🇯🇵 Hikaru Kuribayashi

栗林光は、日本の北の島、北海道にある札幌開成中等教育学校の生徒だった時、現代工学における静かな難問の一つに取り組んだ——折り構造がどう振る舞うかを数学的精密さで理解することである。

折り紙は日本の文化的遺産だが、21世紀においては本格的な工学技術となっている。宇宙船用の折り畳み式ソーラーアレイ、折り畳み式医療ステント、展開式シェルター、収納可能なロボット工学——これらすべてが折り紙の核心的技法、つまり大きな構造を小さく折り畳み、必要に応じて確実に展開するという技を借用している。

問題は、折り構造が数学的に扱いにくいことである。多数の折り目を持つシートは膨大な数の動き方が可能であり、複雑な折りパターンのあらゆる可能な動きを予測することは、明快な計算処理に抵抗してきた。エンジニアは多くの場合、設計の失敗モードを実際に製作することでしか発見できない。

栗林はこの問題にソフトウェアで挑んだ。彼は複雑な折りを理解するシミュレーションプログラムを作成した——折り構造が取りうるあらゆる可能な動きをモデル化する新しい方法である。初期のツールが可能性の組み合わせ爆発に苦しんだところで、彼のアプローチは折りパターンの完全な動き空間をマッピングした。

彼はこの研究を2026年Regeneron国際科学技術フェアに持ち込んだ。これは世界最大の大学前科学コンペティションで、数十カ国からのファイナリストが700万ドル以上の賞金をかけて競う。

審査員の評決は明確だった。栗林のプロジェクトはまず物理学・天文学部門で第1位を獲得し、6,000ドルを得た。次に来たのはフェア最高の栄誉であるGeorge D. Yancopoulos Innovator Awardとその10万ドルの賞金で、これはフェア全体で最も革新的と判断されたプロジェクトに与えられる。

フェアを運営するSociety for Scienceは、この研究の実用的意義を強調した——折り紙の動きに関する厳密な理解により、エンジニアは自然の多くの設計(葉の折り畳み、昆虫の翅、タンパク質構造)を模倣し、生命システムが行うように展開、折り畳み、変形する機械を構築できる。

この勝利により、栗林は稀有な仲間入りを果たした。フェアの最高賞は歴史的にアメリカの生徒に不釣り合いなほど多く与えられてきた。日本の中等教育学校生徒による最高賞受賞は、日本の若手研究コミュニティにとって画期的な瞬間であり、世界中の科学報道で見出しを飾った。

栗林の研究を際立たせているのは、文化的遺産と計算的野心の組み合わせである。彼は何世紀にもわたって日本の子供たちが実践してきた民芸を取り上げ、現代工学が要求する数学的処理を施した——鶴の折り紙と宇宙船を結ぶ架け橋である。

審査員がなぜ最高賞に手を伸ばしたかを理解するには、栗林が手なずけた問題の規模を考えてみるとよい。数十個の折り目を持つ折り目パターンでさえ、非常に大きな動き空間を生成し、力任せのシミュレーションはその下で崩壊する——各折り目は他のすべてと組み合わせて動くことができ、相互作用は組み合わせ論的に増大する。その空間を体系的に表現し探索する方法を見つけることは、通常は博士論文に登場する種類の貢献であり、高校の科学フェアのエントリーではない。

応用は仮説的なものではない。NASAや他の宇宙機関は折り紙由来の設計を飛ばしてきた——最も有名なのはコンパクトなソーラーパネル展開に使用されるミウラ折りである——そして医療機器メーカーは、動脈を通過するために折り畳まれ、目的地で展開するステントを製造している。こうした設計はすべて現在、広範な物理的プロトタイピングに依存している。それは正確に動き予測が信頼できないからである。折りパターンの完全な動き空間をマッピングするソフトウェアは、パイプラインの最も高価な工程を攻撃する。

ISEFの審査の試練は、この結果に重みを加える。ファイナリストは、方法論、独創性、そして生徒自身の理解の深さを探る、現役の科学者とエンジニアのパネルとの複数回のインタビューで研究を弁護する——本物の研究と洗練されたプレゼンテーションを分離するように設計された形式である。栗林のプロジェクトはその精査を二度生き延びた——一度は部門で完全に勝利するため、もう一度はフェアの最高審査員が22の全部門を互いに比較した時である。

彼の勝利はまた、静かな国家的意義も持っていた。日本は毎年、国内フェアシステムを通じて少人数の代表団をISEFに送っており、その生徒たちは専任の研究プログラムを持つアメリカの学校が支配する分野に対して第二言語で競争する。日本人生徒がYancopoulos Award——フェアの唯一無二の最高栄誉——を獲得したことは、日本の科学教育コミュニティで画期的出来事として祝われた。

賞自体には知る価値のある系譜がある。Yancopoulos Innovator Awardは、Regeneronの共同創設者兼主任科学者George D. Yancopoulos——彼自身が元Science Talent Search受賞者——にちなんで名付けられ、最も洗練されたプロジェクトではなく、最も真に独創的なプロジェクトを識別するために創設された。過去の受賞者はトップ研究大学に進み、早期の科学キャリアを歩んでおり、それに付随する10万ドルは、世界中のどこでも高校生が研究で獲得できる最大級の単一賞の一つである。審査員がそれを折り畳みシミュレーションに送ったことは、彼らが工学がどこに向かっていると信じているかについての声明だった。

17歳で、栗林は大学前の科学界を最大の賞を手に離れ、研究方向——計算折り紙——を持つ。これは現役のエンジニアと応用数学者が数十年にわたって採掘するものである。未来の折り構造は、彼のソフトウェアが最初にマッピングした経路に沿って動くかもしれない。