非線形垂直軸回転機械のパラメータ同定研究：降次モデリングとデータ同化に基づく革新的手法 学術的背景 現代工学において、非線形動力学システムのモデリングは重要な研究分野です。しかし、このようなシステムには直接測定や推定が難しいパラメータが含まれることが多く、すべての関連する物理現象を数学モデルに取り入れると計算コストが大幅に増加します。この問題を解決するため、ハイブリッドツインモデル（Hybrid Twin）が登場しました。ハイブリッドツインモデルは、システムの物理的数学モデルと実際のシステムから収集した経験データを組み合わせ、データ同化技術を用いてパラメータ推定とシステム挙動予測の精度と信頼性を向上させます。さらに、降次モデル（Reduced Order Model, ROM）の使用により、...

二腕宇宙ロボットの有限時間適応ロバスト軌道追従制御研究 研究背景と問題 宇宙技術の急速な発展に伴い、宇宙ロボットは軌道上サービス、衛星組立、宇宙機燃料補給などの任務においてますます重要な役割を果たしています。しかし、宇宙ロボットシステムは任務を実行する際に多くの課題に直面しており、特にベースアクチュエータの摩擦非線形特性と外部時変擾乱の不確実性は、システムの軌道追従性能に深刻な影響を与えます。従来の制御方法ではこれらの問題を十分に処理することが難しく、特に高精度かつ高ダイナミック性能が要求される任務においてはその限界が顕著です。したがって、これらの非線形摩擦と外部擾乱を効果的に補償し、宇宙ロボットの軌道追従能力を向上させる方法が現在の研究の焦点となっています。 本研究では、二腕宇宙ロボット（...

サービス拒否攻撃下における多地域相互接続電力システムの安定性分析 学術的背景 現代社会における電力需要の増加に伴い、電力システムの安定性と安全性は重要な課題となっています。電力需要を満たすために、複数の発電地域が相互接続されて一つのシステムを形成し、ある地域で障害が発生した場合でも他の地域が電力供給を継続できるようになっています。しかし、電力システムの複雑化とネットワーク化に伴い、ネットワーク攻撃（特にサービス拒否攻撃、Denial of Service, DoS）による脅威が増大しています。DoS攻撃は通信チャネルを遮断することで、システムの不安定化や崩壊を引き起こす可能性があります。したがって、DoS攻撃下における多地域相互接続電力システム（Multi-Area Interconnect...

学術的背景 携帯型電子機器や電気自動車の急速な発展に伴い、高性能エネルギー貯蔵技術の需要が増加しています。リチウムイオン電池（LIBs）は現在主流のエネルギー貯蔵技術ですが、そのエネルギー密度と安全性には依然として課題があります。特に、液体有機電解質を使用する場合、リチウムデンドライトの成長や電解質の可燃性によって深刻な安全上の問題が生じます。これらの問題を解決するために、全固体電池（SSBs）が登場しました。全固体電池は固体電解質（SSEs）を使用して液体電解質を置き換えることで、より高い安全性と潜在的なエネルギー密度の向上を実現します。しかし、従来の固体電解質はイオン伝導性と機械的特性に欠陥があり、その実用化が制限されています。 複合固体電解質（CSEs）は、充填材と塩をポリマーマトリッ...

学術的背景 ウェアラブル電子機器（健康モニタリングデバイスや人間とコンピュータのインタラクションデバイスなど）の急速な発展に伴い、市場では柔軟性、安全性、そして持続可能な電源ソリューションに対する需要が高まっています。従来のリチウムイオン電池は広く使用されていますが、その剛性構造、安全上のリスク、環境汚染の問題、そして希少鉱物への依存により、これらの新たなニーズを満たすことが困難です。繊維形状の電源は、その優れた柔軟性とテキスタイルとの互換性から、非常に有望な代替案として注目されています。その中でも、ポリマーをベースにした柔軟な水系エネルギー貯蔵システムは、その固有の安全性、柔軟性、そして再生可能でリサイクル可能な有機電極材料と環境に優しい水系電解質の使用により、特に注目を集めています。しか...

学術的背景 地球規模の気候変動の進行に伴い、建築物のエネルギー消費、特にエアコンシステムのエネルギー消費が増加し続けています。統計によると、建築物のエアコンシステムは世界の年間電力消費量の約10%を占めており、この数字は二酸化炭素排出量の増加と共に上昇し、地球温暖化の悪循環をさらに加速させています。受動的放射熱管理技術、特に選択的なスペクトル変調を利用した放射冷却技術は、この問題を解決する可能性のある手法として注目されています。この技術は、太陽光（0.3-2.5 μm）を散乱させ、大気窓（8-14 μm）を通じて熱を宇宙空間（約3 K）に放射することで、追加のエネルギー投入や環境汚染を必要とせずに自動的に温度調節を実現します。 しかし、既存の放射冷却材料、例えばガラス、ブロック、フィルム、コ...

新型生分解性空気フィルター材料：PLAメルトブローン不織布とブレスフィギュア技術の結合 学術的背景 大気汚染問題、特に微小粒子状物質（PM2.5）の人体への脅威が深刻化する中で、効率的な空気フィルター材料の需要が増加しています。従来の空気フィルター材料は、ポリプロピレン（PP）などの石油系材料に依存しており、これらの材料は生分解性がなく、長期的に環境汚染を引き起こします。そのため、生分解性、効率性、耐久性を兼ね備えた空気フィルター材料の開発が研究の焦点となっています。 ポリ乳酸（Polylactic Acid, PLA）は、生分解性と加工性に優れたバイオベース材料として、石油系材料の代替として理想的です。しかし、従来のPLAメルトブローン不織布（Melt-Blown Nonwovens, M...

学術的背景 ウェアラブル電子デバイスの急速な発展に伴い、高性能で柔軟性と耐久性を備えた材料に対する需要が高まっています。グラフェン（graphene）は、優れた導電性、機械的強度、柔軟性を備えた二次元材料として、近年ウェアラブルデバイスへの応用が注目されています。しかし、グラフェンをウェアラブルデバイスに適した機能性繊維材料に変換する方法は、依然として解決すべき課題の一つです。グラフェン繊維（graphene fiber, GF）は、グラフェンの優れた特性を継承するだけでなく、繊維製品の柔軟性と編み込み性も備えており、ウェアラブルセンシング、柔軟なエネルギー貯蔵デバイス、およびスマートテキスタイルにおいて大きな応用可能性を示しています。本論文は、グラフェン繊維の製造技術とそのウェアラブルデバ...

アルミニウムイオン電池におけるナノファイバーカソードの研究進展 学術的背景 持続可能なエネルギーソリューションに対する世界的な需要の高まりに伴い、エネルギー貯蔵システムの開発が研究の焦点となっています。リチウムイオン電池（LIBs）は高いエネルギー密度とサイクル安定性により市場を支配していますが、その高コスト、資源の有限性、安全性の問題、環境影響などの課題から、代替となる金属イオン電池（MIBs）技術の探索が進められています。アルミニウムイオン電池（AIBs）は、より高い理論的な体積容量、低コスト、環境に優しい特性から有望な代替案と見なされています。しかし、AIBsの性能はまだ商業化の基準に達しておらず、主な原因として電極材料の体積変化、電解質と電極の副反応、サイクル安定性の低さなどが挙げら...

学術的背景 世界的な水資源とエネルギーの不足は、特に乾燥地帯や遠隔地で深刻であり、気候変動の悪化によりその問題はさらに緊急性を増しています。伝統的な水資源やエネルギーの確保方法、例えば海水淡水化や大規模な電力送電は、コストが高く、技術的に複雑で、資源が乏しい地域では実施が困難です。そのため、大気中から直接水分を収集し、それを清潔な水とエネルギーに変換する持続可能な技術の開発が、現在の研究の焦点となっています。大気水分収集（Atmospheric Water Harvesting, AWH）技術は、自然界の露や霧を利用して、乾燥地帯や遠隔地に清潔な水資源を提供し、従来の集中型システムへの依存を減らす分散型の解決策を提供します。しかし、AWH技術をエネルギー生成、特に電気分解による水素と酸素の生...