COLLABORATION WITH MATERIALS SCIENCE FIELDS 材料科学

材料科学 -AI・ビッグデータ解析より新たな知見をもたらし、新材料開発を加速-

AI・ビッグデータ解析技術は、材料科学分野において情報処理技術を活用したマテリアルズ・インフォマティクスにイノベーションをもたらす新技術として期待されています。高品質なマテリアルデータを収集・活用することで、これまでにはない高機能素材の開発や新材料探索の効率化が実現されます。メディアダイナミクス研究室では、従来の材料開発技術（理論科学・実験科学・計算科学）にAI・ビッグデータ解析技術を組み合わせることで、材料科学分野に新しい知見をもたらし、生産性向上と新材料の創出に向けた研究に取り組んでいます。

材料の劣化領域推定

タイヤに用いられるゴムは、ポリマー、補強剤、架橋剤や添加剤などを組み合わせて作成される複合体であり、各材料の配合量や構造などの様々な要因により性能が決定されます。そのため、ゴムの内部構造は非常に複雑であり、人手による解析に多大な時間を要すること、解析精度に限界があることが課題となっていました。
メディアダイナミクス研究室では、ゴム内部の構造変化を検知する異常検知AI技術を構築しました。使用前（新品時）のタイヤ画像が持つ特徴を学習することで、使用後（摩耗・経年後）のタイヤに生じた変化を検知することが可能となります。本技術の応用によって性能が低下しにくいゴムの構造が明らかになり、性能持続技術の発展に貢献しています。本技術は特許の取得に至っており、Nature Indexで紹介されるなど国際的な注目を集めています。

バイオミメティクス画像検索基盤

生物の優れた機能を活用し，さまざまな工業製品の開発に利用する技術は「バイオミメティクス（生物模倣技術）」と呼ばれ，医療やスポーツなど様々な産業で利用され始めています．
メディアダイナミクス研究室では，生物に共通する優れた機能の発見を支援する検索エンジン「バイオミメティクス画像検索基盤」の研究に取り組んでいます．この検索基盤では，類似する微細構造を有する電子顕微鏡画像を容易に見つけることが可能です．バイオミメティクス画像検索基盤により，新たな工業製品を開発する際の発想を支援することが可能となります．

配合-画像-物性の関係性分析

ゴム材料の原料となる配合データ，合成された材料の構造を観察するために撮像した電子顕微鏡画像，およびその材料から計測される物性との関係性を解明することは，効率的な材料開発を実現するための重要な技術となります．
メディアダイナミクス研究室では，配合データに対応する電子顕微鏡画像を生成することが可能な画像生成AIを構築しました．本技術では，配合データと配合データに対応する電子顕微鏡画像の関係を画像生成モデルに学習させることで，実際の電子顕微鏡画像に類似した疑似画像の生成に成功しました．本技術の実現により，材料開発スピードの飛躍的な高速化が期待されています．

社会実装へ向けた取り組み

東京モーターショーへの出展

メディアダイナミクス研究室が住友ゴム工業株式会社との共同研究により開発したゴム材料の劣化領域推定AIは，フラグシップタイヤの開発に貢献し，東京モーターショー2019における社長プレゼン等で紹介されました．

国立科学博物館への出展

バイオミメティクスの研究における異分野連携の成果を広く一般に公開するため，国立科学博物館での展示を実施しました．

これまでの連携先機関

  • 住友ゴム工業株式会社
  • 株式会社豊田中央研究所
  • 株式会社日立製作所
  • NECソリューションイノベータ株式会社

メディア掲載等

  • “タイヤ構造　見える化,” 日刊工業新聞. (2021/07/30) 【リンク】
  • “ネイチャーインデックスに掲載 住友ゴムのAI技術研究成果,” ゴムタイムス. (2021/07/19) 【リンク】
  • “AI技術の共同研究成果 Nature Indexに掲載,” ゴム化学新聞. (2021/07/15)
  • 道新プラス 道新受験情報 2022高校入試 合格データ特集 「AIってなんだろう? vol. 7」. (2021/07/15) 【リンク】
  • Artificial intelligence gets to grip with tyres, Nature Index. (2021/07/01) 【リンク】
  • “住友ゴムと北大、AI技術の共同研究成果が研究成果のデータベース「Nature Index」の材料科学特集として掲載,” 日本経済新聞. (2021/07/01)【リンク】
  • “北海道大学 長谷山美紀教授と住友ゴム工業株式会社との共同研究成果を「Nature Index」に掲載,” 北海道大学プレスリリース. (2021/07/01)【リンク】
  • 住友ゴムと北海道大学とのAI技術の共同研究成果を「Nature Index」に掲載, 住友ゴム工業株式会社プレスリリース. (2021/07/01) 【リンク】
  • TyreLeap AI Analysis Technology: An Overview, TYRE TRENDS, pp. 34-35, 2020. (2020/6/1)
  • 「タイヤの性能持続技術開発を加速させるAI 技術を確立」, 北海道大学プレスリリース. (2019/12/11)【リンク】
  • 第46 回東京モーターショー2019 にて研究成果の紹介. (2019/10/23-2019/11/4)【リンク】
  • 「タイヤ開発、AIで加速」, 日経産業新聞, p. 8. (2019/11/05)
  • 「タイヤの性能持続技術開発を加速させるAI 技術「TyreLeap AI Analysis」を確立」, 住友ゴム工業株式会社プレスリリース. 【リンク】(2019/10/18)
  • 栗原聡, 長谷山美紀, “人と共生するAI革命活用事例から見る生活・産業・社会の未来展望,” pp. 21-19. (2019/06/10)
  • イネの撥水性やヤモリの接着力, 産経新聞, p. 16. (2018/04/07)
  • 長谷山美紀, “バイオミメティクス画像検索:情報科学が繋ぐ博物学とナノテクノロジー,持続可能社会を拓くバイオミメティクス–生物学と工学が築く材料科学,” pp.38-45. (2018/03/26)
  • 長谷山美紀, “農業ビッグデータ解析基盤の構築-発想支援型検索による害虫同定支援の試み-,” 情報処理, vol.58, no.9, pp.798-801. (2017/08/15)
  • 長谷山美紀, “ビッグデータからの価値創出を実現する発想支援型検索〜バイオミメティクス画像検索基盤への応用〜,” 2016 年電気化学会北海道支部・東海支部合同シンポジウム 「インテリジェント電気化学の新潮流」, pp.11. (2016/11/23)
  • ビッグデータ時代の発想支援型画像検索〜 生物の微細構造が有する機能の発見法〜, 日本比較生理生化学学会東京大会, 2016. (2016/09/04)
  • 長谷山美紀, “発想支援型検索と異分野連携がもたらす可能性,” 化学経済, vol.63, no.11, pp.42-46. (2016/09/01)
  • 気づきを生み出す発想支援型検索－ビッグデータからの価値創出－, ITproEXPO 2016. (2016/06/30)
  • 溝口理一郎, 長谷山美紀, “バイオミメティクスデータベースとその革新的検索技法,生物の形や能力を利用する学問,” バイオミメティクス, pp.124-132. (2016/03/29)
  • 生物顕微鏡画像から新発明！？,トコトンやさしいバイオミメティクスの本（日刊工業新聞社）, pp.136-137. (2016/03/25)
  • 異分野連携で大きな成果, 北海道新聞日曜版, p. 2. (2015/12/13)
  • 虫同定支援サービス, NECSI CSRレポート, p.3. (2015/12/09)
  • 情報科学が繋ぐ生物とものづくり－工学的発想を支援するバイオミメティクス・画像検索－,島津新素材セミナー2015, pp.4-1～4-15. (2015/11/20)
  • 「ものづくりの発想支援」～バイオミメティクス・画像検索システムの使い方～, HoPE10月例会. (2015/10/14)
  • NECソリューションイノベータなど開発へこの害虫なんて虫？スマホで撮影→検索→特定, 日本農業新聞, p. 14 (2015/08/05)
  • 生物学と情報学の連携－工学的気づきを生み出すバイオミメティクス・画像検索－, 新学術「生物規範工学」ニュースレター, vol.4, no.1, pp.19-20. (2015/07/16)
  • 長谷山美紀, “バイオミメティクス・画像検索システムの実現と活用,” 工業材料, vol.63, no.8, pp.29-33. (2015/07/15)
  • 長谷山美紀, “【特別セッション】情報科学が繋ぐ生物とものづくり－バイオミメティクス･画像検索システムの理論と実現－,” 第64回高分子学会年次大会, vol.64, no.1. (2015/05/29)
  • 長谷山美紀, “ものづくりの発想を支援する－バイオミメティクス・画像検索基盤－,” 現代化学, no.529, pp.31-34. (2015/04/01)
  • 技術100選人口知能教育を補助, 日経産業新聞, p. 3. (2015/01/30)
  • 長谷山美紀, “バイオミメティクス・画像検索システム－生物の微細構造から材料開発の発想を支援する－,” OHM, vol.102, no.1, pp.26-27, (2015/01/12)
  • 長谷山美紀, 野村周平, “第9章第5節バイオミメティクスのデータベース化,生物模倣技術と新材料・新製品への応用,” vol. 第9章第5節, pp.683-691. (2014/07/31)
  • 生物から学ぶモノづくり環境省,実用化へ基準, 日刊工業新聞, p. 1. (2014/07/31)
  • ビッグデータ時代の発想支援型検索とバイオミメティクス画像データ, 文部科学省科学研究費新学術領域｢生物多様性を規範とする革新的材料技術｣ニュースレター, vol.3, no.1, pp.24-25. (2014/07/28)
  • 新製品ヒント生物の体に, 日本経済新聞朝刊, p. 14. (2014/07/15)
  • バイオミメティクス生物模倣が拓く未来, BSフジガリレオX（2012年6月10日9時半から放映）. (2012/06/10)