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ナノテクノロジーを制するものが世界の半導体を牛耳る

今回はまじめな話題であります。半導体を制するものが世界を制するとよく言われます。ブログタイトルはこれをもじって言い替えたものです。米中冷戦の中、米のペプシ下院議長の台湾への電撃訪問で中国が反発、台湾を封鎖する形で行った軍事演習はご存知の通り。アメリカと日本は台湾とは友好国であり協力関係にあります。台湾はアメリカにとってアジア地域の前線基地であり、中国が台湾を統一したら、アメリカや日本を含むアジア地域諸国の安全保障は脅かされます。

ロシアによるウクライナ侵攻や北朝鮮のミサイル実験などの報道から、中国による台湾有事も決して他人事ではありません。アメリカや日本が台湾を支援するのは、アジア地域の前線基地だけではなく、他にも大きな国家戦略があるからです。

昨夜9時、NHKスペシャル「半導体・大競争時代」という放送番組があり興味深く拝見しました。今週と来週2回に分けての放送されます。昨夜は1回目の放送で、安全保障上 敵を圧倒するためにも、半導体の覇権を獲得することが、国家の命運にもつながる重大事項であることを紹介しています。

今や半導体は家電・自動車・航空機・通信機器・AI(人工知能)などいたるところに利用されおり、次世代の産業を支えるさまざまな技術に活用されています。冒頭の写真は、私がバッテリ交換のため、iPhone6を分解したものです。基板には約5mm~10mm四方の無数の端子のついた板状のものがあちこちに埋め込まれています。

板状のものは、LSI(Large Scale Integration)と言われる大集積回路であります。LSIはトランジスタやダイオード、受動素子など集積させて複雑な機能を実現する電子回路部品です。これら回路部品は半導体(シリコンなど)で構成されています。CPU(頭脳)はじめカメラ(イメージセンサー)の画像処理、音声認識などさまざまな半導体が使われています。

ここで登場するのがナノテクノロジーです。主に100ナノメートル以下の微細なスケールの物質(半導体など)を操る技術のことです。ナノとは正しくはナノメートル(nm)のことを表しており、長さの単位です。1nm=10−9 m 、つまり10億分の1メートルです。

・1m=1,000mm (1000ミリメートル) 1mm=10−3 m
・1m=1,000,000μm (100万マイクロメートル) 1μm=10−6 m 
・1m=1,000,000,000nm (10億ナノメートル) 1nm=10−9 m 

細菌でさえ100万分の1メートルなので、ナノがどれだけ小さいものかが分かります。たとえ話で地球の大きさを1とすると、10億分の1の大きさはビー玉くらいになるそうです。

半導体は回路巾を細くするほど性能アップに繋がります。回路を細くすればデータのやりとりする回路を増やすことができ処理能力が上がります。日本の半導体製技術は40ナノが限界で家電などに使われています。2ナノ半導体はAI・自動運転などに使われており、アメリカのIBMがすでに開発済です。台湾の先端半導体(14ナノ以下)の供給量は世界シェア70%を占めています。

製造しているのはTSMC(1987年設立)という会社で時価総額54兆円、トヨタの約2倍もあります。アップルのパソコンやスマホで使う4ナノ半導体製造をTSMCで受託・量産しており、アップルは最大の顧客でもあります。中国のスマホ大手からも製造を請け負っています。台湾の半導体製造供給は、米・中にとって不可欠な存在になのです。

アメリカは半導体の設計のみで海外に製造依頼。中国は半導体製造国ですが先端半導体は製造不可。台湾は先端半導体製造で世界シェア70%。アメリカは中国に対抗するためアリゾナに巨大なTSMCの製造工場を誘致・建設中であります。来年から4ナノ半導体の量産が可能に。日本も熊本に同じくTSMCの工場を誘致・建設することになりました。

プーチンのような独裁者がウクライナを侵攻したように、台湾は中国の一部であり統一のための武力行使もよさないという考えももっている習近平主席は台湾侵攻やりかねません。アメリカは台湾を守ると言っていますので、台湾を巡って米中がヒートアップし対立しているという訳です。

台湾がもし中国から武力行使を受けるようなことがあれば、中国はもちろんのこと世界に重大な危機に陥れることになります。現時点では台湾の存在が他にとって代わられることはありません。アメリカや中国は日本にとっても大事なマーケットであり、米・中・日が空中分解になりかねない台湾有事のないことを願うばかりです。

余談ですが、「2022 FIFAワールドカップ」で、「三笘の1ミリ」と言われた軌跡みたいな判定は、ボールに内臓された半導体チップによるVAR(ビデオ・アシスタント・レフェリー)で行われました。スタジアムに12台設置するトラッキングカメラの情報とボール内蔵チップによってオフサイドなどを正確に判定するシステムですが、半導体技術はスポーツ界にも応用されています。

宙に浮いているレゴブロック?摩訶不思議な仕組み「テンセグリティ構造」

左側のレゴブロックが三本の鎖(チェーン)によって宙に浮いています。この摩訶不思議な仕組みが分かりますか? 初めて見た時は、右側2本の長い鎖が、鎖に似せた支柱になっているのかと思いました(笑)

これは、レゴブロックのカスタムモデル設計を手掛けている デザイナーJK Brickworks(ジェイ・ケイ・ブリックワークス)が、「テンセグリティ構造」を利用して作ったものです。テンセグリティ(tensegrity)とは、「Tension(張力)」と「Integrity(統合)」の造語だそうです。

二つのレゴブロックはが互いに接続されておらず、鎖の物理的バランスによって成立しています。つまり、変形コの字型のレゴブロックに繋がれた短い鎖と土台になるレゴブロックに繋がれた2本の長い鎖が、引っ張り合ってバランスをとっています。

私が知らなかっただけで、「テンセグリティ構造」を応用したものは色々とあり、鎖も本数を増やし宙に浮いたテーブルや椅子もあります。物を置いたり人が座ったりすることもできます。世の中には知らないことがいっぱいあるものですね。

写真にあるレゴブロックは、私が組み立てたものです。アマゾンなどから入手できます。私は1600円で購入しました。見た目と同じものが1000円以下で売られている通販もありますが、外れやすいとか噛み合わせがゆるいなど品質に問題がありそうです。組み立ては文字は使わず順序にそって図解で説明されており、子供でも組み立てられます。

個人差はあるでしょうが所要時間15分~20分位です。レゴは小さい子供がいるご家庭ではお馴染みだと思います。鎖(チェーン)を含めた56ピースで構成されすべてを使います。余るレゴはありません。余分に入れているのかレゴが二つ余る通販商品もあるようです。完成品は人に珍しがられること事請け合いです。また、微弱な地震感知にも使えるかもしれません。

Youtubeには、身近にある「ストロー」又は「割りばし」と「糸」を利用したものや「ストロー」と「輪ゴム」の組み合わた作品など、テンセグリティ構造を応用した作り方と合わせて紹介されています。

 

ブラックホールの撮影って何がすごい?

話題としては遅まきですが、4月10日世界初ブラックホール撮影の快挙が報道されました。
私は物理や天体に関することが大好きで、かっては月刊科学雑誌「Newton(ニュートン)」を購入して愛読していました。現在は興味ある記事があるときは時々書店で立ち読みします^^;
アインシュタインの相対性理論を分かり易く解説した特集記事も興味深く読んだものです。

 

※ Photo Credit:EHT Collaboration

 

ブラックホールは、約100年前にアインシュタインの一般相対性理論からその存在は予言されていましたが、その確証はなく誰も見た人はいません。
過去100年間、物理学者や天文学者が見つけられらなかったブラックホール~
人類史上はじめてその存在を証明し、真の姿を捉えた撮影はすごいってことになります。

 

ブラックホールは、あらゆるものを吸い込む超重力の天体であり、光をも吸い込むので目で見ることが不可能でした。人間が物を見ることができるのは、対象物が光を放ったり反射されたりするからであり、光がなければ物を見ることができません。

どうやってみることが出来たのか? ブラックホールの周りにはガスがあってそれが光を放っているので、それを捉えることにより逆にブラックホールを黒い影(輪郭)として見ることができるからです。

 

今回撮影したおとめ座にあるM87銀河のブラックホールは、地球から5500万光年の距離にある。
光の秒速30万km(1秒間に地球7周半)をもってしても、5500万年かかるというのですから気が遠くなります。このブラックホールを世界8ヶ所にある電波望遠鏡をシンクロさせ、1つの地球サイズの電波望遠鏡にして観測されました。

 

電波望遠鏡は光学レンズを使用しません。パラボラアンテナのような形をしており、複数の電波望遠鏡と連携させ、仮想的に地球サイズの巨大な電波望遠鏡にし、視力300万(月にあるゴルフボールが地球上で確認できる)相当の分解能をもつ望遠鏡にしたのです。

 

2017年に観測は行われましたが、気象条件などの制約で観測できるのは5日間しかなく、集められたデータは膨大であり、集めるだけで一年以上さらに解析に時間を費やし観測から2年かかって、今回の歴史的発表に繋がった訳であります。

 

電波望遠鏡のデータから得られる画像はモノクロで、実際には色はついていません。
写真のオレンジ色は分かり易く色づけされたもので、元画像は白く光っている状態と思われます。
また、地球上にある電波望遠鏡が捕らえたブラックホールから発する電磁波も、地球に5500万光年かかって届いている訳ですから、我々が見ているブラックホールの姿も5500万年前のものになります。

 

そんなことを考えると宇宙って神秘的ですね。宇宙規模で物事を考えると地球上の出来事がちっぽく見えるし、人間の一生って一瞬なのだと思えてしまいます。

宇宙飛行士が捉えた「宇宙からみた台風5号」

現在、日本をゆっくり縦断中の大型台風5号~ 日本列島を包み込む巨大な台風~

メディア等からも紹介されていますが、国際宇宙ステーション(ISS)の宇宙飛行士がTwitterで投稿した画像がすごいです。 人知を越えた自然の脅威に圧倒されます。

投稿したのは、ロシアの宇宙飛行士セルゲイ・リャザンスキーさんとアメリカの宇宙飛行士ランドルフ・ブレスニークさんです。

地上400Kmから捉えた画像は圧巻ですね。
まさに宇宙からみた台風5号です。

真っ黒な宇宙空間に浮かぶ地球! 地上に住む人間の存在がちっぽけに見えます。


出典:Sergey Ryazansky/Roscosmos/Twitter 2017年8月1日

出典:Randy Bresnik/NASA/Twitter  2017年8月1日 左に見えるのはソユーズ

2015年ノーベル賞、日本人二人の研究の凄さ!

昨年に続き、二人の日本人がノーベル賞受賞の快挙!

ノーベル生理学・医学賞に北里大学の大村智特別栄誉教授が、物理学賞に東京大学宇宙線研究所所長の梶田隆章教授が選ばれました。 

改めてお二人の研究内容を知ると受賞して当然と思います。

大村教授が開発した偉大な薬は、静岡・伊豆半島のゴルフ場近くのありふれた土壌から生まれたそうです。 採取した土壌から発生したバクテリアを培養し、抗生物質の元になる化学物質を抽出したことに始まります。

地道な作業の研究成果から生まれた治療薬「イベルメクチン」は、家畜動物の寄生虫駆除だけでなく、熱帯地方に蔓延し失明を引き起こす「オンコセルカ感染症」に劇的な効果を発揮。 一年に一回の服用でOKという。毎年2億人以上を感染症から救っているそうです。

すでに、WHOを通じて中南米やアフリカなど10億人以上に人々に無償で提供されているという。 失明の危機から多くの人を救った大村教授の功績は、十分ノーベル賞に値し、受賞は遅かったくらいだと思います。

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「イベルメクチン」を開発した先生と説明され、どっと集まった子供たち (写真はネットより拝借)

 

梶田隆章教授は、素粒子ニュートリノに質量があることを発見。 今まで素粒子には重量がないと言われ続けていたので、この発見は物理学の根底から変えるものだそうです。 謎に包まれた宇宙成り立ちの解明の糸口が掴めるかもしれないのです。

そもそも「ニュートリノ」とは何ぞや?
「ニュートン」は愛読誌でもあり、物理は大好きなので拙い知識を辿りながら分かり易く説明しますと・・・もちろん、受け売りも含みます^^

地球上のあらゆる物質は「分子」で構成され、分子はさらに小さな原子に分けられます。 原子」、「陽子(+)」「中性子」、「電子(-)」という三つの素粒子で出来ています。 要するに「原子」より小さな基本単位が素粒子なのです。 当然ながら電子顕微鏡でも見ることは出来ません。

「ニュートリノ」は、中性子が壊れるときに生成される粒子で電荷は持っていません(中性)。 ニュートリノは宇宙に蔓延しており、超新星爆発や太陽などから大量に放出されます。 地球の裏から表からあらゆる方向から、地球上には毎秒1cm2当たり680億個のニュートリノがシャワーのごとく降り注いでいます。

ちなみに、分子よりも原子よりも小さい「陽子」を地球の大きさに例えると、「ニュートリノ」は米粒の大きさなのです。 如何に小さいか理解頂けると思います。 ニュートリノは電気的に中性(+でも-でもない)なので、人間の体はもちろんのこと地球などあらゆる物質を通り抜けてしまいます。 つまり何億光年先の宇宙からであろうとも、ほとんどさえぎられることなく地球まで届きます。 宇宙成り立ち解明のゆえんです。

梶田教授は、恩師小柴教授(2002年ノーベル物理学賞受賞)の開発から発展した「スーパーカミオカンデ」を使い、ニュートリノが5万トンの水中を通り抜ける際、衝突したときの極小の光を、壁一面に1万2千個張り巡らされた光電子増倍管で検知し、形が変わること(ニュートリノ振動)で質量があることを発見したのです。

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(写真はネットより拝借)

光電子増倍管で検知する超極小な光の明るさは、例えるなら月面で宇宙飛行士が懐中電灯で照らした光を、38万Km 離れた地球から捕らえるというイメージなのです。 光速で降り注ぐニュートリノの中から、極々一部の光る現象を捕らえるのですから凄いことですよね。

いずれにせよ、お二人の日々地道な積み重ねが評価されたものですが、日本人が受賞した事が何よりもうれしいですね。