Electron microscopy is one of the most important and powerful technique for the microstructure analysis in materials. Tele-microscopy including the remote operation and observation using electron microscopes had been proposed at end of 1990’s, however, the initial stage tele-microscopy had not been widespread because of the underdevelopment of information and communication technology at that time. Now we start the construction of network tele-microscopy system as the cutting edge of tele-microscopy. In the present study, the concept and some experimental results of the network tele-microscopy system focusing on the Hyogo Prefecture in Japan are introduced.

This study presents advancements in electron optical systems, focusing on AI-compatible designs to improve performance in SEM, TEM, and analyzers. Key innovations include: (1) the N-SYLC aberration corrector, which eliminates magnetic hysteresis and enhances magnetic field strength using parallel current lines; (2) the V-SYLC beam deflector for high-speed voltage superimposition; and (3) the DAL electron mirror, offering charging-free energy filtering for compact analyzers. The N-SYLC system simplifies traditional spherical aberration correction by replacing magnetic poles with current lines, improving controllability and efficiency. Integration of these technologies with AI enables autonomous electron beam tuning and noise suppression, laying a foundation for new applications.

We developed a method for 3D surface reconstruction of crystalline materials using electron tomography. The study focused on dendritic crystalline particles growing in an amorphous Fe-Si-B alloy matrix. Bright-field TEM images were acquired using an ultra-high voltage electron microscope (2000 kV, Hitachi H-3000) from 121 angles between -60° and +60° at 1° intervals. To address the complex diffraction contrast typical of crystalline materials, the images were binarized, clearly separating the crystalline particles from the amorphous regions. The reconstruction results showed that binarization significantly reduced noise, producing a smooth and accurate representation of the 3D growth front. This method aids in understanding the growth mechanisms of crystalline particles.

Electron microscopy is a crucial technique for microstructure observation and material analysis, but its high cost and the limited availability of skilled electron microscopists restrict its accessibility. In Japan, electron probe micro-analyzers (EPMAs) with field-emission (FE) guns are installed in only a few public technology centers and universities. Network tele-microscopy offers a solution by enabling remote observation of electron microscope images without requiring expensive equipment or specialized expertise. This study reports on a network tele-microscopy system developed for remote observation, installed at the Research Center for Advanced Metallic Materials, University of Hyogo, and the Hyogo Prefectural Institute of Technology.

電子顕微鏡法は微細構造解析で重要であり、マテリアルDX推進の一環としてnetwork tele-microscopyが注目されている。この技術は、リアルタイムで「イメージ」を共有し、効率的なデータ収集と研究者間の生きたデータ共有を可能にする。特に、粉末床溶融結合法における超温度場での絶対界面安定性に関するナノデンドライト形成の3D評価が焦点である。本研究では、大阪大学の超高圧電子顕微鏡を活用し、network tele-microscopyによるナノデンドライトの遠隔観察事例を報告した。

本論文では、ウェブサイト「TinkerCAD-circuits」を利用して仮想実験を実現する方法を示す。このような実験を実現することで多くの利点が得られるが、シミュレータ内で現実的な実験を行うためにはいくつかの重要なノウハウが必要である。本論文では、それらのノウハウの具体例を示し、読者が容易に実践できるよう、サンプル回路とその結果を提供する。

アモルファスFe-Si-B合金を500℃以上に加熱するとデンドライト結晶粒が成長することが知られており、その成長メカニズム解明には結晶粒の三次元表面形状の計測が重要である。しかし、結晶粒と母相の組成比が近いためADF-STEMトモグラフィーではコントラストが得られず、回折コントラスト像に基づく解析が必要となる。本研究では、回折コントラスト像を活用した二値化画像による三次元再構成を試みた。大阪大学の300万ボルト超高圧電子顕微鏡（日立H-3000）を用い、±60°で1度刻みの明視野TEM像を取得し、二値化処理を通じてマーカーレスアライメントに成功した。再構成結果ではmissing wedge効果が顕著であり、全角傾斜による表面形状再現性がシミュレーションで確認された。本研究では全角傾斜ホルダーを用いた実験の取り組みについても述べる。

電子顕微鏡は材料解析における基盤技術であるが、高コストや専門人材の確保が困難であり、地方自治体での運用が困難になりつつある。Network tele-microscopyは、クラウドやテレビ会議システムを用いて電子顕微鏡像を遠隔地でリアルタイムに共有・観察する技術であり、この課題の有力な解決策である。本研究では、大阪大学や兵庫県立大学の電子顕微鏡を用いて1府5県14拠点での遠隔観察を実現した事例を報告し、自治体レベルでの持続可能な電子顕微鏡運用モデル構築のための課題を考察する。

透過電子顕微鏡は高コストや専門人材の不足により地方自治体での運用が困難である。本研究では、遠隔操作ではなく遠隔観察に特化した「クラウドIPハイブリッド方式」を用い、1府5県16拠点での遠隔観察を実現した。遠隔観察は、タイムラグやセキュリティ問題を伴う遠隔操作の課題を回避し、現実的な普及が期待される。本方式を用い、大阪大学の超高圧電子顕微鏡H-3000を活用し、オンライン会議やテレビ会議システムを併用して金属材料の観察を行った事例を報告する。

電子顕微鏡の遠隔観察・遠隔操作技術は新しい概念ではなく、1990年代後半から超高圧電子顕微鏡Hitachi H-3000を用いた先駆的な試みが行われ、多くの知見が得られてきた。当時はISDNや衛星通信を用い、限られた回線容量で情報を転送する技術が主眼であったが、COVID-19の影響でリモート技術の社会的受容が進み、TEMの画像取得技術や通信容量の大幅な進化により状況が一変した。我々は、大阪大学超高圧電子顕微鏡センターで開発されたnetwork tele-microscopyを用い、4K画像のリアルタイム観察や高速通信、情報秘匿性を実現し、金属ガラス・アモルファス相の遠隔観察に成功した事例を報告する。