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長岡技術科学大学の教員による講義

関心ワード
  • センシング、
  • 超音波、
  • ものづくり、
  • 温度、
  • 音、
  • 超音波(エコー)検査、
  • IoT(モノのインターネット)

ものづくりにも貢献する超音波センシング技術

超音波検査は「山びこ」と同じ

 登山のとき、「ヤッホー」と叫ぶと周囲の山に声が反射して「ヤッホー」と戻ってきます。その際の音量や角度、戻ってくるまでの時間を綿密に測定・計算すると、周囲の山の形状や位置を割り出すことができます。妊婦さんのおなかにいる赤ちゃんの状態を調べる超音波検査の原理はこれと同じです。
 音は高くなるほど同じ方向に真っすぐ進む習性があるため、超音波を使うことでより正確なデータを拾うことができます。加えて人体への安全性が高く、対象物を壊さずに中の状態が調べられるという利点があるため、大型車両や航空機、橋など大きな構造物の内部亀裂を見つけるのにも超音波が使われています。

夏と冬では音の聞こえ方が違う!?

 また花火の「音」に注目すると、夏と冬では音が聞こえるまでの時間が違います。空気の温度が変わると音が伝わる速さなども変わるからで、この温度と音の相関関係を利用すれば、物の温度変化を追うこともできます。空気以外にも、素材のどこまで熱が通っているかをリアルタイムで調べられるので、加熱中の素材の状態を調べるといったこともできます。ただし、あらかじめ何の温度を測るのかを設定する必要があるため、「○○専用」のように特化させる必要があります。

超音波で温度が測れるメリットとは

 測る対象物が決まっていて、それに対しての準備とある程度のコストが必要という点を踏まえると、産業界での利用が現実的でしょう。音は空気中よりも液体や固体の方がよく伝わるため、プラスチックや金属を溶かして固めるときの温度、固まり具合の計測にも向いています。
 何を生産するにも温度管理は重要です。材料の温度変化を追うことができれば、その情報を生産プロセスにフィードバックし、効率よく質のよい製品をつくれるようになります。これがよく言われる「IoT(モノのインターネット)を使ったものづくり」の根幹であり、コンピュータで生産を管理するにはセンシング技術が大きな役割を担うのです。

この学問が向いているかも 計測工学、機械工学、連続体力学


工学部/工学研究科 機械創造工学専攻 教授
井原 郁夫 先生

先生がめざすSDGs
メッセージ

 1912年に起こったタイタニック号沈没を機に発展した超音波によるセンシングは、現在では幅広く活用されています。精度も格段に上がり、今や妊婦さんのおなかの中にいる赤ちゃんの表情さえわかるようになっています。
 機器の扱いや測定結果を読み解くことへの慣れが必要なのが超音波検査のマイナス面でしたが、人工知能(AI)を使うことで誰でもエキスパート並みに超音波を使いこなせないかと考えられています。音波研究の歴史は長いですが、超音波はまだ大きな可能性を秘めています。あなたも興味があればぜひ学んでください。

先生の学問へのきっかけ

 子どもの頃からものをつくるのが好きで、特に絵が得意だったので、それを生かした芸術系の道に進むことも頭をよぎりました。しかし現実を見るとそこまでの勇気はなく、だったら何かものをつくれる仕事をと考え工学系に進学しました。修士課程修了後、電機メーカーに就職しましたが、やはり研究がしたいということで大学院に戻りました。超音波と出合ったのは博士研究を始めた時のことです。小さな世界のことを調べるのは性分に合っていましたし、後にカナダの研究機関で過ごした際に出合ったチャレンジングな研究にも刺激を受けました。

先輩たちはどんな仕事に携わっているの?

自動車会社技術者/電機メーカー技術者/医療機器メーカー技術者/プラント会社技術者/精密機械メーカー技術者/高専教員

研究室

※夢ナビ講義はそれぞれの先生の見解にもとづく講義内容としてご理解ください。

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