てんとう虫の羽の構造の研究で雨傘が進化するかも?

てんとう虫の羽の構造の研究で雨傘が進化するかも?
image: Sebastian Janicki / Shutterstock.com

1,000年変わらなかった傘のデザインが変わるかも。

赤に黒のドットのある可愛い姿のてんとう虫。ただ可愛いだけじゃなくて、ロボテック、衛星アンテナ、顕微鏡などの工業製品など応用に役立つかもしれないと言われています。特に、私たちが雨の日に使う。これに応用がすごく効くかもしれないと東京大学の研究チームは話しています。

東京大学生産技術研究所の斉藤一哉助教が米国科学アカデミー紀要に発表した研究では、てんとう虫が自分の体長よりも長い羽をどのように体の中に折りたたんでしまい込むのかというメカニズムについて書かれています。

「この研究の1番の目標は、太陽電池パネル・反射アンテナの収納スペース確保に役立てたいと言うことです。なので、折りたたみ式の羽を持っているすべての昆虫に興味があります。他の甲虫と比べて、てんとう虫は飛ぶのも上手ですし、飛ぶ立つ頻度が高いんです。てんとう虫の羽の折りたたみシステムは大変優れていると考え、これは工学分野に対してポテンシャルの高いものだと思いました」

と斉藤助教は話しています。

さらなるポテンシャルを開拓していくために、「さやばね」で隠れて見えていない後ろ羽の折り畳み方法を研究する必要がありました(「さやばね」とは、赤くて黒いドットがある表面の羽のこと)。斉藤助教とチームはその後ろ羽の秘密を知るためにいろんな技術を使用して試して見たそうです。

「まず最初に3Dプリンタを使ってみました。人工の透明なさやばねを作るためです。でも薄くて透明の羽を人工で作るのは大変難しいものでした」

と斉藤助教。その後はハイスピードカメラを使って撮影し、羽の動きを観察して再現しようとしましたが、それも解明するのに十分なものではありませんでした。

その後、チームの秘書が「ネイルアートで使用されるUVレジンはどうか?」と提案してくれたことで、透明の樹脂でさやばねを作ることに成功。レジンを使用したので、強度があるのに柔らかいものができあがりました。そのさやばねを手作業でナナホシテントウムシに移植しました。レジンで作ったさやばねが透明なので、後ろ羽を畳んでしまい込む動きを観察できるようになったのです。

こちらの動画はNew ScientistがYouTubeに投稿したものです。

video: New Scientist/YouTube

発見したことは、かなりすごい内容でした。CTスキャンを使用して観察してみると、巻逆のように羽を丸めて折りたたんでいたのです。そして、羽にはエネルギーを貯めておくバネのような構造があり、これを一気に伸ばして飛び立って行くことがわかりました。はねがスムーズに広がっていることが動画を見るとわかりますね。

「こんなに複雑な構造なのに、羽の縁には節がありません。こういう形状を変える構造を持つものは、通常たくさんの節や硬い部分があるものなんですが、てんとう虫の羽は飛ぶための強度は十分なのに、柔らかくバネのような羽。でも大変シンプルな構造でした」

と斉藤助教。この研究結果は超小型無人飛行機(MAV)の技術やいろいろなものをコンパクトにまとめる技術に活かせると斉藤助教は語っています。まさかネイルアートの素材で羽を作って後ろに隠れる羽を観察できるようになる、なんて身近な素材でこんなに大きな発見ができるなんて、ですね。しかも技術的応用がかなり大きそうです。

斉藤助教はこれからも羽をしまう構造のある小さな昆虫の調査を続けていくと話しています。この発見をロボットや衛星の技術に使えるようにしていきたいとのこと。そして、もっと身近な例だと私たちが使うへの応用ができるとも。

「まだデザインのイメージはできていませんが、これまで1,000年以上も変わってこなかった傘のデザインがてんとう虫の羽のたたみ方を利用して、大きく変わる可能性がありますよ」

と斉藤助教。確かに開いたり閉じたりが面倒に感じることも多い傘。どんなてんとう虫の羽のような構造を持つ傘が開発されるのか楽しみです。

top image: Sebastian Janicki / Shutterstock.com
source: PNAS and New Scientist

Bryson Masse - Gizmodo US[原文
(岩田リョウコ)

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