学術的背景 情報時代において、電磁波（EMW）の広範な応用は、通信、医療、ナビゲーションなど複数の分野での画期的な進展をもたらしました。しかし、電子機器の普及に伴い、電磁波干渉（EMI）の問題が深刻化しており、精密機器の正常な動作に影響を与えるだけでなく、人体の健康にも潜在的な脅威をもたらす可能性があります。そのため、効率的な電磁波吸収材料の開発が現在の研究の焦点の一つとなっています。従来の電磁波吸収材料は、吸収帯域が狭く、反射損失が高いなどの問題があり、現代の通信機器が求める効率的な電磁ステルスと信号伝送のニーズを満たすことが困難でした。 この問題を解決するために、研究者たちは多成分複合材料と微細構造工学の観点から、新しい電磁波吸収材料の設計に着手しています。その中でも、コアシェル構造（c...

四足ロボット応用のための柔軟な歩態センサー研究 背景紹介 ロボットが日常生活や産業生産において広く応用される中、特に標準化、持続性、重負荷操作が必要なシナリオでは、インテリジェントロボットの開発がトレンドとなっています。しかし、複雑な環境でのロボット操作には多くの課題があり、例えば救助任務、自動化物流、自律輸送、スマートホームなどの分野で特に顕著です。これらのロボットは作業環境を理解し、自律的に動作する必要があり、その中で機械運動の安定性が重要な要素となっています。従来の安定性を確保する方法としては、正確なセンサーを使用して姿勢や環境を監視し、複雑な制御システムを組み合わせて運動を調整することが挙げられます。しかし、応用シナリオが複雑化するにつれ、既存のセンサー技術ではニーズを満たすことが難...

pth根圧縮遅延和積分ビームフォーミングのパッシブキャビテーションイメージングへの応用に関する研究 学術的背景 パッシブキャビテーションイメージング（Passive Cavitation Imaging, PCI）は、超音波治療中の気泡活動を監視する技術であり、薬物送達や組織破壊（例：ヒストトリプシー、Histotripsy）などの治療シーンで広く使用されています。しかし、既存のPCI技術には、特に遅延和積分（Delay, Sum and Integrate, DSI）ビームフォーミングアルゴリズムを使用した場合、軸方向解像度が低いことやサイドローブアーチファクトが顕著であるといった問題があります。PCIの性能を向上させるために、研究者たちは計算複雑性を大幅に増加させることなく画像品質を改善...

軽量3.0 T液体ヘリウム不要MRIシステムの設計と試験 学術的背景 磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging, MRI）は、非侵襲的で放射線を使用しないイメージング技術として、医学診断や科学研究に広く応用されています。特に、小動物研究や材料分析分野では、高磁場MRIシステムがより高い空間分解能と豊富な組織コントラストを提供し、研究者に正確なイメージングデータを提供します。しかし、従来の3.0 T MRIシステムは液体ヘリウム冷却超伝導マグネットに依存しており、コストが高く、さらに液体ヘリウムの消費とメンテナンスが大きな経済的負担と環境影響をもたらしています。また、従来のMRIシステムは体積が大きく、設置や運転には広いスペースが必要であり、これが研究所や小型...

マイクロ波誘導熱音響イメージングにおける受動的ビームフォーミングメタサーフェスに関する研究 学術的背景 マイクロ波誘導熱音響イメージング（Microwave-Induced Thermoacoustic Imaging, MTAI）は、マイクロ波と超音波イメージングの利点を組み合わせた新しい医療イメージング技術です。この技術では、マイクロ波パルスが生体組織に照射されると、組織は電磁エネルギーを吸収して熱膨張を起こし、これにより超音波（すなわち熱音響信号）が生成されます。これらの信号は組織内部の形態および機能情報を含んでいます。MTAIは非侵襲性で高解像度、深部浸透性、高コントラストといった利点があり、そのため乳がんスクリーニング、脳画像、関節画像などの分野で広く応用されています。しかし、イメ...

疎行列と低ランク行列技術による多電極アレイの高速シミュレーション 学術的背景 多電極アレイ（multi-electrode arrays, MEAs）は、特に網膜プロテーゼ（retinal prostheses）などのニューロン刺激装置において重要な役割を果たします。これらのデバイスは、神経細胞に電気刺激を与えることで視力を回復させたり、神経変性疾患を治療したりします。しかし、これらのデバイスの電場分布や電流ダイナミクスをシミュレートすることは非常に高い計算複雑さを伴います。従来のシミュレーション方法では、数百万個の相互接続された抵抗（resistor mesh）を処理する必要があり、電極数が増加しピクセルサイズが縮小すると、計算時間とメモリ要件が急激に増加し、シミュレーションがほぼ不可能に...

聴覚注意デコーディングに基づく脳機械インターフェースの教師なし精度推定に関する研究 学術的背景 複雑な聴覚環境において、人間は特定の音源に選択的に注意を向け、他の干渉音を無視する能力を持っています。この現象は「カクテルパーティー効果」（cocktail party effect）と呼ばれています。選択的聴覚注意デコーディング（Selective Auditory Attention Decoding, AAD）技術は、脳波（Electroencephalography, EEG）などの脳信号を解析し、ユーザーが注目している音源を解読します。この技術は、神経指向型補聴器（neuro-steered hearing aids）や脳機械インターフェース（Brain-Computer Interfa...

微コーム技術の学際的進展：物理学と情報技術をつなぐ架け橋 学術的背景 光学周波数コーム（Optical Frequency Comb, OFC）は、光周波数領域を一連の離散的かつ等間隔の周波数線に分割する技術であり、精密測定、光通信、原子時計、量子情報などの分野で広く応用されています。しかし、従来の周波数コーム装置は通常、大規模で複雑であり、現代科学や技術が求める携帯性や集積化のニーズを満たすのが困難です。近年、マイクロコーム（Microcomb）技術はそのコンパクトさ、高効率、多機能性により注目を集めています。マイクロコームは、光学マイクロキャビティ内の非線形効果を利用して生成され、チップレベルで周波数コームの機能を実現できるため、多くの分野に革命的な変化をもたらしています。 マイクロコー...

大視野、単細胞分解能の二光子および三光子顕微鏡による深部および広域イメージング 研究背景と問題提起 多光子顕微技術（Multiphoton Microscopy, MPM）は、特に生体脳機能研究において不可欠な深部組織イメージングのための強力なツールです。しかし、従来の二光子顕微鏡（Two-Photon Microscopy, 2PM）は比較的大きな視野（Field of View, FOV）を実現できますが、そのイメージング深度は通常浅い皮質領域に限定され、脳の深部構造には到達できません。一方、三光子顕微鏡（Three-Photon Microscopy, 3PM）はより深いイメージングが可能ですが、熱損傷によりレーザーの繰り返し周波数が制限され、視野が小さく、イメージングスループットが低...

高性能広帯域光学変調器の研究：グラフェンと六方晶窒化ホウ素積層構造に基づく革新的設計 研究背景と問題提起 光通信技術の急速な発展に伴い、電気光学変調器は現代の通信システムにおいて重要な役割を果たしています。しかし、変調深度を向上させながら挿入損失を低減する方法は、この分野における重大な課題であり続けています。近年、グラフェン、六方晶窒化ホウ素（h-BN）、二硫化モリブデン（MoS₂）などの二次元材料は、その独特な光電特性から大きな注目を集めています。特に、グラフェンは高キャリア移動度、調整可能な光学特性、および表面プラズモンポラリトン（Surface Plasmon Polaritons, SPPs）との強い相互作用により、高性能光学変調器を開発するための理想的な材料と考えられています。 グ...