ぐぐっと引き合う分子間力を体感できる「HaptiChem」

[ITmedia]

　国立情報学研究所（NII）は3月15日、極小の分子に実際に手で動かしているかのような体験ができる化学教材「HaptiChem」を公開した。フォースフィードバック機能を備えた3次元マウスと組み合わせることで、分子と分子の間に働く力を手で感じとれる。実際に操作した高校生からも「化学の内容は想像しにくいのが多いが、これなら見えたり体験できるので分かりやすい」と好評だ。

　HaptiChemは、Windows用ソフトと3次元マウス「SPIDAR」で構成。PCにUSBで接続したSPIDARを使い、3次元空間上の分子を操作すると、希ガスの分子と分子が引き合う力（ファンデルワールス力）をSPIDARのフォースフィードバック機能が再現。分子同士が引き合う力を手応えとして感じることができる。ファンデルワールス力は分子間距離の2乗に反比例するため、分子間の距離が近付くにつれて力が強くなっていくのも分かる。

　ソフトは、NIIの化学系グラフィックスのオープンソースライブラリ「ケモじゅん」とSRA先端技術研究所の3次元マルチメディアオープンソースライブラリ「じゅん」をベースに開発した。

　SPIDARは東京工業大学精密工学研究所の佐藤誠教授が開発した力覚デバイス。上下各4つのモーター＆エンコーダから伸ばした糸により宙に浮かぶ格好にしたボールを操作することで、3次元の操作とフォースフィードバックが可能になっている。

SPIDARで3次元上の分子を操作すると、分子同士の力を計算し、SPIDARにフォースフィードバック。距離が縮むと引き合う力は強いが、近づきすぎると斥力で反発するのも力強い手応えで感じる

　開発したNIIの佐藤寛子助教授は、化学や生命科学の基本である分子の力を感じることができる教材を目指した。「目に見えない対象や概念を研究する化学では、視覚的な表現やモデルは極めて重要」。元々は実際の化学研究にも使えるシステムの開発が出発点だが、まずは比較的単純な分子間力を再現し、高校生の教材として作成。分子の力を生徒自身が擬似的に体感することで、化学への関心と理解を深められると考えている。

　この日、東工大付属科学技術高校（東京・港区）で模擬授業が行われ、1年生12人がHaptiChemを体験。SPIDARのボールを動かしながら分子同士を近づけると、引き寄せられる手応えが伝わり「すごい」と声を上げる生徒も。「魚釣りみたいだった」と力の伝わり具合を表現する生徒もいた。

模擬授業

　模擬授業を担当した森安勝教諭は「化学は小さいものを扱うので、生徒にそれを伝える手段が必要。こうした教材があると伝える工夫もしやすいし、生徒もそれを受け取りやすい」と評価する。昨年2年生を対象にHaptiChemを使って授業を実施した際も、「実際に体験すると記憶に残る」と生徒からは好評だったという。

　HaptiChemのソフトはWebサイトで無償公開する。力を体験するにはSPIDARが必要だが、研究機関向けの場合で100万円近くするため、国内の高校での教育利用に限り、無償で貸し出す。詳細は同サイトで。