顛覆常識(shí)的創(chuàng)新

鐮田倫子+古田真梨子

只要轉(zhuǎn)換思維方式，我們就能顛覆許多常識(shí)，創(chuàng)造奇跡，而這樣的奇跡正在研究所、演藝界、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)等領(lǐng)域不斷發(fā)生。

我想成為透明人——透明迷彩

東京大學(xué)教授 稻見(jiàn)昌彥

某外交官正在做非法勾當(dāng)，突然有人擊碎了他面前的玻璃窗，對(duì)他展開(kāi)攻擊。

“那人在窗外！”他向樓下望去，一個(gè)女機(jī)器人帶著無(wú)所畏懼的微笑在高樓大廈之間落下。等一下，好像不對(duì)勁，她本應(yīng)將身后的景色擋住，然而大樓窗戶映射的光芒與環(huán)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(jī)器人最終完全與背景融為一體，就這樣憑空消失了。

動(dòng)彈不得的男子喃喃道：“這是……光學(xué)迷彩……”

這一幕出自日本人氣動(dòng)畫《攻殼機(jī)動(dòng)隊(duì)》劇場(chǎng)版。東京大學(xué)研究生院信息理工研究科的稻見(jiàn)昌彥教授從中獲得啟發(fā)，研究出了攝像光學(xué)迷彩服，也就是“隱身斗篷”。大概每個(gè)人都做過(guò)關(guān)于隱形的白日夢(mèng)，小說(shuō)、電影等作品不斷出現(xiàn)對(duì)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(jiàn)教授設(shè)計(jì)的隱形斗篷利用“再歸性反射材料”制成，靠投影儀、相機(jī)和電腦令光線不擴(kuò)散，按原樣再次反射。稻見(jiàn)教授說(shuō)：“如果能將背后的景象立體地映出，人看起來(lái)就像透明一樣。”

再歸性反射材料是指只朝光線射來(lái)的方向反射光的材質(zhì)，類似于道路標(biāo)示、運(yùn)動(dòng)裝備上使用的反光材質(zhì)。稻見(jiàn)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(fā)亮?！?/p>

先用投影儀映出攝像機(jī)拍攝的背景，再用只允許部分光線穿過(guò)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(xiàn)在了斗篷正面。斗篷正面射出的光線又直接穿過(guò)了半反射鏡，射入觀察者的眼中。簡(jiǎn)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(duì)白色的衣服不起作用，從鏡子里面看也沒(méi)有透明效果?！钡疽?jiàn)教授說(shuō)，“因?yàn)樵谶@兩種條件下，光線會(huì)向各個(gè)方向擴(kuò)散，影像因此變暗，還會(huì)加劇衣服褶皺的負(fù)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?！?/p>

讓投球手變透明

這種利用光線性質(zhì)實(shí)現(xiàn)隱形的光學(xué)迷彩可以靈活運(yùn)用在多個(gè)領(lǐng)域，例如讓汽車變透明。如果在汽車內(nèi)部貼一層反射材料，在車外安裝攝像機(jī)，從里向外看車體就是透明的。稻見(jiàn)教授介紹說(shuō)：“投影儀映射不到的位置無(wú)法做出透明效果，這是技術(shù)限制。但是光學(xué)迷彩可以減少駕駛員視野的死角，輕松享受周圍的景色。”

對(duì)于光學(xué)迷彩在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，人們寄予了高度期望。手術(shù)過(guò)程中，僅靠醫(yī)生的手和醫(yī)療器械無(wú)法觀察到患者的某些部位，如果能用光學(xué)迷彩讓患者的身體變透明，就能大大提升手術(shù)安全性。

稻見(jiàn)教授還接到了意料之外的請(qǐng)求：“體育運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的科學(xué)研究者找我商量，能否實(shí)現(xiàn)棒球運(yùn)動(dòng)員的隱形?！斌w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(dòng)作。他們從未實(shí)現(xiàn)過(guò)這項(xiàng)研究，決定先從只能看見(jiàn)球的狀態(tài)著手。

實(shí)際上這項(xiàng)光學(xué)迷彩技術(shù)的誕生起源于一次學(xué)術(shù)會(huì)，當(dāng)時(shí)稻見(jiàn)教授在等待會(huì)議開(kāi)始時(shí)，為打發(fā)時(shí)間向大家展示了光學(xué)迷彩的雛形。原本只是趣味演示的光學(xué)迷彩引發(fā)了大眾的關(guān)注。稻見(jiàn)教授說(shuō)：“人們總是懼怕黑暗，對(duì)于眼睛看不見(jiàn)的事物也抱有不安。在討論光學(xué)迷彩能否作為一項(xiàng)正式的技術(shù)投入應(yīng)用之前，請(qǐng)大家想一想，出于本能，你難道不覺(jué)得隱形是一件有趣、開(kāi)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(yè)大學(xué)教授 德田惠一

2015年4月，當(dāng)人們聽(tīng)說(shuō)日本著名音樂(lè)人淳君接受了聲帶摘除手術(shù)后，紛紛表示震驚。淳君12月接受采訪時(shí)向大眾講述了舍棄對(duì)他而言最重要的嗓音的決定，以及家人給他的支持與未來(lái)的人生規(guī)劃，他利用電腦鍵盤打字回答記者的提問(wèn)。

2014年2月，淳君因聲音嚴(yán)重嘶啞去醫(yī)院檢查，被診斷為咽喉癌。淳君說(shuō)：“雖然之前沒(méi)有具體的想象，但人是了解自己的身體的，我有過(guò)不祥的預(yù)感?！?013年夏季，淳君所屬的老牌搖滾樂(lè)隊(duì)Shram Q舉辦了出道25周年紀(jì)念巡回演唱會(huì)。表演的最后一日，淳君把妻子和孩子帶到現(xiàn)場(chǎng)，他在《所以我要活下去》一書中記錄了當(dāng)時(shí)的心情：“不知為什么，我有一種感覺(jué)：必須和家人提前拍一張合影?！彼麄冞€一起錄了像。

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

淳君說(shuō)：“過(guò)去我對(duì)于失去嗓音非?？謶?。如果不能唱歌，我怎么繼續(xù)工作？”他是Shram Q的主唱，是音樂(lè)制作人，還是有40多名員工的公司社長(zhǎng)?？墒侨绻麖?qiáng)行保留嗓音，他就必須直面死亡。他說(shuō)：“我并沒(méi)有產(chǎn)生‘切除聲帶我就能活了的樂(lè)觀想法，實(shí)際上做了手術(shù)后我不可能精神百倍地活下去。我當(dāng)時(shí)的心境類似于‘能活得久一點(diǎn)了吧。”

是家人支撐他走下去。“當(dāng)妻子對(duì)我說(shuō)‘你一定能與病魔抗?fàn)幍降讜r(shí)，我松了一口氣。我的妻子是個(gè)容易憂慮的人，她甚至不敢獨(dú)自去餐館吃飯。但就是這樣的她說(shuō)出了如此樂(lè)觀的話語(yǔ)，她已經(jīng)不是那個(gè)一頭扎進(jìn)煩惱中無(wú)法自拔的小媳婦了?！?/p>

現(xiàn)在淳君使用能將文字轉(zhuǎn)化為語(yǔ)音的手機(jī)軟件或打字與家人對(duì)話。

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

重現(xiàn)歌聲

現(xiàn)在淳君正在進(jìn)行食道發(fā)聲練習(xí)。切除聲帶后恢復(fù)發(fā)音的方法有很多種，日本頭部癌癥學(xué)會(huì)的林隆一認(rèn)為不需要手術(shù)、不需要手部幫助的食道發(fā)聲法是最容易的。但是不論使用哪種方法，要在沒(méi)有聲帶的前提下發(fā)出包含微妙抑揚(yáng)強(qiáng)弱的聲音都不容易，淺井昌大醫(yī)生說(shuō)：“聲帶可以通過(guò)控制周圍肌肉與聲帶自身肌肉的緊繃度，來(lái)對(duì)嗓音進(jìn)行高低強(qiáng)弱的調(diào)整，現(xiàn)在還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出具備相同機(jī)能的人工聲帶?！?

那么，我們?cè)僖猜?tīng)不到淳君的歌聲了嗎？不，能夠?qū)崿F(xiàn)其歌聲的技術(shù)正在開(kāi)發(fā)當(dāng)中，那就是名古屋工業(yè)大學(xué)的德天惠一教授團(tuán)隊(duì)的研究項(xiàng)目——HMM聲音合成裝置。這種設(shè)備通過(guò)將數(shù)百名日本男女的聲音數(shù)字化合成“標(biāo)準(zhǔn)音”，計(jì)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(yáng)聲器聽(tīng)到語(yǔ)音內(nèi)容，也可實(shí)現(xiàn)歌曲的演唱。德田教授說(shuō)：“HMM聲音合成裝置能夠重現(xiàn)的不只是音色，還有節(jié)奏和演唱方法。”這簡(jiǎn)直是夢(mèng)幻般的技術(shù)。

淳君說(shuō)他會(huì)盡可能在現(xiàn)在的狀態(tài)下找尋幸福，HMM聲音合成裝置是助他返回樂(lè)壇的重要工具。

預(yù)防老年癡呆癥——腦啡肽酶的發(fā)現(xiàn)

理化研究所腦科學(xué)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(yàn)失敗率高達(dá)99%?，F(xiàn)在世界上尚無(wú)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(shù)達(dá)到462萬(wàn)，若將治療費(fèi)、看護(hù)費(fèi)和家人相關(guān)花費(fèi)計(jì)算在內(nèi)，每年日本花在治療老年癡呆癥上的資金高達(dá)14.5兆日元。厚生勞動(dòng)省預(yù)估，2025年日本的患者人數(shù)將達(dá)到700萬(wàn)。

理化研究所腦科學(xué)綜合研究中心的西道隆臣說(shuō)：“我們的研究目標(biāo)是根本性治療，確立阿爾茨海默癥發(fā)病前的抑制預(yù)防法?！?/p>

2000年，西道發(fā)現(xiàn)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(zhì)。2014年，研究小組加快研究與開(kāi)發(fā)進(jìn)程，在腦狀態(tài)與患者相似的白鼠身上取得試驗(yàn)成功。西道還是理研生物公司的社長(zhǎng)，與企業(yè)、大學(xué)和醫(yī)療機(jī)構(gòu)共同推進(jìn)理化研究所成果的實(shí)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(nèi)積攢β-淀粉樣蛋白，神經(jīng)細(xì)胞逐漸發(fā)生變化、死亡，而后發(fā)病。為什么世界上那么多的臨床試驗(yàn)都以失敗告終呢？西道說(shuō)：“等發(fā)病再治療太晚了。β-淀粉樣蛋白在病人發(fā)病前的20年已經(jīng)開(kāi)始積累?！辈“Y出現(xiàn)的時(shí)候，患者的腦回路已經(jīng)受損，此時(shí)即便腦細(xì)胞能夠再生，也會(huì)像硬盤格式化一樣。也就是說(shuō)，此時(shí)的“治療”不過(guò)是“清空大腦”而已。

西道認(rèn)為，阿爾茨海默癥只能預(yù)防，不能治療。最近多國(guó)正在嘗試開(kāi)發(fā)預(yù)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(tuán)隊(duì)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(guān)閉水龍頭，另一種是敞開(kāi)排水口，西道團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)的是后者。通過(guò)對(duì)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(guò)公司運(yùn)作開(kāi)展世界首款阿爾茨海默癥預(yù)防藥物的研制。

西道說(shuō)：“時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，希望能在5-10年內(nèi)確立預(yù)防方法?！?/p>

完成四周半跳——研究轉(zhuǎn)速與空中滯留時(shí)長(zhǎng)

花樣滑冰選手羽生結(jié)玄、無(wú)良崇人

更快、更高、更強(qiáng)是奧林匹克的格言。競(jìng)技體育的終極目的正是挑戰(zhàn)人類身體能力的極限。

近來(lái)，“阿克塞爾四周跳”成為花樣滑冰選手面臨的新挑戰(zhàn)，即四周半跳躍。如果能完成這個(gè)動(dòng)作，就能獲得最高技術(shù)分。目前在日常練習(xí)中，尚無(wú)人能完成這種跳躍。阿克塞爾四周跳的動(dòng)作要求是“（右手慣用者）左腳向前滑行起跳，向左旋轉(zhuǎn)四周半，以右腳向后落冰”?；ɑ?xiàng)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(zhuǎn)半周。

日本選手羽生結(jié)玄說(shuō)：“阿克塞爾三周跳是我練習(xí)跳躍的原點(diǎn)，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(zhuǎn)速度，延長(zhǎng)在空中停留的時(shí)間。根據(jù)“角運(yùn)動(dòng)量維持法則”，旋轉(zhuǎn)軸越細(xì)，轉(zhuǎn)速越快，也就是身形纖細(xì)者更有利。而要延長(zhǎng)滯空時(shí)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?jī)蓚€(gè)方面平衡推進(jìn)。羽生結(jié)玄和無(wú)良崇人選手都在練習(xí)阿克塞爾四周跳。他們之前就擅長(zhǎng)阿克塞爾三周跳，羽生身材消瘦，在轉(zhuǎn)速方面更勝一籌，而無(wú)良腿部力量更強(qiáng)一些，兩個(gè)人練習(xí)四周跳的進(jìn)展不相上下。

到目前為止，在最大旋轉(zhuǎn)角度跳躍方面最成功的是中國(guó)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(jìn)行阿克塞爾四周跳的練習(xí)。羽生選手認(rèn)為進(jìn)行技術(shù)上有共通點(diǎn)的動(dòng)作練習(xí)，也對(duì)新動(dòng)作的掌握有所幫助。

無(wú)良選手說(shuō)：“本賽季金博洋連續(xù)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(fā)出斗志，希望學(xué)會(huì)新的四周跳動(dòng)作，我也是如此?！比祟悓?duì)極限的挑戰(zhàn)才剛剛開(kāi)始。

最快跑步速度

短跑運(yùn)動(dòng)員桐生祥秀

提升步幅與步速

男子百米賽跑是田徑運(yùn)動(dòng)的重頭戲，目前的世界紀(jì)錄是牙買加選手博爾特2009年創(chuàng)下的9秒58。博爾特充分利用了1.96米的身高，奔跑姿態(tài)充滿躍動(dòng)感。在這個(gè)項(xiàng)目中，挑戰(zhàn)9秒多的第一人出現(xiàn)了，那就是東洋大學(xué)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(jī)，在9.99秒時(shí)距離終點(diǎn)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(dòng)作方面，鹿屋體育大學(xué)的松尾彰文教授指出從踏上起跑器到離開(kāi)，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(rèn)為起跑前應(yīng)將膝蓋伸直，現(xiàn)在的觀點(diǎn)則是膝關(guān)節(jié)不向后打開(kāi)，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(chuàng)造世界紀(jì)錄時(shí)的步數(shù)為40.92步，平均步幅為244.4厘米，最大步幅超過(guò)280厘米。桐生身高1.75米，100米短跑步數(shù)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(jī)提升至10秒內(nèi)。

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(jī)。不過(guò)松尾彰文教授也指出，按照以往的數(shù)據(jù)推算，選手們的跑步速度都在提升，在未來(lái)的比賽中他們將面對(duì)更高的要求。

通過(guò)釘鞋提升反向作用力

要實(shí)現(xiàn)夢(mèng)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(shuō)：“我聽(tīng)說(shuō)桐生升入大學(xué)后，就有意識(shí)地留意腳接觸地面的位置和時(shí)間進(jìn)行訓(xùn)練?！蓖┥细咧袝r(shí)，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(xiàn)在則以更容易控制接地狀況為目的，將鞋底進(jìn)行微調(diào)，改成近似平底的形狀。

釘鞋的素材和形態(tài)也在不斷發(fā)生變化。20世紀(jì)80年代后期，亞瑟士全面使用樹(shù)脂制作鞋底，成功提升了反彈力。現(xiàn)在足弓部分引入碳纖維材質(zhì)，接地時(shí)將足部受到的擠壓降到最低，按節(jié)奏進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)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(dāng)時(shí)他穿的釘鞋采用了拉鎖設(shè)計(jì)，而不是鞋帶設(shè)計(jì)。現(xiàn)在鞋帶和拉鎖同時(shí)運(yùn)用的款式擁有很高的人氣。為了縮短短跑記錄，對(duì)鞋內(nèi)腳步防滑的不斷嘗試同樣不可或缺。

[譯自日本《AERA》周刊]