今日の科学を揺るがす10人の若き天才

私たちの信条は「未来はより良くなる」です。息切れする環境と低迷する経済を考えると楽観的に聞こえるかもしれませんが、PopSci が毎年選ぶ国内で最も将来有望な若手研究者 Brilliant 10 に出会ったことがないのです。

これらは、明るい面を見るための強力な 10 の理由です。材料科学者の Ting Xu 氏を例に挙げましょう。彼女はナノテクノロジーを使用して、石油や石炭よりもエネルギー効率が高く環境に優しい太陽電池を製造しています。John Rinn 氏は、私たちの健康を維持するために RNA の秘密を解明しています。これは、医療の悩みを解決するための重要なステップです。Jerome Lynch 氏は、災害が発生する前に構造上の欠陥を見つける橋用のスマート センサーを製造しています。そして、これらの天才の 1 人も 40 歳を超えていません。世界がかなり大きな問題に直面していることは認めますが、これらの才能ある頭脳がその問題に取り組んでいるので、希望を感じるのも無理はありません。

ロボットメーカー

素晴らしい理由：彼は生物学を単に模倣するだけでなく、その最もエレガントで効率的な原理を改良した洗練されたロボットを製作している。

名前:デニス・ホン
年齢: 38
所属:バージニア工科大学

1977 年、韓国からロサンゼルスを訪れた 6 歳の少年が初めてスター ウォーズを目にしました。少年は R2-D2 の不思議な動きや C-3PO の人間とロボットのやり取りに驚嘆し、飛行機で帰国する途中、デニス ホンは「これから一生ロボットを作ることになると確信しました」と回想しています。

ホン氏はカリフォルニアで生まれたが、彼が3歳のとき、航空宇宙エンジニアだった父親が仕事の関係で家族をソウルに移した。大学2年生になるまでソウルに住み、その後ウィスコンシン大学に編入し、パデュー大学の大学院に進んだ。「すべて機械工学で、ロボット工学に重点を置いたものでした」と彼は言う。

現在、ホン氏はバージニア工科大学のロボット工学・メカニズム研究所を運営しており、卵を扱えるほど器用なロボットハンド、建設現場の検査用に柱を登るヘビ型ロボット、運動量で動く三足歩行ロボットなど、さまざまなプロジェクトを生み出してきた。

「私が VT に入社したとき、ロボット工学は知能がすべてだと思われていました」とホン氏は言う。しかし、彼は自然界に見られる機械システムに焦点を当てることにした。「私たちは自然を模倣しているのではなく、その原理を利用しているのです」と彼は説明する。たとえば、3 本足ロボットのデザインは不自然に見えますが、人間の歩行の勢いを模倣しています。前進するには、ハブがひっくり返り、片方の脚が他の 2 つの脚の間を揺れます。ロボット ハンドは圧縮空気で制御され、他のモーターを使用せずにグリップの強さを変えます。これは、人間の握力が弾性靭帯に依存して指を曲げるのと同じことです。

彼の研究室の最新の研究成果は、学習知能を備えた認知型ヒューマノイド自律ロボット「CHARLI」と呼ばれるヒューマノイドです。これは、人間の移動を研究するためのプラットフォームとして機能し、ロボットがサッカーの試合で競い合うトーナメント「ロボカップ 2010」の出場候補でもあります。

ホン氏は最終的に、人間のように優雅に、順応性を持って動くロボットを設計したいと考えています。その鍵は、自由な研究だと彼は考えています。韓国では、「私は、発言を恐れたり、恥ずかしがったりする環境で育ちました。私の研究室では、批判はなく、洗練されるだけです。ロボットに原子炉を組み込みたいですか? いいですよ、それを追求しましょう」とホン氏は振り返ります。

率先して行動するホン氏は、自分のアイデアを体系的に活用する方法を心得ています。「ベッドの横にノートとペンを置いています」とホン氏は言います。「毎晩、頭の中に線やカラフルなものが浮かびます。午前 4 時に起きて、すべてを書き留めます。朝になったら、アイデアのデータベースに入力します。資金提供者がこれやあれを求めているときは、それに合ったものを探します。」 —ジェイコブ・ワード

スターチェイサー

素晴らしい理由：彼女は、私たちの銀河を周回するほとんど目に見えない銀河と、それらを支配する謎の暗黒物質を発見している。

名前:マーラ・ゲハ
年齢: 35
所属:イェール大学

マーラ・ゲハは、質問者によって職業名を変えている。「飛行機に乗っているときは、たいてい物理学者です」と彼女は言う。「そうすると、誰も私と話したがりません」。誰かに感銘を与えたいときは、天体物理学者だと言う。そして、2時間話しても構わないときは、天文学者だと答える。

ゲハは、実はその3つすべてに当てはまる。現在イエール大学の教授であるゲハは、昼間（そしてもちろん夜も）天の川銀河よりも以前に形成されたと思われるかすかな銀河の特定に取り組んでいる。天の川銀河の進化のシミュレーションでは、そのような銀河が約1,000個あると予測されている。ゲハが5年前に登場したとき、天文学者が発見したのはそのうちの11個だけだった。彼女と他の研究者は、銀河が主に暗黒物質でできているために目に見えないが、もっと多くの銀河が存在すると信じていた。暗黒物質とは、光を発しないが、どういうわけか宇宙全体の質量の90～95パーセントを占める何であれ、その物質を指す用語である。

いわゆる「失われた衛星問題」を解決すべく、ゲハ氏は空のデジタル地図をじっくりと調べ、予想外に星が集中している場所を探した。そして、各星の速度を丹念に測定した。驚いたことに、星々は大きさの割に速く動いていることがわかった。これは、暗黒物質が星々を引っ張っているかもしれないという魅力的な証拠だった。

これまでにゲハと彼女のチームは 14 個の銀河を発見しました。彼女は、宇宙がどのように形成されたかという現在の理論を検証するのに十分な数の銀河を見つけ、その過程で他の分野が暗黒物質を完全に定義するのに役立つことを期待しています。「天文学者と素粒子物理学者はお互いにあまり話をしません」と彼女は言います。将来的には、彼女が会話を始める人になるでしょう。—ダグ・カンター

エナジャイザー

素晴らしい理由：分子を大容量の記憶容量を持つミニハードドライブに変える

名前:ティン・シュー
年齢: 35
所属:カリフォルニア大学バークレー校

昨年秋、カリフォルニア大学バークレー校の材料科学教授ティン・シューさんは、医師らが脳腫瘍ではないかと心配するほどひどい頭痛に悩まされていた。しかし、ある神経科医はもっと単純な原因を示唆した。研究室での1日16時間労働を減らし、睡眠時間や食事も通常の時間にしたらどうだろうか？

徐氏はその後、仕事のスケジュールを緩めたが、生産性は低下していない。今年初め、徐氏は、極小のポリマー鎖を巧みに自己組織化させて、精密なパターンを持つ 10 兆個の円筒を形成する新技術を説明した論文を共同執筆した。この手法により、25 セント硬貨サイズのディスクに DVD 175 枚分 (7 テラビット) のデータを格納できる可能性がある。その後徐氏は、この技術を改良して、超高効率の太陽電池やエネルギー貯蔵システム、高解像度のフレキシブル ディスプレイなど、ナノ粒子ベースのさまざまなデバイスの構築に使用できるようにした。マサチューセッツ大学の高分子物理学者トーマス ラッセル氏は、徐氏は頭が良く、勤勉で知識が豊富だが、さらに重要なのは「想像力がある」と語る。

それも、若々しい。彼女はトランスフォーマーが大好き。トムとジェリーの熱狂的なファンで、猫とネズミのせめぎ合いを観ていると、考える助けになる。漫画のヒーローたちと同じように、中国生まれの徐さんもいつも落ち着きがない。子どもの頃はバレーボールや陸上競技をしていたが、どちらも疲れるほどではなかった。父親は、15分以上座っていられたらお小遣いを増額すると申し出たものだ。父親がお小遣いを払う必要は一度もなかったが、そのエネルギーは今も彼女の原動力となっている。

ラッセルと共同で開発した自己組織化法について報告した後、徐はすぐにその可能性に気づきました。この糸は、さらに小さな建築資材を並べたり、超小型電子機器や紙のように薄い印刷可能な太陽電池を製造したりするための極小のクレーンとして機能できることに気づいたのです。徐の最新の研究では、自己組織化ポリマーとナノスケールの粒子を組み合わせました。これらの粒子にポリマーの基本的な秩序を強制することで、徐は数兆個の粒子を望みどおりに整列させることに成功しました。

徐氏は、この研究によって太陽電池が化石燃料に対して競争上の優位性を獲得することを期待しているが、その間も休むつもりはない。彼女は常に新しいアイデアを探し求め、既存の理論を確認するだけでなく、自分自身を驚かせることを願って実験を計画している。「科学について平行ではなく垂直に考えることが重要です」と彼女は言う。「そうしないと、他人の家を塗装することになります。」 —グレゴリー・モーン

メンタルメッセンジャー

素晴らしい理由：彼のエンジニアリングの成果により、障害を持つ人々が機械を制御できるようになる

名前:アダム・ウィルソン
年齢: 28
所属:ワズワースセンター、ニューヨーク州保健局

昨年 4 月、アダム・ウィルソンはソーシャル ネットワーキング サイト Twitter 上でテレパシー メッセージを送信した最初の人物となった。「脳波を使ってツイートを送信」と彼は書いた。これは彼が脳内の電気信号を記録するために使用した脳波計を指している。コンピューターに接続された電極が埋め込まれた赤いスカルキャップをかぶり、彼は目の前の画面に点滅する文字に集中してメッセージを書き綴った。

超感覚ツイートの他にも、ウィルソン氏がこの技術に抱く深い野望は、脳卒中や脊髄損傷などでコミュニケーション能力を失った人々を助けることだ。彼は現在、頭蓋骨のすぐ下にあるしわの寄った組織である大脳皮質に電極を取り付け、ツイッター実験で使用した脳波技術よりも強い脳信号を拾う強力なブレイン・マシン・インターフェースを開発している。ウィルソン氏は中学1年生の頃からギターを弾いており、音楽への情熱に一部触発された彼の新しいシステムは、聴覚刺激に対する反応を制御する脳領域を活用し、神経疾患を持つ人々が携帯電話の着信音を思い浮かべるだけでコンピューターのカーソルを制御できるようにする。

彼の次の挑戦は、複雑な思考を解読できるシームレスなワイヤレス システムを設計することです。筋ジストロフィーでほぼ全身麻痺となった彼のアイドル、物理学者スティーブン ホーキングが、思考だけでドアを開けたり車椅子を操作したりできるほどの精度で解読できるようになるかもしれません。ウィルソンは「彼と一緒に働きたいです」と語っています。_ メリンダ ウェナー_

ルールシュレッダー

素晴らしい理由：ドロップアウトしたスケートのネズミから一流の生物学者になった彼は、「ジャンク」RNAが人間の健康の潜在的な要であることを証明している

名前:ジョン・リン
年齢: 33
所属:ハーバード大学/ベス・イスラエル・ディーコネス医療センター

ジョン・リンは、慣習に逆らってきた長い経歴の持ち主です。子どもの頃は、スケートボードやスノーボードが学校よりも優先されました。4年間で4つの高校に通い、母親が車を買ってくれると約束してくれたおかげで卒業できました。ミネソタ大学に進学したのは、パーティーやスキーを楽しむ口実に思えたからです。しかし、2年生の後にスノーボードの怪我で寝たきりになったリンは、アイン・ランドの『水源』に登場する妥協を許さない建築家ハワード・ロークからヒントを得て、ある啓示を受けました。「自分がそれほどまでに熱心に取り組めることは何だろう？」と、彼は自問しました。生物学の授業に熱中し始め、科学に対する適性があるだけでなく、実際に楽しんでいることに気付きました。彼はほとんどAを取り、すぐに将来のキャリアのきっかけとなるものを発見しました。RNAです。

科学はリンの反抗的な側面を曇らせていない。彼はすでに、生物学者のヒトゲノムに対する考え方を覆している。DNAに似ているが、RNAは常にDNAの助っ人であると考えられてきた。その最もよく知られた役割は、遺伝子をタンパク質に変えることである。その一部はまったく機能がなく、細胞のゴミに相当するとさえ考えられていた。しかし2003年、イェール大学の大学院生だったリンは、大型介在非コードRNA（LINC）と呼ばれる何千もの新しいタイプのRNAを発見し、後に、それらが遺伝子を制御する補助的な役割を果たしているだけでなく、ショー全体を制御しているように見えることを証明した。当時、この考えは物議を醸し、ばかげているとさえ考えられていた。「また同じことだった。『あなたが情熱を注いでいるものは愚かだ』」とリンは言う。「古典的な科学はこれに備えていなかった。ほとんど誰もこれに備えていなかった。」

2007 年、リンは LINC の 1 つがヒト細胞で極めて重要な機能を果たすことを実証し、批判者を黙らせた。彼はそれを HOTAIR と名付けたが、これは多くの科学者が彼の研究分野には HOTAIR があふれていると思っていたことを皮肉を込めて表している。この分子は重要な遺伝子群にタンパク質を送達し、免疫反応、がんの増殖、脂肪や幹細胞の生成などを制御する。「そのコードを解読できれば、これらの分子を操作してゲノムを意のままに操作できる」とリンは言う。「それは治療と人間の健康にとってまったく新しい側面となるだろう」

高機能RNAは彼の唯一の発見ではありません。2006年に、彼は長年の生物学上の疑問に答えました。細胞はどのようにして行き先や行動を知るのでしょうか？体中の細胞で発現している遺伝子を比較することで、彼は細胞の方向や方向を決める一種の遺伝子の郵便番号を発見しました。

彼はまだ LINC を探し求めており、細胞の秘密が明らかになることを期待しています。結局のところ、リンが遺伝学を愛するのは、スノーボードを愛するのと同じ理由です。「古いものを手に入れて、ひねりを加えて、そこから何か新しいものを生み出したいのです。」 —メリンダ・ウェナー

衝突試験用ダミー人形

素晴らしい理由：彼のソフトウェアは飛行機、電車、自動車での移動をより安全にする

名前:アンドレ・プラッツァー
年齢: 30
所属:カーネギーメロン大学

時折、非常に重要なイノベーションが登場し、それなしでは私たちがどうやってやっていけるのか想像しにくい。シートベルト、抗生物質、消火ホースを考えてみよう。そこに、アンドレ・プラッツァーの KeYmaera が加わる。これは、コンピューター制御の安全システムが壊滅的なエラーを回避するのを助けるソフトウェアだ。

現在カーネギーメロン大学のコンピューター科学者であるプラッツァーは、ドイツで育ち、そこでなんと、優れた社交ダンスの選手になった。「いくつかのトーナメントで優勝しました」と彼は言う。「でも、コンピューターに魅了され、それに時間を費やすようになりました。」 2006年、ドイツのオルデンブルク大学の教授として、彼は自動操縦システムが故障する仕組みの調査を始めた。そして、いくつかの条件しかテストできないモデルがないことを発見し、KeYmaeraを構築した。それ以前に、連邦航空局の衝突回避提案では、交差する飛行経路を持つ2機の近接した飛行機に、衝突を避けるために、それぞれ右折し、半円を飛行し、もう一度右折するように指示することになっていた。KeYmaeraがさまざまな対気速度、高度、軌道で飛行機に何が起こるかをテストしたところ、まれに、このプロトコルによって飛行機が実際に衝突コースに乗せられることがわかった。プラッツァー氏は、KeYmaera に代替シナリオを投入し、より安全なフライアラウンド操作を検証しました。同氏のソフトウェアは、ヨーロッパの高速鉄道システムや自動車のアダプティブクルーズコントロールのモデルに、命を救う可能性のある修正を加えました。「システムに 10 億ドルを費やす前に、それが機能することを確認するのは良いことです」と同氏は指摘します。—ビョルン・キャリー

空飛ぶウイルスハンター

素晴らしい理由：彼女は致命的なウイルスの遺伝的秘密を明らかにし、今では宇宙飛行士として科学の知識を宇宙に持ち込んでいる

名前:ケイト・ルービンズ
年齢: 31
所属:マサチューセッツ工科大学ホワイトヘッド研究所

ケイト・ルービンズは子供の頃、宇宙飛行士になることを夢見ており、NASA に入るには戦闘機に乗るのが一番だと考えていました。12 歳のときには、訓練を有利に進めるために宇宙キャンプにも行きました。しかし、当時はパイロットの仕事は女性には禁じられていたという残念な知らせを知りました。

両親は内心、娘にはもっと安全な仕事を選んでほしいと願っていたが、高校生になる頃には、ルービンズさんはもう別の危険な職業に目を向けていた。殺人ウイルスを狩る仕事だ。そして今度は、彼女を妨げるガラスの天井はなかった。ルービンズさんは、カリフォルニア大学サンディエゴ校の学部生だった1999年に、HIVに関する初の論文を発表した。2001年には、スタンフォード大学の博士課程に在籍中に、米陸軍感染症医学研究所が天然痘を試験するための初の動物モデルを作成するのに協力した。天然痘は、1980年に根絶されるまでに何百万人もの命を奪った疫病だ。ルービンズさんの研究によって、ウイルスが生体組織内で免疫系を回避する仕組みを研究することが可能になった。これは、既知の天然痘サンプル2つのうち1つをテロリストが何らかの方法で入手した場合に備え、新薬やワクチン開発への大きな一歩となる。世界に前向きな変化をもたらすこの能力こそが、ルービンズさんのモチベーションだ。「研究者として、人々を助ける責任がある」と彼女は言う。

天然痘の後、ルビンズ氏はすぐに別の災厄であるサル痘に関心を向けた。サル痘は現在アフリカで流行している。天然痘の親戚であるこのウイルスはサルやげっ歯類に特有のものだが、屠殺や野生動物の肉の摂取中に人間に感染し、顔面の腫れ物、失明、さらには死を引き起こすことがある。MITのホワイトヘッド研究員として在職中、ルビンズ氏はコンゴ民主共和国の奥地のジャングルで数か月を過ごし、時折幼虫を食べながら（彼女のモットーは「人が出すなら、私も食べる」）、この病気がなぜこれほど急速に広がっているのかを解明しようとした。この地域の医療インフラが未発達なため感染率を正確に把握するのは困難だが、症例数の増加はウイルスが勢いを増していることを示唆している。

サル痘の遺伝的進化を追跡するため、ルビンズ氏とチームはボランティアの患者から DNA サンプルを収集して分析している。従来の遺伝子配列解析技術は数週間かかることがあり、不完全な結果になることも多いため、ルビンズ氏はより迅速で正確な方法の開発に貢献した。通常、科学者は患者のサンプルからサル痘を抽出し、ヒトまたはサルの細胞でウイルスを培養する。問題は、ウイルスが増殖培地に応じて進化することがあるため、最終的なウイルス集団はアフリカで人々を感染させているものとほとんど似ていない可能性があることだ。ルビンズ氏のアイデアは、組織培養のステップを省き、代わりに新しい高性能 DNA シーケンサーを使用してすべての遺伝物質を増幅することだった。次に、彼女はサル痘をヒト細胞から選別するための実験プロトコルとアルゴリズムを考案した。このプロセス全体は 5 日もかからず、ルビンズ氏が「とてつもない」量と呼ぶウイルスの遺伝子データを生成する。

現在、空軍は女性の戦闘機パイロットを禁止していない。この方針は 1993 年に変わったが、その頃にはルービンズはすでに別の道を進んでいた。彼女は決して、流れが変わるのをじっと待つタイプではなかった。この秋、彼女のチームがアフリカでの作業を続ける間、ルービンズは NASA の第 20 期宇宙飛行士クラスに参加し、シャトルの後継機であるオリオン [42 ページを参照] を飛行する最初の搭乗者の 1 人になるための訓練を受け、子供の頃の夢をようやく実現するチャンスを得ることになる。何千人もの候補者から選ばれた彼女は、スカイダイビングやスキューバダイビングという趣味をフルに楽しんでいること、そして危険な場所でも力を発揮する能力が彼女を際立たせていると語る。新しい宇宙船を月まで飛ばすという見通しに不安を感じていないかと尋ねられると、ルービンズは穏やかに微笑んだ。「全然。最初に飛行する人になりたいですよね? ワクワクしています。」 —ニコール・ダイアー

歯の探偵

素晴らしい理由：古代の食習慣の探求は人類の進化の謎を解くのに役立っている

名前:ナサニエル・ドミニー
年齢: 33
所属:カリフォルニア大学サンタクルーズ校

ネイト・ドミニーは、大学の研究旅行で解剖学の教授たちとコスタリカに行ったときに天職を見つけました。ジョンズ・ホプキンス大学のフットボール選手だったドミニーは、木から落ちた小さな麻薬を投与されたサルを捕まえるという肉体的にきつい任務を任されました。「動く標的がいて、完全に意識を失っていて、手には網があります」と彼は説明します。翌年の夏に再び訪れたとき、彼はサルが落ちた方法だけでなく、サルの歯を研究して食習慣を解明するのを手伝い始めました。「霊長類と人間の適応と行動を考える上で、食べ物と食生活の重要性をすぐに理解できました」と彼は言います。「毎分が楽しかったです。」

食べ物と歯の研究で人生を変えた経験から 10 年を経て、ドミニー氏は今や先駆者です。カリフォルニア大学サンタクルーズ校の人類学准教授として、人類学の最大の疑問の 1 つである「現代人は類人猿のような祖先からどのように進化したのか」の解明に取り組んでいます。

ドミニー氏は、食物が重要な役割を果たしたと主張し、最近、進化における食物の役割に関する10年にわたる謎の解明に貢献した。1999年、科学者たちは、食習慣を明らかにする化学パターンを求めて、300万年前の霊長類の祖先であるアウストラロピテクス・アフリカヌスの歯の化石を分析した。その結果、草や草を食べる動物が主食であったことが示唆された。しかし、化石の大きさと形はまったく異なることを示している。つまり、祖先は、デンプン質の多いイネ科の球根など、硬くてもろい食物をむしゃむしゃ食べることに多くの時間を費やしていたということだ。

ドミニーは、これらの高カロリー野菜が進化の原動力となり、肉食動物を出し抜き、環境に耐える賢い方法を発明し、最終的には地球上に人類を繁栄させるのに十分なエネルギーを供給したのではないかと考えている。2007年、彼はこの理論を裏付けるさらなる証拠を発見し、球根だけを食べて生きる古代および現代のアフリカモグラネズミの歯の化学組成が、私たちの祖先と同一であることを示した。

今年、ドミニーは別の謎を解明したいと考えている。なぜ一部の人類集団は他の集団よりも背が高いのか？ 10月に彼はウガンダを訪れ、平均身長が5フィート未満の2つのピグミー部族、トゥワ族とスア族からDNAを採取した。彼は、背が低いことで密林を移動し、涼しく過ごせると考えている。この考えを検証した人は誰もいない。ドミニーがそれについて話すとき、彼は興奮すると同時に、これまで誰もこの考えに飛びついていないことに少し驚いているように聞こえる。「体の大きさは生存に欠かせないものです。それは私たちが食べるものの種類、生殖方法、代謝に影響します」と彼は言う。「2009年になった今でも、なぜこれほどまでに大きく異なるのか、私たちはまだわかっていません。」—メリンダ・ウェナー

小さなものの達人

素晴らしい理由：ナノテクノロジーの不思議な力を利用してがんを検出している

名前:マイケル・ストラノ
年齢: 33
所属:マサチューセッツ工科大学

マイケル・ストラノがライス大学の博士研究員だったとき、彼の指導者は彼に簡単なアドバイスを与えた。「彼は私に『分野が交差する領域を見なさい』と言ったのです」とストラノは言う。8年後、彼はMITの終身教授となり、ガン治療、太陽光発電、エレクトロニクスなどを変革する可能性を秘めたナノテクノロジーの分野である量子閉じ込め材料の世界的リーダーの一人となった。

量子閉じ込め物質は、その小ささからパワーを引き出します。たとえば、グラフェンと呼ばれる炭素原子の単層は、通常の炭素とはまったく異なる挙動を示します。銅線などの導体では、電子はゆっくりと移動するだけです。しかし、グラフェンでは、電子はほぼ光速で移動します。「小さな粒子加速器のようなものです」とストラノ氏は言います。グラフェンは究極のソーラーパネル導体になる可能性があります。導電性が高く、非常に手頃な価格で、非常に薄いため光を透過します。「想像できる最も薄い導体です」とストラノ氏は言います。

彼は特に、カーボンナノチューブの医療的可能性に魅了されている。この小さな構造体は近赤外線を発し、人体組織を無害に通過する。細胞に注入すれば、潜在的に有害な化学物質の分子 1 つを検出できるほど感度の高い生物学的センサーとして使用できる可能性がある。

ストラノさんのやるべきことリストの多さを考えると、5歳未満の子供が3人いるというのは少々衝撃的です。彼には休息時間が必要ではないのでしょうか？「科学は私の趣味のようなものです」と彼は言います。—セス・フレッチャー

橋のささやき

素晴らしい理由：彼の橋のセンサーは人間の目には見えない構造上の欠陥を捉えることができる

名前:ジェローム・リンチ
年齢: 34
所属:ミシガン大学

ジェリー・リンチは自分の職業に誇りを持っています。例えば、米国には 60 万以上の橋があり、橋が壊れることは極めて稀であることを彼はよく指摘します。「私たちは非常に優れた実績を持っています」と彼は言います。「私たちは勤勉な土木技術者です。」しかし、何かが壊れると、深刻な事態が発生します。2007 年にミネアポリスの I-35W 橋が崩壊し、荷重支持梁を接合するガセット プレートの欠陥により 13 人が死亡したときがその一例です。ミシガン大学の工学教授であるリンチは、こうした壊滅的な故障をきっかけに、物事がどのように組み合わさり、どのようにばらばらにならないようにするかについて絶えず考え続けています。

I-35W 橋で発生したような構造上の欠陥に対する彼の解決策は、弱い箇所を継続的に監視し、危険になる前に検査員に問題を警告する「センサー スキン」です。「大きな構造上の欠陥が事前に発生するのを予測できたら素晴らしいと思いませんか?」と彼は言います。

現在、米国で何らかのセンサーを備えた橋は数少ないが、通常は地震活動の追跡のみを行っている。これは主に、複数の脅威を監視するのに十分な機器を橋に配線するには費用がかかりすぎるためだ。「ゴールデン ゲート ブリッジは 1 マイル以上あります」とリンチ氏は言う。「必要な特別な導管は 1 フィートあたり 10 ドル、センサー 1 台には数千ドルかかることもあります」。そのため、エンジニアは通常、2 年間隔で目視検査を行っている。

リンチのセンサーは、橋上の他のノードと通信するワイヤレス ノードに接続され、独自にデータを処理し、携帯電話のデータ接続を使用して潜在的な問題を地元の検査官事務所に中継します。各センサーは、ミネアポリスで崩壊したガセット プレートなどの重要な構造要素を覆う、最大 1 フィート四方で厚さがわずか数ミクロンのポリマー シートで構成されています。プログラムされた間隔で、または検査官からのコマンドで、小型マイクロプロセッサがシートに埋め込まれた導電性カーボン ナノチューブに電流を流し、電極が電気抵抗を測定して、歪み、腐食、負荷、その他多数のストレスの兆候を検出します。ホットスポットは、橋のコンピューター マップ上に表示されます。リンチは、各センサーのコストがいくらになるかまだわかっていませんが、ワイヤレスであるという事実だけで、今日のセンサーよりも導入コストが安くなり、不要な検査に関連するコストがなくなります。

リンチ氏は時間を賢く使うことを心得ている。ニューヨーク州クイーンズ出身の同氏はスタンフォード大学で土木工学の修士号と博士号を取得し、その後同大学に戻って電気工学の修士号を取得した。9/11後、無線インフラセンサーを製造する会社を立ち上げ、ミシガン大学で教鞭をとるため退職。就任2年目に年間最優秀教授に選ばれた。「リンチ博士はキャリアのまだ初期段階にある同業者の中ではおそらく最も評価されている学者だ」とスタンフォード大学構造工学教授のキンチョ・ロー氏は言う。

リンチ氏のセンシングスキンは来年、ミシガン州の高速道路橋 3 本と韓国の橋 3 本でテストするために研究室から出荷される予定だ。また、彼はすでに、飛行機からパイプラインまで監視が必要なあらゆるものに塗布できるペイントベースのバージョンや、ペイントしたものの振動から電力を生成するバージョンの開発に取り組んでいる。「目視検査には不確実性がつきものです」とリンチ氏は言う。「物事を監視するには、もっと優れたツールが必要です」 —マイク・ヘイニー