我々が小道を歩くとき、ロボットのように毎秒何百回もの最適化計算を行うでしょうか？予測不可能な無限定環境をモデル化・記述し尽くすことは困難であり、今後訪れるであろう実世界へのロボット大進出時代のためには、詳細モデルのみによる頭脳先行型の制御戦略を脱却する必要があります。本研究では、動物末梢に備わる計算なき運動知能を理解して実装するため、機械式の筋肉・受容器・神経デバイスをロボット全身に埋め込み、上位脳からのわずかな指令により全身の反射系を統御する新たなロボット身体設計学と制御学を創成します。

世界三位の地熱資源大国日本にとって地熱発電は魅力的な再生可能エネルギーであり、地熱発電を促進する技術群の確立・実用化が渇望されています。特に、地下の高温岩体中に流体の貯留層となる亀裂網を人工造成し、地熱エネルギーの継続的抽出を狙う貯留層造成型の地熱開発技術には大きな期待が寄せられています。本研究では、地熱貯留層の造成～状態・性能の長期変化まで、ミクロな亀裂内空間も含め正確に予測する数値解析技術を開発し、持続可能な地熱エネルギー抽出をもたらす貯留層の確実な設計・造成を可能にします。これにより、貯留層造成型地熱開発技術の実用化をもたらし、膨大な地熱資源をフル活用可能な地熱大開発時代到来へ繋げます。

プラスチック・医薬品・ディスプレイ・染料・衣料品など、私達の生活は様々な「有機化合物」によって支えられおり、こうした多様性の原動力となるのが有機分子そのものの構造多様性です。私は、かご型構造を持つクラスター分子に特有の「三次元芳香族性」という性質に着目して、これを化学反応の駆動力として組み込んだ新しい触媒設計コンセプトの実証＆実用化を目指します。これまでの手法を凌駕する、高効率かつ高選択的な分子変換手法を確立することで、化学産業の省資源化＆省エネルギー化を実現し、持続可能な発展に貢献することが期待できます。

本研究は、粗水素（H₂とCOやCO₂の混合ガス）が未開拓な工業資源であることに注目し、粗水素を直接的に利用した有機化合物の水素化反応の開発に取り組みます。特に、水素化ターゲットとなる有機化合物として芳香族複素環化合物を用いることで、粗水素ガスからH₂を直接的に分離・貯蔵・運搬する革新的技術の確立を目指します。つまり、【粗水素→高純度水素→H₂貯蔵・運搬】という流れの既存技術に対して【粗水素→H₂貯蔵・運搬】という新たな技術を検証します。これにより、バイオマスを含む炭素資源を効率的かつ安定的に利用した水素社会の実現に貢献します。

あらゆる産業の基盤である「ものづくり」の分野においては、材料の難加工化や加工の高速化・高荷重化への対応、さらには環境負荷低減に対する要求など、高度化・複雑化が急速に進んでおり、これらを解決するためのブレイクスルーが強く求められています。そこで本研究では、多くの要因が相互に影響しあう極めて複雑なプロセスである加工現象を“可視化”することによって、現象そのものを深く理解し、革新的なものづくり技術を創出することを目指します。これらを通じて得られた知見は、表面化学、トライボロジー、弾塑性学といった分野との学際的な融合・発展も大いに期待できると考えています。

生化学的シグナルに応答した、タンパク質や多糖などの種々の機能性生体高分子の合成反応は多岐にわたる生命機能の制御において重要な役割を担います。本研究では『多重論理ゲートに基づいた生化学的シグナル応答性インテリジェントPET-RAFT（iPET-RAFT）』によって特定の細胞内や小器官内選択的な合成高分子の細胞内重合を世界に先駆けて実現し、細胞機能操作のための新たな方法論として確立します。本技術ならびにそのバイオテクノロジーとしての応用に関する未踏の学理を開拓・体系化し、新たな学術領域『細胞内高分子工学』創発に向けた基盤とします。

原子・分子スケールの熱流体輸送現象は現代社会の発展に寄与する微視的なものづくりにおいて重要ですが、その描像を的確にとらえ制御することに関しては課題が多く残されています。本研究では，巨視的な熱流体力学における輸送現象論の考えを根底から変革し、原子スケールの本質的に非平衡な過程において熱流体力学的な場の保存則に基づく輸送現象論の創出を行います。そして、エネルギー科学発展の根幹である材料の物性や熱流体現象（エネルギー輸送、濡れ、相変化現象等）に関して、創出した輸送現象論に基づき解明する新たな学術を構築することに挑戦します。

材料工学の立場から原子レベルで生命現象を捉えることで、疾患や外傷で失われた生体機能を回復させるための新しい材料設計・開発に取り組んでいます。とりわけ、遺伝子やタンパク質などのナノ生体分子から、細胞、組織、臓器にいたるまでの多階層３次元生体組織材料を工学的に操作し、個体レベルで生体機能を制御するための新しい材料開発や最先端計測に基づくバイオ工学融合研究を展開しています。金属3Dプリンティングや材料先端加工を駆使した細胞・生体制御と、材料／生体界面での機能発現メカニズム解明を両輪として取り組み、材料工学の観点から世界の医療技術革新を実現するための最先端研究を進めています。

タンパク質が生体分子と織り成す相互作用を理解することは、生命機能の基本原理の解明と、それに基づく薬剤やバイオテクノロジーツールの開発に繋がります。しかし、従来法による相互作用計測は感度や並列性に欠け、相互作用の全貌はブラックボックスのままです。私はこれまで、ナノポアセンシングと呼ばれる分析技術を利用して、タンパク質のアミノ酸配列や翻訳後修飾などを読み取る手法を開発してきました（Nature 2024）。本研究では、この技術を応用してタンパク質間相互作用を大規模並列的に1分子計測する方法論を確立し、プロテオミクスの変革に挑戦します。

災害時・平時を問わず、複数のドローンが自律的に協調して、多様なタスクを遂行するスマートなドローンシステムの開発を目指します。具体的には、大雨・強風下で自律飛行する技術、排水ホースなどの柔軟物を複数機で協調運搬する技術、鳥などの外敵を避けてフォーメーション飛行する技術、広範囲なエリアを計測してデジタルツインとして活用する技術、大規模言語モデルを活用し、想定外の事象が発生した際にチーム構成を動的に再編成する技術を複数の大学や企業と協力しながら開発します。また、地上の建機とも連携することで、建設業、農業、林業、インフラ点検など、さまざまな分野への貢献を目指します。

次世代半導体デバイスを実現するためには、デバイス駆動時におけるキャリアの振る舞いを正確に把握し、如何に自在制御するかがキーテクノロジーとなります。あらゆる種類の半導体デバイスの微細化が急速に進む近年、表面露出にともなう歪・電子状態の変化、プロセスダメージや各種表面・界面構造の影響が顕在化し、半導体中のキャリアが意図せず失活することが課題となっています。本研究では、半導体最表面でのキャリア挙動を評価する電子分光と、試料深部の情報を内包した発光分光を融合した新たな分光法を確立することで、従来困難であった、『表面(界面)とバルク成分を切り分けた極限的なキャリア挙動の可視化技術の開拓』に取り組みます。

π電子系は有機材料の基本単位であり、ベンゼン環で構成された分子系が主役となってきました。一方、本研究では5員環、7員環といった非ベンゼン骨格に着目します。非ベンゼンπ電子系は、複数の電子的性質が同一の分子骨格に共存する双安定性を持ち、既存の系では実現できない性質発現が期待されます。しかし具体的な実在分子系の提案とその性質解明は、合成の難しさが障壁となって大きな未踏課題です。本研究では、双安定な電子状態を実現する設計指針の確立、統一的な合成モデルの構築を通じ、最終的には次世代機能性材料・反応試剤としての活用に挑みます。

Society 5.0を支える次世代半導体デバイスには高度化や低コスト化に加え，製造プロセスにおける環境調和が強く求められています。半導体製造では化学機械研磨（CMP）が広く用いられていますが，砥粒による結晶損傷や砥粒残留に起因する歩留まり低下，さらに酸化剤や砥粒の大量使用による環境負荷やコスト増大が大きな課題となっています。本研究では，水や有機物など環境負荷のない素材のみを用い，砥粒や酸化剤を一切使用しない新しい表面研磨プロセスの開発に取り組みます。ウエハ製造からデバイス製造まで適用可能な低環境負荷かつ高精度な研磨技術の実用化を通じて，持続可能な半導体製造基盤の構築を目指します。

疾患に関連するタンパク質機能を調べるために、より高い解像度かつ長時間タンパク質のはたらき、運命を観察する蛍光イメージング技術は有用な手法です。特により長く観察するためにはタンパク質の蛍光標識が継続的なレーザー照射に耐えうることが必要となります。本研究では蛍光色素の耐光性を上げるアプローチとは異なり、蛍光色素を高速に入れ替えられるタンパク質ラベル化法を独自に開発することで、生細胞におけるタンパク質の動態を長時間観察し、新たな機能の発見を目指します。

時空間的に超高強度なX線は、特異な物理現象を引き起こし、従来とは異なる物質との相互作用を示します。本研究では、我が国のX線自由電子レーザーSACLAにて開発してきたフェムト秒パルス幅・7ナノメートル集光径の世界最高強度X線レーザーにより拓かれる新たな科学領域の先駆的研究開発を実施します。恒星の内部状態の解明、次世代X線レーザー技術、単分子の構造解析と医療・創薬への寄与、などにつながる新たな科学の扉を開く挑戦に取り組みます。