　生体の水和状態や分子間相互作用などを捉えられる新しい技術として、テラヘルツ波を用いた生体計測が注目されています。しかし、可視光などの光技術と比べると、医療や生命科学への実利用は大きく遅れていました。

　早稲田大学大学院情報生産システム研究科 芹田和則（せりたかずのり）准教授、岡山大学学術研究院先鋭研究領域異分野基礎科学研究所 斗内政吉（とのうちまさよし）教授（特任）の研究グループは、テラヘルツバイオフォトニクス研究の歴史と最新技術を整理し、分野の発展を妨げてきた本質的課題を体系的に分析しました。さらに、顕微鏡技術や高感度センサーなどの新しい研究動向を整理し、医療・バイオ計測への応用に向けた技術ロードマップを提示しました。本成果は、テラヘルツバイオフォトニクスを次世代の医療・生体計測技術として発展させるための重要な指針となります。

　本研究成果は2026年5月29日に「Journal of Physics Photonics」に掲載されました。
![img](https://storage.diamondv.jp/photos/inserted/b6HAGi6UZsaja6hKm35bPD/ea6861e1-6af5-4a62-9be3-354359493fc5.jpg)

## これまでの研究で分かっていたこと
　テラヘルツ波※1は、分子間相互作用や水素結合、水和状態など、生体の状態を反映する物理情報に敏感に応答する電磁波です。2000年代以降、医療や生命科学への応用を目指した研究が世界的に進められてきました。これまでの研究では、がん組織、創傷、血液、細胞、DNA、タンパク質など様々な対象で有望な結果が報告されてきました。しかし、可視光や近赤外光を用いた光学顕微鏡に比べると、テラヘルツ技術の実利用は以下の技術的課題が存在していたため、大きく遅れていました。

-	空間分解能※2が低いこと
-	水による強い吸収によって感度が低下すること
-	計測速度が遅いこと
-	装置が大型で高コストになりやすいこと

　  
　また、先行研究では、テラヘルツ信号によって観測された信号の違いが病気特有の情報ではなく、単に水分量の違いを反映している可能性が指摘されるなど、テラヘルツ信号の観測解釈に懐疑的な見方も多く、「測定できた」という段階にとどまる研究も少なくありませんでした。そのため、テラヘルツ波が生体のどのような情報を実際に捉えているのかを検証する研究が求められていました。

## 新たに実現しようとしたこと、明らかになったこと
　本研究では、テラヘルツバイオフォトニクス※3分野の研究動向を体系的に整理し、この分野の発展を妨げてきた本質的課題と、それを克服するための技術進展を明らかにしました。

　まず、テラヘルツバイオフォトニクス研究の歴史を俯瞰し、分野の停滞要因の本質的課題を以下の４つとして再定義しました。

（１）空間分解能の不足
  
（２）水への強い吸収による感度不足

（３）計測速度の遅さ

（４）装置の大型化

　次に、これらの課題を克服するための技術進展を整理しました。特に、テラヘルツ時間領域分光法※4による分光技術、テラヘルツ顕微鏡を使ったイメージング技術、テラへルツメタマテリアル※5を使ったセンシング技術が、どのように進展し、どの課題の解決に寄与していくのかを体系的に整理しました。

　例えば、テラヘルツ時間領域分光法による高精度な分光技術が進展することで、生体の水和状態などの変化を定量的に評価することが可能となり、テラヘルツ信号の解釈の信頼性向上に寄与します。また、テラヘルツ顕微鏡技術の進展により、従来課題であった空間分解能の向上が進み、現在では、細胞、分子、微細構造レベルでの観察が可能になりつつあります。さらに、テラヘルツメタマテリアルを用いたセンシング技術は、テラへルツ波の電場を局所的に強く集中させることで、微量な生体物質の検出感度を高め、小型・高感度なバイオ分析チップへの応用が期待されています。

　特に、筆者らがテラヘルツバイオフォトニクス応用の要となる技術として開発を進めているテラヘルツ点光源顕微鏡※6は、これまでのテラへルツ計測の主要課題であった上記４つ（空間分解能、感度、計測速度、装置サイズ）を同時に克服する技術として位置づけられ、細胞レベルでの生体計測や微量試料分析への応用可能性にも言及しています。

　さらに、皮膚がん診断や創傷評価では、すでに臨床応用を見据えたテラへルツ診断装置も進みつつあることを示し、比較的早期の実用化が期待される応用分野として、医療分野での社会実装に向けた現実的なシナリオを提示しました。

　本研究により、テラヘルツバイオフォトニクス研究は、単に「測れるかどうか」を示す段階から、テラヘルツ波が生体のどのような情報を捉えているのかを検証しながら実用化へと進む段階に入りつつあることが明らかになりました。

## 研究の波及効果や社会的影響
　本研究は、テラヘルツバイオフォトニクスという新しい研究領域の可能性を社会に広く示すものです。テラヘルツ技術は、非侵襲・ラベルフリーで生体情報を取得できる可能性を持つため、将来的には皮膚がん診断、創傷評価、生体組織分析、微量バイオ分析などの医療分野への応用が期待されています。また、メタマテリアルセンサーやマイクロ流路技術との統合により、小型で高感度なバイオ分析チップの開発にもつながる可能性があります。こうした技術は医療だけでなく、創薬、食品、環境、半導体、バイオ産業など幅広い分野への応用が期待されます。

　さらに、テラヘルツ技術は、大きなマーケットを担うバイオ産業の一翼を担うことが期待されています。本研究は、テラヘルツバイオフォトニクス技術がこのバイオ産業の開拓に貢献できる具体的な道筋を明らかにしたものです。

　加えて、テラヘルツバイオフォトニクスは物理学、光工学、電子工学、生命科学、医学などが交差する学際分野であり、本成果の社会発信により、新しい研究コミュニティの形成や産学連携の加速が期待されます。

## 課題、今後の展望
　テラヘルツバイオフォトニクスは大きな可能性を持つ一方で、依然としていくつかの課題が残されています。特に、生体内でのテラヘルツ信号の起源をより正確に理解すること、計測装置の小型化・高速化・低コスト化を進めることなどが重要です。今後は、顕微鏡技術やセンサー技術のさらなる発展に加え、AIによるデータ解析や医療機関との連携を進めることで、実際の医療現場への応用が期待されます。また、近年急速に発展しているナノフォトニクスやメタマテリアル技術との融合により、これまでにない高感度な生体計測技術が生まれる可能性があります。

## 研究者のコメント
　テラヘルツ波は長年、医療や生命科学への応用が期待されながらも、実用化には多くの課題が残されていました。本研究では、これまでの研究を整理し、分野が直面している本質的課題とその解決に向けた技術の方向性を示しました。テラヘルツ技術が、将来の医療や生体計測を支える新しい技術として発展することを期待しています。また、「テラヘルツ波」をより身近に扱える未来社会の実現に向けた重要な指針となる論文になることを期待しています。

## 用語解説
※1　テラへルツ波

周波数が約1テラヘルツ（1兆ヘルツ）付近にある電磁波の総称で、光と電波の中間に位置する。波長は約0.3ミリメートルで、光のように直進しやすく、電波のように物質を透過する性質を併せ持つ。また、生体内の水や分子の動きに敏感に反応する特徴がある。1光子のエネルギーはX線の約100万分の1と小さく、生体にダメージを与えにくい非侵襲計測が可能とされる。医療・生命科学、半導体検査、食品品質管理、次世代通信など幅広い分野での応用が期待されている。

※2　空間分解能

どれだけ細かい構造を見分けられるかを示す指標。空間分解能が高い（良い）ほど、小さな対象（細胞や微細構造）をよりはっきりと観察することができる。

※3　テラヘルツバイオフォトニクス

テラヘルツ波を利用して、生体組織、細胞、分子などの状態を計測・分析する研究分野。テラヘルツ波は水和状態や分子間の相互作用などに敏感に反応するため、生体の状態を非侵襲・非破壊で調べられる可能性がある。医療診断、生体計測、バイオ分析などへの応用が期待されている学際的な研究領域である。

※4　テラへルツ時間領域分光法

テラヘルツパルスを発生させ、物質を透過・反射した波形を時間領域で測定することで、物質の吸収特性や屈折率などを調べる計測手法。テラヘルツ領域の代表的な計測技術であり、物質の構造や分子振動の情報を得ることができるため、生体分子や材料の分析に広く利用されている。

※5　メタマテリアル

自然界には存在しない特殊な電磁特性を人工的に実現するために設計された微細構造材料。電磁波の共鳴や電場増強などの効果を利用できるため、センサーや光学デバイスなどに応用されている。テラヘルツバイオセンサーでは、メタマテリアル構造によって電場を強く集中させることで、微量な生体物質を高感度に検出できる可能性がある。

※6　テラへルツ点光源顕微鏡

局所的にテラヘルツ波を発生させ、その微小なテラヘルツ光源を走査することで試料を観察する顕微鏡技術。従来のテラヘルツ計測よりも高い空間分解能で測定できるため、細胞や微小構造などの生体試料を詳細に観察できる可能性がある。

## 論文情報
雑誌名：Journal of Physics Photonics

論文名：Recent advances and emerging directions in terahertz biophotonics

執筆者名（所属機関名）：Kazunori Serita (Waseda University), *Masayoshi Tonouchi (Okayama University)

掲載日時：2026年5月29日

DOI：[https://doi.org/10.1088/2515-7647/ae7490](https://doi.org/10.1088/2515-7647/ae7490)

*：責任著者

## 研究助成
研究費名：JST創発的研究支援事業

課題番号：JPMJFR2029

研究課題名：近接場テラヘルツ励起プローブ顕微鏡による１細胞・１分子分光イメージング解析とその応用

研究代表者名（所属機関名）：芹田 和則（早稲田大学）


研究費名：JSPS科学研究費助成事業 基盤研究B

課題番号：JP25K01294

研究課題名：高分解能テラへルツ内視鏡の開発

研究代表者名（所属機関名）：芹田 和則（早稲田大学）


研究費名：JSPS科学研究費助成事業 基盤研究A

課題番号：JP23H00184

研究課題名：局所場における光テラヘルツ波変換モデルリングと半導体分析応用

研究代表者名（所属機関名）：斗内 政吉（岡山大学）


生体の水和状態や分子間相互作用を可視化できるテラヘルツ波を用いた生体計測について、これまでの研究の歩みと分野発展を阻んできた本質的課題を体系的に整理・分析。最新の顕微鏡技術や高感度センサーの研究動向を踏まえ、医療・生命科学への応用に向けた技術ロードマップを示しました。

テラヘルツバイオフォトニクスが拓く次世代バイオ計測——テラへルツ技術の医療・生命科学応用に向けた課題と技術ロードマップを提示

　学校法人早稲田大学（所在地：東京都新宿区、理事長：田中愛治）は、国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構（以下、「JAXA」）、東京大学、慶應義塾大学との共同研究において、JAXA角田宇宙センター（宮城県角田市）のラムジェットエンジン試験設備を用いて、我が国で初めて、極超音速実験機を用いた音速の5倍（時速約5,400km）に相当するマッハ5燃焼実験に成功しました。

　本実験により、将来期待される太平洋を2時間で横断できる「極超音速旅客機」や、高度100km程度に到達する「スペースプレーン」の実現に向けた、貴重なデータを取得しました。

## 本研究による開発状況および実験内容について
　日本が先行して研究開発を進めている極超音速空気吸込みエンジン技術について、本研究では、マッハ5環境下で飛行実証し、機体とエンジンを一体として制御する機体／推進統合制御技術の構築を目指しています。
  
　早稲田大学、東京大学、慶應義塾大学とJAXAとの共同研究チームは、観測ロケット等による飛行実証を見据えた極超音速実験機の設計・製作を行い、音速の5倍（時速約5,400 km）に相当するマッハ5飛行環境を模擬した燃焼実験※1を実施しました。早稲田大学では、本研究の取りまとめと、極超音速気流を吸い込む空気取入口の設計・解析を担当しました。今回製作した実験機の特徴・新規性、実施した実験内容は次の通りです。

　極超音速飛行では、機体とエンジンの相互干渉が非常に強いことが大きな特徴です。飛行マッハ数や機体の姿勢によって機体に形成される衝撃波が変化し、エンジンに取り込まれる気流の状態が大きく変わります。また、エンジンの推力は機体の運動に直接影響を与えるため、機体とエンジンは互いに強く結び付いたシステムとして振る舞います。このため、極超音速機では、機体の空力設計、エンジンの燃焼設計を個別に行うのではなく、一体のシステムとして取り扱う「機体／推進統合設計・制御」が必要になります。

　本研究では統合的設計を行い、極超音速飛行環境においても安定したエンジン作動と機体制御が可能となる構成として、必要最小規模である全長2mの極超音速実験機を実現しました。その際、マッハ5の飛行状態では空気の圧縮加熱によって機体周囲の空気温度が1,000℃程度に達します。このような高温環境に対応するため、耐熱材料と遮熱構造を組み合わせた軽量耐熱構造として設計し、高温環境下でも機体および内部の電子機器が正常に動作できる構造を構築しました。

　上述の極超音速実験機を用いた実験にあたっては、JAXA角田宇宙センター（宮城県角田市）のラムジェットエンジン試験設備を使用して、マッハ5の飛行状態を模擬した極超音速風洞での燃焼実験を実施しました。具体的な実験項目及びその様子は以下の通りです。

①	極超音速実験機の燃焼実験（試験設備でマッハ5飛行状態を模擬）ⒸJAXA
![img](https://storage.diamondv.jp/photos/inserted/43X8oe7uRUqAvny51vDmcv/36de42dd-0af8-4c6d-9a83-939c25aafc85.png)
②	ラムジェットエンジンの燃焼作動 ⒸJAXA
![img](https://storage.diamondv.jp/photos/inserted/43X8oe7uRUqAvny51vDmcv/626e12ba-2e93-4db4-afb8-b7dd490f8b9e.png)
③	実験機の耐熱性能の測定 ⒸJAXA
![img](https://storage.diamondv.jp/photos/inserted/43X8oe7uRUqAvny51vDmcv/e8c96e57-7ab9-47c5-bb95-326c967b400b.png)
④	実験機の操舵翼の動作 ⒸJAXA
 ![img](https://storage.diamondv.jp/photos/inserted/43X8oe7uRUqAvny51vDmcv/d51a3cb1-47ca-4c26-ae2e-536e43fd93f1.png)

## 本実験の成果と今後の展開
　今回の実験によって、これらの空力、推進、構造の統合設計の妥当性を確認することができました。さらに、耐熱構造の設計解析手法を検証するための機体表面温度分布の計測や、水素燃料を用いるラムジェットエンジンの排気が地球環境に与える影響を調べるための排気温度場の計測等を実施し、将来の極超音速機の実用化に向けた基礎データを取得しました。

　本実験結果を踏まえて、極超音速実験機を観測ロケット等に搭載してマッハ5程度の飛行実験の実施を構想しています。極超音速飛行技術が確立されれば、太平洋を2時間で横断できる「極超音速旅客機」や、高度100km程度に到達する「スペースプレーン」の実現につながることが期待されます。

## 研究助成
研究費名：科学研究費補助金 基盤研究(S)  
研究課題名：観測ロケットを用いた極超音速フライトテストベッドの構築と機体推進統合制御の実証研究  
代表者名（所属機関名）：佐藤哲也（早稲田大学）

## 用語解説
※1 風洞実験
航空機などの模型を風洞装置内に設置して、模型周囲に実際の飛行状態を模擬した空気流を流すことで、飛行状態で起きる現象を調査するための実験。


早稲田大学は、JAXA、東京大学、慶應義塾大学との共同研究において、JAXA角田宇宙センター（宮城県角田市）のラムジェットエンジン試験設備を用いて、我が国で初めて、極超音速実験機を用いた音速の5倍（時速約5,400km）に相当するマッハ5燃焼実験に成功しました。

極超音速実験機のマッハ5燃焼実験に成功——時速約5,400 kmで飛行する極超音速機の実現に向けた貴重なデータを取得

　2026年5月1日（金）より、北九州市「企業版ふるさと納税を活用した大学等応援事業」が始まりました。

　企業版ふるさと納税制度は、国が認定した地域再生計画に位置付けられる地方公共団体の地方創生プロジェクトに対して企業が寄附を行った場合に、法人関係税から税額控除する仕組みで、寄附を行う企業のご負担が約1割まで軽減されます。
![img](https://storage.diamondv.jp/photos/inserted/w2Bv6ffJ2d5EQx3Nr9ShcR/8edbae2d-cacb-4a52-8995-0703be799c41.jpg)
【出典】  

- [制度概要（内閣府 地方創生推進事務局）](https://www.chisou.go.jp/tiiki/tiikisaisei/pdf/R71128gaiyou.pdf)  
- [企業版ふるさと納税リーフレット（内閣府 地方創生推進事務局）](https://www.chisou.go.jp/tiiki/tiikisaisei/portal/pdf/R6panph.pdf)  

　  
　北九州市が実施する本事業では、[早稲田大学情報生産システム研究科（略称：IPS）](https://www.waseda.jp/fsci/gips/)を指定して北九州市に寄附いただいた金額の9割が翌年度IPSに補助金として交付されます。IPSではこの補助金を用いて、北九州キャンパスで学ぶ情報生産システム研究科学生の修学環境の向上を図ることとしています。

![img](https://storage.diamondv.jp/photos/inserted/w2Bv6ffJ2d5EQx3Nr9ShcR/e9307d57-00ac-4428-bbf4-4c116c4d3b7b.jpg)  
【出典】北九州市説明会資料  

### 早稲田大学 大学院情報生産システム研究科（北九州キャンパス）のご紹介  

![img](https://storage.diamondv.jp/photos/inserted/w2Bv6ffJ2d5EQx3Nr9ShcR/cad9d611-63c3-4523-9485-d2eb55d0ad11.jpg)  
▲研究科長　[荒川 雅生](https://w-rdb.waseda.jp/html/100003561_ja.html)

　IPSは、早稲田大学のアジア展開の拠点として、2003年に北九州学術研究都市に開設された、学部を持たない大学院です。北九州市は、自動車、半導体、素材・部品などの産業が集積する、日本有数の産業都市であり、IPSはその地域的特性と連動した教育・研究を担ってきました。

　IPSでは、「情報アーキテクチャ分野」「生産システム分野」「集積システム分野」の3分野を設け、産業界や社会の課題解決に直結する高度専門人材の育成と先端的研究を推進しています。

　本学へのご支援は、次世代の理工系人材を育成する教育基盤の強化につながるとともに、地域産業や社会の持続的発展を後押しするものです。また、急速に状況が変化する昨今、迅速に対応した研究成果や人材育成を通じて、支援者の皆様が関わる産業や社会への波及効果も期待されます。IPSの取り組みを共に支え、未来を切り拓く教育・研究の発展にご参加いただければ幸いです。

![img](https://storage.diamondv.jp/photos/inserted/w2Bv6ffJ2d5EQx3Nr9ShcR/28cc2cf1-f675-44e7-9869-055a68f4ecb7.jpg)  
![img](https://storage.diamondv.jp/photos/inserted/w2Bv6ffJ2d5EQx3Nr9ShcR/4545efdd-6223-47c1-99d2-11a56dda7e4b.jpg)  
![img](https://storage.diamondv.jp/photos/inserted/w2Bv6ffJ2d5EQx3Nr9ShcR/e4317d7c-72d2-4569-af07-7336a0cda734.jpg)  

### 関連リンク
-	[早稲田大学寄付サイト（北九州市企業版ふるさと納税を通じたご支援）](https://kifu.waseda.jp/contribution/furusato-1/wihl)  

-	[北九州市ホームページ](https://www.city.kitakyushu.lg.jp/contents/203_00016.html)  

-	[早稲田大学 大学院情報生産システム研究科（IPS）ホームページ](https://www.waseda.jp/fsci/gips/)  

### 早稲田大学大学院情報生産システム研究科　公式SNS
研究の成果や学生生活の様子など、IPSの今をお届けしています。ぜひフォローして最新情報をご覧ください。  

-	[Instagram](https://www.instagram.com/ips.waseda/)  

-	[Facebook](https://www.facebook.com/WasedaUniv.IPS)  

-	[X](https://x.com/waseda_univ_IPS)


学校法人早稲田大学は、北九州市の「企業版ふるさと納税を活用した大学等応援事業」による、早稲田大学北九州キャンパスの教育研究環境向上へのご支援を募っております。

未来を創る高度専門人材を早稲田大学北九州キャンパスから

## ポイント
- 生成AIを活用し、将来の都市構造を高精度に予測する新手法を開発  
 
-	建物密度・高さ・交通ネットワークなど複数の都市データを統合し、未来の都市レイアウトを生成  

-	都市の成長や変化を長期的に可視化でき、持続可能な都市計画や再開発の検討に活用可能  

## 概要
　北陸先端科学技術大学院大学 創造社会デザイン研究領域の[謝浩然](https://w-rdb.waseda.jp/html/100004540_ja.html)准教授（[早稲田大学 理工学術院総合研究所](https://www.waseda.jp/fsci/wise/)主任研究員）とDu, Xusheng大学院生（博士後期課程、JAIST SPRING研究員）と、天津大学建築学院のZhen Xu教授らの研究グループは、生成AIを活用し、都市の将来構造を高精度に予測する新技術を開発しました。

　本研究では、建物密度や高さ分布、交通ネットワーク、過去の都市変化パターンなど複数の都市の特徴データを統合的に分析し、長期的な都市構造の進化を一貫して可視化しました。本研究成果は、持続可能な都市計画や再開発戦略の高度化に貢献する基盤技術として期待されます。

　なお、本研究成果は、都市計画分野の国際学術誌「Sustainable Cities and Society」（Elsevier発行）に掲載され、2026年3月3日にオンライン版で公開されました。  

## 研究の背景
　世界的な都市化の進展により、都市は急速な成長と環境負荷の増大という二重の課題に直面しています。2050年までに世界人口の約7割が都市部に居住すると予測されており、都市構造の設計は、エネルギー消費や温室効果ガス排出、交通効率、生活の質などに大きな影響を及ぼします。そのため、現在の開発計画が将来の都市空間にどのような変化をもたらすのかを見通し、長期的視点に立った都市計画が求められています。

　しかし、都市の発展は、建物密度や高さ分布、交通ネットワーク、過去の発展経路など、複数の要因が相互に影響しながら進行する複雑な意思決定プロセスです。既存の生成AIモデルは、画像生成や、条件を一つだけ指定した変換には高い性能を示すものの、都市のように多様な要因が絡み合う空間構造を統合的に扱うことが難しく、また大規模都市を分割して処理する際には、隣接領域との不自然な不連続が生じやすいという課題がありました。さらに、時間の経過に伴う都市進化のパターンを一貫して捉える仕組みも十分ではなく、持続可能な都市計画を支える長期予測ツールとしては十分とは言えませんでした。

## 研究の内容
　本研究では、これらの課題を解決するため、画像生成AIを基盤とした都市進化予測フレームワーク「MMCN（Memory-aware Multi-Conditional generation Network）」を提案しました（図1）。本手法は、過去の都市レイアウトに加え、建物密度マップ、建物高さマップ、道路構造マップといった複数の都市要因を同時に入力し、統合的に学習することで、将来の都市レイアウトを予測するものです。
![img](https://storage.diamondv.jp/photos/inserted/ibtk93BeeaDYn1PUuztjaG/bad9e1fe-e82b-4d9c-9e3a-750c4ef0f1b5.jpg)
図１.生成AIによる都市将来予測の仕組み（MMCN）

　特に本研究では、都市をパッチ単位で処理する際に問題となる境界の不連続性を解消するため、隣接パッチの情報を参照する仕組みを導入しました。これにより、道路や建物配置が領域をまたいで自然につながるよう制御できます。また、過去の都市レイアウトを明示的な条件として組み込み、都市の歴史的変化パターンを学習することで、単なる静的な生成ではなく、時間的連続性を持つ予測を可能にしました。

　さらに検証のため、中国・深圳市を対象に2005年から2024年までの複数時点にわたる都市データを整理し、建物レイアウト、密度、高さ、道路構造などを含む、複数種類・複数時点の都市情報をまとめたデータセットを構築しました。提案フレームワークの異なる都市環境における都市間汎化能力をさらに評価するため、中国の他の2つの主要都市である上海と天津のデータを用いた都市間汎化実験も実施し、多様な空間条件下においても一貫性のある安定した都市レイアウト予測に成功しました。

## 研究の成果
　都市データ（深圳市）を用いた検証の結果、提案手法は既存の生成AIモデルと比較して、将来レイアウト予測の精度と空間的一貫性の両面で向上しました。都市レイアウトの画像や構造の類似度を示す指標SSIM（Structural Similarity Index Measure）では0.885を達成し、従来手法を上回る結果を示しました。また、都市を複数の領域に分割して予測する際に課題となる、隣り合う領域同士の境界の自然さを評価する指標Boundary IoU（Boundary Intersection over Union）でも0.642を記録しました。これにより、隣接するエリア間で生じがちな不自然な分断が大幅に抑制されていることが確認されました。

　図2に示す予測例では、既存手法では道路が途中で途切れたり、建物配置が不自然にずれる様子が見られるのに対し、提案手法では道路ネットワークや建物構造がより自然に連続していることが分かります。さらに、複数のパッチを接続した都市全体の再構成結果においても、都市構造が一貫した形で保たれていることが確認されました。
![img](https://storage.diamondv.jp/photos/inserted/ibtk93BeeaDYn1PUuztjaG/73a17b6c-a6d4-47e0-8dc4-140d61f33a68.png)
図２.将来都市レイアウト予測におけるパッチ再構成結果の比較

　また、複数期間にわたる予測結果の比較（図３）から、提案手法は単なる現在構造の再現ではなく、時間経過に伴う都市の拡張や密度変化といった進化傾向を反映したレイアウトを生成できることが示されました。これにより、長期的な都市発展シナリオの検討に活用できる可能性が示唆されました。

![img](https://storage.diamondv.jp/photos/inserted/ibtk93BeeaDYn1PUuztjaG/79db7a56-8dae-4c1c-8694-1013c90f1062.png)
図３.複数期間にわたる都市レイアウト予測結果

## 研究の意義と今後の展望
　本研究は、複数要因の相互作用を踏まえて都市の将来像を予測する生成AIフレームワークを提示し、空間的連続性と時間的一貫性の双方を考慮した都市進化予測を実現しました。将来の都市構造を視覚的に比較検討できることは、再開発計画や土地利用政策の検討、持続可能な都市成長シナリオの評価における有力な技術基盤としての活用が期待されます。

　今後は、他の国の都市への適用を通じて汎用性の検証を進めるとともに、より多様な都市形態を含むデータの拡充により、予測の安定性と一般化性能の向上を図ることが課題となります。また、実務における意思決定支援を見据え、都市計画のシナリオ分析に応用可能な形へと発展させていくことが期待されます。

## 研究支援
　本研究は、以下の研究資金の支援を受けて実施されました。
- 科学技術振興機構（JST）国家戦略分野の若手研究者及び博士後期課程学生の育成事業（BOOST） 次世代AI人材育成プログラム（若手研究者支援）（課題番号：JPMJBY24D6）
- 科学技術振興機構（JST）次世代研究者挑戦的研究プログラム（SPRING）（課題番号：JPMJSP2102）
- 中国国家重点研究開発計画（課題番号：2024YFC3808104-01）
- 中国国家自然科学基金（課題番号：52508023）

## 論文情報
掲載誌：Sustainable Cities and Society  

論文題目：AI-driven urban evolution forecasting: A unified memory-aware multi-conditional generation framework for sustainable development planning  

著者：Xusheng Du, Chengyuan Li, Qingpeng Li, Yuxin Lu, Yimeng Xu, Ye Zhang, Zhen Xu, Haoran Xie*  

ＤＯＩ：10.1016/j.scs.2026.107272  

掲載日：2026年3月3日にオンライン版に掲載


北陸先端科学技術大学院大学創造社会デザイン研究領域の謝浩然准教授（早稲田大学 理工学術院総合研究所主任研究員）とDu, Xusheng大学院生（博士後期課程、JAIST SPRING研究員）と天津大学建築学院のZhen Xu教授らは生成AIを活用し、都市の将来構造を高精度に予測する新技術を開発。

早大