大学の先生に人類の未解決問題を聞いてみた

今回は奈良先端大学に来ているんですけども 僕はこの奈良先端大学に来たことがなく 何も知りませんということで ちょっと教えていただこうと思います よろしくお願いします はい、お願いします 物相性科学領域の領域長のひろたです よろしくお願いします 奈良先端大ということですけども 大学院大学なんですよね はい 大学院大学って何かちょっと説明していただいてもいいですか? そうですね、大学院大学というのは 学部がない大学になります 普通の大学ですと4年間の大学部があって その後に大学院があります 私たちはそこはないですから いろんな大学から進学してくるということになります なるほど、主は大学院生から はい、そうですね どんな研究分野がここにありますか? そうですね、情報バイオに加えて 私たちの青い建物の物相性科学という そういう分野があります はい、中にはどんな具体的な分野があるか教えていただいて 物相性科学というのは非常に広くてですね 物理、デバイス、科学、バイオ そしてデータサイエンス これ5つの分野、全てが入っているんですね はい、総合戦ですね はい 本当にいろんなところから学生が来るということですね はい、いろんな学生が来ましてね 特には分系からでも分野を変えて 進学して新しい研究をする学生さんもいますね なるほど ちなみになんかここからすごくきれいな池が見えるのと 同時にですね バーベキューやれそうなところがたくさんあるんですけど そうなんです これバーベキューやれますか? はい、非常にシーズンになりますとね あちこちで同じ日に2、3箇所でバーベキューをすると 同じ日に2、3箇所でバーベキューが行われてる? はい、それはですね 大学事務の方がですね バーベキューセットをですね 貸し出してくれるんですね テントまで貸し出してね そういうバーベキューをすることをサポートする そういう大学になりますね バーベキューし方ですか? 学生生活で多分僕一回もバーベキューしてないです あ、そうですか 先生もよくバーベキューするんですか? そうですね 今年もう2回、春と秋にも すごいペースでやってる はい ちなみに今回では そんな奈良先端大の研究室を ご訪問させていただくことで よろしくお願いします はい、行ってきます はい、というわけでですね 新谷先生の研究室にお邪魔してます よろしくお願いします まず簡単にご専門期してもいいですか? 有機合成化学をしています 有機合成化学 はい ちなみに今回各研究室で 人類の未解決問題を聞いていこうと思ってるんですけど 何か未解決問題ありますか? はい、人類はまだ 高校属化合物の その全貌について 本当には理解してないんじゃないかと思っています 高校属性 はい 高校でも習いますけどね そうですね 有機化学では非常に基本的な概念です はい 一番基本的には便前感ですね というかこれ 直接書くものなんですね、これ はい これは化け学級の人の文化ですか? そうですね よくこうやって学生とディスカッションしています かっこいい すごいもう 便前感書いてるだけなのにすごくかっこいいですね ありがとうございます 方向属っていうのは基本的に平面で 環状で はい 脅迫が繋がっていて 4nプラス2π系が方向属 はい 4nπ系が反方向属となっています はい それは1931年にヒュッケルによって提唱されて およそ100年 そうですね 非常に基本的な概念で 大学の1年生でも習うと思います はい ただこの例えばですけど nがどこまで大きくなっても方向属性を示すかと あと例えばですけど 基本的な概念として π電子が一周してきたら元のところに戻る っていうのが方向属ですけども これが一周回った時に 位相が半分回って元に戻ると 4nプラス2π系と4nπ系で 方向属と反方向属が逆になります 面白いですね そういうのをネビウス方向属性と言います ワクワクする名前ですね ネビウス方向属性 ちなみに研究の内容というのは 方向属性にはもう一つ大切な概念がありまして こういう例えばピレンに対して いろんな共鳴の構造式が書けます そのピレンの中で取り入れる構造式の いくつかの方法の中から 一番規模が大きいものを選ぶ時に 6インカンの数が多く書ける方を 規模が大きいとする経験則があります 私の研究では ピレンに対して2つ工夫をしまして 熱力を入れて このクラーの電磁感をかけない状態にして これに対して光を当てると クラーが現れるという化合物に対して 電磁感を2つ足すという研究をしています なるほど そうすると何かまた面白いことが起こる そうするとこれは 可視光しか吸わない分子なんですけども 電磁感を2つ足して強弱を拡張することで 人間の目に見えない近赤外まで 吸収を持つことが可能になります 高校の時に習っている方向属とかっていうのは 実はまだまだ面白いことがたくさんある そうですね 未だにもう21世紀に入っても 未だにその概念がここにも適用できる ここにも適用できるっていう形で拡張しています そのイメージなので良かったです ありがとうございます はい、ということで 松下先生の研究所にお邪魔しています よろしくお願いします 簡単にご専門をお聞きしてもいいですか? 物性物理学分野で原子の配列の研究をやっています 原子の配列 何かこの分野で未解決なことはありますか? 人類はまだ不純物の原子配列が分かっていない ということをやっています 不純物の原子配列が分かっていない どんな話か詳しくお聞きしてもいいですか? はい、例えばですね N型半導体とかP型半導体 半導体開発をする時にですね 不純物を導入して作ります 習いますね、要するに キッテルの教科書にもですね 不純物を導入すると 置換サイトに入って原子とかホールを出します というふうに書かれています 習いました テレで勉強しました 実際にはですね 半導体開発のところではですね そういうことがなくて いろんなところに入っちゃうんですね じゃあキッテルは間違いってことですか? 半導体として動くためには 置換サイトとかキッテルのところに入らないとダメなんですけど 実際にはですね 入らなくてうまく動かないというのがあるんです 現実にはその予期せぬことが起こっているということですね 半導体の分野ではですね 実際に不純物の原子位置がどうなっているんだろう というすごい長い間に解決の問題がありました 我々の研究室では光電子ホログラフィーという 新しい測定法を開発して その不純物が見えますよというのをやっています すごい どうやって分かるんですか? ここにちょっと模型を持ってきました 光電子ホログラフィーというのはですね アインシュタインの光電効果というのを用いています 物質にですね光を当てますと 光電効果で光電子が飛び出てきます 不純物が入っている物質に光を当てますと 不純物の原子から光電子が出てきます この不純物から出てきた光電子はですね こういうふうに水面の波のように 波動関数なんですけど波のように出てきます この波がですね周囲の原子で散乱されて こういうふうに波が延長を受けるんです 波のこういった振幅が大きいところに たくさん光電子が飛んできます 振幅が小さくなったところは 光電子があまり飛んでこないので これで光電子の明るいところ 暗いところというのが見えてきます これが干渉島になっているので これを測定すると 光電子ホログラムというのが得られるんですが ここからですね この立体的な原子配列というのが測定できる 面白いですね ここにあるのはそれをする機械ということですか はいそのようになります 私がですねこれ20年ぐらい 使ってきた装置なんですけれども この黒い丸いところにですね 資料を置いて そして光電子を発生させて 下側のスクリーンに投影するという 仕組みになっています ここに綺麗な模様が見えるんですね 長い間これ使ってたんですけど とても大きいので取り回しがすごく大変だったんですね そこで最近ですね 新しい電子アナライザーを作りました こういうすごいこれ実寸大なんですけど 回転寿司のお皿ぐらいのサイズですけど これも同じですね ここに光電子を出すように サンプルを置いてあげて 出てきた光電子をこのまま スクリーンに投影するという 単純な仕組みです すごいコンパクトになりましたねこれ これ開発したんですか はい開発しました 電子軌道計算というのをやってですね ちゃんと分解能が出て ちゃんとスクリーンに投影できますよ というのを計算してやっています これで10倍ぐらいいい性能になります 10倍このサイズで すごいですね なので不純物が絡む原子波列というのは これからもまだ色々明らかになっているけれども まだまだ分からないことだらけということですかね はいそうです 最初に勉強するとき 不純物邪魔者な感じがしちゃうんですけど 実はそこにまだ面白さがたくさん詰まっているということですね はいそうなります 色々お聞きできてよかったです ありがとうございました はいどうもありがとうございました はいということでですね 笹川先生の研究室にお邪魔してます よろしくお願いします まずは簡単に 研究のお専門をお聞きしてもいいですか はい私たちの研究室は 小さな集積回路 半導体の集積回路を設計して これで生き物の体の中を生きたまま観察するというような そういうところに応用する研究をしています なるほど 集積回路で生物の中を観測する そうです なるほどありがとうございます この分野での これ未解決だなというところありますか はい 人類は生態中の複雑な神経活動というものが まだはっきり分かっていない なるほど複雑な活動 はい どんなのがあるんですか 例えばですね 我々脳の中を観察できるような ものすごく小さなイメージセンサーを作っています 普通顕微鏡だと外から覗かなきゃいけないので なかなか奥の方は見ることができないんですけど これを使うとすごく頭の奥の方まで埋め込んで 脳の奥の脳心部の観察をすることができます こういう脳心部という部分は 本能に関わる原始的な 生き物の原始的なことに関わっている部分なので ここを観察うまくできると 例えば中毒症状であるとか いろいろな痛みであるとか そういうことがいろんなところが実は関わっているんですけど そこの働きがどうなっているかなというのを 解明することに使うことができていく なるほど結構生物の根本部分が そうですね 重要な話がたくさん多そうです ちなみに回路って何かあったりしますか? ここにちょっとすごく小さいんですけれども うわ小さ! いわゆるイメージセンサーです 普通のイメージセンサー スマートフォンに入っているものよりも もっともっと小さく作ってある これを自分たちで設計して 製造されたものをここに切ったものがこれになっています なるほど なんで回路を生体内に入れたら 神経活動がわかるんですか? これイメージセンサーなんで 光を検出することができる 画像を撮ることができる イメージセンサーなんですね 電気信号とかを撮っているだけじゃなくて イメージ? イメージです なるほど 生体内にラベリングをして 神経活動が起きた時に傾向が 強さが変わるような 電子操作なんかをして それで神経の活動を これを使って可視化するということです 非常に細くて小さくできているので マウスのような小さな動物の脳の奥の方まで入れて それで自由に行動している状態でも 感覚することができるというのが特徴です 結構生命の神秘的な部分に迫れる研究なんですね そうですね ありがとうございます 今後の研究期間も楽しみにしています ありがとうございました 次の研究室にお邪魔しているんですけども 広いですねこれ そうなんです ここでディスカッションとかしたりするんですよ 座っていいですか? どうぞどうぞ めちゃくちゃ自由な空間ですねこれ そうですね やっぱり自由な発想大事なんです 議論ができるように こういうスペースを大事にして研究していきたいな めちゃくちゃ斬新な絵ですけども このまま進めさせてください よろしくお願いします まず最初に先生のご専門を聞いてもいいですか? 私の専門はマテリアルズインフォマティクスといって AIであるとか機械学習を使って物質をデザインする 実験手法をデザインするというものです なるほど この分野の未解決な問題って何がありますか? 人類はどうやって物質をデザインしたらいいのか またその合成する実験をどうデザインしたらいいのかが分かってない 結構壮大ですね そうですね 普通やっぱり物質科学ってそのものを理解したいんですよ その本質は何か 理解したいです それよりはどういう風に作ったらいいのか どういうものを目的にしたらいいのかという 少し今までの物質科学の流れとは違うような考え方で研究しています なるほど 実際にAIとかが入ってきてから物質の設計って大きく変わったんですよね そうですね すごく変わりましたよね まさにそれが先生の研究 そうそう 伝統的な科学で理解があって その理解を元に次の物質の予測をするだとか設計をしていたわけですね だけど実際世の中で必要となるのって こんな熱伝導率であるとか光吸収波長であるという目的があるわけですね それに合わせて逆に物を設計しなきゃいけないので 少し思考を変えないといけない なるほど 大きく変わっている時なんですね そうですねまさに ちなみに先生の具体的なもので言うとどんなものを設計について考えているんですか 今は2つ主にあって 1つは高分子 小ポリマー 好きです 世の中ねポリマーだらけなんで我々が触るものって それの合成手法の設計です どんな温度で温めたらいいのか どれくらいの長さを温めたらいいのか このものの材料の仕込みをどれくらいで入れたら 2対3で入れればいいのか1対5で入れればいいのか 出来上がりに応じてそれを実験のパラメータを設計 いろんなものできますもんね分布があったりとか そうなんですその分布を狭くしたりだとか いい話だね それでスペシフィックなものをすごく作りたい それが1つポリマーの話 2つ目が無機材料で光触媒と呼ばれるのをやってます 実験室に4人教員がいるんですけど 合金触媒専門教員がいるので 一緒に光触媒活性を上げる 新しい材料を見つけるっていうのを そういった専門の先生もいるってことですね そうですうちの研究室ちょっと珍しくて 4人教員がいるんですよ これナラセンの特徴の4人なんですけど そのうち2人がAIというかシミュレーションで 残りの2人が実験系なんです なるほどじゃあ結構二軸で進んでるんですか 融合して進んでます 二軸じゃないと これはもうくっついてると そうそう まだ時代に取り残されてますね僕頭がね でもやっぱり日常が大変ですよ いろいろ考え方が違うんで お互いにどういう風に考えてるのか でもよくディスカッションして それでこういうディスカッションができるような 研究室にしたい だからディスカッションしやすい空間になってるんですね そうです 会話が進んだ気がしますもん よかったです ありがとうございます 今後の研究結果も楽しみにしてるんで よろしくお願いします ありがとうございました はいということでですね 今回実際に奈良先端大の 4つの研究室に行かせていただきましたけども どれも個性的で楽しい研究ばかりでしたね はい そんな研究室たちがたくさんある奈良先端大 ナイスと言わせていただきましょう はい 違いますこれボケなんですよ ボケ 奈良先端大の略称ナイストなんですよ 知ってます 知ってんの それ奈良笑ってよ ということでですね この奈良先端大はですね 学生を研究の仲間だと考えているということで 入試はですね 筆記試験はなく 小論文と面接のみで行っておりますので ぜひ興味のある方はですね 概覧にあるホームページをチェックしてみてください ということでまた別の動画でお会いしましょう さよなら