2024.02.12
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匸P　　コーヒーブレイク　

　　　あっぱれ！　日本の新発明
　　　　世界を変えるイノベーション　

　　　　　　　ブルーバックス探検隊 著 　講談社ブルーバックス　2024.01.20
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　日本のものづくりは、産業化に際して慎重すぎて立ち上がりが遅い。
　中国などの新興国は、急速に製造過程の低コスト化とIT化を進めた。その結果、
日本の強みであった高品質・低価格の優位性が損なわれた。「羯！だ」と叫びたいが、
日本の実力は、それほどヤワなものだったのか？　縄文時代には固くて加工しにくい
翡翠を世界で初めて装飾品にした。鎌倉時代には強靱さと美しさを兼ね備えた日本刀を
輸出した。戦国時代には世界最大の鉄砲保有国になり、江戸時代には様々な工芸品で
職人の技に磨きをかけた。浮世絵はジャポニスムともてはやされたではないか。
　本書は、「産総研」(国立研究開発法人産業技術総合研究所)で取材した10の物語で
構成されている。2000人の研究者が取り組む数々の新発明を見極めるべく、4人のBB
探検隊員が立ち上がった。「あっぱれ！」な新発明に触れ隊員たちは熱くなった。
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第1章　「磁気冷凍」という革命　　冷やすメカニズムを根底から変える！
　材料・化学領域　磁性粉末冶金研究センター
　　エントロピクス材料チーム長　藤田麻哉(ふじた・あさや)
　　　　　　　　　　　探検隊員　深川峻太郎(ふかがわ・しゅんたろう)
　冷やすメカニズムを根底から変える、磁気冷凍という技術が開発されている。
　冷蔵庫の冷却サイクルは、液体と気体の変化点で熱を吸収するもので、原理的には
200年前から変わっていない。だが、開発中の磁気冷凍技術は、磁石の粉を循環させる。
　全く新しい「冷やし方」で、冷蔵庫の代替フロンのような液体が要らない。
　磁石は、固体のままで、熱を吸収したり排出したりする性質を持っている。
　常温環境で強磁石性を持つ「強磁性体」は、徐々に温度を上げてやると、磁力が
すごく弱い「常磁性体」に変化する。電子の回転方向がバラバラになるからだ。
　磁力は、N極とS極の方向が揃った電子がスピンすることによって起きている。
　「強磁性体」は磁場を失い熱を吸収して「常磁性体」に変わる。これを「磁気熱量
効果」というが、磁力が変化する境目の温度をキュリー温度という。
　液体の種類によって沸点が違うように、磁性体のキュリー温度も個々に違っている。
　一般的な磁石のキュリー温度は770℃で、滅多なことで常磁性体にはならない。
　液体を気化させる冷却サイクルは、気体が均等に液体にもどるようコンプレッサーで
圧縮制御をしている。だが磁石は固体のまま「磁気熱量効果」で熱交換ができるため、
振動音もなく、温度の微調整も連続的にスマートにできる。この原理は2000年頃には
分かっていたが、実用化の目途がなかった。ほとんどの磁性体は磁力が減り始めてから
完全に消えるまで、なだらかに下降し、人間には変化したことが感じられないからだ。
　2000年頃、藤田さんは偶然、もっと狭い温度でパッと磁力が消える磁性体を見つけた。
　強磁石の研究過程で、室温レベルで急激に磁力を失う材料に出会ったのだという。
　丁度同じ頃、国際磁気冷凍学会が発足した。藤田さんの発見した磁性体は、注目され
有力な磁気冷却物質として生き残った。ランタン、鉄、シリコンの組み合わせなので、
食品にも無害で、コストや供給面での問題も無い。
　次の課題は、磁性体の搭載をどうするか、冷凍機の形は何がベストか、磁性体の粉末は
どんな形がよいのかを見つけることだ。不定形の粒を乱雑に詰めると、効率が悪くなる。
　今は試料の粉末を焼き固めてデザインし「ベッド」と呼ぶ流路を作って流す実験を
している。2028年頃には、磁気冷凍が市場に認知されるようにしたいと言う。

第2章　「ガテン系ロボット」いざ出動　　その力仕事，おまかせあれ！
　知能システム研究部門　ヒューマノイド研究グループ
　　主任研究員　坂口健(さかぐち・たけし)　
　　　　　　　　　　　探検隊員　黒田達明(くろだ・たつあき)
　ヒト型のロボットをヒューマノイドという。5代目の名前はHRP-5。身長182cm、略称
ファイブピー。初代HRP-1は、20年前に、通産省工業技術院時代に生まれている。
　HRP-5は、自律的に判断して行動し、台の上にある石膏ボードを持って、壁面まで
移動し、あらかじめ工具箱で選んだ道具を使い、ビスをまっすく垂直に打ち付ける。
　石膏ボードで前が見えなくても、自己位置同定と地図作りを同時に行い、目的地に
移動できる。周囲の環境測定はレーザーレンジファインダーで行っている。
　道具を選んで使う人間らしさが特徴だ。人間がシミュレーションして段取りを学習
させておくと、ロボットは道具に貼られた視角マーカーを見て、位置合わせをしてから
正しい角度で工具を掴むことができる。動作はゆっくだが、その応用範囲は広い。

第3章　レンガを進化させた「意外すぎるもの」　　300℃でもさわれる！
　材料・化学領域　マルチマテリアル研究部門　セラミック組織制御痔グループ
　　研究グループ長　福島学(ふくしま・まなぶ)
　　　　　　　　　　　探検隊員　中川隆夫(なかがわ・たかお)
　固体の熱伝導率は空気の1万倍も高いが、98%の断熱性があるとパンも焼けなくなる。
　空気の熱伝導率は、0.0241W/mKと圧倒的に低く、豊富な空気層で、ダウンジャケットは
高い断熱効果を持つ。普通のレンガは熱すると熱くなるが、中に沢山の空気孔があると、
空気の断熱性で強力な断熱材になる。300℃に熱した鉄板の上で3時間、普通のレンガを
熱すると、鉄板に近い高温になるが、断熱レンガの場合は室温レベルのままだ。
　断熱レンガは多孔体で、9割が空気孔、1割が固体セラミックで出来ている。
　孔は均一で、びっしり並んだ空気孔の直径は10μmという微少さだ。
　この多孔状態は「粒子分散ゲル」を凍結させて作り出す。この「ゲル化凍結法」は、
高野豆腐の製法がヒントになって生まれた。セラミック粒子は、氷の柱をとりかこむ
ように移動して凍り、そのままの状態で焼き固める。それでも不規則に成長する氷柱が
少しでも発生すると強度を損なう。どうすればすべて均一な孔を作れるか四苦八苦して
いた時、マイナス2～3℃でも凍らない不凍タンパク質を使う方法にたどり着いた。
　南極の海で凍らずに生きている魚は、不凍タンパク質を持っている。これを0.25%
入れるだけで、念願の小さく揃った氷粒が生成された。しかし不凍タンパク質は、
1gで130万円以上もする。この問題は産総研の北海道チームが、解決してくれた。
　北海道の植物や昆虫に、極地の魚の血漿と同じ成分があることを突き止めた彼らは、
食品メーカーと不凍タンパク質を安価に作る取り組みをしていた。何に役立つか全く
予期していなかったが、こうして用途が見つかり、丈夫な断熱レンガが作りだられた。

第4章　日本の「地中熱」のすごい可能性　　エネルギー問題が変わる！
　福島再生可能エネルギー研究センター　地中熱チーム　
　　研究チーム長　内田洋平(うちだ・ようへい)
　　　　　　　　　　　探検隊員　黒田達明(くろだ・たつあき)
　地中熱は、地上からせいぜい100mくらいの地中にある熱源を利用するものだ。
　地中の温度は平均15℃と年間を通じて安定している。この安定した地中温度の領域と
地上の建屋の間で、温度交換サイクルを作ってやれば、夏は冷房、冬は暖房装置になる。
　北欧の国は第4期層の岩盤上にあるので、3～4軒に1軒が地中熱を利用している。
　日本では東京スカイツリーで使われているが、まだ認知度は低い。
　日本は、地質が不均一で、地下水脈があり、個別に調査をしなければ地中熱を利用
できる場所を判断できない。そのための調査費用も必要になる。
　しかし逆に地下水に着目すると、水源は岩盤より熱を運び安く、熱伝導サイクルは
作り易い。日本の地質は「帯水層蓄熱(ATES:Aquifer Thermal Eneregy Storage)」を
使うオープンループ方式に適しているのだ。一度吸い上げた水を、もとの水源に放出
するのだが、蓄熱された帯水層はほとんど移動しない。東京の地下水脈を調べると、
1万年かけて関東平野を通っている。驚くほど移動の遅い地下蓄熱体に、夏は熱蓄積し、
冬はその熱を消費することができる。
　エアコンの室外機のように、地下40～50mまでパイプを埋めてクローズドループで、
地中熱を利用することもできる。山形県では「地下熱ポテンシャルマップ」が作成され、
将来、地中熱の利用がどんどん進めば、3割～4割の節電効果が期待できる。
　
第5章　接着剤の謎が見えてきた　　世界初「どう剥がれるか」を撮影！
　材料・化学領域　ナノ材料研究部門　接着界面グループ
　　上級主任研究員　堀内　伸（ほりうち・しん)　
　　　　　　　　　　　探検隊員　深川峻太郎(ふかがわ・しゅんたろう)
　自動車や航空機にアルミニウムや炭素繊維素材が使われるようになったが、鉄と違い、
アルミニウムなどは溶接できない。そこで接着剤の出番なのだが、接着のメカニズムは
いまも良く分かっていないという。昔から次の３モデルが考えられてきた。
　(1)アンカー効果(ザラザラ面で絡まり合う接着)、(2)分子間力(静電的な相互作用)、
　(3)化学結合(素材表面の物質と接着剤の物質が共有結合や水素結合する状態)　
　産総研は、物がくっつく原理を追求するため、電子顕微鏡を用いて、接着剤が引き
剥がされるリアルタイム映像の撮影に成功した。(1)が有力で（3)はなさそうだった。
　世界初のこの映像は、2021年11月に公開され、下記で見ることができる。
　https://youtu.be/67D2N-w72zg
　
第6章　「光格子時計」は時間を再定義する　　その誤差、3億年に1秒！
　軽量標準総合センター　物理計測標準研究部門　時間標準研究グループ
　　主任研究員　小林拓実(こばやし・たくみ)　赤松大輔(あかまつ・だいすけ)
　　　　　　　　　　　探検隊員　中川隆夫(なかがわ・たかお)
　光格子とは、レーザー光を重ね合わせ格子状に並べたお皿のようなものだ。
　このお皿は波打っていて、振幅が大きい波の格子の底に原子を捕獲することができる。
　捕獲された原子はブレが押さえられ、正確な振動数を計測できる。
　光格子は、2001年に香取秀俊(現・東大教授)が提案し、2005年に実現した。
　香取さんは、捕らえられた原子が影響を受けない、魔法波長のレーザーを見つけた。
　レーザー光の力をスルーする原子は、お皿から飛び出さず一度に1000個も捕獲できる。
　現在、原子時計で使うセシウム原子の特定周波数は、約9.2GHzだが、光格子時計で
使うイッテルビウムの特定周波数は、約518THzで、より細かい振動数を測定できる。
　イッテルビウムを、約400℃に加熱し、ビームにして光格子に投入する。この時の
投入速度が早すぎると光格子でトラップできない。そこで対抗位置から減速レーザーを
発射する。そして原子を閉じ込める冷却レーザで、一気に10μK(マイクロケルビン）まで
冷却する。こうして静止した原子に時計レーザを照射チューニングし振動数を読みとる。
　こんな複雑な装置を連続稼働させ、安定的な状態を保つのは容易なことではない。
　2020年に、9000万年に1秒の誤差レベルを達成したが、その後も2023年まで、24時間
監視態勢を続け、9.8×10のマイナス17乗、3億年に1秒程度の誤差に向上させた。
　「秒の定義」は1967年にセシウム原子時計になった。光格子時計は、その100倍の
精度を持ち、次の有力候補になっている。ライバルは単一イオン時計というものだ。

第7章　「暗黒シート」はなぜそんなに黒い？　　まるで小さなブラックホール！
　軽量標準総合センター　　物理計測標準研究部門　応用光計測研究グループ
　　研究グループ長　雨宮邦招(あめみや・くにあき)
　　　　　　　　　　　探検隊員　中川隆夫(なかがわ・たかお)　
　水深200メートルの深海では太陽光の0.1%しか到達しない。1000メートルで100兆分の
1になる。こんな深海ではなく、太陽光の反射量を極限まで減らすシートがあれば、
深海に近い暗黒世界を体感できる。雨宮さんが開発した暗黒シートは10センチ四方で、
触るとビロードのような感触だ。ゴムの表面を加工してミクロの凸凹を刻んだもので、
三角錐がぴっしり並んだ状態になっている。入射光は、数十マイクロの深さまで
三角錐の斜面を反射して進み、底まで到達して戻ってこない。光の吸収率は99.5%だ。
　光吸収率99.9%の配向カーボンナノチューブはあるが、壊れやすく指では触れない。
　暗黒シートは、触れる便利さが長所で、鋳型にシリコンゴムを流しこむだけで作れる。
　鋳型はサイクロトロン加速器のイオンビームを照射して円錐状の穴をびっしり開けて
作る。2019年に発表した「究極の暗黒シート」の光吸収率は99.5%であった。赤外線なら
99.9%の吸収率を達成した。2023年の「至高の暗黒シート」は99.98%にまで達成した。
　暗黒シートの応用分野は、果たしていづこにあるのか、今のところ未知数だ。

第8章　クルマが感情を読む！　　「自動運転」の驚くべき未来
　自動車ヒューマンファクター研究センター　生理機能研究チーム
　　主任研究員　木村健太(きむら・けんた)
　　　　　　　　　　　探検隊員　深川峻太郎(ふかがわ・しゅんたろう)
　心理的な「快感」を、いかに「見える化」するか、心理学を専攻した生理機能の
研究者が、ヒトの生理的指標、脳波、心拍、ホルモンなどを計測して定量化する技術に
挑んでいる。車を運転している状態で発信される指標は「快」の計測に向いている。
　近年小型化した脳波や心電図を計る機器を助手席に置き、ドライバーの頭に付けた
白いキャップと接続して走行実験をする。こうしてドライバーの心理状態を計測し、
その人に合った心地よさで運転制御をしてあげれば、快適な自動運転を提供できる。
　自動運転なのに、ドライバーが「主体感」を持っているとさりげなく感じさせるのが
大切なのだという。とかく分からないのが人間の心理。クルマに感情を読んでもらい、
自然に怒りを押さえるコツを見つけてもらう時代が近い将来やってきそうだ。
　人間の怒りを押さえ、安全運転に導けば、あおり運転だけでなく、国際紛争の解決に
役立つかもしれない。ヒューマンファクター研究の狙いは実はここにあるらしい。

第9章　「サビ」も探せる「音楽地図」　　音楽の楽しみかたが変わる！
　情報技術研究部門　主席研究員兼　メディアコンテンツ生態系プロジェクトユニット
　　代表　後藤真孝(ごとう・まさたか）　
　　　　　　　　　　　探検隊員　西田宗千住(にしだ・むねちか)
　ある楽曲から「サビ」を自動的に見つける技術が出来ている。ネット上の楽曲を次々と
聴き、俯瞰的に「好きな曲」を見つけやすくするサービスも提供されているという。
　https//songrium.jp はいわば音楽のウェブマイニングだ。アーティストや作曲家で
「好きな曲」を選んでいた時代から、もっと能動的に、好きな雰囲気や、興味のもて
そうな楽曲を、サービスサイトが探し、聴かせてくれる世の中になってくるそうだ。
　それが良いのか、昔のようにランダムに聴き込んで、感動に出会うのが良いのか。
　ウィーンフィルの2002年ニューイヤーコンサート・ライブCDを聴きながら思った。
　私は偶然出会ったCDを聴く方が好きだ。
　2月9日に亡くなった小澤征爾に偶然出会ったことがある。フェスティバルホールの
北側で、タクトを振るような動作でタクシーを止めた。横に元モデルの奥さんもいた。
　生き生きとした舞うような動作が今も目に焼き付いている。

第10章　「プルシアンブルー」のすごい力　　「臭い」を除去して資源に！
　材料・化学領域　ナノ材料研究部門　ナノ粒子機能設計グループ
　　研究グループ長　川本徹(かわもと・とおる)
　　主任研究員　高橋顕(たかはし・あきら)
　　　　　　　　　　　探検隊員　深川峻太郎(ふかがわ・しゅんたろう)
　プルシアンブルーは、アンモニアを吸収する。アンモニア(化学記号NH3)は、作物の
肥料として欠かせない物質だ。しかしこの50年でアンモニア使用量は10倍になり、
多くの問題を引き起こすようになった。酸性雨、地球温暖化、海の赤潮、青潮、アオコ
など富栄養化の原因になっている。世界人口の95%が、WHOのPM2.5濃度基準値を超える
環境で暮らしているが、アンモニアは、PM2.5を生成する物質の5割を占めている。
　加えてアンモニアは悪臭のもとでもある。分解すると水素と窒素になるアンモニアは、
近年エネルギーキャリアとして注目されているが、生成した水素の中に不純物として
アンモニアが残るとやっかいだ。そこで注目されているのがプルシアンブルーだ。
　プルシアンブルーの基本形は、鉄同士が、シアン(CとN)を挟んでくっついた格子状に
なっている。この格子の一角、0,5nmほど空いた処に、直径0.26nmのアンモニア分子が
入り空気中から除去してくれる。活性炭も臭い除去に有効だが、穴の大きさが不均一で、
アンモニアに絞った効果ではプルシアンブルーが勝る。更にプルシアンブルーの格子を
鉄から銅に交換したKCuHCF、コバルトに交換したCoHCCは、色はブルーではなくなるが、
ブルシアンブルー類似体と呼ばれる。吸収アンモニアの1Kg当たりのモル量で、他の
吸収剤と比較すると、活性炭0.03、イオン交換樹脂0.18、ブルシアンブルー0.26に
対して、KCuHCFは1.1、CoHCCは1.5もあり、強力な吸収剤であることが分かる。
　１升瓶分のブルシアンブルー類似体で、東京ドーム一杯分の空気からアンモニアを
除去して正常化できる。夢は、空気中の不純物を回収し、肥料にしてリサイクルする
ことだ。フリーズドライした粉末や、不織布にもできるので幅広い分野で使える。
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　わが国最大級の研究機関が、世界の標準をつくがえす驚きの新研究を進めている。