世界トイレの日 |こうしたトイレの「ブラックテクノロジー」によって、「トイレに行く」ことの未来はどうなるのでしょうか?

今日は世界トイレの日です。トイレは私たちの生活に密着しており、人間の排泄物を「受け止める」という重い責任を担っています。しかし、トイレは私たちに多くの問題をもたらします。これらの問題を解決すると期待されるトイレの「ブラックテクノロジー」と人工知能（AI）トイレの新しいトレンドを見てみましょう。

01 スライド！早く滑り降りろ！

昔、インターネットでこんなジョークが広まっていました。ある人が仕事で大きなプレッシャーを感じていたので、トイレに駆け込んでこっそり泣いたそうです。その結果、どのトイレにも排泄物が散乱し、その人はさらに動揺してしまいました…

学校や職場のトイレで、ドアを開けると和式便器の中にまだ残留物が残っている、といった経験は、誰にでもあると思います。怒りのあまりトイレを3、4回流しても、汚れが残っていて全く流せない！翡翠のように滑らかで、ピカピカと光沢があり、排泄物に触れてもベタつかず、「シュッ」と水の中に滑り込む、こんなトイレが今の時代にあればどんなに素晴らしいことでしょう。これにより、トイレ掃除の人手を節約できるだけでなく、水資源も効果的に節約できます。

研究者らが開発した「すする」トイレの表面には、液体固化平滑表面（LESS）技術が採用されており、トイレの表面にシリコーンオイルとポリジメチルシロキサンを主成分とする新しいタイプの材料を噴霧する[1]。スプレー可能なコーティングとして、この材料は雨水、石鹸水、染色水、合成糞便を効果的にはじきます。図 1 に示すように、市販されている最も高性能な疎水性トイレと比較すると、LESS コーティング トイレは、動粘度が 9 桁 (10-3-105 Pa·s) に及ぶため、水滴と合成排泄物の両方に対して優れた撥水効果を発揮します。つまり、排泄物などの粘弾性流体の付着を約 90% 低減し、基本的に「非粘着性」を実現します。さらに、LESSコーティングは水資源の節約にも非常に効果的です。未処理のコントロール表面と比較して、LESSコーティングを施したトイレでは洗浄水の消費量を約90%削減できます。同時に、LESS は優れた抗菌性と耐久性も備えています。このコーティング材が広く普及すれば、トイレのドアを開けるときに顔をしかめる必要もなくなると思います。

図1 最先端の市販疎水性トイレLESSコーティングのトイレ液と合成便の撥水性の比較（画像出典：文献[1]）

02 微生物の魔法で「悪臭」を消す

トイレの臭いの主成分には、硫化水素、アンモニア、メタンなどのガスが含まれます。トイレの臭いは人体の健康に影響を与えるだけでなく、環境を汚染します。トイレの消臭もトイレの快適性を高める方法の一つです。

既存の臭気制御技術には、物理​​的、化学的、生物学的方法が含まれる[2]。物理的方法とは、芳香ガス物質を使用して臭いを覆い隠したり、活性炭を使用して臭いを吸収したり、トイレに換気システムを設置したりするなど、物理的な手段で臭いを隠したり、移動させたり、希釈したりする方法を指します。また、便器バッフルの下の隙間には換気の機能もあります。化学的方法とは、特定の溶液を使用して臭いと化学的に反応させる方法を指します。この方法は効率が高く、コストも低いですが、吸収剤の交換が必要です。臭気を吸収して発生する物質による二次汚染にも注意が必要です。

生物学的方法は、微生物の代謝のエネルギー源として匂いを吸収することを指します。生成されるのは一般的に水と二酸化炭素です。この方法は低コストで、処理効果も良く、基本的に無公害です。中国科学院成都生物学研究所のヤン・ジーイン氏のチームは最近、トイレの排泄物の臭気の放出パターンを研究し、微生物による脱臭の有効性を分析した[3]。研究によると、高温と適度な湿度は排泄物の臭いの放出を強める可能性があるそうです。例えば、レストランによっては男性用トイレの小便器に氷を入れているところもあり、冷却効果と臭いの放出を抑える効果があります。図2は、本研究で作成したトイレの消臭用複合微生物剤の模式図を示す。トイレ臭気中のアンモニア含有量は80％削減され、硫化水素含有量は40％削減され、一部の微生物は便中に定着して消臭効果を発揮し続けることがわかります。

図2 微生物トイレ消臭の模式図（画像出典：文献[3]）

03 トイレの滑りの「頑固な問題」に処方箋を処方する

同時に、トイレ内での安全上の危険性、特にトイレ内での転倒は無視できません。保健省の統計によると、毎年、転倒事故による骨折や捻挫で入院するケースが全負傷の35％を占めており、そのほとんどは高齢者と子供に発生している[4]。トイレの床が滑りやすくなる原因としては、モップがけ後の床の乾燥が不十分であったり、雨や雪の降る日に踏んだ後の雨水が残っていたり、トイレの配管から水漏れがあったりすることが考えられます。そのため、トイレの床に滑り止めタイルを使用したり、滑り止めマットを敷いたり、滑り止め剤を散布したりするなど、トイレ内での滑り止め対策が必要です。

新たな滑り止めセラミック機能性タイルの開発[5]により、トイレで滑るという「慢性疾患」を治す新たな希望がもたらされた。摩擦係数が比較的大きい（摩擦係数が大きいほど滑り止め性能が優れています）。タイル表面に水が付いていても、歩いても滑る感じがありません。この新しい滑り止めタイルは、低温釉薬に高融点、高親和性のアルミナ種子をあらかじめ埋め込む方法を採用しており、微視的レベルで局所的な組成と温度に差を生み出し、ミクロンレベルの微細突起構造を狙い通りに成長させることができます。同時に、表面エネルギーの低減などにより、突起部の周囲に密閉性の高い防汚層を形成できます。インクジェット印刷技術と組み合わせることで、滑り止めタイルの表面にさまざまなパターンを得ることができます。したがって、この新しいタイプの滑り止めセラミック機能性レンガは、滑り止め、汚れ防止、美化の機能を同時に備えています。

04 トイレに座るだけで自分が誰なのかわかる！ AIトイレが登場？

トイレのデジタル管理は、小便器やトイレの自動センサー洗浄、トイレの湿度センサーやガス監視センサーなど、人々に便利なサービスを提供し、生活の質を向上させることができます。最近、研究者はAIトイレでの家庭の健康モニタリングのためのインテリジェントな摩擦電気圧力センサーと画像センサーを研究しています[6]。

一般的に使用されている身元認識方法はカメラや無線周波数技術に基づいていますが、プライバシーの問題によりその適用シナリオは制限されています。研究者は、摩擦電気圧力センサーの配列に基づいて、さまざまな着席方法からのさまざまな圧力を使用してユーザーの生体測定特性を識別し、ディープラーニングを使用してユーザーを正しく識別します。図4に示すように、トイレには10個の布地ベースのセンシングアレイ素子が追加されており、ユーザーが座ったときに発生する圧力刺激によって外部回路に電荷が流れ、機械エネルギーが電気エネルギーに変換されます。さまざまなユーザーの座り方によって、異なるラベルの付いたセンサー要素にかかる圧力が異なります。 AIディープラーニングにより、便座に座っている6人のユーザーの生体情報を90%以上の精度で識別できます。

使用される画像センサーは、ユーザーの尿の色の動的な変化を記録し、データ分析を行うことができます。 AIトイレシステムによって収集されたすべての情報はサーバーにアップロードされ、ユーザーはモバイルデバイスでそれを表示して健康状態を継続的に監視し、貴重な臨床情報を得ることができます。スマートホームとして、AI トイレは医療用途で大きな可能性を秘めています。

図4. AIトイレのセンサーアレイ構造と健康モニタリング図（画像出典：文献[4]）

著者: Gao Huang、中国科学院蘭州化学物理研究所、材料科学博士課程学生

査読者: 姚 喬紅、北京大学化学分子工学部上級エンジニア、博士

制作：中国科学普及協会

[1]Wang, J., Wang, L., Sun, N. et al.極度の節水と地球規模の衛生管理を実現する粘弾性固体撥水コーティング。ナットサステイン2、1097–1105（2019）。

[2] ファン・ジジョン、崔暁梅。トイレの臭気成分と処理技術に関する研究の進展[J]。雲南化学工業、2024、51(09):16-19。

[3]Lyu、Q.、Feng、Z.、Liu、Y. 他。便所の悪臭放出パターンの解析と複合微生物剤による脱臭。廃棄物管理2024、178、371-384。

[4] フェニックスニュースによると、毎年300万人が転倒により負傷し、障害率は30％です。まだ危険を無視しているのですか? [EB/OL] (2018-11-10) [2024-11-19] https://ishare.ifeng.com/c/s/v002BmV0JzYLiDzxOPCbuG0rtaRWhE--6ryhh8p8hF3ws---_g__

[5] 廖永康、新型滑り止め機能性セラミックタイルの工業生産技術の研究開発。四川白塔新聯星陶磁器集団有限公司、2019-09-19。

[6]張 哲也、石 毅、何 哲也、他スマート摩擦電気圧力センサーと画像センサーを使用した統合健康モニタリング システム (IHMS) 用のトイレの人工知能 (AI-Toilet)。ナノエネルギー2021、90、106517。

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