原田研究室では,機械工学の流体力学や設計工学の知識を活用し,風力や水力などの自然エネルギーを利用した機器の開発に取り組んでいます。また,農業などの一次産業とメカトロニクスやセンサ技術を組み合わせ,現場の課題を解決するための機械やシステムの研究も行っています。自然エネルギーや地域産業と工学を結びつけ,新しいものづくりや技術の創出を目指しています。
生物は長い年月をかけて進化を繰り返し,さまざまな環境の中で生き抜くために優れた形状を獲得してきました。
本研究では,トンボの翅が持つ凹凸(コルゲート)構造に着目し,その形状を応用した風力発電装置の開発を行っています。特に,風の弱い地域でも発電できる低風速対応の風車の実現を目指しています。
現在は,微風でも発電可能なシステムの構築を進めるとともに,発電効率の向上や実用化を目指した実機の設計・製作・実験に取り組んでいます。
コルゲート翼風力発電機の実験の様子
農業用の用水路を活用した小型水力発電装置の開発に取り組んでいます。用水路は水の流れが比較的安定しているため発電に適していますが,一方で雑草などのゴミが流れており,タービンに絡まってしまうことが課題となっています。
そこで本研究では,ゴミが絡まりにくいタービン形状の設計や,ゴミを取り除く除塵装置の開発を行い,安定して発電できる小型水力発電システムの実現を目指しています.
試作水力発電タービンの実験の様子
ウイルスやPM(粒子状物質)などの見えないリスクに対して、「どのように空気を動かせば、より効率的に除去できるのか?」という問いに取り組んでいます。
本研究室では、流体解析や粒子追跡シミュレーションを活用し、空気中の粒子の動きを“見える化”することで、空気清浄機の最適配置や効果的な運用方法を提案しています。
この研究は、日常生活の快適性向上だけでなく、農業・畜産分野における衛生管理、さらには新しい空気浄化技術の開発にもつながる可能性を持っています。
空気清浄機周辺におけるPM2.5粒子拡散の数値シミュレーション
農業・林業・水産で使われるセンサの中には,環境や構造の影響でデジタル化が難しいものもあり,そうした環境でもデジタル環境下で利用可能な仕組みづくりが求められています。
例えば,土壌水分を計測するセンサにはアナログ方式が用いられるものも多く,スマート農業の推進においては,これらをデジタル化し,活用していくことが重要となります。
本研究では,これらのセンサの信号処理や数値の読み取りに機械学習を適用することで,従来の計測装置の高度化・デジタル化を図ることを目的としています。
センサのシステム例