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切れば切るほど固くなる。世界初の切断不能な金属が誕生(イギリス・ドイツ共同研究)

カラパイア

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image by:SciTech Daily

 それは鉄鋼の15%の密度しかない。にもかかわらず切ることができない。それどころか、切ろうとすればするほどに、破壊力を増して工具を返り討ちにしてしまう。そんな驚くべき金属が開発されたようだ。

 ダラム大学(イギリス)とフランホーファー研究機構(ドイツ)の研究グループが作り出した世界初の切断不能な金属は、ギリシャ神話の海の神にちなみ「プロテウス(Proteus)」と呼ばれている。

振動するセラミック球が工具を返り討ちに


 研究の中心人物ステファン・シニシェフスキ氏(ダラム大学)によると、プロテウスを切るということは、「塊が詰まったゼリーを切るようなもの」なのだそうだ。

 以下の映像でも分かるように、じつは表面だけならグラインダーやドリルで切削することができる。

 しかし、それが柔軟な素材に組み込まれているセラミック球に接触したとき、プロテウスは牙を剝く。振動が生じて切削工具の鋭利な刃の部分を破壊してしまうのだ。


Angle Proteus Angle Grinder Attack – First Manufactured Non-Cuttable Material


切れば切るほど硬くなり、破壊力を増す


 だが、ただ工具を破壊するだけではない。振動によって細かいセラミック粒子が生じ、プロテウスのマトリクス構造にある隙間を埋めるのだ。

 すると、この「セラミック粒子の原子間に働く力」のおかげで、切れば切るほどに硬くなる。プロテウスが受けた力は、グラインダーやドリルに跳ね返って、さらに刃を破壊。まさに物理空間における攻性防壁のような特性を発揮するのだ。

 シニシェフスキ氏によると、サンドバッグに高速の銃弾を打ち込んでも貫通できないのと同じような原理であるそうだ。

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グラインダーで限界まで切断したもの。表面に傷がついていても両断はできない
image credit:University Hannover, Germany


水流を分散し、ウォーターカッターも無力化する


 プロテウスは高圧で吹き付けられるウォーターカッターに対しても効果的だ。

 ウォーターカッターは、高圧をかけて小さな穴から噴射された水のジェットで物体を切断する。しかしプロテウスに命中すると、セラミック球によって水流が拡散し、ジェットの速度が50分の1にまで低下してしまうために、切断できなくなるのだ。

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プロテウスのCT画像。アルミの細胞状構造がセラミック球を包んでいる。左側の影は、グラインダーで切断を試みた痕跡
image credit::University Hannover, Germany

開発のヒントはグレープフルーツと魚の鱗


 開発のヒントになったのは、丈夫なグレープフルーツの果皮や、ピラニアの歯も通さない魚の鱗であるそうだ。

 グレープフルーツの果皮は、維管束と孔のある細胞状構造のおかげで、10メートルもの高さから落下しても、果肉を傷つけずに守ることができる。

 またアマゾンに生息するピラルクという魚は、階層構造の鱗で、鋭い歯を持つピラニアの襲撃から身を守る。

 鱗の層には正弦曲線の溝があるのだが、その周期性はピラニアの歯の間隔と位相がズレるようになっている。さらにその下にはコラーゲン繊維が交差する薄盤状に並ぶ。こうすることで、本来の鱗の強度以上の丈夫さを発揮することができる。

 このような自然界が何億年もかけて進化させてきた階層構造を金属に応用したものがプロテウスだ。


Nature inspires first manufactured non-cuttable material

絶対に切れない錠や防具に


 現時点では、切断不能な素材などプロテウス以外にないのだから、さまざまな応用が期待できるという。たとえば、バイクの錠や軽量アーマー、あるいは切断工具を使うときの防具としてもポテンシャルを秘めている。

 現在、プロテウスは特許出願中で、研究チームは一緒になって市販製品の開発を進めるパートナーを探しているとのことだ。

 となると、最強の矛と盾理論で、プロテウスの矛とプロテウスの盾で戦うとどんな結果となるのかが知りたいところだ。

この研究は『Scientific Reports』(7月20日付)に掲載された。
Non-cuttable material created through local resonance and strain rate effects | Scientific Reports
https://www.nature.com/articles/s41598-020-65976-0
References:Durham University / techeblog / written by hiroching / edited by parumo

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