噴煙の中へ：INFICONにおける火山監視技術の開発の軌跡
INFICONは研究上の課題を革新へと転換し、世界中の火山ガス監視と予測を進化させています。
INFICONにおける研究開発は、単に技術を前進させることだけではありません。現実世界の課題を解決することです。厳格な製品テストから現場の科学者との緊密な連携まで、INFICONは顧客の課題解決と現実のニーズに応えるガス検知機器を開発しています。その有力な一例が、アンドレス・ディアス博士が主導するプロジェクトです。ガスセンサー、ガスクロマトグラフィー、質量分析計を用いてガスを検知・定量・監視し、火山噴火直前の現象解明に役立てています。これらの知見により、火山学者は噴火をより正確に予測し、人命を救う可能性が広がります。
ディアス博士は大学教授であり、INFICONでは新興技術と新市場に焦点を当てた上級研究科学者を務めています。彼の研究は科学とイノベーションを結びつけ、地震予測、宇宙探査、火山ガス分析などのプロジェクトに貢献しています。火山研究への情熱は大学院時代に始まり、現在ではINFICONの技術を活用し、環境災害発生前の警告兆候を検知する機器の開発に取り組んでいます。
イタリア・エトナ山での最近の研究は、INFICONの研究開発が世界的に影響を与えていることを示しています。本プロジェクトで研究者が突破を目指した主な課題の一部をご紹介します。
課題：研究室に限定された技術
従来、火山ガスのサンプリングは現場で手作業でサンプルを採取し、分析のためにオフサイトの研究所に持ち帰る方法が用いられていました。これは危険であるだけでなく、サンプリング頻度が低すぎて効果的ではなく、リアルタイムの知見も得られず、サンプルを研究所に輸送する間にデータが損なわれる可能性もありました。
初期の質量分析計は、携帯性がなく、現場分析を行うには大きすぎてかさばり、安定した電源を必要としたため、この研究には理想的ではありませんでした。また過酷な環境下での使用にも適していませんでした。
画期的な突破口：携帯型質量分析計
現場展開可能な質量分析システムの開発は、この研究に革命をもたらしました。ディアスはチームと協力し、バックパックに収まるほど小型の携帯型質量分析計を設計。Transpector® MPHをPelican®ケースに収めたこの設計により、科学者や研究者は現場で測定を実施し、最高かつ最も正確な測定結果を得られるようになりました。
バックパック型モデルにおける質量分析計の選択は、火山における精密測定を実現する上で極めて重要であった。Transpector MPHは市販されている中で最速のスキャン型四重極質量分析計である。複数のガスを迅速に測定し、リアルタイムで同位体分析を行う能力は、火山活動を理解するために必要不可欠な機能を提供した。
課題：危険な地形を突破する
火山が噴火する前から、その環境は荒れ狂い、高温で予測不能なため危険である。活動が活発化したり噴火したりすると、脅威は現実的で危険なものとなり、継続的な監視の必要性がさらに高まる。人間は噴火中の火山に命を賭けて入ることはできないが、データなしでは科学は完結しない。
画期的な解決策：危険環境向けロボット搭載装置
危険で過酷な環境の可能性を克服するため、チームはINFICON技術を脚付きロボットやドローンに搭載するソリューションを開発した。
HAPSITE Scout（無人航空機（UAV）に統合可能な多ガス検知ペイロード試作機。CO2、H2S、SO2、H2Oなどの主要火山ガスをリアルタイム検知）を搭載した初のドローンは、2022年と2023年にストロンボリ火山およびヴルカーノ島で成功裏に展開された。HAPSITE® CDT（INFICON製ガスクロマトグラフ質量分析計）の付属品として開発されたHAPSITE Scoutは、噴煙測定中に搭載サンプルコレクターで現地ガスサンプルを採取。その後、別の場所へ運搬して詳細なGC/MS分析が可能となる。HAPSITEの機能（携帯性や過酷環境下でのリアルタイム現地分析など）を基盤としつつ、HAPSITE Scoutは研究者を危険に晒すことなく、発生源直上でドローンによる測定を可能にします。
2025年、チームはETHチューリッヒのロボティクスシステム研究所と共同で、ARAMMISシステム（自律型ロボットによる地域マッピング・監視・現地計測システム）の火山初展開を実施した。ETHチューリッヒの脚付きロボットにINFICON Transpector MPHを搭載することで、チームは活動中の火口縁に直接進入可能なシステムを送り込み、放出ガスを特性評価することが可能となった。これにより、人間が到達不能または危険すぎる領域におけるリアルタイムの現地分析が実現した。
課題：過酷な環境下における機械装置
火山は技術にとって極めて過酷な環境を生み出す。激しい振動は機器の不安定化や損傷を引き起こし、険しい地形はロボット搭載機器の移動性と安定性を脅かす。さらに二酸化硫黄、硫化水素、フッ化水素、塩酸などの腐食性ガスは、ドローンやロボットの露出した電子機器を劣化させる危険性がある。こうした過酷な環境に耐えうるシステムを設計するには、これら全ての条件を考慮する必要がある。
画期的な技術：極限環境のためのエンジニアリング
このような過酷な条件下での信頼性を確保するため、チームは複数のシステム改良版を開発・試験した。各改良版は実地で遭遇する条件よりも過酷な環境への耐性を設計目標とした。主な改良点は以下の通り：
- 真空ポンプの支持点に減衰機構を設計し、ペイロードの動作安定性と堅牢性を向上
- ケーブル接続部とビアの設計変更により、潜在的な動きによる配線ショートを防止
- フィルター追加により、火山地形由来の粒子が質量分析計に侵入し入口を閉塞するのを防止
- バックパック・ロボット・ドローンの設計に保護ハウジングを追加し、動き・揺れ・水・振動による損傷を防ぐための堅牢化を実現
- 電子機器用の特殊コーティングを開発し、ガスによる腐食を防止
大胆な発想から画期的なツールへ
当社の火山研究はまだまだ終わっていません。現地調査のたびに新たな変数が明らかになり、課題がさらなる革新を促す。これがINFICONの研究開発と研究機関・政府機関との協業の本質である。単なるソリューションの提供ではなく、現実世界の要求に応えるため絶えず改良を重ねる姿勢だ。実験室用機器から過酷な環境下でも稼働する堅牢なシステムまで、火山プロジェクトは過酷な環境下でのセンシング技術の未来を体現し、より安全で、よりスマートで、より予測可能な未来を切り開く。
