5/07/2013

機械工学科でマイクロ・ナノテクノロジーを扱う意義

前回の記事「これからの機械工学科に期待すること」で、機械工学科でマイクロ・ナノテクノロジーを扱うことについて少しだけ触れた。今回はこの点について掘り下げて考えてみたい。

そもそもなぜ、機械工学科でマイクロ・ナノテクノロジーを扱うようになったのかについて考えたい。

前回の記事の通り、現在の機械工学科は主に4力学(機械力学、材料力学、熱力学、流体力学)とその他設計、生産、制御などの分野で成り立っている。例えば材料力学について考えてみる。機械工学科にとっては、鉄や合金などの強度、耐久性を如何にして上げるかがひとつの課題だった。専用の機械を使って、金属棒の引っ張りながらどの程度の力まで耐えられるのか、どの程度ひずみが生じるのかを調べたりするのが機械工学科のオーソドックスな材料力学である。機械工学科は基本的にはマクロな物の見方をするが、材料のマクロな特性は早い段階で調べ尽くしてしまった。そうなると、原子欠陥が金属の強度にどのくらい影響するかといったミクロな面に注目が移っていったのではないかと考えられる。

このような動きは材料力学に限った話ではない。熱力学は統計力学的にマクロなスケールで考えることもできるが、原子スケールのエネルギー輸送(フォノン、フォトン、エレクトロン)を研究している人もいる。流体の挙動はスケールが小さくなると粘性の影響が大きくなるなど、マクロとは違った物理がマイクロスケールには存在する。また、MEMSと呼ばれる微小電気機械システムを扱う研究室も機械工学科には多数存在する。このように、4力学の分野も次第にマイクロ・ナノの領域を扱うようになり、マクロ(連続体)とは違った物理を勉強する必要があることが分かる。

5/03/2013

これからの機械工学科に期待すること

学部から修士、博士課程までずっと機械工学科に在籍している人間として、ずっとモヤモヤしていることがあった。それは研究で必要となる学問が、機械工学科の根幹をなす学問とかけ離れているということだった。

機械工学科は主に4つの力学から成立していると言われている。

・機械力学:剛体に働く力(回転運動・振動など)を考える学問
・材料力学:材料の強度や変形などの力学
・流体力学:流体(液体、気体)の変形、応力を扱う力学
・熱力学:熱(エネルギー)の現象をマクロに捉えた学問(機械科では主に内燃機関を扱う)

wikipediaにもっと詳しい分類が書かれています)

これらの4つの力学と設計・生産・制御などの学問で機械工学科が成り立っていると言える。これらの学問の応用範囲は非常に広い。卒業生は自動車、重工業、電気、鉄鋼、インフラなど様々な企業に就職している。

しかし、僕が学部4年の時に入った研究室はナノテクを扱っていた。ナノテクノロジーは機械工学科で学ぶような学問とはかけ離れている。スケールが原子レベルになるとマクロ(連続体)の学問とは違った学問(量子力学など)が必要になる。ナノテク以外の研究室においても「これは本当に機械工学でやるべき研究なのか?」と思ってしまうことは度々あった。

電気自動車の研究をするとか、ガスタービンの研究をするならいかにも機械工学科という感じがする。しかし、「これって機械工学なの?」という研究も数多く行われている。一例としてMITの機械工学科を取り上げてみる。

http://meche.mit.edu/research/

このページをみると分かるように、MITの機械工学科は以下の7分野から形成されている。

1,機械
2,設計・生産
3,制御・ロボティクス
4,エネルギー
5,海洋
6,バイオ
7,マイクロ・ナノ