静岡県立浜松北高等学校 “ことば”と“こころ” ことばとこころ仙台の北校の仲間大学出張講座創造の喜び＜印象に残る恩師猪瀬博先生のことば＞ • （電波は宝、システム）工学部に学びやらまいか精神で挑戦 2010年11月5日 • ゆっくり急げ • 共創競争と共創＜追究中の私の言葉私言葉＞想像から創造へ東北大学工学部学部情報知能システム総合学科教育広報企画室特任教授小粥幹夫 • 想像(イメージ）から創造（クリエーション）へ • 脳を鍛える電気・通信・電子・情報電気通信電子情報ゆっくり急げ私の20 私の 20代代米国 New Mexico の砂漠 ‐ 現代社会システムの中枢を担う現代社会システムの中枢を担う‐‐ 電子財布輸送機器家電製品携帯電話電波と光：電磁ハードディスク医療機器波光ファイバ情報通信ネットワーク国立電波天文台 VLA 大きいこと？大きと長い波長には大きな装置直径40kmで光学望遠鏡と同等な分解性能相似（正規化）波長/大きさロボット・人工知能 “基本の “基本の1 基本 1つ” 直径25ｍのパラボラアンテナ２７基（200トン移動可能）アンテナでの信号の受信時間の違いを干渉計測宇宙からの電波を受信、電波望遠鏡場所；米国New Mexicoの砂漠ロッキー山脈の南端高度1200ｍ気温－40から＋40℃ 無人の放牧地帯妨害電波がない乾燥地帯自然と共生学学ぶ電磁波の波長と周波数波；周波数ｆ波；周波数ｆと波長と波長λλの単位 VLA Waveguide System Ｃ；光速度＝３ｘ１０８ｍ λ・ｆ＝Ｃ λ；波長（ｍ） m μ ｎｐｆミリマイクロ１０ｆ；周波数（Ｈｚ） k M G キロ１０ a z y ナノピコフェムトアトセプトヨクト ‐3 ‐6 ‐9 ‐12 ‐15 ‐18 ‐21 ‐21 メガギガ T P テラ E Z Y ペタエクサゼタヨタ 3 3 6 9 12 15 18 21 24 6 9 12 15 18 21 24 損失は？ 10Log10Pout/Pin (dB) 対数；大きな数字を表わす周波数X波長＝波の速度光速度＝３ｘ１０８ｍ誇りたい発明土木工事ミリ波導波管光ファイバの基礎真直にしても？曲がると？埋められると？まっすぐに雨が降ると？底床が重要！責任分担が明確な米国社会では？プロジェクトマネージャーに直訴解決信頼結合器発明へのステップ扇方結合器 Sector Coupler 誇りたいこと簡単；方程式も計算機も不要砂漠の真ん中で製作 <発明のヒントと経緯＞電界は導体に垂直(先輩ベッドの話）円形導波管伝播する波の電界は円周方向向のみ（基本への回帰）（基本回帰）中心を通り円周壁面に伸びる導体は電界を乱さない(先行例）扇形の隔壁（アイデア）④ ＋ミラーで横に取り出す（製作に関与）＋扇型を円形に戻す（機械加工手伝い）光ファイバ；反射と屈折で波をガイド光ファイバ反射と屈折で波をガイド私の生い立ち米国生活の思い出スネルの法則 • “世界唯一の導波管実用システム”を大切にとプロジェクトマネージャーに直訴、責任領域を超えて土木エンジニアの導波管の埋設を指揮 • 扇扇型結合器の開発直訴、常識に反するとの反対の中結合器開発直訴、常識反する反対中で、限られた予算で実用性証明 • 信頼獲得給与交渉と破格の税金交渉 • 異文化未知の世界開拓と挑戦失敗とBad Show • 恩師との出会い２泊３日の家族旅行 • 旧友の息子の結婚式参列（７月３日）反射と屈折 n1sinθ 1 = n2sinθ 2 • 小学校野球少年農業から工業へ “手伝”様々な体験作文と発表は苦手 • 中学校苦手国語漢字の特訓読解力と論理性への気づき満点の数学 • 高校時代トップ入学受験勉強母の死東京の雑踏で集中とやりぬき • 大学時代自ら考える教育問題 • 企業時代家庭を忘れた仕事人間 • 現在自称“創造学”研究者技術より人光ファイバ；反射と屈折で波をガイド光ファイバ反射と屈折で波をガイド原理：全反射で中心のコアに光を閉じ込め問題：入射角で軸方向の速度異なる解決１：屈折率をステップから放物線に解決２：速度波長依存性の補正 (数学の力）スネルの法則 n1sinθ 1 = n2sinθ 2 1 n2 原理：全反射で中心のコアに光を閉じ込め n1 2θmax 屈折率 θ 問題：入射角で軸方向の速度異なるコアクラッド実用化のキーは高純度材料実用化のキは高純度材料理想は真空想真空穴あきファイバ 3mで1/2の強さ透過率 /km 30mで1/2の強さ 1/100 0.3kmで1/2の強さ強さ 1/10 1/2 3kmで1/2の強さ 1 n2 100kmで1/100 100kmで 15kmで1/2の強さ n1 2θmax 屈折率 θ コア 1970 1980 クラッド弱者は共同せよ空洞で損失？ a d b e 博士論文と教訓博論文教訓光ファイバケーブルの設計 c ＜発見＞ (1) 0.2％以上の引張り歪が加わらない 0 2％以上の引張り歪が加わらない１）シリ１）シリコーンゴムから水素が発生ンゴムから水素が発生 (2)側面から圧力を受けて軸が曲がらない２）水素が石英光ファイバ中に侵入 (3)1000本を2日以内に接続３）石英中にある欠陥と反応パイプ内に保護４）光を吸収する結合をつくる凹溝に入れる５）常温で反応する場合もある f 2.1mm幅 “Act of God” 0.32mm厚＜教訓＞１）材料の原子や分子レベルまでの理解の重要性壁気体分子の吸収に注意壁、気体分子の吸収に注意プラスチック (250μm) ２）加速試験は万能でない石英(１２５μm) 代表的な構造の光ファイバケーブル 2000 光ファイバの接続電気通信研究で見つけた “水に浮かぶ金属線” 表面張力を利用した軸あわせ＜要求＞ 1000本を１日で（マンホールを明ける工事は交通渋滞の原因）道路工事での移設でもサービスを切らないサブミクロンの軸あわせ＜やり方＞ 8本同時に永久接続とコネクタ接続社会で仕事をして社会仕事をコネクタ切り替え接続プラスチック光ファイバコネクタ＜光ファイバの実用化に携わって＞ • 失敗に学ぶ材料の基本知らずして大きなビジネスありえない Q1：低価格実現には？ • 水素はガラスに侵入いい加減なガラスの強み Act of God P1；プラスチックでプク • 特許とは“低められた” “自由に動く” 国語の問題論理的＜新事業を立ち上げて＞ Q2：熱膨張・収縮を乗 Q2 熱膨張収縮を乗り越えるには • 一人でできることには限界がある専門家に任せ自分のできること • 社会問題解決イノベーションは融合から • 深さと広さの使い分け P2 対称構造で同じ収縮 P2；対称構造で同じ収縮＜大学に戻って＞大学 • 大学の研究に解はない課題解決と真理探究 • 創造力とは仮説検証能力鍛えた脳が不可欠 • 特許論争“低められた” “自由に動く” 論理性国語の問題に帰着波と光を活用する技術大学での研究内田龍男東北大学名誉教授前大学院工学研究科長工学部長（現仙台高等専門学校長）浜松北高校昭和45 浜松北高校昭和 45年卒業年卒業カラー液晶の研究センシングとセンシングと表示表示／多次元／多次元（１）液晶とは何もの？電子財布液晶テレビ携帯電話ハードディスク光ファイバ輸送機器医療機器情報通信ネットワークロボット・人工知能偏光板の不思議液晶材料実験１）２枚の偏光板の組み合わせと光透過？平行；透過垂直；遮断＜なぜ＞波の振動方向で決まる 2×10－6mm （2 nm） O 液晶ディスプレイ（ＴＮ方式）実験２）垂直な２枚の間に３枚目を入れると？ Methoxybenzylidenbutylaniline （MBBA ）液晶分子の構造実験３）２枚の偏光板の角度を変えると？色とは？色とは波長の異なる光の波の組み合わせマゼンダ緑マゼンタ緑シアン（２）カラカラー化：化：赤白黒画像からカラー画像へ赤青黄緑青赤緑青シアンマゼンダ黄色白色光シシアン黄 (a) 減法混色型（絵の具の３原色） Blue Black Green 黒白青緑 Red 赤 White M 赤 (b) 加法混色型（光の３原色）白色光 (a) 減法混色型（絵具（絵の具の３原色）原色） (b) 加法混色型（光の３原色）（色素の析出）（色素の析出）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・フィールドシーケンシャル方式ィ方・・・高速OCBセル高速ガラス基板 Glass plate p 透明電極 Electrode 液晶 crysyal Liquid 透明電極 Electrode ガガラス基板 Glass plate C 青赤フィールド赤フィルド（5.5ミリ秒）緑フィールド緑フィルド（5.5ミリ秒）青フィールド青フルド（5.5ミリ秒）（３）低電力化 Y LCD 白色光 White light 減法混色型 Back light (R) バックライト（赤） Back light (G) バックライト（緑） Back light (B) バックライト（青） T.Uchida, et al. (Tohoku University): Int’l Display Res. Conf., p.37 (1997). 高コントラストスクリーン（ DLCスクリーン）の設計 15型CFS0CB俯瞰’06 15型CFS0CB俯瞰 06.01.20 01 20 ＤＬＣスクリーンによるフロントプロジェクションディスプレイの試作例外光新型ＤＬＣスクリーン明るい環境下でも高コントラスト従来のホワイトマットスクリーン明所コントラスト低下反射板散乱領域 (観察領域) 15” XGAColor-Field OCB-FS-LCD (JST 青森地域結集型プロジェクト) 15inch Sequential OCB mode TFT-LCD 大学で学ぶとは？（反省を込めて）大学での学び大学：解答がな解答がない高校：学びから解答に導く小中学：学びに当てはめ正しい解答を得る課題研究：高校から大学への橋「学びを活かし自分で考える」拡散光制御理論（DLC理論）明るい環境下課題研究は観察と仮説から課題研究観察と仮説全体と個原子から授業の学びと疑問を自分で考える周りの事実事実の確認なぜの仮説考察で検証授業での学びを大切に「理学と工学「理学と学科学技術は基本の積み重ね」「学部・学科」「大学」を調べよう「学部学科」「大学」を調べようオープンキャンパスは第一歩化学材料はすべての基礎ＤＮＡ生物の設計書生物生物の進化物性と合成環境変化に適応物理生物に学ぶ力と波動くと伝わる電気が作る世界電気作る世界生き残るナノサイエンスコース安藤先生よりナノサイエンスコース安藤先生より電気・通信・電子・情報電気通信電子情報 ‐ 現代社会システムの中枢を担う現代社会システムの中枢を担う‐‐ 電子財布輸送機器家電製品ハードディスク携帯電話医療機器光ファイバ情報通信ネットワークロボット・人工知能薄膜磁気記録媒体（ハードディスク）高密度化には、 Protective & Lubricant layer 磁性結晶粒の孤立化と微細化が必要高保磁力を得るためには高保磁力を得るためには、結晶粒の配向制御が必要 Magnetic layer (15～30 nm) Underlayer (5～100 nm) NiP/Al-Mg g substrate C i C-axis Ferromagnetic grain Non-magnetic grain boundary 10 nm 薄膜媒体の磁性膜の構造 “これからの電気・情報？” これからの電気情報？１．携帯電話と光通信；携帯電話光通信； “波”（電気工学の基本の1つ）偏光板の実験動くと伝える感動を伝える映像と脳の働き視覚と聴覚視覚聴覚百聞は百聞は一見に如かず見如ず人にできてコンピュータにできないこと見えない波は見えないものを検出コンピュータの力を借りて見せる２．色の3原色と液晶TV 大型画面で臨場感、脳が3次元の世界復元３．人にできてコンピュータにできないこと視覚と脳 “知能” 波の力で見えないもの見せる波力見えなも見る４．“つうしん” 感動こころを伝える＜ヒント＞受像機なくしてテレビ放送は受けられない受像機なくしテビ放送は受けられない準備から受け手が送り手と同じ（知識創造は暗黙知形成から）気づきとモチベーション；身近な話から新しいこと関係の発見普段の努力見えないものを見せる波前頭前野をたくさん使う方法は脳機能イメージング研究でわかる！機能的MRI装置光トポグラフィー装置睡眠時のポリグラフノンレム睡眠［超音波ビームの走査］環境睡眠覚醒現在の超音波診断高校生へのアドバイスレム睡眠朝食眼球運動［B （Brightness: 輝度）モード断層像］ 1 cm 超音波プローブ体表超音波ビームを走査動脈壁内腔急速眼球運動動脈後壁脳波シータ波デルタ波筋電図低筋活動筋弛緩（ラット）睡眠時脳波を特徴付けるのは様々な振動現象である。前頭前野の活性化音読と計算作動記憶連想記憶従来: 断層画像による形状の評価が主（動脈壁の厚さ病変の形など）（動脈壁の厚さ・病変の形など） → 動脈壁の硬さ・組織性状などは不明切らずに組織性状などが分かる: 診断法開発における夢 2008年10月3日高崎高校出前授業（長谷川英之）磁石は砕いても磁石極限の電子にもスピン（磁性）スピン制御で絶縁膜を電子透過磁気の担手（磁気磁気の担い手（磁気モーメント）ント）電子の軌道運動→軌道磁気ﾓｰﾒﾝﾄ電子の軌道運動→軌道磁気ﾓﾒﾝﾄ電子の自転→ｽﾋ電子の自転→ｽﾋﾟﾝ磁気ﾓｰﾒﾝﾄﾝ磁気ﾓﾒﾝﾄ (spin) (orbital motion) N N 電子 S 電流 S 基本に戻るこれからのエレクトロ二クス • モーターと電気自動車？モタと電気自動車？ • 人にできてコンピ人にできてコンピュータにできないことタにできないこと • 脳の科学知能システム • 半導体の微細化はナノを超えてどこまで？ • 磁石は砕いても磁石極限は？ • 電子の持つ磁性の活用 • 生物に学ぶ細胞と蛋白質 DNA • 情報・エネルギーの伝達と変換情報エネルギの伝達と変換（物質の移動）（化学反応で機械エネルギ発生）（化学反応で機械エネルギー発生） • 固体、液体、気体につぐプラズマ • 磁界の中での電子の動き？ • 原子分子の個性の理解と活用 • 電子のスピン（磁性）の活用工学を支える理学プラズマの研究はこれから核融合いろいろなプラズマオーロラ太陽課題解決基盤課題解決の基盤半導体微細加工プラズマエンジンプラズマ真理追究基本の理解大き大きい小さいさ極限追求ネオンサイン新しい物質の創成プラズマテレビ新たな創造への挑戦工学とは？電子情報通信の魅力を向上して高校生の学習意欲を引き出すこと低下する科学への興味関心理学との違い？＜工学＞－＜理学＞＜工学＞－＜理学＞つくる－調べるつくる－調べる調べる合成－分析合成－分析課題解決－真理追求課題解決－真理追求真理追求社会問題解決豊かな生活融合が不可欠高校生の興味・関心？興味関心？環境・エネルギー問題？高齢化社会と医療問題？宇宙？生物？情報？将来したいことは？学学ぶ意欲？欲新たな創造技術者として課題解決の社会システム作り出典数学を楽しもう「科学への学習意欲実態調査」調査結果報告書平成１７年３月小倉康 http://www.nier.go.jp/ogura/Rep05All.pdf （国立教育政策研究所）私の“共創”への挑戦 “共創”のゴール共創ル想像から創造へ基本を大切にやらまいか！やらまいか！体を鍛える忍耐強くやり抜く楽しくご清聴有難うございましたホムホームページジ工学とは？６0分でわかるコウガク工学の動向？東北大工学部紹介DVD 東北大工学部紹介 DVD 東北大学の場合機械知能機械知能・航空工学科・航空工学科進研アド社（ベネッセ、進研ゼミ）進研アド社（ベネセ進研ゼミ） 50分で分かる工学 ● 機械システムデザインコース ● ナノナノメカニクスコースメカニクスコース ● 航空宇宙コース航空宇宙コス ● 量子サイエンスコース ● バイオバイオロボットシステムコースロボットシステムコース ● エネルギー環境コース Cap.1 もし東北大がなかったら Cap.2 工学の底力電気；情報電気；情報知能知能システムシステム総合学科総合学科環境、エネルギー、安全と安心、情報と知、医療、未来 ● エネルギーインテリジェンス (電気） ● コミュニケーションネットワーク (通信） ● 情報情報ナノナノエレクトロニクスエレクトロニクス((電子） ● ナノナノサイエンス（応用物理）サイエンス（応用物理） ● コンピュータサイエンスコンピュータサイエンス((情報） ● 知能知能コンピューティングコースコンピューティングコース ● メディカルメディカルバイオバイオエレクトロニクスコースバイオエレクトロニクスコエレクトロニクスコースエレクトロニクスコス Cap.3 p 女性の活躍 Cap.4 大学での学び Cap.5 先輩の活躍進研アド社編集エネルギーインテリジェンスコース機械システムデザインコース情報ナノエレクトロニクスコース情報ナノエレクトロニクスコス航空宇宙航空宇宙コースス電気自動車ナノサイエンスコース惑星探索ロボット量子サイエンスコース量子サイエンスコスコンピュータサイエンスコースバイオロボットシステムコースエネルギー環境コース知能コンピューティングコース知能コンピュティングコス次世代旅客機マイクロ可動ステージメディカルバイオエレクトロニクスコース光デバイスダイナミトロン人間協調型ロボット地殻深部からの熱エネルギーナノ結晶粒子バイオメトリクス個人認識の研究 ● 応用化学コース ● 化学工学コース ● バイオバイオ工学コース工学コース材料科学総合学科材料科学総合学科 ● 金属フロンティア工学コース ● 知能知能デバイス材料学コースデバイス材料学コース ● 材料システム工学コース材料システム工学ス ● 材料環境学コース建築・社会環境工学科 ● 社会基盤デザインコース ● 水環境デザインコース ● 都市システム計画コース都市システム計画コス ● 都市・建築デザインコース ● 都市・建築学コース東北大学コミュニケーションネットワークコースナノメカニクスコース化学・バイオ工学科モジュラーロボット 10年の歴史と最大の規模（国立大学） 4万人、バス400台 2009年度模擬授業 2009 年度模擬授業「光ファイバー通信の最先端」バ中沢正隆教授 (7/30（木） 10:00～) 「液晶テレビはどのようにしてできたか」「液晶テレビはどのようにしてできたか内田龍男教授 (7/30（木） 11:00～) 「自己組織化とナノテクノロジ」「自己組織化とナノテクノロジー」玉田薫教授 (7/30（木） 13:30～) 入学者の50％参加経験「スピンを操り21世紀のエレクトロニクスを拓く」大野英男教授 (7/31（金） 10:00～) 「磁石で考えるナノテクの世界」安藤康夫教授 (7/31（金） 11:30～) ＡＯ入試で多様な能力評価 13：00-15：00 電子情報通信学会トークショー “通信て何だろう？” “通信って何だろう？” ※このイベントは、独立行政法人科学技術振興機構の平成２２年度地域の科学舎推進事業地域活動支援により実施しています。通信の仕組みを知って未来へ挑戦しよう未来挑戦よう ● 通信の発展はアンテナの発明から ●ケータイのことをもっと知ろう ● 光ファイバの原理と実際 ● 大型ディスプレイで感動を伝える ● 通信ネットワークを使って学習 ● 医療に役立つ通信技術企業による関連展示通信を体験！！ ● 松島のイルカをのぞいてみよう！ ● 携帯電話を安全に楽しく使おう！ ● どうして携帯電話はつながるの？ ● 光ファイバをつなげてみよう！ ● 君も半導体をつくれるかな？