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環境エネルギー領域では、エネルギーの発生・損失のメカニズムやその利用効率の向上・制御などに関する教育・研究を行っています。具体的には、（1）熱や水蒸気，複雑流体の移動現象をベースとした生産設備や機器開発に関する熱プロセス工学分野（2）流体輸送の効率化や再生エネルギーの活用に関する環境熱工学分野（3）表面張力が関わる流動現象やミクロスケールでの流体運動等に関する流体物理学分野（4）界面ダイナミクス、カオス力学系、反応拡散系の理論解析等に関する応用数学分野の4つの分野があります。本領域の特色は、一般的なマクロスケールでの熱流体機械の研究・開発に加えて、ミクロスケールでの各種デバイスの開発や流動現象の解明、自己組織化や各種不安定現象の数理モデルの構築などにも意欲的に取り組んでいるところです。
食品や農産物、機械部品、化学製品などの製造や加工の際には、製品の品質向上と同時に、省エネルギー化や環境負荷の低減が求められます。そこで高温の水蒸気(過熱水蒸気)や水、空気の温度・湿度を上手く利用した、新しい加工方法の開発や製造技術の高度化に取り組んでいます。人々のQOL向上と持続可能な社会の実現のために、学際領域の新たな活動にも挑戦しています。
管内を流れる液体にある種の界面活性剤を添加すると乱れの生成が抑制され、流動抵抗が著しく低減されます。この現象を解明して、より効率的な抵抗低減法を探求する他、防波堤を利用した新たな波力発電システムの開発などを行い、流体輸送の省エネルギー化や再生エネルギーの利用を促進する研究を行っています。
固体面への液滴や粒子の「付着」の力学を考察して、固体面上の液滴を自由に移動させる技術の開発や空気噴流を利用したミクロンサイズの粒子の除去法などを開発しています。また、固体面と流体の相互作用を分子動力学法等で計算し、サブミクロンスケールでの流体の運動や摩擦抵抗の発生機構等を解明する研究を行っています。
応用数学研究室では、スパースモデリングや機械学習を用いたデータ解析、流体不安定性に生じる渦層および界面のダイナミクス、反応拡散系におけるパターン形成等の理論的研究を行っています。数理モデルを作成し、それらを数値計算して、現象の再現や、背後にある数学的構造の解析を行います。
システムダイナミクス領域では、振動工学、制御工学、ロボット運動学、計測評価工学、知的材料工学などの専門知識に関する教育と、先進機械システムや知的材料・デバイスの設計、製作、運用、評価・診断に関する研究を行っています。現在は、社会インフラや機械システムの不具合を早期に発見する診断、構造物の安全性確保のための非破壊材料評価、環境負荷低減のためのエンジン制御、各種のロボットの開発、生体を対象とした計測・評価、磁気粘性流体を利用した新たなデバイスの開発などに取り組んでいます。
人間と機械が協調するガイドロボットや作業を行うマルチコプタの研究・開発,人の運動をアシストする外骨格ロボットや支援装置の研究・開発、人の運動・脳活動を計測し、解析するための手法・技術の研究・開発を行っています
材料や構造物の非破壊評価、振動の制御について研究。例えば高品質なCFRPを効率よく成形するために超音波を用いて樹脂の流動や硬化をモニタリングする手法の研究や、磁気粘性流体を利用して振動を制御する小型ダンパの開発などに取り組んでいます。
低燃費でクリーンな究極的な自動車の開発を目標として、さまざまなシステム構築や制御理論を駆使して、エンジンや変速機の最適化制御に関する研究を行っています。また、画像情報だけを用いた自動運転車両の制御開発についても取り組んでいます。
調査や点検のために、水中や橋梁下部などの人が入りこみにくい場所で活躍できる小型移動ロボットを開発研究しています。水中ロボットや空中ロボットでは、推力向上のために数値流体力学で解析しています。また、血液の流れなどの生体機能に関わる研究も行っています。
マテリアルデザイン領域では、現代の多様な工業分野の発展において重要な因子である「材料」に関する教育・研究を提供しています。原子レベルの構造制御とその過程の探究、ナノ・ミクロスケールでの構造制御や物性評価、材料の損傷過程の解明、不均一変形の計測や理解、複合材料のインテリジェントな成型と評価などに取り組んでおり、世界的にも注目され、材料研究の分野をリードしています。本領域の5つの研究分野で対象としているのは、金属材料、無機材料、高分子材料、複合材料、抗菌機能材料などの多岐にわたり、機械材料の多くを網羅しています。
固体結晶内で励起された電子系が示す物性や緩和する過程において発現する結晶構造の変化に関する基礎研究と共に、電子励起を利用した超精密加工・新物質創成の技術基盤の開発を推進しています。また、微生物が引き起こす材料腐食(微生物腐食)や抗菌性金属材料の開発など、微生物と材料の相互作用に関する研究も行っています。
チタン合金、マグネシウム合金や炭素繊維等の構造・機能材料および生体用材料の弾性・塑性変形等の力学特性およびそれらの新規な評価方法の構築、材料の相転移挙動に関する研究を行っています。さらには、電気めっきを用いる機能性薄膜の作製・組織制御に対する研究を実施しています。
材料にセンサを埋め込んで、センシング機能を持った新しい材料の開発に関する研究を展開。軽量で強度が高い複合材料と、極めて細く容易に材料に埋め込める光ファイバセンサを一体化することで、センシング機能を持つ新しい高機能材料の開発をめざしています。
社会基盤を支える最も基本的な材料である金属材料や高分子材料が研究対象。ナノテクノロジーを用いた高強度の超微細結晶材料やナノ多層膜の開発、格子欠陥配列を電子顕微鏡で観察する技術、材料の不均一変形の評価、均質化法有限要素法解析などに取り組みます。
コンピュータシミュレーションを用いて電子・原子レベルで材料の表面・界面における構造・現象を解明し、理論に基づく機械システム設計を実現することを目指しています。特に、発電機・宇宙機器・自動車等のトライボロジーを対象とし、超低摩擦表面・界面の創成に取り組んでいます。
機械基礎工学は、物作りの基礎となる、材料、設計、生産に関わる３つの研究グループ（材料力学、機械設計工学、バイオ生産工学）から構成された、基礎理論構築から工業応用までをカバーする幅広い研究領域です。扱っている対象も植物、木質材料、生体用ゲル材をはじめ、金属／セラミックス系の圧電材料、金属系では超硬合金、耐熱合金、金属ガラスまで多方面に渡り、それらの材料の基本的な性質・挙動の解明から、設計、製造への応用などを精力的に研究しています。また、これらの研究活動を通して、産官学の各分野で活躍する人材の育成を行っています。
材料や構造物が静／動的荷重を受ける場合の非弾性変形挙動や不安定現象について研究しています。対象材料は生体用高分子材から超硬合金まで幅広く、対象変形速度も準静的から衝撃的まで広範囲に及びます。これらの研究のため、精密型万能試験機からHopkinson棒法衝撃試験機まで、多様な試験装置を有しています。
本グループでは、機械・構造物設計や材料設計を念頭に、外力・熱負荷・電磁負荷等を受ける各種材料の力学的挙動に関する解析的研究を行うとともに、研究活動を通して、固体力学の素養を有する人材の輩出を目指している。教育・研究両面で、個別事象に囚われず普遍的な価値を創り出したいと考えている。
ICT等を活用したバイオ生産システムの管理・運用、特に植物工場における生産システムの基盤技術の研究を行っています。具体的には、植物の体内時計を基礎とした栽培プロセス管理技術、人工環境下での植物の代謝活動の数理モデリングなどの研究を行っています。
高機能機械システム領域では、計測工学、制御工学、運動・機構学などの基礎分野を集約して、システムとしてとらえることで新たな応用分野の開拓を目指しています。光や画像を使った計測システム、非線形制御理論を軸とする動的制御システムの設計、次世代移動・輸送システム、防災・安全システム開発などを通じて、人や環境にやさしい高機能な機械システムに必要な、多様な研究開発を統合的に進めています。
高機能機械システム領域の中で計測技術に関する分野を担当している。機械計測工学というグループ名なので、あるものを測っているように思われるが、実際は新しい計測手法について研究している。特に、「光」をキーワードに、レーザー光を用いた超精密計測技術、超微細加工技術、画像計測などに関する研究を行っている。
高機能・高性能な機械システムの設計と実現を目指して、システムが持つ能力を安全かつ最大限に発揮させることのできる制御系設計手法についての研究を行っている。例えば、非線形制御理論に基づく最適化及び最適制御に関する理論的および実験的研究、ロボット等の自律制御や遠隔制御、編隊制御の研究などがある。
機械・構造物の動力学の研究を基本とし、人にやさしい機械・構造物の創出を目指している。具体的には機器・配管系の耐震設計、高速走行車両の安定性、流体・構造連成振動と制振、人体の起立支援シミュレーション、パーソナルモビリティ・ビークル、学習支援システムなどの研究を行っている。
各種エネルギー変換・伝達機器、流体機械等の高度化、高効率化推進と一層の低環境負荷実現をめざした技術開発ならびに複雑な流体運動、熱移動、燃焼の機構解明に必要とされる、エネルギー変換工学、伝熱工学、内燃機関工学、燃焼現象、流体力学、流体工学などの教育研究を行っています。
我々は、レーザーを用いた流れの計測実験やスーパーコンピューターによる熱・流体シミュレーションの研究を行っています。これらを通してエネルギー機器や流体機械の核心である。熱や物質の輸送現象を解明するとともに、機器の飛躍的な性能向上や根本的な問題を解決する基礎技術の開発を行っています。
燃焼は、地球温暖化や大気質悪化の「火元」であり、その解決に向けて、燃焼基礎現象とその関連現象の解明を目指した研究を行っています。さらに、先進的な燃焼技術の開発も目指しています。そのため、燃焼現象に強く影響を及ぼす自然対流の影響を大幅に低減するため、いわゆる宇宙環境利用実験の一つである微小重力環境実験を行っています。また、実際のエンジンの作動を模擬する急速圧縮装置を用いた実験研究や、詳細化学反応機構を用いた数値計算、バイオ燃料や水素の安全利用に関わる燃焼現象の研究も行っています。
界面を有する流れの構造の解明とその応用を目的として以下の研究を行っている。（1）マイクロバブルの力学解析とその応用、（2）気泡崩壊時の極限物理の解明、（3）集束超音波によるキャビテーション初生、（4）気泡クラスターの形成機構の解明、（5）不純物を含む系における界面物理現象の解明。また、流体工学に関連する機械工学として（6）高性能タービン等の開発とその機構解明、（7）スポーツ飛翔体の空力計測、（8）風洞および可視化水槽を併用した流体工学的機構解明。
エネルギー・環境工学領域では、機械工学の観点から新規なエネルギー・環境システムの技術開発に関する教育・研究を行っています。具体的には、（1）カーボンニュートラルを実現するためにエネルギーシステムの最適化を目指すエネルギーシステム工学（2）屋外の暑熱環境の緩和や植物栽培環境の高効率化・高機能化に取り組む熱環境システム工学（3）大気環境浄化システムやゼロエミッション発電の開発に取り組む環境保全工学の研究グループがあります。本領域では、他分野を横断する工学的視点から、エネルギー・環境システムの理想的姿を追求する技術開発に意欲的に取り組んでいます。
カーボンニュートラルの実現に向けた再生可能エネルギー電源、燃料電池コージェネレーション、ヒートポンプ、蓄エネルギー機器などを組み合わせた次世代エネルギーシステムの研究を行っています。他分野を横断するシステム工学の視点から、数値解析と最適化を使った性能分析・設計・運用・制御に関する研究を行っています。
熱環境問題発生の抑制および熱環境の改善を目指して、その計測、分析、評価ならびに制御に関するシステム的研究を行っています。特に、ヒートアイランドに代表される都市熱環境の現象分析とその緩和に関わる材料開発、人体生理に基づく熱環境適応方策の検討、バイオ生産における最適環境の構築に関する研究を行っています。
低エミッションボイラ、スーパークリーンディーゼル、ガラス溶解炉排ガス処理、難接着材料の接着改善装置、空気清浄装置、NOx、CO2、廃水の浄化に関する環境プラズマの産業応用技術の開発、環境保全機械システムデザイン、新興国環境対策、企業での環境技術の課題解決に取り組んでいます。