新たな制度や技術が社会に埋め込まれたときに社会全体はどのように姿を変えるのか、予測するのは困難ですが、工学にとってたいへん重要な課題です。このような課題と向き合うために、都市動態や交通システムをメインターゲットとした社会シミュレーションに関する研究に取り組んでいます。同時に、大規模な問題にチャレンジするため、高性能計算技術の活用にも力を入れています。

皆さんの身の回りのものや感覚をコンピュータ上で再現するデジタルモデリングについて研究しています。デジタルモデリングは、より良い製品づくりやXRの実現、医療や自然科学など様々な分野に役立つ技術です。研究室では、主に3次元形状を対象として、データを取得するための計測技術と、それを処理するための数理アルゴリズム、プログラミングを3本柱として研究を進めています。

<p>エネルギー問題解決の切り札と考えられている核融合の実現に向けて、1億度のプラズマを閉じ込める核融合炉の炉材料とプラズマの相互作用が重要な課題となっています。核融合炉においてプラズマと材料が相互作用する領域（ダイバータ）では、最も融点が高いタングステンが高密度の水素やヘリウムからなるプラズマにさらされることになります。特にヘリウムは、タングステンの内部に入り込み、小さな泡（ナノバブル）を作り材料の劣化を招き、ある条件が満たされるとファズと呼ばれる綿毛になってしまうことがわかっています。この綿毛化が起こると材料が極めてもろくなり材料の寿命を劣化させるのみではなく、炉内で許容量が決まっている水素の同位体を多く吸蔵してしまう可能性があります。このようなプラズマ材料相互作用の研究を、ダイバータを模擬するプラズマ実験装置を用いて、プラズマ照射実験を行うとともに、プラズマの特性を診断する手法の開発を行います。また、ファズ金属や金属酸化物を用いて、高活性な光触媒材料の開発など機能性材料の創成を行います。</p>

複雑系の科学は、自然、物質、生命、社会、経済といったあらゆる事象を取りこみ展開していく、新たな「知」のパラダイムを創るための21世紀の科学だと言われている。複雑系の解析手段として、離散ミクロモデルを用いたコンピュータシミュレーションはもっとも有効になりつつある。私の研究室は、複雑流体、金融市場及び腫瘍発生という３つの方向で研究を進めています。

絶対に安全な工学システムはありません。工学システムが潜在的に内在しているリスクを定性・定量的に理解することは、システムの安全性に真摯に向き合い、システム利用に関する意思決定を行う際の重要な要素の一つとなります。
原子力発電所のような大規模なシステムでは、リスクとして起こり得る事象は不確かさも大きく多岐に亘ります。これらを定性・定量的に評価するためには論理的な考察が可能な方法論が必要であり、関連する数値シミュレーション技術の開発と、それを援用したリスク評価手法の開発を行っています。
また、リスク評価から得られた情報にはどのような性質があり、意思決定にどのように関わるべきかを考察、検討することで、意思決定過程において効果的にリスク情報を活用できる素養を持った人材の育成を行っています。

福島第一原子力発電所の事故を二度と起こさないために、何ができるでしょうか？　まずは、燃料溶融を伴う「シビアアクシデント」現象を解明する事が必要です。熱流体の挙動や材料、化学反応など非線形な複雑現象を解明する事で、世界の原子力発電所の安全に貢献できます。また、燃料溶融を起こさない高温ガス炉などの次世代原子炉に関する研究や、福島などの原子炉の廃炉に関するシステム研究を進め、世界の将来に大きく貢献する研究を進めています。研究ツールとしては、高輝度レーザーや10万分の1秒を記録できる超高速度カメラなどを駆使するとともに、様々なシミュレーションコードを用いた研究を進めます。机の上ではなく、現場中心主義で世界の現場を駆け巡る研究を進めています。研究室のもう一つのキーワードは「ビジュアリゼーション」可視化です。見えないものを見えるようにする可視化は、研究の基盤でもあり、研究の目標でもあります。研究室メンバは外国人の割合が50％を超えており、国内留学状態です。自ら新しい分野を開拓する「トレイルブレーザー」となる人材を育成していきたいと考えています。

様々なデータが溢れている…　しかし、誰かがビッグデータをドンと用意しているわけではなく、殆どは中途半端なデータがあちこちに見え隠れしているのが現代社会です。様々なデータ、ニュース、自分の知識や経験の新たな関係性を見出し、結合して意思決定に役立てる。そして製品、サービス、街などを創る戦略を生み出してゆく。このような思考と会話のプロセスについての研究を通じて、システム創りのできる「人」を育てています。

高度情報化社会の発達により従来までは分析が困難だった、膨大な社会データを分析することが可能となってきました。このような、大規模な社会データに対して、データサイエンス、人工知能の技術を用いて、人間社会が持つ本質的な性質を明らかにし、新しい社会をデザインすることを目的として研究を行っています。研究対象は、WEB・ソーシャルメディア・観光情報・企業組織など、あらゆる社会データです。

量子力学の原理を最大限利用して、新たな情報処理を行う「量子情報」の分野が著しく発展しています。このうちゲート型の量子コンピュータは量子ビットの原理実証から実用のための拡張化が求められる状況になっており、まさに工学の出番と言えます。我々はイオンを制御することで情報処理を行うことを目指しています。この技術を利用して、さまざまな応用を展開していきます。

センサと信号処理の研究をやっています。センサは測定対象ごとに異なりますので、新しい原理を考える余地が多く、研究の範囲は多くの分野へと広がっています。信号処理も単にセンサとの組み合わせだけでなく、システムの挙動そのものを知り、対応していくうえで大切です。応用分野は最近はPETや内視鏡・術中プローブなど医療関係に広がっていますので、病院との共同研究などが多くなっています。

画像を応用したシステムの異常検知・診断の技術の開発と、医療と工学の融合分野としてして医用画像技術の開発を行っています。①原子力発電所等における監視カメラ動画像時系列データ解析を用いた内部脅威者妨害破壊行為の検知技術、②各種センサ信号の時系列解析による異常発生の予兆段階での検知、③放射線治療装置Ｘ線画像解析を用いた腫瘍位置＆形状追尾型放射線治療システム

原子・分子が多数集まってできている日常的サイズの物質の性質を理解・予測することに大きな成功をおさめてきた統計物理学の手法や発想を基盤に、生物・社会・経済などの物質以外の広い系における興味深い集団現象について研究しています。これらの大自由度システムにおける集団現象に興味がある、もしくは大規模複雑な系を分析したり理解するためのシステム論に興味がある人のチャレンジを待っています。

意識ほど手付かずの科学的対象はありません。第三人称的な視点からは、神経細胞の時空間発火に過ぎない脳活動から、如何にして神経回路網の第一人称にあたる我々の意識は生まれるのか。この意識の深い謎、所謂ハード・プロブレムに取り組むうえで、アナリシス・バイ・シンセシス、すなわち機械への意識の実装を目指し、そこに意識が宿ったかを実験的に検証していく他に方法はないと考えています。踏まえて、機械の意識を実現する神経機構として「生成モデル」に着目し、その開発に取り組んでいます。（「脳の意識　機械の意識」　中公新書　参照）

「データ流通エコシステムのダイナミクスの解明と制度設計」
異分野のデータを交換・取引するデータ流通市場及びそのエコシステムが次世代イノベーションの源泉として注目される一方、データ・法規制・ヒトの動的な相互作用の解明とそれに基づくルール作りは喫緊の課題です。本研究テーマでは頑健・安全なデータ流通市場とエコシステムの自律的成長に寄与する要素の創発的作用を解き明かし、市場整備のための制度設計に挑戦しています。

「未観測事象のデータ化支援技術の開発」
価値あるデータの流通と共有は行われつつも、未だ観測されていない事象を如何に観測し、データ化するのかという方法論と技術は未整備です。データを取得する人間の認知プロセスを集合知化することで、目的に応じたデータの収集・情報化・意思決定支援技術の開発を目指しています。

レーザーに代表される光、加速器に代表される量子ビームは社会生活・先端科学技術を支える基盤です。医療・産業・研究・インフラなど幅広く利用されており、それぞれの目的に合ったシステムとして用いられています。光・量子ビームは光科学・材料科学・加工技術・電気回路技術・真空技術・情報処理技術など幅広い分野の技術を結集することで成り立つ複雑なシステムです。この分野において新たなシステムを創成し、人々にさらなる豊かさと知見を生み出す基盤を創出することを目指しています。

生体や原子力施設といった複雑なシステムで放射線はどう影響しているでしょうか？安定稼働しているシステムに対し、放射線は“刺激”を与えるような存在です。この刺激がシステム全体で好影響に至るようコントロールするためには、まず放射線という刺激が個々の局面で何を起こすかが重要になってきます。特に水－DNAや水－金属／酸化物、といった界面での放射線効果は未解明で、是非一緒に開拓してもらいたいです。

粒子法を用いた流体シミュレーションの研究を行っています。粒子法は気液界面の複雑な運動に特化した特徴があります。気液界面を伴う流れは自然や産業の至るところに現れるため、物理現象の学術的研究や企業での産業利用などで幅広い分野に応用されています。しかし、現在の技術ではまだ解析できない問題が数多く存在します。斬新なアイデアに基づく新規解法や最新の計算環境を駆使して、計算力学における人類未踏の領域に挑戦します。

粉体の数値シミュレーションに関する研究を行っています。粉体は身近なものであり、製薬、化粧品、電池など、その応用事例を数え上げたら枚挙に暇がありません。特に、産業応用を目的とした粉体が係わる新しい物理モデルを開発しています。さらに、シミュレーション結果のリアルな可視化も追求しています。また、産学連携に熱心に取り組んでおり、産業の課題解決に挑戦しています。研究を通して、自ら開発した技術が産業に還元されていくのを実感できます。

HPC (High-Performance Computing) は、複雑人工物の設計や、自然界のダイナミックな挙動の予測に不可欠な技術となっています。ハードウェア性能の向上ともに、計算科学の発展は日進月歩でとてもエキサイティングです。機械、建築、電気、土木、など幅広い産業分野で必須の基盤技術として、多くの企業と共同研究を進めています。また、社会システムや個人の価値観をも取り込めるようなシミュレーションにも挑戦しています。

(1)原子力システムにおける物質挙動と人・組織との相互作用のモデリングと
(2)原子力安全向上に資する材料の開発、を研究テーマに掲げています。

テーマ１：社会インフラは、ライフサイクルを通じて保全し、性能向上を図ることが重要です。原子力発電所の場合、厳しい安全規制を受けることや、炉心近傍で使用される物質が放射線によって劣化することも考慮する必要があります。研究では、数十年相当の劣化や事故等を実験室レベルで再現し、プラントの性能や安全性を評価するための一連の仕組みを設計します。その過程で、特殊なハードウェアを含む複雑システムのマネジメントに必要なスキルを身に着けます。このテーマには規制制度や安全文化等の（いわゆる文系的な）アプローチから取り組むことも可能です。

テーマ２：革新的な製品の基盤になるのは革新的な材料・素材です。耐震性能の高い（又は可搬式の）核分裂炉を創るため、軽量化可能で照射劣化しない材料の開発を進めています。わずかに組成を変えた合金を微量ずつ膨大な数試作して、微小試験技術を使って系統的に測定することで、効率的にデータ駆動型の合金設計を目指します。様々な電子顕微鏡、加速器、ナノインデンテーション等の実験設備、計算状態図等のシミュレーション技術、実験データを使った機械学習等の中から学生の興味に合う部分を割り当てます。

研究室ではなるべく学生の興味を優先した活動ができるように心がけています。希望する学生には原子力関係の国際機関でインターンシップを行ったり、研究成果を国際標準化するための活動に参加したりする機会も提供します。多くの学生は、卒論の成果を学会等で発表しています。