先端研究「知」の創造

次世代繊維・ファイバー工学が描く未来。

VOL.1 学問で、産業で、予測を超えた広がりを見せる次世代ファイバー

 平成25年4月、新聞各紙に掲載された化粧品メーカーの新製品の広告をご覧になった方も多いことだろう。「夜、眠っている間に肌に『うるおい』と『ハリ』を導く」とうたう夜間用肌化粧品。信州大学と民間企業との産学連携によって生まれた。「皮膚の奥深く浸透させない」という新発想が特徴だ。
 基礎技術となったのは、繊維学部白井汪芳名誉教授が長年研究してきた人工酵素「鉄フタロシアニン誘導体」の合成技術。これまでにも、アレルゲンを吸着する機能を持つ特殊な繊維「アレルキャッチャーAD」を生み出し、平成22年に産学官連携功労者表彰で文部科学大臣賞を受賞している。
 ここで注目すべきは、「化粧品と繊維学部」という一般には思いもよらない組み合わせでの連携だ。繊維学部の教育・研究分野である繊維・ファイバー工学は、いまや、「繊維」という言葉が持つ旧来のイメージをはるかに超えて、大きな広がりを見せている。今回の化粧品開発は、そのほんの一端だ。
 では、繊維学部が取組む次世代繊維・ファイバー工学とは、いったいどのようなものか?――本号から4号連続で特集する。その第1回は、その全体像と産業や学問の領域での裾野の広がりを俯瞰する。

(文・毛賀澤 明宏)
・・・・・ 信州大学広報誌「信大NOW」第81号(2013.5.31発行)より

 今、新聞広告等で話題の夜用化粧ジェル「ナイトリッチ」は化粧品製造販売の(株)アイフォーレ、素材研究のダイワボウノイ(株)と信州大学の共同研究で生まれた。アイフォーレは、繊維学部で定期的に開催される勉強会に参加。そこで白井汪芳名誉教授が30年間にわたり研究してきた人工酵素「鉄フタロシアニン誘導体」を知り、その「肌に健やかに優しい」機能を化粧品に活かすことを考えたのが出発点だという。

 

技術の発想を変えるファイバー工学フィールドの広がり

ファイバー工学フィールドの広がり
信州発!新しいモノサシ①

 「新しいモノサシ」―次世代繊維・ファイバー工学の教育・研究を特徴づけるためのキーワード。その意味の一つは、技術や産業に関する発想を変えることだ。
 産業革命以来、人間社会は、工業化・機械化の進展とともに、科学技術を発展させてきた。しかし、それは同時に自然環境破壊を生み出し、人間社会に様々な弊害をもたらしてきた。この状況を克服するためには、「持続可能な人・モノ・環境が調和したこころ豊かな社会」を目指す「新しいモノサシ」が必要だ。それを、人類の歩みと共にある繊維の発展の歴史を踏まえて、ナノテク時代の新たな繊維学、つまりファイバー工学を展開することで提示しようとしている。
 繊維(ファイバー)は、細くて長い一次元の材料の形態だ。繊維科学技術は、このファイバーを撚り合わせて糸にし、それを織ったり編んだりして二次元化、三次元化し階層構造・集合構造を作り出す。そしてそれらを組み合わせて、衣服、自動車のシート、光ファイバー、航空機の機体、建造物やドーム、さらに砂漠を緑化するための巨大シートまで、様々な生活必需品や、先端産業関連の製品が産み出されている。
 その「モノサシ」のサイズは、高分子やDNAを扱うナノ=10-10mのサイズから、広大な砂漠を覆う105mのサイズ、いやそれ以上にまでに及ぶ。

裾野の広い産業的つながりを支える多種多様な研究領域を持つことも、次世代繊維・ファイバー工学の特徴だ。

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ナノファイバー/ナノスペース バイオファイバー バイオミメティックス/高次機能繊維 オプトエレクトロニクスファイバー/マテリアル ハイパフォーマンス/ハイブリッドファイバー 繊維生産ロボティックス 繊維感性システム
メディカル、再生医療、太陽電池、大容量キャパシタ、光触媒など クモの糸を吐くカイコ、人工血管、人工皮膚、セルロースナノファイバーなど 人工酵素による消臭・抗菌・抗アレルギー繊維、人工筋肉など 燃料電池、太陽電池、二次電池、人工光合成、有機EL、超伝導繊維など 高強度・高弾性率繊維、有機・無機複合繊維、異形断面繊維など 先端繊維機械技術、柔軟構造体形成ロボット、医療用ロボット、惑星探査ロボットなど 人間の感性を計測・評価する新規システム、快適性評価、風合い評価、繊維製品評価など

研究の常識を変える 理・工・農・医、+αの教育と研究

研究の広がり
信州発!新しいモノサシ②  

「新しいモノサシ」―その2つ目の意味は、学問・研究の常識を変えること。専門領域が細分化され、専門分野ごとの縦割りの体系が形づくられてきたこれまでの学問の常識を超えて、理・工・農・医、+αの幅広い分野を横断的に融合して学び、研究する。〝実学〟としての繊維学ならでは発展方向だ。
 現代社会は複雑化を極めており、社会が抱える問題を解決しようとしても、細分化した学問体系では対応しきれない状況が生み出されている。一つの問題に取組む際にも、視角が異なる様々な分野からアプローチしたり、多様な専門の学問を融合することが求められており、それが問題の真の解決や新たな創造につながるのだ。
 「繊維学部」は、日本では現在、信州大学にしか存在しない。文字通り〝Only One〟だ。かつての繊維全盛の時代から産業構造は大きく様変わりした。それでも信大だけに「繊維学部」が存在し続けているのは、創立以来、最先端科学技術の導入を持続的に図り、旧来の〝繊維工学〟から、新時代の〝ファイバー工学〟への展開を進めてきたからだ。
 平成24年からは、学部の体制を4系9課程に組替え、新たな教育プログラムを作成した。そのもとで基礎科学技術と応用科学技術を充分に修得し、〝ファイバー工学〟を基礎にした幅広い最先端科学技術を学ぶことができるようにした。その広がりは、人間生活や社会の全般に及ぶ。

ジャンルを横断的に融合した新しい学び

4系9課程の体制そのものが、分野を超えた学問の横断的融合をめざす繊維学部の特徴を象徴している。

繊維・感性工学系
●先進繊維工学課程
●感性工学課程

機械・ロボット学系
●機能機械学課程
●バイオエンジニアリング課程

化学・材料系
●応用化学課程
●材料化学工学課程
●機能高分子学課程
応用生物科学系
●生物機能科学課程
●生物資源・環境科学課程

世界の捉え方を変える国際連携で地球規模の視点

国際連携で地球規模の視点
信州発!新しいモノサシ③ 「新しいモノサシ」の3つめの意味は、世界中の最前線と連携して育む地球規模の視点だ。現代 

 世界は、人・モノ・カネ・情報などが国境を超えて一体化するグローバリゼーションの時代を迎えている。社会が抱える問題も地球規模の広さと深さがあり、その解決には一国や一地域だけではなく、グローバルな発想が必要だ。
 繊維学部では、海外約50の大学や研究機関と学術交流協定を締結して、教育・人材育成、研究、産学官連携の3つの分野で連携を強化している。特に、英国のマンチェスター大学、米国のノースカロライナ州立大学、中国の香港理工大学と繊維系4大学間で包括協定を結び、留学の支援や国際共同研究を進めるためのブランチオフィスも互いに設置して、国際化を進めている。
 また24カ国31大学が集う欧州繊維系大学連合(AUTEX)と連携しているほか、仏国のENSAIT(国立繊維工芸工業高等学院)とは、修士課程で双方の学位を取得できるダブルディグリープログラムを進めている。研究では、例えばドレスデン工科大学(ドイツ)のコンポジット研究や、リべレッツ工科大学(チェコ)のナノファイバー研究など、大学によって強い分野があるので、その特性を相互に活かして共同研究を進めようとしている。また、欧米では大学を活用した産学官連携が日本よりも進んでおり、信大・繊維学部でもFiiやARECなどの産学官連携施設・設備・機能を充実させながら連携を深めているほか、大学を媒体とした産学学産連携も進めようとしている。

世界の繊維工学をリードする欧米亜の4大学

●マンチェスター大学
イングランドで最初に設立された都市大学の一つ。20世紀以降の発明に大きく貢献し、25人のノーベル賞受賞者を輩出。
●ノースカロライナ州立大学
全米の大学の中でも、連邦政府の研究助成金の交付金額でトップ5にランクイン。エンジニアリング、テクノロジーに強い。
●香港理工大学
1994年設置の香港の公立大学。約1000人のフルタイムの教員、約16500人の学生を擁し、広大なキャンパスを誇る。

●信州大学
信州に拠点を置く総合大学で、繊維学部は、前身の上田蚕糸専門学校時代より日本の繊維工学を最先端でリードしてきた。

「豊かさ」の価値観を変える 人と世界のための感性工学

ファッションの心動かす価値に科学的にアプローチ
ファッションの心動かす価値に科学的にアプローチ
信州発!新しいモノサシ④

 日本社会は、戦後68年間、物質的、経済的な「豊かさ」を追い求め、GNPでは世界第二位の地位を勝ち取ったが、前世期末から、アジアの経済成長が著しく、モノへの希求が続いている。しかし地球規模での維持存続の視点から、モノの満足からココロの満足に移行する予兆も徐々に明確になりつつある。いまや「新しいモノサシ」が必要であり、「文化創造科学技術」ともいうべき新領域を開拓しようとしている。
 人間の生活に不可欠な「衣服」の研究は、ひとつは材料としての繊維工学、もうひとつは形にする被服学として成長してきた。その結果、日本のファッションの国際プレゼンスは想像以上に低下し、またテキスタイルやアパレルの研究も過度に分析的になり、衣服という「ものづくり」から離れる傾向を否定できない。そこで、これまで培ってきた研究を可能な限り総合化し、あたらな繊維工学・感性工学を充実するとともに、世界市場を前提とした「ファッション工学」の構築に挑戦している。
 繊維学部でいま取り組むすべての課題が、未来の価値観を変えるためのものである。グローバル化への対応に他ならない。今、感性工学課程の高寺政行教授が進めるファッションアパレルに関わる研究は、今日の繊維学部の目指す一つの方向をよく表している。「国際市場を前提とする服飾造形とテキスタイルの設計提案に関する技術的経営的研究」と題された研究は「着心地が良い」「スタイルが美しい」「エレガントだ」「上質だ」「風合いが良い」など、衣服とテキスタイルの「心を動かす価値」の設計・生産技術を科学的に究明し実務に役立てることを目指す、文部科学省科学研究費助成事業の基盤研究(S)にも採用された注目の研究だ。

世界で売れるファッションとテキスタイルの秘密を探る

高寺 政行教授
信州大学繊維学部 繊維・感性工学系 感性工学課程 教授

信州大学繊維学部助手、講師、助教授を経て2006年より現職。
主な研究分野はテキスタイル、アパレルの設計・評価とファッションにおける感性工学の応用

高寺政行教授

 日本では現在、衣服における輸入品の浸透率は95%にも及んでいます。日本人が着ている服のほとんどが外国製です。質の良い高価なものから、安価な大量生産品まで多種多様なものがありますが、その中から主に、外国製の高品質で人気のあるファッションとテキスタイルに焦点を当てて、それが「なぜ、人の心を動かすのか?」を科学的に究明するのが、科学研究費助成事業の基盤研究(S)に採択された共同研究のテーマです。
 ミラノやパリ、ニューヨークなどのアパレル・ファッションの設計プロセスや生産プロセスに立ち入り、何にこだわって、どのようにつくられているのかを研究。世界市場で日本のファッションが魅力のあるものとなるためには、どこを変えたら良いのかを考察して行きたいと思います。売れる製品を判断する人の感性を科学するということです。

ファイバー工学が描く未来とは何か? 繊維学部 研究企画室長 森川英明教授に聞く
細くて長い一次元の繊維材料を、編んだり織ったりして構造化する。
その方法と形を考えることで、新たな未来を拓く。

―ファイバー工学とは何か?その歴史的背景は?

 原始より人間は、身の回りの素材を様々な技術を駆使して利用してきました。「繊維」もその一つです。繊維は「細くて長い形態」を持つ材料の総称ですが、この特徴的な形と物性を持つマテリアルを、目的にあわせて組み合わせ、織ったり編んだり重ねたりして階層構造化し、人類が必要とする「機能」をさまざまに生み出してきたといえます。天然素材や化合物、金属、無機材料など多様な素材を、多様な加工技術と組み合わせることにより無限の組み合わせ・可能性が生まれ、その技術が社会的課題を解決したり生活・文化上の新たな価値を作り出して行く。その可能性を追求するのがファイバー工学といえるのではないでしょうか。


―繊維というと少し前の時代のものというようなイメージがあるのですが・・・

 メカトロニクスやコンピュータ、バイオテクノロジーなどと比べて前時代的な技術と受け止められるのかもしれませんが、実際には産業革命時の紡績・織布技術は機械工業の先駆けであったことや、パンチカードを使って複雑な模様を織るジャカード織機の発想(1801年)は現代のコンピュータ技術に大きな影響を与えています。材料では1884年にレーヨン繊維、1938年にナイロン繊維が発明され、高分子化学の体系化と共にその後の革新的な材料技術につながって行くなど、繊維・ファイバーの分野は、新たな技術のエポックを生み出す高いポテンシャルを有していると思います。


―近年、ファイバーが大きな注目を浴びているきっかけは?
シルクナノファイバー
【左】シルクナノファイバー(電子顕微鏡写真)
【右】3次元ファブリック設計システムによる物性予測技術

 科学技術が進歩し、ナノメートル(10億分の1メートル)オーダーの研究やものづくりができるようになってきました。このナノテクノロジーの一つの柱になっているのが、ナノファイバー技術です。一方、生物が持つ様々な構造や機能に学び、これを模倣した材料や仕組みを作る分野としてバイオミメティクスという研究領域があります。例えばハスの葉が水をはじく超撥水の構造や、ヤモリの足が壁に吸いつくメカニズムを分析し、微細な繊維材料をベースに構造化し、機能性材料を人工的につくり出す研究が注目されています。このナノサイズの材料やものづくりの技術が、ファイバー工学の可能性を広げて行くと考えています。


―具体的には、どのような応用技術があるのですか?

 すでに皆さんによく知られているものもありますが、軽量化のために航空機・自動車・列車のボディに使われる繊維強化複合材料や、海水の淡水化・汚水浄化・砂漠の緑化・水資源の集積などの環境対応材料、コンクリートと繊維材料の複合による耐震構造材料、防弾・防刃・防炎・耐熱・ウィルス防御・化学物質防御・放射性物質防御などのプロテクティブテキスタイル技術、人工血管・人工臓器・人工骨・細胞増殖の足場材などの再生医療材料、燃料電池・太陽電池・二次電池などのエネルギー関連材料、さらに宇宙服や惑星探査・宇宙エレベータなど宇宙開発分野における素材技術なども、繊維と深く関連しています。


―先端技術の開発に直結するため、世界的に研究・開発競争が激しいのでは?
森川英明教授
信州大学 繊維学部 繊維・感性工学系 先進繊維工学課程
森川 英明 教授
1984年信州大学大学院繊維学研究科修了、1984年花王株式会社、1990年県立新潟女子短期大学講師、2003年信州大学繊維学部助教授、2006-2007年デンケンドルフ繊維研究所(ドイツ)客員研究員、2008年から現職

 欧米を中心に繊維・ファイバー関連の研究は活況を呈しています。特に先ほどお話しました自動車・航空機などに使われる炭素繊維複合材料や、メディカル、プロテクティブ関連の研究の多くは実用化段階に入っており、産業界における研究開発競争も激しくなっています。一方、世界各国に繊維系の大学・学部がありますが、それぞれが得意とする研究領域が異なっており、互いに協力して研究を進めることも重要な課題になっています。ヨーロッパでは欧州繊維系大学連合(AUTEX)を結成し、修士課程の連携教育プログラムや加盟大学間での国際共同研究、産学官連携研究を強力に推し進めています。信州大学繊維学部も昨年6月にAUTEXの準メンバーとして加盟し、複数の大学と教員や学生による交流や連携研究などを進めています。
 ファイバー工学はユニークな学術分野ですが、単独であるのではなく、常に異分野の研究領域,異分野の技術,さらに異分野の研究者らと連携する姿勢を持って研究を進めることが大切だと思っています。

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