筆者らの研究室では、高速画像処理や高速な光学素子を利用して、画像や映像の新たな活用方法や、それらを利用した新しいメディアテクノロジーの創出を目指しています。読者の皆さんは、そのような研究をしている研究室が一体なにゆえ食べられる再帰性反射材などという、ある意味怪しい研究を行っているのか不思議に思うかもしれません。これには次に説明するような深いわけがあるのです。

きっかけは学生の課題

画像の撮影にはレンズが使われているのですが、そのフォーカスやズームなどを高速に変えられると、ぐっとできることが増えます。そこで、これを可能にするために液体を利用した光学デバイスについても研究してきました。ご存知のとおり水や多くの油は透明で、ガラスなどと同様に光を透過したり屈折したりします。そのため、液体でもその形状を適切に制御できればレンズやプリズムとして機能するはずです。ただし、レンズやプリズムとして機能するためには精密に液体の形を制御しなくてはいけません。これは容易ではないのですが、適切な容器を設計すれば可能です。そこで、液体を利用して、焦点距離を2/1000秒で制御可能な可変焦点レンズなどを研究・開発してきました。

この研究を進める傍らで、大学の授業で液体光学デバイスを紹介し、課題として受講生に身のまわりの液体で何らかの光学デバイスを作成して発表してもらいました。すると、少なくない受講生が、ゼリーや氷などの食べられる素材でレンズなどを作成してきてくれました。これを見たときに、食品と光学素子は相性がよいことに気が付き、はっとしました。確かに多くの食品は液体で、透明なものも多い。ということは光学素子の形成に適しているということになります。

とはいうものの、食品で作ることでメリットがある光学素子をすぐには思いつきませんでした。レンズなどを作ることはできそうでしたが、食べられて面白い、以外のメリットがなかなか見当たりません。面白いというのは重要な要素ではありますが、それだけだと学術的なインパクトに欠けてしまいます。また、飴などでレンズを作って光学教育に利用しようという取り組みがアメリカなどですでに行われており、単にレンズを作ってもこれの後追い研究になってしまい、独自性が弱くなることもわかりました。そのため、このアイデアは頭の片隅にしまっておきながら、しばらく寝かせることになりました。

プロジェクションマッピングから再帰性反射材へ

その後、動きまわる対象に映像をピッタリと重なるように投影する、新しいタイプのプロジェクションマッピングの研究に取り組み始めました。これができると日常生活のなかのいろいろな物体に映像を重ねて提示できるので、身のまわりのすべての物体をディスプレイとして利用できるようになります。いろいろと工夫を重ねた結果、リフティングしている卓球の球に可愛い顔のアニメーションを投影するなどのデモンストレーションができるようになりました。この技術は「ルミペン」と名付けて発表され、複数の賞を受賞するなど好評を博しました。

ルミペンの例。リフティングしている卓球に表情をプロジェクションマッピングしている

この研究を行いながら、料理にプロジェクションマッピングができたら面白いかもしれないと思い始めました。皆さんもご存知のように、料理では見た目もすごく重要です。これまでは料理人がその見た目にこだわっていろいろな工夫を凝らしてきたわけですが、料理は物体なので、その見せ方には限界がありました。ところが、プロジェクターを利用すれば動画による演出も可能になるので、これまでとはまったく異なる見せ方が可能になります。たとえば結婚披露宴で、ケーキに入刀するとケーキの上に星がきらめくような演出ができたら多くの人が喜んでくれそうです。

しかしその一方で、難しい点があることにも気が付きました。ルミペンでは対象の位置や姿勢を計算機が画像から認識しているのですが、料理は非常に複雑な形状であることが多く、画像から認識させることが難しい対象です。このような場合には、再帰性反射材と呼ばれるカメラから明るく見える物体を目印として対象に付与して計算機にわかりやすくすることが多いのですが、通常の再帰性反射材はプラスチックやガラスなどの食べられない素材でできていますので、料理の上に載せるのは誤食・誤飲の危険もあり好ましくありません。

ここで、昔寝かせておいたアイデアに思い至ります。実は再帰性反射材は光学素子の一種で、透明なプラスチックなどを特殊な形状に成型することで、入ってきた光をその方向に反射する物なのです。これを食べられる素材で作ることができれば、食べられる再帰性反射材ができそうです。食べられるものであれば料理の上に載せても人間に害はありませんし、プロジェクションマッピングによる料理の演出も可能になりそうです。

寒天が肝心

さて、研究の論理は立ったのであとは作るだけです。ちょうど卒業論文のテーマとして選択してくれた学生さんがいたので、彼と2人で勇んで試作を始めました。ところが予想以上に難しく、失敗を繰り返すことになりました。素材として透明な食材で、成型ができそうな飴やゼリーの素、こんにゃくなどを試していったのですが、なかなかうまくいきません。既製品の再帰性反射材を型として、そこでいろいろな素材を成型するのですが、ぱっと見は同じような外見でも、光をあててみると全く反射しないのです。どうやら再帰性反射材としての形状を精度よく再現できないことが原因のようでした。

かれこれ半年以上失敗し続けて、最後に寒天を試しました。寒天は透明度があまりよくなかったので試さずに候補から外していたのです。しかし、素材には適度な硬さがあったのでもしやと思い試してもらったところ、強い光を反射する試作品ができました。さらに、その試作品を目印としてケーキにプロジェクションマッピングをしてもらったところ、すごく安定してプロジェクションマッピングができることがわかりました。

寒天製の⾷べられる再帰性反射材

おわりに

現時点で寒天を利用して再帰性反射材ができることがわかりましたが、まだその性能には改善の余地があり、また応用方法もほとんど未開拓です。ここまでは主に料理への応用を紹介しましたが、他にも医療用のデバイスとしても利用できる可能性があります。たとえば胃や腸の内壁に置いてあげると目印として使え、そのまま放置しておけば勝手に消化されてなくなるはずです。このような性質は検査や手術で利用できるのではないかと考えています。このように、いろいろな応用の広がりが期待できるデバイスですので、今後も積極的に研究を進めて行く予定です。

⾷べられる再帰性反射材をマーカーとしてケーキに⽂字を投影した様⼦。表⾯が銀⾊の直⽅体が試作品をチョコレートと組み合わせたマーカー

この記事を書いた人

奥寛雅
奥寛雅

1998年 東京大学理学部物理学科卒業、2003年 東京大学大学院工学系研究科計数工学専攻博士課程修了, 2003年 (独)科学技術振興機構(当時 事業団)グループメンバー(研究員)、2005年 東京大学大学院情報理工学系研究科 助手、2007年同助教、2011年同講師を経て2014年 群馬大学大学院理工学府 准教授(現職)。博士(工学)。

2010年、2013年日本ロボット学会誌論文賞、2014年計測自動制御学会論文賞・蓮沼賞、2015年日本バーチャルリアリティ学会論文賞、2016年日本ロボット学会Advanced Robotics Best Paper Award、等受賞。