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    科学

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    Image: NASA

    宇宙最大のミッションかも。

    1960年代にアポロ11号が月に飛んだとき、船内にトイレはひとつもありませんでした。なので宇宙飛行士たちは、「小」のときにはコンドーム状のチューブに、「大」のときは袋に用を足すというエクストリームな排泄スタイルを強いられていました。

    でも2024年に予定している月到達ミッションアルテミス計画では、NASA同じことを繰り返すつもりはありません

    あれはひどかったです」NASAの有人着陸船システムの開発者Mike Interbartolo氏はThe Vergeインタビューで語っています。「においのコントロールができておらず、クルーもいやがっていました。袋を密封するには、仲間に手伝ってもらう必要がありました。50年以上経つ今、同じやり方では月に戻りたくありません。

    宇宙トイレのデザインを公募する「Lunar Loo Challenge」

    そんなNASAの思いから、新たな宇宙トイレデザインを公募する「Lunar Loo Challenge」がInterbartolo氏をプロジェクトマネージャーとして立ち上がりました。国際宇宙ステーションISS)にはすでにいくつかトイレがありますが、それは微小重力下(いわゆる「無重力」、映画とかでよくある、人がふわーっと浮いてるような状態)での使用のみを想定しています。月には地球の6分の1の重力があるので、Lunar Loo Challengeでは月面でもそれ以外の宇宙空間でも使えるトイレデザインを募集しています。

    「月用トイレの開発は、月表面の探査用ツールの開発ほどにはエキサイティングでも興味深くもないかもしれません。でもニーズとしては同じくらい重要です」NASAコンテスト説明ポストで書いています。

    宇宙飛行士は飲んだり食べたりするので、その結果排尿・排泄も微小重力下、月重力下で行います。宇宙飛行士たちがキャビン内にいて宇宙服を装着していないときには、地球上とまったく同じ能力をもったトイレが必要です。

    この公募の締切は8月17日で、こちらから応募が可能です。NASAエンジニアたちが選考を行ない、上位3チーム賞金合計3万5000ドル(約380万円)を受け取れます。18歳未満向けのジュニアカテゴリもあります。

    トイレのデザインにはさまざまな条件がある

    公募ってことで、ここはひとつ斬新なデザインを投げてみようかと思う人もいるかもしれませんが、このトイレに求められる条件は長ーいリストになってます。条件にはサイズや重量ももちろんありますが、さらに省エネであること、使うのに時間がかかりすぎないこと、男性用と女性用があることアルテミス計画では月に初めて女性を送ろうとしています)などなどがあります。このトイレに流れるものは「尿、便、嘔吐物、水様便、経血」とカラフルで、それぞれ1回あたりのキャパシティ(便なら500gとか)まで規定されています。

    月で排便することは最優先事項ではありませんが、それをクルーにとって惨めな体験にしたくはありません」とInterbartolo氏は語ります。「なるべく快適で、地球の生活に近いものを実現したいのです」

    アルテミス計画では宇宙飛行士が月表面に最長6日半もとどまる予定なので、その間ずっとガマンし続けることはありえません。念のためLunar Loo Challengeのガイドラインでは、このトイレ宇宙飛行士二人のトイレライフを最低14日間サポートできることとしています。

    どんなデザインが出てくるのか楽しみですが、前例がものすごく原始的なので、お尻に袋をくっつけるんじゃなければ何でもかなりの進歩になりそうですね。

    Source: Lunar Loo Challenge via The VergeBusiness InsiderSpace News



    (出典 news.nicovideo.jp)


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     大きなガラス玉に、小型の洋式便器が高速で突っ込むと、ガラス玉は粉々になってしまうというシミュレーション結果がTwitterに投稿され、「幼い頃からの悩みが解消できました。夕飯は奮発しようと思います」などユーモアあふれる反応が多数よせられています。

    【画像】高速で洋式便器をぶつけた結果

     動画を投稿した架空紙幣作家oloさんは、「ご覧のとおり、意外にもガラス球が砕け散るという結果になりました」と報告。便器が衝突すると同時に、粒状にはじけ飛ぶガラス片がどこか幻想的で、アート作品のような非日常的な雰囲気が漂っています。

     動画作成にかかった時間は書き出し作業を含めて、2~3時間とのこと。3DCGソフトに「Cinema 4D」、レンダラーには「Redshift」を使用したそうです。

     oloさんが投稿に添えた「小さい頃誰もが一度は抱いた疑問」という言葉に反応し、リプライには「1億と2000年前から気になっていたので助かります!ありがとうございます!」といった感謝(?)コメントが殺到しました。

     なお、便器のメーカーについて「TOTOですか?LIXILですか??」との質問が寄せられ、oloさんは「アメリカスタンダード社製です。やはりグレートですね」と回答。他のTwitterユーザーからは「トイレは日本のものじゃありません。一時期は日本に遅れ(後れ)をとりましたが、今や巻き返しの時です」ともコメントされています。

    2020年6月30日21時35分:Twitterユーザーからのコメントについて、表現を修正しました】

    画像提供:oloさん

    「小さい頃誰もが一度は抱いた疑問ですが、この度シミュレーション画像の作成に成功しました」


    (出典 news.nicovideo.jp)


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    巨大雷、メガフラッシュ

    巨大雷が発生、最長記録更新/iStock

     空をつらぬく雷は、身近にあって自然の驚異を感じさせてくれる代表的なものだ。だが、このほど世界記録に認定された雷は、ビカッと閃くどころではない。

     世界気象機関(WMO)が単一の雷で観測史上最長と認定したのは、2018年10月31日ブラジルで観測された雷だ。

     たった1度の放電で700キロもの距離を蛇のように体をくねらせながら移動したそうだ。東京からの直線距離なら北海道にまで行けてしまうほどだ。

    ―あわせて読みたい―

    まるでそこだけ呪われたかのように雷が鳴り続ける場所。ベネズエラ「カタトゥンボの雷」
    脅威の自然現象、さかさまカミナリと呼ばれる「スプライト」をとらえた映像(オーストラリア)
    落雷による傷跡。人体に刻まれた稲妻のような樹状の図形「リヒテンベルク図形」(※閲覧微注意)
    バイク乗りが落雷で絶命。なぜゴム製のタイヤは彼を守ってくれなかったのか?(アメリカ)
    新たに発見された先史時代のストーンサークル、雷を呼び寄せるために意図的に建設された可能性(スコットランド)

    世界最長、全長700キロのメガフラッシュ

     WMOによると、水平方向に広がり、長さ数百キロ以上に到達する巨大な雷は「メガフラッシュmegaflashes)」と定義されている。今回記録認定された全長700キロのブラジルの雷はまさにメガフラッシュ。とても強そうな技のようだ。

     しかもこの記録、2007年6月20日アメリカオクラホマ州で観測されたそれまでの記録(321キロ)を2倍以上上回っている。

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    700 kmを超える長さのブラジルで発生した雷、メガフラッシュ
    image credit:WMO

    世界最長時間の記録も更新される


     実はもう1つ、雷の記録が更新されている。観測史上最も長い時間光を放ったメガフラッシュで、2019年3月4日アルゼンチンで発生した雷に認定された。

     その雷は16.73秒ものあいだ空を真っ二つに切り裂いたそうだ。こちらも、これまでの記録(2012年8月30日、南フランスの7.74秒)を2倍も上回る驚異的な長さだ。


    自然の驚異は、自然の力を示す生きた指標であるとともに、それを観測する科学の進歩を示すものでもあります。

    さらに大きなものだっておそらくあるでしょうが、雷検出技術の進歩のおかげで、そうしたものの観測もできるようになるはずです。(WMO異常気象報告者、ランダル・セルベニー教授)


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    image by:WMO

    メガフラッシュの威力はどれほどのものなのか?


     日本科学未来館によると、一般的な1発の雷のエネルギーは200億キロワットに達するという。某電力会社の1日の電力供給量はおよそ4000万キロワットだそうなので、瞬間的に凄まじいほどのパワーが発生していることが分かるだろう。これがメガフラッシュとなるとどれほどの威力になるのか想像もつかない。

     ちなみにこれまでの記録の中で、1発の雷による直接的な犠牲者の最大人数は21名。1975年ジンバブエで起きた事故で、住人は雷を凌ぐために小屋に身を寄せていたが、そこに直撃してしまったのだそうだ。

     また間接的な事故としては、1994年エジプトで469名が亡くなっている。油のタンクに落雷し、燃え盛るオイルが町に流れ出したことが原因だ。

     危険なまでの超絶エネルギーだが、気まぐれすぎて今の技術では利用できないことが惜しまれる。

    References:phys / newatlas/ written by hiroching / edited by parumo

    全文をカラパイアで読む:
    http://karapaia.com/archives/52292208.html
     

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    空が裂けた!全長700キロの巨大雷「メガフラッシュ」が世界最長記録を更新


    (出典 news.nicovideo.jp)


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     中国は世界に先駆けて大規模な5G商用ネットワークサービスを構築し、国家的事業にしてきた。日本はこの新技術において遅れているという印象を与えてきたようだが、中国メディアの百家号は15日、「日本は実は先を行っている」とし、日本は中国の5G技術を「拒否」し、一足飛びに6Gの時代に向けた準備に入っていると紹介する記事を掲載した。

     これは、日本が5Gを商用開始する直前に、NTTドコモが6Gの技術コンセプトを発表したことを指しているのだろう。世界で中国の5G技術が注目されるなか、中国がリードする技術を「拒否」したと記事が主張するのもうなずける。

     記事によると、中国国内ではこのビッグニュースが話題となり、「米国の指図によるのでは」との憶測さえ飛び交ったそうだ。記事の中国人筆者自身も、もしかすると米国は「日本を駒にして6Gで中国を超えさせようという魂胆かもしれない」と主張している。

     それだけ中国にとって6Gのニュースは衝撃的だったのだろう。中国が一歩一歩地に足を付けて5G技術を確立したというのに、日本は5Gを研究開発もせずに一足飛びに6Gに手を出した、と不満そうに伝えた。6Gは5Gよりさらに速い通信速度が魅力だと伝え、日本のこのあまりの「気の強さ」は、やはり、5Gをリードする中国に警戒した米国の指金ではないかとの見方を示している。

     中国が日本の6Gを警戒しているというのは間違いないだろう。また、何でも米国に絡めて考えてしまうのも現在の米中関係を象徴していると言えそうだ。それはともかく、日本の6G技術に期待したいところである。(編集担当:村山健二)(イメージ写真提供:123RF)

    中国に衝撃を与えた日本の「6G」、「中国を警戒した米国の指金か・・・?」=中国


    (出典 news.nicovideo.jp)


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     宇宙航空研究開発機構JAXA)の宇宙科学研究所(ISAS)6月13日、ちょうど10年前に地球に帰還した小惑星探査機「はやぶさ」が最後に撮影した地球の写真を投稿。「あれから10年経つのか」「何度見ても泣ける」と当時を思い出す声が寄せられています。

    【画像】「はやぶさ」最期の輝き

     世界で初めて小惑星から物質を持ち帰った探査機として知られる「はやぶさ」。2003年5月9日に打ち上げられ、さまざまな困難を乗り越えて2010年6月13日に地球へ帰還。採取したサンプルを収めたカプセルを落とし、本体は大気圏に突入し燃え尽きる――。今回の写真は、そんなはやぶさの運用終了間際になんとか地球を捉えた1枚であり、その感動を呼び起こす“エモい”写真として拡散されています。

     またISASは同時に、オーストラリアにて撮影されたはやぶさの「最期の輝き」も投稿しています。なお、地球帰還10周年記念として実施された「はやぶさメンバーによるリレートーク」がYouTubeにて公開中です。

    「はやぶさ」が最後に撮影した地球 (C)JAXA (JAXA宇宙科学研究所のTwitterより)


    (出典 news.nicovideo.jp)


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    【小惑星探査機「はやぶさ」が地球に帰還して10年 “最後に撮影した地球”が当時の感動を呼び起こす】の続きを読む

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     歴史的経緯があるためか、中国では「日本は今なお軍事的野心を失っておらず、警戒を怠ってはならない」と主張する声が根強く存在する。日本ではこのほど、レーザーで「宇宙ごみ」を除去する衛星の設計・開発の構想が打ち出されたが、中国ではこの構想に対しても警戒すべきだと主張する声があがった。

     中国メディアの百家号は13日、日本が宇宙における「レーザー兵器の開発の準備を進めている」と主張し、「日本は他国の衛星をレーザー兵器で攻撃するつもりだ」、「日本はついに野心をあらわにした」などと伝えた。

     スカパーJSATは11日、理化学研究所や宇宙航空研究開発機構JAXA)、名古屋大学九州大学と連携し、「レーザーを使う方式によって宇宙ごみを除去する衛星の設計・開発に着手する」と発表した。同事業は2026年からのサービス提供を目指すという。

     JAXAによれば、年々増加を続けている宇宙ごみは「将来的には人類の宇宙活動の妨げになる恐れ」があり、宇宙ごみを減らし、除去することは大きな課題の1つとなっている。記事は「大量の宇宙ごみは宇宙機の正常かつ安全な飛行にとって脅威となっている」と強調し、多くの国が宇宙ごみの除去に向けた研究を行っていると紹介。一方、日本で発表された「レーザーで宇宙ごみを動かし、大気圏に突入させて除去する」という構想に対し、「レーザーで宇宙ごみを動かすなんて本当に可能なのか」と疑問を投げかけた。

     さらに記事は、レーザーは銃弾などと違って発射した時の反動がなく、宇宙における武器としては理想的なものだとし、「日本の本当の目的は宇宙ごみの除去ではなく、他国の衛星への攻撃なのではないか」と疑いつつ、日本は遠く離れた小惑星に「はやぶさ2」を向かわせ、サンプルを採取できるほどの宇宙開発力を持っていると主張。その日本がレーザーを搭載した衛星を開発すると発表したことは「中国にとっては警戒に値する」と主張した。(編集担当:村山健二)(イメージ写真提供:123RF)

    日本がレーザーで「宇宙ごみ」を除去? 「日本はついに野心をあらわにした!」=中国


    (出典 news.nicovideo.jp)


    (出典 upload.wikimedia.org)



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     デジタル衛星放送「スカパー!」などを運営するスカパーJSATは6月11日レーザーで不用衛星などの宇宙ごみ(スペースデブリ)を除去する人工衛星の設計・開発に着手すると発表した。打ち上げた衛星からレーザーを発射し、宇宙ごみに照射して軌道を変え、大気圏に再突入させて除去するという。理化学研究所や宇宙航空研究開発機構JAXA)などと連携し、「持続可能な宇宙環境」の実現を目指す。

    【その他の画像】

     2026年の商用サービス化が目標。大量の小型衛星を打ち上げ、大規模な衛星システムを構築するメガコンスレーション事業者や、各国の宇宙機関の需要を見込む。

     同社の福島忠徳さん(デブリ除去プロジェクトリーダー)によると、宇宙ごみの問題は年々深刻化しており、20年時点で1mm以上の宇宙ごみは約1億3090万個存在するという。これらは時速約2万7000kmの速さで移動しているため、1mm~1cmの宇宙ごみが衝突するだけでも他の衛星を破壊する恐れがある。

     1989年の通信衛星「JCSAT-1号」打ち上げ以降、30年以上にわたって衛星通信事業に携わるスカパーJSATは、これを解決すべき環境問題と認識。同社の米倉英一社長は「スペースデブリは避けて通ることのできない環境問題」「宇宙の持続利用への関心を集めたい」と話した。

     開発には理化学研究所、JAXA名古屋大学九州大学が参加。スカパーサービス開発全体の指揮を執り、理化学研究所がレーザーシステムの開発、JAXAが衛星のシステム検討を担う。名古屋大学レーザーの照射方法の研究、九州大学は宇宙ごみの回転運動の研究に取り組む。

     実際の除去では、物体にレーザーを当てた際、表面物質がプラズマとともに放出される「レーザーアブレーション」現象を利用する。宇宙ごみに微弱なレーザーを照射し続けることで、プラズマ放出による推力を与えて大気圏まで移動させるという。

     福島さんは、除去手段としてレーザーを選んだ理由を「(除去する側の衛星が)宇宙ごみと直接接触する必要性も、除去される側の衛星に設計変更を加える必要性もなく、安全で低コストであるため」と説明した。レーザー自体の力はごく微弱なため、万が一狙いを外しても「ぼやけた光が当たるだけ」という。そのため、衛星に兵器としての側面はなく、保有することが国際問題などにつながる可能性は低いという。

     現時点では実用化に向けた法整備が間に合っておらず、現行法上では商用サービスとして提供するのが難しい状況だが、これから宇宙法の専門家に相談し、26年までに解決する方針だ。

    【更新履歴:2020年6月12日午前8時2分 タイトルと本文の一部表記を変更しました。】

    【更新履歴:2020年6月12日午前11時50分 追加取材に基づき、タイトルと本文の一部表記を変更しました。】

    スカパーJSATが、レーザーでの宇宙ごみ除去事業に着手


    (出典 news.nicovideo.jp)


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    Image: ASU Interactive Robotics Lab/YouTube

    目が笑ってねぇんだわ。

    ソーシャルディスターンス! 握手ダメ、ハグダメ、挨拶のキスはもちろんダメー! 日本人にはあまりツラくないダメ項目ですが、スキンシップの多い北米ではなんだか日常が足りないと寂しく感じている人も少なくないのです。だからと言って、ギュっとハグできればなんでもいいのかというわけで。

    人間とロボットの共存の形

    これは、アリゾナ州立大学のInteractive Robotics LabYouTubeポストした研究動画。3年前に発表された論文からずっと続いている研究で、人間とロボットの共存のひとつの形です。

    どういうことかと言うと、すべての仕事はロボットが行ない、人間は裏でマネジメントだけしていればいいというSFのような世界はまだ難しいわけで、現実的なのは一部の仕事をロボットが行なうという世界。つまり、人間とロボットが職場に共存するという状態で、すでに多くのタスクオートメーション化されているまさに今の状態ですね。

    ただ、アリゾナ大学が研究するのはその共存がもっと近い距離で行なわれた場合の話。事前にプログラムされた特定タスク以外の動きが発生する状態で、どうマシンロボットが対応できるかというのが課題であり、その答えは日々周辺環境からロボット自身が学び続けることにあります。

    人間の行動からハグを学んだクマさんロボット

    たとえば、工場のラインで人間がロボ同僚にパーツを渡すとして、ロボ対ロボのように、必ず同じ角度・高さで一定のタイミングで渡すのは不可能。人間ゆえに個人差やちょっとした誤差が生じます。それに戸惑うことなく対応するためには、相手の動きを読み行動を学び理解する仕組みが必要なのです。長くなりましたが、とうわけでコレです。クマさんのハグマシーン。この流れでおわかりのとおり、人間の動きからハグを学んでいます。

    このクマさんハグマシーンは、センサーで人を感知したら事前プログラムのハグの動きをするなんて単純なものではありません。目の前に立つ人の動きから、さまざまなハグのパターンを学び、取り入れています。もちろん、ハグの相手が変わっても対応可能。人の動きをトラッキングすることで、次にどんなアクションがくるかを予想することもできます。日々の学習とリアルタイムの観察で、より流動的かつ応用のある動きができるようになるのがゴールです。つまり、クマさんロボでいえば、どんな人ともどんな動きでもギュっと温かいハグができるようになること、ですね。

    個人の感想ですが、なんか「ギュっと温かいハグ、LOVE!」というより、「ギュ…ググ、グ…メキョっ、ガハァっ(吐血)」ってのを想像してしまいます。かわいいと思って、良かれと思って施されたクマさん仕様から、逆にシリアルキラーな趣が出ているような? 着ぐるみを来た殺人鬼的な?

    なにはともあれ、ロボットは日々成長しています。

    Source: YouTube



    (出典 news.nicovideo.jp)


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    【クマさんハグマシーンが恐怖。モフモフで大きくてギュってすればいいってもんじゃねぇ】の続きを読む

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    イカの透明化能力

    イカの透明化を人間の細胞で再現 Paul Campbell/iStock

     イカ二貫!?(千鳥)とか言ってる場合じゃなかった。日本にも食用として輸入されている「カリフォルニアヤリイカ(学名 Doryteuthis opalescens)」にはすごい力が秘められている。頭足動物の能力である、皮膚の色を変えられるのはもちろん、透明になることも可能なのだ。

     だが、もっとすごいのは人間だ。なにしろその能力を自らの細胞で再現することに成功してしまったのだから。

     これってもしかして、SFの世界ではよくある透明人間ってやつが登場する日もやってくるってことなのかしら?それはちょっと胸熱だ。

    ―あわせて読みたい―

    コウイカ先輩ぱねぇっす!自らのオーラ(生体波)をコントロールし捕食者の目を欺くことが判明(米研究)
    探し物が見つからない!物体を透明にする方法が発見される(イスラエル研究)
    透明マントが現実味を帯びてきた。新たなる光学迷彩技術で簡単に身を隠すことができる素材が開発される(カナダ)
    人間の内臓を完全に透明にすることに成功(ドイツ研究)
    生物の体を短時間できれいに透明化する技術が開発される(オーストリア研究)

    特殊なタンパク質を調整して体の色や模様を変化させる

     動物界には体を透明にする能力を持つ種が存在する。例えば、スマトラトビトカゲ(学名 Draco sumatranus)は、注目を集めるためにノドのファンを透明にして、それをディスプレイする。

     今回注目されたのは、カリフォルニアヤリイカのメスである。この透明化能力は、外套膜(がいとうまく)の縞模様を不透明な白からほぼ透明に変化させて目立たないようにするもので、こんなことができるのは「白色素胞」という特殊な細胞があるおかげだ。

     そこに備わっている膜結合粒子は「リフレクチン」というタンパク質でできている。このタンパク質の配置が変わると、光の透過率や反射率が変化する。

     そこでヤリイカは神経伝達物質「アセチルコリン」を利用して、リフレクチンの配置を意図的に制御し、体の色や模様を自由に変えているのだ。

    カリフォルニアヤリイカ


    人間の腎細胞にリフレクチンを発現させることに成功


     カリフォルニア大学(アメリカ)の研究チームは、このメカニズムを人間の組織で再現するために、ヒト腎細胞の遺伝子を改変してリフレクチンを生産できるようにしてしまった。

     すると細胞全体に球形のナノ構造でまとまったリフレクチンが出来上がったとのこと。

     さらに、リフレクチンを含んだ細胞を塩化ナトリウムに浸すと、その濃度によって光の透過率が変化することも確認された。

     なお、そうなる理由は、塩化ナトリウムに触れたリフレクチンの粒子が膨張し、その並び方が変わることであるそうだ。塩化ナトリウムを増やすと光の散乱が増すので、その分だけ腎細胞は不透明になる。

     メスのヤリイカアセチルコリンで皮膚の透明度を調整しているのと同じようなメカニズムだ。

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    白い矢印の部分が人間の腎細胞に発現したリフレクチン。右の色付き画像は、特定の領域を通過する光に関連する経路長を示している。(赤色はより長い経路長に対応し、青色はより短い経路長に対応する)
    image by:Atouli Chatterjee / UC

    透明化技術で未来が変わる?


     研究チームによると、この成果を応用すれば、色のパターンを変化させるイカの能力を、哺乳類の細胞に組み込むこともできるかもしれないという。

     科学者の興味本位のようにも思える研究だが、実用的な応用がある。生体組織の透明度を上げることで、新しい発見がなされるかもしれないからだ。

     たとえば過去には、クラゲから得られる緑色蛍光タンパク質が、生体内の活動を追跡する上で欠かせないツールとなった実例がある。その単離に成功した下村脩氏がノーベル賞を受賞しているほど重要な発見だ。

     かつて、人間の手による光学迷彩はSFの世界にのみ登場する未来の科学技術だった。それが現実のものになろうとしている。

     もしかしたら、今回の透明化タンパク質を発現させる技術も、いずれそのような科学には欠かせないツールになる日が来るのかもしれない。

     そんでもってそう遠くない未来、透明人間、部分的透明人間が誕生したりしなかったりするのかもしれない。

     この研究は『Nature Communications』(6月2日付)に掲載された。

    Cephalopod-inspired optical engineering of human cells | Nature Communications
    https://www.nature.com/articles/s41467-020-16151-6

    References:phys / inverseなど

    全文をカラパイアで読む:
    http://karapaia.com/archives/52291593.html
     

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    史上初、六角形の塩が誕生(ロシア研究)
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    (出典 news.nicovideo.jp)


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     皆さん、永久機関は好きでしょうか? 私は大好きです。

    【材料費400円】画像で見る永久機関の制作過程

     永久機関とは、文字通り、永久に動き続ける装置です。それも、ただ動き続けるだけではありません。そこから何らかのエネルギーを取り出せるような装置です。もう少し正確に言うと、「外部からエネルギーを一切供給することなく、永遠に動き続け、しかもそこから外部にエネルギーを取り出せる装置」のことを(第一種)永久機関と呼びます。

     これは夢のような装置です。なぜなら、一度その装置を作って動かしてしまえば、そこから無限のエネルギーを取り出せるからです。石油も原子力も必要ありません。世界中のエネルギー問題が一発で解決します。

     当然、太古から多くの人々がその制作に挑んできました。例えばこんなものが有名です。

     「ロバート・フラッドの循環式ひき臼」では上部の樋に水がたまっており、落下する際に水車が回転。その水車によって、今度は螺旋状のパイプが回り、水を上部の樋にくみ上げます。そして、その水はまた落下して水車が回り、螺旋状のパイプが回り、また水がくみ上げられ……そのついでに、水車の回転で石臼を回せば、人間が何もせずとも永遠に粉をひき続けることができるのです!!

     しかしこの装置は、実際には動きません。

     なぜならば、水をくみ上げるためには水車を何回転もさせる必要があり、そのために必要な水の量と、それでくみ上がる水の量が、全く釣り合わないからです。要するに、水はどんどん落ちるのに、ほんのちょっとずつしかくみ上げられないわけですね。

     歴史上、有象無象の永久機関が考案されてきましたが、いずれも何かしらの理由で実現できませんでした。そうこうするうちに、科学者たちは「エネルギー」というものの存在に気が付き、「エネルギー保存則」というものの存在にも気付きます。そして、こう結論付けました。

     「永久機関は、エネルギー保存則が成り立たないから、作製できない」

     とはいえ、永久機関は夢のある話なので、現代でもいろいろな装置が考案されています。また、“一見、作れそうな永久機関”は結構あり、それが実際にはダメな理由を考えるのは物理の勉強や頭の体操になります。

     もちろん「エネルギー保存則が成り立たないから」で説明できてしまうのですが、その一言で片付けてしまうのはナンセンスです。全ての永久機関エネルギー保存則を持ち出さなくとも否定できますし、そもそもエネルギー保存則の発見には永久機関の開発が関わってきています。エネルギー保存則で永久機関を否定するのは、順序が逆だと言わざるを得ません。

     それに科学理論というのは、極論すれば単なる経験則です。もしかしたら、過去の人々が失敗しただけで、次こそは本当に永久機関が作れるかもしれないじゃないですか!

     何にせよ、永久機関にチャレンジすることは無意味ではありません。失敗したらその理由を考えることで勉強になりますし、成功したらノーベル賞どころの騒ぎではありません。

     というわけで、今回チャレンジしてみたいのはこちらの永久機関「ボイルの自己循環フラスコ」です。

    ライター:キグロ

    5分間で数学を語るイベント日曜数学会」や数学好きが集まる部室みたいなもの「数学デー」の主催者。数学の記事を書いたり、小説『QK部』を書いたりしている。

    永久機関作ってみた

     器の中に水がたまっており、器からは十分に細い管が伸びています。水は「毛細管現象」により器の上部まで上昇し、管の先端から滴り落ちる、という理屈。毛細管現象とは、水などの液体が細い隙間に入っていく現象のことで、身近なところで言うとぞうきんが水を吸い上げる現象です。

     もしこの永久機関の作製に成功したら、世界中のエネルギー問題が解決し、私の名前が歴史に残ることになります……が、もちろんこの装置も現実には動かないと言われています。しかし、それはなぜでしょうか?

     水が持ち上がらないから? ――しかし我々は、ぞうきんが水を吸い上げることを知っています。

     では、水が管から落ちないから? ――しかし我々は、ぞうきんから水が滴り落ちることも知っています。

     それでも、動かないのはなぜなのでしょうか。実際に作って考えてみましょう。

    ●「ボイルの自己循環フラスコ」の作り方

     まずは材料集めです。空きビン1個、曲がるストロー2本、ティッシュ1~2枚、セロハンテープ適量と、ご家庭にあるもので十分作れますし、なければ100円ショップで購入できるものばかりです。

     まずはストローを短く切りましょう。1本はこのようにバッサリと切ります。使うのは曲がる部分がある方です。もう1本はそのままでOK(ビンのサイズに合わせ、必要に応じてカットしてください)。

     そうしたら、2本のストローにねじったティッシュを突っ込み、貫通させたらストロー同士をドッキングさせます。

    ●作りやすくなる工夫

    ストローに切れ込みを入れておくとドッキングしやすい

    ティッシュは角からねじるのではなく辺に沿ってねじる、細かく折ってからねじるとストローに入れやすい

    ●この永久機関は動くのか……?(答え:ムリ)

     最後に余ったティッシュを切り落とし、ストローセロハンテープでビンに固定したら……

     完成です!

     え、地味? まあこの永久機関を世界に広める際には、見た目も気にすべきでしょう。しかし今はまだ実験段階。見た目は二の次で、機能のブラッシュアップに集中します。

     パッと見、元の絵とは異なりますが、装置が働く仕組みは同じです。ビンに入れた水をティッシュが吸い取り、ストローを上って滴り落ちます。落ちるはずです。落ちてくれ。

     さて、輝かしい栄光を期待しながら水を注ぎます。

     また、今回は見ていない間に水が落ちても分かるように、ビンにティッシュでフタをしました。

     後は放置するだけ。もし一滴でも水が落ちたらその瞬間世界が変わります!!

    ●「ボイルの自己循環フラスコ」がうまくいかない理由とは

     世界中から送られる称賛の嵐を夢見ながら、一晩寝かせた結果がこちらです。

     ビタ一滴落ちていません!!!

     写真では分かりにくいのですが、ストローの出口からはみ出したティッシュがぬれています。つまり、水はちゃんと吸い上げられ、出口まで来ているのです。でも落下はしていません。ぐぬぬ、あと一歩なのに……!!

     なぜ水は落ちてこないのか。ものすごーく簡単に説明すると、“重力よりも強い力”がはたらいているためです。

     毛細管現象により、水はティッシュの詰まったストローの中を上ります。ということは、“重力よりも強い力”が作用しているわけです。一方、出口から落下するときには重力に引っ張られるわけですが、ここでも“重力よりも強い力”がはたらき、ティッシュに留まってしまうのです。

     「いやいや、そうきんから水が滴ることだってあるだろ」と思うかもしれませんが、それはぞうきんが保持できる以上の水を含んでいるから起こるもの。ビンの中にはたっぷり水が入っていますが、まあ考えてみれば当たり前の話で、保持できる以上の水を吸い上げるはずがありません。

     そもそも毛細管現象とは、水が表面積を小さくしようとして生じる現象です。水に管を差すと、管の内壁にごくわずかに水が上がります。その上った水が小さく縮まろうとして、下の水を引き上げることによって生じるのです。

     したがって、管の中の水が満たされていればそれ以上は水が入りませんし、重力に勝るので出口が下向きでも落下することはありません。

     ちなみに、毛細管現象が起こるきっかけの「管の中で水が盛り上がる」現象ですが、管の太さや材質によって上昇量が変わります。そして引っ張り上げる力も、管の太さや材質によって変わります。

    「ということは、入口と出口で管の材質を変えればうまくいくんじゃないか?」

     と思ったそこのあなた! そう思ったのなら、ぜひやってみましょう!

     先人の失敗から学び、原因を取り除き、少しずつ成功に近付いていく……。それが科学の歴史であり、人類の歴史です。栄光はその先にあります。

     さあ、あなたも永久機関の沼にハマりましょう!

    今回制作してみる「ボイルの自己循環フラスコ」


    (出典 news.nicovideo.jp)


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