2024年11月03日

”波動散乱の逆問題”を解いて物体内部を透視

 昨夜テレビを見ていたら、神戸大学数理データサイエンスセンターの木村建次郎教授が、”波動散乱の逆問題”という数学上の難問を世界で初めて解いて、そのことによって例えば癌のおそれのある乳房にマイクロ波を照射して内部深くにできた癌の形状までとらえる、いわば「物体の透視」が可能になった、という話を、ご本人も登場して解説していました。

 その数学上の難問解決はもう何年も前のことらしくて、いまは「透視」技術の様々な実用化が始まってその試作段階にあるらしくて、スタジオには空港に備え付けられている金属探知機のボックスみたいなものが設置されていて、モデルガンでは反応しないけれど、ほんものの拳銃だと容器に入れられていても、その形状を明瞭にとらえ、音声で危険物の持ち込みを警告するシステムが稼働していました。

 6次元ヘルムホルム偏微分方程式
(出典:https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00001/08617/)

  これが”発見”された「6次元ヘルムホルム偏微分方程式」らしい(何も知らないので間違っているかもしれませんが・・・笑)のですが、もちろん数学的なことは私にはチンプンカンプン。
  しかし、鈴木さんがなにをやったのかというのは、素人向け解説を読むと一応はわかります。或る物体の位置や形が分かっていればその物体に当たった流体がどんな波動を描くかは、これまでも計算できたらしいのです。これが「波動散乱の順問題」の解。ところが、物体の位置や形がわからない場合に、その不明の物体に当たって結果として発生した波動を観測して、逆に当たった物体の位置や形を計算で導くことは、これまで誰もできなかったらしいのです。これが「波動散乱の逆問題」というんだそうです。

  その数学的な難問を解くことのできる計算式を鈴木さんが”発見”して、正確な位置や形状のわからない物体に電磁波をあてて、帰って来た波を調べることによって、この「波動散乱の逆問題」を解く計算式を用いて、電磁波をあてた目的の物体の位置や形状をはじきだし、映像化することに成功したということらしいのです。

  おそらく応用数学、応用物理と言われる領域なのでしょうが、数式だけで自己完結するとわたしのような素人が考えている数学のイメージと違って、この種の数式はたちまち現実世界の難問をクリアする魔法の杖のような働きをすることに驚かされます。

  実際鈴木さんの18年がかりの”発見”は、いま乳癌をみつけるためのマンモグラフィーに応用され、すでに試作機でその絶大な効用が確認され、医療機器として実用化される一歩手前まできているようです。これまでのX線による検査では、日本人女性にも多い「高密度乳房」の場合にはとらえにくいらしく、また音波エコーによる検査も脂肪細胞の集積である乳房の深部ではマイクロ波が届かないために同様に癌の位置や形状が把握しにくい欠点があって、いずれも検査の精度が良いとは言えなかったらしいのです。しかし鈴木さんの方法で、マイクロ波をあてて返ってくる波動に彼の計算式を適用すれば、高密度乳房であれ、深部の癌であれ、その位置や形状がクリアにとらえられるということです。
 実際の検査は小型のマイクロ波照射機器で乳房の表面を撫でているだけで済むようで、患者への負担も軽いようです。そういう装置は、癌の早期発見だけじゃなくて、外科医による手術の強力な助っ人にもなるでしょう。

  また、機器は壁に埋め込んで設置することもできるので、空港など公共的な場所に設置すれば、テロリストが凶器を隠し持って歩いて探知機の設置してあるところを通るだけで、本人に察知されることなく、即これを探知することができるようです。これまでの空港の金属探知機のように何かの影になってとらえられないとか、いろいろ制約がある方法よりも格段にすぐれた探知機になるようです。形状までわかるので、ポケットの中に入れた小銭だとか腕にはめた時計や、胸の万年筆等々には金属であっても反応しないそうです。

  さらに、自動車をはじめ、さまざまな場面で使われているリチウムイオン電池は、内部に異常を生じると発火・爆発するリスクのある電池ですが、内部を調べるためにはこれまで、電池を分解するしかなかったのだそうです。木村さんの「物体を透視する」技術を使えば、電池を分解せずに」調べることができ、既に検査装置が各国の自動車メーカーで使われているそうです。

  ネット上の文献で例挙されていたもう一つの実用例は、トンネルのコンクリ―トの内部がどうなっているか検査するには、これまでは高所作業車を使ってハンマーでたたいて行う打音検査という方法だったようですが、木村さんの方法を使えば、電車などで走行しながらリアルタイムでトンネル内部の構造全てを可視化することができるそうです。

  彼がたずさわっているプロジェクトのひとつに、たしか地球の内部構造を「透視する」ようなびっくりするようなテーマらしきものが(タイトルを見ただけだから素人判断で、間違っているかもしれませんが)ありましたが、そういう巨大なスケールでの「物体の透視」ができるのであれば、地球ばかりか月や火星の地中に埋もれているかもしれない貴重な鉱物資源や水の有無なども、ドローンみたいな無人機やロボットを使って発見したり、判定したりすることができるようになるかもしれません。原理的にはおそらく可能なのでしょう。

  もしそういうことが国家事業としてできるなら、これはもう今後の世界で他国に先駆けてわが国に膨大な富をもたらす技術になるのではないか、という気さえします(私は別段ナショナリストでも富国強兵主義者でもありませんが・・・笑)。
  彼の研究には世界中から様々な引き合いがすでにあるようですが、無理もありません。なにかこう、透明人間を作り出すようなSF的な話にさえ思えるほど、これまでの私たちの想像を超える画期的な学問的成果なのではないでしょうか。

  数学的な難問を解いたこともすごいけれど、それによって解放された技術というのは、ちょっと想像もつかないほど応用範囲の広いものだということが、素人にもうかがえるほどです。なにしろいままで見えなかったものが見えるようになるのですから(笑)。

  よく民放TVでやっている、「お宝さがし」にはもってこいの技術じゃないでしょうか、例の「徳川幕府の埋蔵金」だとか(笑) 
  海底深く沈没した船の状態をとらえるとか、地中深く埋もれている貴重な考古学的遺物やひょっとしたらポンペイのように埋もれた街そのものも、考古学者の勘頼みではなくて、あらかじめ位置も形状も把握して掘り出せるでしょう。月や火星の内部に水があるかとか、貴重な鉱物資源があるかとか、みな容易にわかるようになるのではないでしょうか。

 さっきはトンネルコンクリートの検査の例を書きましたが、わが家も集合住宅で鉄筋コンクリート長屋なので、半世紀もたってコンクリ―の表面に罅がはいってきていますが、内部がどの程度いたんでいるか、いまはハンマーでコツコツたたいて音で判断するしかないようですが、鈴木さんの技術を使えば簡単に腐食箇所の位置や画像が手に入るようになるでしょう。

 数え上げていくときりがありません。ものすごく応用範囲の広い技術であることは明らかで、その中には乳癌の早期発見や人体の秘境と言われる膵臓にできた癌の早期発見などのように数多くの人命を救う手段となるものもあるだろうし、地球資源の枯渇のリスクを測り、未知の資源を発見したり、月や火星にも同様の資源探しを可能にするような人類の運命にかかわる事業にも応用されるでしょう。
 この”発見”、この研究成果は、いずれこんなふうに世界中に応用が広がれば、その人類社会に対する貢献の大きさに高い評価が与えられて、ノーベル賞が与えられることは素人目には確実に思えますがどうでしょうか。

 YouTubeでの彼のレクチャーの中で雑談の短い時間があって、そこで京都大学工学部を卒業されたらしい鈴木さんは、「いい大学へ行くこととノーベル賞をもらうこととは関係がないので、私も高校のころは物理がやりたくて京大へ行ったのだけれど、入ってみるとノーベル賞をとることと京大にいることとはまるで関係がないことに気づいた」などと冗談っぽい雑談をしていました。そりゃそうでしょう(笑)。
 大学が手とり足とり教えてくれるところじゃないのは言うまでもないけれど、とりわけ京都大学というところは教授たちが親切に何かを教えてくれるようなところではない大学で、唯一の長所は、学生がそれぞれ好き勝手にやっているのに対して邪魔もしない、というだけだということは、昔から言われてきたことだし、たぶん昔も今も変わらないでしょう。
 だから大衆化された戦後の京大には私のようなボンクラも大勢いて、ただ一時的に籍を置いただけで素通りしただけという卒業生の方が圧倒的に多いはずだし、他方で鈴木さんのような超秀才もごく少数だとしてもいて、彼らは別にこの大学で何かを教えてもらったからすごい成果を挙げたというわけじゃなくて、自分で好き勝手に学んでその道をきわめたんだろうと思います。

  学問とはまったく縁なく過ごしてきたので、こんなすごい”発見”が日本の大学研究室でなされ、いまや世界中できわめて多様な応用段階に入ろうとしていることを全然知らずにいたのですが、昨日のテレビをみて、ネット上で鈴木さん自身が高校生か大学初年生むけのレクチャーをいくつか公開(You tube)しているのを拝見して、概略を知って吃驚した次第です。


きょうの夕餉

★天ぷら
 ワカサギ、人参葉のかき揚げ、シイタケ、バターナッツかぼちゃの天ぷら。琵琶湖のワカサギ、久しぶりにいただきました。やわらかく、美味しかった。

★加茂なすのみそ田楽
 加茂なすのみそ田楽。さんざん食べてきましたが、最近では見ることが珍しい加茂茄子を生協かどこかで売っていたそうで、早速田楽に。いつもと変わらない美味しさ。

★紫ほうれん草のポン酢
 紫ほうれん草のポン酢おひたし

★にしんそば
 にしんなす

(以上でした)

きょうの比叡
 昨日の雨があがって、きょうはすばらしい青空。空気も澄んで、暑くなく、寒くなく、さわやか。電動アシスト自転車で上賀茂へいって、またトウガンのでっかいのや、空心菜、小松菜、紫ほうれん草などを買ってきました。

高野橋より南方面
 南方向

公園のイチョウ色づく
 公園のイチョウも黄に色づいてきました。

 きょうは団地の共同庭の清掃日。なんとか家の裏の辺りを少しと、玄関先にたくさん隣の柿の葉がおちたのを掃き集めるくらいのことはできました。私の息が荒く、くハーハ―言いながらやっているのを見兼ねてか、斜め向かいのMさんが前の道路を掃くのを手伝ってくださって助かりました。

 テラスの工事の件、次男に催促して連絡をとってもらったら、若い人だったから子供が生まれたりしていろいろ多忙だったので連絡できなかったとか。私的な事情はあれこれあるとしても、いちおうプロフェッショナルとしてやっているなら、連絡くらいはして当然では?と少し首をかしげるけれども、すぐにとりかかってくれるなら、ほかをいまから探すよりは早いだろうし、このまま依頼してもよいのですが、まだ設計図も描けておらず、着工日も決められないようなら、あんまり無責任だから、お断りしようかと思っています。





saysei at 21:56│Comments(0)

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