ワニ皮をヒントに柔軟で軽量かつ強固な素材を開発

未来のアーマーはワニ柄かもしれません。

シンガポール国立大学（NUS）で行われた研究によれば、ワニの皮のようにタイル状に加工されたエポキシ樹脂を採用することで、軽量かつ柔軟でありながらチェインメイルに匹敵する耐切断性とチタン合金に匹敵する耐刺性を兼ね備えたアーマー素材を開発することに成功した、とのこと。

研究者たちは、新たに開発されたアーマー素材は軍隊のボディーアーマーや民間のアウトドア用品などさまざまな用途に活用できると述べています。

研究内容の詳細は2023年1月10日に『Advanced Functional Materials』にて公開されました。

目次

• ワニ皮をヒントに柔軟で軽量かつ強固な素材を開発

ワニ皮をヒントに柔軟で軽量かつ強固な素材を開発

Credit:Lizhou Mao et al . Crocodile Skin-Inspired Protective Composite Textiles with Pattern-Controllable Soft-Rigid Unified Structures (2023) . Advanced Functional Materials

これまで熱・衝撃・銃弾・切断・刺突などの脅威に対抗するため、多くの個人用保護具が開発されてきました。

しかしアーマー素材の逃れられない運命の1つに『強固であるものほど硬くて重くなる』というものが存在します。

軍隊などで使われているボディーアーマーでは、ケブラー線維など繊維状の材料を利用することで軽さと硬さの両立を狙っていますが、ハイクラスのアーマーでは金属やセラミックの防弾板を装着しなければ強度を確保できません。

そこで今回、シンガポール国立大学の研究者たちはワニ皮に着想を得た、高度な保護特性と優れた快適性を組み合わせたタイル状の素材を開発することにしました。

自然界に生きるワニの皮は、分厚いタイル状の皮膚が柔軟なつなぎ目と組み合わさっており、高い耐久性と柔軟さをあわせ持っています。

このワニ皮の特性を再現するために研究者たちは、柔軟なポリエステルの被膜の上に強固な変性エポキシ樹脂をタイル状に貼り付けたものを作成しました。

エポキシ樹脂は容易に形を加工可能であり、耐熱性、耐摩耗性、耐水性、耐薬品性に優れた強固な樹脂として知られています。

プロトタイプが完成すると研究者たちはさっそくアーマー材料を人間の腕に張り付けて耐久試験を開始しました。

Credit:Lizhou Mao et al . Crocodile Skin-Inspired Protective Composite Textiles with Pattern-Controllable Soft-Rigid Unified Structures (2023) . Advanced Functional Materials

結果、ステンレス製のチェーンメイル（くさりかたびら）の3分の1の密度であるにもかかわらず、耐切断性は58Nと僅かに劣る程度であることが判明。

上の動画では鋭い剃刀で切りつけられても人体に影響がないことが実証されています。

もし中世の騎士がこのアーマー素材を着込んでいたら、斬撃に対してチェーンメイルとほぼ同性能の耐久性を発揮しながら、より素早く動けたでしょう。

Credit:Lizhou Mao et al . Crocodile Skin-Inspired Protective Composite Textiles with Pattern-Controllable Soft-Rigid Unified Structures (2023) . Advanced Functional Materials

また注射針を使ったテストでは耐刺性は38Nにも及び、宇宙船に使われるチタン合金（30Nほど）よりも優れていることがわかりました。

上の動画では皮下注射用の太めの注射針を突き刺しても、貫通せずに人体が保護されていることが実証されています。

現在、日本の警察官たちは刃物などに対抗するために防刃用のジャケットを着こんでいますが、新たに開発されたワニ皮アーマーを利用すればより軽量なジャケットが作れるでしょう。

Credit:Lizhou Mao et al . Crocodile Skin-Inspired Protective Composite Textiles with Pattern-Controllable Soft-Rigid Unified Structures (2023) . Advanced Functional Materials

さらに上の動画で示すように、ワニ皮アーマーは優れた通気性（60mm/s）も備えており、着込んだときの快適さも確保されています。

Credit:Lizhou Mao et al . Crocodile Skin-Inspired Protective Composite Textiles with Pattern-Controllable Soft-Rigid Unified Structures (2023) . Advanced Functional Materials

ですが最も着目すべきは、他の材料にみられないほどの高度な柔軟性（65mNcm）です。

上の動画では衣服に用いられている生地のように柔軟な折りたたみが可能であることが示されています。

さらに耐摩耗性（600 r/mg）も優れており硬い岩などにこすれても容易には傷つきません。

研究者たちは、これらの優れた特性は軍事用だけでなく靴やバックパック、テントなど民間のアウトドア用品の材料としても需要があるだろうと述べています。

ただタイル状の構造であるため、注射針よりも遥かに細く鋭利な物体の場合、タイルの間の柔軟なポリエステルを貫通してしまう可能性があるとのこと。

（※注射針程度であれば、どこに刺さっても高い耐刺性が発揮できました）

研究者たちは今後、タイルに塗布する材料を改良することで、耐火性や耐紫外線性、速乾性、抗菌性などさまざまな特性を付加させることが可能になると述べています。

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元論文

Crocodile Skin-Inspired Protective Composite Textiles with Pattern-Controllable Soft-Rigid Unified Structures
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202213419