メディウム・マシーン

MediumMachine の楽しみ方

1MediumMachine とは？
MediumMachine（メディウム・マシーン）は、電子工作キットです。つまり、あなたが自分の手で作るものです。作った後で遊べますが、その遊び方もいろいろ試すことができます。しかも MediumMachine は、「複雑系」という、ちょっとむつかしいけど面白い不思議な科学の世界を、ちょっとだけ見せてくれるものです。

MediumMachine には、８×８の合計６４個の光の点があり、その光のパターンが、どんどん変化をしていきます。この、光のパターンがどのように変化をするかを決める「規則」は、あなたが決めることができます。その「規則」しだいで、不思議なパターンができたり、おもしろいパターンができたりします。その「規則」については、またあとでくわしく見ていきましょう。ちなみにこの光のパターンが変わっていくスピードも変えることができます。MediumMachine を部屋にかざるとき、気分がせかせかしているときは速く、気分を落ち着けたいときはゆっくり変化させるとよいかもしれません。
ところで MediumMachine とは、どんな意味の言葉でしょう？
「Medium」とは、油絵の絵の具をとかす溶剤のことです。いろんなものを混ぜてしまう、そんなものです。
MediumMachine のエッセンスは、電子工作、光のパターンの変化の「規則」、そして「複雑系」という不思議な科学の世界です。この３つが混じってできたのが、この MediumMachine です。そんな、いろいろなものを混ぜ合わせてできたもの。そんな意味です。
さあ、早速 MediumMachine を作ってみましょう。

2MediumMachine の作り方
MediumMachine は、「はんだ付け」という作業で作っていきます。はんだ付けは、電子工作をするときに欠かせないもので、部品を基板にとりつけて電流が流れるようにつなげるための作業です。まず、はんだ付けのコツを覚えておきましょう。はんだ付けは、「はんだごて」という道具で、「はんだ」を溶かして行います。「はんだごて」の先は熱くなるので、やけどをしないように注意しましょう。「はんだごて」と「はんだ」は、写真のように持ちます。「はんだごて」は鉛筆と同じような持ち方で右手に持ち、「はんだ」は先を延ばして左手に持ちます。熱くなった「はんだごて」の先で「はんだ」を溶かす
わけですが、次のページのような手順で作業すると、きれいにできます。ぜひ、コツを、あなた自身で覚えてください。コツは、「はんだごて」で「はんだ」ではなくて「はんだづけする場所」を暖める、ということです。がんばって体で覚えましょう。

（１）

（２）

はんだごて・はんだを用意します

まずはんだごてをあてて暖めます 十分暖まったらはんだを溶かします（４）

適量のはんだが溶けたらはんだを離します

（３）

（５）

しばらく暖め続けた後、最後にはんだごてを離します3MediumMachine の基板に、次のような順番で部品をとりつけていき、それぞれをはんだ付けします。
部品をはんだづけしたら、基板の裏に出ている長い「足」は、「ニッパー」という道具で切り取っていきます。注意してほしい点をまとめておきます。
z 「はんだごて」の先は熱くなります。やけどをしないようにしましょう。
z 「はんだごて」で「はんだ」を直接に暖めないようにしましょう。
z 部品の足を「ニッパー」で切るときは、切り取った破片が飛び散らないように注意しましょう
z 「ニッパー」などの道具でけがをしないように注意しましょう
１）基板の用意
まず緑色の基板を用意します。ここに以下の順番で部品を取り付けていきます。

２）抵抗器のとりつけ９本ある抵抗器の足を写真の折り曲げ、基板上のマークのところにとりつけます。抵抗器が基板から浮き上がらないように裏側から注意しながらはんだ付けし、余分な足を切り取ります。このとき、指で足を抑えながら切り取ると、破片が飛び散らずに安心です。１本ずつはんだ付けするとよいでしょう。
３）ＩＣソケットのとりつけ２個のＩＣソケットをとりつけます。大きいＩＣソケットは２８本、小さいＩＣソケットは１６本の足があります。小さいＩＣソケットは他の部品とともに小さいビニール袋の中に入っていますのでそこから取り出します。ＩＣ
ソケットには向きがありますので、ＩＣソケットの切り欠きが基板上の切り欠きマークにあわせます。
4このＩＣソケットは、うまくつけないと基板から浮き上がってしまいます。そこで、まず対角線上の２箇所を仮にはんだ付けをします。そしてＩＣソケットが基板から浮き上がっていないかを確認し、もし浮き上がっていたら、裏からはんだごてをあてて、はんだを溶かし、ＩＣソケットを基板に押し込んで、基板に密着させます。その後、残りのすべての足をはんだ付けします。（ちなみにＩＣとは Integrated Circuit（集積回路：電子回路をシリコン結晶の中に作りこんだもの）のことです）
４）ＬＥＤモジュールのとりつけ

赤色の四角いＬＥＤモジュールを、少し欠けている隅を基板上の切り欠きマークにあわせてとりつけます。
ＬＥＤモジュールには１６本の足がありますので、ＩＣソケットのときと同様に、基板から浮き上がらないように注意してはんだ付けします。このＬＥＤモジュールの足は長いので、切り取っておくとよいでしょう。

５）コンデンサのとりつけ
足が２本ある水色のコンデンサ（５個）を、まず紙テープからニッパーで切り離し、基板上のマークのところにとりつけます。基板からあまり浮き上がらないように注意しましょう。

６）プッシュスイッチのとりつけ

まず２個のプッシュスイッチの、裏側に出ているプラスチックの黒い２個の突起を、ニッパーで切り取ります。続いてこのプッシュスイッチを、基板の図の位置にとりつけはんだ付けします。このときプッシュスイッ
チの足の根元まで基板に差し込むときれいに仕上がります。

5７）セラミック発振子のとりつけ水色の３本足があるセラミック発振子を基板の図の位置にとりつけはんだ付けします。（これは、MediumMachine に搭載される小型コンピュータ（マイコン）に基準信号を与えるはたらきがあります）
８）ＤＳＵＢ９ピンコネクタのとりつけ

MediumMachine をパソコンと接続するためのコネクタをとりつけはんだ付けします。基板の表面に５本の端子、裏面に４本の端子がある側がくるように基板をはさむように差し込んで、多目のはんだではんだ付けします。（このコネクタは、接続面の形がＤの字に似ていることからＤＳＵＢコネクタと呼ばれます）
９）電源コネクタのとりつけ

ＡＣアダプタを差し込むための電源コネクタを基板の図の位置に取り付け、多目のはんだではんだ付けします。
１０）ＩＣの差し込み（その１）１６本の足があるＩＣをＩＣソケットに、切り欠きの向きを図のようにあわせて差し込みます。このとき IC の足が広がっていて差し込みにくいときは、図のように直角にまげるとよいでしょう。（このＩＣは、マイコンとパソコンを接続するための信号の変換を行うはたらきがあります）
6１１）ＩＣの差し込み（その２）２８本の足があるＩＣをＩＣソケットに、切り欠きの向きを図のようにあわせて差し込みます。（このＩＣはMediumMachine の心臓部ともいえる小型コンピュータです）
１２）ＡＣアダプタのとりつけと動作確認

ＡＣアダプタのプラグを基板上の電源コネクタにつなぎ、次にＡＣアダプタ本体をコンセントに差し込んでみましょう。ＬＥＤマトリクスに模様が出ましたか？模様が出ればほぼ完成です！模様が出なかった場
合は、どこかミスがあるはずですので、すぐに AC アダプタをコンセントからはずし、チェックしましょう。
１３）保護ゴムシートのとりつけ基板の裏側に、保護ゴムシートを貼り付けます。このときでっぱりぎみの部品の足を、改めてニッパーで根元近くから、基板と接合しているはんだをなくさない程度に切り取っておくとよいでしょう。

MediumMachine の使い方
MediumMachine を使うときは、AC アダプタをコンセントに差し込みます。MediumMachine には２個のスイッチがあり、それぞれ次のようなはたらきがあります。
z 「SPEED」スイッチ ：LED マトリクスの光のパターンの変化のスピードが変わります。
z 「RESET」スイッチ ：LED マトリクスの光のパターンを、最初の状態に戻します7

MediumMachine の書き込み方
パ ソ コ ン の 、 「 ス タ ー ト 」 メ ニ ュ ー の 中 の 「 MediumMachineEditor 」 の 中 に あ る 、「MediumMachineEditor」を起動してみましょう。（またはデスクトップにある次のようなアイコンがある場合はそれをダブルクリックしても構いません）※自宅に Windows の動作が動作して、「シリアルポート」がついているパソコンを持っている場 合 は 、 最 後 の ペ ー ジ に 載 せ て あ る MediumMachine の 情 報 Ｗ ｅ ｂ ペ ー ジ か らMediumMachineEditor をダウンロードして、利用することができます。
さてこの「MediumMachineEditor」を起動すると、次のような画面が出てきます。

(3)
(1)

(4)
(2)

(5)

(6)

この画面の各部分は、次のような役割があります。
(1) 動作モード。MediumMachine の２種類の動作モードを切り替えます。
(2) メイン画面。MediumMachine の光のパターンを決めます。
(3) 光パターンの変化条件。MediumMachine の光のパターンの変化する条件を決めます。
(4) 光パターンの変化指定。MediumMachine の光のパターンの変化のしかたを決めます。
(5) 「試しに動かす」ボタン。設定した変化条件のとおりに動かしてみます。
(6) 「データ転送」ボタン。MediumMachine に光パターンとその変化の条件を転送します。
MediumMachine には、「通常モード」と「ライフゲームモード」の２つの動作モードがあります。
いずれの動作モードでも、(2)のメイン画面で、MediumMachine の光のパターンを決めることができます。マウスでマス目をクリックするごとに０（白）と１（赤）が切り替わります。好きな絵を描いてみましょう。いくつかサンプルのパターンが入っていますので、メニューの「ファイル」→「開く(O)」からパターンのファイルを読み込むこともできます。

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a. 斜め線の点滅
まず左のように、「通常モード」を選び、メイン画面に斜め線を描いてみましょう。そして「光パターンの変化条件」のところはすべて「＊」マーク、「光パターンの変化指定」のところは「反転」を選びます。そして「試しに動かす」ボタンを押してみてください。

すると左のようなパターンにと白が入れ替わを押すと、また変化するはずです。すべてのマス目の赤りました。もう一度「試しに動かす」ボタンもとのパターンに戻るはずです。
「光パターンの変化条件」は、３×３の９個のマス目の真ん中を基準として、そのまわりにある８個のマス目がどのような値（白（０）・赤（１）・灰（＊））のときに「光パターンの変化」を起こすか、を決めます。いま設定した条件は、すべて「＊」、つまりまわりの８個のマス目が「任意」（白でも赤でもよい）のときに、「光パターンの変化」が起こる、ということを示しています。つまりこの場合、すべてのマス目で、「光パターンの変化」が起こります。
ここで設定した「光パターンの変化」は、「反転」でした。つまりこの場合にすべてのマス目で起こる「光パターンの変化」は、白と赤を反転させる、ということになります。結果として、メイン画面に描いたパターンのすべてのマス目の白と赤が交互に入れ替わる、ということになります。他にもいろいろなパターンを描いてみて試してみましょう。
さて気に入ったパターンが描けたら、MediumMachine に転送してみましょう。パソコンとシリアルケーブ
ルで MediumMachine を接続して、MediumMachine に AC アダプタをつないでの電源を入れておきます。
その状態で、「データ転送」のボタンを押すと、いま設定した光パターンとその変化条件がMediumMachine に転送されます。
さっそく MediumMachine の「START」ボタンを押してみましょう。さきほど設定した光パターンが、点滅をするでしょうか？
気に入った光パターンは、メニューの「ファイル」→「名前を付けて保存（N）」で保存することができます。

9b. 斜め線の移動

こんどは、描いた光パターンを右に移動させてみましょう。MediumMachineEditor で、図のような光パタンと、２つの光パターンの変化条件とその変化を設定してみてください。２つめの光パターンの設定は、右上の方の左右の矢印（※のところ）で「条件」のところを切り替えて別々に設定します。
設定したら、さっそく「試しに動かす」ボタンで動かしてみましょう。右のように、順番に斜め線が右に動いていくでしょうか。ちなみにメイン画面の左端と右端、上端と下端はつながっているので、右にはみだした分は左から出てきます。
ここで設定した条件は、次の二つです。
1.マス目の左側が白（０）だったらそのマス目は白（０）になる
2.マス目の左側が赤（１）だったらそのマス目は赤（１）になる
つまりすべてのマス目が、すぐ左側が白なら白になり、赤なら赤になることになります。その結果、すべてのマス目のすぐ左側の色がその右側のマス目に移ることになって、光のパターンがどんどん右に動いていくことになります。
できあがったら MediumMachine に転送して動かしてみましょう。
このような調子で、いくつかの条件を設定することで、いろいろな光のパターンの点滅ができるはずです。いろいろ遊んでみてください。
c. ライフゲームモード
最後に、動作モードを「ライフゲームモード」にして遊んでみましょう。ライフゲームについて詳しいこと
は、次のページの「MediumMachine で「複雑系の世界」をのぞいてみる」をみていただくとして、これは、光パターンの変化条件が、あらかじめ決まっているものです。いろいろなパターンで遊んでみてください。もちろ ん MediumMachineに転送できます。

10MediumMachine で「複雑系」の世界をのぞいてみる
さて MediumMachine は、「通常モード」と「ライフゲームモード」があって、それぞれいろいろな光パターンの点滅をつくることができました。これは、実は最近できてきた新しい科学の世界である「複雑系」と呼ばれるものと、とても深く関連しています。
「通常モード」は、マス目の白か赤の色が、そのまわりの８個のマス目の色に応じて変わる、というものでした。これは、１９４０年ごろに、生物の成長について研究していた数学者のウラムという人と、フォン・ノイマンという人によって考えられたもので、「セル・オートマトン」という名前がついています。ちなみにフォン・ノイマンは、コンピュータの発展の基礎をつくった人でもあります。
「セル・オートマトン」は、１９８０年ごろにイギリスのウルフラムという科学者によって深く研究されました。
その結果、「セル・オートマトン」は、次の５種類に分類できることがわかりました。
１． あるパターンで変化しなくなる
２． ある一定の周期でパターンが変化する
３． パターンがランダムに変化する
４． 非常に複雑だがランダムではない変化をする
５． その他
１．と２．は、見ていてあまりおもしろくないかもしれませんが、３．と４．は、見ていてあきないかもしれません。
さてその後、アメリカのグラントンという科学者がより深く研究しました。この人は、「人工生命」というものを始めて考えて研究を始めた人でもあります。これは、生物が、卵細胞から個体に発生していくような、非常に複雑なことをモデル化するものです。このように、最初は一つの細胞だったものが、どんどん細胞分裂をして個体になっていく過程を「自己組織化」と呼びます。これは、細胞自身が、自分の中に持っている情報をもとに分裂・分化していって、複雑な形の個体をつくりだす過程のことですが、これのモデルとして、「セル・オートマトン」を使ったわけです。
このグラントンの研究の結果、１．あるいは２．のような、見ていてつまらないセル・オートマトンが、ある条件のもとで、４．のように、ランダムではない複雑な変化をするようになることがわかりました。この変化が、全くランダムではなく、複雑だがある規則がある変化をする、というのが重要です。これが、１個の細胞から生物の個体になっていく過程と似ている、というわけです。ランダムに変化してしまったら、生物の個体の形にはならないはずです。
このように、非常に複雑だがランダムではない変化をするものを研究する科学が、「複雑系」と呼ばれるものです。もちろん、「セル・オートマトン」は、生物の発生のモデルとしては単純化されすぎているので、「セル・オートマトン」がわかったからといって、生物のすべてがわかるわけではありません。このあたりは、世界中の「複雑系」の研究者が研究をしている、最先端の科学です。（はこだて未来大でも研究をしている先生が何人かいます）
もちろん生物というものは、「複雑系」の研究対象ですが、その他にも、複雑だがランダムでない現象、というのは世の中にたくさんあります。たとえば空の雲の形、天気の変化、株価の変動、物質の性質、などなど、「複雑系」が対象とする分野はたくさんあります。
興味を持った人は、いろいろな本が出ていますので、本屋さんで探してみてください。

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さて MediumMachine のもう一つの動作モードである「ライフゲーム・モード」についてお話しておきましょう。ライフゲームとは、マス目の赤・白が、まわりの８個のマス目によって次のような条件で変化をするｍのです。
１． まわりに２個の赤（１）があったら、そのマス目は変化しない
２． まわりに３個の赤（１）があったら、そのマス目は赤（１）になる
３． まわりの１個以下の赤（１）しかないときは、そのマス目は白（０）になる
４． まわりに４個以上の赤（１）しかないときは、そのマス目は白（０）になる
広い草原に動物がたくさんいる状況を考えてみてください。動物がいる状態が赤（１）、いない状態が白（０）だと考えてみましょう。
ある動物のまわりに誰もいなかったら、エサがないので死んでしまいます。これが３．にあたります。
逆にまわりにあまりたくさんの動物がいると、エサがなくなってしまって、やはり死んでしまいます。これが４．にあたります。
まわりに、ちょうどよい数（この場合は３匹）の仲間がいるときは、子供が生まれます。これが２．にあたります。
そしてまわりに２匹のときは、共存して動物の数は変わりません。これが１．にあたります。
このようにライフゲームは、広い範囲にいる動物の数がどのように変わっていくか、を調べるためのものとして考えられました。このライフゲームは、マス目の色が、まわりのマス目の色に応じて変わるわけですから、先ほど出てきた「セル・オートマトン」の１種です。
このライフゲームの光パターンの変化の規則はこれだけのものですが、なかなかおもしろい変化をするパターンがあります。いくつか有名なものを紹介しておきますので、ぜひ試してみてください。

ブリンカー

ビーコン

ヒキガエル

とけい

グライダー

軽量級宇宙船（「MediumMachine の楽しみ方」：(c)J.Akita, 2005.7）※MediumMachine に関する情報はすべて以下のところから参照できます。
http://plan.akita11.jp/mmx/
内容に関するお問い合わせは、以下までお願いしいます。
秋田純一 （金沢大学 工学部 情報システム工学科 講師）〒920-1192 金沢市角間町 / E-mail：akita@akita11.jp
URL: http://akita11.jp/

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