日本機械学会誌12016. 9Vol. 119 No. 1174●●●

革新的減災のためのMecha-X
Mecha-X for Disaster Mitigation

執筆者プロフィールとで，いずれは自然の脅威がエネルギー源，活力源に見え■1984 年東京大学大学院工学系研究科金属工学専門課程修了，工学博士，東京大学生産技術研究所助手，特別研究員，千葉大学工学部助手，同大学助教授，准教授を経て，2009
年教授，現在に至る■主として行っている業務・研究・知的材料，構造システム・スマート材料・減災，サステナブル工学■勤務先
正員（フェロー） 千葉大学教授 大学院工学研究科 人工システム科学専攻 機械系コース
Hiroshi ASANUMA （〒263-8522 千葉市稲毛区弥生町 1-33／
E-mail：asanuma@faculty.chiba-u.jp）

浅沼

るようになるだろう．容易ではないが，長年研究した「知的材料・構造システム」のコンセプチュアルで革新的な成果を活用すれば，画期的防・減災が可能になると確信した．
その過程で，減災と持続的発展を両立可能な「減災・サステナブル工学」という着想に至った（1）．

博

それは災害時のみならず日常利用が可能な，減災目的のサステナブルな仕組み創成の学問である．平時の有用な機能発現により，社会の持続的発展を可能とするものであり，多分野にまたがる知的融合工学である．従来の防・減災目的に加え，発電機能等の付与により常時有用な機能を発現

1. はじめに―減災・サステナブル工学させることで，社会の経済・資源的負荷を軽減させ防・減大規模災害が世界で常態化し，科学技術の進歩にもかか災技術自体を持続的に発展させる，さらにはその産業化にわらず，多くの命が損なわれ続けている．筆者は防災の専より防・減災と経済性とを両立させるというイメージであ門家ではないが，3.11 を機に，己の専門を生かし何かでる．その概念を，防波を例に概要で示すと，図 1 のようきるはずだという思いを強くした．住み慣れた日本だが，になる（2）．

らこそ，日本人はそれをバネに，ますます強く，賢く生き

2. 知的材料・構造システムと防・減災のための Mecha-X

る力を高め，自然の驚異が脅威でなくなるまで努力するこ「減災・サステナブル工学」の発想を可能にしたのは「知まさにディザスターフロントとでも言うべき立地だ．だか

Coastal forest

Disaster Mitigation &Sustainable Engineering
Breakwater

Not only
mitigation,
but also …

Float

Harvestingenergy図1

Artiﬁcial and multifunctional forest
Deployable structures

Environmentallyfriendly

Aesthetic
etc.

防波構造を例にした「減災・サステナブル工学」のコンセプト説明図

─2─

再_06_浅沼氏.indd2※図中の文字，日本語は全て打ち直しております．ご確認下さい．また，日本機械学会誌では図中の表記は日本語となりますので英文は日本語での表記をご記入下さい．

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Smart Mechanical Material
Systems

ConventionalSensor

JointSensing
Actuating
Healing

EVOLUTION

CylinderServo valve
Pump
Motor
Oil tank

StructuralmaterialActuator

図2

Microstructures
Type Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，…

スマート機械材料システムの概念
Naturalcooling

Hot press
Metal works as“Muscle”
・High CTE（Isotropic）
・Low electrical resistance（b）Actuation
293K

Joule
heating

373K

Naturalcooling

50mm（c）Demonstrator（Hatch type）（a）Concept

図3

Transverse
directionαAl≒αCFRP

Jouleheating

Insulator（GFRP，KFRP，etc.）
CFRP works as“Bone”“Blood Vessel”and“Nerve”
・Low CTE in fiber direction
・High CTE in transverse direction
・High electrical resistance
Copper foil（Electrode）

Fiber direction
αAl》αCFRP

アクティブラミネート（スマート機械材料システムの一例）

体が環境から情報・刺激，力・エネルギー，物質等を積極的に取り込み，活用するというソフト的視点も有する融合的システム創成を目指す研究領域である．それは防・減災目的の科学・技術を支援，意識改革と異次元の展開をもたらし，ディザスターフロント日本で新たな学術領域を創成，革新的減災産業創出の学術基盤ともなり得る．それを世界に発信し，革新的防・減災，安全・安心を提供したい．
中でも筆者のグローバルな共同研究チームにより長年研究成果を蓄積した「スマート機械材料システム」は，「知的材料・構造システム」の一種であり，構造材料に種々の機能を発現する材料・構造をできるだけ組織として融合させる，より具体的な例としては，センサ，アクチュエータ
（a）写真
図4

等を材料機能として構造材料に融合させ，“ 感 ” じたり “ 動 ”（b）模式図いたりする “ 感動 ” 的機能等をコンパクト，ロバストに発フラップゲート式防潮壁（日立造船（株））現させるものであり，図 2，図 3 に示すように，機械シス的材料・構造システム」という筆者らが長年培ってきた航テムをできるだけ材料の範疇に進化させるというシナリオ

空・宇宙分野中心の革新的研究領域である．すなわち，軽を描いて来た（3）．機械的性質に優れることが特長で，複雑く強い先端的構造物の形状や機能の可変性とその可逆性，な機械の単純化にも有用であり，極限環境での使用，防・自律応答性，多機能化（環境発電，自己修復等）を目指す，減災目的の使用に最適である．

また，単なる機械材料・ハードの分野に留まらず，材料自世界では複雑化が加速し，それへのインテリジェントな─3─

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Large Tide Gate

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Backﬂow Prevention Gate

【Existing Water gate technology】
no energy，no operation，Rising Seawall

Flap－Gate Type Breakwater

neo RiSe－D（Air Duct）

neo RiSe（Land Lock Gate）
neo RiSe－W（Wall Surface）

neo RiSe－SL（Super Lock Span）

図5

neo RiSe－A（Building Entrance） neo RiSe－L（Subway Entrance）

フラップゲートの各種製品例（日立造船（株））（a）Deployable structure（Ocean type）

Float

Energyharvesting（b）Deployable structure（River type）
Float
Membrane

Wave mitigation

Follow the water level
Many others－Shelter，furniture，etc.

（c）Artificial forest
Tsunami，etc.

Artificial andmultifunctional forest
図6

具体的な開発アイテム例

Float（POM cylinder）

対応が大流行りだが，そのような社会は大規模自然災害にPVC ﬁlm（Thickness：0.2mm）

対しロバストだとは言い難い．情報ベースで避難中心の防15300

L-shape aluminum frame（30×30×2mm）

災が現実的なことは理解できるが，ハード中心の防・減災

Honeycomb structure（6×2stack）にも最大限の努力を続けるべきだ．メカ屋が創造性を発揮

30300する必要性を感じている．このような現状で Mecha-X は（a）実験モデルどうあるべきか．
防・減災 Mecha-X は，できるだけ単純で，信頼性が高く，Height ofstructure，hs

持続性に優れることが望ましい．筆者が提案してきた上記
スマート機械材料システムも出番である．防・減災のための，単純・高信頼性，高機能，無動力，無電源の機械が実（i）Initial state
Height of water，hw

現したら，大変魅力的だ．自然の力，災害の元凶を利用す

Height ofstructure，hsることもポイントである．災害の物質自体も利用できれば素晴らしい．筆者らがさらに提案しているのは，その日常利用である．そのために，新たな学問まで考え始めた．そ（ii）Deployed state（b）研究成果

図7

れが「減災・サステナブル工学」である．まだ聞きなれな

水追従型堤防の実験モデル（a）と研究成果（b）

い学問であると思うが，日本機械学会の年次大会等を中心に，学術講演セッション，ワークショップ等の企画，また
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流れの方向を変え，その摩擦てエネルギーを低減させる .

太陽光発電

人工筋肉と調製バネを組み合わせた免振バネ

海上のアクテビティ

ウィング・プレートに発生する浮力と波の動きによる波力発電
海流
津波の流速を下げて週上威力を低減し，避難時間を確保する .

Usual Section

Fluttering Plan

波の方向を変える

津波位置エネルギーとバネ応力の吊り合い連結されだウイング・プレートが伸び上り，津波を反転させて50% 程度の浸入を防ぐ

波の力を相殺Damping Section

図8

波のエネルギーを低減

Fluttering Plan

革新的防波堤群の提案（竹中工務店）

さまざまな内外の講演会等で基調講演等も多数させていたは倒伏の補助となったり抵抗となったりするよう工夫されだいた．減災・サステナブル工学という名称で，千葉大学ている．本装置は，すでに浜岡原子力発電所に 10 基納入内に，また最近，機械材料・材料加工部門に同名の研究会されるなど画期的実績があり，防・減災分野における Me-を創設させていただいた．

cha-X 実現に向けた大きな起点である．同製品は日本機械

このようなことを考え活動してきた過程でさまざまな刺学会関西支部賞（技術賞）を受賞している．いずれ機械遺激的出会いがあったので紹介する．減災・サステナブル工産に登録されると期待している．筆者は同社製品の減災・学を真に実現するまでには，まだ膨大な努力と時間を要す

サステナブル工学バージョン化に強く期待し，仲保らとアるが，まずは，Mecha-X への原点とも言うべき，大変未イデアを捻出中である．

来的でありながらすでに現実のものとなっている傑作を紹図 6 に，筆者らが 3.11 後，知的材料・構造システム研介したい．日立造船（株）の仲保らによって開発されたフ究を防・減災向けにシフトさせ開始した未来防災的，Me-ラップゲート式防潮壁「ネオライズ（neo RiSe：no ener-

cha-X 的な，いくつかの具体的研究アイテム例を紹介する．

（4）gy, no operation, Rising Seawall）」 で あ る（ 図 4，5）．

図 7 には，代表例である水位追従型堤防の実験モデルとセンサ，アクチュエータ，電源を用いることなく，自然の実験風景を示す（5）．そのスマート機械材料システム化によ

力と物質をその場で利用し動作する優れ物である．その動り，発電機能付与等も検討中である．ほかにも，
エアーバッ

作を同図（a）に，模式図で同図（b）に示す．後者には，グタイプを Shahinpoor（メイン大学）と，メンブレンタカウンターウェイトの効果が示されている．すなわち，可イプを安達（中部大学）と，知的防潮林タイプを Aimma-動壁（扉体）が，起立時にはそれが起立を促進する方向にnee（モンクット王工科大学）らと共同研究中である．そ作用し，倒伏時には，急激な倒伏を抑止する方向に作用すの関連研究，すなわち，圧電ポリマーによる波力発電（Suる．扉体が起立または倒伏の途中に，その水平面に対する（NASA）），Disaster Deployable Device（Nejhad（ ハ ワ イ

傾斜角が 10～80 度になったときカウンターウェイトが最大学）），インフラモニタリング（Paolozzi，Felli，Paris（ロー下点となり，前記の傾斜角を分岐点として扉体の起立またマ大学），Vendittozzi（ブラジリア大学）），超高信頼性接─5─

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1

Flow simulation

PVDF，IPMC，etc.

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Deployable structure model

MFC（NASA LaRC）

Piezo-Al（Chiba Univ.）

A new design of tsunami barrier using computational fluid dynamics（CFD），
and its next plan to be multifunctional.
図9

革新的防波構造・材料システム合（Hihara，Sugamoto（ハワイ大学））等も鋭意推進中で筆者らのこれまでの研究は，水関連の災害を対象としてある．このようなグローバルな共同研究ネットワークを構いる印象が強いが，今後はあらゆる災害を対象に，災害の築中であり，研究会メンバー（千葉大学，日本機械学会，新たな捉え方に始まり，それに基づいた革新的防災に至るほか）とともに研究組織も立ち上げたい．

まで，鋭意研究を遂行する．ディザスターフロントからス

3. おわりに―ディザスターフロントからスマートジャパンへ

マートジャパンへ．筆者の切なる願いである．

以上，防・減災 Mecha-X 実現に向けたチャレンジの一文部を紹介させていただいた．耐巨大津波という壮大なチャ

献（ 1 ）浅沼 博，減災・サステナブル学提唱，日刊工業新聞，
2016 年 5 月 23 日．
（ 2 ）Asanuma, H., Su, J., Shahinpoor, M., Felli, F., Paolozzi, A.,Nejhad, M., Hihara, L., Aimmanee, S., Furuya, Y., Adachi,K., and Yanaseko, T., Disaster Mitigation Based on Smart
Structures/materials, Proc. SPIE Vol. 9803, 980302-1,（2016）.（Keynote）（ 3 ）Asanuma, H., Intelligent Composite Materials Having Capabilities of Sensing, Health Monitoring, Actuation, Selfhealing and Multifunctionality, Chapter 20 for“IntelligentMaterials”edited by M. Shahinpoor and H.-J. Schneider
and with foreword given by P.-G. de Gennes（Prix Nobelde Physique 1991）, Royal Society of Chemistry,（2007）, 478490.
（ 4 ）仲保京一・ほか，浮体式フラップゲート，日立造船株式会社，特許第 5762822 号，2015 年 8 月 12 日．
（５）Asanuma, H., Okabe, S., Proposal of Honeycomb-based Deployable Breakwater, Proc. SPIE Vol. 9803, 98034U-1,（2016）.
（６）西岡浩是・ほか，防波堤及び防波堤群，株式会社竹中工務店，
特願 2011-149500，2011 年 7 月 5 日．
（７）Asanuma, H., Shahinpoor, M., Su, J., Adachi, K., Kubo, M.,Maruyama, Y., Tanaka, G., Disaster Mitigation and Sustainable Engineering Based on Smart Structures, Intl. Innovation Workshop on Tsunami, Snow Avalanche & Flash
Flood Energy Dissipation, January 21-22,（2016），Lyon,France.（Plenary Lecture）

レンジは止めるべきではない．何年かかっても続ける価値はある．図 8 には西岡らによって提案された津波減波システムを示す（6）．Mecha-X にふさわしいアイデアである．
今後に期待したい．
図 9 には筆者らのこれからの研究課題の一例を示す（7）．
単なる剛な構造物でなく，フレキシブルで，ナノレベルからの材料・構造システム設計により画期的機能を有し，革新的ものづくりにより創成される Mecha-X である．ナノテクノロジーは言うまでもなく，超高比強度構造材料システム（ハイパフォーマンスアクティブラミネート等々），超長期信頼性，超長期耐食性，超高強度・信頼性接合，エネルギーハーベスト，超低消費電力，自己修復，自律的自己最適化構造等々に関連した刺激的研究テーマの宝庫である．
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