1. サイエンマニア
  2. 見えない流れを可視化する!熱..
2023-05-22 41:37

見えない流れを可視化する!熱を伝える流体をカプセルで研究する方法【流体と省エネルギー技術 前編】#115

spotify apple_podcasts youtube

熱を伝える流体について研究しているゲストをお招きし、世の中のエネルギー事情や「熱」をどううまく伝えるのか?磁性流体や可視化技術とはどんなものか?についてお話していただきました。

【ゲスト】

けこ さん (Twitter: https://twitter.com/harukafilomena )

よむよむ博士ラジオ (Twitter: https://twitter.com/yomuyomuhakase)

【トピック】

・エネルギーの墓場

・熱をうまく使う方法は?

・磁性流体とは?

・流れを可視化する方法

・カプセルと逆転の発想

【Twitter】

⁠⁠⁠#サイエンマニア⁠⁠⁠ で感想お待ちしてます!番組情報も更新中。

【公式サイト】

番組へのおたよりやプロフィールはこちらから→ ⁠⁠⁠https://scientalkclub.wixsite.com/scienmania⁠⁠⁠

おたよりはメールでも募集しています。  ⁠⁠⁠scientalkclub@gmail.com⁠⁠⁠

ポッドキャストのフォローやレビューいただけると嬉しいです。

【サイエンマニアについて】

あらゆる分野のゲストを招き、サイエンスの話題を中心にディープでマニアな話を届けるポッドキャスト。

研究に夢中な大学院生や趣味を突き詰めている方まで、好きな事を好きなだけ語りたい人が集まる番組です。

第3回 Japan Podcast Awards 2021 推薦作品

【プロフィール】

研究者レン from サイエントーク

化学と生命科学が専門のおしゃべり好き研究者。サイエンスをエンタメっぽく発信するために様々な形で活動中。ポッドキャスト「サイエントーク」ではOLエマと共に番組を制作中。

Twitter: ⁠⁠⁠https://twitter.com/REN_SciEnTALK⁠⁠⁠

Note: ⁠⁠⁠https://note.com/ren_scientalk/⁠⁠⁠

【サイエントーク】

おしゃべりな研究者レンと普通のOLエマが科学をエンタメっぽく語るポッドキャスト番組です。

⁠⁠⁠https://scientalkclub.wixsite.com/scientalk⁠⁠⁠

【BGM】

⁠⁠⁠DOVA-SYNDROME

自己紹介から現在の活動まで
スピーカー 2
こんにちは、レンです。サイエンマニアは、あらゆる分野のゲストを招き、リープでマニアの話を届けるポッドキャストです。
今回のゲストは、工学系博士のケコさんです。よろしくお願いします。 ケコさんは、かなりいろいろな活動をされているので、最初に自己紹介をお願いしてもいいでしょうか。
スピーカー 1
はい、ケコと言います。普段は、某大学の工学系の、機械工学の準教授をしています。4月から準教授になりました。
去年の6月ぐらいから、博士アイドル化計画っていうのに、ちょっと恥ずかしながら、恥ずかしいとか言っちゃいけないかもしれないです。
そこからツイッター活動を始めていまして、それでいろいろ楽しく活動させてもらっていました。
その中で、リスナーにもいらっしゃいますけど、堀先生と盛り上がりまして、2人とも読書が好きということで、最近、よむよむ博士ラジオっていうポッドキャスト番組を始めました。
それもあって、ちょっとレンさんにお声かけいただいたのかなと思っています。
スピーカー 2
ゴリゴリ本を紹介しているポッドキャストですね。
スピーカー 1
はい、そうなんです。
スピーカー 2
ちょっと何か聞きましたけど。
スピーカー 1
ありがとうございます。堀先生がだいぶアドリブが半端なくて、すごい引き出しが多すぎて。
スピーカー 2
引き出しすごいですよね。
スピーカー 1
そうなんですよ。私がああって言って、なんも考えなくても堀先生がすごい話を展開してくれて、本当にすごいなと思っています。
スピーカー 2
ありがとうございます。
普段は機械系で流体工学とか熱工学に関する研究をしていて、今日は小エネルギー関係の研究とか背景とかを紹介したいかなと思っています。
ありがとうございます。
さらっと博士アイドル化計画とか出てきましたけど、一時期めちゃめちゃツイッターをにぎわせてて。
スピーカー 1
本当ですか。私怖くてあの時タイムライン見ないようにしてました。
スピーカー 2
そうなんですか。
スピーカー 1
叩かれてるんじゃないかと思って、怖いと思って。
スピーカー 2
でもめちゃめちゃ活躍してるイメージだけ持ってたんですけど、多分それで最初に知ったんじゃないかなと思ってて。
熱エネルギーについて
スピーカー 1
ありがとうございます。
スピーカー 2
で、その活動をやってる人がポッドキャストを始めるみたいな。
スピーカー 1
嬉しい。ありがとうございます。
スピーカー 2
その多分ツイッター界隈で知ったっていう感じですね僕は。
スピーカー 1
嬉しいです。ありがとうございます。
レンさんのポッドキャスト私もすごい筋トレしてる時に聞いてて。
スピーカー 2
筋トレ?
スピーカー 1
すごい筋トレとレンさんのサイエンマニアでめっちゃ人生が2倍みたいな。
人生が2倍。
人生が2倍効率で活用できてるなと思いながら聞いてます。
スピーカー 2
なるほど筋トレしながら聞かれてるのか。
スピーカー 1
そうめっちゃ充実を感じます。
スピーカー 2
確かにいいかもしんないですね。耳だけでいいから。
スピーカー 1
本当にすごい面白くて。
スピーカー 2
ありがとうございます。
あとこの流体系の研究とかですね、工学系の話題、サイエンマニアで出てくること結構少なくて。
ですよね。
割とやっぱ生物系の人とか。
スピーカー 1
純粋なサイエンスみたいな方が多いですよね。
スピーカー 2
がかなり多いかなと思ってて。
前になんか原子核物理学とか、あと量子コンピューターの話とかしてくれた方もいましたけど。
スピーカー 1
あとAIの回とかも面白かったですね。
スピーカー 2
そうですねAIの回とか。今回は流体っていうことで。
スピーカー 1
工学系は珍しいですね。
スピーカー 2
そうですね。全くカバーできてない領域ですね。
スピーカー 1
それだと話しがいがあるかもしれません。
スピーカー 2
なんか流れてる物体みたいなくらいしか知らないんで。
スピーカー 1
ぜひぜひ。
スピーカー 2
ぜひよろしくお願いします。
スピーカー 1
お願いします。
スピーカー 2
じゃあ最初にこのけこさんがやられてる研究ですね。一体どういう研究をやってるんですか。
スピーカー 1
じゃあちょっと最初にクイズを出そうかなと思って。
レンさんにクイズとか出しても大丈夫ですかね。
スピーカー 2
はい。めっちゃ緊張するなそれ。
スピーカー 1
すみません。なんかそう思ったんですよ。
万が一レンさんが答えられないと良くないのだろうかみたいな。
スピーカー 2
別にいいんですけど、これ何も知らないやつで来てるんだけど大丈夫です。
スピーカー 1
で、じゃあ力学的エネルギー保存則って習ったじゃないですか。
スピーカー 2
はいはい。物理でやりましたね。
スピーカー 1
もし今真空中でボールを持っていて、そのボールがすごく理想的なボールで完全にバウンドしてくれると、何の損失もなくバウンドしてくれると。
それを仮定するとある高さのところからボールを落としたら必ず元の位置に戻ってくるっていうのがエネルギー保存則じゃないですか。
スピーカー 2
理想のやつだったらってやつですね。
スピーカー 1
理想のやつだったら。だけど真空じゃない時ということにして、そしたら現実世界だったら絶対ボールはその元の位置に戻ってこなくて、そのうち床に落ちて動かなくなっちゃうじゃないですか。
はい。
はい。それはじゃあ今まであった力学的エネルギーは何エネルギーになってしまったんでしょうという。
スピーカー 2
何かに変換されてるっていうことだったんですね。
スピーカー 1
消えてはいないというか別のエネルギーになってるはずじゃないですか。
スピーカー 2
これは落ちる時に空気とかが普通の世界だったらあると思うんで、落ちる過程で空気と摩擦が発生してて。
スピーカー 1
そうですね。
スピーカー 2
まあ熱とかですよね。
スピーカー 1
素晴らしい。さすが。
あってます?
あってますあってます。さすがレンさんです。熱になってしまうわけですね。
はい。
だから何ていうか、何か全てのエネルギーは最終的に熱になっちゃうと。
というわけで熱エネルギーってエネルギーの墓場っていう風に言われていて、言われてます。
スピーカー 2
いい言い方ですね。
スピーカー 1
そう。
エネルギーの墓場。
だから全てのエネルギーはもう最終的に全部熱になって宇宙空間に広がっていって、その宇宙の温度差も全部なまっていって、で宇宙は最後終わるよみたいなんですね。
火力発電と熱エネルギー変換
スピーカー 1
それを宇宙の熱的終焉っていう風に言うんですけれども。
なのでなるべくエネルギーって熱にしたくないというか、熱にすると使い勝手が悪いような、何かそういうものなんですよね。
スピーカー 2
扱いも難しいっていう感じなんですかね。
スピーカー 1
そうなんです、そうなんです。
なんですけれども、基本的に今って発電所の電力って世界では3分の2が化石燃料を燃やしていて、何か火力発電っていうことですよね。
だから熱エネルギーでタービンを回して、そっから電気を生んでるみたいな感じになります。
日本だと原発のせいで7割ぐらいが火力発電に今はなっちゃってますと。
スピーカー 2
だから熱エネルギーを頑張って電気に変換してるっていう。
スピーカー 1
そうなんです。
それで熱力的にどんなに理想的な熱機関があっても、60何%か忘れちゃいましたけど、それ以上の熱効率にはならないので。
例えば今のめちゃめちゃいい電気タービンとかだったら6割ぐらいの効率があるんですけれども、4割はただCO2になって熱発生してなんとなく空気を温めて出ていっちゃうみたいな。
スピーカー 2
6割ぐらいなんですね、火力発電とか。
スピーカー 1
それくらいなんだ。
普通のガソリンエンジンとか悪いやつとかだと、普通の車の熱効率とかも30%ぐらいですね。
で、最近何か名前忘れちゃったんですけど、めっちゃいいハイブリッドのやつとかだと50%って言って騒いで。
スピーカー 2
めちゃめちゃ燃費がいいですっていう。
スピーカー 1
そうです。それでも半分は熱とCO2になっておしまいみたいな。
スピーカー 2
そっかそっか、だから望まない熱がいっぱいあるんですね。
スピーカー 1
そうなんですそうなんです。
それでその電気を使って電気自動車充電してってやってるからもうどこまで熱で、そうなんですよ。すごく。
スピーカー 2
確かに身近なとこでもスマホとか充電してたらめちゃめちゃ熱くなったりするじゃないですか。
スピーカー 1
そうなんですよ。
スピーカー 2
コンセント差してるとことか、スマホ自体もめっちゃ、今僕のスマホスペース開いててめちゃめちゃ熱くなってるんですけど。
スピーカー 1
私もかも。
スピーカー 2
スマホも熱をどんどん発散しちゃってるみたいな。
そうなんです。これもこれで問題なんですよね、スマホの熱とかも。壊れちゃうのでいかに冷却するかみたいなのが主張になっています。
スピーカー 1
で、すごく熱は無駄に発生して宇宙に消えていって悲しいっていうことなんですけれども、その一方で発電した電気っていうのは約半分が給湯とエアコンに使われてるんですよ。
スピーカー 2
世の中の?
スピーカー 1
そうですそうです。
そうなんですか。
家庭とかだと、家庭かな?世界では3分の1なのかな?そうです。だからもう3分の1から半分は電気が物を温めたり冷やすために使われているんだけれども、その一方でめちゃめちゃな量の熱が捨てられているという。
スピーカー 2
なるほど、熱が捨てられてるっていう感じなのか。確かにな、結局熱で使ってるのか。
スピーカー 1
そうなんです。で、非常にもったいないよねっていう。
スピーカー 2
確かにそう言われるともったいない。そう考えたら何やってんだろうみたいな感じしてくるけど。
スピーカー 1
そうなんですよ。
スピーカー 2
確かにそうですね。
スピーカー 1
で、なんかオイルショックぐらいからそれがもったいねえという世論が盛り上がったらしく、なんかその熱を有効活用しようみたいな研究がおそらくそのあたりから注目され始めたとちょっと、私もちょっと調べが甘いかもしれませんが言われていて。
低温熱の有効活用
スピーカー 1
で、まあ1個のよくあるやり方としては溶油塩って、あ、でもれんさん化学系だからそれはご存知ですよね。溶油塩って言って。
スピーカー 2
溶油塩だから。
スピーカー 1
そう、焼酸とかかな、焼酸をめちゃめちゃ熱くして。
スピーカー 2
溶けてる塩ってことですね。
スピーカー 1
そうですそうです。溶けてる塩です。なので風力とか太陽光発電っていつでも発電できるわけじゃないので、発電できるタイミングでその焼酸とかを溶かしておいて、熱くしておいて、で500度ぐらいにするんですよ。
それを使って、その熱を使ってタービン回して発電するっていう、なんか蓄熱発電っていうのかな、それで熱を溜めておいてそれを使おうと、それでエコですよねっていう技術があります。
スピーカー 2
それでもなかなかやっぱその熱の効率とかを完全に解決できるわけじゃないみたいな。
スピーカー 1
そう、500度にしなきゃいけないというのがまず。
スピーカー 2
まずそれが大変ですね。
スピーカー 1
そうなんです。
それね、溶油塩って流動性を保つために、200何十度かはキープしなきゃいけなくて、固まらせちゃいけないんですよね。そうすると流れなくなっちゃうので。
スピーカー 2
なるほど、キープしなきゃいけないんだ。
スピーカー 1
そうなんです。なので結構高温にしなきゃいけないという、そういう技術なので、低温排熱というか100度ぐらいとかそれ以下ぐらいの低温熱っていうのは基本的に全部捨てられてて有効活用されてないという問題があります。
スピーカー 2
低温熱?
スピーカー 1
そう、100度ぐらい、なんかその500度とかに比較すると100度ぐらいって低温だよねということで。
スピーカー 2
なるほど。
スピーカー 1
そう、100度ぐらいのお湯とかあと排熱とかは有効活用する技術がほぼないっていう感じですね。
スピーカー 2
そっかそっか。
スピーカー 1
で、それをどうにかしたいよねっていうことでやってるのがなんか機能性流体というもので。
スピーカー 2
機能性流体。
スピーカー 1
はい、私たちがやっているような感じなんですけれども、名前の通り機能を持っている流体とか、なんかスマートフルイドみたいなふうに呼ばれたりするんですけれども、それを使って低温熱を利用しようという感じですね。
エコ回路
スピーカー 2
その低温熱をその流体に移すみたいな話ですかこれ。
そうですそうです、溜めておいて流体に移して必要な時に取り出して使ったりしようみたいな、そういう。
スピーカー 1
何だろうな、だからめっちゃ熱い、例えばコアみたいなやつがあって、その周りをなんか例えば水とかが流れたらその水が温まって運べるよねみたいな、そういうイメージですか。
そうです、それをもっと水よりめちゃめちゃいっぱい熱を持っていって、かつ取っておけるようにしようみたいな。
スピーカー 2
確かに、普通の水だと蒸発しちゃったりすぐ冷えちゃったりするけど、熱々のまま運べますみたいな感じですかね。
スピーカー 1
あと蓄熱っていって、相変化を利用して妖怪熱とか凝固熱ってあるじゃないですか。なのでエコ回路って聞いたことありますか?
スピーカー 2
エコ回路?
スピーカー 1
エコ回路。
スピーカー 2
わかんないですね。
スピーカー 1
本当ですか、なんかこれは作酸ナトリウム酸水和物とかが使われているんですけれども、それがエコ回路の中に入っていて、整理食塩水パックみたいな胸に入れるようなそういう感じの物体で、中に金属製のパチンパチンできるスイッチが入ってるんですよ。
知ってます?
スピーカー 2
エコ回路?
僕今回路が完全に電気回路の回路だと思った。
あったかくなる回路っすね。
スピーカー 1
それです。
スピーカー 2
あったかくなる回路か、わかったわかった。
あれなりますね、パキパキやって。
なぜか電気とか何も使わってないのにあったかくなるぞみたいなやつですね。
スピーカー 1
そう、あれです。
スピーカー 2
完全に今液体がぐるぐるしてました、頭の中で。
スピーカー 1
よかった、すみません、ちょっとわかりづらくて。
わかりましたわかりました。
熱利用技術の問題点
スピーカー 1
あれは総変化、個体になるときに熱を発しているわけですよね。
なので、線熱を利用するとすごく、圏熱に比べてすごくたくさん熱を蓄えることができるんですよね。
なるほど、だから行ったり来たりさせてうまく熱を使うっていう。
エコ回路は固まっちゃうと流動性が保てないので、流動性を保って総変化させようっていう試みがあって、それが総変化エマルチョンとかいうものなんですけれども。
スピーカー 2
総変化エマルチョン。
スピーカー 1
エマルチョンはご存知ですよね。
スピーカー 2
あれですね、水と油混ざってますみたいなやつですよね。
スピーカー 1
そうです。だからそのエマルチョンの油が総変化物質になってるみたいなやつです。
スピーカー 2
なるほど、いい感じの割合で入ってて。
スピーカー 1
そうです。
っていうことですね。
なので、エマルチョンだと固まっても流動性が保たれるじゃないですか。
で、めちゃめちゃ熱を運べるよねみたいな、そういう技術ですね。
スピーカー 2
なるほど、だからガチガチになっちゃったら運べないし、エコ回路だったらパキパキできないし使えないみたいな。
スピーカー 1
でもエマルチョンも、これはこれでいろいろ問題があって、エマルチョン同士が合体しちゃったり、
あと油が使われてるので、合体っていうのはあれです。
エマルチョン同士がくっついて、どんどん大きい粒になってっちゃうんですよ。
スピーカー 2
なんか油の塊みたいになっちゃうみたいなイメージですかね。
スピーカー 1
そうです。
あとは、油が可燃性があるから危ないとか、そこまで気にしてたら大変ではあるんですけど、危ないとか。
あとは、油だから熱伝導率があんまり良くなくて、そういう冷媒としてあんまり好ましくないとか、いろいろ問題がありますと。
で、あんまり実用化されてないんです、総変化エマルチョンは。
磁性流体とその問題点
スピーカー 2
で、もう一個紹介すると、磁性流体っていうのがありますと。
スピーカー 1
磁性。
スピーカー 2
ご存知ですか。
磁性って磁石の磁ですか。
スピーカー 1
そうです。磁石の流体。
スピーカー 2
磁性があるもの。
スピーカー 1
そうです。なんかめちゃめちゃ鉄粉が死ぬほど細かくなって、液体中に分散されてるやつで。
スピーカー 2
なんか身近にありますかね。
スピーカー 1
あれ、よく化学系おもちゃとかで出てくるんですけど、液体そのものが磁性を持ったように振る舞って、たぶん磁性流体で検索するとよくスパイク現象の写真が出てくるんですけど、それ見たらバーンってなる気がします。
スピーカー 2
なんか黒いトゲトゲになりますみたいなやつですね。
スピーカー 1
そうです。
スピーカー 2
ありますね。
スピーカー 1
ありますよね。
スピーカー 2
そっかそっか。
あれが磁性流体。
スピーカー 1
そうなんです。あれ、化学のおもちゃでしか見たことない人が多いと思うんですけど、あれも機能性流体としていろいろ活用先がありまして、それを熱利用技術にも使おうっていう流れがあります。
スピーカー 2
磁性関係あるんですか。
スピーカー 1
そうなんですよ。磁石に引き寄せられる力を、なんか磁化とか言うんですけど、その磁化っていうのが温度依存性があって。
スピーカー 2
これは聞いたことある。あれですよね。
本当ですか。
磁石にクリップとかをつけたらピタってくっつくけど、クリップめっちゃくちゃ温めたら磁石にくっつかなくなりますよね。
スピーカー 1
素晴らしい。そうなんですよ。
スピーカー 2
それか。
スピーカー 1
はい、そうなんです。なので、温度差があると、磁石に引き寄せられる力が非平行になるじゃないですか、そうすると。
そうすると勝手に力のつり合いが成り立たなくなるので、中で磁性流体が電力もなく動いてくれるという。
スピーカー 2
なるほど。
スピーカー 1
そう、これを利用してポンプに使おうとか、冷却システムに使おうとか、そういう試みがあるんですよ。
スピーカー 2
面白。
スピーカー 1
はい、ありがとうございます。
スピーカー 2
面白いですね。
スピーカー 1
はい、だけどこれもやっぱり実用化されてなくて、ずっと磁場かけてると中でめちゃめちゃ磁性粒子が集まって、なんかドロドロになって、なんか流れなくなっちゃったりするんですよね。
スピーカー 2
それはなんか大問題だ。
スピーカー 1
そういう地味なことがあって、できないと。
困ったぞ!研究の背景と入門
スピーカー 2
でも、そっか、ずっと磁力当てちゃうと、やっぱ固まっちゃうんですね、ああいうやつの。
スピーカー 1
そうなんです、なんかじわじわ集まってギチギチになって、なんかアスファルトみたいになっちゃうんですよ。
スピーカー 2
そうなんだ。
スピーカー 1
そうなんです。なんだけど、中がわからないという、普通の粒体計算はよくされてるんですけど、こういう磁性粒体とか層変化エマルジョンみたいな不透明で、かつなんかいろんな個層と液層とかがぐっちゃぐちゃになってるような粒体って、もう中でどうなってんのか意外と予測がつかないっていう問題があって。
スピーカー 2
それはもう見にくいからっていうことですか?
スピーカー 1
そう、実験で検証できないっていうのがまず一つあります。
スピーカー 2
そうなんだ。
スピーカー 1
あと、粒体シミュレーションでも、なんかすごく、一粒一粒の粒子の動きと、粒体の流れを別々に勘案して、3次元で計算するっていうのが、意外ともうできてなくて。
スピーカー 2
めっちゃ大変そうですね、でもそれ。
スピーカー 1
そうなんですよ。だから、意外とすごく単純な系でも、予測できてなかったり分かってなかったりするんですよね。
そうか、だから、ただの液体だけだったら予測しやすいけど、ちょっとでもなんか、なんだろう、味付けというか、なんかつぶつぶみたいになってると、そのつぶつぶ1個1個がどうやって動くか予測しにくいから、結構予測が難しいみたいな感じですかね。
お、さすが。
スピーカー 2
禁じしにくそうっすもん、なんか。
スピーカー 1
そうですよね。
なんとなくですけど。
本当にそうで、実際本当にそうで。
粒体計算は、連続体を仮定してやる場合が、まあまあ多いので、こういう場合は結構難しいことになっちゃいます。
なるほど。
で、困ったぞというのが、前半というか、そうそう。
スピーカー 2
困ったぞ。
スピーカー 1
困ったぞというのが、そう、背景ですね。
スピーカー 2
なるほど、これを、じゃあどうすんのっていう話ですか。
スピーカー 1
そう、じゃあどうすんのという話です。
スピーカー 2
おー、気になる。
スピーカー 1
はい、ありがとうございます。
で、私がどうしてこういう研究をするようになったかみたいな話をちょっとしていこうかなと、大丈夫ですかね。
スピーカー 2
いや、確かになんか気になりますよね。そもそも、どこからこういう分野入るのかなみたいな。
スピーカー 1
もう完全にたまたまではあるんですけど、まあそのたまたまの話をしていこうかなと。
可視化計測と流体の研究
スピーカー 1
最初は私、何か可視化計測みたいな研究をしていて、今もしてるんですけれども、計測系の研究をしてました。
スピーカー 2
可視化計測が見えるようにするみたいな。
スピーカー 1
そうです。で、一番メジャーで分かりやすいのだと、PIVっていうのなんですけれども、パーティクルイメージベロシメトリーっていって、粒子画像速度計測法っていうんですが、レンさんそれは知ってますか。
スピーカー 2
いや、初めて聞きました。
スピーカー 1
それは流体計測では定番なんですが、なんか流れの中に粒とかトレーサー粒子を入れてしまって、それをカメラで撮影して、その粒子画像から速度分布を実験的に出すみたいな、そういう方法ですね。
スピーカー 2
トレーサー粒子っていうのはだから見やすい目印みたいなことですか。
スピーカー 1
そうです。もう普通に粉みたいなのを分散させて、粉の画像を撮って、画像処理をして速度場を出すみたいな。
そういうカメラと光源を使ったような計測ですね。可視化計測っていうのは。
そんな感じで速度場はまあまあいろんな方法が確立されてるんですけれども、スカラー量というか、温度とか圧力分布とかも計測するっていうことをやってまして。
スピーカー 2
圧力も。
スピーカー 1
そうなんです。JAXAでインターンシップに行ってて、そこから始めたんですけれども、航空機の表面の圧力分布とかが分かるみたいな実験で、そういう方法。
スピーカー 2
そんな分かる、どうやってやってるのか全然想像つかないですけど。
スピーカー 1
従来の方法だと普通に圧力センサー1000で入れるんですけれども、この可視化の方法だと酸素濃度に発光量が依存するような蛍光剤、ハッキンポルフィリンで、レンさん化学系だから知ってるかも。
スピーカー 2
ハッキンポルフィリン使ってるんだ。
そうなんです。
分かりますよ、ポルフィリンはでっかい輪っかみたいになってて、真ん中に金属とか入ったりするやつです。
スピーカー 1
そうですそうです。あれ化学だと何に使うんですか?
スピーカー 2
あれは光合成とかよく出てくるイメージありますけど、光とかが当たったらこういう性質持ってますみたいな研究とかやられてるイメージありますね。
スピーカー 1
確かに、なるほど。何でしょう、中が固体の状態でイオン化してるから、物に溶かさなくても発光するみたいな特性がありますよね。
スピーカー 2
あれ不思議ですよね。
スピーカー 1
だからそれをセンサーに使いやすいというか。
スピーカー 2
なるほど。
スピーカー 1
そのハッキンポルフィリンを航空機の模型の表面に塗り付けて、それで圧力、酸素濃度が変わると発光量が変わるので圧力分布が分かるよみたいなそういう計測法。
スピーカー 2
めっちゃ高いんですよね。
スピーカー 1
高そうだなと思いました、ついに。
ハッキンポルフィリンが異様に高くて。
スピーカー 2
絶対そうですよね。しかもそんな航空機みたいなやつに塗る量ってえげつない量じゃないですか。
スピーカー 1
でもまあ航空機のより小さい模型にして。
スピーカー 2
ああ、模型か。
スピーカー 1
やりますね。
スピーカー 2
さすがに全部塗ったらやばい。
スピーカー 1
そうなんですよ。
スピーカー 2
でもそれ塗ってそれを撮影してみるとどこにどれぐらいの圧力かかってるっていうのが見たらわかるみたいな。
スピーカー 1
そうです。
スピーカー 2
めっちゃ面白いな。
特殊な蛍光剤を使った温度計測
スピーカー 1
ありがとうございます。
こういう物体表面の近傍の物理条件というかそういう境界条件みたいなのですごく物理的に重要なので正確に測る必要があるみたいな感じですね。
スピーカー 2
すごいなんかサーモグラフィーみたいに見えるってことですよね。
スピーカー 1
そうですそうです。
スピーカー 2
すごいな。
スピーカー 1
でまあそれと同じのリレー温度とかも測れるんですよね。
それでまあ温度計測がすごい私は売りというか売りでやってきたんですけど。
なんか温度計測ってまあ結構簡単にできそうじゃないですか。
なんかサーモグラフィーとかを見てると。
スピーカー 2
そうですね最近至るところにサーモグラフィーありますよね。
スピーカー 1
そうなんですよ。
スピーカー 2
お店の前とか。
スピーカー 1
はい。
そうだから別に温度測ってるの全然面白くなさそうっていう反応をよく受けるんですけれども。
なんか実はあのサーモグラフィーって結構精度あんまり良くないというかあのすごく正確に取るのは難しくって。
スピーカー 2
ざっくりなんですね。
スピーカー 1
そうざっくりらしい。
スピーカー 2
ざっくりですよね。
スピーカー 1
そう。
表面温度しか取れないっていう問題がありますね。
スピーカー 2
ん?中身はわからんっていう。
スピーカー 1
そう中身はわからないです。
そうですね。
だから流帯の中の好きな場所の温度って測れる手法がほとんど存在しないんですよ。
スピーカー 2
中身をそもそも見たいっていう感じなんですね。
スピーカー 1
そうなんですそうなんです。流帯系だと中の温度がどうなってるのか知りたいみたいな。
スピーカー 2
まあ確かにそうですね。
スピーカー 1
確かにねそこ必要性が確かに分野外だと分かりづらいですよね。
そこは重要だな。
スピーカー 2
それは表面とかだったら冷えてるよなみたいな想像はつきますけど。
スピーカー 1
確かに。
スピーカー 2
そうっすよね温度計ぶっ刺すだけにもいかないですよね。
スピーカー 1
そうなんですぶっ刺すと流れも乱れちゃうしみたいな。
ですよね。
温度計自体が熱を持ってるので。
確かに。
急速に変動するような場だと全然追いつかないみたいな問題が。
スピーカー 2
確かにな何度か分かんない問題ありますね。
スピーカー 1
そうなんです。
それでまあ困ったぞという。
それで他に水の温度を測る技術はあるんですよ。
スピーカー 2
水の中の温度ですか。
スピーカー 1
それもPIVみたいにやるんですけどローダミンB知ってますよねローダミンB。
スピーカー 2
ローダミンBも知ってるぞ。
スピーカー 1
ちょいちょい知ってる単語で。
スピーカー 2
ローダミンBはでも普通に色相みたいな感じですよね。
スピーカー 1
そうですそうです。
ローダミンBってあれ温度依存して発光強度が変わるんですよ。
なるほど。
蛍光ペンのピンクみたいなやつですよね。
そうあれを水の中に溶かしてレーザー入れて発光から温度見るみたいな。
スピーカー 2
そうやって使うんだ。
生物系におけるローダミンの利用
スピーカー 1
そうなんです。
スピーカー 2
なんか僕は割と生物系に近いところの科学をやってたりするんで。
ローダミンといえばなんか例えば体の中に何か入れるとしたらそれにローダミンちょっとくっつけれるとかあったらくっつけて。
例えばそのくっつけたやつをなんだろうなマウスみたいに投与したらこれどこに行くのかみたいな研究とか。
なんていうか体の中の位置を追うみたいな。
スピーカー 1
そうなんですか。
どこにもくっついちゃうような印象があるんですけどなんかターゲットにくっつけることができるんですね。
スピーカー 2
どこでもくっついちゃうんですけどなんて言うんだろうな。
ローダミンからなんか手生えてるみたいな。
スピーカー 1
そういうのを作るんだ。
スピーカー 2
そうですねなんかローダミンじゃなくていろんな色素からなんかちょっとくっつけれるようのまあそのコンセント的ななんかがついてて。
それが市販されてて。
で自分がその調べたいやつにそれをカチッとくっつけて使うみたいな。
スピーカー 1
えーそれやりたいそうなんですか。
スピーカー 2
みたいなよくそういう使われ方をしてますね色素は。
スピーカー 1
えー。
スピーカー 2
だからそっか流体系だとそれそのものを使っちゃえばいいやっていう感じだから。
スピーカー 1
そうです溶かしちゃうみたいな。
スピーカー 2
なるほどなるほど。
スピーカー 1
それでまあ温度は測れるわけなんです。
スピーカー 2
えー面白いな。
スピーカー 1
はいだけど水にしか使えないしあとこうものすごい複雑な流れを知りたい場合にその時って否定状な流れのことが多いんですよね。
なんかよく知りたいのは否定状の流れというかなんかぐちゃぐちゃ乱れるような流れとか蒸発していく時の動きとかなんかそういうところが知りたいけれども。
それだとなんていうか温度しかわからないからその時どんな流れになってるかわかんないっていう問題があるんですよね。
スピーカー 2
あーそっかそっか温度は必ずしも流れと一致してるわけじゃないみたいなことですか。
スピーカー 1
多分流れと相関はあるんですけどなんか速度と温度が一緒にわからないとわけがわからないみたいな。
スピーカー 2
あーそっか。
スピーカー 1
そうなんですだから本当は温度と速度を同時に計測しなきゃ特に面白い実験結果が得られないぞという段階に来ているというか。
でその温度と速度を同時に計測するために私が博士の時やっていたのがその機能性粒子というかカプセルを作ろうみたいなことをやっていて。
カプセル。
そうカプセル。
でPIVのトレーサー粒子に温度感度を持たせようみたいなことをやってました。
スピーカー 2
あーそっかそっかそっかそういう意味の機能性っていうことですか。
地勢流帯可視化への挑戦
スピーカー 1
そうですそうです。
PIV粒子自体にローダミンじゃないんですけどそういう系のさっき言ったファキンポロフィリンとかを入れ込んじゃってそれで粒子の追跡をして速度を出して同時に温度を出すみたいなことをやろうみたいな。
スピーカー 2
すごいだからただの粒の代わりにめちゃくちゃミクロみたいなカプセルを作って入れてそれを追跡しよう。
スピーカー 1
そうですそうです。
スピーカー 2
えーそれそのカプセルどうやって作ってるんですかそれ。
スピーカー 1
そうこれはもう科学系の方から見たらもうすごい子供のお遊びのようなやり方に見えると思うんですけど。
普通にポリマーを有機溶剤に溶かして水の中にエマルジョン状にして分散させてそしてちょっと待ってるとそのポリマー有機溶剤が揮発してくれてポリマーがだけ溜まってカプセルになってくれるんですよ。
スピーカー 2
あーえー。
結構簡単にできるんですね。
スピーカー 1
だからそのカプセルの中にいろいろ入れちゃうみたいなだから新油性の色素を入れちゃえばカプセルになるよねみたいな。
スピーカー 2
そうかでもカプセルっていうかなんだろうリポソームみたいな。
スピーカー 1
あー確かにそうかも。
スピーカー 2
あれはなんか油の膜みたいな感じですけど。
スピーカー 1
うんうん中が油みたいな。
そういうイメージですかね。
イメージですね。それで有機溶剤を追い出しちゃうと塊になってくれるみたいな感じですね。
なるほどなるほど。
だから非常に簡単な感じなんですがそれがあんまり博士ではあんまりうまくいかなくってその後他の大学にそう移って一旦置いとこうみたいな話になったんですよね。
スピーカー 2
難しいのはやっぱ。
スピーカー 1
そう。
スピーカー 2
何が難しいんですかね。
スピーカー 1
なんというか発光量みたいなその精度のいい計測をするためには明るいシグナルの粒子である必要があるんですけれどもなんかそれがどうもうまくいかないみたいなそういうねもうテクニカルな話ですね。
スピーカー 2
なんかちょっと強度が足りないみたいなことですか。
スピーカー 1
そうです。暗くてみたいな。
なるほど。
そう。小さいところで使いたいとやっぱ発光量が足りなくなってきちゃうんですよね。
カメラで撮った時に暗くなりやすくてそれも問題でしたね。
スピーカー 2
なるほど。難しいんですね結構。
スピーカー 1
まあそうなんです。意外と理想の通りにいかなかったなという感じがありました。
うんうんうん。
でまあその後さっき言った地勢流帯とかをやってる研究室に移ったんですよ。
スピーカー 2
おーはいはいはい。
スピーカー 1
そう。それでなんか私が可視化やってきたからなんかそうけっこさんなんか地勢流帯可視化したいんだけどできませんかみたいなこと言われて。
スピーカー 2
おー。
スピーカー 1
いやできませんよみたいな。真っ黒じゃないですかみたいな。
機能性粒子を使った地勢粒体のPIV
スピーカー 1
そうそう。真っ黒だし無理ですみたいな。
スピーカー 2
こっちは難しいの知ってんだよみたいな。
スピーカー 1
そうそうそうそう。そうだったんですよ。
もう透明じゃないと基本可視化計測ってできないので。
でもそうそれでまあでもいろいろ考えていたというかまあぼんやりして過ごしていた時にそうカプセルを今まで作ってきたから
カプセルの中に地勢粒子を入れてしまってそれを光らせたらいいんだなっていう風に思ったんですよ。
スピーカー 2
おー逆に。
スピーカー 1
そう。
スピーカー 2
おーなるほど。
スピーカー 1
カプセル、そうそう機能性粒子にしてしまえみたいな地勢粒体を。
スピーカー 2
えーそれを、それ周りは何なんですか。
スピーカー 1
あのさっき言ったみたいなまあいろいろやり方はあるんですけど一番簡単なのはそのさっき言ったポリマーみたいなやつと地勢粒体を混ぜて
分散させて固まらせちゃうみたいな感じです。
スピーカー 2
えーそうか。
それでその中身を光るやつじゃなくてもう地勢粒体にしたものを作ったっていう。
スピーカー 1
そうで一緒に光るのも入れちゃって光らせるみたいな。
スピーカー 2
えーほうほうほう。
スピーカー 1
そうすると地勢粒体をPIVできるみたいなことになったんですよ。
スピーカー 2
おーなるほど。
そうそうそう。
スピーカー 1
すげー。
そうでおーいいねみたいなまあちょっとそうなって、うんなりました。
そうそうそう。
スピーカー 2
これ多分こんなめっちゃあっさり解決したみたいな感じで言ってるんですよ。
多分これ大変ですよね。
スピーカー 1
いやー。
スピーカー 2
どうなんすかこの。
スピーカー 1
アイディア勝負みたいな。
カプセル化による研究の進展
スピーカー 1
アイディア勝負。
スピーカー 2
そうそうそう。
でもそれ着想してでもすぐできちゃうんですね。
すごいな。
スピーカー 1
あーそう意外とすぐできましたねこの点に関しては。
でもそれが逆にこれどんなとこが難しかったんですかってその研究費の申請書の時に聞かれて
いや簡単でしたって言うとすごい受けが悪い。
スピーカー 2
いやー難しそうですねそれ。
いやでもこれは発想なんでみたいなのかも。
いやそうなんですよ。
ひらめきましたみたいな。
スピーカー 1
そうそうそうそう。
スピーカー 2
えーあ、でもそっかカプセルに地勢粒体を入れてでそれのいっぱいカプセルをだから集めてその動き見るみたいな感じですよね。
スピーカー 1
そうですそうです。
そうです。
スピーカー 2
あー。
うんうん。
そっかー。
スピーカー 1
そう。
スピーカー 2
カプセルに全く身近なたとえにないですよこの現象が。
スピーカー 1
そっかーないかー。
スピーカー 2
たとえねえかなと思ったけどなんもないよ。
スピーカー 1
ないかなー。
確かにないのかなー。
もしかしてあるかもしれない。
スピーカー 2
なんかゲームセンターとかにあるなんかぐるぐる回ってるドーム状の中がぐるぐる回っててクレーンがウィーンって降りてお菓子取るみたいなやつわかります?
スピーカー 1
あーわかります。
スピーカー 2
あれぐるぐる流れてるじゃないですか。
スピーカー 1
はい。
あれがなんか液体っぽいもんだったらどうなってかわかんないけどあれが全部カプセルに入ったおもちゃみたいなったらどこに黄色いカプセルあるかわかるとかなんかそんな感じですか?
スピーカー 2
なんかめっちゃ適当ですけど。
スピーカー 1
あれちょっとうーんどうだろう。
わかんない。
ちょっとわかんないかな。
えーなんだろう確かに確かにどうすればいいんだ。
スピーカー 2
でもやってることはだからその流れるやつを一旦それを中に詰め込んだなんかカプセルトイが浮かんだんですよねガチャガチャみたいな。
スピーカー 1
カプセルトイ確かにカプセルトイ。
だったら終えますもんね。
スピーカー 2
終えます。
スピーカー 1
そう終えるようにしたと。
スピーカー 2
終えるようにしたってことですもんね。
はい。
スピーカー 1
そしたらなんか理性粒子がいろいろ面白い動きをしてるぞということがわかったという。
スピーカー 2
面白いですね。
スピーカー 1
それでここでボスがそこで気づいたんですけれどもこのカプセルにしたらさっき最初に話したなんか実用化できない問題がどうにかいろいろどうにかなるのではということに話が。
おーなるほど。
気づいて。
スピーカー 2
急に話でかくなりますね。
スピーカー 1
そうそうそうなんです。
まずカプセルに入れると個体だから合体しないじゃないですか。
あとちょっと粒形が大きくなっちゃうので今までの磁性粒体とはまた違うものではあるんですけれどもちょっと粒形が大きくなるとつまりにくくなるというか。
スピーカー 2
そうなんですか。
磁性粒体の新機能の発見
スピーカー 2
そう。
なんか逆そうですけどね。
スピーカー 1
例えば粘土と砂って粒子が大きさが違うだけで成分は一緒なんですよね。
あれでも砂はさーって流れるけど粘土はそのなんていうか中の水がどんどんディスチャージされていくせいでめちゃめちゃ粒子間の吸着力みたいなのがすごいんですよ。
で磁性粒体もちょっと大きくしてあげるだけでさっとなんか解放させてくれるみたいな。
スピーカー 2
そうなの。
スピーカー 1
そうなのとかであともう一個あるのが磁性粒体だけじゃなくてなんか層変化物質なんかも一緒に入れてしまえばなんか複数機能を粒体に持たせられるよねっていうことになって。
スピーカー 2
確かに確かにさっきのやつも一緒に色相入れちゃおうとかそういうのができるってことですもんね。
スピーカー 1
そうですそうです。
でなんかそうやってかつ可視化をすることで多分実用化まで持っていけるんじゃないかなっていうことで今そういう研究をしているという感じですね。
スピーカー 2
それが今現在進行形。
スピーカー 1
そうですね。
なので熱利用するみたいな粒体デバイスを作りたい省エネルギーの粒体デバイスを作りたいっていう風に思ってます。
スピーカー 2
あーなるほど。そっか意外とカプセルにしちゃった方が色んな問題が解決できそうみたいな。
スピーカー 1
そうなんですよ。まあでも始まったばっかりなんですけどね。
スピーカー 2
でもなんかカプセルの中に入れるものとかもちょっと難しそうだなと思って。
ここまでお聞きいただきありがとうございます。
サイエンマニアはあらゆる分野のゲストを招き、サイエンスの話題を中心にディープでマニアの話を届けるポッドキャストです。
番組に関する情報はツイッターを中心に発信しています。
感想はハッシュタグサイエンマニアで。
またポッドキャストのレビューもよろしくお願いします。
次回もまたお楽しみに。
41:37

コメント

スクロール