理化学研究所 新技術説明会【オンライン開催】
日時：2021年05月25日(火) 10:00～15:25
会場：オンライン開催
参加費：無料
主催：科学技術振興機構、理化学研究所
後援：株式会社理研鼎業
発表内容一覧
発表内容詳細
- 情報
理化学研究所 計算科学研究センター 粒子系シミュレータ研究チーム チームリーダー 牧野 淳一郎
新技術の概要
人工知能(深層学習)と、それ以外の汎用HPC計算で世界トップレベルの演算性能を安価に実現する演算プロセッサコア構成技術。これを利用したプロセッサで Green500 上位獲得の実績あり。
従来技術・競合技術との比較
IP コアとして提供されているもので深層学習とそれ以外の汎用HPC計算双方に適用可能なものはない。商業化されているプロセッサとしては NVIDIA のGPGPU(最新ではA100)があるが、電力あたり性能でもトランジスタ数当り性能でも大きく上回るものが構成可能である。
新技術の特徴
・チップ内ネットワークでの放送・縮約による、低オーバーヘッド・高効率な並列化
・ローカルメモリアーキテクチャと固定長ベクトル命令による、複雑なアウトオブオーダー機構を必要としない高効率実行
・大規模SIMDアーキテクチャによる省電力・省トランジスタ設計
想定される用途
・深層学習、特に学習用途
・汎用HPC
・エッジでのAI利用
- デバイス・装置
理化学研究所 光量子工学研究センター テラヘルツ光源研究チーム チームリーダー 南出 泰亜
新技術の概要
テラヘルツ波制御技術として、薄膜型の制御素子を提案する。位相制御メタ表面を応用した技術では、薄膜型高効率フレネルレンズを実現している。また、導波路を伝搬する電磁波に対し、入射偏光状態に応じた位相制御技術の開発を進めている。これら薄膜型の制御素子は次世代テラヘルツ応用におけるキーテクノロジーといえる。
従来技術・競合技術との比較
テラヘルツ波応用にはビーム制御が必要であり、従来技術では自然界の物質が持つ光学定数を用いる必要があることから素子のサイズは波長に応じて大きなものとなる傾向があった。提案する金属人工構造では、新たな制御性を薄膜素子に付与できる。これにより小型軽量、高機能な光学素子が実現できる。
新技術の特徴
・薄膜にテラヘルツ制御機能を付与
・テラヘルツ波の位相制御が可能
・テラヘルツ波の伝搬方向制御が可能
想定される用途
・センシング
・６G/Beyond 5G
・高感度測定
- 材料
3）安価な原料より簡便に得られる高強度エアロゲル
発表資料理化学研究所 創発物性科学研究センター 創発生体関連ソフトマター研究チーム チームリーダー 石田 康博
https://www.riken.jp/research/labs/cems/emerg_bioinsp_soft_matter/
新技術の概要
安価で構造可変な原料のみを用い、制御が簡単で工程数や所用時間の少ない反応（1工程・数時間）のみを用い、力学的強度に優れたエアロゲルを合成する手法を発明した。
従来技術・競合技術との比較
代表的なエアロゲルとして、シリカゲルをはじめとする金属酸化物のエアロゲル、あるいは、レゾルシノールとホルムアルデヒドとの架橋重合物を炭化させたカーボンのエアロゲルが精力的に研究されている。しかしながら、既往のエアロゲルは、力学的強度に乏しく、合成コスト（原料価格・工程数・反応時間・条件制御）が高く、なおかつ、組成のチューニングが困難であった。
新技術の特徴
・原料が安価かつ、その構造が可変である
・合成方法が簡便である
・得られる材料は高い多孔性、ならびに優れた力学的強度を示す
想定される用途
・断熱材料
・衝撃吸収材料
・ガス吸着材料
- デバイス・装置
理化学研究所 創発物性科学研究センター 量子機能システム研究グループ 上級研究員 中島 峻
新技術の概要
半導体量子コンピュータや量子磁気センサーなどの量子デバイスでは、単一電子レベルの高感度な電荷検出のために量子ドット電荷計が利用されているが、雑音に敏感過ぎて不安定であることが課題であった。本技術では、電荷計をフィードバック制御することにより、雑音耐性のある高感度な電荷読み出し機構を実現する。
従来技術・競合技術との比較
従来、電荷計の制御は手動あるいはソフトウェア制御により行われてきたが、制御が遅い・制御可能な範囲が限られる等の課題があった。本技術では、フィードバック回路を実装したハードウェアを利用することで、半導体量子コンピュータを実用する上で必要なレベルの応答速度と安定性を達成した。
新技術の特徴
・量子ドット電荷計の高感度を雑音環境の中で維持することができる
・半導体量子コンピュータの自動調整を可能にする
・将来の量子コンピュータチップと共にハードウェアとして集積できる
想定される用途
・半導体量子コンピュータの読み出し回路
・少数電子を対象とする量子物理学研究
・電子スピンを用いた高感度磁気センサーの読み出し回路
- 材料
理化学研究所 創発物性科学研究センター ソフトマター物性研究チーム 特別研究員 西川 浩矢
新技術の概要
1,3-ジオキサン型のフッ素液晶（DIO）はある温度において10000超の誘電率を示す巨大誘電流体として振る舞う。今回、光応答材料をDIOにドープし、異波長の光を交互に照射することで迅速かつ劇的な誘電特性の光変調を実現し、0.3μF～7nFの静電容量可変を可能とするフォトバリアブルキャパシターを開発することに成功した。
従来技術・競合技術との比較
光照射により誘電率を変化させる光誘電効果は基礎学術的にも未成熟であり実用化には至っていない。特に有機材料の誘電率は小さく、仮に光誘電効果が実現できたとしても誘電率の劇的な変化量は見込めない。本新技術は巨大誘電流体を用いており、光誘起相転移を利用することで劇的な誘電率/静電容量変調を可能としている。
新技術の特徴
・誘電率/静電容量を光で変調可能（約10000～100/約0.3μF～7nF（素子厚さ約13 μmの場合））
・誘電率/静電容量が素子厚みに対してほぼ線形の関係にあり、それらの変調領域を制御可能
・流体であるためフレキシブル材料として応用可能
想定される用途
・キャパシター
・光センサー：フォトカプラ、フォトインタラプタ
・フレキシブル材料やウェアラブル材料用の素子（フレキシブルキャパシタ、フレキシブル光センサー）
- 材料
理化学研究所 生命機能科学研究センター 細胞シグナル動態研究チーム 客員研究員 岩城 光宏
新技術の概要
DNAを材料にしたコイル形状のバネを開発しました。タンパク質サイズの世界最小の人工バネとして機能し、バネの硬さが変更可能です。細胞や生体材料に組み込む技術開発も行い、蛍光顕微鏡にてその伸縮を観察することで、ナノスケールの機械力を高感度に測定することができます。
従来技術・競合技術との比較
従来のリソグラフィー技術を用いたトップダウン的なコイル形成よりも数十倍の微細化に成功しています。バネの硬さを変更することで測定可能な力のレンジを調節できて、ピコニュートンという極小の機械力を高感度に測定可能な人工バネは本開発が初めてとなります。
新技術の特徴
・世界最小の人工バネである
・バネの硬さが変更可能で、ピコニュートンの極小の機械力を測定できる
・細胞、生体材料や無機材料などに連結することができる
想定される用途
・分子スケールの歪みや機械力の高感度測定
・極微小部品の基本素子
- 医療・福祉
理化学研究所 光量子工学研究センター 画像情報処理研究チーム 専任研究員 太田 聡史
新技術の概要
Cristalized Motion Profile (CMP)は脊椎動物のような複雑な構造を持つ対象の運動パターンを、非時間依存かつ包括的に評価できる手法である。対象の運動パターンはCMP行列として表現され、行列間の任意の距離を用いることにより集団間の運動パターンの比較も可能である。その開発の背景と、今後どのような展望があり得るかについて、現在進めている新しい装着型ロボットの開発に向けた応用を交えながら紹介する。
従来技術・競合技術との比較
従来技術においては比較運動解析において時間方向での整列（同期）が必要であり、主に周期的な運動を対象しているが、本提案手法においては時間成分を排することによって非周期・非同期の運動データ間での包括的な比較が可能である。また結果として集団間における運動データの比較を容易にしている。
新技術の特徴
・集団間での運動データの比較
・少量のサンプルから高感度に特徴を抽出
・一般的な運動データに応用可能
想定される用途
・多数の動点の連携運動解析
・遺伝子改変実験動物等の運動表現型解析
・ロボティックス
- アグリ・バイオ
8）リコンビネースを体細胞でノックインする技術
発表資料理化学研究所 生命機能科学研究センター 非対称細胞分裂研究チーム 客員研究員 恒川 雄二
http://www.bdr.riken.jp/jp/research/labs/matsuzaki-f/index.html
新技術の概要
マウス以外の動物に電気穿孔法、マイクロインジェクションなどを用いてリコンビネース遺伝子を導入し、体細胞レベルでのノックインを行うための基礎技術を開発した。応用すれば受精卵などにインジェクションを行い、ワンステップでコンディショナルノックイン動物の作成が可能になる。
従来技術・競合技術との比較
既存の技術では、マウス以外の動物モデルにも適用が可能であるが、細胞に多量のドナーDNAの導入を必要とする。そのため、ノックインされる前のドナーDNAからわずかに遺伝子が発現してしまう（リーク）という技術的な問題があり、これらの技術でCreをノックインする事は出来なかった。
新技術の特徴
・ノックインされるまで細胞内で発現しない遺伝子配列を作る基礎知識
想定される用途
・リコンビネースノックイン細胞ラインの簡便な作製
・リコンビネースノックインマウスの簡便な作製
・プラスミドベクター販売
お問い合わせ
連携・ライセンスについて
株式会社理研鼎業 戦略企画部 （理研新技術説明会事務局）
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