小野寺 宏/ONODERA Hiroshi

小野寺 宏 特任教授

【研究分野】
ナノ物理・デバイス分野
【研究領域】
人間支援デバイス、生体センシング用デバイス(human machine interface, ロボット義手,CFRP下肢機能支援システム)、臓器透明化技術と人工知能による癌診断,心臓機能解析,マイクロチップ標本処理システム(lab-on-a-chip)

研究内容

研究の概要

高齢化が加速する現在、工学・理学・医学研究者連携による新しい視点からの医療介護用電子デバイスの実用化が必要です。研究室では、高齢者・障害者の日常生活支援だけでなく、健常者や工場作業者も活用できるウエアラブル電子デバイスの開発、臓器透明化技術と人工知能による癌診断システムと再生医学用マイクロチップ(lab-on-a-chip)の開発を進めています。

(1)人体機能解析スタジオを活用し、運動障害患者や高齢者の生活を支援するフレキシブルデバイス開発(染谷研と共同)と実装(ロボット義手,下肢機能支援システム)、最新の炭素繊維素材(CFRPバネおよびCFRTP)による無動力歩行支援システム、半導体技術を用いた生体模倣把持デバイス(タコ吸盤微細構造のフォトリソグラフィ造形)のロボット義手への搭載による健常者の手を超える機能の獲得。
(2)小野寺が開発した全臓器透明化システムLUCID(国際特許)と人工知能を用いた,癌を見落とさない病理診断支援システム開発,高精度光造形技術によるバイオ用マイクロチップの開発とマイクロチップ制御ロボットシステムの開発(lab-on-a-chip)。

研究の特色(最強の工学・理学・医学連携研究を)

研究室の特徴は医学部出身の小野寺(認定内科医,神経内科専門医)が工学研究者と密に連携して電子デバイス開発と実用化をめざしている点にあります。本学が誇る最先端の半導体技術・微細加工技術をもってすれば画期的な再生医学デバイス、人体機能回復・運動支援システムの開発は可能です。若く柔軟な脳を持つ皆さんの参加を期待します。なお、染谷研究室との連携により最先端の電子回路の知識と技術を習得してもらいます。染谷研が誇るフィルム電子デバイスを人間支援システムとHuman machine interfaceとして活用します。

フレキシブル電子デバイスと炭素繊維で実用レベルの超軽量装具・ロボット義手

脳卒中や神経難病の診療経験を活かし,患者・高齢者が必要とする機能のみを搭載する炭素繊維(CFRP)バネと最先端のCFRTP素材を用いた超軽量・無動力歩行支援システムを開発しています(ズボンの下にも装着可能)。 レーザーによるCFRPの曲線加工が現実のものとなり(理学部五神湯本研,物性研小林先生)、航空工学(首都大小林先生)の設計解析技術を基に、安全で体にフィットするオーダーメイド運動支援システムを実現します。現在の電動義手は筋電図駆動に固執し(障害を持つ人は操作困難)、把持性能も不十分です。我々はジャミング転移機構と生体模倣吸着機構(タコ吸盤の微細構造を半導体製造技術で造形,三田先生と共同)による、対象物が指に吸い付く把持システムの実用化を目指しています(ドラえもんの手)。炭素繊維骨格を持つドラえもんの手に染谷研のフレキシブルマルチチャンネルセンサやディスプレイを搭載し(圧,伸展,電極,光センサ,OLED)、人工知能制御(強化学習/CNN/GRU等)と合わせて、軽量で賢いロボット義手を実現します。

臓器透明化技術とAIで癌を見落とさない病理診断支援システム(lab-on-a-chip)

我々の動植物透明化技術LUCID(国際特許)を用いるとわずか半日で標本透明化を完了でき、透明化状態が永続するという他に例をみない利点を持ちます。そこで癌診断のための病理検体を透明化して丸ごとレーザー顕微鏡で撮影し、得られた数万枚の画像をAIで評価して病理医を支援するシステムを開発しています。将来の医学生物学研究は、微量サンプルの並列処理が可能なバイオチップ実験(lab-on-a-chip)に移行すると考えられます。研究室では標本の染色と透明化処理をワンチップで可能にするAI活用ロボットシステムの開発を目指しています。

学生へのメッセージ

我国の研究者は最高レベルの知識と技術を持っています。しかし異分野研究者との共同研究に関しては、欧米の研究者に比べると苦手ではないでしょうか。Googleは精力的に医学・福祉研究を進めていますが、創始者のセルゲイ・ブリンが遺伝性パーキンソン病であることと無関係では無いでしょう。本研究室は工学:理学:医学という多分野の研究者が共に知恵を絞り、真に世の中に役立つ成果(ものづくり)を目指します。医学・薬学研究者との共同作業は、複眼的視野で全体像を把握できる力を養う絶好の機会であり、卒業後も役に立つと信じます。多分野連携研究に参加してみませんか?

図1:超軽量の無動力歩行支援システム。炭素繊維(CFRP)バネにより無動力で10%の歩行支援効果を有する。立ち上がり支援効果を併せ持ち、工場労働者の疲労防止効果も狙っている。CFRPのレーザー加工により、使用者の体形にあわせたオーダーメイド装具を目指す。
図2:従来型グリップ動作と吸着型把持機構を併せ持つ電動義手。タコ吸盤微細構造をシリコンウエハに造形。
図3:臓器透明化技術とAIによる、癌を見落とさない病理診断支援システムを目指す。
図4:lab-on-a-chip標本処理システム。光造形装置によるマイクロチップに標本を収め、一連の処理をおこなう。処理完了後マイクロチップに入った標本をそのままレーザー顕微鏡で撮影。