何を学ぶ
私たちの生活や産業を支える、いろいろなモノを動かす電気のパワーと、いろいろなモノを賢く楽しく便利にする電子の頭脳で、明日の世界に必要なテクノロジーを生み出す。

吉信 達夫(よしのぶ たつお)先生
東北大学/大学院医工学研究科/教授
1964年、京都生まれ。京都大学工学部出身。博士(工学)。大阪大学助手・講師・助教授を経て2005年から東北大学教授。1999年から1年間、文部省在外研究員としてドイツ・ユーリッヒ研究センターに滞在。専門は半導体センサ工学。趣味は外国語。
電気・電子工学の魅力とは
皆さんは生まれてから今日までに、電気を全く使わないで過ごした日があるだろうか? 災害時の停電などで、電気のない生活を経験した方もいると思うが、今の私たちの生活は、電気がなければ成り立たないと言ってよい。
また、私たちはSNSやメール、ビデオ会議システムで世界中の人々とリアルタイムにつながっている。これを実現している情報通信技術も電気・電子工学によって支えられている。今ではあたりまえになったこれらの技術は、少し前ならSFの世界の話であった。何しろ100年ちょっと前には電灯すらなかったのだ。
スマホで動画や音楽を楽しめるのはなぜだろうか? 自動運転車はどうやって走るのだろうか? そんな疑問を持ったことがあれば、あなたは電気・電子工学分野に向いているかもしれない。
科学の新しい発見を、私たちの生活や社会の進歩に結びつけていくのが工学の役割であるが、以下に見ていくように、電気・電子工学は私たちの生活や社会で実にさまざまな形で役に立っており、活躍の場は非常に広いと言える。わが国はこの分野で常に世界をリードしてきた。米国電気電子学会(IEEE)が選んだ電気・電子工学の歴史的偉業のうち、40件以上(八木・宇田アンテナ、富士山頂レーダー、東海道新幹線、電卓、液晶ディスプレイ、衛星放送、ワープロ、太陽電池、緊急警報放送、自動改札、カーナビ、QRコードなど)が日本から選ばれている。
私たちの社会をよりよく、生活を楽しく便利にする技術に触れることができるのが、この分野の魅力と言えるのではないだろうか。
また、私たちはSNSやメール、ビデオ会議システムで世界中の人々とリアルタイムにつながっている。これを実現している情報通信技術も電気・電子工学によって支えられている。今ではあたりまえになったこれらの技術は、少し前ならSFの世界の話であった。何しろ100年ちょっと前には電灯すらなかったのだ。
スマホで動画や音楽を楽しめるのはなぜだろうか? 自動運転車はどうやって走るのだろうか? そんな疑問を持ったことがあれば、あなたは電気・電子工学分野に向いているかもしれない。
科学の新しい発見を、私たちの生活や社会の進歩に結びつけていくのが工学の役割であるが、以下に見ていくように、電気・電子工学は私たちの生活や社会で実にさまざまな形で役に立っており、活躍の場は非常に広いと言える。わが国はこの分野で常に世界をリードしてきた。米国電気電子学会(IEEE)が選んだ電気・電子工学の歴史的偉業のうち、40件以上(八木・宇田アンテナ、富士山頂レーダー、東海道新幹線、電卓、液晶ディスプレイ、衛星放送、ワープロ、太陽電池、緊急警報放送、自動改札、カーナビ、QRコードなど)が日本から選ばれている。
私たちの社会をよりよく、生活を楽しく便利にする技術に触れることができるのが、この分野の魅力と言えるのではないだろうか。
電気・電子工学分野の研究テーマ
電気・電子工学分野は、電気と関わる現象や技術を網羅する広大な学問・技術分野である。エネルギーとしての電気(=電力)を扱う分野を「強電」と呼び、これに対して、情報通信や電子制御などを扱う分野を「弱電」という言い方がある。ごく大ざっぱに言うと電気工学は強電、電子工学は弱電に対応するが、両者の基礎は共通であり、さらに材料、制御、通信、情報など、電気・電子工学と密接に関連する分野は非常に多様である。各大学のホームページや資料を積極的に活用して、自分の興味のある研究がどの大学で行われているのかを調べてみるのがよいだろう。
以下では、電気・電子工学分野の主なテーマを概観する。いずれの分野でも未来を創造する最先端の研究が行われている。
●エネルギー分野
現代の私たちの生活や社会は電気に支えられている。エネルギーとしての電力は、社会や産業の基盤(インフラストラクチャー=インフラ)として絶対不可欠のものであり、その安定供給なしにいまの社会は成り立たない。したがって、それを支える発電や送電などの電力工学技術は、きわめて公共性の高い技術であると言える。
また近年では、エネルギーの利用は地球環境問題を抜きにして語ることはできなくなっており、環境負荷の低いエネルギー源や利用技術の開発が求められている。
現在の主なエネルギー源である石油・石炭・天然ガス・ウランなどの地下資源は有限であり、いずれは枯渇するものであるから、太陽光発電や風力発電など、無尽蔵な再生可能エネルギーの開発は人類全体にとって非常に重要な課題である。
最近普及が進むEV車は、バッテリーに蓄えた電気エネルギーを動力源として走行する自動車であり、その高性能化に必要な技術の開発が急ピッチで進められている。
●制御・システム分野
電気・電子工学はロボットをはじめとする機械の制御にも欠かせない。機械の制御を電子的に行う技術は、メカトロニクスと呼ばれている。私たちが使っているほとんど全ての機械は、動力源として電気を使っているか、電子制御されているか、あるいはその両方であると言ってよい。最近注目される自動運転は、カメラやセンサの情報をもとに人工知能が自動車の走行を制御する技術である。
現在の電子制御は、マイクロプロセッサを用いたコンピュータ制御が主流になっている。最近のマイクロプロセッサの演算能力は、ひと昔前のスーパーコンピュータを超えると言われており、これによって非常に高度で複雑な動作をするロボットも実現できるようになった。
●エレクトロニクス分野
エレクトロニクス(=電子工学)は、主に半導体デバイスを用いた情報処理や制御に関わる技術である。半導体デバイスとは、シリコンなどの半導体中に含まれる電子の性質を利用した部品のことで、論理演算(コンピュータで使われる計算)を行う機能を持つトランジスタのほか、発光ダイオード(LED)、レーザーダイオード、太陽電池も半導体デバイスの一種である。
トランジスタはもっとも代表的な半導体デバイスであり、パソコンやスマホの心臓部には数十億個〜数百億個のトランジスタが使われている。これを可能にしたのは、わずか数ミリ角のチップ上に微小サイズのトランジスタをたくさん並べて配線する集積回路技術であり、高度情報化社会を牽引(けんいん)してきた技術である。現在はナノエレクトロニクス(1ナノメートル=1ミリの100万分の1の長さ)の時代を迎えており、量子効果を利用した新しいデバイスや、量子コンピュータの研究が盛んに行われている。
エレクトロニクスの研究分野は、新材料の開発、各種デバイス(半導体デバイスのほか、表示デバイス、メモリ、センサなど)や集積回路の開発、さらにこれらを利用するシステムの開発など非常に広範囲にわたる。
より高い性能や新しい機能を持ったデバイスを作るため、半導体・絶縁物・磁性体・液晶・有機エレクトロニクス材料などの研究が活発に行われており、新しく発見された物理現象が新しいデバイスの開発に結びつくことも多い。
●通信分野
現代社会は高度に発達した情報通信ネットワークによって支えられている。インターネットが普及したのはここ30年余りの間の出来事であるが、それによって私たちの生活が飛躍的に便利になっただけでなく、新しいビジネスやコミュニティが次々と生まれ、経済・文化・政治にも大きな影響を与えている。
SNSやメールの普及は、コミュニケーションや人間関係のあり方にも影響を与えている。誰もがいつでもどこでもネットにつながり、5Gのように大量のデータをやり取りすることを可能にする高速大容量データ通信技術が年を追って進歩している。また、さまざまなモノ同士がインターネットで情報交換するIoT*によって私たちの生活がより便利になると期待されている。
通信工学は、無線や光通信など通信に必要なハードウェアに関する技術と、これを使って効率よく、安全にデータを送るための通信方式やネットワークに関する技術などからなる。情報を電波で送る無線技術は、放送や衛星通信のほか、GPS*、モバイルネットワーク、Wi-Fiなどに応用されている。一方、光の点滅によって情報を送る光通信技術は、細いケーブルで大量のデータを送れることから、インターネットの大動脈として地球を覆うネットワークを形成している。
現在では、音声や画像などの情報を0と1の符号に変換して伝送するディジタル通信が主流である。データを圧縮したり、伝送中に失われたり間違って伝わったデータを復元するため、符号化・誤り訂正・暗号など数学的理論に基づいた技術が使われている。
●情報・ソフトウェア分野
電気・電子工学と情報工学は密接に関連しており、あわせて一つの学科になっている大学も多い。両者の関係はコンピュータを考えるとわかりやすい。コンピュータは、CPU*やメモリなどのパーツ(ハードウェア)から組み立てられているが、それだけではただの箱である。OS*やアプリをインストールして初めて動作する。このことからわかるように、エレクトロニクスと情報工学は、コンピュータを支える車の両輪の役割を果たしている。
近年はディープラーニングや生成AIなど人工知能の研究が盛んに行われており、たとえば、リアルタイム音声翻訳や音声認識アシスタントなどの技術が私たちにとって身近なものになりつつある。
●その他の分野
電気・電子工学はほかのさまざまな分野にも応用されている。
電波やレーザーを用いた計測技術は天文学や地球環境測定に使われているほか、身近なところではカーナビにも使われている。
また、超音波・電磁波・磁力などを用いて病気の診断や治療を行う医用エレクトロニクスは私たちの健康を守るのに役立っている。
以下では、電気・電子工学分野の主なテーマを概観する。いずれの分野でも未来を創造する最先端の研究が行われている。
●エネルギー分野
現代の私たちの生活や社会は電気に支えられている。エネルギーとしての電力は、社会や産業の基盤(インフラストラクチャー=インフラ)として絶対不可欠のものであり、その安定供給なしにいまの社会は成り立たない。したがって、それを支える発電や送電などの電力工学技術は、きわめて公共性の高い技術であると言える。
また近年では、エネルギーの利用は地球環境問題を抜きにして語ることはできなくなっており、環境負荷の低いエネルギー源や利用技術の開発が求められている。
現在の主なエネルギー源である石油・石炭・天然ガス・ウランなどの地下資源は有限であり、いずれは枯渇するものであるから、太陽光発電や風力発電など、無尽蔵な再生可能エネルギーの開発は人類全体にとって非常に重要な課題である。
最近普及が進むEV車は、バッテリーに蓄えた電気エネルギーを動力源として走行する自動車であり、その高性能化に必要な技術の開発が急ピッチで進められている。
●制御・システム分野
電気・電子工学はロボットをはじめとする機械の制御にも欠かせない。機械の制御を電子的に行う技術は、メカトロニクスと呼ばれている。私たちが使っているほとんど全ての機械は、動力源として電気を使っているか、電子制御されているか、あるいはその両方であると言ってよい。最近注目される自動運転は、カメラやセンサの情報をもとに人工知能が自動車の走行を制御する技術である。
現在の電子制御は、マイクロプロセッサを用いたコンピュータ制御が主流になっている。最近のマイクロプロセッサの演算能力は、ひと昔前のスーパーコンピュータを超えると言われており、これによって非常に高度で複雑な動作をするロボットも実現できるようになった。
●エレクトロニクス分野
エレクトロニクス(=電子工学)は、主に半導体デバイスを用いた情報処理や制御に関わる技術である。半導体デバイスとは、シリコンなどの半導体中に含まれる電子の性質を利用した部品のことで、論理演算(コンピュータで使われる計算)を行う機能を持つトランジスタのほか、発光ダイオード(LED)、レーザーダイオード、太陽電池も半導体デバイスの一種である。
トランジスタはもっとも代表的な半導体デバイスであり、パソコンやスマホの心臓部には数十億個〜数百億個のトランジスタが使われている。これを可能にしたのは、わずか数ミリ角のチップ上に微小サイズのトランジスタをたくさん並べて配線する集積回路技術であり、高度情報化社会を牽引(けんいん)してきた技術である。現在はナノエレクトロニクス(1ナノメートル=1ミリの100万分の1の長さ)の時代を迎えており、量子効果を利用した新しいデバイスや、量子コンピュータの研究が盛んに行われている。
エレクトロニクスの研究分野は、新材料の開発、各種デバイス(半導体デバイスのほか、表示デバイス、メモリ、センサなど)や集積回路の開発、さらにこれらを利用するシステムの開発など非常に広範囲にわたる。
より高い性能や新しい機能を持ったデバイスを作るため、半導体・絶縁物・磁性体・液晶・有機エレクトロニクス材料などの研究が活発に行われており、新しく発見された物理現象が新しいデバイスの開発に結びつくことも多い。
●通信分野
現代社会は高度に発達した情報通信ネットワークによって支えられている。インターネットが普及したのはここ30年余りの間の出来事であるが、それによって私たちの生活が飛躍的に便利になっただけでなく、新しいビジネスやコミュニティが次々と生まれ、経済・文化・政治にも大きな影響を与えている。
SNSやメールの普及は、コミュニケーションや人間関係のあり方にも影響を与えている。誰もがいつでもどこでもネットにつながり、5Gのように大量のデータをやり取りすることを可能にする高速大容量データ通信技術が年を追って進歩している。また、さまざまなモノ同士がインターネットで情報交換するIoT*によって私たちの生活がより便利になると期待されている。
通信工学は、無線や光通信など通信に必要なハードウェアに関する技術と、これを使って効率よく、安全にデータを送るための通信方式やネットワークに関する技術などからなる。情報を電波で送る無線技術は、放送や衛星通信のほか、GPS*、モバイルネットワーク、Wi-Fiなどに応用されている。一方、光の点滅によって情報を送る光通信技術は、細いケーブルで大量のデータを送れることから、インターネットの大動脈として地球を覆うネットワークを形成している。
現在では、音声や画像などの情報を0と1の符号に変換して伝送するディジタル通信が主流である。データを圧縮したり、伝送中に失われたり間違って伝わったデータを復元するため、符号化・誤り訂正・暗号など数学的理論に基づいた技術が使われている。
●情報・ソフトウェア分野
電気・電子工学と情報工学は密接に関連しており、あわせて一つの学科になっている大学も多い。両者の関係はコンピュータを考えるとわかりやすい。コンピュータは、CPU*やメモリなどのパーツ(ハードウェア)から組み立てられているが、それだけではただの箱である。OS*やアプリをインストールして初めて動作する。このことからわかるように、エレクトロニクスと情報工学は、コンピュータを支える車の両輪の役割を果たしている。
近年はディープラーニングや生成AIなど人工知能の研究が盛んに行われており、たとえば、リアルタイム音声翻訳や音声認識アシスタントなどの技術が私たちにとって身近なものになりつつある。
●その他の分野
電気・電子工学はほかのさまざまな分野にも応用されている。
電波やレーザーを用いた計測技術は天文学や地球環境測定に使われているほか、身近なところではカーナビにも使われている。
また、超音波・電磁波・磁力などを用いて病気の診断や治療を行う医用エレクトロニクスは私たちの健康を守るのに役立っている。
電気・電子工学分野で学ぶ内容
大学に入学すると、まず一般教育科目を学習する。数学・物理学・化学・生物学など理系の基礎科目と、人文・社会系科目、語学などを学習することになる。
なかでも、数学と物理学は電気・電子工学の基礎として重要である。解析学や線形代数学は、その後の専門科目を学ぶときに、微分方程式を解いたり、ベクトル・行列を扱ったりするために欠かせないものであるから、十分にマスターしておくことが必要である。
物理学のうち、力学や電磁気学はもちろん必要であるが、物理学のほかの分野や化学・生物学も学んでおくと役に立つだろう。英語は卒業研究のために論文を読むのに必要なだけではなく、卒業後もずっと役に立つものであるから、ぜひ頑張って勉強してもらいたい。
2年次からは専門科目の学習が始まる。電気・電子工学分野は多岐にわたるため、授業科目も多様である。
初めは、各分野の基礎となる科目を学習し、その後、より専門的な科目を選択して学習する。多くの学生が共通して学ぶ基礎的な授業科目としては、次のようなものがある。
「電磁気学」電気と磁気に関する物理学であり、電気・電子工学全体の基礎である。
「電気回路学」抵抗やコンデンサ、コイルなどの部品と電源で構成される電気回路の解析方法を学ぶ。
「電子回路学」トランジスタを使った増幅回路や論理演算回路について学ぶ。
「計算機工学」コンピュータの構成や動作原理について学ぶ。
各分野の、より専門的な授業科目としては、次のようなものがある。
エネルギー分野…電力発生工学、電力系統工学など。
制御・システム分野…システム制御工学、ディジタル制御など。
エレクトロニクス分野…固体電子物性論、半導体デバイス工学など。
通信分野…電磁波動論、伝送方式、符号理論など。
情報・ソフトウェア分野…情報数学、データ構造とアルゴリズム、プログラミング言語など。
このほか、実際に自分で装置を操作してデータを計測し、グラフや表を作成して解析を行う学生実験は、授業科目で学んだ知識をより実践的なものとするために、非常に重要である。
学生実験では、レポートの書き方についても指導を受ける。また、コンピュータプログラムの書き方を学習するプログラミング演習も多くの大学で行われている。
3〜4年生になると研究室に配属され、卒業研究を行う。学部の卒業研究では指導教員から与えられた課題について実験や解析を行い、考察を加え、論文としてまとめる。答えが用意されていない課題に取り組むという経験を通して実践力を身につける。
なかでも、数学と物理学は電気・電子工学の基礎として重要である。解析学や線形代数学は、その後の専門科目を学ぶときに、微分方程式を解いたり、ベクトル・行列を扱ったりするために欠かせないものであるから、十分にマスターしておくことが必要である。
物理学のうち、力学や電磁気学はもちろん必要であるが、物理学のほかの分野や化学・生物学も学んでおくと役に立つだろう。英語は卒業研究のために論文を読むのに必要なだけではなく、卒業後もずっと役に立つものであるから、ぜひ頑張って勉強してもらいたい。
2年次からは専門科目の学習が始まる。電気・電子工学分野は多岐にわたるため、授業科目も多様である。
初めは、各分野の基礎となる科目を学習し、その後、より専門的な科目を選択して学習する。多くの学生が共通して学ぶ基礎的な授業科目としては、次のようなものがある。
「電磁気学」電気と磁気に関する物理学であり、電気・電子工学全体の基礎である。
「電気回路学」抵抗やコンデンサ、コイルなどの部品と電源で構成される電気回路の解析方法を学ぶ。
「電子回路学」トランジスタを使った増幅回路や論理演算回路について学ぶ。
「計算機工学」コンピュータの構成や動作原理について学ぶ。
各分野の、より専門的な授業科目としては、次のようなものがある。
エネルギー分野…電力発生工学、電力系統工学など。
制御・システム分野…システム制御工学、ディジタル制御など。
エレクトロニクス分野…固体電子物性論、半導体デバイス工学など。
通信分野…電磁波動論、伝送方式、符号理論など。
情報・ソフトウェア分野…情報数学、データ構造とアルゴリズム、プログラミング言語など。
このほか、実際に自分で装置を操作してデータを計測し、グラフや表を作成して解析を行う学生実験は、授業科目で学んだ知識をより実践的なものとするために、非常に重要である。
学生実験では、レポートの書き方についても指導を受ける。また、コンピュータプログラムの書き方を学習するプログラミング演習も多くの大学で行われている。
3〜4年生になると研究室に配属され、卒業研究を行う。学部の卒業研究では指導教員から与えられた課題について実験や解析を行い、考察を加え、論文としてまとめる。答えが用意されていない課題に取り組むという経験を通して実践力を身につける。
卒業後の進路
多くの学生が大学院の修士課程(博士前期課程)に進学して修士号(マスター)を取得する。これは、学部の4年間で学習できる内容が限られているのに対して、実社会で求められる工学技術がますます高度化しているためである。
大学院の授業内容は学部より高度になっているのはもちろんのこと、新しい研究成果も取り入れられている。修士課程では、研究の道筋を自分で考えたり、問題にぶつかったときに合理的に解決したりするなど、研究者やエンジニアとして自立できる能力を身につける。
さらに、研究の道へ進みたい学生は、博士後期課程に進学して博士号(ドクター)の取得を目指す。博士号は大学や研究機関の研究者になるために必須であるが、企業においても博士号取得者の採用に積極的なところが多くなっており、研究だけにとどまらず、開発やビジネスの現場においても、博士号取得者の活躍が期待されている。
電気・電子工学分野の卒業生の就職先は非常に多様である。電力、電機、家電、電子機器、半導体、情報通信機器、通信事業者、ソフトウェア関連はもちろんのこと、ありとあらゆる製造業で電気・電子工学のエンジニアが必要とされている。また、非製造業においてもシステム開発などを中心に多くの求人がある。
大学院の授業内容は学部より高度になっているのはもちろんのこと、新しい研究成果も取り入れられている。修士課程では、研究の道筋を自分で考えたり、問題にぶつかったときに合理的に解決したりするなど、研究者やエンジニアとして自立できる能力を身につける。
さらに、研究の道へ進みたい学生は、博士後期課程に進学して博士号(ドクター)の取得を目指す。博士号は大学や研究機関の研究者になるために必須であるが、企業においても博士号取得者の採用に積極的なところが多くなっており、研究だけにとどまらず、開発やビジネスの現場においても、博士号取得者の活躍が期待されている。
電気・電子工学分野の卒業生の就職先は非常に多様である。電力、電機、家電、電子機器、半導体、情報通信機器、通信事業者、ソフトウェア関連はもちろんのこと、ありとあらゆる製造業で電気・電子工学のエンジニアが必要とされている。また、非製造業においてもシステム開発などを中心に多くの求人がある。
電気・電子工学分野を目指す人へ
これまで述べてきたように、電気・電子工学は私たちの社会や生活をよりよくするのに役立ってきた。もちろん、今後もその役割は変わらないだろう。電気・電子工学分野を目指す人は、ぜひ「明日の世界に必要なものは何か?」「あったら便利なものは何か?」ということを、いろいろ想像してみてほしい。
また、電気・電子工学を学ぶためには、数学や物理学は基本となるものであるから、よくマスターしてほしい。単に公式を暗記して当てはめるだけ、という学習ではなく、「なぜそうなるのか?」を考える習慣を身につけることが大切である。
また、電気・電子工学を学ぶためには、数学や物理学は基本となるものであるから、よくマスターしてほしい。単に公式を暗記して当てはめるだけ、という学習ではなく、「なぜそうなるのか?」を考える習慣を身につけることが大切である。
*IoT=Internet of Things(モノのインターネット) *GPS=Global Positioning System(全地球測位システム) *CPU=Central Processing Unit(中央処理装置)
*OS=Operating System(基本ソフト)

