研究内容（Research）

2. 微生物群集の協働による生物槽の多機能化

🧩人工微生物生態系で、排水・廃棄物処理をシンプルに、高度に

従来の生物学的排水・廃棄物処理では、機能ごとに微生物群集を分離して処理を行う方法が一般的でした。この方法は安定性に優れる一方で、生物槽数の増加や運用の複雑化を伴います。本研究室では、自然界で起きている現象に倣い、異なる機能を有する微生物群を同一生物槽内で共存させることで、多機能化とシステムの簡素化を両立する技術の開発を行っています。（キーワード：自然界の模倣、設備集約化・低コスト化）

2. Multifunctional Bioreactors Through Cooperative Microbial Communities 

🧩 Simplifying and enhancing wastewater and waste treatment with engineered microbial ecosystems

Conventional biological wastewater and waste treatment processes typically separate microbial communities according to their specific functions. While this approach provides operational stability, it also requires multiple bioreactors and increases system complexity. Our research draws inspiration from natural ecosystems by co-cultivating microbial communities with different metabolic functions within a single bioreactor. This approach enables multifunctional treatment while simplifying system design and reducing operational costs.  (Keywords: Nature-inspired engineering; Process intensification; Cost reduction)

3. メタン発酵の多目的資源化 

♻️ メタン発酵を、多目的資源回収プラットフォームへ

メタン発酵は有機性排水・廃棄物の処理技術として広く利用されている一方で、適用範囲に制約があり、回収資源の付加価値も必ずしも高くない現状があります。当研究室では、グラニュール化による高速処理やメタネーションによるバイオガスの高品質化などのプロセス高度化に加え、消化液からのリン回収や揮発性脂肪酸（VFAs）回収を行うことで、エネルギー回収の効率化と高付加価値資源回収能の付与を図り、メタン発酵技術の価値拡張を目指しています。 （キーワード：多様な原料利用・高純度メタン生産、非メタン有価物生産）

3. Expanding Anaerobic Digestion into a Multi-Resource Recovery Platform 

♻️ Transforming anaerobic digestion into a platform for energy and resource recovery

Anaerobic digestion is widely used for the treatment of organic wastewater and waste. However, its range of applications remains limited, and the value of the recovered products is not always maximized. Our research aims to enhance anaerobic digestion by developing advanced processes, including high-rate treatment through granular sludge technology and biogas upgrading via biomethanation. We also recover valuable resources such as phosphorus and volatile fatty acids (VFAs) from digestate. These approaches improve energy recovery efficiency while enabling the production of higher-value resources, thereby expanding the role of anaerobic digestion beyond methane production. (Keywords: Diverse feedstock utilization; High-purity methane production; Recovery of value-added non-methane products)

4. AIによる運転制御・最適化

📈 AIによるスマートな微生物プロセス運転 

上記に挙げた微生物プロセスは、環境変動（光条件、温度、基質濃度など）の影響を受けやすく、運転安定性の確保が課題となります。当研究室では、センサーデータに基づく状態推定および機械学習を用いた予測モデルを活用し、曝気、光強度、基質供給などの運転条件をリアルタイムで最適化する自動制御手法の研究開発を行っています。（キーワード：効率化・安定化、自動化）

4. AI-Based Process Monitoring, Control, and Optimization 

📈 Smart operation of microbial processes through artificial intelligence

Microbial treatment processes, including those described above, are highly sensitive to environmental fluctuations such as light intensity, temperature, and substrate concentration, making stable operation a significant challenge. Our research focuses on the development of AI-based monitoring and control technologies that combine sensor-driven state estimation with machine learning-based predictive models. These approaches enable the real-time optimization of operational parameters, including aeration, light intensity, and substrate feeding, to improve process efficiency, operational stability, and automation.  (Keywords: Process efficiency; Operational stability; Automation)

5. 宇宙開拓への応用

🌠 微生物工学で、閉鎖空間の資源循環をデザイン

資源が限られる宇宙環境では、排水・廃棄物の循環利用が重要となります。当研究室では、地上で開発した微生物工学プロセスの宇宙環境への応用を検討しています。例えば、尿に含まれる人体・植物体に有害なアンモニアを硝化により硝酸へ変換し、微細藻類の栄養源として利用する物質循環系の構築や、異なる重力環境下における微生物応答に関する研究を行っています。（キーワード：閉鎖系資源循環システム、重力応答メカニズム）

5. Applications to Space Exploration

🌠 Designing resource recycling systems for closed environments through microbial engineering

Efficient recycling of wastewater and waste is essential in space environments, where resources are extremely limited. Our research explores the application of microbial engineering technologies developed for terrestrial systems to closed-loop resource recycling in space. For example, we investigate nutrient cycling systems in which ammonia in human urine, which is harmful to humans and plants, is biologically oxidized to nitrate through nitrification and subsequently utilized as a nutrient source for microalgae. We also study microbial responses under different gravitational conditions to better understand the mechanisms governing microbial behavior in space. (Keywords: Closed-loop resource recycling systems; Gravity response mechanisms)