ヒザラガイのよろい〜日経サイエンス2020年6月号より

うろこのような構造をヒントに柔軟性を併せ持つ防具が可能に

中世の鎧兜（よろいかぶと）の時代から，防具は大きな進化を遂げた。だが肘や膝など関節の保護はいまだに難しい。負傷を防げるだけの強度がありながら，動きを妨げない柔軟性を併せ持つ素材が必要になるからだ。このため，ある地味な海生生物の殻を模擬する研究が進んでいる。この動物の体表を覆う殻は，防護と柔軟性を絶妙なバランスで兼ね備えている。

 

 
ヒザラガイ〔多板綱（たばんこう）〕と呼ばれる海生軟体動物のなかには，体の外側を丈夫な組織が取り囲み，さらにその表面が炭酸カルシウム（多くの甲殻類に見られる殻の成分）でできた鱗（うろこ）のような薄片が重なり合った殻で覆われた種がある。ある科学者チームがこの鎧を解析し，防護能力を損なわずに自由な動きを確保している仕組みを学んで，その形状に基づく防具を3Dプリンターを使って製造した。昨年12月のNature Communications誌に報告。

Illustration by Brown Bird Design

「私たちはこの素材の構造を，ナノメートルから巨視的スケールにわたって体系的に調査した」と，研究論文を共著したバージニア工科大学の機械工学者リー（Ling Li）はいう。リーは複数の機関に所属する共同研究者とともに，個々のヒザラガイの鱗片の化学組成と結晶構造，機械特性を調べ，その後は視野を全体に広げて，鱗片がどのように連携して機能しているかを解析した。

研究対象としたヒザラガイは全長が一円玉くらい，鱗片は最大でも幅2mm程度しかないため，高解像度のX線を用いてこの外被の立体構造を画像化した。

鱗片がフックで連結，圧力を分散

その結果，この鎧は鱗片の連結構造によって強度を得ていることがわかった。個々の鱗片の土台部分は断面が菱形で，これが滑らかな上面に向かって伸びているのだが，先のほうがカーブして隣の鱗片に引っ掛かるようになっている。1つの鱗片が外力で押されると，このフックによって隣接する鱗片が押され，圧力が分散して鎧の下の有機体は保護される。研究チームは建築設計家の協力を得て，人間用に同様の“うろこ型防具”を3Dプリンターで作った。ガラスの破片から装着者を保護する膝当てなどだ。（続く）

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