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    2011.04.01
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    希薄流および連続流解析へのCIP法の応用

    アピールポイント 高次精度手法 流体方程式の数値解析に適している計算手法 様々な双曲型方程式への適用も可能   研究者のねらい 非平衡希薄気体・中間流の振る舞いを調べる為には、巨視的な物理量に関する方程式(オイラー・ビエス‐トークス方程式)ではなく、速度分布関数の時間発展を扱うボルツマン方程式が必要となるが、複雑な多重積分を含む衝突項を含む為、衝突項の性質を保持したまま簡略化したBGK方程式が用いられる。CIP法は双曲型方程式の高次精度解法であり、かつソロバン格子を併用することで、CIP法の時間空間精度を保持した解適合格子の数値解析手法を構築できる。   研究内容 希薄流の様な平均自由行程が長い、マイクロチャネルの様な系の代表長さが小さい流れでは、クヌッセン数(Kn)が大きい流れを解く為に、BGK方程式を表空間・速度空間2次元(位相空間4次元)に拡張を行い、基礎的な例題等を用いた検証結果を、連続流に近い条件(Kn = 0.002)から希薄流(Kn = 0.05)で衝撃波の反射問題で示す。 実空間にCIP法に適した解適合ソロバン格子を用いることで、ディフューザーの様な内部流で生じる、小Kn数(連続流)での反射衝撃波面・接触不連続面の解像度向上、及び大Kn数(希薄流)で波面が鈍る様子も計算可能である。   論文: T. Yabe and Y. Ogata, A multidimensional approach to rarefied and transitional flows with the CIP method, International Journal of Numerical Methods in Fluids, Vol. 65, 191–206 (2011)   関連図書 矢部 孝,內海 隆行,尾形 陽一「CIP法」森北出版(2003) 矢部 孝,尾形 陽一,滝沢 研二「CIP法とJAVAによるCGシミュレーション」森北出版(2006)   研究者 尾形陽一(OGATA YOICHI) 広島大学 大学院先進理工系科学研究科 教授

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    2025.10.23
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    トポロジー理論を用い、 編物の強靭性を高める― 素材に依存しない新しい「強靭な布」の設計技術 ―

    概要編物の強靭性はその編物を構成する糸の素材に強く依存するが、利用可能な素材は編物の用途に応じて限定される。編物を構成する糸の素材ではなく、編物を構成する編み目等の構造の選択によって、編地の機械的強度を高めることができれば、素材が限定された場合でも編物の強靭性を高めることができる。本技術はトポロジー理論に基づいて編み目の構造を選択し、強靭性の高い編地を提供するものである。   従来技術とその問題点 編物の強靭性はその編物を構成する糸の素材に強く依存する 従来、編物の強靭性等の機械的性質について、編み目構造レベルでの研究が行われている 編物の機械的性質に係るメカニズムについては解明されていない →素材依存による強度の限界 →利用可能な素材は編物の用途に応じて限定される →素材選択でコスト増・用途制限・耐久性不足が発生   新技術の特徴・従来技術との比較素材ではなく構造設計で編物の強靭性を付与   トポロジー(位相幾何学)理論で構造設計 素材依存によらず強靭性付与 素材選択の自由度の拡大 素材選択に制約が有っても強靭性向上可能 →軽量・高強度・コスト削減の実現   新技術について編物の機械的性質に係るメカニズムの解明 トポロジー(位相幾何学)的に同一である糸同士の絡み構造の編物は、高い強靭性を有し、局所的な破断や劣化を抑制することが可能 編地の素材となる糸の性質に依存することなく、編地の機械的特性を高めることができる 素材のコストを低減しつつ、編地およびこれを用いる編物の機械的強度を向上させることができる   トポロジー的に同一とは 図形や空間の連続的な性質に着目する位相幾何学の観点から同じ形であることを表し、切ったり貼り合わせたりすることなく、物体の形を自由に伸ばしたり縮めたりねじったりして同じ形にできる ことをいう 編地を構成する糸同士の絡み構造についてトポロジー的な同一性を考える それぞれの絡み構造について、空間的なつながり方が同じであることを、トポロジー的に同一であるという   編み物や織物は結び目が二次元に広がった構造をしている   結び目は右手、左手のキラリティを持つ場合がある   複数の結び目はキラリティが同じ場合と異なる場合がある   加わる力、エネルギーとキラリティの関係   引張試験の結果 同じ素材で作られた編物でも絡み構造の違いによって機械的強度が異なる   想定される用途 安全・安心社会への貢献 (防弾チョッキ、防刃ベスト、消防服、作業着等) 輸送・モビリティ分野 (材料の軽量化、タイヤ、シートベルト等) 環境・持続可能性 (リサイクル材料の高強度化、長寿命の布地等) その他の展開可能性 (スポーツ用品、医療用素材 等) 企業様への貢献 用途別最適設計、規格適合化、量産プロセス等の共同研究による貢献 共同研究、ライセンス、委託研究、技術者・研究者受入、技術指導等に柔軟に対応可能 軽量・高強度・コスト削減への貢献 新素材研究との相互補完 新市場開拓、環境対応などへの貢献   本技術に関する知的財産権 2025年9月16日 特許出願済み 出願人:広島大学、早稲田大学 発明者:井上克也 他2名   研究者井上克也 広島大学 大学院先進理工系科学研究科 教授

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    2021.11.25
    • デジタル/AI
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    機構の工夫によるロボットの付加価値の向上

    目標・狙い リアルワールドに対する迅速かつ柔軟な行動を実現する基盤ロボティクス技術として、構造に知能を内包したロボットメカニズムの研究などを行っており、人間とは異なる形でのマニピュレーション技術の実現を目指します。   <研究概要説明動画> https://hoip.hiroshima-u.ac.jp/wordpress/wp-content/uploads/2021/11/03-01-takaki-professor_japanese_1080p-1-video-converter.com-1-1.mp4   研究事例 ドローンのための無反動ロボットアーム 【概要】 ドローンなどの小型無人航空機にロボットアームを取付け空中から作業できるとその活躍範囲が拡がります。しかし、アームを取付けるとアームの動作によってドローンの姿勢が崩れてしまいます。 この問題解決のため、作業を行う「無段変速ロボットハンド」に加えて、アーム回転の反動を打ち消す「反トルク機構」と「干渉駆動機構」、水平方向の反動を打ち消し重心位置を調整する「スライダ機構」を考案して、ドローンの姿勢に影響を与えない無反動ロボットアームを開発いたしました。   【本研究の優位性】 ロボットアームの動作による飛行への外乱をなくすため、ドローン本体の飛行制御システムの改造や専用の新たなコントローラの追設が不要で、どんなドローンにもロボットアームを簡単に追設可能です。 アームを脚として、鳥が木の枝に留まるように、枝などに留まることが可能です。 【想定される市場・製品・産業分野】 レスキュー(避難用の縄梯子の架設、水難事故での浮き輪の投入、等) サンプルの回収(広大な農場で作物サンプルの回収、等) 計測や監視(高所の枝等からの長時間の計測や監視、等) 荷物の宅配(高層階の住宅へ直接アクセス)     【特許】 特願2016-136605 多関節ロボットアーム及びUAV   【論文】 Ohnishi, T. Takaki, T. Aoyama and I. Ishiii, Development of a 4-Joint 3-DOF robotic arm with anti-reaction force mechanism for a multicopter, in Proc. IEEE/RSJ Int. Conf.Intelligent Robots and Systems, pp. 985-991, 2017.   その他の研究事例 階段を移動できる遊星車輪機構を用いた倒立振子ロボット https://www.robotics.hiroshima-u.ac.jp/researches_single_jp/937/ モアレ縞を利用した微小歪可視化シール https://www.robotics.hiroshima-u.ac.jp/researches_single_jp/936/ など 研究者からのメッセージ 種々のニーズに合わせて、私とは異なる技術を持っている企業の方と共同で、中長期的な開発ができることを期待しております。     研究者 高木健(takaki takeshi) 広島大学 大学院先進理工系科学研究科 教授

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