黒い粒がコバエのように空中を飛行する――慶応義塾大学SFC（湘南藤沢キャンパス）の研究発表イベント「Open Research Forum 2013」（11月22〜23日、東京ミッドタウン）で、超音波を使った物体浮遊アート「lapillus bug」が展示されていた。

コバエのようでコバエでない

　展示ブースでは、台の上にパンとミニトマトが乗ったお皿が置かれ、その上部に四角い箱が吊るされていた。黒い粒をピンセットでつまみ、お皿と箱の空間のある1点で放すと、お皿の上に落ちてしまうはずの粒が浮いたまま小刻みに震え出す。その様子はコバエそのものだ。

　なぜ粒を空中浮遊させることができるのか。その答えは四角い箱にある。箱は285個の超音波振動子を搭載した小型超音波収束装置と呼ばれるもので、装置からは人間の可聴域の約2倍にあたる40キロヘルツの超音波がお皿に照射されている。装置から照射された超音波がお皿に当たると超音波は反射して反射波となり、照射された超音波と重なることで定常波という波が発生する。定常波には、お互いの波が打ち消し合って振動しない“節”と呼ばれる場所があり、超音波で“節”を発生させると物体をその“節”に“置く”ことができるのだ。この仕組みは「音響浮揚」と呼ばれ、テントウ虫などの生き物を浮かせる実験も行われている。

この装置で粒を浮かせる
仕組み

　超音波の発生をコントロールすることにより、粒を一定の場所で静止させることもできるそうだが、今回の展示では、粒をわざと振動させたり移動させることで、コバエの動きを再現した。また装置にはカメラが搭載されており、お皿の上にレーザーポインターを照射すると、照射された場所に粒が移動するという仕掛けも実装されていた。

　この展示は同大学院 政策・メディア研究科の河野通就さんの研究で、実験では上下に並べた10個以上の粒を移動させたり、お皿の上に置かれた粒を超音波だけで浮遊させることもできたという。横向きの照射でも浮遊に成功しており、理論上は下から上への照射でも浮遊させることはできる。なお反射面はお皿に限らず、特に素材の制約はないそうだ。

上下に並べた粒を並べて動かす

　今回はアート作品として展示を行ったが、非接触で電子部品を移動させたり、化学薬品などの液体を別の薬品に接触させたりせず正確に調合したりといった「人々が当たり前だと思っていた重力という制約から解放されるような、新たな作品・研究に応用されていくことが期待できる」と話していた。