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ホーム定在波音場(音響放射圧)を用いた微粒子捕捉装置の開発
SDGsの分類
研究テーマ
エネルギー・環境
学科の分類
工学部環境工学科

定在波音場(音響放射圧)を用いた微粒子捕捉装置の開発

工学部

環境工学科

環境エネルギー科学研究室

長田昭義 教授

共同研究者

眞銅雅子
超音波定在波中の浮遊液滴大気中微粒子のその場観測微粒子の注入・捕捉技術

大気中に浮遊する種々の微粒子の粒径・形状の識別および空間分布特性をその場観測して、各地域の発生源からの拡散・輸送現象を解明して環境問題の解決策に繋げる計測技術の確立を目的に、定在波音場(音響放射圧)を用いた微粒子捕捉装置の開発を行っています。

我々が考案した微粒子捕捉装置は、ランジュバン型超音波振動子と反射板の間に定在波音場を発生させて、定在波の音圧の低い節部に一定時間、微粒子を捕捉します。捕捉した微粒子に近赤外レーザを照射して、前方・側方の散乱光をフォトダイオードで同時受信・計測することで、捕捉微粒子の形状特性をその場観察・評価します。また、反射板を用いずに複数の音源を用いて、それぞれの信号の位相を制御して音圧の節と腹の位置が制御可能なデバイスも活用します(図1・図2)。

さらに、定在波の節部に捕捉する微粒子の新しい注入方法を提案します。大気中微粒子は浮遊状態であるため、定在波音場内へ直接に吸引導入が困難と思われます。そこで、微粒子を一旦、微小液滴内に閉じ込め、または微小シャボン膜に付着させて、金属製極細シリンダーを用いて定在波の音圧の節部に正確に注入・捕捉する技術を開発中です。種々の音響放射圧による定在波形状や捕捉状態はプローブマイクロホンやシュリーレン法を用いて見える化観察し、最適な定在波音場が実現できる音圧の配置を制御します。

本研究課題は、工学部電気電子システム工学科眞銅准教授と共同研究を行っています。

 
図1 定在波音場を用いた微粒子注入・捕捉装置の概念図
図2 a)1音源定在波、(b)2音源定在波によるスチロール球の浮遊観察、(c)実際の2音源定在波による単一液滴の浮遊観察

研究者INFO: 工学部 環境工学科 環境エネルギー科学研究室 長田昭義 教授

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骨格筋は水分含有量が約8割であり、水分を豊富に含んだ組織です。骨格筋を構成する筋線維(筋細胞)でのスムーズな水分代謝により筋の恒常性が保たれることから、骨格筋における水分代謝を制御する水分子輸送機構は、健康的で活動的な日常生活を維持するうえでも非常に重要となります。 現在、本研究室では、骨格筋における筋機能の維持・改善やサルコペニア予防など目的に応じた水分代謝の制御を実現するために、水分子輸送機構の主要タンパク質の1つであるアクアポリン4 (AQP4)の生理学的特性の利用法の開発を目指しています。

中村 友浩

骨格筋オルガノイドを活用した簡便な筋萎縮モデル

我々の研究グループでは、長期的な培養が可能で成熟度が高く、機能評価が可能なマウス骨格筋細胞のオルガノイド作成に成功しており、この骨格筋オルガノイドの培養中に生じる受動的張力を解放することで簡便に生体と類似した筋委縮誘導できる生体外モデルを開発している。この生体外デバイスを利用し、生体の筋萎縮を模倣することが可能であれば、筋萎縮を改善する創薬および高機能食品の開発が飛躍的に進展すると期待できる。

権 淳日

新型建築構造システムの開発

特定国の文化や環境を考慮した新型建築構造システムの開発に取り組んでいる。例として,地震多発国の中国では震災地域復興の一環として政府側より罹災者に支援住宅を提供してきており,支援住宅の建設には軽量鉄骨構造が良く使われたが,利用者から断熱性や遮音性などに関する苦情があったため,施工性の良い従来の軽量鉄骨構造と断熱性および遮音性に優れた軽量コンクリートを合成した軽量鉄骨軽量コンクリート構造システムを新たに提案した。

吉田 準史

製品音の分析・改善技術

我々の周りには声や楽器、飛行機の音など様々な音があります。同じ音でも心地よい音もあれば騒音もあります。製品音は騒音と捉えられやすい音ですが時には、製品の状態を知る有効な手がかりになります。このことを踏まえ我々は製品音に着目し、その音全てを低減対象とせず、必要な成分と下げるべき成分に分別しようとしています。また下げるべきには、そのメカニズムを的確に把握する技術を構築しています。そして必要な音に対しては、その音を選び出し状態認知を手助けする方法も検討する等、音が持つ可能性を踏まえた技術開発を進めています。

谷 保孝

古第三紀神戸層群凝灰岩層の層序学的・記載岩石学的研究

 本研究では,兵庫県三田盆地に分布する神戸層群凝灰岩層をより精密に区分し,それらの凝灰岩層の記載岩石学的性質を明らかにする.野外調査では凝灰岩層の岩相や分布を,鏡下観察では凝灰岩層の軽石斑晶鉱物の組み合わせを記載する.必要に応じて黒雲母などの化学組成も測定する.また,本研究による凝灰岩層序区分に基づいた地質図の作成も進める.本研究の成果は,神戸層群分布域で発生する地すべりに関する課題などを考察する上でも重要な役割を果たすことが期待される.

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2マイクロメートル帯を用いた光無線通信に関する研究

コロナ禍をきっかけに、世界中の人々の生活スタイルが変化しつつあります。その中で重要な役割を果たすのが通信システムです。しかし、離島や山間部など条件不利地域や台風や豪雨災害による通信インフラの被災により、十分な通信速度や環境が確保できないことが多くあります。本研究室では、このような地域への高速通信インフラとして注目されている光無線通信に関する研究を行っています。特に、従来より長波長帯を利用することで大気の減衰やじょう乱に強いシステムの構築を目指します。

権 淳日

地震から私の家を守ろう!

昔から甚大な地震被害に見舞われた日本では,地震から人命や財産を守るための努力を怠らず続いてきて,現在の耐震技術は世界の最先端となっている。これらを踏まえ,地震により被災した建物を対象として,実験および解析に基づきその損傷量や残存耐震性能を評価する。また,近年の地震被害事例で頻繁に報告されている基礎部分の耐震性能評価に取り組んでいる。

藤井 伸介

集合住宅リノベーションにおける現代的な住まいの提案

集合住宅においては、時代の変遷や家族構成等の変化により、従来のn L D K型プランから現代の住まいに対応できる空間への再編が必要とされている。更にCOVID-19の影響により、テレワークを行うスペースや趣味を楽しめるスペース等、社会や生活空間に対するイメージが大きく変化し、従来のn L D K型プランとは異なる新しい住まいのあり方に関する提案が求められている。実在する集合住宅1室のリノベーションを行い、現代的な住まいのあり方を提案する(7案)。

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