人体の循環は無重力ではどのような影響を受けるのか。こんな疑問をもったギリシャの高校生たちが開発した実験装置がロケットに乗り宇宙へ行くことになった。装置に使われているのは日本の企業が開発した超小型ポンプ。NASA や JAXA にも採用されているこのポンプが高校生のアイデアと共に宇宙へと旅立つ。

名古屋市に本社を置く高砂電気工業株式会社は、ギリシャの高校生の宇宙空間での実験に参加することを表明した。エンジニアらがその技術を競う第１回 Aerospace Competition （THE HELLENIC PHYSICS ASSOCIATION主催）において学生部門で2位に輝いたのがギリシャの高校生 Dimitris 君が率いるチーム。コンテストでは国内の高校生から宇宙実験のアイデアを募集していた。Dimitris 君たちが考えたのは、無重力の場合に人体がどのような影響を受けるのかを実験する装置で、人体の循環器系を再現したものを宇宙に持って行き、実験するという案だ。循環器系は、ポンプ機能を有する心臓を中心に機能するため、その再現と物資の輸送上の事由も加味すると、高性能かつ小型のポンプが必要というわけだ。

装置の制作にあたり、目をつけたのが高砂電気工業株式会社が開発した超小型ポンプ。百万分の１リットル（マイクロリットル）という非常に少ない単位の液体を扱うことができ、高度な研究機関などの要望に応え、これまでに5000種類にも及ぶ製品を送り出してきた。また、同社が開発するポンプは非常にユニーク。例えば、ペン型シリンジポンプは直径わずかφ12mmと超小型なのだが、ステッピングモーターを内蔵し、スムーズに液体を送ることが可能だ。

これらの技術はすでに NASA や JAXA でも採用されており、ネットで同社の情報を見つけた Dimitris 君からアプローチ、今回のコラボレーションが実現した。詳細はまだ発表されていないが、日本の技術とギリシャの若者のアイデアで実現する宇宙での実験、その結果を聞くのが待ち遠しい。

近年、海外などでも開発に拍車がかかる皮膚貼り付け型の計測機器は、ここ日本でも研究が進められている。理化学研究所は2018年9月、東京大学の研究チームと共同で「皮膚貼り付け型心電計測デバイス」を開発したと発表した。この研究が進めば、心電図を無意識のうちに計測することが可能となる。

医療機器の開発現場では今、日常の状態を計測できる機器の開発が目覚ましい。心拍計、心電計、血圧計の機能を搭載したスマートウォッチ、アクティブトラッカーのような日常使いできるアイテムから、在宅看護・介護や遠隔医療などに対応するものまで、トレンドは “ウェアラブルな計測” といったところだろうか。今後、更なる小型化、軽量化が予想されるが、理化学研究所が東大との共同チームで開発したのはなんと、皮膚に貼り付ける心電計測デバイス。しかも外部電源が必要のない超薄型有機太陽電池で駆動する画期的な代物だ。

同チームは、髪の毛の厚さよりもはるかに薄い1マイクロメートルの超薄型の基板上に透明電極、電子輸送層、半導体ポリマー層、正孔注入層などを規則正しく重ねる技術の開発に成功、同時に、光の入射角度による発電効率の低下を抑える研究も進め、これらの技術を合せることで、太陽電池のエネルギー変換効率を10.5％まで引き上げることに成功した。

ナノグレーティング構造を持つ超薄型有機太陽電池の構造 （理化学研究所提供）

この研究成果を基に、外部電源なしに駆動させることができる心電計測デバイスを開発したのだ。皮膚に密着させることで長時間安定的に生体情報をモニタリングし続けることが可能になる。今回は心電計測デバイスを搭載したが、超薄型有機太陽電池を応用すれば、他の計測にも使えそうだ。着けていることを忘れるほどの薄さと小ささで、人体への装着時の負荷が軽減されるほか、バッテリー交換の煩わしさもなくなるため、まさに次世代を担うセンサーデバイス開発の相棒として期待されている。もはやつけていることさえ忘れてしまいそうなウェアラブルなデバイスは、無意識的に心電や心拍、他の生体情報を取得するものとして、実用化の日が近づいている。

（画像提供：理化学研究所）