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慶應義塾大学発スタートアップのモーションリブは3月17日、「スカパー!アイドルフェス！　～Think of SDGs～」（3月16日開催）における「さわれるVR握手会」において、リアルな感触が遠隔地に伝わるリアルハプティクス装置を提供し、アイドルとのソーシャルディスタンスを保ちつつ、握手の感触の双方向ライブ体験を実現したと発表した。コロナ禍で接触コミュニケーションの機会が減少する中、新時代の非対面接触コミュニケーション手段として期待される。

今回「スカパー!アイドルフェス！　～Think of SDGs～」では、モーションリブが提供するリアルハプティクスという感触伝送テクノロジーを用いて、離れた場所にいるアイドルと直接握手しているかのような感覚を得られる「さわれるVR握手会」を開催した。

リアルハプティクスとは、慶應義塾大学で発明された、人の力加減や物の感触を正確に遠隔地に伝送できる制御技術。アクチュエーターの⼒加減を⾃在に制御可能で、VRなどの画像技術・音声技術と組み合わせることで、より没入感のある体験を創造できるという。

モーションリブは、機械が力触覚を自在にコントロールするために必要なリアルハプティクスについて、機械への実装を可能にするための研究開発から、キーデバイスである「AbcCore」の製造販売まで行うスタートアップ。AbcCoreは、同社が開発した、リアルハプティクスの実装を簡便にする汎用力触覚ICチップにあたる。力センサーや特殊なモーターなどを必要とせず、市販モーターを使って力加減や力触覚伝送の制御を実現する点に技術的優位性を持つという。すでに70社ほどの企業に先行提供しており、共同研究や実用化が始まっているそうだ。

またモーションリブは、共同研究を行う「ソリューション事業」、AbcCoreを提供する「デバイス事業」、技術を提供する「ライセンス事業」の3事業を柱に、顧客企業の製品企画から量産販売までをサポートできる体制を構築している。

今後もモーションリブは、力触覚技術リアルハプティクスを通して、Withコロナ社会における新たなコミュニケーション手段を提供するという。

音波の磁気回転効果に由来する、起電力発生メカニズムの模式図。強磁性体の磁気には弾性変形による磁気弾性効果が、また自由電子スピンには回転変形による磁気回転効果が働く。これら2つの効果が組み合わさることで、貴金属や複雑なデバイス構造を必要とせずに、磁気回転効果に由来する起電力が発生する

慶應義塾大学と中国科学院大学は2月21日、磁石に音波を注入すると、磁気回転効果によって起電力が発生することを理論的に示した。貴金属や複雑なデバイスを必要としないため、これまで困難とされてきた磁気回転効果のスピントロニクスへの応用に道が拓かれるという。

「磁気回転効果」とは、ミクロな角運動量（回転の方向と大きさを表す量）である電子スピンが、力学的な回転運動（マクロな角運動量）と互いに変換可能であるという、物質の磁気と回転との関係を示す現象のこと。アインシュタインとドハースが実験により証明した、磁石の磁気量を変化させると磁石が回転し始める「アインシュタイン・ドハース効果」や、バーネットが発見した、磁石を回転させると磁気量が変化（アインシュタイン・ドハース効果とは逆）する「バーネット効果」で知られる。

物質を高速で回転させるほど磁気回転効果は大きくなるが、最先端技術で可能な毎秒1万回転程度でも、得られる効果は非常に小さく、スピントロニクス分野での応用は進んでいなかった。

しかし、慶応義塾大学能崎幸雄教授ら研究グループは近年、物質の表面を伝搬する音波「表面弾性波」を用いて結晶格子点を1秒間に10億回以上回転させ、磁気回転効果によるスピンの流れを生み出せることを実証。表面弾性波を非磁性金属の銅と強磁性体を複合した材料に注入して交流のスピン流を生み出し、隣接する強磁性体に作用させることによって磁気の波を起こすことに成功した。その後同グループは、白金を銅と強磁性体の複合材料へ接合させることで、磁気回転効果によって生み出された交流スピン流を起電力に変換させ、それを電気的に検出することに成功した。しかし、このスピン流を利用するには、白金などの貴金属や複雑なデバイスが必要となるため、スピントロニクスへの応用にはまだ制限があった。

そこで慶應義塾大学グローバルリサーチインスティテュートの船戸匠特任助教と、中国科学院大学カブリ理論科学研究所の松尾衛准教授による研究グループは、「強磁性金属の単膜というシンプルなデバイス構造において磁気回転効果に由来した起電力が発生する」ことを理論的に提案した。

強磁性金属へ表面弾性波を注入すると、強磁性体内の自由電子スピンには格子の回転変形に伴う磁気回転効果が働き、同時に、強磁性体の磁気には弾性変形に伴って向きが変化する効果（磁気弾性効果）が働いて磁気の波が励起され、自由電子スピンに作用することで起電力が生まれる。この2つの効果を組み合わせることで、貴金属や複雑なデバイスを用いずとも、磁気回転効果に由来する起電力が得られることを発見した。

この発見により、「音波さえ生み出すことができれば、他に制限を受けることなく幅広いスピンデバイスへ磁気回転効果を応用することが可能」になったとのこと。「ジュール熱を伴う電流に比べてエネルギー損失の少ない音波を用いているために磁気デバイスの高性能化・省電力化することができるだけでなく、貴金属を必要としないため安価なレアメタルフリー技術として大きく貢献できます」と研究グループは話している。

開発したセンサーアレイの顕微鏡写真（右図）およびアナログフロントエンドセンサー計測回路システムの写真（左図）

東京大学と慶應義塾大学からなる研究グループは、気体に含まれる分子（揮発性分子）を電気信号として検出する分子センサー1024個を1チップに集積化したセンサーアレイ（センサー群）を開発し、揮発性分子の空間濃度分布の可視化に成功した。この分子センサーは金属酸化物ナノ薄膜を用いた堅牢なもので、従来技術では難しかった長期間の安定化と、高密度集積を可能にした。

分子センサーは、医療や食品管理など幅広い分野で注目を集めているが、実際に検出対象となるガスには数十から数百種類の分子が含まれているため、数多くのセンサーを集積したセンサーアレイが必要となる。また、小型、省電力であるうえに、長期間データを取得し続けられる長期安定性も求められる。だが従来技術では、高密度集積化と長期安定（堅牢性）という2つの条件を満たすセンサーアレイは作れなかった。

そこで、東京大学大学院工学系研究科応用化学専攻の大学院生 本田陽翔氏、慶應義塾大学大学院理工学研究科総合デザイン工学専攻の大学院生 椎木陽介氏らからなる研究グループは、金属酸化物半導体をクロスバー構造に配置したセンサーアレイを開発した。クロスオーバー構造とは、格子状にセンサーを配置するもので、これまで広く開発されている「縦型チャンネル構造」に比べて面積を大きくできる。研究グループは、1辺に32本の電極を設け、計1024個（32×32）の分子センサーを5mm四方の中に集積化した。

ただクロスオーバー方式は集積化に優れている反面、配線の電気抵抗がセンサーの電気抵抗に加わってしまうため正しい測定ができないという問題があるのだが、50nm（ナノメートル）という非常に薄い酸化スズの膜をセンサーに用いることでセンサー自体の電気抵抗を大きくし、配線の抵抗の影響を小さくすることでこれを解決した。またこの酸化スズは熱に強く、長期間安定した分子センサーも実現している。

（a）液滴をから蒸発・拡散させた分子をセンサーアレイで検出する実験の模式図と写真。（b）蒸発・拡散してきたエタノールに対するセンサー応答とセンサー列の関係。液滴に近いセンサーほど高い応答が得られている。（c）bのセンサー応答の勾配（傾き）と各種液滴滴下後の時間の関係。60s時点で液滴を滴下している。勾配の時間依存性が分子の種類に応じて異なる傾向を示している

このセンサーアレイの近くにアルコールを配置して蒸発し拡散する分子の検出を行ったところ、アルコールからの距離に応じてセンサーの反応に差異が出た。このことから、このセンサーアレイで分子の種類を判別できる可能性が示された。

この技術とセンサーチャンネル表面の化学物性を制御する技術を融合すれば、多種類のセンサーを高密度に集積化でき、「多種類の分子が混合された分子群の判別」ができるセンサーシステムの実現も期待されるとのことだ。

慶應義塾大学は12月9日、柔らかく伸縮性のある半導体デバイスを、世界で初めて13.56MHzという高周波数で動作させることに成功したと発表した。伸縮性のある半導体デバイスはすでに発明されていたが、動作周波数は100Hz程度と低く実用化の壁になっていた。13.56MHzは交通系カードや携帯電話の無線充電などに使われる、とても重要な周波数だ。

慶應義塾大学理工学部電気情報工学科専任講師の松久直司博士と、スタンフォード大学化学工学科のポスドク研究員（研究当時）シミアオ・ニウ博士、ゼナン・バオ教授による研究グループは、薄いゴムのように肌に密着する柔らかい電子デバイスを使ったウェアラブル機器の実現につながる、柔軟で伸縮性のある半導体デバイスを開発した。これは、13.56MHzで駆動する伸縮性ダイオード。元の長さの1.5倍にまで引き伸ばしても、何度伸縮を繰り返しても、壊れることなく電気的特性が維持される。

開発の決め手になったのは「高周波駆動用に精密にチューニングされた様々な新しい伸縮性電子材料」だという。たとえば、割れやすい高分子半導体の化学構造の中に柔らかいシリコンゴムの化学構造を取り込んだり、導電性高分子材料や金属ナノ材料の一種である銀ナノワイヤなどの電子材料に伸縮性を付与し、電気特性が高周波動作の要件を満たすよう新しく設計した。

研究グループは、この伸縮性ダイオードを使ってセンサー・ディスプレイ・アンテナを備えた集積化したシステムを試作した。衣服に仕込まれたアンテナからワイヤレスで給電され、センサーの信号をリアルタイムでディスプレイ素子の色変化として表示する。こうしたデバイスは、肌に貼り付けても違和感なく使用できるため、長期間の生体情報の取得が可能となり、病気の早期発見などを行うヘルスケア分野のウェアラブルデバイスへの応用が期待されている。

金沢大学がん進展制御研究所/新学術創成研究機構などによる研究グループは10月19日、乳がん発症の際に必ず表れる超早期の微小環境を作り出すメカニズムを発見したと発表した。癌予防、超早期がんの診断治療への活用、ひいてはがん撲滅への寄与が期待される。

乳がん発症の超早期には、間質細胞、免疫細胞などが集まり、がん細胞を取り囲む微小環境が作り出される。その微小環境から生み出されるサイトカイン（免疫細胞から分泌されるタンパク質）が、がん幹細胞様細胞に影響を与えていることはわかっていたが、実態は不明だった。この研究では、そのメカニズムを分子レベルで明らかにした。さらに、この微小環境がFRS2βといいう分子によって整えられ、がん細胞の増殖が始まることも突き止めた。

FRS2βの影響で炎症性サイトカインが生み出され、細胞外に放出されると、そこに間質細胞や免疫細胞が引き寄せられる。マウスを使った実験では、この状態の乳腺に乳がん幹細胞様細胞を移植すると、1カ月以内に大きな腫瘍ができた。だが、FRS2βのない乳腺に乳がん幹細胞様細胞を移植しても、まったく腫瘍はできなかった。

この研究を発展させることで、乳がん発症前に整えられる乳腺微小環境を標的とした治療が可能になり、乳がんの発症予防、早期治療が実現するという。

研究グループのおもなメンバーは、金沢大学がん進展制御研究所/新学術創成研究機構の後藤典子教授、東京医科大学分子病理学分野の黒田雅彦主任教授、東京大学医科学研究所の東條有伸教授（研究当時）、東京大学特命教授・名誉教授の井上純一郎教授、国立がん研究センター造血器腫瘍研究分野の北林一生分野長、九州大学病態修復内科学の赤司浩一教授、慶應義塾大学医学部先端医科学研究所遺伝子制御研究部門の佐谷秀行教授ほか。

慶応義塾大学の慶応フォトニクス・リサーチ・インスティテュート（KPRI）小池康博教授らの研究グループは、通信エラーをほとんど発現しないプラスチック光ファイバー（エラーフリーPOF）を開発したことを発表した。100m以内の短距離通信において、データセンター通信の次世代標準となるPAM4（4値パルス振幅変調）方式による毎秒53ギガビットの信号の伝送を、誤り修正機能を使うことなくエラーフリーで実現した。

光ファイバーは、通信速度が上がるにつれ、光の拡散やノイズの影響が大きくなり、誤データを補正する誤り訂正機能や波形成型回路が必要となることから、それによる消費電力の増大や通信の遅延が問題になっている。大量の高速通信が求められるデータセンターなどでは、電線に比べて格段に低損失なガラス光ファイバーが使われているのだが、光ファイバーには光伝送固有のノイズや問題が存在し、PAM4導入のネックになっている。通常、デジタル通信は0と1の2値で行われるが、PAM4では0、1、10、11の4値で行うため、通信速度が格段に高くなる代わりにノイズの影響を受けやすくなるのだ。

光ファイバーにはガラスとプラスチックの2種類がある。プラスチック光ファイバーは、安価で柔軟性が高く、信号強度がガラス光ファイバーよりも高いという利点がある一方で、光通信で問題となる光の散乱はガラスのほうが低く、特に長距離通信ではガラスが優れている。しかしKPRIでは、かねてより「屈折率分布型プラスチック光ファイバー」を提案しており、それをさらに進めて「内部にミクロ不均一構造を形成し、前方光散乱を介して効果的なモード結合を誘起する」ことによりノイズや歪みを大幅に低減した。そうして、高速性と低雑音性を兼ね備えたエラーフリーPOFが誕生した。

エラーフリーPOFは、通信の遅延、発熱、コスト上昇の原因となる補正回路がいらなくなるばかりか、データセンターの省電力化、自動運転車や作業用医療用ロボット、さらには8Kなどの大容量映像データ伝送に欠かせないリアルタイム通信が実現し、「次世代情報産業を支えるコアテクノロジーになる」とKPRIは話している。