Ep.4前編｜【太陽光だけじゃない】強化学習が生んだ「勾玉（まがたま）形風車」屋根上発電の最後のワンピース

「世界中の屋根上を風車で埋め尽くしたい」立命館大学理工学部の吉岡修哉准教授は、そんな壮大なビジョンを掲げて研究を続けてきました。

住宅の屋根に太陽電池パネルが並ぶ光景は、もはや珍しくありません。しかし、同じ屋根の上に「風車」が載っている家を見たことがある方は、ほとんどいないのではないでしょうか。太陽光と風、再生可能エネルギーの二本柱のうち、身近な場所で活用されているのは太陽光だけ。この不均衡を解消するために吉岡氏が開発したのが、従来の風車の設計常識を根底から覆す「勾玉形風車」です。

このエピソードでは、勾玉形風車がなぜ生まれたのか、その技術的なブレイクスルーの核心に迫るとともに、事業化を担うCEO候補・登米航氏との出会い、そして二人が同じ世界観を共有しながら社会実装を目指す研究と経営の共創の軌跡を追います。

再生可能エネルギーの「見落とされた半分」

太陽光と風、活用されているのは片方だけ
再生可能エネルギーは、いつでも、どこでも利用できなければいけない。吉岡氏はそう考えています。地球上のどこでも手に入る自然エネルギーとして思い浮かぶのは、太陽光と風の二つです。

ところが、街を歩いて建物の屋根を見上げてみると、あるのは太陽電池パネルばかりで、風車はどこにも見当たりません。

「普通に考えれば思い浮かべる風と太陽光のうち、活用されているのは太陽光だけ。まずこれがおかしいと思いました」と吉岡氏は語ります。

太陽光一本では埋められない空白
近年、東京都が新築住宅への太陽光パネル設置を義務化するなど、屋根上に再生可能エネルギー設備を設置する「分散型エネルギー」への社会的関心は急速に高まっています。しかし太陽光一本に頼る限り、夜間や悪天候時には発電が止まるという構造的な弱点を克服できません。

一方で、自然界には興味深い相補関係があります。天気が悪い日は太陽光が得られない代わりに、たいてい風が強く吹いています。逆に、風のない穏やかな晴天の日は太陽光がたっぷりと降り注ぎます。「太陽光と風力を組み合わせることで、いつでも満遍なく電気を供給できるようになります」と吉岡氏は説明します。太陽光と風力を組み合わせることができれば、昼も夜も、晴れの日も雨の日も、途切れることなく電力を届ける体制が整うはずです。

この「見落とされた半分」を埋めるために、吉岡氏は屋根の上に載せられる小型風車の開発に挑みました。その成果が「勾玉形風車」です。

飛行機をやめたら、勾玉になった。小型風車を阻んでいた壁と発想の転換

従来の風車が小型化できなかった理由
屋根上に風車が普及してこなかった背景には、技術的な壁がありました。問題の根源は、従来の風車が採用してきた設計思想そのものにあります。

一般的な風車の羽根（ブレード）は、飛行機の翼の形状を模倣して設計されています。飛行機の翼は高速で前方に進むことで揚力（機体を浮かせる力）を生み出す構造であり、この形状を受け継いだ風車もまた、高速回転を前提として性能を発揮するように作られています。

ところが、風車を屋根に載せられるサイズ（直径1メートルから3メートル程度）に縮小すると、十分な回転速度を得ることができません。結果として発電能力が実用に耐えないレベルまで落ちてしまいます。これが、小型風車が長年「使えない」とされてきた本質的な理由でした。

風車のためだけに最適化した形をゼロから追究
吉岡氏は、この問題に対して根本的な発想の転換で挑みました。「そもそも風車を見て、飛行機に似ていると思う人はいませんよね。飛行機の羽根をまねしたブレードをやめればいいということに気づきました」と吉岡氏は振り返ります。

飛行機の翼という前提を白紙に戻し、「風車を回すためだけに最適化した形」をゼロベースで追究する。研究室での風洞実験（人工的に風を発生させ、模型に当てて空気の流れを観察する実験）を何度も重ね、学生たちとともに試行錯誤を繰り返しました。

飛行機の翼よりも少し頭でっかちにした方がよい。さらに猫背気味にした方がよい。お尻をとがらせて、おなかを膨らませた方がよい。一つひとつ形状を変えながら性能を検証していった結果、最終的にたどり着いた形が、日本に古くから伝わる「勾玉」の形状だったのです。

強化学習が導き出した「背面飛行でバックする飛行機」
さらに最終段階では、強化学習と呼ばれるAI技術を活用して形状の最適化を行いました。強化学習とは、コンピューターが試行錯誤を繰り返しながら「最もよい結果を出す方法」を自ら学んでいく手法です。人間の実験とAIの探索を掛け合わせることで、現在の勾玉形風車は完成に至っています。

この形状がなぜ優れているのか。吉岡氏がコンピューターシミュレーションで空気の流れを解析したところ、驚くべき事実が明らかになりました。勾玉形の羽根が最大のパワーを発揮する瞬間を、仮に飛行機に置き換えて表現すると、「背面飛行をしながらバックしている状態」に相当するというのです。

アクロバット機であれば背面飛行が可能かもしれませんが、旅客機などの一般的な飛行機は前進に特化した設計になっており、自力後退機能すら備わっていません。つまり、飛行機の翼の延長線上で風車を設計していたら、絶対にたどり着くことのなかった解だったのです。

三種の神器にあやかった名前の由来
なお「勾玉形」という名前には、もう一つの意味が込められています。昭和の時代、テレビ・冷蔵庫・洗濯機が爆発的に普及し「三種の神器」と呼ばれました。三種の神器の一つである勾玉の名を冠することで、「この技術もまた、三種の神器のように広く一般に普及してほしい」。そんな願いが名前に託されています。

太陽光×風力。屋根上発電を完成させる最適解

太陽光と風力の相補関係が生み出す安定供給
勾玉形風車は万能な発電装置ではありません。風が吹いていなければ発電はできないという制約があります。しかし、太陽光発電と組み合わせたとき、その真価が発揮されるのです。

屋根の上に太陽電池パネルと勾玉形風車をセットで設置することで、天候や時間帯に左右されない安定的な電力供給の実現が見えてきます。天気が悪い日は風が強く、穏やかな晴天の日は太陽光が豊富にある。この自然の相補関係を生かすことで、24時間途切れることなく電力を届ける体制が整うのです。

既存の小型風車との違いと、広がるユースケース
一方で、小型風車自体はこれまでにも存在していました。公園や公共施設に設置されている既存の小型風車とは、いったい何が違うのでしょうか。

登米氏が自ら調査したところ、現在設置されている小型風車の多くは実用的なパフォーマンスが低く、LED照明をともす程度の電力しか生み出せていないのが実情でした。重要な施設の電力を担うような用途には、ほとんど使われていません。

勾玉形風車の性能が社会実装されれば、その用途は大きく広がります。たとえば、病院のような重要施設において、災害時に医療機材を起動するための緊急電源として活用できる可能性があります。また、通信設備の非常用電源として運用すれば、大規模な震災が発生しても通信インフラを維持し続けることが期待できます。

「これは社会的インパクトも非常に大きい発電方法なのだと感じました」と登米氏は語ります。太陽光発電だけでは埋めきれなかった空白を、勾玉形風車が補完する。まさに分散型エネルギーを完成に導くラストワンマイルと呼ぶにふさわしい技術です。

論文から社会実装へ。研究者が事業化にかじを切った理由

流体制御の基礎研究から風車への応用
勾玉形風車の原点は、実は風車の研究ではありませんでした。吉岡氏の専門は流体工学における「流体制御」、つまり風を意図した方向に自由に流す技術を探究する基礎的な学術研究です。この知見を風車に応用すれば、小型でも実用的な発電が可能になると気づいたことが、風車研究への転機となりました。

「受け身」の学会発表から「プッシュ型」の事業化へ
研究の成果を世に広めるため、当初は学会発表や論文投稿を続けていました。企業から声がかかることもありましたが、社会実装を本気で目指すには、普及のスピードが圧倒的に足りないと感じるようになったといいます。

「受け身の学会発表だけではなく、プッシュ型で事業化して社会実装するところに重点を置くようにしました」と吉岡氏は語ります。学術の世界で待っているだけでは、技術は社会に届かない。自ら外に出ていく必要がある。そう決意した吉岡氏は、事業化へと大きく舵を切りました。

CEO候補・登米氏が見いだした「最後のワンピース」
そのタイミングで経営人材として合流したのが、登米航氏です。再生可能エネルギーの導入を目指す自治体や環境団体とのコンサルティング経験を豊富に持つ登米氏は、東南アジアでの政府機関との折衝や地方創生プロジェクトの主導など、エネルギー政策の現場を知る人物です。

しかし登米氏にとって、それまでの関わり方は常に「調査」や「政策立案」の側でした。「CEOとして社会実装の矢面に立って実現していきたい」みらいワークスが運営する経営人材マッチングプログラム（*1）を通じて勾玉形風車のプロジェクトと出会った登米氏は、すぐに可能性を直感しました。

「太陽光1本だと日中しか発電しないという弱点があり、分散型の体制を地域内で確立していくのは難しいと感じていました。勾玉形風車が太陽光発電とセットで組み合わさることで、最後のワンピースがそろうのではないかという直感がありました」と登米氏は振り返ります。

世界観を共有し、山を登る。研究者と経営者が組む意味

バックグラウンドが「完全に重ならない」ことの価値
流体工学の研究者と、戦略コンサルタント。二人のバックグラウンドに重なるところは、ほぼありません。

吉岡氏は初対面の印象をこう振り返ります。「いろんなことを知っている方だなと思いました。ただ、カタカナやアルファベットが含まれる単語がたくさん出てきて、最初のうちはほとんどおっしゃっていることが分かりませんでした」。何を聞かれているのかが理解できず、答えを返すこともできない。関係がうまくいくのだろうかという不安もあったといいます。

しかし吉岡氏は、その「分からなさ」の中にこそ可能性を見いだしました。背景も経験も自分とは全く異なる相手だからこそ、互いの専門性がかみ合えば事業は加速するはずだと確信したのです。分からないところは任せればいい。自分の専門分野はきちんと説明すれば納得してもらえる自信がある。いわば「餅は餅屋」の関係が、自然な形で成立したのです。

マーケットインとテクノロジーアウトのすり合わせ
もちろん、意見が食い違う場面もありました。登米氏が市場性の観点から風車を大量に並べた大規模発電を提案した際、吉岡氏から「われわれが目指している世界観とは違う」という指摘が入りました。

マーケットから逆算してビジネスを組み立てる経営側の視点と、技術の本質に即した最適な導入方法を探る研究者側の視点の違いから生まれた議論でしたが、登米氏は「何回かキャッチボールをしていく中で、お互いの考え方のアプローチが違うのだということを納得し合えた」と語ります。

同じ頂点を目指す二つの登山道
二人が共有するゴールは、世界中の屋根に風車を普及させること。その実現に向けて、吉岡氏は技術の側から、登米氏は経営の側から、それぞれ異なる登山道を歩んでいます。アプローチは違えど、二人の視線の先には常に同じ景色が広がっているのです。

まとめ

勾玉形風車は、「飛行機の翼をまねる」という従来の風車設計の常識を手放すことから生まれた技術です。風車のためだけにゼロベースで最適化された形状は、強化学習の力を借りて到達した、従来の延長線上では決してたどり着けなかった解でした。

太陽光パネルとの組み合わせにより、天候にも時間帯にも左右されない安定的な電力供給を実現するこの技術は、分散型エネルギーの「最後のワンピース」としての期待を集めています。防災時の緊急電源や通信インフラの維持といった具体的なユースケースも見据え、その社会的インパクトは小さな風車のサイズをはるかに超えるものです。

技術を生み出した研究者と、それを社会に届ける経営者。バックグラウンドがまったく重ならない二人が、同じ世界観のもとで手を組みました。「世界中の屋根を風車で埋め尽くす」というビジョンに対し、技術の研さんと経営の実践という、異なるルートから同じ頂を目指して歩みを進めているのです。

*1 国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の2024年度「大学発スタートアップにおける経営人材確保支援事業」に採択
https://mirai-works.co.jp/news/news11801/