ガラス球にカメラなど搭載し
海底探査後は浮力で上昇

▲桂川 正巳 氏

海底探査機「江戸っ子１号」の構成は次のようになっている。

使用するガラス球は計４つ。躯体（フレーム）にガラス球を３つ固定する。下に撮影球（後述、以下同）、真ん中に照明球、上にトランスポンダ球を取り付ける。これとは別に通信球をフレームとロープでつなぐ。トランスポンダ球のそばには音波を受信・送信するトランスデューサーを設置。

さらに、フレーム下部には、魚類を呼び寄せるためのエサ台と海底の泥を採取する装置を付けたコの字状のバーを取り付ける。そして、沈むための錘（おもり）を鎖でぶら下げる。

「江戸っ子１号は、海中に投下すると錘の重さで自然に降下（フリーフォール）していきます。錘が海底に着床すると、本体は浮力があるので錘の上に浮いた状態になり、海底が平らでなくても安定した姿勢になります。そして、ビデオカメラによる撮影、魚類などの採取、泥の採取などを行い、海上からの信号で錘を切り離して浮上するのです。

比較的シンプルなシステムですが、それぞれのユニットごとに求められる技術的要素が異なります。そこで、プロジェクトが本格的に動き出した2011年４月以降は、大学の研究室と企業がペアを組むようなかたちで役割分担を決め、専門性を生かして開発を進めていただくことになりました。大学の研究室では学生たちも参加して、卒業論文や修士論文のテーマとして研究に取り組みました」

CAD計算やプール実験で躯体の強度を確認

では、主なユニットとその機能や、開発の分担についてみていくことにしよう。

躯体構造開発は、芝浦工業大学の青木研究室が担当し、浜野製作所とパール技研が製作を担当することになった。

「躯体の構造については、こんな形になるだろうということはみんなで議論して考えました。ただ、実際につくるとなると、強度や海中での挙動をきちんと確認する必要があります。

というのも、ガラス球は１つの重さが10数kgあり３つ固定すると相当な重さになるので、それを支えられる強度が必要です。

しかも、静止状態だけでなく海で使うわけですから波に揺られて折れたりしないようにしなければいけません。そこで、青木研究室でCADを使って強度計算、応力計算などをしながら開発を進めました。

それから、完全にフリーフォールなので挙動が安定することも重要です。とくに上がってくるときは錘を切り離して浮力で上昇してきます。

もし、8000ｍの海底から45度斜めに上がってくると、投下したところから8000ｍ離れたところに浮上してしまいます。ですから、挙動が安定するような躯体にするためにＪＡＭＳＴＥＣや海洋大のプールで実験を繰り返しました」

魚の種類が判別できるように
カメラは斜め45度で撮影

撮影球は、芝浦工業大学の小池研究室が開発し、パール技研が製作することになった。搭載するのは3Dハイビジョンカメラで、ソニーが提供してくれることになり、ソニーの有志が個人の立場でプロジェクトを支援することにもなった。

「撮影球の開発もいろいろな課題がありました。たとえば、海底で魚を撮影したかったのですが、魚は真上から写すとみんな流線型で種類がわからない。水族館では真横から見ますが、エサ台を付けたバーを海底に下ろすため真横からも撮れないので、斜めから写すことになりました。

では、どのぐらいの角度ならいいのか。それについては、新江ノ島水族館に協力していただいて、展示用の大きな水槽で実際に魚を撮影していただき、45度ぐらいだったら種類を判別できるし、機体の構造としてもいいということを確認しました」

このほかにも、機体が海底に着床する少し前から撮影を開始することなどを含めてカメラの制御の研究も進めていったそうだ。

電波を通すゴムの発明で
水中でも無線通信が可能に

撮影球と照明球との通信方法は東京海洋大学の清水研究室が開発し、杉野ゴム化学工業所が製作を担当した。

「撮影球のカメラと照明球のLEDを連携させるための通信方法が必要でした。ガラス球に穴を開けてケーブルでつなぐこともできますが、強度の関係で、できればほかの方法をとりたい。そうなると、光か音か電波ということになりますが、電波は水のなかではすぐに減衰するので、光か音になる。しかし、電気信号を光か音に変換して通信して、それをまた電気信号に変換しないといけないので、装置が複雑になります」

何かいい方法はないかと議論していた頃、清水研究室の大学院生が水中で電波が届く現象を発見した。

「清水研究室では、もともと水中ロボットを開発していて、その大学院生は２つのコンピュータを水中で連携させる研究をしていたのです。初めは、それぞれのコンピュータをプラスチックのケースに入れて、どのぐらい離せばどうなる、といった研究をしていたそうですが、間にプラスチックを挟むと電波がうまく伝わる現象を見つけたのです。私はその話を海洋大で聞いて、その方法を使わせてくださいとお願いしました」

その後、ケース（ガラス球）の間に挟むのはゴムでもいいことがわかり、電波を通す特殊なゴムを杉野ゴムが開発し、製作した。この技術も特許を取得している。また、深海でも同じように機能しないといけないので、ＪＡＭＳＴＥＣで水深5000ｍ級の水圧を人工的にかける実験を行い、深海の水圧でも電気信号の強さに変化がないことも確認している。

《つづく》

●第３回は『徹底した品質管理のもと実験を重ね、探査に備える』についてです。