日本の電子顕微鏡の開発技術をリードしてきた大阪大学で、新たに開発された次世代超電子顕微鏡。高校で使用する光学顕微鏡とはスケールが違い、見える世界もまったく異なります。100万倍、200万倍といった高倍率だから、原子の粒ひとつひとつまでくっきりはっきり。金の原子の粒の列など、模型でしか見ることができなかった世界をのぞいてみましょう。

物質・材料を構成する電子と原子核の振る舞いを、計算機でシミュレーション。物質のさまざまな特性を解明するとともに、物質の特性から反対に物質構造を明らかにし、いままでにない新しい機能を持つ物質をデザインするのが計算機マテリアルデザインです。たとえば燃料電池の電極づくりにどういった物質が求められるか。必要とされる「高活性な触媒作用」をもつ物質の構造を計算機でデザインしていきます。研究室にはその為の量子シミュレーションを高速に行うクラスター計算機なども備えられています。

ナノ物性工学の研究室にあるのは、物質を原子・分子レベルで測定できる原子間力顕微鏡。ただ固体表面を観察するだけではなく、そこに個々の原子を引き抜いたり付与したりする原子操作を行い、自然界にはないものを作り上げて新たな物性を探索します。表面の原子が移動する様子など、普段目にすることがないナノの世界をその目でしっかり見ることができます。

原子間力顕微鏡は、ナノ物性工学の研究室で独自に作製されたもの。原子や分子の動きを抑え、観察や操作が行いやすいよう、内部は真空状態に保たれています。また、絶対零度である-273度に限りなく近い状態でキープすることも可能です。

ミクロンは100mmの1000分の1、そして、ナノメータは1mmのなんと100万分の1の大きさ。最先端の科学技術は、そんなナノの世界をターゲットにしています。ナノフォトニクスの研究室では最先端のレーザー技術を駆使して、ナノサイズの立体構造の作製を実演。8ミクロンの牛、10ミクロンのバネ…etc.。サイズは小さいけれどスケールの大きな研究を体感できます。

これが8ミクロンの牛の立体彫刻。もちろん、電子顕微鏡でなければ見えないサイズ。あのギネスブックにも「世界最小のレーザー彫刻」として掲載されています。通常レーザーで彫刻するというと、コンピュータの基盤をイメージするような直線的なものが多いのですが、これは曲線で丸みのある形に彫刻されているのがポイント。

ナノバイオ工学研究室では、医療診断や食品検査をより正確に、スピーディーに行う最先端のバイオセンサーやバイオチップの研究開発に取り組んでいます。インフルエンザの菌をキャッチするバイオセンサーを、より小さく高感度にすることができれば、いまより短時間で正確な診断を下すことも可能に。高齢化社会を迎える中、ますます注目を集めています。物理だけでなく、バイオや化学などさまざまな分野が融合して作り出す、新たな可能性が息づく研究フィールドなのです。

小さなチップのようなもの、これが実はトンボの複眼を模倣した高機能の次世代カメラです。9つの小さな穴がレンズになっており、そのレンズがとらえたものが、モニタ画面に映しだされている9つの世界。メガネをかけてのぞいてみると、なんと3D映像の世界が広がります。この超小型3Dカメラの技術は、人間の体内を検査する「カプセル内視鏡」などへの応用が期待され、実用化に向け開発が進められています。

赤チームはドリブル重視、青チームはパス重視といった各チームの戦術から、左右のバランス、歩幅、姿勢などロボットの動きまで細かく設定したうえで、サッカーゲームをシミュレーションします。どのようにバランスをとりながら走るか、どれぐらいまで前傾が可能かなど、サッカーゲームを通じてロボットの基本的な動きを研究。それらのデータは、災害時に活躍する知能ロボットの開発などに役立てられます。

知能アーキテクチャ講座で展示されているのは、人工知能技術を用いた信号機制御のシミュレーション。モニター上の○の部分が信号機を表しており、刻々と変化する道路の混雑状況を判断し、青や赤へと変化していくのです。目の前の道が混雑し始めると隣の信号機と連動してスムーズに車が動くように調整するといった動きもみずから行う、とても知的な信号機。この人工知能のように、実社会と深く関わる最先端技術の研究を進めているのが応用物理学です。ナノ、光、バイオ、数理など多彩な分野を学ぶことができ、社会のさまざまなフィールドで活躍する道が開けます。