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■ゴールデンボールズの放熱問題を解いてみる!?　

　中国語の金玉と日本語の金玉と全然意味が違うという話をしていると（「金玉満堂」と「福来る」）、「日本語の方の語源は何に遡るのか？」「日本語の方が指し示すものの”しわ”は放熱のためか？」という全く別の２つの話題となった。「”しわ”は放熱のためにある」ということの真偽はわからないけれど、もしもその放熱効果を考えてみるならば、”しわ”があることによって、一体どのように効率的な冷却が行われるものだろう？

　放熱・冷却の効果は、皮膚の表面における"各領域での(皮膚と空気層の)温度差"を表面積にわたって積分したものに比例しそうに思える。また、皮膚内部における伝熱も重要であるに違いない。大雑把にラクガキしてみれば、それは下の図の「緑色の面積が大きいほど放熱・冷却効果が大きい」というイメージになる。

　皮膚の”しわ”の効果、表面積の増加、”しわ”が伸びることによる”皮膚と空気層の温度差"の増加、あるいは、（体の）本体と離れることによる伝熱の違い……などを考えていくと、答えを解析的に解くのは困難であるように思える。

　暑い夏になった頃、夏休みの宿題がわりに"エクセルで金玉の放熱問題を数値的に解いてみる"ことにしよう。暑さを吹き飛ばす放熱問題を解いてみることにしよう。

■PSoC制御の「加熱ホッケーブレード」や「堅さ可変シューズ」　

　PSoCはCypress社のマイコン・チップで、各種デジタル・アナログ回路が搭載されていて、その組み合わせをユーザがプログラミング（設計）できる、というものだ。FPGAほど高性能ではないけれど、PICより少し賢く便利なアナログ回路が色々詰めあわされている（だから周辺回路を大幅に減らすことができる）、という感じだろうか。アナログ制御・入出力をしたい場合には、とても便利そうなチップである。

　このPSoCが使われている商品で面白いなぁ、と思うのが「Therma Blade」と「adidas_1, intelligence level 1.1.」だ。

　Therma Bladeの方は、アイス・ホッケー・シューズのブレード（氷と接触する金属板部）の氷との摩擦係数を低くし、スピードを高めるために、PSoCでヒーター制御し、ホッケー・シューズ・ブレードの温度を適正に調整したり、ON/OFFしたりするものである。スケートが滑るのは、ブレードと氷の間で氷が解け水になることで、摩擦係数が下がるだ。それならば、「ブレードの温度を上手く制御してやれば、摩擦係数が下がりスピード速く滑ることができる」という狙いの技術である。

　一方、adidas_1, intelligence level 1.1.の方は、PSoCで制御したモータで踵部分にあるエアクッション部を押すことで、エアクッション内圧力＝靴の堅さ（衝撃吸収率）を適正に変える、というものだ。電子制御されている車のサスペンション機構（タイヤと車ボディの間で、路面の凹凸・カーブなどがあるときの衝撃を吸収する機構）も多いけれど、それと同じような技術が搭載されたシューズである。

　こういったシューズで高機能・高付加価値の流れはどれだけ進んでいくのだろうか。いつか、「トランジスタ技術４月号」で、「フレッシャーズのためのアイスホッケーシューズ制御のABC」といった特集記事が当たり前のように書かれる日が来るのだろうか。

■「肌」と「昼の日差し」のスペクトル　

　夏の日差しを実感するようになりました。肌は日焼けして赤黒くなり、そんな肌はピリピリと痛く、熱っぽさすら感じます。そんな、夏の明るい景色を眺めていると、なぜか楽しくなります。

　痛いけれど日焼けする夏の日差しが気持良く感じる人もいる一方で、日焼けする夏を嫌う人も多いと思います。特に日焼けしたくない女性にとっては、夏は面倒でとても嫌な季節だったりするのかもしれません。

…と考えているうちに、ふと、夏の日差しを浴びる「肌の色」を眺めてみたくなったのです。そこで、２週間ほど前に作った「光スペクトル操作用のMathematicaライブラリ」にいくつかの色関数（スペクトル吸収関数）を追加してみました（サーバからダウンロードできるライブラリ更新は数日後になります）。追加したスペクトル吸収関数は、「血液」「カロチン」「メラニン」…といったもので、皮膚内部にある物質の吸収スペクトルを表現するための（単純化した）スペクトル関数を実装してみました。

　そういった色関数を組み合わせると、いろいろな「肌色」を眺めることができるます。たとえば、右上の図は、(どの波長も均等に含んでいるような)白色光源で照らした時に血液の反射スペクトルがどう見えるかを試しに計算してみたものです。

spectorPlot[transmissionSpector[
whiteLight, bloodColorFilter, 0.5]
]];

　ところで、こんな「色関数」を作り、適当で大雑把な「肌」を作って眺めてみました。すると、色温度6500ケルビンの標準光源、すなわち自然な昼光光源であるD65で、肌色を形作るメラニンや血液を照らしてみると、意外なほど「反射スペクトル」が平らになるものだ、と気づかされました。

　つまり、昼の日差しのスペクトルのうち、スペクトル強度が強い短波長領域では、メラニンや血液などの色吸収率が高く、その一方、「昼光」のスペクトル強度が低下する長波長域では、メラニンや血液などの色吸収率が低く、それらの結果として反射スペクトルが”結構”均等になるのだなぁ、と感じたのです。たとえば、右のスペクトルグラフが、昼光＝D65光源で皮膚を照らした時の反射スペクトルの例になります（ちなみに、右下のグラフがD65光源のスペクトルです）。

　それは、単に長波長領域の光は皮膚中で吸収されることが少なく、短波長の光が吸収される、というだけのことでしょうし、さらには、人によってメラニンの分布量・形状が異なり、反射スペクトルは全然違うわけで、こんな結果も一般的なものでは全くありません。

　けれど、「昼光の逆関数のような、まるで、強い日差しから身を守るかのように最適化されたような皮膚の吸収スペクトル」を適当に作ったライブラリ関数が生成したのを眺めたとき、とても不思議なくらい新鮮さ・意外な面白さを感じたのです。

■エクセルでシミュレーション Vol.6 「夏にフライパンで卵焼き 編」　

　「表計算ソフトウェアでシミュレーションをする」という講習を見続け、何よりも面白かったのが「非定常の３次元熱計算を簡単に、それでいて、できる限りきちんと計算をやってみよう」という（I氏が講師の）シリーズです。

　一次元非定常の熱拡散問題を陰的解法で解く「熱伝導方程式を表計算ソフトで解くサンプル」は多いように思いますが、「非定常の３次元熱計算を表計算ソフトウェアで解く簡単にやるテクニック・サンプル」は、（私は）他では見たことがありません。しかも、このシリーズは本当に簡単で、なおかつ、できる限り精度を保証して解く、というとても稀有な例です。「難しい問題」を「簡単に」「きちんと」「精度を保証して」解く…といったようなものたちは相反することが多いわけですから、そういったものを兼ね備えているというのは、とても珍しいと思うわけです。

　下の例は、そのテキストを利用して、陽的解法で安定性条件が成り立つようにして、「夏の朝に、角型フライパンをコンロで加熱した際のフライパン温度分布」を計算した例になります。ある厚みを持ったフライパンが、コンロのガスの炎が当たっている部分が「100度」に（熱）されているような条件の時、フライパンの温度分布が時々刻々と変わっていくようすを計算した結果です。こんな計算をエクセルで数回しておけば、「美味しい卵焼きを作るための最適条件・最適なやり方」を導き出すことだってできるかも、と思わされるのです。エクセル上で、フライパンの厚みや熱伝導度を変え、コンロの炎分布を色々変えてみたりしたならば、究極・至高の卵焼きを作るための最適・必須条件が見つかるかもしれない、と楽しく思えてきたりします。

　ところで、この「非定常３次元熱計算」のエクセルシートは、本当に簡単に作ることができるのですが、その一方で、このシートは（簡単なのに）実に巧みに作られています。だからこそ、「難しい問題」を「簡単に」「きちんと」「精度を保証して」解くことができるわけです。

　その「巧みさ」を紐解いてみると、これが実に綺麗なパズルのようで、とても面白いのです。・・・というわけで、その「巧みさ」「面白さ」についての感想文は、また後ほど書いてみようと思います。

■どれだけ「蒸し暑い」のか２４時間計ってみよう!?　

　首都圏で電車に乗ると、節電が行われていて、エアコンの出力を絞り、その代わりに窓が開けられている電車を多く見かけます。窓が開いていても、梅雨時のせいか、ラッシュアワーにはとても蒸し暑くなります。

　あまりに電車の中が蒸し暑かったので、「一体どのくらい蒸し暑いのだろうか」「この蒸し暑さを定量化したいぞ」と思い、秋月電子通商で「温湿度ロガー　EL-USB-2-LCD」を購入してしまいました。温湿度ロガーというのは、温度や湿度を測り記録し続けてくれる機械です。

　そして、購入した温湿度ロガーを普段持ち歩く鞄にくくりつけてみました。つまり、これで２４時間自分が感じる「暑さ」や「涼しさ」、「蒸し暑さ」や「不快さ」を数字にし、その数字を眺めて遊んでみよう！というわけです。ジャック・バウアーは、犯人と２４時間戦い続けていますが、こちらは、温度・湿度と２４時間、戦い続けてみよう…というわけです。

　そんな具合に温湿度ロガーを身につけて、生活空間の温度・湿度を１０秒おきに計り続け、はや数日経ちました。過ごしやすい週末・平日の首都圏の交通網・街の居酒屋…その日常空間の「蒸し暑さ」がどんな具合だったか…というあたりは、また明日書くことにしましょう。