[Fast]先端材料から[Slow]の農学系研究へ From “Fast” Advanced Materials to “Slow” Agricultural Studies.

Abstract for a keynote talk, Japan-Indonesia International Scientific Conference, Osaka University, 28 Oct. 2018 (Wuled Lenggoro)

基調講演の要旨:日本・インドネシア国際学術会議(大阪大学・銀杏会館)2018/10/28 (Wuled Lenggoro)

TRANSFORMING A PARTICLE ENGINEERING LAB: FROM “FAST” ADVANCED MATERIALS TO “SLOW” AGRICULTURAL STUDIES

Japanese companies are becoming more dependent on universities for basic research. Materials processing and particle technology are my areas of expertise. While working for around 9 years at Hiroshima University, our research group (led by a Japanese professor) collaborated with more than 20 companies on projects related to functional materials (e.g., for LEDs or batteries) with particle sizes between ~10 nanometer and 1 micrometer. The collaborative speeds were “fast” because most of the companies use a quarterly system. This speed sometimes influences the learning style of graduate students who perform the related experiments. An advisor’s micromanagement to maintain a “fast” schedule can cause students to have few opportunities to learn how to deal with failure. In the case of engineering systems, the researchers can play the role of the “core” of the project. We preferred to design laminar flow reactors (chambers) with well-controlled temperature gradients to obtain homogeneous products.

Besides developing production processes, I (we) discovered a water-based ion cluster (a commercialized product that became a long-term bestseller), thanks to sophisticated measuring tools and serendipity.

When I started a research group at TUAT (2007), I stopped all joint research with companies that had formed in Hiroshima and set a new direction. The turning point in my group’s target-setting occurred in the first year. Because our target size was similar to the size range of air pollutants, I co-initiated a project on “particles & plants” (2008-2013), together with colleagues at the school of agriculture. With graduate students, I designed a chamber for growing plants and realized that the “core” of the project was the plant, not the researchers. Daily experiments were performed for almost two years. The plants grew from 10 to 200 cm. Heterogeneous leaf surfaces and an air-conditioned (24 h) chamber created “turbulence” points. Prediction of the material flow was difficult, even though a 3D fluid dynamics simulation was also performed. Through agricultural projects, we learn much about “risk” before designing and also while running the experiments, and we obtain engineering clues from plant systems. After we modeled the interaction between “dynamic” airborne particles and “static” leaf surfaces, we expanded our studies to develop a sensor system for on-site detection of pesticides (including those on dead honey bees) and a low-cost particle collector for remote areas. The speed of agricultural research was “slow”. There were no personal obstacles like nationalism. An “organic” interdisciplinary project is a good medium for engineering students to learn a system in micro- and macro-scales and to consider the “good” and “bad” sides of the matter.   Keywords: Environment, Global Issues, Materials Flow

微粒子工学研究室の「変容」:Fastの先端材料からSlowの農学系研究へ

[英語から翻訳]  日本の企業は基礎研究を大学に依存するようになってきている。私の専門分野は材料プロセスと微粒子工学であり、前職(広島大学)で約9年間教育研究を行ってきた日本人教授が率いる研究室では、20社以上の企業と共同研究し、粒径~10nmから1µmまでの範囲での機能性材料(例えば、LEDまたは二次電池の原料等)に関する多数のプロジェクトを実施してきた。ほとんどの企業が「四半期決算」制度を使用しているため、それらの共同研究の速度は比較的「速い」ものだった。この「速さ」は関連実験を行う大学院生の学習スタイルにまで影響することがある。「速い」スケジュールを維持するために私たち教員はマイクロマネージメント型で指導することとなり、学生に「失敗」への対処方法を学ぶ機会をほとんど与えることができなかった。このようなengineering systemの場合、研究者はプロジェクトで中心的な役割を果たすことができる。均一な生成物を得るために十分に制御された温度勾配を有する層流型反応器(チャンバー)を設計した。

 材料製造プロセスの開発と同時に、高精度な計測機器と良い偶然(セレンディピティ)のおかげで水由来の空気中イオンクラスターを発見し、長期のベストセラーになった製品につながった。

  2007年に東京農工大学に着任して研究室を立ち上げたとき、前職で連携していた企業との共同研究をすべてやめ、新しい方向に踏み出した。その最初の年に私の研究室の目標設定を転換点する出来事があった。扱っていた物質の大きさが大気汚染物質の大きさの範囲とほぼ同じであったことから、私は農学系の研究者たちと一緒に「微粒子と植物」(2008年~2013年)というプロジェクトを立ち上げることができたのだ。

  大学院生と一緒に植物を育てるチャンバーを設計・作製していくうちに、プロジェクトの中心は研究者ではなく植物であることに気づかされた。農学系研究者たちは2年間にわたり毎日実験を行い、その間に植物は10cmから200cmに成長した。不均一な葉面と24時間空調されたチャンバーは「乱流」場を生成し、三次元熱流体(数値)シミュレーションも行ったが、物質の流れの予測は困難であった。

  農学系プロジェクトを通して、装置の設計前および実験中にはリスクについて学び、植物システムから工学的手掛かりを多く学んだ。「動的な」空中粒子と「静的な」葉表面の間の相互作用をある程度モデル化した後、農薬の現場検出のためのセンサシステム(死んだミツバチに付着したものを含む)と遠隔地用の低コスト型大気粒子捕集器の開発に研究を展開した。

 農学系研究のスピードは「遅い」ものであったが、 一方でナショナリズムのような余計なものを考慮しなくてもよかった。そして、「有機物」を対象とした学際的プロジェクトは、工学系学生がミクロとマクロのスケールでシステムを学び、物質の「bad」と「good」側面を考えるための良い媒体である。

キーワード:環境、グローバル問題、マテリアルフロー

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