颠覆常识的创新

　　只要转换思维方式，我们就能颠覆许多常识，创造奇迹，而这样的奇迹正在研究所、演艺界、运动场等领域不断发生。

　　我想成为透明人——透明迷彩

　　东京大学教授 稻见昌彦

　　某外交官正在做非法勾当，突然有人击碎了他面前的玻璃窗，对他展开攻击。

　　“那人在窗外！”他向楼下望去，一个女机器人带着无所畏惧的微笑在高楼大厦之间落下。等一下，好像不对劲，她本应将身后的景色挡住，然而大楼窗户映射的光芒与环形道路上汽车的影像穿透了她的躯体，渐渐与周围的色彩融合，女机器人最终完全与背景融为一体，就这样凭空消失了。

　　动弹不得的男子喃喃道：“这是……光学迷彩……”

　　这一幕出自日本人气动画《攻壳机动队》剧场版。东京大学研究生院信息理工研究科的稻见昌彦教授从中获得启发，研究出了摄像光学迷彩服，也就是“隐身斗篷”。大概每个人都做过关于隐形的白日梦，小说、电影等作品不断出现对透明人的描写，日本神话中天狗的隐身蓑衣就是一种隐身道具。

　　将背景映射在斗篷上

　　稻见教授设计的隐形斗篷利用“再归性反射材料”制成，靠投影仪、相机和电脑令光线不扩散，按原样再次反射。稻见教授说：“如果能将背后的景象立体地映出，人看起来就像透明一样。”

　　再归性反射材料是指只朝光线射来的方向反射光的材质，类似于道路标示、运动装备上使用的反光材质。稻见教授解释：“你可以把这件斗篷想象成镶满了50微米大的猫眼。猫的眼睛可以将光线原路反射，所以能在黑暗中发亮。”

　　先用投影仪映出摄像机拍摄的背景，再用只允许部分光线穿过的半反射镜将投影仪的光反射出去照在斗篷上，背景影像就显现在了斗篷正面。斗篷正面射出的光线又直接穿过了半反射镜，射入观察者的眼中。简而言之，隐形斗篷就是映出背后景象的立体显示器。

　　“隐形斗篷对白色的衣服不起作用，从镜子里面看也没有透明效果。”稻见教授说，“因为在这两种条件下，光线会向各个方向扩散，影像因此变暗，还会加剧衣服褶皱的负面影响。其中最重要的还是能将光线原路反射回去的再归性反射材料。”

　　让投球手变透明

　　这种利用光线性质实现隐形的光学迷彩可以灵活运用在多个领域，例如让汽车变透明。如果在汽车内部贴一层反射材料，在车外安装摄像机，从里向外看车体就是透明的。稻见教授介绍说：“投影仪映射不到的位置无法做出透明效果，这是技术限制。但是光学迷彩可以减少驾驶员视野的死角，轻松享受周围的景色。”

　　对于光学迷彩在医学上的应用，人们寄予了高度期望。手术过程中，仅靠医生的手和医疗器械无法观察到患者的某些部位，如果能用光学迷彩让患者的身体变透明，就能大大提升手术安全性。

　　稻见教授还接到了意料之外的请求：“体育运动领域的科学研究者找我商量，能否实现棒球运动员的隐形。”体育研究者想弄明白，若要解读棒球的路径，是该看球还是看投手的动作。他们从未实现过这项研究，决定先从只能看见球的状态着手。

　　实际上这项光学迷彩技术的诞生起源于一次学术会，当时稻见教授在等待会议开始时，为打发时间向大家展示了光学迷彩的雏形。原本只是趣味演示的光学迷彩引发了大众的关注。稻见教授说：“人们总是惧怕黑暗，对于眼睛看不见的事物也抱有不安。在讨论光学迷彩能否作为一项正式的技术投入应用之前，请大家想一想，出于本能，你难道不觉得隐形是一件有趣、开心的事情吗？”成为隐形人是人出自本性的向往。

　　寻回失去的声音——HMM声音合成装置

　　名古屋工业大学教授 德田惠一

　　2015年4月，当人们听说日本著名音乐人淳君接受了声带摘除手术后，纷纷表示震惊。淳君12月接受采访时向大众讲述了舍弃对他而言最重要的嗓音的决定，以及家人给他的支持与未来的人生规划，他利用电脑键盘打字回答记者的提问。

　　2014年2月，淳君因声音严重嘶哑去医院检查，被诊断为咽喉癌。淳君说：“虽然之前没有具体的想象，但人是了解自己的身体的，我有过不祥的预感。”2013年夏季，淳君所属的老牌摇滚乐队Shram Q举办了出道25周年纪念巡回演唱会。表演的最后一日，淳君把妻子和孩子带到现场，他在《所以我要活下去》一书中记录了当时的心情：“不知为什么，我有一种感觉：必须和家人提前拍一张合影。”他们还一起录了像。

　　90%的咽喉癌患者会选择放射治疗，淳君也不例外，治疗后医生一度判断他已痊愈，不料癌症复发，14年10月他摘除了被癌细胞侵蚀的声带。

　　淳君说：“过去我对于失去嗓音非常恐惧。如果不能唱歌，我怎么继续工作？”他是Shram Q的主唱，是音乐制作人，还是有40多名员工的公司社长。可是如果强行保留嗓音，他就必须直面死亡。他说：“我并没有产生‘切除声带我就能活了’的乐观想法，实际上做了手术后我不可能精神百倍地活下去。我当时的心境类似于‘能活得久一点了吧’。”

　　是家人支撑他走下去。“当妻子对我说‘你一定能与病魔抗争到底’时，我松了一口气。我的妻子是个容易忧虑的人，她甚至不敢独自去餐馆吃饭。但就是这样的她说出了如此乐观的话语，她已经不是那个一头扎进烦恼中无法自拔的小媳妇了。”

　　现在淳君使用能将文字转化为语音的手机软件或打字与家人对话。

　　“女儿感冒的时候朝我撒娇‘爸爸抱’，当我把她抱起来，就觉得果然还是不能死去啊。以前孩子们也很可爱，但生病后的我产生了许多与以往不同的感情。”

　　重现歌声

　　现在淳君正在进行食道发声练习。切除声带后恢复发音的方法有很多种，日本头部癌症学会的林隆一认为不需要手术、不需要手部帮助的食道发声法是最容易的。但是不论使用哪种方法，要在没有声带的前提下发出包含微妙抑扬强弱的声音都不容易，浅井昌大医生说：“声带可以通过控制周围肌肉与声带自身肌肉的紧绷度，来对嗓音进行高低强弱的调整，现在还没有开发出具备相同机能的人工声带。”

　　那么，我们再也听不到淳君的歌声了吗？不，能够实现其歌声的技术正在开发当中，那就是名古屋工业大学的德天惠一教授团队的研究项目——HMM声音合成装置。这种设备通过将数百名日本男女的声音数字化合成“标准音”，计算与本人声音的差异，生成指定的人声。只要在电脑里输入文字，就能从扬声器听到语音内容，也可实现歌曲的演唱。德田教授说：“HMM声音合成装置能够重现的不只是音色，还有节奏和演唱方法。”这简直是梦幻般的技术。

　　淳君说他会尽可能在现在的状态下找寻幸福，HMM声音合成装置是助他返回乐坛的重要工具。

　　预防老年痴呆症——脑啡肽酶的发现

　　理化研究所脑科学综合研究中心 西道隆臣

　　阿尔茨海默病患者占所有老年痴呆者的六成，而药物的临床试验失败率高达99%。现在世界上尚无攻克阿尔茨海默病的方案。2012年，日本的老年痴呆症患者人数达到462万，若将治疗费、看护费和家人相关花费计算在内，每年日本花在治疗老年痴呆症上的资金高达14.5兆日元。厚生劳动省预估，2025年日本的患者人数将达到700万。

　　理化研究所脑科学综合研究中心的西道隆臣说：“我们的研究目标是根本性治疗，确立阿尔茨海默症发病前的抑制预防法。”

　　2000年，西道发现了能够分解β-淀粉样蛋白的酵素，而β-淀粉样蛋白正是阿尔茨海默症的致病物质。2014年，研究小组加快研究与开发进程，在脑状态与患者相似的白鼠身上取得试验成功。西道还是理研生物公司的社长，与企业、大学和医疗机构共同推进理化研究所成果的实用化与衍生药物。

　　不要水龙头，要排水口

　　阿尔茨海默症是由于脑内积攒β-淀粉样蛋白，神经细胞逐渐发生变化、死亡，而后发病。为什么世界上那么多的临床试验都以失败告终呢？西道说：“等发病再治疗太晚了。β-淀粉样蛋白在病人发病前的20年已经开始积累。”病症出现的时候，患者的脑回路已经受损，此时即便脑细胞能够再生，也会像硬盘格式化一样。也就是说，此时的“治疗”不过是“清空大脑”而已。

　　西道认为，阿尔茨海默症只能预防，不能治疗。最近多国正在尝试开发预防药物和早期治疗药物，也就是抑制β-淀粉样蛋白形成的药品。而西道团队虽然也在探索防止β-淀粉样蛋白堆积的方法，途径却与其他人大相径庭。如果将β-淀粉样蛋白比作水，有两种方法可防止积水，一种是关闭水龙头，另一种是敞开排水口，西道团队瞄准的是后者。通过对可分解β-淀粉样蛋白的酵素的研究，他们分离出了一种活性氨基酸化合物，并通过公司运作开展世界首款阿尔茨海默症预防药物的研制。

　　西道说：“时机已经成熟，希望能在5-10年内确立预防方法。”

　　完成四周半跳——研究转速与空中滞留时长

　　花样滑冰选手羽生结玄、无良崇人

　　更快、更高、更强是奥林匹克的格言。竞技体育的终极目的正是挑战人类身体能力的极限。

　　近来，“阿克塞尔四周跳”成为花样滑冰选手面临的新挑战，即四周半跳跃。如果能完成这个动作，就能获得最高技术分。目前在日常练习中，尚无人能完成这种跳跃。阿克塞尔四周跳的动作要求是“（右手惯用者）左脚向前滑行起跳，向左旋转四周半，以右脚向后落冰”。花滑项目中的其他5种跳跃都是向后起跳、向后落冰，只有阿克塞尔跳需多旋转半周。

　　日本选手羽生结玄说：“阿克塞尔三周跳是我练习跳跃的原点，如果能多跳半周，就帅呆了。”

　　要完成阿克塞尔四周跳，需要提升旋转速度，延长在空中停留的时间。根据“角运动量维持法则”，旋转轴越细，转速越快，也就是身形纤细者更有利。而要延长滞空时间，必须提升跳跃高度和距离，这就需要从助跑速度和腿部力量两个方面平衡推进。羽生结玄和无良崇人选手都在练习阿克塞尔四周跳。他们之前就擅长阿克塞尔三周跳，羽生身材消瘦，在转速方面更胜一筹，而无良腿部力量更强一些，两个人练习四周跳的进展不相上下。

　　到目前为止，在最大旋转角度跳跃方面最成功的是中国花滑选手金博洋，他在2015年赛季中完成了勾手四周跳，即便如此，他也仍未进行阿克塞尔四周跳的练习。羽生选手认为进行技术上有共通点的动作练习，也对新动作的掌握有所帮助。

　　无良选手说：“本赛季金博洋连续成功完成的勾手四周跳引爆了花样滑冰界，我周围的选手都被激发出斗志，希望学会新的四周跳动作，我也是如此。”人类对极限的挑战才刚刚开始。

　　最快跑步速度

　　短跑运动员桐生祥秀

　　提升步幅与步速

　　男子百米赛跑是田径运动的重头戏，目前的世界纪录是牙买加选手博尔特2009年创下的9秒58。博尔特充分利用了1.96米的身高，奔跑姿态充满跃动感。在这个项目中，挑战9秒多的第一人出现了，那就是东洋大学在读生桐生祥秀。

　　2013年，他在百米赛跑中跑出了10.01秒的成绩，在9.99秒时距离终点还有20厘米。如何才能让这20厘米的差距消失？首先，在跑步动作方面，鹿屋体育大学的松尾彰文教授指出从踏上起跑器到离开，脚尖和膝盖保持弯曲更能借助弹簧的力道。以前人们普遍认为起跑前应将膝盖伸直，现在的观点则是膝关节不向后打开，直接向前踏出就能得到充分的推力。

　　再看步幅与步速。博尔特创造世界纪录时的步数为40.92步，平均步幅为244.4厘米，最大步幅超过280厘米。桐生身高1.75米，100米短跑步数约47步，平均步幅212.7厘米。尽管两人的身高存在差距，只要桐生能将每一步的步幅增加0.5厘米，就能将比赛成绩提升至10秒内。

　　步速方面，博尔特每秒迈出4.48步，桐生最多可迈出5步。只要提升步幅，以超越博尔特的步速，桐生很容易就能跑出9秒多的好成绩。不过松尾彰文教授也指出，按照以往的数据推算，选手们的跑步速度都在提升，在未来的比赛中他们将面对更高的要求。

　　通过钉鞋提升反向作用力

　　要实现梦想，跑鞋是不可或缺的工具。亚瑟士（日本跑鞋品牌）的定制专员田崎宫也说：“我听说桐生升入大学后，就有意识地留意脚接触地面的位置和时间进行训练。”桐生上高中时，为了更容易维持步速，定制的跑鞋鞋底为略带弯度的船型，现在则以更容易控制接地状况为目的，将鞋底进行微调，改成近似平底的形状。

　　钉鞋的素材和形态也在不断发生变化。20世纪80年代后期，亚瑟士全面使用树脂制作鞋底，成功提升了反弹力。现在足弓部分引入碳纤维材质，接地时将足部受到的挤压降到最低，按节奏进行下一个动作。

　　1998年，伊东浩司选手在男子百米赛跑中跑出10秒的记录，当时他穿的钉鞋采用了拉锁设计，而不是鞋带设计。现在鞋带和拉锁同时运用的款式拥有很高的人气。为了缩短短跑记录，对鞋内脚步防滑的不断尝试同样不可或缺。

　　[译自日本《AERA》周刊]

　　镰田伦子、古田真梨子/文 刘欣/编译

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