東工大関係者11名が令和3年度科学技術分野の文部科学大臣表彰を受賞

以前には、私たちが使っているコンピュータやディスプレイを駆動する半導体材料はシリコンに限られていました。今回受賞させていただいた私と野村研二カリフォルニア大学サンディエゴ校准教授は、細野秀雄栄誉教授とともにアモルファス酸化物半導体 (AOS) がアモルファスシリコンを凌ぐ特性を持つ薄膜トランジスタ (TFT) を作製できることを2004年に報告し、翌年からは日韓企業からの試作ディスプレイ動作の報告が相次ぎ、実用化研究が進みました。

一方で、AOSの基礎物性、欠陥物性については、ほとんど何もわかっていませんでした。私たちは、半導体デバイスの設計、実用化には基礎研究が不可欠と考え、計算材料科学も利用し、AOSの原子構造、電子構造、欠陥構造を調べてきました。その結果、下図に挙げている電子構造・欠陥を、世界で初めて発見し報告することができました。この中には、従来の半導体であれば補償ドーピングとして嫌われるはずの価電子帯直上欠陥や、酸化物であるにもかかわらず酸素自体が電子トラップとして働くこと、また、本来ドナーとして働くはずの不純物水素が大量に含まれているAOSが実用的な特性を示すTFTを作製できるということなど、様々な新しい発見が含まれており、そのなぞ解きをすることも非常に楽しい経験でした。本来は基礎材料科学の研究としてスタートしたAOSが、これらのような多くの新発見を生み出すだけでなく、多くの薄型ディスプレイや大型有機EL TVなど広く実用化されたこと、さらには本賞を受賞できたことは、研究者として望外の喜びです。

このたび、科学技術分野の文部科学大臣表彰を受賞することになりました。受賞対象となった物質開発から電池開発に至る研究成果は、ひとえに、一緒に研究を行ってきた非常に優秀な共同研究者・技術者の方々、さらに苦労と発見の喜びを共にしてきた研究室の学生の方々の努力があってのことです。この場を借りて厚く御礼申し上げます。電池を固体にするという、無謀にも見える研究に取り組むことができたのは、この夢のような研究課題を1960年代に設定した諸先輩方の先見の明によるものです。この受賞のテーマとなった技術が、社会に大きく貢献するまでに育つには、さらなる技術開発の進展が必要です。そのための一層の努力をする所存です。

ヒトのからだは、30兆個の細胞から構成されていますが、元々はひとつの受精卵から出発しているため、ほとんどの細胞で遺伝情報を担うDNA配列は同じです。それにも関わらず細胞が様々な性質をもつようになるのは、細胞ごとに発現する遺伝子が異なるからです。遺伝子の発現がどのように制御されているのかを解明することは、生命の理解にとって重要であるばかりでなく、疾患の病態解明や治療にも有用です。

本研究では、遺伝子発現（特にDNAからRNAへの転写）の制御に働く、タンパク質の翻訳後修飾を生きた細胞で観察できる手法を開発しました。蛍光タンパク質の発見と応用によりタンパク質の局在場所や動きを生細胞で観察することは可能になっていましたが、特定の化学修飾を受けたタンパク質を選択的に可視化することはできていませんでした。本研究では、生細胞内の時空間解析手法により、ヒストンタンパク質のアセチル化が転写を促進することを明らかにすることができました。

本研究は、過去と現在の研究室メンバーをはじめとした多くの共同研究者との共同研究によって成し得たものです。また、運営費交付金や科学研究費補助金、戦略的創造研究推進事業等による補助により達成することができました。関係諸氏・関係機関に深く感謝いたします。

近年、ディープラーニング（深層学習）と呼ばれる人工知能（AI）が革新的な技術として世界的に注目され、様々な分野に目覚ましい進歩をもたらしています。私どもは、1994年に初期の深層学習モデルの一種を先駆的に発明して以来、本モデルを改良し続け、深層学習の主要な技術開発と医療AIでの実用化に貢献して参りました。私どもが先駆的に開発した、深層学習によるノイズ除去、X線像の骨成分除去、セマンティックセグメンテーション、エンドツーエンド学習、CTとマンモグラフィの被曝線量低減は、現在盛んに研究されている重要なAI領域になっています。また、我々独自の深層学習モデルは、少数の症例で学習可能という優れた特長を持ち、大量の学習用画像データ（5千～10万例）が必須であるという現在の深層学習の最大のボトルネックの1つを克服しました。本技術は、大量の症例が収集できない医療AI分野の実用化の道を開き、世界各国での医療AIの社会実装に寄与することが期待されています。更に、本研究で開発された技術は汎用性の高いAI基盤技術であるため、今後様々な分野での応用と貢献が期待されます。最後に、本研究を支えて下さった研究室の皆様と共同研究者の皆様に深く感謝いたします。

組み合わせ最適化問題は実社会の多くの問題を含んでおり、その効率的な解法は重要な社会的意義を持っています。例えば、多数の車の動きを個別のナビではなく、ネットワークとして全体的に最適化出来れば、渋滞緩和や環境問題の解決に資することになります。

本研究が端緒を開いた量子アニーリングと呼ばれる解法は、量子力学の重ね合わせの効果を利用して、多数の解候補を同時に探索することにより、高精度な解に高速に達することを目指しています。量子コンピューティングの一種であり、 実デバイスが市販されているのみならず、さらなる高度化を目指して研究開発が世界中で進んでいます。また、本研究において、非疑似古典効果と呼ばれる強い量子効果による高速化や、リバース・アニーリングという手法などの理論的基盤を提出し、その検証と応用が多くの研究グループで進められています。さらに、量子シミュレーターとしての有効性も示しました。

これらの成果は研究室のメンバーや国内外の多くの方々との共同研究によるものです。今回の表彰は、これらの方々を代表して受けたものであり、心より感謝するとともに、今後も研究そのものに加えて若手の育成なども通じてさらなる貢献を続けていきます。

モジュラデザインはソフトウェア工学では数多くの実績がありますが、制御工学ではモジュール単位に分割して制御アルゴリズムの設計開発を行うことは容易ではありません。その理由は、制御工学では主に時間に関する微分方程式により物理法則が記述される動的システムを対象とすることにあります。一般に、動的システムの挙動は、現在だけでなく過去の制御動作にも影響されるため、仮に各々のモジュール（サブシステム）に対して良好に動作する制御アルゴリズムを設計したとしても、それらの動的な相互干渉を適切に考慮しなければ、システム全体は容易に不安定化してしまいます。

私が考案したレトロフィット制御理論は、こうした不安定化を危惧せずに、複数の主体が自律分散的に最適制御アルゴリズムの組み込みや更新を行うことを可能にしました。同時に、システム全体の安定維持のために不可欠な制御原理を数学的に特徴づけることにも成功しました。

本研究の成果は、ご指導くださった先生方をはじめとして、一緒に研究を進めてくださった学生や共同研究者の方々のご協力のもとで得られました。この場をお借りして心より感謝申し上げます。

ねじれた電子構造をもつトポロジカル物質は、物性物理学の分野にとどまらない重要な研究対象として近年大きな注目を集めています。特に、トポロジカル物質の母物質に相当するトポロジカルディラック半金属においては、極めて特異な量子輸送状態が数多く予測されてきました。本研究では、独自の成膜技術を開発することでバルク単結晶をはるかに凌駕する高い結晶性をもつトポロジカルディラック半金属の薄膜作製に成功し、トポロジカル半金属特有の電子状態であるワイル点やカイラルゼロモードに基づく量子輸送状態を世界に先駆けて明らかにしてきました。本成果は、これまで2次元面内でのみ実現されてきた散逸のない量子化伝導が3次元面直方向へと拡張された新しい輸送学理の可能性を示すものです。

この度、栄誉ある賞を賜りまして大変光栄に感じております。受賞対象となった研究成果は、これまでご指導下さった先生、共同研究者、学生の皆様の協力のもと成し得たものであり、この場を借りて心より感謝申し上げます。

省エネルギー社会を実現するためには、エネルギーロスなく送電できる超伝導線材や省エネルギーで動作するデバイスが必要です。これまで、高性能な省電力デバイスは高品質単結晶材料で実現されてきましたが、用途によっては、多結晶やアモルファス材料の微構造を活用することで、より優れた機能を実現できると考えます。私は、第2の高温超伝導体である鉄系超伝導体の薄膜について研究を行い、臨界電流密度が急激に低下する結晶同士の接合角度が、銅酸化物系のそれより2倍も大きいことを見出しました（図左）。鉄系超伝導体が本質的に多結晶線材応用に適していることを初めて示したことで、簡易なプロセスの大電力送電多結晶線材への応用研究が一気に加速しました。また、遷移金属酸化物のメモリ素子の研究に取り組み、水を含んだ多孔質ガラスNaTaOxの薄膜を開発し、遷移金属酸化物の光／電気／磁気物性を同時に変調可能な多機能メモリ素子を実現しました（図右）。従来、このようなスイッチングには液体を使ったデバイスが必須でしたが、含水多孔質ガラスを用いることで全固体素子化を実現しました。これにより、多機能性を有する電子素子を用いた省電力デバイスの実現に繋がると期待できます。

受賞対象となった研究は、細野秀雄栄誉教授、神谷利夫教授をはじめとするご指導頂いた先生方や共同研究者の方々との共同研究成果です。この場をお借りして心より感謝申し上げます。

近年のバイオテクノロジーの発展に伴って生体高分子の機能改変が容易となり、マテリアルの世界でそれらが利用され始めています。しかしながら、天然に存在しない機能を自在に付与してマテリアル利用することは困難とされてきました。それはひとえに、生体高分子の機能は進化の過程で生体内での利用に最適化されてきたためと考えることができます。本研究では、生命工学の手法に加えて、高分子科学や物理化学に基づき、生体高分子が示す分子認識や集合化能といった生物機能を合目的的に改変・制御でき、マテリアル素材として様々展開できることを見いだしました。すなわち、進化を模倣した選抜技術によりペプチドの分子認識を人工的に制御して機能創製する手法や、集合化を制御する様々な手法を確立することで、材料機能をもつ生体高分子からなるソフトマテリアルを創成しました。本成果は、様々な原理や手法を適切に利用しながら生体高分子の構造ならびに機能を制御する戦略に基づいており、今後も新しい材料機能をもつ生体高分子やその集合体を創成していきたいと考えております。

今回、このような栄誉ある賞を頂くにあたり、本学物質理工学院芹澤武先生、本学生命理工学院三原久和先生をはじめとするご指導頂いた先生方、共同研究して下さった先生方、また共に研究を遂行した学生の皆様にこの場を借りて感謝申し上げます。

世界では3人に1人が心不全で死亡しており、羽根車で血液循環を行う人工心臓が重要です。今年度から日本でも、心臓移植を受けられない患者への人工心臓の恒久的使用が始まる見込みで、いま、新たなフェーズを迎えています。しかし、臓器を人工物で代替するのは技術的難度が高く、人工心臓の場合は耐久性や血栓形成が課題です。

私の研究では、世界で唯一となる、レアアース磁石を用いない人工心臓用磁気浮上機構を開発し、高耐久でありながら、低コストで使用可能な人工心臓を実現しました。また、磁気浮上機構で羽根車を強制変位加振することで、人工心臓内の血栓の早期検出技術を実現しました。さらに、羽根車を適切な周波数で加振すると、薬剤に頼らずに血栓予防が可能であることを発見しました。本技術は、患者の生存率向上、社会復帰の実現、生活の質の飛躍的向上に繋がると期待しています。

本成果はご指導くださった先生方、共同研究者の皆様、学生諸氏のご尽力によるものです。お世話になった皆様に深く感謝申し上げます。