ウースター工科大学（WPI）スポットライト：革新と研究の伝統

ウースター工科大学（WPI）は1865年創立で、米国で3番目に古い私立工科大学です。マサチューセッツ州ウースターに位置し、組織工学・再生医療からサイバーセキュリティを巡る技術・政策課題の探求、消防士の健康・安全やグリーンビルディングの防火課題まで、多様な分野で研究を推進しています。

WPIは5つの学際的研究領域を開発しています：

健康とバイオテクノロジー — WPIの健康・バイオテクノロジー研究は複数の学問分野を横断し、細胞生物学、再生バイオサイエンス、組織力学・メカノバイオロジー、生物物理学、疾病治療、動物行動などの焦点領域を包含します。

ロボティクスとIoT — ロボット技術には医療ロボティクス、ソフトロボティクス、人間-ロボット相互作用、無人航空機が含まれます。研究者たちが利用できるロボットシステムには、WPIのWARNER（非従来型緊急対応用アトラスロボット）、ボストン・ダイナミクス製の6フィートのアトラス人型ロボットがあり、これはDARPAロボティクスチャレンジのWPIエントリーとしてロボット災害対応に挑みました。

アメリカの道路には2億5千万台以上の車両があり、WPI研究者たちはそれらの移動をより安全に、車両をより安価で環境に優しくする方法を見出しています。サイバーフィジカルシステムは、複雑で高度な技術応用により、人々がエンジニアリングシステムと相互作用しやすくしています。

先進材料と製造 — WPIの材料科学・工学における学際的研究は、将来が新材料（自然着想材料を含む）の開発、伝統材料の革新的利用、材料の回収・再利用に依存するという認識によって動機づけられています。幅広い研究努力は、エネルギー生成と代替エネルギー（燃料電池、グリッド蓄電、海中カイト発電）、製造（リーン製造、持続可能サプライチェーン、先進工業乾燥）、モビリティ（リグノセルロース系バイオマスからの液体輸送燃料生産）における持続可能性課題に対処します。

サイバー、データ、セキュリティ — NSAと国土安全保障省によりサイバーセキュリティ研究の卓越センターに指定されたWPIは、幅広い分野で多様なセキュリティ脅威に対処するサイバーセキュリティ研究に取り組んでいます。WPI研究者たちはデータマイニングツールと技術の改善、ビッグデータを活用したデータ駆動型予測と意思決定の新手法開発に焦点を当てています。防火工学では、先進的な実験・計算技術を用いて幅広い防火安全課題に取り組んでいます。

学習科学 — WPIの学習科学研究者たちは、計算手法と学習・社会科学の理論的枠組みを組み合わせた教育技術を開発し、指導技術、視覚化・シミュレーションを用いた学習、学習者特性、人間-コンピュータ相互作用、機械学習などのトピックを探求しています。

工学部

14の専門学科で構成されるWPI工学部は、幅広い技術領域に対応しています。

航空宇宙工学は、航空機と宇宙船を創造、開発、改良する科学と技術を包含します。風洞、真空チャンバー、制御計測器などの設備・施設を用い、流体・プラズマ、推進・エネルギー、制御・ダイナミクス、構造・材料などの技術領域をカバーします。

WPIの生体医工学は、創傷治癒縫合糸、血管工学、消防士バイタルサイン監視、関節安定化装具など、多様な進歩に取り組んでいます。

化学工学では、環境保護、再生可能エネルギー、生命科学などの分野で、新技術・プロセス・材料の開発を通じて実世界の問題を解決します。

土木・環境工学は、持続可能性、天然資源保護、設計、建設、建築、エネルギーなどのトピックを扱います。技術領域には舗装工学と道路材料、構造システムとスマート構造の解析・設計、建設と設計施工統合、物理・化学処理、エネルギーと持続可能性、水資源、持続可能建築設計が含まれます。

電気・コンピュータ工学の研究には、機械学習、暗号と情報セキュリティ、信号処理、自律走行車両、スマートヘルス、義肢制御、アナログ・デジタルマイクロエレクトロニクス、無線情報ネットワークが含まれます。WPIの革新には、負帰還増幅器の発明と最初の無線LANの基礎築きが含まれます。

米国でわずか3つしかない防火工学プログラムの一つを擁するWPIの防火工学研究は、規制政策、建築設計、製造プロセス、初動対応者作業、製品性能基準を形成・情報提供しています。研究は材料、燃焼・爆発防護、建築・防火システム、消防士安全と政策、人間行動と避難、設計と規制、建築・インフラ・環境への火災影響で行われています。

産業工学は、エンジニアリングとマネジメントの架け橋としてプロセスを分析・適応し、新たなプロセスを創造します。製造手順や物理空間の再設計にかかわらず、産業エンジニアはプロセスを効率的にするために必要な人、材料、技術、情報、エネルギーを特定します。

製造工学は、ロボティクス、製造・材料加工、制御システム、機械加工、研削、CNC機械加工教育、材料工学、表面計測などの分野を包含します。

材料プロセス工学は、材料科学、材料加工、ビジネスプラクティスに焦点を当てます。ナノ材料とバイオポリマー、リーン製造、鋳造と熱処理、コスト分析燃料電池、表面計測などの製造プロセスが含まれます。

材料科学・工学は、材料がどう作られ、使用され、リサイクルされるか、新材料・製品の開発・加工、伝統材料の革新的利用に焦点を当てます。ナノ、マイクロ、マクロスケールでの材料の根本的理解には、構造、加工、特性、性能、動力学、熱力学が含まれます。

機械工学の強みには、熱科学、ナノテクノロジーとナノ材料、生物力学と医療機器、付加製造とプリントエレクトロニクス、フォトニクスと光機械、センサーと計測、金属加工、電池と電気化学、太陽電池材料が含まれます。

ロボティクス工学の研究は、人間-ロボット相互作用とインターフェース、ロボット運動計画と制御、医療・支援ロボット、センサー/アクチュエータとロボット設計、ロボティクスとAI、人間拡張、ロボット操作、ソフトロボット、自律走行車両、ロボット用組み込みシステム、マルチロボットシステムなどの領域で行われています。

システム工学は、システムの設計、構築、維持へのホリスティックなアプローチです。トピックはエンジニアリングとマネジメントの両面を扱い、人工知能、モデルベースシステムエンジニアリング、要求工学、システムアーキテクチャと設計、検証と妥当性確認が含まれます。

技術成果

WPIの波動運動研究は、将来的に到来する弾丸の速度、接近角度、大きさを感知するだけでなく、ベスト内部の材料が衝撃点で瞬時に特性を変化させ、より大きな衝撃保護を提供する防弾ベストの創造につながるかもしれません。粒状材料は、軍、警察、アスリート、建設作業員などのプロフェッショナルが着用するベストやヘルメットなどの個人防護具に使用可能です。また、宇宙ゴミや隕石から国際宇宙ステーション、衛星、宇宙船を保護する防護カバーとしても使用できるかもしれません。

WPIのチームは、薬用ハーブとしても知られるアルテミシア・アンヌア（スイートワームウッド）の葉エキスが、COVID-19パンデミックの原因ウイルスであるSARS-CoV-2とその2つの最近の変異株の複製を阻害することを発見しました。植物内の1つ以上の化合物が、SARS-CoV-2に対する安全で低コストな治療法を指し示す可能性があります。

エンジニアたちが、ユーザーのプライバシーや個人セキュリティをリスクにさらすことなく、COVID-19拡散抑制に必要な濃厚接触追跡を支援するスマートフォンアプリを開発しました。追跡データ収集の2手段を開発。第1に、アプリがユーザー位置を追跡し、保存情報を暗号化。個人識別情報を除いた暗号化データを公衆衛生部門が使用するサーバーに送信。もう1つのアプローチでは、COVID-19陽性者の情報のみをアップロード。その情報は感染者を特定せずに公開され、誰でもオンラインで自分が陽性者と濃厚接触したかどうかを確認できます。

WPIで開発中の重要な診断ツールは、肺の疾病症状を検出するロボット超音波機器です。これは、COVID-19患者のアセスメント実施時に医療提供者のウイルス曝露を最小限に抑える重要な進歩です。プラットフォームは、スキャン中の患者と医療従事者の物理的接触を実質的に排除し、感染リスクを最小化しながら重要データ収集を可能にします。

WPIは、下水汚泥（廃水処理の副産物で、埋立処分時に温室効果ガスと水質汚染を生む）から再生可能燃料を創出しました。高温高圧の水熱プロセスと安価な触媒を用い、下水汚泥とそれに含まれるエネルギー・炭素を天然ガスに変換します。さらに、新プロセスで抽出される硝酸塩とリン酸塩は農業利用可能です。

部分義手が開発され、残存手に指を取り付けて指機能の一部を置き換えられるようになりました。リストバンドに親指動作用アクチュエータとロック用小型ソレノイドを内蔵。内蔵センサーにより、微小な残存指先で押すことで義手親指を前後動作させられます。

WPIの数学者が、米陸軍の親指サイズ化学センサー開発を支援。外衣に装着し、危険化学物質をより速く検知し、誤報率を低下させます。着用型センサーは人間の鼻を模倣して構築。各センサーが複数分子の組み合わせを検知（例：軽油ヒュームと特定化学剤、または軽油ヒュームと湿度）。結果を組み合わせて環境中の化学物質をより完全かつ正確に評価します。

バンドエイドサイズのセンサーが開発され、赤ちゃんの血中酸素レベルを測定。これは肺機能の重要な指標で、赤ちゃんの組織が適切な酸素供給を受けているかを示します。現在の病院システムとは異なり、この小型着用デバイスはフレキシブルで伸縮性があり、ワイヤレス、低コスト、モバイルで、子供が病院を離れて遠隔監視される可能性を開きます。

自律ローバーとペイロード展開ドローンが連携して地雷を探知・爆破するシステムを開発。ローバーが安価な金属探知機で地雷を検知・マーク（地表2-3インチ下の1グラム金属を検知可能）。ドローンが小型砂袋ペイロードを地雷に投下し、安全に爆破します。

WPIエンジニアたちが、現場で車両やその他の重要技術を修理するために使用できる3Dプリント技術を開発。新しい部品を待つ長い時間を省き、軍部隊の即応性を向上。コールドスプレーと呼ばれる技術を使用し、金属部品の修復や、金属を層ごとに積み上げて3Dプリントプロセスで新しい部品を一から作ることが可能。プロセスを携帯型ハンドヘルドアプリケーターに縮小し、現場使用を可能にしました。

NASA宇宙船をより軽量で耐損傷性の高いものにするため、WPIは複合ロケット燃料タンクやその他の宇宙船構造に使用されるカーボンナノ材料の欠陥検出手法を開発。アルゴリズムが、強靭・軽量・柔軟なナノ材料Miralon®の欠陥検出に用いられる密度スキャンシステムの分解能を大幅に向上。MiralonはNASAのジュノー探査機（木星周回）の構造支柱巻き付けに使用され、振動減衰と静電気放電抑制に貢献しています。

技術移転

技術商業化オフィス（OTC）は、WPIで開発された知的財産資産の特定、評価、価値算定、保護、分類、マーケティング、ライセンスを行います。利用可能な技術についてはこちらをご覧ください。

WPI発明のライセンスについては、知的財産・イノベーションディレクターTodd S. Keillerまでご連絡ください。 This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.； 508-831-4907。