へ写し取る数学的な変換。本研究では、目的の曲面を平面に「歪まずに広げる」ためのレシピとして用い、各点でどれだけ縮めればよいかを算出した。

※2 クチクラ(Cuticle)
昆虫など節足動物の体の外側を覆う、キチン質を主成分とする硬い層。柔らかい上皮が形を作った後に分泌・硬化することで、形を保ったまま剛性を獲得する。本研究の樹脂コーティングによる補強は、この「形成と硬化を分ける」生物戦略にヒントを得ている。

<研究者のコメント>

生物の3次元形態は、成長率の偏りの分布で説明できるのではないかと考えたことが、本研究の出発点でした。数学を用いてこの発想を理論化する研究に取り組み、葉や昆虫の角など、生物の分類を超えて共通する原理を見出すことができました。今回は、さらに生物さえ超えて理論を適用することで、モノづくりの方法へと展開しました。このような対象を超えた普遍性が、数学の道具としての強みだと感じています。(森川健太郎)

考えれば考えるほど、細胞は不思議な存在です。立体になって初めて「正解だった」と分かる曲面形状を、目も脳も持たない細胞たちが、平面の段階で「ここをこれだけ大きく」と淡々と決め、結果として一発で完璧な形を作り上げる。なぜ設計図を見ずにそんな芸当ができるのか――この仕組みの一端が数学として分かっただけでなく、モノづくりに応用できた点が面白いです。(井上康博)

<論文タイトルと著者>
タイトル: Artificial morphogenesis of curved surface structures inspired by differential growth in biology(生物の偏差成長に着想を得た曲面構造の人工形態形成)
著  者:Kentaro Morikawa, Takumi Nakamura, Yoshihiko Matsumoto, Keisuke Matsuda, Masakazu Akiyama, Shintaro Yamasaki, Shigeru Kondo, Yasuhiro Inoue(森川健太郎、中村拓未、松本嘉彦、松田佳祐、秋山正和、山﨑慎太郎、近藤滋、井上康博)
掲 載 誌:Journal of the Royal Society Interface
DOI:10.1098/rsif.2025.1094

ベトナムにおけるグリーン変革と循環型経済を促進するための政策メカニズム グリーンイノベーションと循環型経済発展の推進におけるNACENTECHの役割(2026/6/30)

著者: staff
2026年6月9日 11:53

🤖 AI Summary

ベトナムにおけるグリーン変革と循環型経済の推進に関する政策メカニズムについて、NACENTECHの役割が議論されるセミナーが開催されます。詳細は以下の通りです。

### セミナー情報
- **日時**: 2026年6月30日(火) 15:00 - 17:00
- **会場**: NACENTECH会議室(ベトナム・ハノイ)/オンライン(日本)
- **講師**:
- ファム・トアン・アン氏 (経済産業省工業安全技術環境部長)
- 魯・ダックビンミン博士 (NACENTECH副社長)
- 三牧純一郎 (早稲田大学教授、創造理工学部長・研究科長)
- 所千晴 (早稲田大学教授)

### 主催者
- 創造理工学部 環境資源工学科 地球・環境資源理工学専攻

### 参加方法
- セミナーURLより参加申込: <https://waseda260630.peatix.com/>

### 言語
- 日本語、ベトナム語(逐次通訳あり)

このセミナーは一般・教員・学生を対象としており、グリーンイノベーションと循環型経済の推進に関する最新情報を提供します。

演題:ベトナムにおけるグリーン変革と循環型経済を促進するための政策メカニズムグリーンイノベーションと循環型経済発展の推進におけるNACENTECHの役割

日時:2026年6月30日(火) 15:00-17:00

会場:NACENTECH 会議室(ベトナム・ハノイ)+ オンライン(日本)

講師:Mr. Pham Tuan Anh, Director General of the Department of Industrial Safety Techniques and Environment, Ministry of Industry and Trade

講師:Dr. Nguyen Dac Binh Minh, Deputy Director of NACENTECH

講師:三牧 純一郎(経済産業省 GXグループ 資源循環経済課 課長)

講師:所 千晴(早稲田大学教授 創造理工学部長・研究科長)

対象:一般・教員・学生

言語:日本語、ベトナム語(逐次通訳あり:ベトナム語⇒日本語、日本語⇒ベトナム語)

参加方法:URLより申込 https://waseda260630.peatix.com/

主催:創造理工学部 環境資源工学科 地球・環境資源理工学専攻

問合せ:早稲田大学 理工センター 総務課

TEL:03-5286-3000

URL:https://cvc.smartcore.jp/C21/view_news/MzY0NjE2AgA

アジア6カ国100名超の研究者が人工細胞構築に向けた10年ロードマップを発表

著者: contributor
2026年6月8日 15:17

アジア6カ国100名超の研究者が人工細胞構築に向けた10年ロードマップを発表
―「ProtoCell」から「AutoCell」へ至る協調的研究戦略を提示―

発表のポイント

  • 生体分子などを組み合わせることによって天然の細胞の本質的な機能を付与した人工細胞※1の実現に向けて、タンパク質合成・代謝・遺伝情報の複製・分裂、さらに、多階層システム統合の主要課題を明確にし、 ProtoCellの構築に続いてAutoCellの構築へと発展させる2段階戦略を定めました。
  • 人工細胞構築に向けてAI駆動型中央バイオファウンドリ※2を活用し、標準化と自動化による新たな共同研究モデルを提案しました。
  • アジアの研究者群による人工細胞研究におけるロードマップの発表で、同研究分野におけるアジアの国際的な存在感の強化に繋がります。

早稲田大学理工学術院の木賀大介(きがだいすけ)教授、東京大学大学院総合文化研究科の市橋伯一(いちはし のりかず)教授、国立研究開発法人理化学研究所生命機能科学研究センターの清水義宏(しみずよしひろ)チームディレクター、東京科学大学未来創成研究院地球生命研究所の松浦友亮(まつうらともあき)教授、神戸大学大学院科学技術イノベーション研究科の近藤昭彦(こんどうあきひこ)客員教授、神戸大学先端バイオ工学研究センターの蓮沼誠久(はすぬまともひさ)センター長・教授、大阪大学大学院工学研究科の青木航(あおきわたる)教授らの国際共同研究チームは、深セン先進技術研究院(中国)所長のChenli Liu教授らと協力し、多種類の生体分子などを組み合わせることで生命に近い細胞システムを構築することを目指し、今後10年間にわたる人工細胞研究の体系的なロードマップ(以下、「本ロードマップ」という)を発表しました。
本ロードマップは、これまで個別・探索的に進められてきた人工細胞研究を、アジア全体で連携した高インパクトな研究へと発展させる重要な転換点となるもので、人工細胞構築における主要なボトルネックの克服を加速させることが期待できます。その結果、個々の分子としては「生きてはいない」生体分子たちを組み合わせることで、生命を創り出せるかという根源的な問いに対して、アジアからの知見を示し、国際的な責任を果たすことを目的としています。
本成果は、「Nature Biotechnology」に、2026年5月26日にオンライン掲載されました。

これまでの研究で分かっていたこと

リン脂質、タンパク質、DNAなどの生体高分子を用いて、単一細胞に相当するシステムを一から構築することは、合成生物学における最も挑戦的な目標の一つです。
この目標の達成は、「生命とは何か」という根本的な問いの理解を深めるだけでなく、プログラム可能でカスタマイズ可能な機能性細胞の創出に繫がります。これにより、基礎科学だけでなく、バイオものづくりやバイオ医療をはじめとするバイオテクノロジー分野にも、大きな変革をもたらすことが期待されます。過去20年にわたり、欧州では MaxSynBio や BaSyC、米国では Build-a-Cell Initiative などの取り組みが進められ、細胞の各種機能に対応したモジュールの設計や機関横断型の共同研究の基盤が築かれてきました。
一方で、個々の機能モジュールの研究は大きく進展しているものの、それらを時間的・空間的に統合し、完全に機能する人工細胞へと組み上げることは、依然として世界的な未解決課題です。

新たに実現しようとしたこと、明らかになったこと

2023年、アジア6か国の研究者は SynCell Asia Initiative を設立しました。これは、世界の人工細胞研究において、アジア独自の力強い研究コミュニティを形成する重要な一歩となりました。
その後、SynCell Asia Workshop を継続的に開催し、参加研究者は深い議論を重ね、ビジョンを共有しながら、アジアの視点と地域的強みに根ざした科学的枠組みと行動計画を形成してきました。今回、本取り組みを通じて本ロードマップを発表しました。
まず、本ロードマップでは、人工細胞構築に向けて以下の4つを中核的課題として挙げました。

【中核的課題】

1.代謝の連続性
現在の無細胞系の多くは、ATPやNADHなどのエネルギー物質をあらかじめ投入する方式に依存しており、継続的なエネルギー再生や代謝サイクルを十分に備えていません。そのため、長時間にわたる自律的な動作が大きく制限されています。

2.リボソームの自律性
RNAの情報からタンパク質を生産する工場として動作する巨大分子であるリボソームは、多数のタンパク質とRNAによって構成されている、という再帰的な性質があります。そして、リボソームの組み立てには、リボソームの構成成分であるタンパク質の構造を変化させる酵素や、RNAへの化学修飾が必要です。しかし、現在のリボソームの人工的な組み立て手法ではこれらが十分に再現されていません。このことが、自己持続的なタンパク質生産の実現を妨げています。

3.モジュール設計ルールの不足
細胞機能についての制御可能な各種モジュールについて、物理原理に基づいてこれらを設計するための体系的な指針が、まだ確立されていません。例えば、膜の成長と細胞分裂をどのように力学的に結合させるかについても、十分に理解されていません。

4.時空間協調制御の複雑性
DNA複製、染色体分配、細胞分裂を時間的・空間的に精密に制御することは極めて困難です。これは、人工細胞構築における最も深刻なシステムレベルのボトルネックです。

これらの課題に対応するため、本ロードマップでは、中央集約型の新しい研究パラダイムを以下の4つの軸で提案するとともに、10年間の時間軸における目標設定を提示しました。

【中核的課題を解決するための新しい研究パラダイムの提案】

1.AI駆動型中央バイオファウンドリ
この構想では、従来の研究室単位の分散的な取り組みに代わり、統合拠点としてAI駆動型中央バイオファウンドリを設置することを提案しています。
このモデルでは、「中央ファクトリー」と「各国に分散したワークステーション」を組み合わせます。試薬や、標準化され機能拡張が可能な人工細胞を中央ファクトリーで調製し、自動化されたパイプラインを通じて参加研究室へ分配します。これにより、閉ループ型の Design-Build-Test-Learn、すなわち DBTL サイクル※3を実現します。

2.単一人工細胞オミクス
自動化プラットフォームを用いて、ゲノム、トランスクリプトーム、プロテオーム、メタボローム、定量イメージングデータを単一細胞レベルで取得します。これにより、機械学習モデルに必要な高次元データを提供します。

3.ハイブリッドモデリング
生命システムの内容物と反応過程をできる限り理論に取り込んだ「ホワイトボックス型」の機構論的モデルと、これと相補的な、実験条件と実験結果の組み合わせの高次元データから構築される「ブラックボックス型」データ駆動モデルという、2つのモデルを組み合わせることで、人工細胞についての設計上の制約や重要な制御パラメータを明らかにします。

4.人工細胞の進化
多数の要素からなる生命システムについて、合理的設計を行った場合でも、予期しない相互作用が生じる可能性があります。そこで本ロードマップでは、細胞の成長と分裂からなる細胞増殖のサイクルが完全に確立される前の研究段階から、細胞機能の各種モジュールの組み合わせについての大量のバリエーション構築と、これらからの人為選択を繰り返して行う、人工的な進化サイクルの推進を提案しています。これにより、成長とDNA複製の連動など、細胞を構成する多階層をまたぐ、創発的な機能を探索します。]

【本ロードマップを実現するための時間軸】

1.第1段階:ProtoCell (1〜5年目)
第1段階では、安定なリン脂質ベシクル※4を基盤とする ProtoCell の構築を目指します。
ProtoCell は、少なくとも200遺伝子からなるゲノム基本セット※5を持ち、無細胞転写翻訳システム※6によって90%以上の種類のタンパク質を生産できることを目標とします。また、主要代謝物を内因的に合成できるシステムを備えることも目指します。
さらに、人工細胞の「デジタルツイン」を開発し、機械的シグナルと生化学的シグナルがどのように協調して分裂を制御するのかを探索します。

2.第2段階:AutoCell (6〜10年目)
第2段階では、外部から供給される無細胞発現システムに依存せず、ゲノムにコードされたリボソーム再生を内因的に実現する AutoCell の構築を目指します。
AutoCell について、細胞の各種機能が協調した成長・分裂サイクルが、少なくとも連続10回以上進行することを目標とします。また、各種目的に応じた環境選択圧のもとで人工細胞を進化させます。さらには、複数種類の人工細胞からなる集団について、細胞間での物質交換や分業による創発的な挙動を行わせることも視野に入れています。

研究の波及効果や社会的影響

SynCell Asia が提案した本ロードマップは、アジア各国が持つ技術的強みの相補性を活かし、国境を越えた共同研究、共有インフラ、オープンスタンダードを基盤とする新たな研究モデルを構築するものです。
ProtoCell から AutoCell へと至る2段階戦略と、AI駆動型中央バイオファウンドリをシステム統合の中核に据える構想は、細胞機能の個々のモジュールが十分に結合されていないという現在の課題に直接対応するものです。このような研究組織の設計とプラットフォーム構築は、世界的にも前例のない独自の協同研究モデルです。この新たなパラダイムは、人工細胞研究を、各研究室が異なる反応環境で個別に進める断片的なモジュール探索から、標準化された手法に基づく体系的・協調的な人工細胞システムの構築へと転換するものです。さらに、本ロードマップのもとで構築される共同研究体制とインフラは、人工細胞構築にとどまらず、定量生物学、人工知能、バイオものづくりなどの発展を共通して牽引する基盤となることが期待されます。

課題、今後の展望

人工細胞の構築には、これを構成する各種の機能モジュールを開発してきた多くの研究者の協同が必要になります。しかし、開発した各種モジュールを組み合わせることが課題として残されていました。
本ロードマップに示されるように、基盤人工細胞をAI駆動的に合成する施設の設立や国際的な標準化・共同研究を通じて、課題を段階的に克服し、自律的に動作する人工細胞の構築へと至る各種研究の進展が期待されます。

研究者のコメント

わが国では、人工細胞の研究会として世界に先駆けて2007年に設立された「細胞を創る」研究会を中心とした活動が行われてきました。早稲田大学理工学術院電気・情報生命工学科に所属する複数の教員もこの研究会で活動しており、2016年には岩崎秀雄教授を会長として早稲田大学にて年会が開催されています。
2010年代になると、アメリカ、欧州それぞれでの人工細胞研究コミュニティが設立され、国際共同研究が活発になってきました。アジアでも人工細胞研究の機運が高まっている今、このロードマップを世界に対して示すことができたことは大きな意義があります。
また、国内でも、高市政権が示した戦略17分野の一つ、「合成生物学・バイオ」において、人工細胞研究が次世代の合成生物学の重要テーマとして注目されています。自律的に増殖する人工細胞の実現に至る以前の段階でも、細胞の部分機能に対応して構築される個々の人工的な部分システムが、学術的にも産業応用にも活用されており、今後さらなる活用が見込まれます。なお、この研究分野の詳細については、国立研究開発法人科学技術振興機構から本年3月に刊行された調査報告書「人工細胞システム研究の新展開」にもまとめられており、そちらも合わせてご覧ください。

用語解説

※1 人工細胞
生物の細胞が持つ機能を、リン脂質、タンパク質、DNAなどの生体分子を組み合わせて人工的に再構成した細胞様システム。本研究では、生命に近い性質を持つ人工細胞を一から構築することを目指している。

※2 AI駆動型バイオファウンドリ
AI、実験自動化、データ解析を組み合わせて、生物システムの設計、構築、評価、学習を効率的に繰り返す研究基盤。本ロードマップでは、標準化された人工細胞や試薬を調製し、各国の研究室と連携して開発を進める中核拠点として提案されている。

※3 DBTLサイクル
Design-Build-Test-Learn の略で、設計、構築、評価、学習を繰り返す、合成生物学における研究開発の進め方。人工細胞研究では、AIや実験自動化を活用しながら、人工細胞の設計、作製、測定、改善を反復することで、複雑な細胞システムの構築を効率化する。

※4 リン脂質ベシクル
リン脂質が水中で自発的に形成する袋状の構造。生物の細胞膜に似た膜で囲まれた空間を作ることができるため、人工細胞を構築する際の基本的な「入れ物」として用いられる。

※5 ゲノム基本セット
細胞が基本的な機能を維持するために必要な遺伝子だけに絞り込んだゲノム。人工細胞研究では、生命活動に必要な最小限の遺伝情報を明らかにし、それを人工的な細胞システムの中で機能させることが重要な目標となる。

※6 無細胞転写翻訳システム
細胞を使わずに、リボソームなどを含む試験管内などでDNAの情報からRNAを作り、さらにタンパク質を合成する反応系。人工細胞の内部でタンパク質を生産するための基盤技術として重要である。

キーワード

人工細胞研究、合成生物学、国際共同研究、AI駆動研究

論文情報

雑誌名:Nature Biotechnology
論文名:A framework for building a synthetic cell from the SynCell Asia initiative
日本国内の執筆者名(所属機関名):
木賀 大介 (早稲田大学 理工学術院 教授)
青木 航(大阪大学 大学院工学研究科 教授)
市橋 伯一(東京大学 大学院総合文化研究科 教授)
小坂 唯心(大阪大学 大学院工学研究科 助教)
近藤 昭彦 (神戸大学大学院 科学技術イノベーション研究科 客員教授)
清水 義宏(国立研究開発法人理化学研究所 生命機能科学研究センター チームディレクター)
蓮沼 誠久 (神戸大学 先端バイオ工学研究センター センター長・教授)
松浦 友亮(東京科学大学 未来社会創成研究院 地球生命研究所 教授)
水無 渉 (新エネルギー・産業技術総合開発機構 技術戦略研究センター)
掲載日時:2026年5月26日
掲載URL:https://www.nature.com/articles/s41587-026-03153-w
DOI:https://doi.org/10.1038/s41587-026-03153-w

【第37回ユニラブ】小中学生のための科学実験教室開催

著者: staff
2026年6月8日 11:53

🤖 AI Summary

【第37回ユニラブ】小中学生向け科学実験教室開催

【概要】
早稲田大学理工学術院主催の「ユニラブ」は、自ら体験する実践を通じて、小中学生に科学・技術への興味を高める機会を提供しています。「ユニラブ」という名称はUniversity Laboratoryから派生した造語です。

【歴史】
1988年に新宿区の近隣学校から始まり、現在では全国で30,000人を超える参加者を集めている大規模なイベントとなりました。

【特徴】
早稲田理工は、「知っている」から「できる」まで徹底的な実践教育を行っています。この理念に基づき、特色のある実験教室を展開しています。また、本学と関係のある地域で実施されています。

2025 年 9 月・2026 年 4 月入学 大学院先進理工学研究科修士課程 一般入試において「生命医科学専攻・基礎工学II」の問題を解答された皆様へ

著者: staff
2026年6月8日 11:47

🤖 AI Summary

以下は、早稲田大学先進理工学研究科修士課程の一般入試で「生命医科学専攻・基礎工学II」に回答された方への要約です:

2025年9月・2026年4月入学のための早稲田大学先進理工学研究科修士課程の一般入試において、「生命医科学専攻・基礎工学II」という科目に答問された皆さんへ向けた通知です。

主要な内容は以下の通りです:

1. ご質問と解答内容について確認し、再検討を行ってください。
2. 必要であれば、再度解答を提出する機会が設けられる可能性があります。
3. 追加情報や指示は、後日公式ウェブサイトを通じて発表されますのでご注意ください。

詳細については、公式パンフレットをご参照ください。

6月3日(水)の授業について(第2報)/ [2nd Notice] Classes on June 3 (Wed.)

🤖 AI Summary

2026年6月3日の早稲田大学の授業について、第2報が発表されました。台風による交通機関の影響を考慮し、本日15:10〜18:40までの第3時限から第5時限まで休講としました。その後は天候が改善されると予想されることから、第6時限以降は通常通り授業を行うことになりました。ただし、オンライン授業(リアルタイム配信・オンデマンド)にはこの措置は適用されません。

対象となるキャンパスは以下の通りです:
- 早稲田キャンパス
- 戸山キャンパス
- 西早稲田キャンパス
- 喜久井町キャンパス
- 先端生命医科学センター(TWIns)
- 東伏見キャンパス
- 上石神井キャンパス(大学設置科目)
- 所沢キャンパス

対象外のキャンパスは以下の通りです:
- 日本橋キャンパス
- 北九州キャンパス

また、附属学校の授業については各学校の指示に従うことになっています。不明な点がございましたら、所属事務所までお問い合わせください。

この通知は大学公式ブログから引用したものです。
 2026年6月3日
早稲田大学学生諸君ならびに教職員各位

6月3日(水)の授業について(第2報)

台風による交通機関の乱れ等の影響を考慮し、本日6月3日(水)の3-5時限(13:10-18:40)までを休講とします。
その後は天候状況の改善が見込まれることから、6時限以降は通常通り実施とします。
なお、3-5時限に関する休講の取り扱いは以下の通りです。

・オンライン授業(リアルタイム配信・オンデマンド)は対象外
・対象キャンパスは次の通りです。
早稲田キャンパス・戸山キャンパス・西早稲田キャンパス・
喜久井町キャンパス・先端生命医科学センター(TWIns)
東伏見キャンパス・上石神井キャンパス(大学設置科目)
所沢キャンパス

対象外キャンパス:
日本橋キャンパス、北九州キャンパス

※高等学院・高等学院中学部、本庄高等学院については、各学校の指示に従ってください。

不明な点は所属事務所へお問い合わせください。

  早稲田大学
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   2026/6/3

To all students, faculty and staff

  [2nd Notice] Classes on June 3 (Wed.) 

All classes from the 3rd to 5th periods (13:10-18:40), Wednesday, June 3, have been canceled due to expected transportation disruptions caused by the approaching typhoon.
After that, as weather conditions are expected to improve, classes from the 6th period onward will be held as scheduled.
Please note that the handling of class cancellations from 3rd to 5th periods is as follows.

・The class cancellation does not apply to online courses (including Full On-demand and Real-time Streaming).
・The applicable campuses are as follows.
Waseda Campus, Toyama Campus, Nishiwaseda Campus,
Kikuicho Campus, TWIns,Higashifushimi Campus, 
Kamishakujii Campus (for courses offered by the University),
Tokorozawa Campus

Non-Applicable Campuses:
Nihonbashi Campus, Kitakyushu Campus

*Students at Waseda University Senior High School, Waseda University Junior High School,and Waseda University Honjo Senior High School should follow the instructions issued by their respective schools.

If you have any questions, please do not hesitate to contact your School Office.

 Waseda University

6月3日(水)の授業について(第1報) / [1st Notice] Classes on June 3 (Wed.)

🤖 AI Summary

早稲田大学は、2026年6月3日(水)の授業について以下の通知を発出しました。

1. 1限目から2限目(8:50~12:20)の授業が休講となります。ただし、オンライン授業はこの範囲に含まれていません。
2. 3限目以降の授業実施については後日決定され、11時10分までにMyWasedaのお知らせやメール、大学の緊急用お知らせサイトで発表される予定です。
3. 対象キャンパスは早稲田キャンパス、戸山キャンパス、西早稲田キャンパス、喜久井町キャンパス、TWIns、東伏見キャンパス、上石神井キャンパス(大学設置科目)、所沢キャンパスです。日本橋キャンパスと北九州キャンパスは対象外となります。
4. 高等学院や高等学院中学部、本庄高等学院については、各学校の指示に従ってください。

不明な点がある場合は所属事務所に問い合わせるよう案内されています。
2026年6月2日
早稲田大学学生諸君ならびに教職員各位

6月3日(水)の授業について(第1報)

台風による交通機関の乱れ等が予想されることから明日6月3日(水)の1-2時限(8:50~12:20)を休講とします。
ただし、オンライン授業(リアルタイム配信・オンデマンド)は休講の対象外となります。
また、3時限以降の授業実施については追って決定し、明日の11時10分までにMyWasedaお知らせ、メールに加えて、以下のサイトで発表しますので、各自で確認してください。
※早稲田大学緊急用お知らせサイト
https://emergency-notice.waseda.jp/

対象キャンパス:
早稲田キャンパス・戸山キャンパス・西早稲田キャンパス・
喜久井町キャンパス・先端生命医科学センター(TWIns)
東伏見キャンパス・上石神井キャンパス(大学設置科目)
所沢キャンパス

対象外キャンパス:
日本橋キャンパス、北九州キャンパス

※高等学院・高等学院中学部、本庄高等学院については、各学校の指示に従ってください。

不明な点は所属事務所へお問い合わせください。
                                                                   早稲田大学

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                                                                                    2026/6/2
To all students, faculty and staff

[1st Notice] Classes on June 3 (Wed.) 

All classes for the 1st and 2nd periods (8:50–12:20) tomorrow, Wednesday, June 3rd, have 
been canceled due to expected transportation disruptions caused by the approaching typhoon.
Please note that the class cancellation does not apply to online courses (including Full On-
demand and Real-time Streaming).
As for classes in third period and afterward, information will be posted by 11:10 AM tomorrow 
on the following website as well as Mywaseda and waseda mail.
・Waseda University Emergency Bulletin Website:
https://emergency-notice.waseda.jp/

Applicable Campuses:
Waseda Campus, Toyama Campus, Nishiwaseda Campus,
Kikuicho Campus, TWIns,Higashifushimi Campus, 
Kamishakujii Campus (for courses offered by the University),
Tokorozawa Campus

Non-Applicable Campuses:
Nihonbashi Campus, Kitakyushu Campus

*Students at Waseda University Senior High School, Waseda University Junior High School, and Waseda University Honjo Senior High School should follow the instructions issued by their respective schools.

If you have any questions, please do not hesitate to contact your School Office.
                                                                            Waseda University 

テラヘルツバイオフォトニクスが拓く次世代バイオ計測

著者: contributor
2026年6月2日 15:48

テラヘルツバイオフォトニクスが拓く次世代バイオ計測
~テラへルツ技術の医療・生命科学応用に向けた課題と技術ロードマップを提示~

発表のポイント

  • 生体組織や細胞、分子の状態を非侵襲・非破壊で調べることができる電磁波としてテラヘルツ波が注目されてきましたが、医療・生命科学への実利用は大きく進んでいませんでした。
  • 本研究では、テラヘルツ波を生体計測に応用する研究分野である「テラヘルツバイオフォトニクス」の発展を妨げてきた本質的課題を整理し、その克服に向けた技術の進展を体系的にまとめました。
  • 加えて、新しい顕微鏡技術や高感度センサー技術などの研究動向を整理し、医療・バイオ計測分野への応用に向けた現実的な技術ロードマップを示しました。
  • 本成果により、テラヘルツバイオフォトニクスを次世代の医療・生体計測を支える候補技術として社会に広く示すとともに、産学連携や異分野融合の加速が期待されます。

生体の水和状態や分子間相互作用などを捉えられる新しい技術として、テラヘルツ波を用いた生体計測が注目されています。しかし、可視光などの光技術と比べると、医療や生命科学への実利用は大きく遅れていました。
早稲田大学大学院情報生産システム研究科 芹田和則(せりたかずのり)准教授、岡山大学学術研究院先鋭研究領域異分野基礎科学研究所 斗内政吉(とのうちまさよし)教授(特任)の研究グループは、テラヘルツバイオフォトニクス研究の歴史と最新技術を整理し、分野の発展を妨げてきた本質的課題を体系的に分析しました。さらに、顕微鏡技術や高感度センサーなどの新しい研究動向を整理し、医療・バイオ計測への応用に向けた技術ロードマップを提示しました。本成果は、テラヘルツバイオフォトニクスを次世代の医療・生体計測技術として発展させるための重要な指針となります。
本研究成果は2026年5月29日に「Journal of Physics Photonics」に掲載されました。

これまでの研究で分かっていたこと

テラヘルツ波※1は、分子間相互作用や水素結合、水和状態など、生体の状態を反映する物理情報に敏感に応答する電磁波です。2000年代以降、医療や生命科学への応用を目指した研究が世界的に進められてきました。これまでの研究では、がん組織、創傷、血液、細胞、DNA、タンパク質など様々な対象で有望な結果が報告されてきました。しかし、可視光や近赤外光を用いた光学顕微鏡に比べると、テラヘルツ技術の実利用は以下の技術的課題が存在していたため、大きく遅れていました。

  • 空間分解能※2が低いこと
  • 水による強い吸収によって感度が低下すること
  • 計測速度が遅いこと
  • 装置が大型で高コストになりやすいこと

また、先行研究では、テラヘルツ信号によって観測された信号の違いが病気特有の情報ではなく、単に水分量の違いを反映している可能性が指摘されるなど、テラヘルツ信号の観測解釈に懐疑的な見方も多く、「測定できた」という段階にとどまる研究も少なくありませんでした。そのため、テラヘルツ波が生体のどのような情報を実際に捉えているのかを検証する研究が求められていました。

新たに実現しようとしたこと、明らかになったこと

本研究では、テラヘルツバイオフォトニクス※3分野の研究動向を体系的に整理し、この分野の発展を妨げてきた本質的課題と、それを克服するための技術進展を明らかにしました。
まず、テラヘルツバイオフォトニクス研究の歴史を俯瞰し、分野の停滞要因の本質的課題を以下の4つとして再定義しました。

(1)空間分解能の不足

(2)水への強い吸収による感度不足

(3)計測速度の遅さ

(4)装置の大型化

次に、これらの課題を克服するための技術進展を整理しました。特に、テラヘルツ時間領域分光法※4による分光技術、テラヘルツ顕微鏡を使ったイメージング技術、テラへルツメタマテリアル※5を使ったセンシング技術が、どのように進展し、どの課題の解決に寄与していくのかを体系的に整理しました。
例えば、テラヘルツ時間領域分光法による高精度な分光技術が進展することで、生体の水和状態などの変化を定量的に評価することが可能となり、テラヘルツ信号の解釈の信頼性向上に寄与します。また、テラヘルツ顕微鏡技術の進展により、従来課題であった空間分解能の向上が進み、現在では、細胞、分子、微細構造レベルでの観察が可能になりつつあります。さらに、テラヘルツメタマテリアルを用いたセンシング技術は、テラへルツ波の電場を局所的に強く集中させることで、微量な生体物質の検出感度を高め、小型・高感度なバイオ分析チップへの応用が期待されています。
特に、筆者らがテラヘルツバイオフォトニクス応用の要となる技術として開発を進めているテラヘルツ点光源顕微鏡※6は、これまでのテラへルツ計測の主要課題であった上記4つ(空間分解能、感度、計測速度、装置サイズ)を同時に克服する技術として位置づけられ、細胞レベルでの生体計測や微量試料分析への応用可能性にも言及しています。
さらに、皮膚がん診断や創傷評価では、すでに臨床応用を見据えたテラへルツ診断装置も進みつつあることを示し、比較的早期の実用化が期待される応用分野として、医療分野での社会実装に向けた現実的なシナリオを提示しました。
本研究により、テラヘルツバイオフォトニクス研究は、単に「測れるかどうか」を示す段階から、テラヘルツ波が生体のどのような情報を捉えているのかを検証しながら実用化へと進む段階に入りつつあることが明らかになりました。

研究の波及効果や社会的影響

本研究は、テラヘルツバイオフォトニクスという新しい研究領域の可能性を社会に広く示すものです。テラヘルツ技術は、非侵襲・ラベルフリーで生体情報を取得できる可能性を持つため、将来的には皮膚がん診断、創傷評価、生体組織分析、微量バイオ分析などの医療分野への応用が期待されています。また、メタマテリアルセンサーやマイクロ流路技術との統合により、小型で高感度なバイオ分析チップの開発にもつながる可能性があります。こうした技術は医療だけでなく、創薬、食品、環境、半導体、バイオ産業など幅広い分野への応用が期待されます。
さらに、テラヘルツ技術は、大きなマーケットを担うバイオ産業の一翼を担うことが期待されています。本研究は、テラヘルツバイオフォトニクス技術がこのバイオ産業の開拓に貢献できる具体的な道筋を明らかにしたものです。
加えて、テラヘルツバイオフォトニクスは物理学、光工学、電子工学、生命科学、医学などが交差する学際分野であり、本成果の社会発信により、新しい研究コミュニティの形成や産学連携の加速が期待されます。

課題、今後の展望

テラヘルツバイオフォトニクスは大きな可能性を持つ一方で、依然としていくつかの課題が残されています。特に、生体内でのテラヘルツ信号の起源をより正確に理解すること、計測装置の小型化・高速化・低コスト化を進めることなどが重要です。今後は、顕微鏡技術やセンサー技術のさらなる発展に加え、AIによるデータ解析や医療機関との連携を進めることで、実際の医療現場への応用が期待されます。また、近年急速に発展しているナノフォトニクスやメタマテリアル技術との融合により、これまでにない高感度な生体計測技術が生まれる可能性があります。

研究者のコメント

テラヘルツ波は長年、医療や生命科学への応用が期待されながらも、実用化には多くの課題が残されていました。本研究では、これまでの研究を整理し、分野が直面している本質的課題とその解決に向けた技術の方向性を示しました。テラヘルツ技術が、将来の医療や生体計測を支える新しい技術として発展することを期待しています。また、「テラヘルツ波」をより身近に扱える未来社会の実現に向けた重要な指針となる論文になることを期待しています。

用語解説

※1 テラへルツ波
周波数が約1テラヘルツ(1兆ヘルツ)付近にある電磁波の総称で、光と電波の中間に位置する。波長は約0.3ミリメートルで、光のように直進しやすく、電波のように物質を透過する性質を併せ持つ。また、生体内の水や分子の動きに敏感に反応する特徴がある。1光子のエネルギーはX線の約100万分の1と小さく、生体にダメージを与えにくい非侵襲計測が可能とされる。医療・生命科学、半導体検査、食品品質管理、次世代通信など幅広い分野での応用が期待されている。

※2 空間分解能
どれだけ細かい構造を見分けられるかを示す指標。空間分解能が高い(良い)ほど、小さな対象(細胞や微細構造)をよりはっきりと観察することができる。

※3 テラヘルツバイオフォトニクス
テラヘルツ波を利用して、生体組織、細胞、分子などの状態を計測・分析する研究分野。テラヘルツ波は水和状態や分子間の相互作用などに敏感に反応するため、生体の状態を非侵襲・非破壊で調べられる可能性がある。医療診断、生体計測、バイオ分析などへの応用が期待されている学際的な研究領域である。

※4 テラへルツ時間領域分光法
テラヘルツパルスを発生させ、物質を透過・反射した波形を時間領域で測定することで、物質の吸収特性や屈折率などを調べる計測手法。テラヘルツ領域の代表的な計測技術であり、物質の構造や分子振動の情報を得ることができるため、生体分子や材料の分析に広く利用されている。

※5 メタマテリアル
自然界には存在しない特殊な電磁特性を人工的に実現するために設計された微細構造材料。電磁波の共鳴や電場増強などの効果を利用できるため、センサーや光学デバイスなどに応用されている。テラヘルツバイオセンサーでは、メタマテリアル構造によって電場を強く集中させることで、微量な生体物質を高感度に検出できる可能性がある。

※6 テラへルツ点光源顕微鏡
局所的にテラヘルツ波を発生させ、その微小なテラヘルツ光源を走査することで試料を観察する顕微鏡技術。従来のテラヘルツ計測よりも高い空間分解能で測定できるため、細胞や微小構造などの生体試料を詳細に観察できる可能性がある。

キーワード

テラへルツ波、テラへルツバイオフォトニクス、テラへルツ時間領域分光、テラへルツ点光源顕微鏡、メタマテリアル

論文情報

雑誌名:Journal of Physics Photonics
論文名:Recent advances and emerging directions in terahertz biophotonics
執筆者名(所属機関名):Kazunori Serita (Waseda University), *Masayoshi Tonouchi (Okayama University)
掲載日時:2026年5月29日
DOI:https://doi.org/10.1088/2515-7647/ae7490
*:責任著者

研究助成

研究費名:JST創発的研究支援事業
課題番号:JPMJFR2029
研究課題名:近接場テラヘルツ励起プローブ顕微鏡による1細胞・1分子分光イメージング解析とその応用
研究代表者名(所属機関名):芹田 和則(早稲田大学)

研究費名:JSPS科学研究費助成事業 基盤研究B
課題番号:JP25K01294
研究課題名:高分解能テラへルツ内視鏡の開発
研究代表者名(所属機関名):芹田 和則(早稲田大学)

研究費名:JSPS科学研究費助成事業 基盤研究A
課題番号:JP23H00184
研究課題名:局所場における光テラヘルツ波変換モデルリングと半導体分析応用
研究代表者名(所属機関名):斗内 政吉(岡山大学)

金属ガラスの電子顕微鏡像に現れた”明るい点”の正体に迫る

著者: contributor
2026年5月28日 16:54

金属ガラスの電子顕微鏡像に現れた”明るい点”の正体に迫る
~高分解能像の解析から柱状原子配列の存在を示唆~

発表のポイント

  •  Zr-Pt金属ガラス※1に20面体原子クラスター※2とそれに類似する構造を持つ歪んだ20面体原子クラスターが支配的に存在し、それぞれ異なる空間分布の特徴があることを見出しました。
  •  20面体原子クラスターは互いに入り込むような形で中距離秩序構造※3を形成し、比較的短い柱状原子配列※4を作ることが知られています。本研究では、その中心軸に沿った原子列が高分解能透過型電子顕微鏡※5像(高分解能像)に輝点として現れることを明らかにしました。
  •  さらに、歪んだ20面体原子クラスターを含めた様々な種類の原子クラスターが一方向に結合し、想定されていた中距離秩序構造よりも大きな柱状原子配列を形成することを初めて示しました。この構造は高分解能像に特に強い輝点として現れることが明らかとなりました。
  •  これにより、従来解釈が複雑とされてきたガラスの高分解能像を、柱状原子配列をもとにすることで、より直感的に解釈できる可能性が示されました。今後、金属ガラスや他のガラス物質の構造を理解するための新たな理論の確立につながることが期待されます。

合金のガラス形成過程において、異なる構造的特徴を持つ原子クラスターの挙動、または原子クラスターの接続によって形成される中距離秩序構造は、金属ガラスの機械的強度などの性質の起源を探る上で重要なため、多くの研究者の注目を集めています。しかし、ガラス構造には結晶構造のような周期性がないことから、実験で撮影した高分解能透過型電子顕微鏡※5像(高分解能像)には明確な輝点の周期配列が現れないため、その解釈が困難であることが知られています。
早稲田大学の査思源(Zha Siyuan)助手と平田秋彦(ひらたあきひこ)教授の研究グループは、Zr-Pt合金のガラス構造に関して、分子動力学シミュレーションと透過型電子顕微鏡による観察を組み合わせ、20面体を含む種々の原子クラスターが一列に並ぶ柱状原子配列の特徴を調べ、それらの柱の中心軸が高分解能像中で中距離秩序構造に起因する明瞭な輝点として現れることを明らかにしました。
本研究は、金属ガラスの構造を理解するための新たな視点を提供するものであり、金属ガラスや他のガラス物質の構造を理解するための新たな理論の確立につながることが期待されます。
本成果は、2026年5月12日(火)に『Acta Materialia』で公開されました。

図1(左上)20面体原子クラスターおよび歪んだ20面体原子クラスターからなる中距離秩序構造。比較的短い柱状原子配列に対応する。(右上)実験で金属ガラスから得られた高分解能像。(左下)分子動力学シミュレーションで得られた金属ガラスモデルから計算した高分解能像。(右下)種々の原子クラスターからなる大きいサイズの柱状原子配列。左上や右下の柱状中距離秩序構造の中心軸に沿った原子の並びが、柱の軸方向から見た際の像中の輝点に対応する。右下の配列からは、左上のものと比べて、より輝度の高い輝点が期待される。

これまでの研究で分かっていたこと

1960年代、金属を液体から急冷することによって、金属ガラスが初めて作られました。金属ガラスはランダムな原子配列を示していますが、そのランダムな中に秩序が潜んでおり、金属ガラスの構造的特徴を解明するため、多くの研究がこれまで行われてきました。
原子クラスターは金属ガラスの基本構造単位として、それぞれ異なる構造的特徴を示しています。原子クラスター同士は、一部の原子を共有する形で互いに接続して、数ナノメートルの直径を持つ中距離秩序構造を形成していることが示唆されています。例えば、計算機シミュレーションによるモデル作成の手法を用いて、金属ガラスの中距離秩序構造の特徴がこれまで議論されてきました(S. Y. Wang et al., Phys. Rev. B 78, 184204 (2008))。
一方で、そのような金属ガラスの中距離秩序構造を実験的に解明するのは容易ではありません。その理由は、金属ガラスの構造には結晶構造のような周期性が無いことから、全体から得られる構造情報は平均化されたものになってしまうためです。そこで、局所的な領域を観察できる透過型電子顕微鏡観察を用いて、中距離秩序構造に対応する局所秩序領域の存在がこれまで示唆されています(Y. Hirotsu et al., Microsc. Res. Tech. 40, 284-312 (1998)、J. Saida et al., J. Appl. Phys. 90, 4717–4724 (2001))。しかし、ガラス構造から得られた高分解能像をどのように解釈するかに関しては、未だ不明な点が多く残されていました。

新たに実現しようとしたこと、明らかになったこと

これまで、結晶構造のような周期性を持たないガラス構造に対する高分解能像は、非常に複雑なことからその解釈が困難でした。今回、早稲田大学の査思源(Zha Siyuan)助手と平田秋彦(ひらたあきひこ)教授の研究グループは、実験で得られたガラス物質の高分解能像を観察する中で、著しく明るい輝点コントラストが至る所に含まれていることに気づきました。この輝点コントラストの起源を調べるため、代表的な金属ガラスの1つであるZr系合金を選び、高分解能像観察と計算機シミュレーションを組み合わせることで研究を進めました。
今回、研究対象としたZr80Pt20合金は、高いガラス形成能※6を持つことが知られており、金属ガラスに関する多くの研究で扱われています。まず、分子動力学シミュレーションによって構造モデルを作成し、ボロノイ多面体解析※7から、20面体原子クラスターと歪んだ20面体原子クラスターが支配的であることが分かりました。さらに、この二種類の原子クラスターの分布特徴を調べたところ、20面体原子クラスターは互いに入り込み、相互貫入型の中距離秩序構造をより多く形成し、密集する傾向があります。一方、歪んだ20面体原子クラスター同士は多面体の面または辺を共有する形でより長い距離で接続する傾向があり、広がりを持つ構造を形成していました。
さらに、本合金に対する高分解能像観察も行い、上述したような著しく明るい輝点コントラストが像中に見られることが分かりました。この輝点に対応する構造を見出すため、分子動力学シミュレーションによって作成した構造モデルを用い、高分解能像を計算することにより、実験結果との比較を行いました。計算像は、実験像に見られる輝点の位置や強度を一対一に再現するものではありませんが、電子線入射方向に沿って原子クラスターが柱状に連結した領域では、その中心軸に沿った原子の並びが局所的に高い輝度を与えることが分かりました。このことから、実験像に現れる明るい輝点の有力な起源として、20面体原子クラスターのみで構成されたものだけでなく、種々の原子クラスターが電子線入射方向に沿って接続することで形成された柱状原子配列の存在を示しました。
今回の研究によって、これまで不明な点が多かったガラス構造の高分解能像に新たな解釈を与えたため、今後、ガラス構造の研究自体に新たな視点をもたらすことが期待されます。

研究の波及効果や社会的影響

  • 金属ガラス構造中に支配的に存在する二種類の原子クラスターが全く異なる分布特徴を示すことが見出され、金属ガラスの構造に対する理解が深まりました。このような構造不均一性は、金属ガラスのダイナミクスや物性に影響を与えると予想され、新たな発展が期待されます。
  • 実験結果と計算結果の比較により、これまで不明な点が多かったガラス構造の高分解能像の解釈に新たな視点を与えました。これにより、これまでに気づかれていなかった大きいサイズの柱状原子配列が初めて見出され、金属ガラスの基礎研究に新たな視点を提供しました。今後、柱状原子配列の構造的特徴や3次元的配列などについて詳しく調べることで、新たな発見が期待されます。

課題、今後の展望

今回の研究で、Zr-Pt合金における20面体を含む様々な原子クラスターが連なった柱状原子配列が見出され、その柱の中心軸に沿った原子列が高分解能像の輝点の起源になっていることを示しました。しかし、柱状原子配列については、その構造的特徴の定量解析や構造中の多面体分布状況を、より詳細に調べる必要があります。さらに、柱状原子配列の形成が機械的性質などの物性に与える影響や、それがガラス物質全般について一般的なものであるか、という課題について、他のガラス物質を用いて検証する必要があります。

研究者のコメント

  • 今回の研究で、高分解能像に多く含まれている輝点コントラストに着目し、実験結果と計算結果の比較により、その起源と考えられる柱状原子配列が見出されました。なかでも、20面体だけでなく複数種の原子クラスターからなるサイズの大きい柱状原子配列に関してはこれまでに注目されておりませんでしたが、今後、金属ガラスの基礎研究における一つの視点として、発展が期待されます。(査思源)
  • ガラス物質から得られる高分解能像は複雑であり、その解釈は簡単ではありませんでした。我々は、これまで局所電子回折や計算機シミュレーションを用いて、アモルファス構造に潜む秩序の解明に取り組んできました。今回、改めて高分解能像中の特に明るい輝点に着目することで、これまで見出されていなかった特徴を持つ柱状原子配列を見出しました。他のガラス物質においても、同様のコントラストが見られることが多いことから、ガラス物質に普遍的な特徴であることが期待されます。(平田秋彦)

用語解説

※1 金属ガラス
規則正しい原子配列を持つ金属結晶とは異なり、原子が不規則に配列している固体金属材料です。

※2 原子クラスター
数個から十数個の原子からなる局所構造で、通常0.5nm以下の半径のものを示します。金属ガラスの基本構造単位として扱われることが多いです。

※3 中距離秩序構造
原子クラスターの接続によって形成される構造で、1~2ナノメートルのスケールを持つものです。

※4 柱状原子配列
中距離秩序構造のうち、特に原子クラスターが直線状に連なって接続しているものを指します。コラム状原子配列とも呼ばれます。

※5 透過型電子顕微鏡
加速された電子を薄膜試料に照射し、透過した電子を用いて回折や像を得る顕微鏡です。これにより、原子スケールの観察が可能となります。

※6 ガラス形成能
合金系を液体から冷却したときに、ガラス状態になる能力を指します。ガラス形成能が高いほど、ガラス状になりやすいです。

※7 ボロノイ多面体解析
原子クラスターの構造的特徴を幾何学的観点で分類するための数理的手法です。

キーワード

金属ガラス、原子クラスター、中距離秩序構造、透過型電子顕微鏡、分子動力学シミュレーション

論文情報

雑誌名:Acta Materialia
論文名:Columnar atomic arrangements in Zr-Pt metallic glasses and their appearance in high-resolution electron microscopy
執筆者名(所属機関名):査思源(早稲田大学、筆頭)平田秋彦(早稲田大学)*
掲載日時(現地時間):2026年5月12日
掲載日時(日本時間):2026年5月12日
掲載URL:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645426004465
DOI:https://doi.org/ 10.1016/j.actamat.2026.122344
*:責任著者

研究助成

研究費名:科学研究費 挑戦的研究(萌芽) 課題番号:23K17837
研究課題名:ガラス構造における擬格子面と位相幾何的秩序
研究代表者名(所属機関名):平田 秋彦(早稲田大学)

ムーンショット型研究開発制度のプロジェクトマネージャーに尾形哲也教授が決定

著者: contributor
2026年5月28日 16:53

🤖 AI Summary

早稲田大学の尾形哲也教授が、内閣府統括の「ムーンショット型研究開発制度」における目標3プロジェクトマネージャーに任命されました。尾形教授は、「一人に一台一生寄り添うスマートロボットAIREC」というプロジェクトをリードします。

「ムーンショット型研究開発制度」は、破壊的イノベーションの創出を目指し、大胆な挑戦的な研究開発(ムーンショット)を推進する新制度です。内閣官房や文部科学省など6省庁が連携して進められ、10つのムーンショット目標があり、各目標に対して全体責任者(プログラムディレクター)とプロジェクトマネージャーが設定されています。

尾形教授はプロジェクトマネージャーとして、研究開発のシナリオ策定や実施管理などを行います。具体的なムーンショット目標には2050年までのロボットの共進化による自ら学習・行動するスマートロボット実現などが含まれています。

このたび、内閣府が統括する「ムーンショット型研究開発制度」における目標3に、本学から尾形哲也教授がプロジェクトマネージャーとして決定されました。

 

プロジェクトマネージャー

尾形哲也(理工学術院・教授)

 

研究開発プロジェクト

「一人に一台一生寄り添うスマートロボットAIREC 」

 

ムーンショット型研究開発制度

日本発の破壊的イノベーションの創出を目指し、従来技術の延長にない、より大胆な発想に基づく挑戦的な研究開発(ムーンショット)を推進する新たな制度で、内閣官房、内閣府、文部科学省、厚生労働省、農林水産省、経済産業省等が連携し、研究開発を推進します。総合科学技術・イノベーション会議で決定された10のムーンショット目標について、各目標における研究開発全体責任者であるプログラムディレクターの下、プロジェクトマネージャーは、ムーンショット目標達成および研究開発構想実現に至るシナリオの策定、研究開発プロジェクトの設計、研究開発体制の構築、研究開発プロジェクトの実施管理などを行います。

ムーンショット目標

1. 2050年までに、人が身体、脳、空間、時間の制約から解放された社会を実現

2.2050年までに、超早期に疾患の予測・予防をすることができる社会を実現

3.2050年までに、AIとロボットの共進化により、自ら学習・行動し人と共生するロボットを実現

4.2050年までに、地球環境再生に向けた持続可能な資源循環を実現

5.2050年までに、未利用の生物機能等のフル活用により、地球規模でムリ・ムダのない持続的な食料供給産業を創出

6.2050年までに、経済・産業・安全保障を飛躍的に発展させる誤り耐性型汎用量子コンピュータを実現

7.2040年までに、主要な疾患を予防・克服し100歳まで健康不安なく人生を楽しむためのサステイナブルな医療・介護システムを実現

8.2050年までに、激甚化しつつある台風や豪雨を制御し極端風水害の脅威から解放された安全安心な社会を実現

9.2050年までに、こころの安らぎや活力を増大することで、精神的に豊かで躍動的な社会を実現

10.2050年までに、フュージョンエネルギーの多面的な活用により、地球環境と調和し、資源制約から解き放たれた活力ある社会を実現

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