東北大学の研究チームは、リチウムやナトリウムを用いたアルカリ金属負極蓄電池において、リチウムやナトリウム金属の針状析出の発生を抑制することに成功した。アルカリ金属負極電池の実現に向け、性能と安全性を向上させる新しい電解液設計の重要な指針を与えるものだ。

蓄電池の負極電極材料候補の中で、金属負極は最も高い電荷容量密度を有しており、現在主流の炭素系負極よりエネルギー密度を大幅に向上できる。だが、リチウムやナトリウムなどのアルカリ金属元素は、電極付近の濃度・電場分布の変動により、針状の様な樹枝状結晶（デンドライト）が形成され、電極から剥がれやすく、電池内部で短絡を引き起こし、サイクル寿命を低下させてしまう問題がある。

研究チームは、カルシウムなどのアルカリ土類金属塩をリチウムイオンやナトリウムイオンを含有する電解液に添加することにより、一価カチオン（陽イオン）の溶媒和構造が改変され、リチウムやナトリウム金属析出の活性化過程が制御されて、平坦な析出形態を維持できることを発見。多価イオンの導入により、一価のリチウムイオンやナトリウムイオンはアニオン（陰イオン）とより強く結合する傾向があることを示した。

研究成果は、セル・レポーツ・フィジカル・サイエンス（Cell Reports Physical Science）誌に、2022年5月20日にオンライン掲載された。

（中條）

理化学研究所の研究チームは、オジギソウが外界の刺激を感知して運動する機能を用いて、枝に軽く触れるだけで開閉可能な小型の弁（バルブ）を開発した。小型で電源が不要な機械として、暑熱乾燥時の放水デバイスなどへの応用が期待できるという。

今回、研究チームは、オジギソウの枝に触れた際の枝の上下運動を利用したバルブを試作した。具体的には、液室（チャンバー）の膜上に置いた金属のおもりを、滑車を通してオジギソウの枝にワイヤでつなぎ、枝が下がるとおもりが持ち上がり、ふさがっていた流路が開く仕組みを作製。オジギソウ枝を切り離した状態であっても十分な耐圧性能を持つこと、繰り返し利用可能であるという点で、このサイズのバルブとしては圧電素子を用いた既存のものに匹敵することを実証した。

今回開発したバルブは、光合成でエネルギーを生み出す究極のクリーンデバイスともいえる植物のセンシング・運動機能を用いた機械としては、初の試みだという。本研究は、オンライン科学雑誌であるサイエンティフィック・レポーツ（Scientific Reports）に5月23日付で掲載された。

（中條）

国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）、東京大学、イームズロボティクス、佐川急便は、自律運行AIを搭載したドローンを使って荷物を配送する実証実験を実施した。

実験では、イームズロボティクス製のドローン「UAV-E6106FLMP」に自律運航AIを実装した機体を使用。福島県相馬市と南相馬市の1.5キロメートル離れた2カ所を往復した。往路では荷物を載せて飛行し、AIによる人物検知、検知後の機体の自動一時停止、飛行再開の機能を検証。復路では荷物を載せず飛行し、住宅など危険度が高い地域を回避する飛行ルートをAIに自動的に作成させる機能を検証した。どちらの実験飛行も、補助者あり、目視外の自動飛行とマニュアル飛行で実施した。

政府は2022年をめどに「有人地帯における補助者なし目視外飛行」（レベル4）を実現する目標を掲げている。今回実験を実施したNEDOなどは、2022年12月をめどに、南相馬市でさらに飛行実績を積みながら、安全な飛行技術の研究開発を目指すとしている。

（笹田）

東京大学、九州大学、名古屋大学、パナソニック インダストリーの研究グループは、人間の呼気による個人認証の原理実証に成功した。指紋や静脈を利用した生体認証は、パスワード認証に比べてセキュリティ強度が高いことから利用例が増えているが、外傷による変化に対応しにくいことと、精巧な複製物を作られるとセキュリティを破られてしまう危険性がある。その点、呼気は外傷による影響を受けず、複製も極めて困難であることから、さらにセキュリティ強度が高い手法と言える。

研究グループはまず、ガスクロマトグラフ質量分析計を使用して、人間の呼気ガスの成分を分析した。その結果、個人ごとに異なる呼気成分のパターンが存在することを発見した。

続いて、16種類のそれぞれ異なる性質を持つ高分子材料と、導電性カーボンナノ粒子の混合物で人工嗅覚センサーを作製。このセンサーは分子が吸着するとセンサー材料の体積が膨張し、導電性カーボンナノ粒子同士の距離が広がることで電気抵抗が増加する性質を利用したものだ。

さらに人工嗅覚センサーで取得したデータを機械学習で分析。6名を対象に実施した実験では、平均97.8％の精度で個人を識別できた。別の日に実験を実施しても、対象人数を20名に増やしても、認識精度はほぼ変わらなかった。

研究成果は5月20日、「ケミカル・コミュニケーションズ（Chemical Communications）」誌にオンライン掲載された。さらに多人数を対象とした実証実験や、食事などによる認証精度への影響を抑えることが今後の実用化への課題だという。

（笹田）

金沢大学と大阪公立大学の研究グループは、ケタミンの即効性抗うつ作用の仕組みを解明した。ケタミンは古くからある麻酔薬だが、麻酔用量よりも低用量で用いることで、治療抵抗性うつ病患者に即効性の抗うつ作用をもたらすことが2000年代に明らかになっている。ただ、ケタミンには幻覚、妄想などの精神症状や、依存性といった重い副作用があるため、うつ病患者にそのまま投与するには問題があった。

研究グループはインスリン様成長因子-1（IGF-1）を内側前頭前野に局所投与すると、即効性の抗うつ作用が得られるという研究に着目し、内側前頭前野に内在するIGF-1がケタミンの即効性抗うつ作用に関与している可能性を検討。実際にケタミンを投与したマウスの脳を解析したところ、内側前頭前野でIGF-1の遊離が数時間にわたって増加していることを発見した。さらに、IGF-1の働きを阻害するタンパク質を内側前頭前野に局所投与したマウスでは、ケタミンの抗うつ作用が消失した。つまり、ケタミンによって内側前頭前野で遊離が増加したIGF-1が抗うつ作用の発現に重要であることが分かった。

研究成果は5月17日、「トランスレーショナル・サイキアトリー（Translational Psychiatry）」誌にオンライン掲載された。今後、IGF-1を標的とした、より安全な抗うつ薬の開発につながることが期待される。

（笹田）

理化学研究所（理研）の研究チームは、無精子症のマウスから高い確率で産子を得ることに成功した。これまで、精子となる前の細胞である一次精母細胞を使用した顕微授精で産子を得ることはできていたが、一次精母細胞注入後の卵子内での減数分裂の際に高い確率で染色体異常が発生することから、出生率はわずか数％にとどまっていた。

研究チームは、卵子の細胞質を小さくすることで、減数分裂中の染色体の動態が安定する現象に着目。一次精母細胞の顕微授精時に顕微操作でサイズを小さくした卵子を使ってみたところ、通常サイズの卵子に注入した場合に比べて減数分裂時の染色体異常が大幅に軽減できたという。こうして得た顕微注入胚を母体に移植したところ、出生率が従来のおよそ20倍にまで向上した。一次精母細胞で精子発生が停止している、無精子症のマウスからの産子獲得にも成功した。

研究成果は5月19日、「EMBOレポーツ（EMBO Reports）」誌にオンライン掲載された。無精子症のマウスから産子を得られたとはいえ、そのうちの4匹に性染色体異常が見られたことから、今後は染色体異常を改善することが課題となる。その課題を克服できれば、新たな不妊治療法の1つとなる可能性がある。

（笹田）

東京大学医科学研究所の研究チームは、現在流行しているBA.2系統に属するオミクロン株（オミクロン/BA.2株）を患者から分離し、その性状を解析した。その結果、オミクロン/BA.2株を感染させた動物では、体重減少と呼吸器症状の悪化がみられないなど、病原性は従来株よりも低く、2021年12月から2022年2月にかけて流行していたBA .1系統のオミクロン株（オミクロン/BA.1株）と同程度であることが明らかとなった。

同チームは、患者から分離したオミクロン/BA.2株を、新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の動物モデル（マウスおよびハムスター）を用いて評価し、パンデミック初期の流行株（従来株）およびオミクロン/BA.1株と比較した。その結果、オミクロン/BA.2株は、マウスやハムスターの上気道および下気道部で増殖するものの、増殖力と病原性は、従来株よりも低く、オミクロン/BA.1株と同程度であった。

さらに、抗体薬のカシリビマブ・イムデビマブ、チキサゲビマブ・シルガビマブ、ソトロビマブや、抗ウイルス薬のモルヌピラビル（メルク）、ニルマトレルビル（ファイザー）、S-217622（塩野義製薬）は、オミクロン/BA.2株を感染させたハムスターの肺における増殖を抑えることも明らかにした。

2021年末に新型コロナウイルスの変異株・オミクロン株が南アフリカで確認されて以降、現在（2022年5月時点）も本変異株による爆発的流行が世界規模で続いている。オミクロン株の流行が始まってから数カ月間は、BA.1系統に属する株が世界の主流だったが、2022年1月上旬からBA.2系統に属する株の感染例が増加し始め、2022年5月現在はオミクロン/BA.2株が世界で最も流行している。

研究成果は、英科学雑誌「ネイチャー（Nature）」オンライン版で2022年5月16日に公開された。

（中條）

東京大学と理化学研究所の共同研究チームは、矮新星（白色矮星と通常の恒星からなる近接連星系）である「SS Cyg（はくちょう座SS星）」の高速同時観測を実施し、可視光とX線の明るさの時間変動がほぼ同期していることを発見した。

同チームは、東京大学木曽シュミット望遠鏡に搭載された可視光動画カメラ「トモエ・ゴゼン（Tomo-e Gozen）」と国際宇宙ステーションに搭載された米航空宇宙局（NASA）のX線望遠鏡「ナイサー（NICER）」を用いて、SS Cygに対し、過去に例の無いサブ秒分解能の高速同時観測を2020年9月から11月にかけて実施。その結果、SS Cygの可視光とX線の明るさの時間変動に高い相関関係があることが、初めて発見された。

この現象は、SS Cygの白色矮星の近傍に分布する高温ガスから放射されるX線が、周囲の降着円盤や伴星を広く照らしているために引き起こされるという。過去のSS Cygの観測では可視光とX線の明るさの変動の相関は高くなかったため、今回の観測結果は、SS Cygの高温ガスの分布が最近になって幾何学的に厚く拡大し、周囲の降着円盤や伴星を広く照らせるようになったことを示唆している。

研究成果は、日本天文学会欧文誌（Publications of the Astronomical Society of Japan）オンライン版に5月17日付けで掲載された。可視光とX線のサブ秒分解能の高速同時観測という新たな観測手法により、光度変動の相関解析から降着円盤の幾何学構造に制限をつけられ、空間分解できない降着円盤の構造の解明につながることが期待される。

（中條）

理化学研究所、京都大学、宇都宮大学、九州大学の共同研究チームは、カーボンナノチューブを担体（物質を固定して運ぶ役割を担う物質）に用いて、植物細胞のミトコンドリアを標的として遺伝子を輸送する技術を開発。植物ミトコンドリアの遺伝子組み換えに成功した。植物の遺伝子改変技術に応用することで、環境への耐性を持つ改良植物種の作製や作物生産量の向上が期待できそうだ。

共同研究グループは、担体として、反応点を表面に持つ高分子ゲルで被覆したカーボンナノチューブを作製。植物ミトコンドリアへの輸送に必要となる機能性ペプチドを2種類選択し、カーボンナノチューブ表面の反応点へ結合させた。さらに、このカーボンナノチューブにプラスミド・デオキシリボ核酸（DNA）を混合し、カーボンナノチューブ／DNA複合体を作製した（プラスミドDNAは独立して複製できる細胞内の染色体外DNA分子）。

次に、モデル植物であるシロイヌナズナの芽生えを用いて、カーボンナノチューブ／DNA複合体の植物への輸送を試み、植物細胞内のミトコンドリアへ遺伝子を効率的に輸送できていることを確認。さらに、ミトコンドリアの遺伝子が改変された植物では、根の成長が促進されることを明らかにした。

カーボンナノチューブを担体として、任意の機能性ペプチドを自在に結合できる本手法は、遺伝子やタンパク質などのさまざまな物質を輸送して、特定の細胞小器官を効率的に改変する手法として応用できる可能性がある。同研究成果は、ネイチャー・コミュニケーションズ（Nature Communications）のオンライン版に2022年5月16日付で掲載された。

（中條）

量子科学技術研究開発機構（QST）は、高度な量子マテリアルの供給基盤の整備や安定的な供給、研究開発などを担う「量子機能創製拠点」を、2022年5月26日に同機構内に設置すると発表した。

量子コンピュータ、量子センシング、量子ネットワークなどの量子デバイスを製造するには、量子機能を発揮する量子マテリアルが基幹材料として必要となる。量子機能創製拠点では、供給基盤を整備し、安定的な供給を実現するとともに、独自技術による高性能な量子ビット・量子センサー形成、ソサイエティ5.0の実現に不可欠な超省エネデバイスを可能にするスピンフォトニクス技術などの研究開発で世界を先導。併せて、量子技術による社会変革に向けた産学官連携、人材育成を推進し、量子未来社会ビジョンに基づく量子技術の社会実装を加速する。

同拠点は、内閣府が2022年4月22日に発表した「量子未来社会ビジョン」（統合イノベーション戦略推進会議決定）に基づき、「量子技術イノベーション拠点」の体制強化として設置するもの。量子機能創製拠点の設置に併せて、理化学研究所のヘッドクォーター機能の抜本的強化、産業技術総合研究所の産業界への総合的な支援機能の強化なども実施する。

（中條）

東京工業大学の研究チームは、鉄さびの主成分であるα型酸水酸化鉄（α-FeOOH）からなる固体触媒を開発。可視光をエネルギー源として、二酸化炭素を、水素のキャリア物質であるギ酸へ変換することに成功し、世界最高の二酸化炭素還元選択率でギ酸を得る初の鉄系固体触媒を実現した。

研究チームは、鉄系の土壌鉱物（α-FeOOHなど）が二酸化炭素の吸着能力を有する点に着目し、α-FeOOHを基盤とした固体触媒を開発。開発した触媒が分子光増感剤の共存下で、二酸化炭素のギ酸への還元的変換反応において高い性能を示すことを見い出した。触媒調製条件を最適化した結果、α-FeOOをアルミナ（酸化アルミニウム）に担持した触媒が特に高性能を有し、80～90%という世界最高水準二酸化炭素還元選択率を実現した。

光エネルギーを利用して二酸化炭素から有用物質を得る「人工光合成」系の構築を目指す研究では従来、貴金属や希少金属からなる固体触媒が用いられており、資源的制約の観点から代替材料の開発が求められていた。今回の研究成果から、資源的制約とは無縁な多存元素からなる材料を使い、太陽光をエネルギー源として、地球温暖化の主因である二酸化炭素を常温常圧下で有用な化学物質に変換できる可能性が見えてきた。

研究成果は5月12日に、ドイツ化学会誌「アンゲヴァンテ・ケミー国際版（Angewandte Chemie International Edition）オンライン版に速報として掲載された。

（中條）

NTTは、画像認識AI（人工知能）技術を使って、さまざまな社会インフラ設備に発生したさびを高精度で検出することに成功した。撮影用のデジタルカメラを複数搭載した車両を走行しながら沿道を撮影。その撮影画像から、複数のインフラ設備（道路附属物および柱上設備）を識別し、それぞれのインフラ設備に発生しているさびを97.5％の精度で検出できたという。

今回の画像認識AIの訓練には、実地で取得した合計数万枚のインフラ設備と発生したさびの画像を用いた。さまざまな設備種類・形状の画像や、異なる照度や構図で撮影された画像を用いることで、複数の設備を正しく認識できるようにした。さらに、暗い画像からさびを見つけられるAIや、微小なさび領域を見逃さないAIなど、特徴の異なる複数のAIの結果を総合的に判断することで、逆光や曇りによって暗く写った設備からでも小さなさびまで高精度に検出できるようにした。

検証実験では、沿道のインフラ設備を一定間隔で撮影し、横向きのデジタルカメラによって道路附属物（ガードレール、標識、ミラーなど）の画像、上向きのデジタルカメラによって柱上設備（金物、ケーブルなど）の画像を取得。取得した道路附属物の画像1000枚、柱上設備の画像1000枚に対して、画像認識AIを用いた設備の認識と、各設備のさびの検出をしたところ、画像2000枚中1885枚において設備を正しく認識し、さびがある画像722枚中704枚においてさびを正しく検出した。

同時に撮影した画像から複数のインフラ設備を一括で識別・点検できるため、インフラ管理者ごとに実施していた現地点検を集約出来ることに加えて、点検員によって発生していたバラツキをなくし、点検品質を均一化することが可能になるという。

（中條）

東京大学の研究チームは、水を高速で通すが塩は通さないナノチューブを開発した。同様の性質を持つ物質としてはアクアポリンが知られているが、今回開発したナノチューブはアクアポリンの4500倍の速度で水を通すという。海水を淡水化する水処理膜への応用が期待できそうだ。

研究チームは内側にフッ素原子が密に結合した大環状化合物を、超分子重合と呼ばれる手法で一列に重ねて、フッ素化ナノチューブを開発した。このナノチューブの内径は0.9ナノメートル。アクアポリンの内径0.3ナノメートルに比べると大きいが、フッ素化ナノチューブの内壁が負に帯電しているため、同じく負に帯電した塩化物イオンの侵入を許さない。さらに、フッ素化ナノチューブの内表面は、水分子の間に働く結合を崩壊させる。一般に数分子のかたまりとして存在している水が、ナノチューブ内部に取り込まれるとバラバラになり、水とチューブ内壁の間の摩擦が低減し高速に水が透過する。

研究成果は5月12日、「サイエンス（Science）」誌にオンライン掲載された。

（笹田）

東京工業大学の研究チームは、グーグルの画像処理モデル「ビジョン・トランスフォーマー（ViT）」を利用したレンズレスカメラの画像再構成処理を開発した。コンピューターによる画像再構成処理を応用することで、レンズを使用せずに画像を得る「レンズレスカメラ」が注目されているが、画質が不十分で計算時間がかかるなど実用面での制約があった。新手法によって、超薄型で軽量かつ低コストなレンズレスカメラの実用性が高まりそうだ。

レンズレスカメラの画像再構成の技術としては、モデルに基づく復号法と、機械学習を用いた手法が研究されてきたが、前者は画像品質が低下しやすく、後者はレンズレス光学系の特性に適していないという問題があった。そこで研究チームは、機械学習アルゴリズムの中でも2020年にグーグルが発表したビジョン・トランスフォーマーを採用。従来の機械学習を用いた復号手法では画像内の局所的関係を主に学習していたのに対して、ViTは画像内の大局的な特徴量を利用するため、イメージセンサーの広い範囲にわたる投影パターンの処理に適しているという。

新手法を利用したレンズレスカメラは、従来の手法を用いたものよりもノイズが少なく鮮明な画像を生成できた。さらに計算時間が短く、リアルタイム撮影にも対応可能だという。

研究成果は3月31日、「オプティクス・レターズ（Optics Letters）」誌に掲載された。

（笹田）

横浜市立大学と国立成育医療研究センターの研究グループは、ヒトiPS細胞から作り出した「ミニ腸」を使って、腸管組織における新型コロナウイルスとその変異株の感染力と増殖力を検証した。その結果、ほかの株に比べてオミクロン株BA.1とBA.2は、腸管組織ではほぼ感染、増殖しないことが明らかになった。

新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）は主に呼吸器疾患を引き起こすが、脳や腸などさまざまな臓器に感染することが分かっている。しかし、感染効率が高まったデルタ株やオミクロン株がヒトの腸管でどのように増殖するのかについては解明されていなかった。

研究グループは、武漢株、デルタ株、オミクロン株（BA.1とBA.2）のウイルスをミニ腸に感染させ、ウイルスの増殖効率を経時的に調べた。その結果、デルタ株の増殖効率は武漢株よりも4〜6倍高いこと、オミクロン株ではほとんど複製が見られないことが分かった。

また、武漢株やデルタ株に感染させたミニ腸では、感染に伴う細胞傷害関連分子や炎症性サイトカインの分泌が少なくとも感染8日後まで認められたが、オミクロン株ではそのような現象は確認できなかった。デルタ株と比べてオミクロン株は腸管に感染しにくく、また感染に伴う細胞傷害や炎症も起こりにくいと考えられる。

研究成果は4月28日、「ガストロエンテロロジー（Gastroenterology）」誌にオンライン掲載された。

（笹田）

国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）と東京大学、広島大学、AGCの研究グループは、地球温暖化係数（GWP：Global Warming Potential）が低いハイドロフルオロオレフィン（HFO）の自己分解反応を抑制することに成功した。HFOはGWPが低いことから、次世代エアコン用冷媒として期待されているものの、外部からのエネルギーを受けて分解してしまう自己分解反応が問題だった。

研究グループは、HFOにプロパンを一定比率で添加することで、自己分解反応を抑えることに成功した。プロパンもGWPは3.0と低いため、混合ガスのGWPも抑えられる。

現在、エアコンに使用されているハイドロフルオロカーボン（HFC）はGWPが高く、モントリオール議定書キガリ改正（2016年に採択）では生産、消費量の大幅な削減を求めている。先進国では2036年までに基準年（2011～2013年）に対して85％削減することが目標となっている。

（笹田）

東北大学の研究チームは、酸化チタンナノチューブのナノ微細構造を検出媒体とする半導体式ガスセンサーを開発した。混合ガスの中から微量な一酸化炭素の濃度を高精度で検出でき、呼気から肺疾患を検査・診断する機械への応用が期待できるという。

研究チームは、すでに開発していた半導体式ガスセンサーに機械学習を組み合わせることで、高い精度で一酸化炭素濃度を検出することに成功。一酸化炭素、ヘリウム、酸素、窒素の4種のガスを混合し、それぞれの濃度比を変えた複数種の混合ガスを用意し、複数のセンサーが検知したそれぞれの特性を機械学習で解析した。センサーの検出精度は市販の電気化学式ガスセンサーと同等またはそれ以上だといい、数秒で結果を得ることができるという。

研究成果は6月15日、「センサーズ・アンド・アクチュエーターズB（Sensors and Actuators B）」誌に掲載される。

（笹田）

九州大学、岡山大学、ジョンズ・ホプキンス大学の研究グループは、慢性的なしつこいかゆみを発生させる仕組みを解明した。アトピー性皮膚炎や接触皮膚炎などに伴う慢性的な強いかゆみを感じると、何回も繰り返して引っ掻いてしまう。その結果皮膚の炎症が悪化して、かゆみがさらに増すという悪循環に陥る。こうした「かゆみと掻破（そうは）の悪循環」のメカニズムは従来、解明されていなかった。

研究グループは、アトピー性皮膚炎や接触皮膚炎のモデルマウスを作製し、神経の活動を調べたところ、皮膚からのかゆみ信号を脳へ送る脊髄神経（かゆみ伝達神経）の活動が高まっていること、マウスの爪を切り揃えて皮膚への引っ掻き刺激を抑えるとかゆみ伝達神経の活動が治まることを発見した。

さらに、かゆみ伝達神経の活動の高まりには、皮膚を繰り返し引っ掻くことによって、皮膚と脊髄をつなぐ感覚神経で増える「NPTX2（neuronal pentraxin 2）」というタンパク質が関係していることも分かった。かゆい皮膚を何回も引っ掻くことにより、感覚神経でNPTX2が増え、それが神経の中を通って脊髄へ運ばれ、かゆみ伝達神経に作用してその神経活動が高まり、さらにかゆみを生むという仕組みだ。NPTX2を除去したマウスでは、脊髄のかゆみ信号伝達神経の活動の高まりとかゆみを抑制できたという。

研究成果は5月2日、「ネイチャー・コミュニケーションズ（Nature Communications）」誌にオンライン掲載された。今後、NPTX2の増殖を抑える化合物や、NPTX2の作用を阻害する化合物が見つかれば、慢性的なかゆみに有効な治療薬につながる可能性がある。

（笹田）

東京都立大学と京都大学の共同研究チームは、大気中の低濃度二酸化炭素（400ppm、0.04％）の二酸化炭素を、99％以上の効率で除去する直接大気回収（DAC：Direct Air Capture）システムを開発した。既存技術と比べて二酸化炭素吸収速度が2倍以上速く、二酸化炭素吸着材を繰り返し利用可能なことから、高性能で低コストのDACシステムとして実用化が期待される。

研究チームは今回、二酸化炭素と反応することで、固体のカルバミン酸を形成するアミン化合物に着目した。種々のアミン化合物が二酸化炭素と反応して固体のカルバミン酸を生成する過程を調べて、シクロヘキシルアミン基をもつジアミン化合物群が相分離により固体のカルバミン酸を生成することを発見。中でも、イソホロンジアミンが最も効率よく大気中の低濃度の二酸化炭素を吸収できることを明らかにした。

さらに、固体のカルバミン酸が懸濁した水溶液を60℃に加熱すると吸収した二酸化炭素が全て放出されて回収できること、イソホロンジアミンは大気中の二酸化炭素を99％以上の効率で100時間以上吸収し続けられること、二酸化炭素の吸収・放出を少なくとも5回繰り返しても性能の劣化がなかったこと、などを示した。

気候変動問題を解決するために、二酸化炭素の回収・利用技術の確立が急務となっており、DACの実用化に向けた取り組みが世界各地で進められている。研究チームによると、今回のDACシステムの二酸化炭素吸着速度は近年、実装が進められている排気ガス中の二酸化炭素を除去するアミン吸収法の約5倍で、種々のDACシステムと比較しても2倍以上の二酸化炭素吸収速度で、低濃度二酸化炭素の除去においては世界最速級としている。

（中條）

金沢大学、名古屋大学、国立極地研究所、電気通信大学の共同研究チームは、オーロラ現象の地上観測から、宇宙で発生するコーラス電磁波の発生域における周波数特性を明らかにした。コーラス電磁波は電子が磁力線に沿って、らせん運動することによって生じる自然電磁波。宇宙の発生域におけるコーラス電磁波の周波数分布を明らかにすることで、地球周辺プラズマ環境の理解が深まりそうだ。

研究チームは、アラスカに設置したハイスピードカメラで撮影された暗いフラッシュオーロラ（1秒以下の発光時間で突発的に発光する雲状のオーロラ現象）の時間変化を、「レベルセット法」とよばれる画像処理法を用いて詳細に解析。その結果、オーロラの縮小する時間が、拡大する時間よりも平均で1.7倍も長くなることを見い出した。さらに、観測されたフラッシュオーロラの時間特性を数値シミュレーションで再現するには、宇宙の発生域でコーラス電磁波の低周波域と高周波域で周波数分布が連続している必要があることを明らかにした。

コーラス電磁波は発生域から離れて伝搬するため、科学衛星による電磁波観測だけでは発生域と発生域から離れた位置のコーラス電磁波の周波数分布を区別することが困難だった。本研究成果は、2022年5月11日に米国地球物理学連合の発行する論文誌、ジオフィジカル・リサーチ・レターズ（Geophysical Research Letters）に掲載された。

（中條）

東京大学の研究チームは、深層強化学習法を用いて超音波モーターを最適駆動する制御システムを開発した。温度変化や外乱に対して高い柔軟性を持つ優れた速度制御性を実現することで、遠隔手術等での距離の離れた患者と術者をつなぐ力覚提示デバイスや手術ロボットへ応用できそうだ。

研究チームは、制御システムの構築にあたって、連続値制御に有効な強化学習法である「ソフト・アクター・クリティック（Soft Actor-Critic：SAC）」を採用。超音波モーターへの入力信号を出力するアクター・ニューラルネットワークと、システム評価に用いるクリティック・ニューラルネットワークを構築した。アクター・ニューラルネットワークは、駆動周波数、超音波モーターの温度、回転速度、目標回転速度を入力すると、駆動周波数の増減量を出力するようにした。

このシステムで、目標回転速度をさまざまに変化させながらモーターを制御することで、ニューラルネットワークを訓練し、最終的には非常に柔軟な制御則を得られたという。同チームによると、この手法は超音波モーターの速度制御だけでなく、トルク制御、位置制御、コンプライアンス制御、効率最適化などにも適用できる。

超音波振動を利用してローターを摩擦駆動する超音波モーターは、重量当たりのトルクが大きく、小型化が可能で、高速応答性に優れているのが特徴。ただ、入力電圧信号に対する回転出力の関係に強い非線形性やヒステリシスがあることや、温度上昇に伴うパラメーター変化があることなどから、制御が難しい問題があった。

研究成果は、IEEEアクセス（IEEE Access）に、2022年4月28日付けでオンライン掲載された。

（中條）