キツツキの頭からインスピレーションを得たショックアブソーバー

ポール・マークス著

2011 年 2 月 4 日

キツツキ vs ショックアブソーバー

将来の航空事故調査員が飛行機の残骸からフライトレコーダーを回収するとき、飛行データが生き残ったことに感謝するキツツキのキツツキ、Melanerpes aurifons を手に入れるかもしれない。理由？激しい減速に耐える鳥の能力からインスピレーションを得たショックアブソーバー。

キツツキの頭は、1 秒間に最大 22 回木をたたきながら、1,200g の減速を経験します。人間は80～100gの重さを受けると脳震盪を起こすことが多いため、キツツキがどのようにして脳の損傷を回避するのかは不明だった。

カリフォルニア大学バークレー校の So Sang-Hee Yuon 氏と Sungmin Park 氏は、鳥の頭と首のビデオと CT スキャンを研究し、鳥には機械的衝撃を吸収する 4 つの構造があることを発見しました。

これらは硬いですが弾力のあるくちばしです。舌骨と呼ばれる、頭蓋骨の後ろに伸びる、筋高く弾力のある舌を支える構造。頭蓋骨の海綿骨の領域。そして、振動を抑制するために頭蓋骨と脳脊髄液がどのように相互作用するか。

次に研究者らは、同様に機能するマイクロエレクトロニクスを保護するための機械的衝撃吸収システムを構築できるよう、これらすべての要因の人工類似体を見つけることに着手しました。

くちばしの変形抵抗を模倣するために、円筒形の金属製の筐体が使用されています。機械的負荷を分散する舌骨の能力は、そのシリンダー内のゴムの層によって模倣され、頭蓋骨/脳脊髄液はアルミニウムの層によって模倣されます。海綿骨の振動抵抗は、直径 1 ミリメートルのガラス球が密集して配置されており、その中に壊れやすい回路が配置されています (図を参照)。

システムをテストするために、ユン氏とパーク氏はそれを弾丸の中に入れ、エアガンを使ってアルミニウムの壁に向かって発射した。彼らは、システムが内部の電子機器を最大 60,000g の衝撃から保護していることを発見しました。現在のフライトレコーダーは1000gの衝撃に耐えることができます。

「機械的衝撃によるマイクロデバイスの破損を防ぐ方法がわかりました」と Yoon 氏は言います。「韓国の研究所は現在、この技術の軍事応用を検討している。」

このショックアブソーバーは、フライトレコーダーの電子機器を保護する役割を果たす可能性があるだけでなく、「バンカー破壊」爆弾や、微小隕石や宇宙ゴミとの衝突から宇宙船を保護するためにも使用される可能性がある。車の電子機器の保護にも使用できます。

自動車衝撃研究を専門とする英国クランフィールド大学のエンジニア、キム・ブラックバーン氏は、「この研究は、自然がどのように高度な構造を組み合わせて、一見不可能に見える課題を解決するために高度な構造を組み合わせて開発しているのかを示す興味深い例だ」と語る。

「これは、エネルギーを熱に放出するのではなく、より簡単に回収できる形にエネルギーの方向を変えるという、車両用の回生ダンパーに関する私たちの考え方に情報を与えるかもしれない」とブラックバーン氏は付け加えた。「最終的には、エネルギーを回復し、ドライバーに頭痛を与えないようにするためにキツツキから学ぶ必要があります。」

英国ブラックリーに拠点を置くF1チーム、メルセデスGPペトロナスの最高経営責任者ニック・フライ氏は、こうしたアイデアはモータースポーツに参加するドライバーの衝突保護に役立つ可能性があると述べ、「F1の大きな問題の1つは、ドライバーを減速させることでドライバーを保護することだ」と語った。事故に遭っても内臓や脳がドロドロにならない程度に。」

「私たちは、複合材料の賢明な設計、非常に洗練されたシートベルト、頭頸部拘束システムによってそれを実現しています」とフライ氏は言います。「しかし、この研究は将来的に活用できるかもしれません。非常に興味深いものになるかもしれません。」

ジャーナル参照: バイオインスピレーションとバイオミメティクス、DOI: 10.1088/1748-3182/6/1/016003

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