青い空と白いブタ

　ブタは飛べないかもしれないが、泳ぐことはできる。ニール・ハマーシュラグ氏がバハマ諸島で撮影した写真をご覧あれ。

　この泳ぎ手は小島のとある家族の一員で、何を思い立ったか、近海を通る船を目指し“イヌかき”ならぬ“ブタかき”で突進中だ。この写真はマイアミ大学ローゼンスティール海洋大気科学研究所が主催する2009年度水中写真コンテストで、マイアミ大学生部門の第1位に輝いた。


あ～、かわええなぁ～。
でもちょっと鼻が大きすぎて、不気味との意見も…

“透明マント”実現に向けた最新技術

SF映画『スタートレック』に登場するロミュラン人（ヒューマノイド異星人)は独自技術の遮蔽（しゃへい）装置を使って戦艦戦隊の姿を覆い隠す。先週発表された研究によると、どうやら地球人もこの技術の実現に一歩近づいたようだ。


　2つの研究チームがそれぞれ独立に、顕微鏡サイズの物体を隠すことのできるシリコンベースの素材を開発した。可視光に非常に近い波長の近赤外線で物体の透明化に成功したのは初めてのことだ。

　通常、平らな面に置いてある物体を布切れで覆って隠そうとしても、不自然な“でっぱり”ができるためすぐに見つかる。しかし、新素材を使えば、そのような“でっぱり”さえ視界から消えてしまうという。

　2つの研究チームのうち1つは、アメリカにあるカリフォルニア大学バークレー校のシャン・チャン氏が率いるチームで、遮蔽素材に無数の小さなナノホール（極小の穴）を開けることにより、“透明化”効果を実現した。ナノホールにより遮蔽素材の光学特性が変わり、覆い隠された物体の周囲の光が屈折する。バークレーチームの今回の研究は「Nature Materials」誌の4月29日号に掲載されている。

　もう1つの研究チームはアメリカにあるコーネル大学のミハル・リプソン氏が率いるチームで、遮蔽素材の表面を小さな柱で覆うことにより、やはり光を屈折させて、同様の“透明化”効果を実現している。コーネルチームの研究は、現在「Nature Photonics」誌のレビューを受けているところである。

　バークレーチームのジェイソン・バレンタイン氏は、自分たちが開発した素材を「カーペット・マント」と呼んでいる。どちらのチームの素材も、物体を“消す”プロセスはカーペットの下に物を隠す方法と似ている。「地面にある物ならうまく覆い隠すことができる」とバレンタイン氏は話す。

　しかし、2つの新素材が軍事的な隠密行動に利用できるようになるまでには、まだまだ長い道のりがある。まず、現時点では2つの新素材は赤外線でしか効果を発揮しない。次のステップとして、可視波長域で動作するものを開発する必要がある。

　また、今回の遮蔽素材は、顕微鏡サイズの物体しか覆い隠すことができない。「ただし、それでも潜在的な利用価値は十分にある」とバレンタイン氏は話す。例えば、将来の光コンピューターでは、今回のような遮蔽素材を利用して、光線の道筋の邪魔になるコンピューターチップの一部を隠し、光を効率的に移動させるといったことが可能になるかもしれないという。

　また、電子機器用のプリント回路製造に使用する特殊な鏡のダイクロイックミラー（誘電体鏡）は非常に高価であるが、表面にごく小さな傷ができるだけで全体が使い物にならなくなる。「傷を覆い隠せれば、再び完全な状態の鏡に見せることができる」とバレンタイン氏は話す。

　同氏によると、今回の遮蔽素材は大きさを拡張すれば、エアソフトガンで使われるBB弾くらいの物体なら覆い隠すことは可能かもしれないが、それ以上の大きさは難しいという。「例えば、バークレーチームの素材の場合、表面のナノホールは光の波長よりも小さいものでなければならない。まだまだ多くの課題がある」。

　スコットランドにあるセント・アンドリューズ大学の理論物理学者ウルフ・レオンハルト氏は、今回の研究を受けて次のように話す。「“透明マント”として実際に機能する素材の開発が進み非常にうれしく思う。しかし、理論的にはそれほど画期的な成果ではない。今回の素材のアイデアは、既に2006年の『Science』誌で私が初めて遮蔽技術に関して発表した研究の中で言及しているものだ」。

　コーネルチームのカール・ポイトラス氏もこの点には同意している。「多くの場合、理論は時代を先取りして予言するものだ。ただし、そのための技術が存在しなければ実現できない」。

　そしていま、遮蔽装置の理論モデルがついに現実のものとなり始めたようだ。


この研究って、各国の軍隊や研究機関で昔からやってるけど…
成功したって事例がまったくないもんね。
簡易カモフラージュ的な使い方なら、人間の視覚に訴えて出来てるみたいだけども。

軽量化と耐久性…そしてコスト。
熱光学迷彩…早くできないかなぁ～。
攻殻機動隊の世界はまだまだ先ですな。。。

衰えを知らない驚異の海底火山

　アメリカ国立科学財団（NSF）は5日、グアム島に近い北マリアナ諸島にある海底火山“NW Rota-1”で、2004年に初めて噴火が確認されて以来、現在も溶岩や溶融硫黄が噴出していると発表した（写真は2009年4月に撮影されたもの）。2008年からは付近に設置した水中マイクでの観測が続けられているが、火山の活動音は絶えることがなく、2009年4月の調査では爆発も確認されている。

　オレゴン州立大学の火山学者で、調査プロジェクトのリーダーを務めるビル・チャドウィック氏によれば、この海底火山は2006年から2009年の間に、高さ40メートル、幅300メートル成長したという。この高さは12階建てのビルほどで、幅は街区1ブロック分に相当する。

「このように長期間絶え間なく活動を続ける火山は、陸上の火山を含めてもほとんど例がない。これまでは火山活動のさまざまなプロセスを直接観測することができなかったが、それを詳しく調査する絶好のチャンスだ」とチャドウィック氏は話している。

ハワイの“大人しい”火山に危険な一面

多くの旅行者に親しまれているアメリカ、ハワイのキラウエア火山は、川のようにゆったり流れる溶岩で有名だ。しかし、世界で最も活発とされるこの火山には激しい一面もあるという研究論文が発表された。

　論文によると、ハワイ島の沿岸に位置するこの火山は、これまで考えられていたよりはるかに強力な噴火を起こす可能性があるという。「この火山はとても穏やかなことで知られ、サンダル履きで溶岩流のそばまで歩いて行けるほどだが、極めて危険な一面があることが判明した」と、ワシントンD.C.にある国立自然史博物館の火山学者ティム・ローズ氏は説明する。同氏は今回の論文の執筆に参加している。

　キラウエア火山の激しい一面は、火山の何キロも先まで広がるテフラ層から判明した。テフラとは、火山から噴出された灰や岩のことだ。ローズ氏らは、キラウエア火山のテフラが1000～1600年前に噴出したもので、現在であればジェット旅客機に危険を及ぼしかねないほど高く噴き上げられていたことを突き止めた。「ゴルフボール大の岩が16～17キロほどにわたって放り出されていた」と、執筆に参加したハワイ火山観測所の火山学者ドナルド・スワンソン氏は話す。

　さらに、テフラは海岸にまで達していた。最も近いものでもキラウエア火山のカルデラから約21キロ離れている。これは、噴火によって灰や岩がさらに遠くの海まで吐き出された可能性を示している。スワンソン氏によると、500～200年前にも、これに近い強力な噴火が起きているという。

　キラウエア火山のこのような激しい一面は、これまで認識されていなかった。古い灰や岩などの堆積物が後の火山流に埋められたためだ。「証拠となる物質が表に出てくることがこれまでなかった。つまり、こちらから探す必要があったのだ」とスワンソン氏は言う。

　同氏によると、このような噴火がいま起きれば、キラウエア火山の頂上部はバスケットボール大の灰や岩で覆われるという。ただし、論文を執筆した科学者チームは、いますぐ同じことが繰り返される危険はないとみている。「もちろん、近い将来に起きる兆候はない」とスワンソン氏は断言する。同氏によれば、火山学者たちはそのような噴火が起きる前にキラウエア火山の火口が内部で崩壊するはずだと考えているという。「われわれの考えでは、これだけ大きい噴火が起きるには相当な深さの火口が必要だ。今の火口はそのような状態ではない」。

　今回の論文によると、ハワイ島にあるほかの火山も知られざる激しい一面を持つ可能性があるという。国立自然史博物館のローズ氏は、「キラウエア火山の南側に位置するマウナロア山やマウナケア山にも、とても大きな規模のテフラが存在する」と説明する。この堆積物の出どころはまだわかっていない。それでも、「いくつかは信じられないほど厚みがあり、最も近い火山からかなり離れている。非常に大きい爆発的な噴火が何度かあったに違いない」とローズ氏は推測している。

自動修復する柔軟なコンクリート

　プレス機が5％の引張りひずみで自動修復機能を持つコンクリートの厚板を折り曲げている。上から押さえる力によって厚板の長さが5％伸びている状態だ。

　普通のコンクリートがこのレベルの圧力を受けると粉々に砕けてしまうが、新しいコンクリートなら微細なクラックが入るだけであり、しかもそのクラックは水や二酸化炭素に触れると自動的に塞がってしまうという。2009年3月、ミシガン大学の研究チームが発表した。

　映画「ターミネーター2」に登場した自由自在に姿を変える液体金属ほどの先進性はないが、自動修復機能を持つ新しいコンクリート素材がまもなく、橋や道路に画期的な保護性能をもたらすことになるかもしれない。

　従来のコンクリートは意外ともろい素材であり、地震や長期の使用で簡単にクラック（ヒビ）が生じてしまう。一方、新しいコンクリート混合材料は“U”の字に曲げても砕けることがない。この素材は変形を加えれば細かいクラックが生じるが、そのクラックも数日間の小雨に当たれば自動的に塞がってしまう。

「クラックが生じて露出した乾燥部分は雨水や空気中の二酸化炭素と反応し、炭酸カルシウムで“傷跡”を形成して塞いでしまう。炭酸カルシウムは自然界に存在する強力な化合物であり、海の貝殻の主成分でもある」と、アメリカ、ミシガン州アナーバーにあるミシガン大学に在籍し、今回の研究にも参加したヴィクター・リー（Victor Li）氏は解説する。研究チームの話によると、この柔軟性のある素材は自動修復後も強度は落ちないという。

　リー氏はこの15年間、研究チームのリーダーを務めた客員研究員のインズ・ヤン（Yingzi Yang）氏らとともに、さまざまに応用可能な次世代コンクリートの開発を進めてきた。リー氏の話によると、大阪の超高層マンションの中心部分に、自動修復機能を持つ同様のコンクリートが既に使われているという。

　2006年にミシガン州で建設された州間高速道路94号線をまたぐ橋でもこの素材が採用され、従来型の伸縮目地を省くことができた。伸縮目地とは橋の一定区間ごとに設置する歯状突起のある金属板のことであり、この資材を挟むことで普通のコンクリートでも折り曲がることなく伸縮が可能になるが、その設置場所を自動車が通行する際に大きな騒音が生じてしまうというデメリットがある。

「保守作業の必要性が低減することも新しいコンクリートのメリットだが、伸縮目地が不要になることで通行時の騒音が大幅に減少することも大きな魅力の1つである」と、リー氏は話す。自動修復機能を持つコンクリートはいま、アメリカ、モンタナ州の用水路建設でも使用が検討されている。

　この新素材の価格は従来のコンクリートの3倍もするが、保守費用やエネルギー需要が削減されるため、長期的にはコストは削減されることになる、とリー氏は考えている。また、この柔軟性のあるコンクリートを使用すれば、制震装置を購入、設置する必要もなくなる。したがって、「実際には建設の初期コストも下がる」とリー氏は指摘する。

ロボットハンドで繊細な指の動きを実現

　ロボットの器用さに関して言えば、“RAPHaEL”はほかのロボットより一歩先をいっているだろう。

　アメリカにあるバージニア工科大学のロボット工学研究所（Robotics and Mechanisms Laboratory）の学生が製作した空気圧で動くこのマシンは、重い缶詰を持ち上げる力強さはもちろんのこと、生卵を優しく扱う繊細さや手話ができるほどの柔軟性がある。



　RAPHaEL（Robotic Air-Powered Hand with Elastic Ligaments、伸縮する靭帯を持つ空気で動かすロボットハンド）は、圧縮空気のタンクに接続されており、操作者は空気圧をコントロールすることでロボットの指を動かすことができる。空気圧を低くすれば軽く握り、高くするとしっかり握るように作られている。

　RAPHaELがユニークなのはその設計だ。通常は、複数の指関節を各駆動装置が別々にコントロールするが、RAPHaEL は1台の駆動装置で一本の指関節すべてを動かすように設計されている。

　学部指導教官で研究室の責任者であるデニス・ホン氏は、「シンプルかつ洗練された駆動方法で非常に興味深い。しかも低コストで実現している」と斬新な発想を高く評価する。

　この軽量メカニズムは、圧縮空気・ガス協会（Compressed Air and Gas Institute）の2008-09イノベーション・コンテストで最優秀賞に輝いた。「いずれは手話プログラムをはじめ、人体の動作を補う補綴（ほてつ）設計など、他の科学研究領域でも力になるだろう」と同氏は付け加えた。