食品残渣や下水汚泥などの廃棄物は世界的に増え続け、処理には多くのエネルギーと費用がかかり、温室効果ガスの発生も問題です。従来の微生物処理は時間がかかり、分解しにくい物質や汚泥も残ります。廃棄物をただ処理するのではなく、エネルギーや素材に変える技術が今必要です。

これまで十分に活用されてこなかった微生物の働きを引き出し、廃棄物をエネルギーや有用な物質に変える新しい技術を開発します。
電気や導電性材料を使って微生物間の電子のやり取りを助け、光を使って微生物の代謝を活性化し、メタン生成を速めます。さらに、パルス放電によって分解しにくい物質を壊し、処理の限界を突破します。
加えて、ウイルスを利用して不要な微生物を選択的に抑え、微生物群集を望ましい状態に近づけます。さらに、微生物のゲノム情報を活用することで、バイオプラスチックなどの有用物質をつくることも目指します。
この研究により、廃棄物を単に処理するのではなく、エネルギーや素材を生み出す資源として活用する、新しい環境技術の創出を目指します。

光刺激による代謝活性化光応答性タンパク質などを利用し、微生物内のエネルギー代謝や電子移動を刺激することで、メタン生成反応の促進を目指す。
導電性材料による電子伝達促進導電性材料を介して、微生物間の電子伝達を円滑にし、共生的な有機物分解とメタン生成を高効率化する。
パルス放電による難分解物質の前処理短時間の高電圧放電により、難分解性有機物の構造を部分的に破壊し、微生物が分解しやすい状態へ変換する。
ウイルスによる微生物群集制御特定の細菌に感染するファージを利用し、不要な微生物を選択的に抑制することで、反応に適した微生物群集へ誘導する。
ゲノム情報に基づく機能探索微生物のゲノム情報から有用代謝経路や物質生産能を解析し、バイオプラスチック原料などの生産に応用する。

5年後のマイルストーン：
① 嫌気性代謝に関わる微生物の電子伝達機構の原理解明
② 光・ウイルス・電気刺激による新規な微生物制御技術の確立
③ 分解・合成の両立系としての再定義

10年後の未来像：
④ 各制御技術の反応メカニズムを細胞〜群集レベルで解明

日本では高齢化が顕著に進行し、関節疾患や骨障害による要介護者が増加しています。

これに伴い、人工関節や骨補填材などの医療デバイスの需要は拡大していますが、その材料と生体の“なじみ”を左右する“界面”には未解明な点が多く、その結果として、骨融合不全などに伴う高い再手術率が問題となっています。

材料と生体が接する“界面”に着目し、原子・分子から細胞・組織の各階層で接合している“界面”について研究初期から融合し、マテリアル－ライフ界面融合科学基盤を構築します。
従来、個別に研究されてきた材料科学・機械工学・生物科学を横断的に融合し、材料と生体の“界面”の本質的な理解・制御にアプローチし、自然に“なじむ”次世代機能性バイオマテリアルの実現を目指します。

「つくる」「つなぐ」「みる」の3領域を研究初期から連携・融合させ、材料と生体が“なじむ”仕組みを多階層的に理解・制御します。

「つくる」　生体材料合成科学アプローチ　
「つなぐ」　材料－生体接合科学アプローチ
「みる」　　分子・細胞計測科学アプローチ

さらに、AI画像解析技術を活用し「まとめる」ことで、“なじむ界面”を予測する指標を構築し、医療デバイス材料開発の高度化を目指します。

5年後のマイルストーン：
超高耐性な生体材料や超早期診断材料の基盤を確立し、高機能バイオマテリアルの実用化や社会実装を支える臨床前評価のための拠点を形成します。

10年後の未来像：
生体になじんだ後、個別の健康状態に応じて変化・修復する「超スマート埋入材料」を創製し、「生命応答型マテリアル科学」の創成を目指します。

ごみを「燃やす・埋める」社会から、「資源に戻す」社会へ

私たちの社会は、プラスチックや合成繊維など多くの人工物に支えられています。一方で、それらは自然界で分解されにくく、環境中に長く残り続けます。
これから必要なのは、微生物や酵素の力を活かして、人工物や未利用バイオマスを分解し、再び利用可能な資源へと変える新しい技術です。
私たちは、人工物までも自然の循環（生命圏）に組み込む新しい考え方を拡張された生命圏（Extended Biosphere）と呼んでいます。

AIで微生物・酵素を設計し、ごみを資源に変える

これまで微生物や酵素の改良には、多くの時間と試行錯誤が必要でした。
本プロジェクトでは、AI技術と多様な生物データを組み合わせ、プラスチックや未利用資源を分解する酵素・微生物を目的に応じて設計します。
この「超速分子進化技術」により、ごみを資源へと変える新しい生物システムの構築を目指します。

超速分子進化技術：AIで酵素や微生物の機能を予測・設計することで、自然界では長い時間がかかる機能獲得（進化）を短期間で実現しようとする技術です。

廃棄物処理を「資源製造拠点」へ

5年後のマイルストーン：
難分解性プラスチックや未利用バイオマスを分解し、発酵により有用物質へ変換する一連の流れを実証します。「分解する」だけでなく、新しい資源としてつくり直す技術へと発展させます。

10年後の未来像：
「完全循環型バイオ変換学」という新しい研究分野を世界に先駆けて確立します。将来的には、廃棄物処理施設や下水処理場をごみを処理する場所からバイオプラスチックや有用化学品を生み出す資源製造拠点へ変えることを目指します。

ごみを終わりではなく、次の資源の始まりにする
生命科学・AI・工学を融合し、ゼロウェイスト社会に向けた新しい循環技術を創出します。

人口減少と超高齢化により、医療費は膨張し、医師不足や地域格差が深刻化しています。病気になってから病院で高コストな治療を行う「事後対応型（リアクティブ）」のシステムは崩壊の危機にあります。距離や移動能力に縛られず、日常の中で健康を維持できる新しい社会インフラが急務です。

医療機関での「点」の検査から、日常空間での「線」のモニタリングへ。見えない光（赤外・テラヘルツ光）による非接触バイタルセンシングと、脳波や生体情報から「動く意図」を読み取る外骨格型ロボットを統合。病気の兆候（未病）を超早期に発見し、日常生活の中で自然に予防・介入する技術を確立します。

1. 土居サブユニット：時間的に稠密な長期縦断ライフログデータという世界的にも数少ないデータリソースの構築、因果解析による健康状態遷移の精緻なモデル化、未病リスク超早期予測と介入支援ポイントの特定実現

2.坂本サブユニット：赤外・THz偏光とナノ構造物質・生体組織との相互作用の学理解明（偏光ダイナミクスの学理探求）、偏光素子の薄型化・光源小型化・鮮明画像取得と、不可視生体情報の非接触バイタルセンシング技術の創出

3.南部・横倉サブユニット：自立・介護支援に対応した安全・高性能な小型外骨格デバイスを開発、生体信号解析・心理実験に基づき操作性・ユーザビリティの原理解明を通し、生体情報と融合した外骨格技術を創出

5年後のマイルストーン：
・ライフログデータ基盤の構築・運用と因果性解析
・赤外・THz偏光制御技術の確立/生体組織との相互作用解明と生体計測応用
・ユーザの身体特性や意図に適応した外骨格デバイスの実現

10年後の未来像：
センサー・アクチュエータ技術の開発、生活空間でのデータ基盤を活用した実証評価をワンストップで実施可能な、健康インフラ研究開発の国際拠点形成

熱を逃がす技術（放熱）から熱を「貯め」、「伝え」、「操り」賢く制御する技術（熱マネジメント）へ

貯める：高性能全固体蓄熱材料

結晶構造相転移を利用した全固体蓄熱材料を開発

蓄熱により電子機器の温度上昇を抑制⇒性能向上

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伝える: ガラス中への金属経路の作製技術

ガラス中に金属経路を析出させ放熱経路を作製

ガラス中に金属経路を作り自在に放熱経路を形成

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操る: 磁性流体を用いたポンプレス熱輸送技術

温度差と磁場を与えると磁性流体が対流、熱輸送

磁性流体の対流を用いポンプレスで熱輸送

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3つの技術を統合した熱マネジメント素子の例

「貯める」「伝える」「操る」を統合する研究拠点を形成⇒様々な熱源に合わせて熱を賢く制御する技術を確立

バッテリー

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データセンター

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ポータブル電子機器