『私たちが作るもの』（2023年）は、偉大な発明から最も身近な発明にまつわる通説を覆します。それらの発明品が生まれる過程を「エンジニアリング・メソッド」の創造的な応用として捉え直し、古代の人々が今日でも私たちの想像力をかき立てる数々の驚異をどのように築き上げたのかを説明する原理を示します。
この本から学べること：世界の最も驚くべき発明と身近な発明に共通する秘密
ギリシャ人、ローマ人、中国人、インカ人、エジプト人、そして世界中のあらゆる文明は、今日でも私たちが息を呑むような建造物をどのように築き上げたのでしょうか？
その秘密こそが、エンジニアリング・メソッドです。
こうした大規模なプロジェクトを率いた巨匠の中には、読み書きもままならない者もいました。現代のようにボタンひとつでアクセスできる高度なデータや科学もありませんでした。それでも、エンジニアリング・メソッドを用いることで、彼らは世界で最も印象的な職人技の偉業を生み出すことができたのです。
そして、これらの原理を自分の人生に応用することも可能です。
ビル・ハマック著『私たちが作るもの』を紐解いていくと、エンジニアリング・メソッドの正体とその活用法が明らかになります。大聖堂の建設、ソーダ缶の形状決定、さらには世界大戦での勝利まで、このメソッドがどのように実践されてきたかが見えてきます。そしてこれらの事例を掘り下げることで、この理論が他の科学分野と深く結びついていることや、人生における最も切実な課題への解決策を提供してくれることが理解できるでしょう。
エンジニアリング・メソッドのレンズを通して世界を見ることで、身の回りのものを単なる物体やプロセスとしてではなく、創造的な美しさと工学の驚異として捉えられるようになるでしょう。
エンジニアリング・メソッドを理解する
13世紀のヨーロッパで、熟練の石工が建設現場に現れると、彼は最大限の敬意をもって迎えられました。その技術とビジョンは常に他の追随を許しませんでしたが、数学の能力を現代のエンジニアや建築家と比べれば、その栄光も色あせてしまうでしょう。それでも石工は、間違いなく自分の技術の達人だったのです。その証拠は、フランスのサント・シャペル、ジローナ大聖堂、そしてヨーロッパ各地に点在する無数の建造物に残されています。
内部に十分な空間を持つ高くそびえる大聖堂を建てるために、キリスト教の建築家たちは、ムスリムがインドの仏教寺院から学んだ尖頭アーチの構造を取り入れました。模倣するのは簡単でしたが、大聖堂の巨大な壁が自重で崩壊するのを防ぐには、鋭い洞察力が必要でした。薄い壁は自殺行為であり、厚い壁は内部空間を狭め、敷地をより多く占有してしまいます。
では、堅固で広々とした大聖堂を安全に建てるにはどうすればよかったのでしょうか。彼らは古くから伝わる天才的な技術に立ち返りました。それは「ロープ」を使うことでした。
アーチの上にロープを垂らし、それを三等分に折り、ロープにつけた印を使ってアーチを三つの部分に分け、その三つ目ごとの位置を実際に大聖堂に記していきました。そして印をつけた点からアーチの壁までの距離を測り、同じ長さだけ外側に延長することで、そのアーチを支えるために必要な正確な壁の厚さを割り出しました。
この信頼できる経験則によって、建築家たちは壁に組み込むべき厚みを得ることができたのです。
壁を建設している間、彼らはひび割れがないか常に注意を払い、もし見つかれば、より硬い石で補強しました。高品質の石を入手できた石工は、すでに強固な壁から3インチ削り取ることができましたが、運悪くそうでない石工は、より強度を高めるために石を3インチ追加で積みました。
限られた資源、限られた時間、不確実性、そして材料の性質について正確な知識がない中で目標を達成しようと、ヨーロッパの熟練石工たちは古来の経験則を創造的な方法で応用しました。それがエンジニアリング・メソッドであり、すべての偉大な製品に共通するプロセスなのです。
彼らは徒弟時代に学んだこと、個人的な経験から蓄積した知識、そして直感を駆使して重要な決断を下しました。その過程で失敗することもあると承知の上でしたが、重要なのは必ずそこから学ぶことを心がけたことです。
それはチェスの序盤で盤面の中央を制圧するようなものです。必ずしも勝てるわけではありませんが、まずは有利な態勢を整えることで勝率を高めます。つまり近道を見つけるのです。あらゆる分野や文化が、純粋な実用主義から得た経験則を用いており、エンジニアはその上に構築して人類を前進させていくのです。
ただし、その飛躍を遂げる前に、まず自分たちが何を目指しているのかを知る必要があります。
エンジニアはどのように「最善」を決めるのか
身近な道具や作業は、最高の価値を提供する方法で生産・実行されなければなりません。では、エンジニアはどのようにして「理想的」なものを決めるのでしょうか？
時計から電話、サーモスタット、ペン、その他の実用的な機器に至るまで、家庭やオフィスを一変させたインダストリアルデザイナー、ヘンリー・ドレイファスを考えてみましょう。
1930年代、どの体型に合わせてデザインすべきか確信が持てなかった彼は、当時の一般の男女の体格に関するデータを米軍から収集しました。そして「平均的な人」向けの製品を作り出したところ、見事に大成功を収めたのです。
彼のデザインはすべての人に合うわけではありませんでしたが、大半の人にはフィットしました。モデル302卓上電話は、口と耳の間の平均距離に合わせて設計されていたため、誰でも手に取って使うことができました。ハネウェルのサーモスタットも同様です。彼の測定値は業界標準となったのです。
しかし、エンジニアが真空状態でデザインすることは決してないということを忘れてはなりません。彼らは自分たちの文化の影響を受けており、そのため発明品には固有のバイアスが宿っています。当時のアメリカ人の大半にとって、これらのアメリカ標準がどれほど正確であっても、体格の異なる人々や異なる資源を持つ別の文化にとっては、最善の基準とは限らないのです。
状況、資源、知識もまた異なるため、別の国でのエンジニアの解決策はかなり異なるものになるかもしれませんが、それは当然のことです。人種、年齢、性別、その他無数の要素を考慮すると、同じことが言えます。例えば、衝突実験用ダミー人形が男性をモデルにしていると、女性や子供が除外されてしまいます。両手を使うことを前提としたゲームコントローラーはどうでしょう？スロープではなく階段は？これらは障害のある人にとって理想的なものではありません。
男性に合わせて設定されたオフィスの温度は、代謝率が35％低い女性には寒すぎます。インターネットのアルゴリズムも同様で、おおむね制作者が入力しそうな内容に合わせて設計されているため、外国語のアクセントに苦戦する音声認識ソフトウェアと同じ問題を抱えています。
「最善」という概念は、私たちの平等概念にさえ挑戦します。オフィスで男性と女性に同じ数のトイレを割り当てるのは公平だと、ほとんどの人が同意するでしょう。しかし、女性は男性の2倍の時間をトイレで過ごすことを考慮すると、その「理想」は揺らぎ始めます。
このエンジニアリング的思考こそが、ジョージナ・テリーがヘンリー・ドレイファスの女性データを用いて自分の自転車をデザインするきっかけとなりました。彼女の自転車を試した女性たちは、他の自転車ほど首や肩が痛くならないと言います。女性の上半身は男性に比べて比例的に長く、身体の重心位置も異なるからです。テリーはサドルからハンドルまでの距離を短くし、ハンドル幅を狭めました。これらの変更により、女性は直立姿勢で乗ることが可能になりました。エンジニアリング・メソッドのこの巧妙な応用により、彼女は数百万台もの自転車を販売してきました。
エンジニアにとって最善の解決策とは、その状況下で実現できるものであり、だからこそ彼らはより良く、より包括的な解決策を求めて限界を押し広げ続けるのです。
エンジニアは限られた資源と不確実性にどう対処するのか
紀元前17世紀、トルコとシリアの国境付近にあった都市国家カルケミシュでワインを取引していた高官は、隣国のマリ王から18,000本のワインの注文を受けました。
納品できれば、コストの3倍の利益が見込めました。荒れたユーフラテス川を下ってマリまで通常の船で運ぶのは問題外でしたが、陸路のキャラバンでは武装した盗賊のなすがままになってしまいます。
彼らは早急な解決策を必要としており、そこで「ケレク」に目をつけました。ケレクとは、大きな丸太で造られた50フィート四方の筏で、膨らませたヤギの革で保護されています。筏に残ったスペースには、生きたロバを満載しました。
ケレクがマリに到着すると、乗組員はワインを納品し、マリでは良質な木材が希少だったため、筏の木材をすべて高値で売り払いました。その後、貴重なヤギの革を乾かしてロバに積み込み、カルケミシュまで騎乗して帰還しました。
これはまさに工学の天才と呼ぶべき手腕です。発明家や製作者は常に、限られた時間、エネルギー、材料、そして自分の力ではどうにもならない状況と格闘しています。問題を解決するには、ビジョン、機敏さ、そして自分たちの環境と状況への知識が必要です。
身の回りにある材料が、何を作るかを決めるべきです。木材があれば木材を使います。車の形状は使用する燃料の種類に合わせて適応しており、燃料が進化し始めると（現在そうであるように）、車や機械の形態も着実に進化していくでしょう。
エンジニアの役割は、すべての変数を比較検討して可能な限り最善の結果を予測し、トレードオフを行いながらプロセスを微調整していくことです。
ソーダ缶はこうしたトレードオフの好例です。直方体の缶は円筒形の缶よりも多くの数を所定のスペースに詰め込めますが、鋭い角は弱く、破損しやすくなります。円筒形の缶の曲面はより強く、使用する材料も少ないため、エンジニアはより強い缶を選びます。その缶は、うまく設計された上面のおかげで、直方体のように積み重ねることができるのです。
問題を解決しようとする人に、完璧な状況や資源が与えられることは決してありませんが、どんな問題にも必ず賢い解決策は存在するのです。
工学における科学の役割
ヴィクトリア女王のダイヤモンド・ジュビリーで海軍の艦艇が公式観閲のために整列したとき、彼らはチャールズ・パーソンズの存在に心の準備ができていませんでした。彼は高位のコネを使って艦隊に割り込みました。リスクの高い賭けでしたが、いざ本番になると、彼の船は後方から追い上げ、当時の最も強力な海軍艦艇を打ち負かしたのです。
では、パーソンズの蒸気タービンエンジンはどのようにして標準となったのでしょうか？そして、なぜ私たちは今日でも、石炭・ガス・原子力発電所で消費する電力の大半を、この技術で発電しているのでしょうか？
パーソンズの幼少期は機械に囲まれていました。父ウィリアム・パーソンズはアイルランドの家族の敷地内に機械を所狭しと並べており、パーソンズはそこでガラス吹き職人や鍛冶職人の仕事を頻繁に目にしていました。ウィリアム・パーソンズは天文学者で、一時は世界最大の望遠鏡「リヴァイアサン」を所有していたこともありました。
チャールズ・パーソンズは、大学で数学と物理学を修めて卒業した最初期のエンジニアの一人であり、その経験を蒸気タービンの課題解決に活かしました。
彼は、より速く、より効率的で、石炭の使用量が少なく、材料も少なくて済み、メンテナンスの手間もかからず、騒音も少ない蒸気エンジンの設計を目指しました。問題に取り組む時間が、合理的な仮説を生み出しました。タービンを通過する蒸気の速度を十分に遅くすれば、エンジンは熱い蒸気からより多くのエネルギーを取り出す時間を確保できるのではないか、という仮説です。
では、彼は誰に頼ったのでしょうか？
パーソンズは、蒸気の特性をすでに体系的に記録していた19世紀の科学者たちの研究を調べました。蒸気の特性と機械の正確な関係を解明するために、彼は熱力学の創始者であるウィリアム・ジョン・マッコーン・ランキンの研究や、このテーマで発表していた他の著名な科学者たちの研究に目を向けました。
この知識を用いて、彼は何が可能で、何が時間の無駄になるのかを理解し始めました。それを知っていたからこそ、パーソンズは解決策に素早くたどり着ける実験を試すことができ、当てずっぽうで時間を無駄にすることを避けられたのです。
それでも10年かかりましたが、試行錯誤の末、彼は蒸気の通過を十分に遅らせて、より多くのエネルギーを抽出できるシステムをついに構築しました。
言い換えれば、彼は科学を用いて信頼できる経験則を見つけ出したのです。つまり、工学は単なる応用科学ではなく、数学を知っているだけでは成り立たない創造的なプロセスなのです。
他の科学者たちも同じ知識とデータにアクセスできましたが、彼らはパーソンズが未来を予測するきっかけとなった創造的な領域に踏み込むことはありませんでした。科学は彼がゴールに早く到達することを可能にしました。それはちょうど、ハンマーが大工の椅子作りの助けになるのと同じです。
しかし、ハンマーを持っているからといって大工になれるわけではありません。
ヴィクトリア女王のダイヤモンド・ジュビリーでの成功した離れ業の後、パーソンズの蒸気タービンは英国海軍に採用され、すぐに発電の世界的標準となりました。彼のエンジンは、タイタニック号の動力システムの一つとしても採用されました。
しかし、ここで別の疑問が浮かびます。チャールズ・パーソンズが過去の知識に頼って新しい経験則を生み出したのなら、その発明の功績は誰に帰せられるべきなのでしょうか？
孤独な発明家など存在しない
テクノロジー史上最大のライバル関係の一つが、トーマス・エジソンとハイラム・マキシムの間にありました。もちろん、最終的に勝ったのはエジソンであり、皆が覚えているのも彼の名前です。しかし、話はそれほど単純ではありません。
トーマス・エジソンは、電球の製造に時間、人材、そして投資家からの資金を注ぎ込みました。彼は成功しましたが、彼の白熱電球は数分しか光らず、すぐにチカチカと消えてしまいました。毎回フィラメントが燃え尽きてしまうのです。
エジソン、マキシム、そして同時代の仲間たちは、受け継いだ知識を発展させてきましたが、電球の最も差し迫った課題は、熱に耐えられるフィラメントを見つけることだということが明らかになりました。
一方、マキシムはフィラメントの近代化で大きな進歩を遂げていました。そして若きアフリカ系アメリカ人の発明家、ルイス・ラティマーと共に、最大40時間もつ電球の設計に成功しました。
エジソンはマキシムの電球での成功を妬み、マキシムは自分がエジソンのアイデアを盗んだと思われていることを恨んでいました。しかし、どちらも先人から学んだ知識や、頼りにしていたチームなしでは、あれほどの進歩を遂げることはできなかったでしょう。
孤独な発明家の物語は魅力的で語りやすいものですが、人々の生活を一変させる発明への集団の努力と貢献を正当に評価していません。孤独な発明家など存在しないのです。
イノベーションの複雑さ
電子レンジの物語はさらに複雑です。第二次世界大戦中、イギリスはナチスの戦闘機をより正確に探知するために、マグネトロンと呼ばれる高周波短波放射装置を開発しました。改良されたマグネトロンは携帯可能であり、大量生産できれば戦争の行方を変えることは明らかでした。しかしイギリスは大量生産の方法を見つけられず、仮にできたとしても原材料が不足していました。ナチスによるイギリス諸島の封鎖によって、必要な原材料を必要な速度で受け取れなかったのです。
そこでイギリスは、試作機を大西洋の向こうのアメリカに密輸する方法を見つけ出しました。そこでは科学者兼エンジニアのパーシー・スペンサーが、より安価な材料でマグネトロンを大量生産する手頃な方法を編み出しました。パーシー・スペンサーはラジオと真空管の製造会社レイセオンの社員で、1940年にこのプロジェクトに着手しました。
スペンサー版のマグネトロンは、ナチス打倒に貢献しただけでなく、私たちの食生活も一変させました。マグネトロンは高周波の短波を発信する際に熱を発生させました。それは本質的に電子レンジそのものでした。戦争中にこの装置で身体を温めた兵士もいましたが、最も有名な逸話は、マグネトロンがスペンサーのチョコレートバーを溶かしたことがきっかけで電子レンジの発明に至ったというものです。
戦後、わずか数分で食べ物を完全に調理できる大型版がレストラン向けに採用されました。しかし、家庭用に小型化するにはさらに手頃な材料が必要であり、その材料はエネルギー源を材料の特性に合わせて調整した場合にのみ機能するものでした。そのため材料選びの際、スペンサーと雇用主のレイセオンは家庭用電子レンジの調理速度を犠牲にしましたが、これは電子レンジユーザーが実際には気にしないトレードオフだったのです。
電子レンジの物語は、イノベーションがいかに複雑であり得るかを示しています。家庭用電子レンジは当初の目標ではありませんでした。にもかかわらず、世界は必要だとも知らなかった発明を手にすることになったのです。
まとめ
自分の分野に深い知識を持つ人々は、現在の問題に創造的な解決策を適用することで、限界を押し広げることができます。これらの問題に取り組むために、彼らは利用可能な資源を使い、不確実性と失敗を乗り越えながら、可能な限り最善の結果がどのようなものであるべきかを見出していきます。
ただし、「最善」の結果が常にすべての人に当てはまるわけではないことを忘れないでください。エンジニアは常に無意識のうちに自分の動機と文化の影響を持ち込んでいます。しかし幸いなことに、異なる背景を持つ人々の歴史と貢献をよく理解することで、自分たちが使うツールの価値を正しく認識できるようになります。
これから先、あなたは間違いなく工学を芸術として捉えるようになるでしょう。科学的証拠を用いて新しい経験則を生み出し、それらの経験則が時代遅れになったときには、人類の進歩のために限界をさらに押し広げていくことができる学問として。
もしかすると、あなたもエンジニアリング・メソッドを使って自分の人生の近道を見つけられるかもしれません！
