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“探索・学習・予測”のシナジーを実践する
次世代マテリアル設計

谷池研究室 TANIIKE Laboratory
准教授:谷池 俊明(Taniike Toshiaki)

E-mail:taniikejaist.ac.jp
[研究分野]
ハイスループット材料実験、マテリアルズインフォマティクス、実験と計算化学の相互利用
[キーワード]
不均一系触媒、ポリマーナノコンポジット、グラフェン、逆浸透膜、第一原理計算、プログラミング

研究を始めるのに必要な知識・能力

 物理化学、量子化学、触媒化学、高分子科学、ロボット工学のいずれか。新しい分野に創意工夫を持って挑戦する志を持つこと。

この研究で身につく能力

① 問題解決能力、方法論の起案能力: 研究開発では、仮説を実験によって検証する「仮説検証」が最もベーシックなやり方です。仮説の立て方や検証の仕方は、個々の研究者に委ねられていますが、実はここが研究の速度と良し悪しを決める最も重要なポイントです。当研究室では、どのテーマでも、速度や精度という点でやり方を詰めた後に研究を開始します。これによって、方法論の起案という他には中々ない能力が身につきます。
② 科学資料作成やディスカッションに関する能力: 分野や国籍の異なる研究者との報告会を通じて、研究結果を科学資料へと昇華する能力、プレゼン能力、ディスカッション能力、新しい物事に動じない知的たくましさを鍛えます。

【就職先企業・職種】 化学企業全般

研究内容


(上)ハイスループット実験
(下)コンピュータを利用した材料設計

 循環型社会への転換が急務とされる今、材料科学は3つの課題に直面しています。

  1. 先進国での少子化に伴ってマンパワーが減少する一方、世界的なグローバル化によって国際競争の激化や情報の普及が進み、萌芽研究自体の優位性が失われつつあります。
  2. 世界的な景気の悪化と益々逼迫する環境、エネルギー問題の前に、研究者に与えられる資金と猶予は減少の一途を辿っています。
  3. ナノテクノロジーに代表されるように、材料設計のレベルは年々高度化かつ複雑化しており、限られた期間で完全に新規な材料を発見する余地は徐々に少なくなっています。

 私達、谷池研究室のミッションは、高度に自動化された並列実験や予測を可能にする高精度量子化学計算などを相乗的に組み合わせた新しい材料設計アプローチを確立し、このような厳しい状況の中で、優れた材料を次々に世に発信することです。また、新しい材料設計アプローチを身に付けた次世代の材料科学研究者を育成します。

1.“探索” -ハイスループット実験

 材料設計の高度化と複雑化、少子化と研究期間の短縮が進むなか、これまでの多くの大発見が膨大な量の実験の中の予期せぬ発見「セレンデピュティ」から生まれてきたことも事実です。私達は、これまで研究者が昼夜を問わず一つ一つ行ってきた合成や分析を自動並列化したハイスループット実験を行い、膨大な量の候補材料を探索します。ここでは、マンパワーがマシンパワーに、ガラス器具を用いた実験の設計がマシンの設計になるわけです。マシンが一度に数十の実験を肩代わりする傍ら、私達の仕事は、自身の勉学や明日の研究を発展させるために頭を使うことです。

2.“学習” -多変量解析

 ハイスループット実験は、数十から百に及ぶ結果を一度にもたらしますが、得られた大量のデータの分析は容易ではありません。私達は、多変量解析によってデータを統計的に処理し、全ての実験データから余すことなく学習し、より良い材料や反応条件の推定を行うだけでなく、材料の構造と性能の間の複雑な相関関係(QSPR)を解明します。

3.“予測” -量子化学計算

 計算機と計算科学が日進月歩の発展を見せる中、材料科学における計算科学の重要性は急速に増しています。計算科学の究極的な目標は、実験の数を最小限にするスクリーニングや未知の高性能材料の予測です。私達は、実験と計算化学を相互支援的に組み合わせることで、数多くの実験結果を再現するユニバーサルなモデルを提案し、これによって、第一原理からの未知材料の予測に挑んでいます。
 私たちの研究グループのアドバンテージは、最新鋭の方法論によって時代のニーズを捉えた材料分野に切り込むことができることです。実際、扱う材料は触媒、高分子、コンポジット、分離膜、ナノ材料と多岐に渡っています。今必要とされる材料と、独自の材料設計スキームを武器とする材料研究者という二重のアウトプットをもって社会に貢献します。

主な研究業績

  1. A.T.N. Dao, K. Nakayama, J. Shimokata, T. Taniike, Multilateral characterization of recombinant spider silk in thermal degradation, Polymer Chemistry, 2017, 8, 1049-1060.
  2. L.H. Le, D.X. Trinh, N.B. Trung, T.P.N. Tran, T. Taniike, Fabrication of assembled membrane from malonate-functionalized graphene and evaluation of its permeation performance, Carbon, 2017, 114, 519-525.
  3. N. Aratani, I. Katada, K. Nakayama, M. Terano, T. Taniike, Development of high-throughput chemiluminescence imaging instrument for parallel evaluation of polymer lifetime, Polymer Degradation and Stability, 2015, 121, 340-347.

使用装置

多目的並列反応装置
ハイスループットマイクロ波化学合成装置
化学発光イメージング測定装置
多目的リキッドハンドラー
各種分析装置、スーパーコンピュータ

研究室の指導方針

当研究室では、隔週の実験報告と月イチのコロキウムという成果報告を義務付けていますが、コアタイムは特に設けていません。「報告会や学会に向けて効率的にデータを貯め、空いた時間をその他の活動に使う」というように、創意工夫によって、大学院という短くも多忙な時間を主体的に計画して欲しいと考えているからです。

[研究室HP] URL:http://www.jaist.ac.jp/ms/labs/taniike/

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