物理学的発見から始まった、
「ボールSAW」という無限の可能性。

山中：そもそもの始まりは、携帯電話にも使われている「SAWフィルター」の研究です。SAWとは、Surface Acoustic Waveの略であり、表面波のこと。SAWフィルターとは、SAWの原理を用いて周波数を選別し、個別に割り当てる機能を持ったデバイスのことです。このデバイスに最適な材料の研究などを進めている時に、ボールベアリングのメーカーから「表面波を活用し、ボールベアリングのキズ（欠陥）を見つけることができないか」と問い合わせがありました。それでいろいろ試行錯誤しているうちに、球体の表面を赤道（大円）に沿って伝わる表面波が同じ幅を保ったまま伝搬する性質を見つけたのです。

赤尾：「表面波は伝わるにつれて広がりが次第に衰えていく」というこれまでの物理学の常識を覆す大発見です。この仕組みを用いて、本来の目的だった表面波デバイスを、フィルターだけではなくセンサとして使うことができるのではないかと考えました。

山中：球の上に表面波が回るという現象の例で、最もわかりやすいのは地球です。地震が起きるとその地震波が広がり、反対側に集まって、また広がって戻ってくるという現象が実際に地震観測所で観測されているんです。この原理を応用し、球状の圧電体の赤道上にすだれ状の電極を設置すると、表面波は音速で繰り返し周回するということがわかりました。これが「ボールSAWセンサ」です。

竹田：そうですね。実際にこの超微量水分計は、水分を嫌う製造工程においてとても役立ちます。例えば半導体の素子を作る過程では、水が入ると不具合が起きてしまいますし、車などに使われるリチウムイオン電池も、製造工程で水が入ると寿命が短くなってしまいます。水と言っても肉眼で見えるようなものではなく、気体中の水分濃度1ppｂ（10億分の１）レベルの、まさに超微量な水分です。

塚原：例えばスマートフォン内部の配線はナノメートル単位です。髪の毛の1万分の1、10万分の1という世界なので、その製造過程で水があると影響が出てしまいます。超微量水分計は、今後もそういった製造分野で活躍の場が広がっていくと思います。

赤尾：最近は食品系の企業からの問い合わせがありますね。代表的なものでは、生鮮食品の「美味しいタイミング」を探したいというニーズ。それからお酒や醤油、ワインなどの醸造品で、発酵がどれだけ進んでいるかなどの品質管理の目的で使用したいという声もあります。

山中：土壌中の汚染物質の検出、有毒ガスや異臭の検査などにも活用できますね。生体ガスの検出も可能なので、呼気や腸内ガスから病気の早期発見にも貢献できるかもしれません。

塚原：さらに、今注目を集めているカーボンニュートラルの問題にも、水素ガスセンサが関わってきます。主にヨーロッパでは、再生可能エネルギーから作った水素を貯めておこうという発想がありますが、貯めるには水素をきちんと管理しなければなりません。そこで私たちの水素ガスセンサの活用が期待されています。

竹田：水素ガスセンサに関しては、エネルギー問題と自動車、二つの分野でアンテナを張っているところです。

山中：最近では、新型コロナウイルスの流行によってウイルスを検知するセンサの開発も進めています。不活性化したウイルスを容器の中に入れて、発生した物質を検出することが可能になったので、ゆくゆくは空気中にあるウイルスを検知できるようなセンサを作りたいと考えています。

竹田：ウイルスを検知できるようになれば、感染経路を辿ることも容易になります。空港や医療機関など、さまざまな場所で活躍してくれるはずです。

赤尾：ほかにも、ボールSAWプラスαのセンサを作れないかというアイデアもあって、「センサで何かを計りました」というだけでは終わらない、センサから得られるデータに何らかの価値を生み出せたらと思っています。

塚原：光の制御や通信にもボールSAWを用いることで、新しいデバイスが生まれる可能性はありますね。

赤尾：テーマの大小に関わらず、「ボールSAW」でできることがたくさんあるんです。これからも既成概念にとらわれず、新たな価値創造へ向けて研究開発を進めていけたらと思います。

※2021年11月15日に外部機関より取材頂いた内容を開発秘話としてご紹介しています（撮影時のみマスクを外しています）。