京都工芸繊維大学 産学公連携推進センター

■研究の概要
汗をかいて体温を調節できる哺乳類は、ヒト、ウマ、ロバ、一部のサルのみであり、ヒトは暑さに対する耐性が高い哺乳類と言えます。しかし、近年の夏季の気温上昇は深刻化しており、気候変動による気温上昇は今後も続くと予測されています。このような環境において生活する私たちが、暑さ対策や新しい熱中症予防策を構築できるよう、ヒトの生理反応を主として、体温調節（体温の上昇度や発汗量の測定など）、心拍数や血圧の変化、暑さ感覚や快適性の変化を測定・研究しています。また、市場には暑さ対策を謳う製品が開発・販売されていますが、それらの効果を物性試験ではなくヒトの生理反応を基に評価することで、ヒトにとって本当に効果があるのかを検証し、製品の開発や改良に繋げる研究も行っています。これらの実験結果を基に、科学的根拠に基づいた暑さ対策の構築や快適性を保つ方法の開発を目指しています。

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プラスチック（高分子材料）には、軽い／水や薬品に強い／さびない／長持ちするという特徴があり、安価で容易に成形できるため、金属や木、ガラスといった天然の素材に代わり、生活の中の様々な場面で活用されています。しかし、このような高分子材料であっても他の材料に比べて、光・熱および水などの環境因子の作用を受けると劣化し易いという弱点があります。高分子材料の劣化は酸化劣化や分子鎖切断といった化学構造変化を伴って物性が低下します。このような劣化に関する研究は多く行われ、基本的な劣化機構はほぼ解明されていますが、実際の製品や部品に生じる劣化機構は複雑であるため、個々の製品に対して物性測定し、評価することが必要となります。
我々の研究グループでは、劣化した高分子材料や加速劣化させた高分子材料に対して蛍光分光法を応用することにより非破壊で簡便に高分子材料の劣化を計測することができます。また、熱分析やその他分光分析、顕微鏡観察と併せて多角的に評価することができます。

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地球温暖化や資源枯渇を背景に、各種の物質生産を化石燃料に依存した化学プロセスから、農産廃棄物などの再生可能資源（バイオマス）を原料とした環境調和型バイオプロセスに代替する研究が活発化しています。我々はこれまで蓄積してきた微生物機能を用いるバイオリアクター技術を駆使し、様々な未利用バイオマスから付加価値の高い有用物質を生産するバイオリファイナリー研究を進めています。
特に、農産廃棄物であるトウモロコシの芯のようなリグノセルロース系バイオマスを原料として、バイオマス中のセルロース・ヘミセルロース成分を加水分解した後、各種のバイオリアクターにより、キシリトール、アスタキサンチン、D/L-乳酸などの高付加価値物質を効率的に生産することに成功しています。炭酸ガスから藻類を用いて光合成により直接化学物質を生産する第3世代のバイオリファイナリーも新しい研究テーマとして取り組んでいます。

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化石資源から生産されるプラスチックは使用後の廃棄（環境中への残留）による環境汚染や焼却による二酸化炭素排出が問題となっています。欧州では自動車部品のプラスチックの25%を再生材とする規制案が発表され、バージン材に比べてコスト的に不利だったリサイクル材の価値は転換期を迎えつつあります。当研究室では有機触媒によるポリマー分解反応の効率化を中心に研究しています。

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生体内や微生物（酵素）の関与により分解する生分解性ポリマーは、手術用縫合糸を中心に医療材料として使用され、環境調和型材料としても研究されています。当研究室では脂肪族ポリカーボネート・ポリエステルを中心に、対応する機能性環状モノマーを設計・合成し、有機触媒を用いた金属フリーの精密重合技術によって、様々な分解性機能材料を開発しています。

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昆虫は、卵を大量に産むことで次の世代につなげる「多産多死」型の戦略をとっています。しかし、大量に産卵したからといって餌が十分にない環境下であれば、ふ化した子世代が生き残れないだけでなく、卵を産みだした親世代の負担も大きくなり自分自身の生存さえも危うくなります。そこで限られた餌の下で、昆虫の卵細胞の成熟と親の生存とのバランスをとるための機構があることが予想されます。これまでいくつかの昆虫種でそのような機構が明らかになりつつあります。
ここでは甲虫の一種であるコクヌストモドキを用いて卵成熟の栄養による制御の機構の解明を目指しています。この虫では、体全体でRNAi（systemicRNAi）を簡便に引き起こすことができるため、必要に応じた実験系を迅速に構築することが可能となります。

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生きた個体における脳の活動を顕微鏡で画像化して理解する脳活動イメージングは、脳機能を理解するための極めて強力な研究手法です。私たちは、バーチャルリアリティ環境で行動するマウスの脳活動をイメージングする最先端の研究手法を用いて、学習、社会性や他者に対する感情を支える脳のメカニズムを明らかにする研究を進めています。特に脳の深くを高解像度で観察できる二光子レーザー顕微鏡を用いたイメージングや機械学習を用いたマウスの表情解析などを用いて、自閉スペクトラム症の背後にある神経回路機能の異常を理解する研究を進めています。

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自発的に運動する個体が多数集まり、それぞれが局所的な相互作用をすることで、全体として調和の取れた秩序が現れることがあります。ムクドリやイワシの成す群れがこの好例であり、古くから人はその協調した動きの美しさと不思議さに関心を寄せてきました。そして、高解像度の観察技術により、これまで肉眼では捉えられなかった微小な世界においても同様の動的秩序が見られることがわかってきました。中でもマイクロメートルスケールでは、細胞集団が衝突や接着、また走化性を介した相互作用によって、集団運動やパターン形成を示すことが明らかにされています。これらの秩序形成は、生物物理学の立場からの学術的な興味だけでなく、特に外部制御が困難な微小環境における群ロボットの設計という工学的な観点からも注目されています。このような背景のもと我々は、モデル生物として知られる、細胞性粘菌の集団が示す動的秩序形成の原理解明に取り組んでいます。特に最近では、走化性を示さない変異株、KI-5株に着目した研究を展開しています。

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本研究は、組み立て分解が可能な、小径木材を組合わせた骨組システムの開発です。このシステムは、通常の木造建築では使用しない小径木材を互い違いに組合わせてボルトのみで接合して骨組を作ることができます。ボルト以外は釘や他の金物を使用しないため、部材の加工はボルト孔を開けるだけの簡単なもので、ボルトを外せば1本の部材に戻り再利用が可能となります。このシステムは、家具から小中規模の建物まで応用可能で、次の特徴があります。

①小径材を用いることができるので、間伐材が使えて扱いやすいです。
②ボルトで留めているだけなので、再利用が容易で断面欠損が少なく強度を維持できます。
③単純な接合システムで効率よく力を伝達できます。
④部材やボルトの大きさや本数を調整することで、インテリアから中規模建築まで利用可能です。
⑤セルフビルドが可能なので、子供から大人までものづくりを楽しめます。

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無給電動作可能なファブリック型タッチ/圧力センサを新たに開発しました。当該センサは、糸(導電性糸と絶縁性糸)のみを用いて1回で編みあげることが可能です。また、全体が糸だけで出来ているため、肌触りが良好であり、軽量かつ通気性に優れ洗濯可能です。当該センサは、例えば電気自動車や自動運転車などのハンドル用のタッチ/圧力センサなどへの活用が期待されます。タッチセンシングと圧力センシングには、環境中に常時放散されている電磁波を利用しているため無給電のセンシングが可能です。

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独自開発のエレクトレット(注1)超極細繊維膜（平均繊維直径が数百ナノメートルオーダ）を使用した「音マスク」を開発しました。このマスクは、着用者の発声で電気信号を自己発電します。市販の無線通信マイクやヘッドセットと組み合わせることにより、この電気信号を無線通信してタブレット端末上に文字化することができます。着用者の発声だけを採音することもユニークな特徴で、外部の音を気にせずに通話が可能です。騒音環境下での通話や音声メモなどでの利用が期待されます。加えて、この「音マスク」に音楽などの音の電気信号を入力すると、音楽が流れます。すなわち、「音マスク」はスピーカーとしても動作します。

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映像を用いた人物３次元行動解析とは、人物を撮影した映像を入力として、被写体の３次元骨格姿勢とその運動、さらに視線方向を推定することを意味しており、スポーツや医療・介護における動作解析、工場など作業現場での安全対策や手順解析、公共空間での雑踏警備や人流解析、店舗内や商店街における購買行動解析など、さまざまな分野における基盤計測技術として利用することができます。本技術は深層学習に基づいたものであり、使用時にはカメラ１台を用いるだけで人物３次元運動や視線方向を推定することができます。また実装環境特有の人物行動など、学習時には訓練データに含まれなかったような事例に適応することが求められた場合には、一時的に複数台のカメラを設置するだけで、全自動で追加の学習データをその環境で取得し、自己教師あり学習によって新たなドメインに適応することも可能です。すなわち本技術は、カメラ１台の映像から人物３次元運動および視線方向を推定する機械学習モデルと、複数台のカメラの相対位置・姿勢を人物撮影映像のみを用いて自動的に校正するカメラキャリブレーション、および校正されたカメラ群を用いて複数視点映像から人物３次元運動を復元する全自動マーカーレスモーションキャプチャから構成されます。

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