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If you are interested in our current studies,
do not hesitate to contact us!

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A wide range of engineering application

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Physics based computer graphics

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Numerical modeling of industrial processes

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Advanced multi-physics simulations

Message to prospective students

イノベーション：マルチフィジックスシミュレーションとAIの融合
酒井研究室では、食品、エレクトロニクス、製薬、化学、資源循環など幅広い工学分野における粉体プロセスを対象に、デジタルツインの基盤技術を開発しています。 粉体や混相流を扱う産業の粉体プロセスをデジタルツイン化するには、高度なマルチフィジックスシミュレーションモデルの開発、ならびにその検証・妥当性確認（Verification & Validation）のほか、AIをはじめとするデータサイエンスに関する最先端技術が必要となります。 酒井研究室では、DEM粗視化モデル、スカラーフィールドベースの壁境界モデル、固気液三相流モデルなど、世界をリードする計算モデルを独自開発しているほか、固有直交分解（Proper Orthogonal Decomposition）とAIを用いた縮約モデル（Reduced-Order Model）に関する最先端の研究も進めています。 さらに、研究成果の社会実装にも積極的に取り組んでおり、前述の計算モデルが商用ソフトウェアに搭載されたり、酒井幹夫教授が代表教員として社会連携講座を開設したりすることで、産学連携を強化しています。
酒井研究室では、学生に対する丁寧な研究指導が行われており、多くの学生が国内外の学会で受賞したり、工学系研究科長賞（卒業・修了時に顕著な研究業績をあげた学生に授与）を受賞したりしています。
AIのデータセンターのエネルギー源として小型原子炉が注目されており、グローバルに原子力工学を専門とする人材の需要が高まっています。そのため、原子力国際専攻に所属する酒井研究室において、マルチフィジックスシミュレーションとAIを融合した研究に取り組むことは、極めて大きな意義があります。 マルチフィジックスシミュレーションやデータサイエンスに興味のある学生の皆さん、ぜひ一緒に研究しましょう。社会人ドクターも歓迎します。学生時代を振り返ったときに、「いい研究をしたな」と胸を張れるような成果を残したいですね。

Integration of Modeling & Simulation with AI for Next-Level Innovation

In the Sakai Group, we develop core technologies for digital twins in industrial powder processes, including food, electronics, pharmaceuticals, chemistry, and resource recycling. The development of digital twins for granular and multiphase flows requires advanced multi-physics simulation technologies, verification and validation (V&V), and cutting-edge data science techniques including AI. The Sakai Group has developed numerous world-leading computational models, such as coarse-grained DEM, scalar field-based wall boundary models, and gas-solid-liquid three-phase flow models. Additionally, we are conducting state-of-the-art studies on Reduced-Order Models (ROMs) based on Proper Orthogonal Decomposition (POD) and AI. We are also actively engaged in translating our research findings into practical applications. For instance, some of our computational models have been incorporated into commercial software, and Professor Mikio Sakai has established industry-academia collaboration courses to further strengthen partnerships. Professor Sakai carefully mentors his students, and as a result, many of them have received awards at both domestic and international conferences, as well as the Dean's Award, an annual recognition for outstanding student achievements.
Recently, small modular reactors (SMRs) have gained attention as potential energy sources for AI data centers, leading to a global demand for engineers with expertise in nuclear engineering. Consequently, undertaking studies that integrate multi-physics simulation and AI in the Sakai Group, within the Department of Nuclear Engineering & Management, holds profound significance. Professor Sakai warmly welcomes ambitious students who are interested in multi-physics simulations and data science to join the Sakai Group. He hopes that one day, when you look back on your student years, you will feel proud to say, "I made truly high-impact achievements in our community."

News Topics

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Researches

Research supervision

酒井研究室は、原子力はその過酷な環境から数値シミュレーション技術のレベルを極めて高い水準にするべきであるという考えの下、粉体／混相流の数値シミュレーションおよび粉体を対象としたデータサイエンスにおいて世界を牽引する研究業績をあげています。 酒井研究室の学生は、皆、優秀で高いモチベーションをもって研究に取り組んでいます。

Guided by the belief that the harsh environment of nuclear power demands an exceptionally high level of numerical simulation technology, Sakai-Group has produced world-leading research achievements in the numerical simulation of granular and multiphase flows, as well as in data science for powder systems. All members of Sakai-Group are highly capable and strongly motivated in their research.

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粉体／混相流の数値シミュレーションに興味があり、物理モデルの開発、並列計算アルゴリズムの開発、粉体が係わる複雑な現象の解明に関する研究、粉体を対象としたデータサイエンスに関する研究に取り組みたいという学生を歓迎します。 修士課程および博士課程では、本学だけでなく広く人材を求めています。 大学院にて酒井研究室を志望する方は、原子力国際専攻を受験してください（原子力国際専攻のホームページに示してあるとおり、筆記試験の科目は、英語、論理的思考能力を見るための数理的問題および小論文となっており、筆記試験において原子力工学の専門知識を求められていません）。 配属された学生には丁寧な研究指導を行っており、研究で最も重要になる課題設定の考え方も指導しています。 当事者意識をもって研究を進められた学生には、国内外の学会で研究発表する機会が自然と生まれますし、さらに志の高い学生には研究成果を学術雑誌に投稿できるようにまとめ方を指導しています。 これまでに、大学院の主席修了者（工学系研究科長賞受賞者（おおよそ２年に一人））、日本学術振興会特別研究員、 国内外の学会での受賞者、を数多く輩出しており、頑張った学生が活躍できるようにサポートしています。

Professor Sakai welcomes students interested in the numerical simulation of granular and multiphase flows who wish to engage in developing advanced models for computational granular dynamics, creating parallel computing algorithms, investigating complex phenomena involving granular materials, and conducting data science research on these systems. Professor Sakai seeks highly motivated individuals not only from our own university but also more broadly, for both Master's and Doctoral programs. Those wishing to join my group at the graduate level should apply to the Department of Nuclear Engineering and Management (NEM). As indicated on the NEM website, specialized knowledge of nuclear engineering is not required for the entrance examination. Professor Sakai carefully guides my students in essential aspects of scientific inquiry, including how to identify and formulate research problems. Students who take full ownership of their work will have opportunities to write manuscripts for submission to leading journals. Over the years, Professor Sakai havs produced many distinguished graduates, including top-ranked students (winners of the Dean's Award of the School of Engineering, roughly once every two years), Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) Research Fellows, and recipients of awards at both domestic and international conferences. Professor Sakai actively supports his students so that their efforts can lead to success. Regarding scholarships, please see the following links:
■ International applicants

■ Scholarship

Research interests

大学で開発された技術や研究で培った知識は、社会に還元されるべきであると考えています。 酒井研究室で開発された独自技術は商用ソフトウェアに搭載されているほか、民間企業との大型共同研究（社会連携講座）も積極的に行っています。 酒井研究室の活動に興味を持たれた方はお気軽に連絡ください。

Professor Sakai believes that the technologies developed at the university should be returned to society. In addition to carrying out Grants-in-Aid for Scientific Research (KAKENHI) and other funding sources, the Sakai Group actively engage in joint research with industrial companies through social collaboration programs. If you are interested in the activities of the Sakai Group, please feel free to contact us.

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    現在取り組んでいる研究プロジェクト

  • 基礎研究：粉体シミュレーションの高度化のための計算モデルの開発
  • 基礎研究：混相流シミュレーションの高度化のための計算モデルの開発
  • 基礎研究：粉体・混相流シミュレーションを用いた縮約モデルの開発
  • 基礎研究：粉体・混相流シミュレーションの可視化技術の開発
  • 応用研究：炉心溶融および廃止措置（原子力分野）
  • 応用研究：医薬品の連続生産
  • 応用研究：リチウムイオン電池・全固体電池
  • 応用研究：食品・化学分野における粉体混合
  • 応用研究：資源循環システムの設計・運転最適化検討
  • 応用研究：スラリーのレオロジー特製評価

■ Current projects

  • Advanced modeling & simulation for granular flows
  • Advanced modeling & simulation for multi-phase flows
  • Development of reduced-order models using granular and multiphase flow simulations
  • Development of visualization technologies for granular and multiphase flow simulations
  • Applied research: Severe accident and decommissioning (nuclear engineering)
  • Applied research: Continuous pharmaceutical production
  • Applied research: Lithium-ion and all-solid-state batteries
  • Applied research: Powder mixing in the food and chemical industries
  • Applied research: Design and operational optimization of resource recycling systems
  • Applied research: Rheological property evaluation of slurries

■ Current joint research with industrial companies (social cooperation program)
  • Digital Twin Fundamental Technology Course for Next Generation Powder Process Systems
  • Digital Twin Fundamental Technology Course for Next Generation Resource Circulation Solutions

Research environment

酒井研究室の研究環境は恵まれており、最新のCentral Processing Unit (CPU)を搭載した計算機サーバ、データサイエンス向けの最新のGraphical Processing Unit (GPU)、妥当性確認（Validation）のための実験装置が身近にあります。 従って、物理シミュレーションやデータサイエンスに関する知識ならびにプログラミングスキルを身につけることができます。

The Sakai Group boasts a state-of-the-art research environment, featuring computing servers equipped with the latest Central Processing Units (CPUs), cutting-edge Graphical Processing Units (GPUs) optimized for data science, and experimental instruments for validation.

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酒井研究室は、毎年、最新のCPUを搭載した計算機サーバを導入しています。 サロゲートモデルにおけるニューラルネットワークの計算を効率的に行うために最新のGPUも導入しています。 また、最先端の実験装置も導入しており、コンピュータシミュレーションの入力データの取得やシミュレーション結果の妥当性確認に関する実験を行っており、 レオメータ、原子間力顕微鏡、ハイスピードカメラ、ゼータ電位測定計、マイクロスコープなどの実験装置を所有しています。 趣味が高じて学生自身が計算用PCをくみ上げることもありますし、妥当性確認のための実験においてオリジナルの実験装置を設計・製作することもあります。

The Sakai Group introduces new computing servers every year. To efficiently run neural network computations for surrogate models, we acquire the latest GPUs. In some cases, students with a passion for building PCs assemble their own machines for computational purposes. Additionally, we invest in state-of-the-art experimental equipment, conducting experiments to obtain input data for computer simulations and to validate simulation results. Our facilities include a rheometer, an atomic force microscope, high-speed cameras, a zeta potential measurement device, and a microscope. We frequently design and manufacture original experimental apparatuses when carrying out validation experiments. Original experimental apparatuses are often designed for validation tests.


PC building
Workstations
AFM (JPK Instruments AG)