今年のベスト 10 の科学画像、ビデオ、視覚化

注:国立科学財団は現在、2018 年の Vizzies への応募を受け付けています。科学的概念を視覚化した素晴らしい作品をお持ちですか? プロジェクトを提出してください。

科学を説明するのがいかに難しいかは、誰もがよく知っています。概念、理論、プロセス、現象を説明するには、多くの言葉が必要ですが、慎重に検討しても、言葉だけでは足りないことがあります。そのため、 Popular Science は過去 3 年間、全米科学財団と提携して、最高の科学視覚化を表彰してきました。

今年の Vizzies の一環として、脳のニューロンの精巧なイラストとハチドリの舌の視覚的な説明を取り上げます。アメリカ手話の辞書と、空腹のヒトデの幼生が周囲の水を動かす様子を撮影した写真も紹介します。

最高の作品をどのように選んだのでしょうか? 国立科学財団が選んだ専門家が、数百の応募作品を、そのインパクト、複雑なテーマをわかりやすくする能力、独創性に基づいて審査しました。この専門家パネルは、リストを 50 の最終候補に絞り込みました。10 のイラスト、10 のインタラクティブ デザイン、10 の写真、10 のポスターとグラフィック、10 のビデオです。これら 50 の視覚化作品は、一般のレビューにかけられました。最終結果は、各カテゴリごとに専門家が選んだ 1 つの作品と一般が選んだ 1 つの作品でした。

受賞者は次のとおりです:

「ハングリー スターフィッシュ」は、基本的にカリフォルニア産の製品です。スタンフォード大学で物理学の博士号を取得中のウィリアム ギルピンは、同大学が太平洋の海洋村で授業を行っていることを知りました。そこで、ギルピンと研究仲間は研究室の休憩を兼ねて出かけました。その結果、彼らは驚きの発見をしました。ヒトデは何百もの精巧な管状の足を使って移動し、周囲の海水もコントロールしているようです。

研究室に戻ると、ヒトデが周囲の水を動かす仕組みについてはほとんど研究されていないことがわかったため、彼らは自分たちで答えを見つけ、それを図解することにした。「空腹のヒトデ」は、基本的に手の込んだタイムラプス写真で、ヒトデが作るすべての渦を画像化し、ヒトデのスーパーパワーを示す驚くほど繊細な画像に組み合わせて作成された。これらの渦は単なる遊びではなく、ヒトデの幼生の小さな口に藻類をそっと引き込むためのものだ。

柔らかいロボット、つまり全体が柔らかい素材で作られたロボットが、今や主流になりつつあります。理論的には金属製のメカノイドよりも安全で耐久性に優れていますが、科学者たちはロボットのすべての部分を柔らかくする実用的な方法をまだ見つけていません。Octobot は正しい方向への一歩 (あるいは 8 歩) です。完全に柔らかく、液体とガスを四肢に送り込む化学反応によって駆動します。

ハーバード大学の研究者らは、ロボットの設計に取り組んでいた際、その複雑な内部構造をより視覚的にわかりやすくするために蛍光染料を頻繁に使用しました。「私たちにとって、これらの染料は 3D プリントされたオクトボットを常に美しく見せており、素晴らしい写真になると思いました」と、応用物理学の博士課程の学生で、研究の共同リーダーであるライアン・トゥルービーは言います。「私たちの写真が、ロボットに興味を持つ学術界と幅広い聴衆の両方の想像力を刺激し、オクトボットのような完全に柔らかいロボットの未来像を刺激することを願っています。」

ペンシルバニア大学の神経科学者でチームリーダーのグレッグ・ダン氏は、この複雑な脳の画像を作成するために「基本的に数十、いや数百」の科学的情報源からのデータが必要だったと語る。

手描きの絵、光学工学、金メッキ（金にエッチングする工程）、その他の芸術的・技術的工程を組み合わせて、約50万個のニューロンが懸命に働いている様子を描いたこの絵を制作した。「これは宇宙で最も驚くべき機械が私たち一人ひとりの体内にあることを思い出させてくれるものだ」と研究チームは書いている。

「Self Reflected」はフィラデルフィアのフランクリン研究所で展示され、鑑賞者に脳の精巧な描写を脳の内側から見たらどのように見えるかを考えさせるのが目的だった。横から見た脳全体のこの画像に加えて、ダン氏のチームは焦点や解像度の異なるさまざまな作品を制作した。

RCSB タンパク質データバンクは毎月、「今月の分子」を発表しています。このジカウイルスは、2016 年 5 月の注目画像として選ばれる栄誉に浴しました。

拡大されたイラストは、感染源の地形図のようなものを浮かび上がらせている。ウイルスを包むエンベロープだけでなく、その中に存在し、ウイルスの複製を可能にするRNA（黄色）も示されている。この画像が初めて公開されたとき、科学者たちはこのウイルスの存在を70年近く知っていたが、この病気に対する理解は限られていた。「ジカウイルスの研究は、最近世界中の多くの国でこのウイルスが蔓延し、先天性欠損症やまれな神経疾患との関連が指摘されたことで、新たな重要性を帯びてきた」とイラストレーターは当時書いている。

シェーン・ロフラー氏は、ミネソタ大学で地質科学を学んだことで、飛行に関する独自の、そして面白い視点を身につけたことに気づき、Flyover Country アプリの開発を始めました。

「サンラファエル・スウェルの上空を飛んでいたとき、下を見下ろすと、岩をハンマーで叩いていたのに、今は上空でウィキペディアの記事（下地に関する）を読んでいる」と、彼は言う。このアプリはGPS信号を使って、地面の下にある地形や、恐竜の化石が土に埋まっている場所などの特別な地形を表示する。小規模なチームと共同でアプリの開発を進めているロフラー氏は、ハイキングやキャンプ、ドライブ旅行など、地上でのアクティビティを充実させるためにも使えると話す。

アメリカ手話は他の言語と同じようなものだが、従来の英語辞書のように簡単に整理することはできない。ボストン大学教育学部の聴覚障害研究講師、ナオミ・カセリ氏は、こうした障壁やその他の理由から、聴覚障害のある子どもの親が言語習得を支援することが難しいと話す。

カセリと彼女のチームは、入手可能なすべての ASL データを集めて、新しい方法で整理することにした。ASL-LEX は、類似した手の形や動きなどに基づいて 1,000 の手話をグループにまとめる。さらに、これらの小さなノードは一般的な使用法に基づいてサイズが決められているため、「本」などの単語は「城」などの単語よりも見つけやすい。この技術はすでに、聴覚障害のある子供と健聴の教師や親とのコミュニケーションに役立っており、カセリによると、研究者たちはこの傾向が続くように懸命に取り組んでいるという。

エレノア・ラッツは天文学者ではなく、ワシントン大学で生物学の博士号を目指しているが、NASA が公開しているデータを精査するのが大好きだ。それが、ビクトリア朝風にアレンジした火星の地図を作るというアイデアを思いついたきっかけだ。「他の惑星地図とは異なり、この地図は中世の地図製作者にインスピレーションを得たビクトリア朝様式を採用しています」とラッツは言う。「ビクトリア朝様式の地図は、世界のほとんどが謎に包まれていて、旅行者は近隣の土地しか知らなかった時代のものです。今では人々が地球全体を地図に描いていますが、次に探検すべき謎として火星が私たちの集合的な想像力を奪ったと思います。火星の地理を一般の人々にとってより具体的なものにしたかったのです。」

一番大変だったのは、それぞれの地物の名前の事実確認でした。「地図上のものはすべて固有名詞なので、ランドマークの名前とその由来がすべて正しく綴られているかを、手作業で確認する必要がありました。」

エスター・ン氏がハチドリの舌を視覚化しようとしたとき、彼女は自分の研究がどこへ向かうのか全く予想していませんでした。当時、ハチドリの舌がどのようなものかは誰もよくわかっていませんでしたが、この小鳥の微小なポンプ能力に関する新たな発見が話題になっていました。

「とても小さいんです」と、イリノイ大学で科学と医学のイラストを専門に学ぶ学生のエスターさんは言う。「ビデオを使っても、捉えるのはとても難しいんです」。この問題を解決するために、彼女はシカゴのフィールド自然史博物館に向かった。「彼らは私に [鳥] を借りさせてくれ、顕微鏡で観察し、舌を出してその姿を描きました」と彼女は言う。想像していたものとはまったく違っていたが、こうした驚きがあるからこそ、彼女の仕事はとても楽しいのだ。

ビデオ: 専門家の選択

「状況は非常に悲惨です」とデータ ビジュアライザーのマウロ マルティーノ氏は気候変動について語ります。実際、非常に悲惨なため、多くの研究者からは「悲しみの匂いがします」とマルティーノ氏は付け加えます。それは当然です。彼らは人生とキャリアの何十年もを災害と差し迫った破滅の研究に捧げてきたのですから。しかし、IBM の認知視覚化研究所の創設者兼所長であるマルティーノ氏は、人々が見たり友人と共有したくなるような、より明るい視覚的なストーリーにデータを変換しようと努めています。

「ネットワーク・アース」では、マルティーノ氏と彼のチームが地球上のすべての生命の相互関係を示す映画を制作した。これは、ネイチャー誌に掲載された地球の回復力に関する研究論文に添えるために制作された。マルティーノ氏によると、論文は理論的なものだったが、このビデオは「数学は視覚的に詩的に表現できる」ことを示し、世界中の視聴者に現実的で具体的なものに感じさせることを目指している。

ビデオ: ピープルズチョイス

天文学者のマイケル・ブラウンとコンスタンチン・バティギンが、太陽系の最も遠い場所を周回する巨大な世界である第 9 惑星の存在を示す史上最高の証拠を発表したとき、この謎の天体の探索は人々の心をとらえました。シカゴのアドラー プラネタリウムのこのビデオでは、その魅力的な研究を利用して、そのような科学的探究がどのように展開されるかを訪問者に紹介しています。

「このショーの目的は、人々に第9惑星について教えることではなく、もちろん第9惑星が存在することを納得させることでもありませんでした」とプラネタリウムのビジュアルエンジニア、パトリック・マクパイク氏は言う。「このショーは、科学的発見の興奮とプロセスについて語るものです。このショーによって、人々が科学ニュースをもっと詳しく追うか、自分で研究するか、どちらかで、科学にもっと関心を持つようになることを願っています。」