情報誌「Academi-Q」

「学び」の楽しさを見つける「Academi-Q ［アカデミック］」

　钱柜国际777情報誌「Academi-Q」は、平成30年4月より、山口県内の児童?生徒?その家庭?先生方に配布しています。
　本誌は生徒の皆さんに学問のおもしろさを知ってもらうために創刊しました。おもしろい研究をしている方を取材し、それを読者の立場からわかりやすく解説します。
　世の中には、わからない事がたくさんあります。本誌のタイトル「Academi-Q」は、学術（Academic）の不思議（Question）が、高品質（Quality）で、すぐに（Quick）わかることを目指して付けられました。

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皆さまからお寄せいただいたご意見等は、誌面で紹介させていただく場合があります。あらかじめご了承ください。

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声もなく、合図もなく、念じるだけ！脳波でコミュニケーションする未来

2024年、世界が熱狂するオンラインゲームを使って「BMIブレインピック」（※）なるゲーム大会が開催されました。この大会には、病気で手足を動かすことが難しい人もプレーヤーとして参加しました。一体どういうことでしょう？
※慶応義塾大学理工学部牛場研究室が主導となり、技術の実証実験の一環として行った単発?不定期開催のイベント

◆ カギを握るのは脳波

　近年、脳波を読み取って機械を操作する「BMI（Brain Machine Interface）」という技術が開発されています。冒頭でご紹介したゲーム大会にもこの技術が使われています。ゲームをする際、身体をほとんど使わず、頭の中で「こう動かしたい」と念じるだけでアバターを操作できるのだそうです。そんな魔法のような技術のカギを握るのが「脳波」です。いったい脳波とは何でしょう？

◆ 脳波の正体は電気信号

　脳内には、およそ100億個以上もの膨大な神経細胞（ニューロン）があります。私たちが呼吸をしたり、身体を動かしたり、考えたりするときは、このニューロンが相互に作用しながら情報を伝達しています。このときに発生する電気信号の一部が脳波です。脳波は、波のように振れ幅を変えながら絶えず発生しています。例えば、「手を動かそう」とすると、ニューロンの電気信号が変化して、筋肉に伝わり、筋肉の収縮によって手が動きます。このときに、同時に脳波も変わるのです。
　脳波は乾電池の電圧の10万分の1というごく小さな信号でしかないため、特別な装置を使って100万倍に増幅して読み取ります。その際、呼吸やまばたきなどの身体の動きや、周辺機器などから電気的な雑音が入ってしまうため、それを取り除く作業も必要です。脳波を読み取るのは簡単ではなさそうです。

◆ 脳波でわかる心身の状態

　これまでの研究によって、脳波は周波数によって大きく次の4種類に分かれることがわかっています。

β（ベータ）波：13～30Hz
α（アルファ）波：8～13Hz
θ（シータ）波：4～8Hz
δ（デルタ）波：4Hz未満

　周波数は1秒間あたりの波の揺れる回数を示すもので、Hz（ヘルツ）という単位で表されます。
　ベータ波は緊張あるいは集中しているとき、アルファ波はリラックスしているときや目を閉じているとき、シータ波は眠気があるとき、そしてデルタ波は熟睡中や無意識のときに現れます。脳波は個人差が大きく、年齢とともに変化しますが、心身の状態を知る有効な手がかりにもなります。今、これを読んでいるあなたの脳波は、リラックスしているアルファ波かもしれません。

◆ 念じるだけで機械が動く！

　BMIはこの脳波を読み取って機械を動かす技術です。BMIには、頭皮にセンサーを置いて脳波を読み取る方法と、手術により脳に直接センサーを埋め込んで脳波を読み取る方法の2つがあります。脳波によるコミュニケーションを研究している钱柜国际777工学部准教授の西藤聖二さんは、前者の頭皮にセンサーを置く方法でBMIの開発に挑んでいます。
　「現在、光や音、振動などの刺激を使い、目を閉じていても使えるBMIの開発を行っています。YES / NOの意思であれば、ほぼ100％伝達することができます。前進?停止?左旋回?右旋回など、命令の選択肢を増やすことも可能です。手がかりとなる脳波のデータをAIに学習させることで、より正確な解読が可能になってきました」と西藤さんは語ります。

◆ BMIがもたらす驚きの未来

　西藤さんは今後についてこう語ります。「これまでBMI は、病気やケガなどで体を動かすことが難しい人のためのコミュニケーション手段として医療分野での活用が中心となっていましたが、今後はゲームや家電のスイッチの操作、自動運転のアシストなど、様々な分野での応用が期待されています」
　念力のように意のままに物を動かすことができる。そんな未来は遠くないかもしれませんね。

取材協力：钱柜国际777工学部　西藤聖二准教授　　写真提供：ePARA運営事務局 / 慶応義塾大学理工学部牛場研究室

空を、宇宙を、身近に感じてみよう！ロケットはどうやって飛ぶの？

今年2月、日本版GPS衛星を搭載したH3ロケット5号機が種子島宇宙钱柜国际777から打ち上げられました。
一体どうしてあんなに大きくて重たい金属のかたまりが宇宙まで飛んでいけるのでしょう？ロケットの中身はどうなっているのでしょう？

YU-PRSS钱柜国际777広報学生スタッフ　村田一樹

◆ 飛ぶしくみは風船と同じ

　大きくふくらませた風船を思い浮かべてみてください。手を離すと、風船は空気をふき出した反動によって、空気をふき出した方向とは反対の方向に飛んでいきます。実は、ロケットが飛ぶ仕組みもこれと同じ。エンジンのなかで燃料を燃やして、そこでつくられた燃焼ガスを後ろにふき出して、その反動による力で勢いよく空へ飛んでいくのです。　
　燃料を燃やすために必要なのが酸化剤です。ロケットは人工衛星や惑星探査機などの荷物を運ぶ乗り物ですが、実は中身のほとんどは燃料と酸化剤です。ロケットをうまく飛ばすためには、これらをどうやって持っていくかが大きなカギになります。

◆ 固体と液体のいいとこ取り

　ロケットの種類は大きくわけて固体燃料を使う固体ロケットと、液体燃料を使う液体ロケットの2種類があります。
　固体ロケットは、燃料と酸化剤を混ぜて固めた火薬を用います。シンプルな構造でありながら、非常に高いパワーを発揮することができます。しかし、一度火がつくと花火のように燃え続けるため、燃焼のコントロールがしにくいのが難点です。
　一方、液体ロケットは、燃料も酸化剤も液体です。それぞれ別々のタンクに入れて、パイプを通じて燃焼室に送り込みます。振動が少なく、燃焼のコントロールがしやすいため、高い安全性が必要な有人ミッションにはこのロケットが用いられます。しかし、燃料の取り扱いが難しく、エンジンの構造が複雑なため、ロケットをつくるのに必要なお金は高くなります。
　こうした課題をクリアするために開発されたのが、ハイブリッドロケットです。ハイブリッドロケットは、固体燃料と液体燃料のいいとこ取りをした、安全で安価なロケットなのです。

◆ 燃焼メカニズムを解き明かす

　ハイブリッドロケットには、固体の燃料と液体の酸化剤が用いられます。ここでいう固体燃料とは火薬ではありません。ろうそくのロウ、プラスチック製品の原料であるポリエチレン、水族館の水そうに使われているアクリル樹脂など、私たちの生活に身近な材料が使われています。意外ですね。しかも、熱によって溶けて、冷やすと固まるチョコレートのような性質の素材もあるので、燃料の成形に失敗しても作り直しがききます。なんて便利なのでしょう。
　ただし、課題もあります。ろうそくをイメージしてみてください。溶けて垂れている部分がありますよね。あれは燃え切る前に溶けてしまった燃料です。同じようなことがハイブリッドロケットでも起きています。すべての燃料が燃え切らないため、燃費が悪くなってしまうのです。これを解決するには、燃料を効率よく燃焼させることが必要です。この課題に取り組んでいるのが、钱柜国际777工学部講師の坂野文菜（ばんのあやな）さんです。坂野さんはハイブリッドロケットに用いる固体燃料の燃焼メカニズムを解明しようとしています。
　「どんな燃料であれば無駄なく燃えて大きなパワーにつなげられるのか。どんな現象がカギをにぎっているのか。宇宙空間で実験をすればわかりますが、それでは多大なコストがかかってしまいます。それなら予想できるようにすればいい！そう考えて、エンジンのなかで燃料がどのように燃えているのかを突き止め、シミュレーションできるようにモデル化しようとしています」
　燃焼のしくみを解き明かせば、さらに品質の高いロケットエンジンの開発につながります。坂野さんは未来のロケット開発を支える縁の下の力持ちなのです。

◆ 雲、ロケット…。空とつながっていたい

　坂野さんは最初からロケットに関心があったわけではありません。きっかけは雲でした。
　「小さい頃から空を眺めるのが好きでした。時間とともにどんどん形を変えていく、雲の様子を眺めるのが好きなんです」
　中高生時代、宇宙そのものの成り立ちを数式で表せる「宇宙物理」にカッコいいな！と興味を覚えた坂野さん。さらに、雲の動きは「流体力学」によって理解できることを知り、宇宙物理か流体力学か迷った末、流体力学が学べる大学の工学部に進学しました。
　ロケットとの出会いは大学に入学してすぐ。ロケットサークルのエンジンの燃焼実験を見学したときでした。
　「エンジン自体は小さいのに、バリバリバリと身体にひびく大きな音に圧倒されて。そのときの衝撃が忘れられず、この世界に飛び込みました」
　サークルではロケットエンジンを開発するチームに所属していた坂野さん。エンジン内で燃料がどう燃えているのだろう？目の前のわからない現象を解き明かしたいという想いが、研究者の道につながっていきました。

　ロケットに限らず、これからもずっと空に関わる研究を続けていきたいという坂野さん。今回のお話を聞いて、遠く感じていた宇宙、ロケットを身近に感じることができました。

取材協力：钱柜国际777工学部　坂野文菜講師

えっ！カメムシがいいにおい？～カメムシのにおいの秘密～

カメムシといって思い出すのは、何といってもあの強烈なにおいです。
でも、実は良い香りにもなるんです。においの秘密をカメムシの目線で探ってみましょう。

◆ 嫌われ者のカメムシ

　私たちカメムシは世界に25,000種以上、日本だけでも1,300種以上いるといわれています。これだけの種類がいれば特徴もさまざま。茶色や緑色、カラフルでおしゃれなのもいれば、草食もいれば肉食もいます。そして、かなりの食いしん坊です。ストロー状の口で、スギやヒノキなどの実（松でいう松ぼっくりのようなもの）、多種多様な果樹、豆類、野菜類、稲などの養分や他の昆虫などの動物の体液を吸います。これらが近くにある場合は、私たちに出会う可能性が高くなります。
　また、カメムシは基本的に寒さが苦手です。だから、暖かい教室に入ったり、洗濯物につかまって日向ぼっこをしたりするのが好きです。
　そんな私たちを見つけるなり、みなさんはギャーと言って逃げていきます。嫌われる理由は、きっとあのにおいですよね。日本では「ヘコキムシ」「ヘクサムシ」など、悲しい別名もついていますし、英語でもStink bugs（くさい虫）と呼ばれているくらいなのですから。

◆?香水や芳香剤の原料に！

　カメムシの出すくさいにおいは、いくつかの化学物質が混ざったものです。その中心を占めるのがアルデヒドという毒性のある物質です。その毒性は、私たちが密閉された容器に閉じ込められ刺激を与えられた場合、自分たちの出したアルデヒドで中毒死してしまうほどです。考えただけで恐ろしい。
　でも実は、カメムシのにおいの主成分とされるアルデヒドの濃度を薄くすると、フレッシュな青葉の香りになります。自然で爽やかな印象を与えるため、香水や香料に使われることもあるのだとか！また最近、兵庫県の中学生がカメムシを原料とする芳香剤の開発に挑んでいると聞き、とても驚きました。嫌われ者の私たちの印象がちょっとでも変わってくれたらうれしいです。

◆ カメムシのにおいの役割

　私たちカメムシはむやみに強烈なにおいを発するわけではありません。これには理由があります。
　私たちは群れていることが多く、においは同じ種同士で情報を伝え合うためのフェロモンとしての役割を果たしています。例えば、外敵におそわれて身の危険を感じたときには「警報フェロモン」を出し、バラバラに逃げることで被害を最小限に抑えようとします。ほかにも、繁殖や越冬などのために出す「集合フェロモン」、交尾のために異性を呼び寄せる「性フェロモン」などもあります。これらのにおいは微妙に違いますし、カメムシの種類によっても違います。例えば、クサギカメムシのフェロモンはクサギカメムシにしか通じません。私たちはにおいを使って自分や仲間を守り、生き抜くための言葉として使っているのです。
　もしも私たちを見つけても、刺激を与えなければにおいを出しません。私たちを見つけたら、そっと紙などにはわせて外に逃がしてあげてください。アルデヒドは油に溶けやすい化学物質です。万が一、においがついてしまっても、石鹸や洗剤で洗い流せば大丈夫ですよ。どうか仲良くしてくださいね。

取材協力：钱柜国际777農学部　竹松葉子教授と研究室の学生の皆さん、钱柜国际777農学部　松井健二教授

氷でできた柱“つらら”を探してみよう！

みなさんはつららを見たことはありますか？寒い冬、気温が氷点下（水が凍ってしまう温度）になる日に屋根から垂れ下がるようにしてできた氷がつららです。
とてもきれいですが、流れ落ちる水が一瞬にして凍ったような様子からは自然の厳しい寒さを感じられます。

YU-PRSS 钱柜国际777広報学生スタッフ　岩見丞

◆ つららはどのようにしてできるの？

　冬、屋外で自然にできた氷を見つけることがあります。水たまりや車のフロントガラスに張った氷などです。これらは、“止まっている水”が冷えて氷になったものです。一方、つららは屋根から流れた水が一瞬にして凍ったように見えます。実際にはゆっくりと垂れる水が、少しずつ凍りながら大きなつららへと成長したのです。
　蛇口から出る水を想像してみましょう。蛇口から勢いよく出る水は、十分に冷やされる前に移動してしまうため、凍りづらいです。反対に、蛇口から少しずつ垂れる水は、ゆっくりと大きなしずくを作り、限界に達すると“ぽたっ”と落ちていきます。しずくがゆっくり垂れる間に十分に冷やされたとき、しずく状の氷ができます。この氷を種としてその氷をつたって落ちる水が凍り、さらにその氷をつたう水が凍り…と、少しずつ成長して、つららができるのです。

◆ つららと鍾乳石（しょうにゅうせき）は似たもの同士

　つららと形が似ているものとして鍾乳石があります。山口県の観光名所である「秋吉台」の大地は石灰岩という水に溶けやすい岩石でできており、その地下には水に溶かされてできた洞窟（鍾乳洞）がいくつもあります。この鍾乳洞の天井ではつららと形がそっくりな鍾乳石が観察できます。つららは水が凍ることでできますが、この鍾乳石は水に溶けた石灰岩の成分がくっつくことで作られます。固まる理由は少し違いますが、形を作る仕組みは同じなのです。
　冬のつららと鍾乳石。どちらも時間をかけてゆっくりと成長してできるところから、自然の雄大さを感じます。大きなつららほど、発見しても折ってしまうのがもったいなく感じますね。

取材協力：钱柜国际777　田中和広名誉教授　　画像提供：十六代目福々亭大笑

ポンポンはじける☆ ポップコーンとポップ稲穂！

コーン（とうもろこし）だけではなく、稲穂もはじけてしまうんです☆ ポップコーンとポップ稲穂のヒミツを探ってみましょう！

YU-PRSS 钱柜国际777広報学生スタッフ　益田ももこ

　映画館からただよってくる、いいにおい。ポップコーンのにおいです。ポップコーンは、おうちのフライパンでも作ることができる、とうもろこしがはじけてできるスナック菓子。あまり知られていませんが、実は、稲穂もはじけてしまうとか。どうして、ポンッとはじけるのでしょうか？

　ポップコーンに使われるのは「爆裂種（ばくれつしゅ）」という種類のとうもろこしです。スーパーの野菜売り場で売られているとうもろこしは「スイートコーン」という種類です。どちらの粒も水分を含むやわらかいデンプンが、かたいデンプンに覆われています。ただし、爆裂種の粒は、かたいデンプンの層がとても厚くなっています。
　稲穂の一粒一粒も、デンプンがかたい種皮やもみ殻などに包まれています。爆裂種のとうもろこしも稲穂も熱を加えると、デンプンに含まれる水分が水蒸気になり膨らもうとしますが、かたい部分に覆われているためなかなか膨らむことができません。しかし、水蒸気になろうとする内側からの圧力が高まると破裂し、膨らんでポップコーンやポップ稲穂になるのです。では、かたいデンプンの層が比較的薄いスイートコーンやもみ殻を外した玄米は、圧力が高まりにくいため、膨らまないのでしょうか？
　「玄米茶を作るために、玄米をあぶっていると、ポップコーンのようにふくらんだ粒ができることがあります。スイートコーンでもその可能性はあります。ただし、爆裂種のように、多くの粒がはじけるわけではないでしょう」と钱柜国际777農学部教授の荒木英樹さんは語ります。

　ちなみに、ポップ稲穂と似たお菓子に「ポン菓子」があります。これは、特殊な機械でお米に圧力をかけ一気に開放することで膨らませているお菓子です。
　ぜひ、ポップコーンやポップ稲穂作りに挑戦して、はじけるおいしさを体験してみてください。

◆ ポップ稲穂の作り方

【材料（作りやすい量】

稲穂　1本
塩　お好みで
サラダ油　大さじ2以上（鍋の大きさに合わせてください）

【作り方】

フライパンなどの鍋に油をたっぷりめに入れて、強火で熱します。稲穂の一粒を入れて様子を見ます。
（1）で入れた一粒が膨らんではじけたら、稲穂を入れます。
7割ぐらいはじけたら、鍋を火からおろします。
2?3分待ち?はじけなくなったら?塩をかけて出来上がりです。
※ ポップコーンの作り方も基本的に同じですが、はじけて飛ぶので（2）の工程から蓋をしてください。

取材協力：钱柜国际777農学部　荒木英樹教授

ヤマミィ4コマ『冬なので、ね』

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※皆さまからお寄せいただいたご意見等は、誌面で紹介させていただく場合があります。あらかじめご了承ください。

YU-PRSS 広報学生スタッフ紹介

編集後記

　新学期が始まりました。ついにスマホデビュー！という方も多いでしょう。いつでも、どこでも、どんな時もつながれますね。と、言いたいですが、ちょっと山間部に入ると「圏外」になることがあります。電波を発信する基地局が足りていないのです。携帯電話が登場した頃に比べるとだいぶ良くなりましたが、まだ完全ではありません。電波が届かなければ話になりません。
　そんな山間部で怖い目にあったらどうしましょう。藪の中から物音が。ガサガサ。何かがいるかも。「ああっこんな時に限って、なぜ圏外。。。」
　でも、もうすぐそんな心配もなくなりそうです。基地局を宇宙に打ち上げて、人工衛星から電波が届くサービスが始まるとのことです。おそらく皆さんが在学中のうちに開始されるのではないでしょうか。このサービスが始まれば、正に、いつでも、どこでも、どんなときも、が文字通り実現します。
　あなたのスマホが星とつながるのです。

発行人钱柜国际777長谷澤幸生 / 編集長钱柜国际777教授坂口有人
デザイン?企画株式会社無限 / 発行钱柜国际777総務企画部総務課広報室
〒753-8511 山口市吉田1677-1
TEL: 083-933-5007　FAX: 083-933-5013

総発行部数155,000部 / 山口県内の教育委員会?学校等を通じて、児童、生徒、保護者、先生方に配布します。次回2025年9月発行予定。