新しい材料を分子から組み上げ，構造と機能の関係を明らかにする。
進行中のテーマを紹介します。
高分子材料化学研究室では，「柔らかくて賢い材料（Soft & Smart Materials）」をキーワードに，構造と機能の相関を分子・集合体レベルで探求し，社会に役立つ材料の創製を目指しています。この目標に向かって，分子設計から材料作製，物性評価まで一貫した研究を行っています。
有機化合物は分子構造を自在に設計できますが，構造の最適化だけでは，生体材料が示すような高度な機能を実現することは困難です。生体内では，分子の構造に加え，分子の空間的な配置や配向までもが精密に制御されており，それが高機能の源となっています。そこでわれわれは，材料の分子構造（一次構造）に加え，分子の配置や配向といった「高次構造」も制御することで，新しい機能をもつ材料の創出を目指しています。
本研究室では，材料創製を階層的構造制御（Hierarchical Structural Control）という枠組みで捉え，分子設計・合成，分子集合状態の制御，材料作製，物性評価を一貫して行っています。この考え方により，分子レベルの構造が，ミクロからマクロに至る各階層で機能・性能にどのように寄与するかを明らかにします。こうして，分子が材料へと組み上がる過程を，階層ごとに理解し，設計します。
「創発（Emergence）」とは，部分の単純な総和では説明できない，全体として現れる新しい性質を指します。われわれの研究の中心は，分子が集合することで発現する創発現象の理解と制御であり，階層的構造制御を通じて，材料が本来もつ可能性を最大限引き出すことを目指しています。
金（Au）を分子内に含む化合物は分子間で相互作用が働くと発光します。この相互作用はAurophilic Interactionと呼ばれており，水素結合と同じくらいの強さがあります。このような化合物は分子間相互作用が発現するときだけ発光するので，分子の凝集構造を変えることで分子間相互作用を制御すると，発光特性も変わる可能性があります。実際に当研究室で合成した化合物は，加熱により結晶 → 液晶 → 等方性液体と状態が変わることで発光の色や強度が変化することを明らかにしました。
現在，照明として実用化している白色LEDは，1種類の発光体で白色光をだしているわけではありません。「光の三原色」である赤，緑，青に光る3種類の発光体を使って白色をだしたり，青と黄色の2種類の発光体を組み合わせて白色に見えるように工夫しています。しかしながら，このような白色LEDのスペクトルは太陽光のような自然光のスペクトルとは異なっています。
当研究室では，たった1種類の化合物のみで太陽光に似たスペクトルで白色光をだす高分子の開発に成功しました。この化合物は，分子の構造が非常に単純であり，レアメタルや貴金属も含まないため簡単・安価に合成できます。また，柔軟性をもち，薄膜状に成形することも容易であるという特徴をもちます。有機LED照明などに利用すると，デバイスの構造をいまよりも単純化でき，デバイス製造プロセスの簡略化・低コスト化・低エネルギー化に貢献できると考えられています。
この研究は，日経産業新聞 2013年9月2日付朝刊，日刊工業新聞 2017年5月29日付朝刊にも掲載されました。
近年，産業のあらゆる領域で「力を可視化する技術」が求められています。例えば，ロボットは各部にかかる力の大きさを計測しながら動作を制御するため，力を計測するセンサーはロボティクスにおいても最重要な部材です。われわれは「力を可視化する材料」として，力を加えて変形することによって色の変わる高分子材料の開発に成功しました。この材料はゴムのような素材でできており，引き延ばしたり，圧縮したりすると色が変化します。色の変化によって，力の大きさや分布を「見る」ことができるようになりました。
ロボットの触覚センサーやスポーツ選手の動作解析，高分子だけで組み立てられる“ソフトロボット”の実現などに貢献すると期待されます。この研究は，日経産業新聞 2018年10月12日付朝刊にも掲載されました。
高分子材料中で分子を並べる方法を開発しています。特に，らせん状に分子が自発的に配向する「キラルネマチック液晶（N* LC）」を用いて，らせん軸の並び方を精密制御しながら，微粒子やフィルムを創成する技術の開発に成功しました。例えば，らせん軸が放射状に配向した単分散高分子微粒子（直径 = 2 µm）を非常に簡便な方法で作成することなどに成功しています。
ポリオキソメタレートは金属酸化物の巨大分子です。当研究室では，ポリオキソメタレートの一種である大環状ポリオキソモリブデート（POxMo）に着目し，POxMoと液晶分子を組み合わせて凝集構造制御を行っています。POxMoを合成する条件を最適化するとナノメータの空孔が規則正しく配列したナノホールアレイ構造をとることを発見しました。また，有機液晶分子と複合化することで，凝集構造が制御できることも見いだしました。
実験，量子化学計算，機械学習（AI）を組み合わせた新しい材料設計手法の開発に取り組んでいます。従来，機能材料は研究者の勘や経験，センスに基づいて設計されてきました。これは，多数の材料設計パラメーターを同時に解析し，最適化することが極めて困難であるためです。そこで，これまでに蓄積されてきた材料に関する知見をAIに学習させ，複雑な相関を解明することに挑戦しています。
量子化学計算で分子1個の物性を，機械学習で分子の集合体としての材料の物性を予測します。例えば，固体中での発光色や，キラル分子がらせんを巻かせる力の予測に取り組んでいます。AIによる予測を実験によって検証することで，従来は実現できなかった高性能な材料の創製を目指しています。
