2021年度『UECパスポートセミナー』の講義内容
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１年次の後期（第2学期）に理工系教養科目として『UECパスポートセミナー』を開講します。このセミナーは，それぞれの分野で研究をされている学内の５名の先生方の講演と学内研究設備での見学実習，学外の５名の先生方の講演と学外の研究施設・研究所の視察からなるユニークなセミナーです。
※注意※
本年度は、新型コロナ感染症の状況に伴い、講演や見学実習等の要領に変更が生じることが見込まれます。受講生の皆さんには、適宜、本ホームページを閲覧頂き、最新情報を確認されます様お願いします。
学外講師による講演内容
詳細は随時，掲載していきます．
１月２０日（木） ※Ｚｏｏｍ開催※
産業技術総合研究所 触媒化学融合研究センター フロー化学チーム
主任研究員 矢田 陽 先生
第１１回講演タイトル：機能性化学品製造のための研究開発 ―連続生産・触媒インフォマティクス―
講義概要
優れた特性や機能をもつ有機化合物や材料である機能性化学品は、医薬品、農薬、香料、半導体材料、有機ＥＬ材料、高性能ポリマーなど、身の回りにあるさまざまな製品に使われています。機能性化学品は現在、全ての原料等を反応釜に投入し、反応が終了した後に生成物を取り出すバッチ法を繰り返し行うことで合成されています。しかしバッチ法では、各段階で生成物の単離・精製操作を繰り返すため、余分なエネルギーや労力を必要とし、さらには廃棄物が多量に排出されるなど、望ましくない点があります。これに対してフロー法は、出発原料をカラムの一端から連続的に投入し、生成物を他端から連続的に得る方法です。フロー法はエネルギー生産性が高く、かつ、廃棄物の排出も少なく抑えることができるため、省エネルギー、省資源、省廃棄物など持続可能な製造法として期待されています。本講義では、産業技術総合研究所で推進しているフロー法による機能性化学品の連続生産システムの開発や、機能性化学品製造を効率化するために必要な触媒の開発を人工知能技術によって効率化する取り組みなどについて紹介します。
キーワード
機能性化学品、連続生産、触媒、人工知能
レポート課題
※今回の課題は、Ａ４用紙１枚(両面使用可)に手書き作成の上、東1号館-3階エレベータ前のBOXへ提出下さい（1月26日〆切）。 学籍番号と氏名の記入忘れに注意！！！
- 次の①または②のどちらかついて、図などを用いてポンチ絵(A4用紙ヨコスライド1枚)で説明してください。
- ①今後、連続化、自動化、人工知能などが導入され効率化が進むと考えられる分野を1つ挙げ、2030年と2050年までにそれぞれどこまで達成されているか、自分なりの未来予想を説明してください。
- ② 2050 年までに達成や解決が望まれる社会課題を挙げ、自分なりの解決方法とロードマップを説明してください。
- 本講義の中で最も興味深かった事柄を１つ挙げ、興味を持った理由や感想を簡単に述べて下さい。
見学日程
2月28日(月)⇒ 2月24日(木)
１月１３日（木） ※Ｚｏｏｍ開催※
東京工業大学 理学院 物理学系
助教 山崎 詩郎 先生
第１０回講演タイトル：原子を見てみよう！ ～走査トンネル顕微鏡で見る量子力学の世界～
講義概要
世界を形作る小さな粒、「原子」。それは、1億分の1mという気が遠くなるようなとてつもなく小さなものです。そのような超ミクロの世界は、我々の日常の世界とは全く異なり、「量子力学」と呼ばれる摩訶不思議な法則に支配されています。この「量子力学」の法則を利用して「原子」を見る顕微鏡、それが「走査トンネル顕微鏡」です。
この「走査トンネル顕微鏡」を用いると、とてつもなく小さな「原子」をまるで飴玉のように一つ一つクッキリと見ることができます。しかし、それだけではありません。「量子力学」によれば、すべての物質は波の性質を持っていますが、まるで海岸線に打ち寄せる波のように、物質の波の様子を直接見ることができるのです。さらに、原子を見るだけではなく、原子を1つ1つ動かして工作するナノテクロジーを実現します。
キーワード
原子、量子力学、走査トンネル顕微鏡
レポート課題
※今回の課題は、Ａ４用紙１枚(両面使用可)に手書き作成の上、東1号館-3階エレベータ前のBOXへ提出下さい（1月19日〆切）。 学籍番号と氏名の記入忘れに注意！！！
- 走査トンネル顕微鏡の原理を詳しく説明せよ。ただし、「量子力学」と「原子」というキーワードを含めて、図を1つ以上、300文字以上用いよ。
見学日程
- 2月19日(土)
１２月２３日（木） ※Ｚｏｏｍ開催※
物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 ナノマテリアル分野 ソフト化学グループ
主任研究員 坂井 伸行 先生
第９回講演タイトル：酸化物ナノシートのヘテロ積層とエネルギー変換・貯蔵材料への応用
講義概要
ナノシートとは、厚みが1ナノメートル程度で分子と同程度でありながら、横方向にはマ イクロメートルオーダーの大きさを持つ、二次元物質です。その構造的特徴に基づき、三次元方向に広がりを持つ物質とは異なる特性を示すことが数多く報告されています。ナノシートは層状物質をその単層にまで剥離することにより得られ、これまでにさまざまな組成や構造のナノシートが合成されてきました。1980 年代には硫化モリブデンなどのカルコゲン化物ナノシートが、1990 年代にはニオブやチタンなどの酸化物ナノシートが得られています。2004 年に炭素1 原子の厚みからなるグラフェンの合成が報告されたことにより、二次元ナノシートが広く注目されるようになりました。酸化物ナノシートもまた、酸化マンガンや酸化タンタル、酸化タングステンなど幅広い組成のナノシートが合成され、それぞれ異なった特性を示すことが明らかにされました。また、特性の異なるナノシートを1層ずつ交互に重ね合わせたヘテロ積層膜は、ナノシート間の相互作用による特性向上や新しい機能の発現などを目指して盛んに研究されています。さらに、2種類のナノシートを交互に数千層重ね合わせた超格子構造を作製し、エネルギー変換やエネルギー貯蔵への応用に向けた研究も行われています。講義では、ナノシートの合成法や集積法、さまざまな特性について紹介します。
キーワード
ナノマテリアル、単層剥離、レイヤーバイレイヤー集積、超格子構造
レポート課題
- 講義内容を参考にして、どのような組成・構造の物質であればナノシートを合成できる可能性があるか、また、ナノシートが合成できたことを確認するための分析手法について説明してください。
- 興味を持ったナノシートの特性を挙げ、複数のナノシートの特性を組み合わせることで期待できる機能について論じてください。
見学日程
- 2月22日(火
１２月１６日（木） ※Ｚｏｏｍ開催※
国立極地研究所 宙空圏研究グループ
助教 橋本 大志 先生
第８回講演タイトル：レーダーによる 大気のリモートセンシング
講義概要
地球大気には、赤道と両極を繋ぐ地球規模的な大循環から、空気塊の鉛直振動により生じる局所的な大気重力波まで、さまざまなスケールの運動や構造がある。これらを電波や光を用いて遠隔計測するリモートセンシングの技術は、気球やロケットを用いたその場観測と並び、気象・大気観測において主要な観測手法の一つである。このうち電波を用いた大気のアクティブリモートセンシングには、高い時間・空間分解能を備え、広い高度領域における大気の3次元的な運動を連続的に計測できるという特徴がある。また、この機能を実現する装置は大気レーダーと呼ばれ、電波工学・情報学・地球物理学・電磁気学など幅広い分野の学問に基づく複雑な技術要素の集合体である。
本講義では、大気レーダーの計測原理や実用的な信号処理手法について概観する。さらに、実際に南極や北極に建設された、または建設中の最新の大型大気レーダーについて、その仕組みや建設に関する苦労、対象とするサイエンス等を紹介する。
キーワード
リモートセンシング、大気レーダー、ISレーダー、アダプティブビームフォーミング、南極、北極
レポート課題
- 本講義では「電波を用いた大気のリモートセンシング」を紹介しましたが、リモートセンシングの課題は他のあらゆる分野においても現れます。「～を用いた～のリモートセンシング」の形で具体的なアプリケーション例を一つ取り上げ、その目的と原理を説明してください。オリジナルのアイディアでも構いません。
見学日程
- 2月21日(月)
１２月２日（木） ※Ｚｏｏｍ開催※
宇宙航空研究開発機構 航空技術部門 次世代航空イノベーションハブ
主任研究開発員 吉川 栄一 先生
第７回講演タイトル：航空気象安全に関する研究開発 －航空気象とリモートセンシング－
講義概要
国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構（Japan Aerospace Exploration Agency; JAXA）では、航空気象安全に関する技術の研究開発をおこなっている。そこでは、最新のリモートセンシングにおける最先端技術を導入し、航空機運航の安全性や効率の向上に取り組んでいる。リモートセンシングは電気系・通信系の応用分野であり、一方で航空分野は機械系に属するが、航空気象安全の取り組みにおいては、これらの分野が連携して技術革新を生み出している。このような取り組みについて紹介し、親しみを持ってもらうことで、学生の皆さんが大学で学ぶ知識の広がりを感じ、将来展望を広げるきっかけを得ることを促す。
キーワード
航空気象、リモートセンシング
レポート課題
- リモートセンシングとは何か、説明してください。
- リモートセンシング技術は、他のどんな活用ができるでしょうか。考えたり、調査することを通して、一つ以上挙げてください、またその概要を記述してください。
見学日程：この回は「見学ナシ」です
研究設備センター見学（リモート見学）
１１月２５日（木） 学術技師 小林 利章 先生 ※Ｚｏｏｍ開催※
第６回講義：最先端の教育研究を支える寒剤供給体制
講義概要
物性物理学，光科学，新しい機能を持つ電子デバイスの開発を目指す電子工学など実験的研究においては，温度を制御して対象の振る舞いを測定することや新規現象を実現させて観察することが重要な研究手法です．特に温度を下げて低温環境を実現することはとても重要な実験操作ですが，物体を冷却するためには様々な工夫が必要です．簡単な方法は低温の物体（寒剤）に対象を接触させて熱を奪うことです．液体窒素（77K）は安価に大量に使うことが出来るので沢山使われていますが，さらに低い温度を実現するためには液体ヘリウム（4.2 K）が利用されます．液体ヘリウムは超伝導コイルの冷却にも使われます．さらに冷凍機を利用し様々な手法を組み合わせることで，対象を絶対零度に限りなく近い超低温まで冷却することも可能です． ヘリウムは有限の地下資源であり，日本では全量を国外からの輸入に頼る貴重資源です。資源の有効利用を図るために本学ではヘリウム液化システムを整備し運用しています．ヘリウムの循環利用により貴重な資源を有効利用できるだけでなく，実験室で安価に液体ヘリウムを利用できるようになるので研究環境を整えるためにも非常に重要な設備です．ヘリウム液化システムは主要大学や研究所で運用されていますが関東でも数カ所のみであり，多摩地区では本学にしか置かれていません．
今回はオンライン企画としてこのヘリウム液化システムや研究設備センターが運用する測定装置類についてバーチャルツアーを実施します。
今回はこのヘリウム液化システムを含めた寒剤供給体制の見学の他，研究設備センターが運用する測定装置類の見学も合わせて行います．
キーワード
液体ヘリウム 液体窒素 低温実験
レポート課題
- 講義とバーチャルツアーにより，学んだ事と感想について記載して下さい．
- 講義と研究設備センター見学により，学んだ事と感想について記載して下さい．
学内講師による講演内容
詳細は随時，掲載していきます．
１１月１８日（木） 教授 米田 仁紀 先生 ※Ｚｏｏｍ開催予定※
第５回講義：研究で世界一を目指すには
講義概要
研究には、今まで行われてきたことや世界で初めてやったことなどを目指したりしますが、世界一の記録を目指して切磋琢磨しているものもあります。いわゆる2番では意味がないところで、過去の科学の歴史を見てもその表裏にいる人たちがいます。この講義では、世界一を目指した研究や、それを行うための条件、環境などを紹介し、実際にどういったことが鍵となったのかを紹介します。特に、レーザー開発などは、1960年から続いている競争で、多くのことがライバルの状況と合わせてわかっています。それらを最近の我々の研究も含めて紹介します。
また、後日研究施設見学では、新形レーザー研究センターの高出力レーザー部門のレーザー装置などを紹介し、どのように挑戦が行われているかをご紹介したいと思います。
キーワード
高出力レーザー、世界記録、高エネルギー密度科学
レポート課題
- これまでの科学の歴史の中で世界一を達成した事例を調べ、その研究で鍵となった事象やイベント、また、できれば惜しくも敗れた人たちの研究が分かれば、その状況（多くはちゃんと論文になっています。）などを調べてまとめてみしょう。
実習日程
- 一回目：12/7(火) 16:30～17:15
- 二回目：12/7(火) 17:15～18:00
- 集合場所：西7号館-711号室の前
- 実習内容：研究室見学と研究紹介
１１月１１日（木） 准教授 曽我部 東馬 先生 ※Ｚｏｏｍ開催予定※
第４回講義：カーボンニュートラルの実現に向けたAI・量子技術の最前線
講義概要
目下、世界規模での脱炭素社会の構築が喫緊の課題として取り上げられている。その中で温室効果ガスの排出の８割以上を占めるエネルギー分野でカーボンニュートラルにどのように取り組むかが極めて重要な鍵となる。我々の研究室では、カーボンニュートラル社会の実現に向けて、最先端のAI技術を用いた次世代エネルギー変換デバイスの逆設計・次世代のクリーンエネルギー源である水素生成用の光電極の探索、分散型の再生可能エネルギーシステムの確率最適化問題に取り組んでいる。また、さらなる複雑化・不安定化になる将来の電力系統を適切に運用していくための量子コンピューティング技術の開発も進めている。本講義では、AIと量子物理を融合した透明型太陽電池設計技術、従来の手法を凌駕するAIを用いた確率最適化技術、そして外部からの電源を使わず光照射のみで半導体電極光合成により水分解で水素を生成する最先端の技術と、それに関連するデータ駆動型機械探索学習手法について紹介する。
キーワード
AI、量子コンピューティング、確率最適化、水素生成、データ駆動型手法
レポート課題
- AIを評価する際にAIの学習能力と予測能力について、どちらをより重視すべきか、そしてその理由について簡単に述べよ。
- 量子コンピューターについて（ネット上の情報や様々文献などを参考にして）、その優位性について説明せよ。
- 不確実性を考慮した最適化技術は本当に信頼できるか、について自分の意見を述べよ。
- 深層強化学習で訓練したロボットアームが優れた外乱に対する適応力を示した理由について述べよ。
実習日程
- 一回のみ：12/8(水) 16:30～17:15
- 集合場所：西8号館-618号室
- 実習内容：研究室見学と研究紹介
１１月 ４日（木） 助教 岩國 加奈 先生 ※Ｚｏｏｍ開催予定※
第３回講義：レーザーで見る分子の世界
講義概要
気候変動などで注目されている二酸化炭素（CO2）をはじめ、大気中など私たちの身の回りには様々な分子種が存在します。その中で、観測している分子が特定の分子（例えばCO2）であると判別する（同定する、という）には、どのようにすればよいでしょうか。光と分子の相互作用を観察する「分光」と呼ばれる手法を用いると、分子種を定量的に同定できます。さらに、レーザーや光コムといった最新技術をうまく使いこなすと、同定するだけでなく分子の内部状態を詳らかにすることができます。最近の研究では、内部状態の変化を非常に高い精度で測定したり、制御したりする試みがなされ、分子分光という分野は新たな局面を迎えています。本講義では、分子分光実験の威力を伝えるとともに、分光実験を例にとりながら自分のアイディアを具現化するためのヒントを紹介します。
キーワード
分子分光、レーザー、光コム
レポート課題
- レーザーや光コムを分子分光実験に使うメリット、デメリットを説明せよ。
- 講義中に示したオーダーエスティメーションのうち、２つ以上を回答せよ。
- 関心のある社会問題に対し、どのような科学技術があれば解決できると考えられるか自由記述せよ。現時点での実現可能性は問わない。
実習日程
- 一回目：12/6(月)
16:30～17:15⇒ 17:00～17:30 - 二回目：12/6(月)
16:30～17:15⇒ 17:30～18:00 - 集合場所：西7号館-704号室の前（西7は土足厳禁です、西7玄関でスリッパに履き替え入館下さい）
- 実習内容：研究室見学と研究紹介
１０月２８日（木） 教授 瀧 真清 先生 ※Ｚｏｏｍ開催予定※
第２回講義：薬を（すく）なくするための創薬システム開発
講義概要
私たちのラボでは、薬を（すく）なくすることを目的とした基礎医工学研究を行っています。たとえば具体的には、少量で特異性良く効き環境調和型合成が潜在的に可能である「中分子医薬」に着目し、ファージウィルス上で行う10BASEd-T法などの自前の技術を基礎開発して、天然型分子と人工型分子との「あいのこ型」中分子を作製しています。最近では、一度喰いついたら離れないスッポンのような「共有結合性中分子薬」を世界に先駆けて展開するなど、欧・米の主力学術誌の表紙に特別採択されるツボを突いた研究を、ラボの学生たちと二人三脚で行ってきました。
当日は、創薬や分子標的薬の基本のキホンを概説したのち、中分子創薬とは何か、弱点はどこにあってどういう戦略で克服しようとしているのか、なぜ薬を（すく）なしたいのか、学生教育を兼ねて少人数で行っているのに欧・米と互角の研究勝負になっているのは何故か、などなど私が日ごろ考えていることを皆さんと共有することで、皆さんにとって何らかの気づきが得られれば良いな、と思っております。
キーワード
中分子創薬，分子標的薬，共有結合性薬剤（covalent drug），ファージウィルス，進化分子工学，歪むと色の変わるゲル，メカノバイオロジー，基礎教育と先端研究とのカップリング
レポート課題（文字数制限なし；出典は明記の上、心にもないことは記載しないこと）
- 創薬により人間の寿命や機能を人工的に補修することが、果たして本当に人間や自然界の生物たちにとって有益であるか、あなたの考えを根拠とともに論理的に自由記述しなさい。人やネット上の意見は参考にしても鵜呑みにせず、科学技術の良い所だけでなく怖さも含めて、自分の頭で考えて、自分なりの言葉で書くこと。
- あなた自身やあなたの周りの同学年の方を顧みて、研究開始するまでの（＝授業ばかりの）学部低学年の期間においてどのように修学のモーティベションを保ったら良いか、理想論ではなく実現可能なアイディア、または実践していることを、根拠とともに具体的かつ論理的に自由記述しなさい。
実習日程
- 一回目：12/2(木) 16:30～17:15
- 二回目：12/2(木) 17:15～18:00
- 集合場所：東6号館-821号室の前
- 実習内容：研究室見学と研究紹介
１０月１４日（木） 准教授 谷口 淳子 先生 ※Ｚｏｏｍ開催予定※
第１回講義：低温で現れる量子の世界～超流動を例として～
講義概要
液体ヘリウムをマイナス271 度に冷やすと，粘性が消失しさらさらと流れてしまう，という実に不思議な（超流動という）現象が現れます．この現象は，原子が波としてもふるまえるという量子力学的な効果のために起こります．それでは，なぜ，低温でこのような量子力学的な効果が表れるのでしょうか．それは，高温では原子の熱運動が激しく，量子力学的な効果を隠してしまうからです．講演では，まず超流動という現象を紹介したのち，そのメカニズムについて出来るだけ難しい言葉を使わずに説明したいと思います．最後に，現在の超流動研究の一端に触れ，またその研究を支えている実験装置（希釈冷凍機やねじれ振子など）も紹介したいと思います．
キーワード
ヘリウム，超流動，ボース・アインシュタイン凝縮
レポート課題
- ボース・アインシュタイン凝縮について説明せよ。
- 低温で現れる量子現象を一つ取り上げ，説明せよ。
実習日程
- 一回目：11/29(月) 16:30～17:15
- 二回目：11/29(月) 17:15～18:00
- 集合場所：東1号館-１階エレベータ前
- 実習内容：研究室見学と研究紹介
受講申し込みのお知らせ
GoogleClassroomの申込フォーム(10月初旬投稿予定)にてお申込み下さい
締切：１０月１４日（木）１３：００
ガイダンス
時間：１０月7日（木）１限
場所：Zoom開催（↓下記に記載のZoom招待情報から参加下さい↓）
https://drive.google.com/file/d/1cnMPJYK67hxjBHQeB7G-oniurRzuxR-a/view?usp=sharing
※「@gl.cc.uec.ac.jp」からの入室をお願いします。
UECパスポートプログラムの目的とセミナーの内容を案内いたします。
ホスト側は、１限目開始の15分前をメドに、Zoomに入室の予定です。
上手く接続できない人は、メール等で連絡を下さり参加下さい。
ガイダンス参加した人は、アンケートにご協力お願いします。（アンケート入力は、別途Googleclassroomにて回答下さい）