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京大工学を掘り起こす 真理と独创の追究で人と社会を変えていく[前编]京大工学を掘り起こす 真理と独创の追究で人と社会を変えていく[前编]

 工学部6学科、工学研究科17専攻と、京都大学随一の规模を持つ工学。その大きさ、カバーする领域の幅広さを理解したうえでその伝统や独自性に迫りたいと、研究科长をはじめ様々な専门分野で活跃する研究者の声を集めた。前编では、京大工学の研究教育理念とその特徴について见ていくことにしよう。

応用をやるには、基础をやれ

 京都大学工学部は、1897(明治30)年の京都帝国大学创设时に始まる长い歴史を持っている。同年9月、分科大学として理工科大学が开校し、翌年には数学、物理学、纯正化学、土木工学、机械工学、电気工学、採鉱冶金学、製造化学の8学科が揃った。16年后の1914(大正3)年に理科大学、工科大学に分离されたが、「理学研究者と工学研究者が一つの建屋に同居していた。现象の真理を追究する理学と世の中に役立つものを创造する工学、それぞれの思考がディスカッションを通して融合し、京都大学の工学研究に一つの特色を与えたのではないか」と工学部长?工学研究科长の大嶋正裕教授は话す。

 「1981年にノーベル化学賞を受賞された福井謙一先生が若かりし頃、師の喜多源逸先生から『応用をやるには、基础をやれ』と教えられた、その言葉に京大の工学に流れる研究理念が表れています。単なるものづくりをするだけではなく、その根本から何とかできないかと考える。だからこそ、世の中になかった新たな物質や、誰も考えなかった独創的な技術が生み出せるという思想が、代々継承されてきました」

 京都大学工学部は、故?福井谦一名誉教授以降も2001年の野依良治博士、2019年の吉野彰名誉博士とノーベル赏受赏者をはじめ、世界から认められる业绩をあげる多数の研究者を世に送り出している。このことは、基础原理の追究を大切にする伝统や学风が、长い间にわたって确かに受け継がれてきた証明でもあるだろう。

 さらに、大嶋研究科长は「変わった人が多いのも伝统かもしれません」と话す。「外部の人からはよく『人と违った発想をする人が多い』と言われます。それを闻いて、京大工学の人は笑う。それは変人でありたいと思っているからです。人と违ったものがやりたいし、人に迎合しない。僕もそうだけど、『変わってるね』は誉め言叶だと思っている。変人と言われることを良しとする文化を、伝统の中で作ってもらっているんです」

京都大学工学の伝统について语る大嶋正裕研究科长イメージ

京都大学工学の伝统について语る大嶋正裕研究科长

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 フォトニック结晶の研究で、ノーベル物理学赏の候补とも言われている电子工学専攻?野田进教授は、この分野の芽が出るか出ないかという时期に研究を始めた世界の一握りの研究者のうちの一人。制御できないものと考えられていた光を精密に制御できる技术を生み出すことに成功して以来、先头を走り続け、いまや世界を圧倒的にリードしている。研究を始めた顷、周囲から「こんなものできるはずないだろう」と言われることはあってもやめろと言う人はおらず、温かく见守る雰囲気があったという。

 「『そんな珍奇なことをしてどうするのか』と世间からは言われることもありましたが、あまり気にしなかったですね。まだ30代の怖いもの知らずで、とにかく、これがやってみたいという一念でした。当时は、まだ、社会の役に立とう、とかも思っていなかったですね。时间はかかっても基础から始め、そのかわり、20年后には社会に役立つようにするというのが、京都大学の工学がとるべきスタンスの一つと思っています」

フォトニック结晶の分野で世界を牵引する野田进教授イメージ

フォトニック结晶の分野で世界を牵引する野田进教授

野田进教授の研究
一大ブレークスルーを起こした「フォトニック结晶」

 野田教授はフォトニック结晶研究の第一人者で、フォトニック结晶工学という新たな分野を切り开いた。フォトニック结晶とは、数100ナノメールの周期で、屈折率の异なる物质を并べた人口结晶で、半导体が电子を制御するのと同じように光を自由自在に制御する。
 野田教授は、极最近、二重格子フォトニック结晶という新たなフォトニック结晶构造を独自に生み出し、高出力?高ビーム品质动作可能なフォトニック结晶レーザーの开発に成功した。このレーザーは、例えば、レーザー光を照射して返ってくるまでの时间を测定する尝颈顿础搁(ライダー)と呼ばれるセンシング技术への応用が期待されている。従来の半导体レーザーなどに比べて、非常に远い距离まで広がりのないきれいなビームを届けられるため、レンズを使った调整も不要で、小型化や低コスト化が可能。ロボットの自动走行や车の自动运転などに必要な障害物検知に十分対応できる、高いレベルの尝颈顿础搁が実现できる。极最近、ユーザー公司と连携し、フォトニック结晶レーザーを搭载した尝颈顿础搁の実现に世界で初めて成功した。また、フォトニック结晶レーザーは、その高出力?高ビーム品质性を活かし、様々な物体の加工にも応用可能であり、次世代のスマートモノづくりの键ともなりうると期待される。
 野田教授は、「フォトニック结晶は、センシングやスマート製造分野への応用を始めとして、太阳电池の高効率化、さらには光メモリや光量子情报プラットフォームなど、様々な応用展开が可能」と话す。社会にインパクトを与え続ける研究の真価は、今后ますます高まっていく。

(左)フォトニック结晶レーザーの模式図と特徴。(右)2重格子フォトニック结晶の构造図(狈补迟耻谤别系雑誌の表纸を饰ったもの)。イメージ

(左)フォトニック结晶レーザーの模式図と特徴。(右)2重格子フォトニック结晶の构造図(狈补迟耻谤别系雑誌の表纸を饰ったもの)。

多様性を生かす融合研究

 変わったこと、违うことを求めるフロンティア志向の文化は、研究の多様性を生み出した。「组织が一つの色に染まると価値観が固定されてしまい、変化が生まれにくくなります。京都大学工学の多様性は、新しいものを生み出すために重要な资质だと思います」と语るのは、机械理工学専攻?椹木哲夫教授だ。椹木教授がそれを痛感したのは、2003年の21世纪颁翱贰プログラムに採択され机械系3専攻を中心に取り组んだ「动的机能机械システムの数理モデルと设计论」に携わったとき。复雑な机械现象?システムを「复雑さ」を切り口に解明する新たな横断型研究分野の体系化をめざすプログラムだった。

 このプログラムの初代代表者を务めた土屋和雄名誉教授のねらいは、多様な研究を贯く共通の基轴やキーワードを设定して自由阔达に议论を重ね、多岐にわたる机械工学の知见を共有することにあった。ともに取り组みを进め后半からは引き継いで代表者となった椹木教授は、机械系3専攻で一般的な机械工学のイメージからはかけ离れた多様な研究が行われていることに惊いたという。

 「隣の研究室で何をやっているのか知らないような状况では、せっかくの多様性は生かされません。他の部局も加えて连携し共同研究をすすめて研究を活性化しようという目论见は、思いのほかうまくいきました。知识を伝えきるというのではなく、身を置いてみることで开けてくる个々の认识や见方を重视するのが京大式。フィールド研究の伝统や京都学派などにも通じることだと思いますが、どんな环境に放り込ませるかというところに、京大らしい教育の本质があると思います」

椹木哲夫教授は、京都大学工学の魅力の一つに多様性があると语るイメージ

椹木哲夫教授は、京都大学工学の魅力の一つに多様性があると语る

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 また、2003年から学際的プロジェクト研究のための研究施設?桂インテックセンターが稼働し、専攻や研究科の枠組みを越えた研究組織として高等研究院?研究部門と研究プロジェクトがスタートした。2007年からは、高い研究力を持った博士研究者の育成をめざして博士前後期課程の一貫教育を行う「博士課程前後期連携教育プログラム」を新設すると同時に、既存専攻を横断して学ぶことができる融合工学コースを設け、その運営母体として専攻から独立した組織である高等教育院を創設した。同年にはまた、医学、工学、理学の各研究科と再生医科学研究所などの連携による「京都大学 物質―細胞統合システム拠点(iCeMS)」が世界トップレベル研究拠点プログラム(WPI)に採択された。工学研究科から化学系研究者が多数参加したこのプログラムは、物質科学と細胞科学を統合した新たな科学分野を開拓し技術イノベーションをもたらす成果を上げ、2016年に新設された京都大学高等研究院の研究拠点として再編成されて以降も化学系専攻と密接に連携している。

桂インテックセンターイメージ

桂インテックセンター

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 21世纪初头からのこうした学际ムーブメントと自由な学风の伝统とが相乗して、现在の工学研究科には学际领域や境界领域の研究に积极的に取り组む姿势が根付いている。认知や记忆など高次の脳机能を分子レベルに落とし込んで解析?制御するニューロ分子技术という、生物と化学の境界领域で研究を行う濵地格教授は、所属する合成?生物化学専攻の学际色の强さを指摘する。

 「京都大学では『いい研究なら何をやってもいい』んです。とくにうちの専攻は、分子的?化学的なものの见方をする人から生物的な现象论を中心としたアプローチをする人まで、本当にいろいろな研究者がいます。多様な见方をする人たちが集まってディスカッションをすることで共同研究に発展しやすく、学生も行き来し合う。そんな垣根の低さが面白い研究につながっていると実感します」

濵地格教授は、研究者や学生が交流する环境が学际的な共同研究を生む土壌になっていると考えるイメージ

濵地格教授は、研究者や学生が交流する环境が学际的な共同研究を生む土壌になっていると考える

濵地格教授の研究
脳内の分子地図を描く「ニューロ分子技术」

 濵地教授らが研究するニューロ分子技术は、脳の复雑な机能を分子レベルにまで落とし込み、解析や制御を可能にすることをめざす技术だ。脳には千数百亿个もの神経细胞(ニューロン)があり、グルタミン酸、骋础叠础、ドーパミンなど様々な作用を持った神経伝达物质を分子として受け渡しすることで神経ネットワークを作っている。受け渡しに大切な役目を果たすのが、神経细胞に存在して神経伝达物质を受け取る受容体と呼ばれるタンパク质である。神経伝达物质ごとに受け取る受容体が异なり、それがなけれぱいくら神経伝达物质が来ても受けとれず、正常な神経活动を维持することができない。
 濵地教授らのグループは、グルタミン酸を受け取るグルタミン酸受容体の分布を调べるため、グルタミン酸受容体にだけ化学反応して蛍光が出るようにする技术を开発。さらに、マウスを使った実験で生きている脳の中でそれらがどのように存在するのかを探り、海马と小脳のシナプスと呼ばれる接合部位にたくさん集まっていることを立体的に可视化/イメージングした。グルタミン酸は神経细胞を兴奋させる働きをし、思考や记忆に大切な役割を果たしている。认知症やパーキンソン病などの症状が神経细胞のどのような変化によるものなのか、この技术で分子レベルから解明できるようになるという。
 脳内のいろいろな种类の分子の数や存在场所をマップにし、相互作用についても明らかにするのが濵地教授の目标だ。それにより、たとえば「考える」とはどんな分子のどんな働きやネットワークによるものなのかがわかれば、精神疾患の原因、治疗にもつながる。脳の全体像を描き出すニューロ分子技术は、基础と応用、両分野の幅広い展开の可能性を秘めた最先端の基盘技术として期待されている。

生きたマウス脳内でのグルタミン酸受容体の化学的ラベル化による可视化?イメージングする実験。脳内の特定领域だけが明るく光っていて、受容体の脳内分布がマイクロメートル以下の分解能で、立体(3次元)的にわかる。イメージ

生きたマウス脳内でのグルタミン酸受容体の化学的ラベル化による可视化?イメージングする実験。脳内の特定领域だけが明るく光っていて、受容体の脳内分布がマイクロメートル以下の分解能で、立体(3次元)的にわかる。

グローバルに活跃できる人材の育成

 领域横断型の教育研究は、2010年代に入るとさらに幅を広げていく。2011年から始まった専门分野の枠を越えた博士前后期课程の一贯教育プログラム「博士课程教育リーディングプログラム」に京都大学から5つの事业が採択され、研究者以外の様々な分野でもグローバルにリーダーシップを発挥できる人材の育成に力を入れることになった。工学研究科では「グローバル生存学大学院连携プログラム」「デザイン学大学院连携プログラム」「充実した健康长寿社会を筑く総合医疗开発リーダー育成プログラム」に参画し、新たな学际分野のカリキュラム化が进んだ。

 また、2019年には国内外の大学や研究机関、公司と连携しながら人材育成を行い共同研究を展开していく拠点形成プログラム「卓越大学院プログラム」として、「先端光?电子デバイス创成学」が採択された。独自の学术的概念やキーテクノロジーを持ち强みを発挥している光?电子デバイス分野を中心に、基础物理?理论からシステム?情报の制御?応用までを贯く融合?垂直统合型の教育を推进しており、この取り组みを通して公司、先端研究机関、海外トップ大学との连携がさらに深化?拡大していくことが期待されている。

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 国际化においても、ユニークな取り组みが进んだ。2011年には工学部地球工学科に、すべての讲义を英语のみで行い、留学生と日本人学生が机を并べて学ぶ国际コースを设置。同时に工学研究科社会基盘工学専攻と都市社会工学専攻にも、留学生を対象に英语のみで修了できるコースをつくった。また、东日本大震灾直后には、地球系3専攻を中心に他部局とも连携して、自然灾害が多発する础厂贰础狈诸国の大学と提携した减灾?復旧?復兴リーダー育成教育コンソーシアム形成に取り组み、后に、础厂贰础狈连携大学との共同で双方向国际教育プログラムの整备に発展している。化学系6専攻では、アメリカ?マサチューセッツ工科大学をはじめ海外大学から着名な教员を招いて讲义やセミナー、研究指导を行うほか、これらの大学での研究インターンシップや国际学生ワークショップなどを通じてリーダー的人材を育てるスーパーグローバルコースを设置している。

 他分野との融合、ボーダレスなアクションで新たな分野を生み出しながら、研究教育ともに発展していく京都大学工学の姿が见えてきた。続く后编では、社会との结びつきにスポットを当てる。

减灾?復旧?復兴リーダー育成教育コンソーシアムで开催した、タイでのフィールドトリップ。イメージ

减灾?復旧?復兴リーダー育成教育コンソーシアムで开催した、タイでのフィールドトリップ。

アメリカ?マサチューセッツ工科大学のジョージ?ステファノポーラス教授の集中讲义。イメージ

アメリカ?マサチューセッツ工科大学のジョージ?ステファノポーラス教授の集中讲义。

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京大工学の発掘ポイントPOINT of DISCOVERY
  1. 多数のノーベル赏受赏者を生み出した独创の顿狈础
  2. 多様性が生んだ豊富な学际研究と教育プログラム
  3. 他部局とも连携した取り组みで新たな研究分野を创造
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