高専／高校セミコン「The 高専＠セミコンジャパン2011」に「キリンはなぜ首が長いのに呼吸できるの？」を出展して東京工業高等専門学校

機械工学科

し みず

清水あきひろ昭博

１．はじめに
今年度の高専ロボコン全国大会では、３月11日の東日本大震災と原発からの放射能汚染によって極めて悲惨な被害を受けた地域に建つ「仙台高専名取キャンパス」と「福島高専」の両校による決勝戦となり、仙台高専名取キャンパスが優勝及びロボコン大賞を受賞し、全国の視聴者に大きな感動を与えてくれた。苦難を乗り越え、栄光に輝いたこれらの高専生らに対し、大いに称賛し、敬意を表したい。
さて、高専ロボコンに関わっている小生にとってとてもありがたい高専ロボコン協賛企業の一つである「東京エレク
トロン FE 株式会社」の人事総務部の常田正英課長より今年度も「The 高専＠セミコンジャパン2011」に卒業研究を出展しないかとの要請を受けた。昨年度、井の中の蛙が大海に飛び込み、多くの方々から助言や激励を受け、その多図２

くがとても参考になったので、二つ返事で出展させていたなった関係者の方々：（右から）㈱アドバンテスト社長室広出展ブース前で学生と㈱アドバンテストのお世話にだくことにした。今年度は清水研究室の２名の５年生によ報 IR 課の鶴田さつき課長、伊藤由美様、同人事総務部採用

るポスター発表と「キリンはなぜ首が長いのに呼吸できる教育課の杉原大二郎様、佐藤正樹、田中勇祐、清水昭博の？」と題した展示をした。以下に出展内容や参加学生らの感想等をご紹介する。

２．出展内容等
２－１

出展ブース

今年も昨年と同様に、最新鋭の半導体テスターを主力製品とする株式会社アドバンテスト様が図１のような立派な出展ブースを提供して下さった。昨年度は２メートル強の間口であったのが、今年度は約５メートルとかなりゆったりしたスペースを提示され、恐縮したが、ちょうど「キリンの長い気管」をイメージした２メートルに及ぶ展示物を考えていたので、「渡りに船」の状態でとてもありがたかった。
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出展内容

２−２−１ 展示：
「キリンはなぜ首が長いのに呼吸できるの？」
昨年度と同様に「振動流による換気」がキーワードであった。キリンも脊椎動物であるため、呼吸によって肺胞内で炭酸ガスと酸素のガス交換をする必要がある。しかし、首、すなわち、気管が長く、その内容積はデッドスペースとして換気に関与しない。かなり大きな肺活量がないと肺胞まで到達せず、キリンは息が苦しくないのか、との素朴な疑問が生まれる。呼吸は、１周期中の平均流量及び平均流速が０の流れ、すなわち、「振動流 oscillatory flow」を形成している。実は振動流には意外にも物質移動速度がとても大
図１

株式会社アドバンテスト様がご用意して下さったブースの全景きくなる素晴らしい性質があることがわかり、1980年代以降に多くの研究がなされてきた。筆者は、キリンの気管軟SEAJ Journal 2012. 1 No. 13621図３

２種類の管路内にドライアイスとお湯によって発生させた霧による流れの可視化風景（手前が管端部）

図４

管端部のおける流れの可視化の様子：上が渠付管で、渦による乱れが激しい。

骨による気管内面の凹凸にも物質移動速度を上昇させる効果があるのでは、との仮説を立てて、定量的に「有効拡散係数」を測定する実験を繰り返してきた。結果として、円周方向に溝を付けた管の方が、滑らかな直管よりも有効拡散係数が大きくなることがわかった。そこで、図３に示すような装置で、溝付き管と直管を使った振動流の違いをドライアイスとお湯によって発生させた霧で可視化の実演をした。図５は実演をしながら、学生２名がお客様に説明している場面の写真である。溝付き管内の溝内部に渦輪ができ、その運動がかすかに観察でき、層流状態の直管内の流れと対比できた。欲を言えば、もう少しはっきり見えたらよかった。
２−２−２

卒業研究ポスター：「リフレッシュ機能付き振動流による換気」
５年機械工学科

さ とうまさ き佐藤正樹

呼気弁の開閉で排気している現在の人工呼吸器に、呼気図５

展示物（三角カムを使用した間欠振動流発生装置による流れの可視化装置）とお客様に説明する学生：右から２人目が佐藤君で、４人目が田中君

弁を開くというだけでなく、呼気の位相に、新鮮な空気のジェットを入れて、炭酸ガスを多く含む空気を排出する機なり、さらに正弦波状の振動流の代わりにピストンの上下能（以下、「リフレッシュ機能」と呼ぶ）を付加した場合の、の死点で60°の位相ずつ休止する間欠振動流を流すとさらに管路内の振動流による有効拡散係数を測定して換気の速さ大きな有効拡散係数が得られることが筆者らのこれまでのを定量的に評価しようとする研究である。新鮮な空気がピ研究でわかっている。間欠的に停止時間を与えると、なぜ、ストンの上死点を通過した瞬間のわずかな時間（周期の１このような物質移動の促進が起こるかを、流れの可視化に/10）だけリフレッシュ機能を付加した場合、有効拡散係数よって解明しようとする卒業研究である。停止時間中でもが約４倍に上昇したという実験結果を示した。

渦を中心にした内部の複雑な流動が継続しており、流体の撹拌が行われていることがわかった。

２−２−３

卒業研究ポスター：「溝付管内における間欠振動流の可視化」


５年機械工学科

た なかゆうすけ田中勇祐

直管内に正弦波状の振動流を流すと物質移動が促進され

３．参加学生の感想
５年機械工学科

佐藤正樹

るので、人工呼吸器に応用されている。さらに気管内面のセミコンジャパンで卒業研究の発表の機会を頂けると聞ように凹凸のある溝付管内では、直管よりもさらに大きくいて、はじめての外部における発表ということで楽しみで

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SEAJ Journal 2012. 1 No. 136

高専／高校セミコンあったと共に、準備への不安もあった。
しかし、実際のところ３日間あっという間に思えるほど、充実した時間を過ごさせていただいた。自分の研究内容をしくもあった。そして、研究室に帰ったら、もっとしっかり研究をしなければ、と思わせていただいた。

他の人にどのようにしたらわかりやすく伝えることができ

４．展示をご覧になった方々の感想等の例

るか考える過程において、自分の研究内容を改めて見直し、お客様から頂いたいくつかの声を以下にご紹介する。

理解を深めることができる良い機会となった。また、「半導●地道だがとても面白い研究である。

体」の展示会ということで機械工学を専攻する自分とは異●キリンの長い首の秘密がわかって良かった。

なった分野の方々にも研究内容を説明する機会があり、そ●特許を取っておくべきでは？の際には自分とは異なった視点からの助言をいただき、と●半導体製造装置からの廃棄物の輸送に使えないか？ても良い経験となった。

●推薦者がいれば、イグノーベル賞に匹敵するかも？

そして、産業界で活躍している高専出身の先輩方にもいらしていただき、普段あまりお話することができない方々とも交流でき、自分も先輩たちに負けないような技術者になりたいと思った。また、今年からはじめられたプレゼン●お金儲けにつながらない研究はやめた方がよい。
このように、励まされたり、批判されたり、と様々であったが、とても参考になった。今後の研究に役立てたい。

大会を通して他の学校の学生とも交流できたのでよかった。

５．まとめ

学生のうちに、今回のような機会をいただけたことは、今「キリンはなぜ首が長いのに呼吸できるの？」と銘打った

後大変役に立つ貴重な経験であり、本当にありがたいこと展示と２名の卒研学生によるポスター発表を実施した。昨だと思う。関係者の皆様や、説明を聞いてくださった方々

年に引き続いて２度目の出展のため、展示物も新たに作りに感謝したい。

直して２種の管路の比較ができる間欠振動流可視化装置とした。参加学生は一新されたが、その感想より、多くの第５年機械工学科

田中勇祐

一線の技術者や経営者の方々と接し、プレゼンテーション

半導体製造装置関連の世界最大級の国際見本市に卒業研能力の向上とともに様々なことを学び、学生らは大いに成究のポスター発表をするというお話を先生から伺った時、長したように感じる。研究内容についても、多くの方々か人前で話すことが得意でない自分にとってとても不安だっら様々な励ましや助言等を頂いた。またの機会が与えられた。でも、エンジニアとしてプレゼンは必要であり、多くたならば、さらに研鑚を積んだ上で再び出展したい。の第一線の技術者の方々に対してお話できることは少しだ

最後に、美しいブース等の提供をして下さった株式会社け光栄でもあった。最初はわかりやすくプレゼンすることアドバンテスト様と高専ロボコンに協賛され、今回４年目ができず、多くの方々にお聞き苦しい思いをさせてしまい、になる本企画を強力に推進されている東京エレクトロン FE苦労した。しかし、やさしく聞き返してくれる方も多く、株式会社様を初め、多くの関係の皆様に対してこの紙面をだんだんとスムーズにプレゼンできるようになり、少しだ借りて感謝の意を表する。本企画が今後とも継続されるこけ自信がついた。質問に答えられない場面もあり、研究内とを切に望むとともに日本の半導体製造装置産業の益々の容に対する不勉強が暴露されているようで、とても恥ずか発展を祈念する。

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