顛覆常識的創新

鐮田倫子+古田真梨子

只要轉換思維方式，我們就能顛覆許多常識，創造奇跡，而這樣的奇跡正在研究所、演藝界、運動場等領域不斷發生。

我想成為透明人——透明迷彩

東京大學教授 稻見昌彥

某外交官正在做非法勾當，突然有人擊碎了他面前的玻璃窗，對他展開攻擊。

“那人在窗外！”他向樓下望去，一個女機器人帶著無所畏懼的微笑在高樓大廈之間落下。等一下，好像不對勁，她本應將身后的景色擋住，然而大樓窗戶映射的光芒與環形道路上汽車的影像穿透了她的軀體，漸漸與周圍的色彩融合，女機器人最終完全與背景融為一體，就這樣憑空消失了。

動彈不得的男子喃喃道：“這是……光學迷彩……”

這一幕出自日本人氣動畫《攻殼機動隊》劇場版。東京大學研究生院信息理工研究科的稻見昌彥教授從中獲得啟發，研究出了攝像光學迷彩服，也就是“隱身斗篷”。大概每個人都做過關于隱形的白日夢，小說、電影等作品不斷出現對透明人的描寫，日本神話中天狗的隱身蓑衣就是一種隱身道具。

將背景映射在斗篷上

稻見教授設計的隱形斗篷利用“再歸性反射材料”制成，靠投影儀、相機和電腦令光線不擴散，按原樣再次反射。稻見教授說：“如果能將背后的景象立體地映出，人看起來就像透明一樣。”

再歸性反射材料是指只朝光線射來的方向反射光的材質，類似于道路標示、運動裝備上使用的反光材質。稻見教授解釋：“你可以把這件斗篷想象成鑲滿了50微米大的貓眼。貓的眼睛可以將光線原路反射，所以能在黑暗中發亮。”

先用投影儀映出攝像機拍攝的背景，再用只允許部分光線穿過的半反射鏡將投影儀的光反射出去照在斗篷上，背景影像就顯現在了斗篷正面。斗篷正面射出的光線又直接穿過了半反射鏡，射入觀察者的眼中。簡而言之，隱形斗篷就是映出背后景象的立體顯示器。

“隱形斗篷對白色的衣服不起作用，從鏡子里面看也沒有透明效果。”稻見教授說，“因為在這兩種條件下，光線會向各個方向擴散，影像因此變暗，還會加劇衣服褶皺的負面影響。其中最重要的還是能將光線原路反射回去的再歸性反射材料。”

讓投球手變透明

這種利用光線性質實現隱形的光學迷彩可以靈活運用在多個領域，例如讓汽車變透明。如果在汽車內部貼一層反射材料，在車外安裝攝像機，從里向外看車體就是透明的。稻見教授介紹說：“投影儀映射不到的位置無法做出透明效果，這是技術限制。但是光學迷彩可以減少駕駛員視野的死角，輕松享受周圍的景色。”

對于光學迷彩在醫學上的應用，人們寄予了高度期望。手術過程中，僅靠醫生的手和醫療器械無法觀察到患者的某些部位，如果能用光學迷彩讓患者的身體變透明，就能大大提升手術安全性。

稻見教授還接到了意料之外的請求：“體育運動領域的科學研究者找我商量，能否實現棒球運動員的隱形。”體育研究者想弄明白，若要解讀棒球的路徑，是該看球還是看投手的動作。他們從未實現過這項研究，決定先從只能看見球的狀態著手。

實際上這項光學迷彩技術的誕生起源于一次學術會，當時稻見教授在等待會議開始時，為打發時間向大家展示了光學迷彩的雛形。原本只是趣味演示的光學迷彩引發了大眾的關注。稻見教授說：“人們總是懼怕黑暗，對于眼睛看不見的事物也抱有不安。在討論光學迷彩能否作為一項正式的技術投入應用之前，請大家想一想，出于本能，你難道不覺得隱形是一件有趣、開心的事情嗎？”成為隱形人是人出自本性的向往。

尋回失去的聲音——HMM聲音合成裝置

名古屋工業大學教授 德田惠一

2015年4月，當人們聽說日本著名音樂人淳君接受了聲帶摘除手術后，紛紛表示震驚。淳君12月接受采訪時向大眾講述了舍棄對他而言最重要的嗓音的決定，以及家人給他的支持與未來的人生規劃，他利用電腦鍵盤打字回答記者的提問。

2014年2月，淳君因聲音嚴重嘶啞去醫院檢查，被診斷為咽喉癌。淳君說：“雖然之前沒有具體的想象，但人是了解自己的身體的，我有過不祥的預感。”2013年夏季，淳君所屬的老牌搖滾樂隊Shram Q舉辦了出道25周年紀念巡回演唱會。表演的最后一日，淳君把妻子和孩子帶到現場，他在《所以我要活下去》一書中記錄了當時的心情：“不知為什么，我有一種感覺：必須和家人提前拍一張合影。”他們還一起錄了像。

90%的咽喉癌患者會選擇放射治療，淳君也不例外，治療后醫生一度判斷他已痊愈，不料癌癥復發，14年10月他摘除了被癌細胞侵蝕的聲帶。

淳君說：“過去我對于失去嗓音非常恐懼。如果不能唱歌，我怎么繼續工作？”他是Shram Q的主唱，是音樂制作人，還是有40多名員工的公司社長。可是如果強行保留嗓音，他就必須直面死亡。他說：“我并沒有產生‘切除聲帶我就能活了的樂觀想法，實際上做了手術后我不可能精神百倍地活下去。我當時的心境類似于‘能活得久一點了吧。”

是家人支撐他走下去。“當妻子對我說‘你一定能與病魔抗爭到底時，我松了一口氣。我的妻子是個容易憂慮的人，她甚至不敢獨自去餐館吃飯。但就是這樣的她說出了如此樂觀的話語，她已經不是那個一頭扎進煩惱中無法自拔的小媳婦了。”

現在淳君使用能將文字轉化為語音的手機軟件或打字與家人對話。

“女兒感冒的時候朝我撒嬌‘爸爸抱，當我把她抱起來，就覺得果然還是不能死去啊。以前孩子們也很可愛，但生病后的我產生了許多與以往不同的感情。”

重現歌聲

現在淳君正在進行食道發聲練習。切除聲帶后恢復發音的方法有很多種，日本頭部癌癥學會的林隆一認為不需要手術、不需要手部幫助的食道發聲法是最容易的。但是不論使用哪種方法，要在沒有聲帶的前提下發出包含微妙抑揚強弱的聲音都不容易，淺井昌大醫生說：“聲帶可以通過控制周圍肌肉與聲帶自身肌肉的緊繃度，來對嗓音進行高低強弱的調整，現在還沒有開發出具備相同機能的人工聲帶。”

那么，我們再也聽不到淳君的歌聲了嗎？不，能夠實現其歌聲的技術正在開發當中，那就是名古屋工業大學的德天惠一教授團隊的研究項目——HMM聲音合成裝置。這種設備通過將數百名日本男女的聲音數字化合成“標準音”，計算與本人聲音的差異，生成指定的人聲。只要在電腦里輸入文字，就能從揚聲器聽到語音內容，也可實現歌曲的演唱。德田教授說：“HMM聲音合成裝置能夠重現的不只是音色，還有節奏和演唱方法。”這簡直是夢幻般的技術。

淳君說他會盡可能在現在的狀態下找尋幸福，HMM聲音合成裝置是助他返回樂壇的重要工具。

預防老年癡呆癥——腦啡肽酶的發現

理化研究所腦科學綜合研究中心 西道隆臣

阿爾茨海默病患者占所有老年癡呆者的六成，而藥物的臨床試驗失敗率高達99%。現在世界上尚無攻克阿爾茨海默病的方案。2012年，日本的老年癡呆癥患者人數達到462萬，若將治療費、看護費和家人相關花費計算在內，每年日本花在治療老年癡呆癥上的資金高達14.5兆日元。厚生勞動省預估，2025年日本的患者人數將達到700萬。

理化研究所腦科學綜合研究中心的西道隆臣說：“我們的研究目標是根本性治療，確立阿爾茨海默癥發病前的抑制預防法。”

2000年，西道發現了能夠分解β-淀粉樣蛋白的酵素，而β-淀粉樣蛋白正是阿爾茨海默癥的致病物質。2014年，研究小組加快研究與開發進程，在腦狀態與患者相似的白鼠身上取得試驗成功。西道還是理研生物公司的社長，與企業、大學和醫療機構共同推進理化研究所成果的實用化與衍生藥物。

不要水龍頭，要排水口

阿爾茨海默癥是由于腦內積攢β-淀粉樣蛋白，神經細胞逐漸發生變化、死亡，而后發病。為什么世界上那么多的臨床試驗都以失敗告終呢？西道說：“等發病再治療太晚了。β-淀粉樣蛋白在病人發病前的20年已經開始積累。”病癥出現的時候，患者的腦回路已經受損，此時即便腦細胞能夠再生，也會像硬盤格式化一樣。也就是說，此時的“治療”不過是“清空大腦”而已。

西道認為，阿爾茨海默癥只能預防，不能治療。最近多國正在嘗試開發預防藥物和早期治療藥物，也就是抑制β-淀粉樣蛋白形成的藥品。而西道團隊雖然也在探索防止β-淀粉樣蛋白堆積的方法，途徑卻與其他人大相徑庭。如果將β-淀粉樣蛋白比作水，有兩種方法可防止積水，一種是關閉水龍頭，另一種是敞開排水口，西道團隊瞄準的是后者。通過對可分解β-淀粉樣蛋白的酵素的研究，他們分離出了一種活性氨基酸化合物，并通過公司運作開展世界首款阿爾茨海默癥預防藥物的研制。

西道說：“時機已經成熟，希望能在5-10年內確立預防方法。”

完成四周半跳——研究轉速與空中滯留時長

花樣滑冰選手羽生結玄、無良崇人

更快、更高、更強是奧林匹克的格言。競技體育的終極目的正是挑戰人類身體能力的極限。

近來，“阿克塞爾四周跳”成為花樣滑冰選手面臨的新挑戰，即四周半跳躍。如果能完成這個動作，就能獲得最高技術分。目前在日常練習中，尚無人能完成這種跳躍。阿克塞爾四周跳的動作要求是“（右手慣用者）左腳向前滑行起跳，向左旋轉四周半，以右腳向后落冰”。花滑項目中的其他5種跳躍都是向后起跳、向后落冰，只有阿克塞爾跳需多旋轉半周。

日本選手羽生結玄說：“阿克塞爾三周跳是我練習跳躍的原點，如果能多跳半周，就帥呆了。”

要完成阿克塞爾四周跳，需要提升旋轉速度，延長在空中停留的時間。根據“角運動量維持法則”，旋轉軸越細，轉速越快，也就是身形纖細者更有利。而要延長滯空時間，必須提升跳躍高度和距離，這就需要從助跑速度和腿部力量兩個方面平衡推進。羽生結玄和無良崇人選手都在練習阿克塞爾四周跳。他們之前就擅長阿克塞爾三周跳，羽生身材消瘦，在轉速方面更勝一籌，而無良腿部力量更強一些，兩個人練習四周跳的進展不相上下。

到目前為止，在最大旋轉角度跳躍方面最成功的是中國花滑選手金博洋，他在2015年賽季中完成了勾手四周跳，即便如此，他也仍未進行阿克塞爾四周跳的練習。羽生選手認為進行技術上有共通點的動作練習，也對新動作的掌握有所幫助。

無良選手說：“本賽季金博洋連續成功完成的勾手四周跳引爆了花樣滑冰界，我周圍的選手都被激發出斗志，希望學會新的四周跳動作，我也是如此。”人類對極限的挑戰才剛剛開始。

最快跑步速度

短跑運動員桐生祥秀

提升步幅與步速

男子百米賽跑是田徑運動的重頭戲，目前的世界紀錄是牙買加選手博爾特2009年創下的9秒58。博爾特充分利用了1.96米的身高，奔跑姿態充滿躍動感。在這個項目中，挑戰9秒多的第一人出現了，那就是東洋大學在讀生桐生祥秀。

2013年，他在百米賽跑中跑出了10.01秒的成績，在9.99秒時距離終點還有20厘米。如何才能讓這20厘米的差距消失？首先，在跑步動作方面，鹿屋體育大學的松尾彰文教授指出從踏上起跑器到離開，腳尖和膝蓋保持彎曲更能借助彈簧的力道。以前人們普遍認為起跑前應將膝蓋伸直，現在的觀點則是膝關節不向后打開，直接向前踏出就能得到充分的推力。

再看步幅與步速。博爾特創造世界紀錄時的步數為40.92步，平均步幅為244.4厘米，最大步幅超過280厘米。桐生身高1.75米，100米短跑步數約47步，平均步幅212.7厘米。盡管兩人的身高存在差距，只要桐生能將每一步的步幅增加0.5厘米，就能將比賽成績提升至10秒內。

步速方面，博爾特每秒邁出4.48步，桐生最多可邁出5步。只要提升步幅，以超越博爾特的步速，桐生很容易就能跑出9秒多的好成績。不過松尾彰文教授也指出，按照以往的數據推算，選手們的跑步速度都在提升，在未來的比賽中他們將面對更高的要求。

通過釘鞋提升反向作用力

要實現夢想，跑鞋是不可或缺的工具。亞瑟士（日本跑鞋品牌）的定制專員田崎宮也說：“我聽說桐生升入大學后，就有意識地留意腳接觸地面的位置和時間進行訓練。”桐生上高中時，為了更容易維持步速，定制的跑鞋鞋底為略帶彎度的船型，現在則以更容易控制接地狀況為目的，將鞋底進行微調，改成近似平底的形狀。

釘鞋的素材和形態也在不斷發生變化。20世紀80年代后期，亞瑟士全面使用樹脂制作鞋底，成功提升了反彈力。現在足弓部分引入碳纖維材質，接地時將足部受到的擠壓降到最低，按節奏進行下一個動作。

1998年，伊東浩司選手在男子百米賽跑中跑出10秒的記錄，當時他穿的釘鞋采用了拉鎖設計，而不是鞋帶設計。現在鞋帶和拉鎖同時運用的款式擁有很高的人氣。為了縮短短跑記錄，對鞋內腳步防滑的不斷嘗試同樣不可或缺。

[譯自日本《AERA》周刊]