ワシントン大学の研究者とフロリダの中学生が宇宙腎臓結石をめぐって異例の絆を築く
南フロリダの低所得のサトウキビ栽培の町の学生8人が、宇宙で腎臓結石を治すロボット工学プロジェクトに数か月を費やした。
全国各地では、ワシントン大学の研究者たちがNASAのためにまさにこの問題を研究し、臨床試験に着手しており、これまでのところ成功していることが証明されている。
今月、学生たちが専門家の意見を求めるというコンテストの要件の一環として、ウィスコンシン大学の物理学者で研究教授のローレンス・クラム氏に連絡を取ったことで、異なるグループが一つにまとまりました。クラム氏は学生たちに包括的な返信を送り、彼らのアイデアへの称賛を表明しました。クラム氏は自身のキャリアの中で見てきた様々な学生プロジェクトの中で、「フロリダのタイトル1校の学生たちは、私がこれまで見てきた中で最高に近い」とGeekWireに語りました。
パホーキー中学校の生徒たちは、2年連続で全国レベルへの進出を目標に、今週末、パームビーチ郡で行われる地域ロボット競技会で自分たちの知識を試す予定だ。
ロボットチームの共同コーチで、現在はパホーキー中学校で理科の教師をしている元起業家のブラッド・ソコル氏は、サトウキビ畑で働く両親を持つ生徒が多い生徒たちにとって、ワシントン大学の専門家との対話は人生を変える可能性があると語った。
「毎日が生き延びることばかりのこのようなコミュニティから来た者にとって、これは本当に信じられないことだ」とソコル氏は語った。
この異例の共同研究はNASAの注目を集めました。「この研究は、NASAが宇宙で腎臓結石をどのように管理しているかという根本的な疑問に答えるのに役立つでしょう」と、元素科学者のクリス・レーンハート博士は述べています。
パホーキーの道
人口約6,200人のパホーキーの世帯収入の中央値は、国勢調査によると約27,000ドルです。中学校では、ほぼすべての生徒が無償または割引の給食を受けられます。テストの点数は州平均を下回っています。
ロボット工学部のメンバーは全員、黒人またはヒスパニック系の有色人種の生徒で、8人中6人が女子です。ロボット工学部が成功する前は、この町から抜け出す唯一の方法はスポーツしかないという認識がありました、と学校のマグネットコーディネーターであるソニア・ソトさんは言います。
「ロボット工学を通して、他にもできることがあることを実証しました」と彼女は言った。「子どもたちはどんなことでも目指すことができます。キャリアはたくさんあり、ロボット工学はそこから抜け出す道の一つなのです。」
今年のファースト・レゴ・リーグのチャレンジでは、生徒たちに、長期にわたる宇宙探査中に人類が直面する問題を特定し、解決するよう求めました。8月下旬、生徒たちはこの問題について調査に取り組み、宇宙で遭遇する可能性が高い宇宙飛行士の腎臓結石を解決するというアイデアを思いつきました。
生徒たちはこの問題の解決策をブレインストーミングし、レゴで水鉄砲を作って石に当てるというアイデアを思いつきました。さらに、水鉄砲を袋に取り付けて水を循環させ、宇宙空間で使えるリサイクル可能な装置を作ることも検討しました。最終的に、プロペラの螺旋運動を利用して宇宙飛行士の体に水を噴射し、石を落とすというアイデアに至りました。
国境を越えた協力
ソコル氏によると、フロリダチームはワシントン大学の専門家に連絡を取り、数分でも時間を割いてもらうことを期待していたという。クラム氏の手紙を受け取った時、「私たちは本当に驚きました」と彼は語った。
GeekWireと共有した手紙の中で、クラム氏は次のように書いている。「宇宙飛行士が直面する問題について、驚くほど詳細かつ技術的に洗練された調査を行い、その解決策として想像力豊かで独創的なアプローチをとったあなたとあなたのチームに、祝意を表します。」
しかし、議論はそこで終わらなかった。ワシントン大学応用物理学研究所の准教授、マイケル・ベイリー氏も、学生たちのアイデアについて、包括的な考察、疑問、そして称賛を述べた。ベイリー氏は、宇宙空間における臓器の移動や、重力に依存せずに身長が伸びる人体への適応方法など、アプローチを洗練させるための質問リストをチームにメールで送った。ベイリー氏は、プロペラの螺旋状のアプローチは素晴らしいだけでなく、時代をはるかに先取りしていたと称賛した。「このようなことを考え始めるのに10年もかかりました」と彼は綴っている。
腎臓結石を付着組織からねじり落とすという考え方は両グループに共通しているが、UWグループは水ではなく超音波を使用している。
腎臓結石を除去するため、ワシントン大学の専門家たちはセクターアレイ、つまり花の顔のような形状の携帯型超音波装置を用いています。超音波を用いて、花びらを1枚ずつ、時計回りに1枚ずつ発射していきます。最終的に、圧力のかかった管が形成され、結石をねじり落とすことができます。
「しかし、子供たちの機械的な回転源のアイデアも機能し、はるかにシンプルでエレガントになる可能性がある」とベイリー氏は語った。
成功への期待
パホーキーからの問い合わせは、腎臓結石の研究のためにNASAから資金提供を受けているワシントン大学チームにとって、重要な時期に届いた。彼らは現在、ワシントン大学とハーバービュー医療センターの救急科から患者を募集しており、皮膚に超音波プローブを当てて結石を移動させる研究を行っている。ベイリー氏によると、今月初めには、結石を押し出すだけでなく、パルスを加えることで結石を砕く研究の承認もFDAから取得したという。
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「子どもたちのタイミングは本当に素晴らしいです。私たちはちょうどこれらの臨床試験を始めたばかりです」と彼は語った。
ベイリー氏は、研究者らは初期の患者で成功を確認しており、最終的には合計20人を対象に研究を進めたいと考えていると述べた。
パホーキーに戻ったソコルさんは、学校のもっと多くの生徒が科学、技術、工学、数学（STEM）に関わるようにしたいと願っている。それが「学校の原動力を、小作農のような存在から、想像をはるかに超えるものへと変える可能性がある」と彼は言う。
彼は、チームの創意工夫は、子供たちが新しいアイデアをブレインストーミングする際に恐れを知らないという事実によるものだと考えている。
ロボット工学チームの活動は「長年の科学や教科書の制約を取り払い、子どもたちの心を自由にしてくれます」と彼は言った。「この子どもたちは、人生において大きな存在になるでしょう。」
