自然構造デザイン研究分野

持続的な社会にするために、自然を理解すること、人間が自然と共に生きるシステムを構築すること、それが私たちの研究分野の目標です。地殻は、地熱エネルギーや、メタンハイドレードなどの地下資源のエネルギー供給の場であり、また、排出されたCO₂や放射性廃棄物の処分の場として、エネルギーシステムの重要な役目を担います。一方、地下岩石構造は複雑であり、地殻の工学的利用には自然界における流体流動と調和した設計が必要です。本研究分野では、自然の「構造」と「流れ」を理解しながら、環境調和型の持続的なエネルギーシステムの設計を目指します。さらには、新しい科学技術を社会の中でどのように活かしていくべきか、環境調和型の社会とはそもそもどのような社会なのか、みんなの意見の流れにも着目して研究を行っています。

トポロジカルデータ解析に基づく岩石構造の定量評価と構造制御型流動実験

岩石などの複雑な構造をどのように捉えるのかに着目し、流れに関わってくる重要な構造情報を、位相幾何学（トポロジー）と呼ばれる数学によって定量的に抽出することを試みています。また、3Dプリンタや微細加工技術を用いて構造を制御した精度の良い構造モデルを作製することで、流動実験と数値シミュレーションと両方の側面からの現象を理解し、「構造」と「流れ」の新しい関係の解明を目指しています。さらに、超臨界流体を用いた新しい貯留層開発に関する数値シミュレーション開発を行い、形成されるき裂の構造のメカニズムの解明を行なっています。

パーシステントホモロジーによる構造の定量化
き裂ネットワークのデザイン
直接流動シミュレーション
3Dプリンタ製き裂ネットワークを用いた流動実験

持続的な地殻エネルギーシステムの設計

地熱発電は、発電に利用した水を再び地下に戻し、地下の熱で温める循環サイクルをつくることによって、持続的なエネルギーシステムとすることができます。本研究では、流動評価を行うトレーサー試験結果を用いた地下構造推定や、ナノ・マイクロ粒子を用いた新しいトレーサー試験の提案、持続的な水の循環サイクルをつくるための最適デザインに関する手法を開発しています。解析解を活用した簡易なモデル化や、不確実性の定量評価、機械学習を活用した貯留層モデリングなどを取り入れています。

地殻エネルギーシステムにおけるトレーサー試験
不確実性の定量評価
岩石構造内の粒子トレーサー流動実験

対話とデータ可視化による資源利活用プロセス最適化

災害や気候変動リスクなどの脅威にも備えたレジリエントな社会を目指すためには、それぞれの地域で地域資源を最大限に活かし、資源利活用を最適化していく必要があります。本研究分野では、資源利活用プロセスの共創へ向けて、温泉地域における新たなライフスタイルの提唱や、人々の意識/行動変容を促すためのきっかけを与えるような「場」を考えています。また、意見の可視化手法の開発を行い、アンケート調査・ソーシャルメディア解析によって、社会受容性を見える化し、地域内外のインタラクションを促進する技術開発を行っています。