情報

「メカトロニクス」は、機械(メカニクス)と電子(エレクトロニクス)を合わせた言葉です。北九州市の安川電機が 1969 年に商標として出願し、1972 年に登録されました。日本で生まれた言葉が、いまは機械工学の分野の名前として広く使われています。

いまの機械の多くは、体にあたる機構、目にあたるセンサー、頭にあたるマイコンとプログラム、手足にあたるモーターでできています。日本学術会議の参照基準も、情報科学の知識を取り入れて新しい機械技術が生まれつつあることを、大切な視点として挙げています。

高校の情報 I では、全員がプログラミングと、モデル化・シミュレーションを学びます。機械系の学科でも、多くの大学で 1 年からプログラミングの授業があります。高校で書いた短いプログラムが、そのまま大学の学びの入口になります。

情報 I では、現象を式や規則で表すモデル化と、それをコンピュータで動かすシミュレーションを学びます。機械工学では、部品の強さや空気の流れを、作る前にシミュレーションで確かめます。試作の回数を減らし、時間と費用を節約できます。

2020 年、理化学研究所と神戸大学の坪倉誠さんのチームが、スーパーコンピュータ「富岳」を使う研究を始めました。せきや会話で出る飛沫が、電車の中などの室内でどう広がるかを計算し、対策を考える研究です。計算には、空気の流れと熱を求めるソフトウェアを使います。

流れの計算では、空間を細かな箱に分け、箱ごとに空気の速さや温度を求めます。縦 4 m・横 4 m・高さ 2.5 m の部屋を、1 cm 角の箱に分けてみます。箱の数は 400 × 400 × 250 = 4,000 万個です。これを短い時間ごとに何度もくり返すので、速いコンピュータと、むだのないプログラムが必要になります。

プログラミングが初めてでも、心配はいりません。機械系の学科でも、1 年の授業で基本から学ぶ大学が多くあります。高校のうちは、情報 I の教科書のプログラミングの章を、自分の手で打ち込んで動かすことから始めてください。

まずは、変数・条件分岐・くり返しの 3 つを使えるようにします。次に、表計算ソフトや Python で、簡単なシミュレーションを作ってみます。センサーとマイコンに触れたいなら、ブラウザで動く MakeCode for micro:bit が手軽です。本体がなくても、画面の中で試せます。

大学では、プログラミングに加えて、数値計算や制御の授業で、数学と物理の式をプログラムに直す練習をします。このサイトの高校の「情報」のページと、大学の「情報学」のページもあわせて読むと、学びのつながりが見えてきます。