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「ゲーム・オブ・スローンズ」のウェスタロスから出てきたもののように見えるかもしれませんが、ダマスカス鋼の特徴である美しくうねるラインは、もっと地球的な起源を持っています。そして、その外観が印象的であるとすれば、それはこのタイプの鋼の物理的な利点が全盛期に非常に人気を集めた理由です。

かつて何世紀にもわたって珍重されてきたダマスカス鋼は、18 世紀までにその名声を失いましたが、今日では再び復活しています。では、この神話上の鋼とは何でしょうか。また、何がダマスカス鋼なのか、何がダマスカス鋼ではないのかについて、なぜ誰もが同意できないのでしょうか?

ダマスカス鋼とは何ですか?

まずは基本的なことから始めましょう。 鋼は鉄と炭素から作られる合金ですが、そのほとんどは鉄から作られます。古代の金属細工師にとっての課題は、柔軟性と強度を兼ね備えた鋼を作ることでした。初期の刀工は鋼を正確に構成する方法を知りませんでした。スウェーデンのセーデルフォシュにある何世紀も続くセーデルフォシュ工場で生産される鉄鋼メーカーのエンジニア兼冶金学者である鉄の達人、ペル・ヤルベリウス氏によると、鉄を溶かしたとき、得られたものは得られました。最終的に、彼らは、特定の鉱石が 1 つの特性を生成し、他の鉱石が異なる特性を生成することを発見しました。いくつかの鉱石は柔軟な材料を与え、他の鉱石は強い材料を与えます。

「これらの鋼を組み合わせて 1 つの鍛造品を作るのがダマスカスです」とヤルベリウス氏は言います。 「柔軟なものと強いものを取り入れて、それらを一緒に強化するのです。」

パターン溶接ダマスカス鋼について

この積層鍛造プロセスにより、パターン溶接ダマスカスとして知られるものが得られ、これが今日でも製造されているタイプのダマスカスです。

しかし、何世紀も前にはウーツ鋼として知られ、世界最高級の鋼の一つでした。最初はインドで、高レベルの炭素と追加の微量元素を含む鉄鉱石から製造されました。インドからの鋼のインゴット、またはケーキはシリアのダマスカスに送られ、そこで剣に加工されました。表面の模様も美しく、身体能力に優れていると評価されました。

ダマスカス鋼の初期の数世紀では、その最も一般的な用途は武器であり、これがダマスカス鋼が非常に珍重された理由の説明です。刀は細長い形状のため、作るのが大変でした。安定性と柔軟性を実現するには最高の鋼が必要でした。

初期のダマスカス鋼も、その細くて長い形状を考慮して、長い銃を製造する際に遭遇する同様の問題を解決しました。 1600 年代までに、パターン溶接されたダマスカス鋼が砲身の製造に使用されるようになりました。この習慣はヨーロッパ中に広がり、19 世紀にはイギリス諸島で人気がありました。しかし、1900 年代初頭、850 トン (771 トン) のダマスカス樽を生産していたベルギーのリエージュ市が、侵攻してきたドイツ軍によって陥落したため、生産は停止されました。

なぜダマスカス鋼と呼ばれるのですか?

ダマスカス鋼はシリアの首都にちなんで命名されましたが、おそらく複数の場所で開発された可能性が高いとヤルベリウス氏は言います。ダマスカス鋼のいくつかのバージョンは、インドネシアから中東に至るまで、何世紀にもわたって生産されてきました。

「国や地域が異なれば、異なる伝統が存在します」とヤルベリウス氏は説明する。ダマスカスは特定の手法ではありません。

ジョン・バーホーベンは、両方が6世紀までに生産されていたことを発見しました。によると、これらの鋼で作られた武器は軽くて強いだけでなく、戦闘で使用された後でも切れ味が持続すると言われています。ウーツ鋼で作られた刃はそれができるとさえ言われました。

しかし、ウーツダマスカスの製法は歴史から失われています。 19 世紀初頭までに、この石は製造されなくなりました。これはおそらく、これを製造した金属細工師がプロセスの一部を秘密にしていたため、またおそらく特別な組み合わせの鉱石が枯渇したためと考えられます。

模様溶接鋼は支持を失う

1800 年代後半までに、現代の冶金学により鋼の品質が向上しました。ヤルベリウス氏によれば、当時作られたパターン溶接のダマスカスさえも時代遅れになり、悪い評判が広まったという。現代の精製鋼は単に昔の鋼よりも機能が優れていただけで、今日ではダマスカス鋼の機能はその見た目の良さよりも二番目の役割を果たしています。

現代のダマスカス鋼の美しさ

現代のバイヤーは依然としてダマスカス鋼の外観を求めています。結局のところ、ダマスカス鋼のナイフや剣に関しては、中世の目的はもはや重要ではありません。

「古来、美学は副産物として得られたものです」とヤルベリウスは言う。 「今日、私たちは古代に製造されていたものと同様のパターンを製造していますが、鉄鋼技術ははるかに進歩しています。」

ダマスカス鋼を今日作る

現在、ダマスカス鋼を製造するにはさまざまな方法があります。本物のアーティストの中には、個別にデザインされた鋼鉄の作品を限定生産する人もいる、とジャーベリウス氏は言います。他のダマスカス鋼メーカーは、より大量の生産と特定のパターンの繰り返しに興味を持っています。ヤルベリウスが勤めるスウェーデンの企業ダマステル社は、まさにそれを行うために粉末冶金を使用しています。

従来の製鋼では、固体の部品を一緒に鍛造するのだと彼は説明します。代わりに、ダマステルは を作ります。色の変化のために 2 つのグレードの鋼を使用して、ダマステルはパターンの「レシピ」を作成し、それを繰り返すことができます。

一部のパターンは企業秘密ですが、その他のパタ​​ーンは複製が困難です。名前は異なるものの、複数の鍛冶屋が作る似たような模様が存在します。たとえば、ある鍛冶屋が と呼ぶものを、別の鍛冶屋が と呼ぶ場合があります。

パターン名がビジネスの性質に対して繊細すぎると思われる場合は、他の選択肢もあります。 Thor、Odins Eye、Loki、Bifrost、Bluetongue と呼ばれるパターンがあります。または、 の Snake Skin、Razor Wire、Fireball を検討してください。彼ら全員に共通しているのは、美しさです。

「ダマスカス鋼の型を作っているのは、それが美しいからです」とジャーベリウスは言います。 「あなたは機能よりも美しさを求めています。」

今日のダマスカス鋼の用途

21世紀では、ダマスカス鋼メーカーは多くの剣を鍛造していません。それにもかかわらず、この素材には幅広い用途があるとジャーベリウス氏は言います。ダマスカス鋼は製造に多くの労力と職人技が必要なため、従来の模様のない鋼よりも高価になります。

ダマスカス鋼で作られたジュエリー、時計、スプーン、ベルトのバックル、カミソリ、懐中電灯、ペンなどが見つかります。もちろん、ダマスカス鋼はその初期の使用の伝統から、ナイフ、ポケットナイフ、ナイフなどに人気があります。

コンピューター数値制御機械 (CNC) は、製造指令やコンポーネントの要件を満たす希望の形状にストック材料を成形する機械加工ツールです。 CNC マシンは、事前にプログラムされたソフトウェアを使用して、グラインダー、旋盤、フライス、材料を除去するために使用されるその他の切削工具などの複雑な機械の動きを制御します。

これらのコンピューター支援製造技術は、広範囲にわたる複雑で正確な CNC 加工タスクを実行して、自動車、防衛、航空宇宙産業向けに製造された製品や特別に設計された部品を作成できます。

21 世紀の軟質材料で作られたコンポーネントの生産では、 3D プリンティングやその他の積層造形プロセスが中心的な役割を果たしていますが、日用品のほとんどは依然として高度に自動化されたサブトラクティブ マシニング技術の結果です。

プラスチック製ウォーター ボトルは、CNC 型彫り技術を使用して金型から製造されており、路上を走行するあらゆる自動車の個々の駆動システム コンポーネントが正確な寸法にフライス加工され、すべての可動ギアがシームレスに組み合わされて最適な機械的性能が得られます。

テネシー大学ノックスビル校は、「日常生活で触れるほぼすべてのものは、ある時点で工作機械に触れている可能性があります」と述べています。 「飛行機に乗ったことがある人ならわかると思いますが、たとえばボーイング 747 では、飛行機が離陸するまでに 100 万個以上の個別の部品が機械加工され、組み立てられました。」

CNC工作機械はどのように動作するのでしょうか?

CNC 工作機械は、作成されるアイテムの数と同様に多用途かつダイナミックです。ただし、ほとんどの CNC 機械は、開ループ システムまたは閉ループ システムという 2 つのフレームワーク内で動作します。

開ループ CNC システムでは、コンピュータ支援設計 (CAD) ソフトウェアを使用して、当面のタスクをコンピュータ数値制御し、G コードまたは作業ファイルを生成します。次に、コンピューターは適切なステップをコントローラーとそれに接続されているサーボ モーターに中継します。

これらのモーターは、旋盤やグラインダーなどの切削工具を少なくとも 2 つの軸 (X および Y) に沿って操作しますが、ハイエンド CNC マシンは、CNC ミルやその他の付属品を追加のいくつかの軸の周りで動かすことで、汎用性と精度を向上させることができます。

閉ループ CNC システムは、CNC 機械が材料の周りを移動する間に不一致に対処するためにモニターにフィードバック データを提供します。このモーターとモニターの通信により、閉ループ システムは旋盤やその他の CNC 工作機械の速度、位置、送り速度をリアルタイムで変更できます。

CNC マシンの 5 つの主な機能

CNC 機械の産業用途のいくつかを次に示します。

1. 切断

CNC マシンは、正確かつ効率的な切断速度が必要なプロジェクトに最適なツールであり、シンカー EDM (放電加工機) とワイヤ EDM という 2 つの最先端の切断技術に対応できます。

彫り込み EDM は、銅またはグラファイトの形でツールに取り付けられた 2 つの電極間の相互作用による熱浸食を利用します。もう 1 つは、材料を浸す誘電性の流体です。驚くべきことに、製造中に工具とワークピースが直接接触することはありません。ワイヤ EDM も同様に機能しますが、ワイヤ電極を正確な切断ツールとして利用する点が異なります。

2. 穴あけ

この精密な穴開けプロセスでは、回転切削工具 (通常はドリル ビットまたは高速ウォーター ジェット) を使用して、静止したワークピースに丸い穴をあけます。これらの穴には、多くの場合、組み立てネジやボルトが収容されます。

3. 研削

CNC マシンには、ほぼ完璧な表面仕上げを実現する研磨ホイールが装備されていることがよくあります。このサブトラクティブ研削技術は、あらゆる積層造形プロセスの精度を大幅に上回り、欠陥を人間の髪の毛の幅の 1/10 という小さな公差まで減らすことができます。

4. フライス加工

CNC ミルは、基本的なミルや他の手動フライス盤と同様に、旋盤、ウォーター ジェット、または旋削工具を使用して、静止したストックピースから材料を除去します。 CNC ミルは複数の軸に沿って移動できるため、オペレーターは水平、垂直、角度付きおよび正面フライス加工のタスクを絶対的な精度で実行できます。これらのマルチアングル機能により、機械工が在庫材料を調整したり再固定したりする回数が減り、複雑な木材、金属、プラスチック部品の製造プロセスの効率が向上します。

5. 回転

この CNC 機械プロセスはフライス加工と同様に機能します。ただし、ストックはワークステーションに固定されるのではなく、高速で回転する回転機構に取り付けられています。作業者は旋盤、または同様のアタッチメントを備えた CNC を使用して、ストックを目的の形状にするまで少量の材料を除去します。

コンピューター支援製造ソフトウェアとは何ですか?

コンピュータ支援製造 (CAM) ソフトウェアは、CNC 加工プロセスの重要なコンポーネントです。これは、生産のあらゆる段階における人間と自動の入出力の両方を管理するため、あらゆるコンピューター支援加工操作の仲介者および通訳者となります。

たとえば、デザイナーはコンピューター支援設計 (CAD) ソフトウェアでプロジェクトの 3D モデルを作成し、そのファイルを CAM にアップロードします。 CAM はモデルを解釈し、M コードまたは G コード ジェネレーターとして機能し、プロジェクトの目標を CNC プログラミングの言語に変換します。 CNC マシンがプロジェクトで作業する際、データを CAM に送り返し、製品の結果に影響を与える可能性のある変数をオペレーターに通知します。

CNC 工作機械の歴史

CNC 加工は、19 世紀半ばの産業革命中の技術進歩に根ざしており、製造会社は銃器、工場設備、日用品の大量生産にカムベースの旋盤やフライス工具を使用し始めました。 1940 年代から 1950 年代までに、m コード パンチ カードの形式での初歩的な数値制御加工により、当初は作業員のチームによって手動で制御されていたいくつかの製造タスクが自動化され始めました。

1970 年代と 80 年代にデジタル コンピューターとコンピューター ソフトウェアが改良されると、より多くの製造ツールが自動化され、生産速度と全体的な効率が向上する可能性がありました。

21 世紀の現在、CAM および CAD ソフトウェアと最先端の CNC マシンにより、小規模の生産チームは複雑な部品を大量に製造するためのコスト効率の高い戦略を実現できます。機械学習と人工知能が進歩し続けるにつれて、製造業界ではプロセスの最適化と自動化が今後も進むと考えられます。

将来の CNC 加工プロセスはどのようなものになるでしょうか?

人工知能革命の最初の段階に入った今、ロボットがすべての作業を行う世界を空想するのは簡単かもしれませんが、機械加工の専門家も工学学者も、CNC 機械加工プロセスではすべてが適切に機能するように熟練した労働者が必要であることを理解しています。それはすべきです。

「それ（コンピュータ数値制御加工）は、当分なくなることはない基礎的な機能です」とシュミッツ氏は言います。その代わりに、シュミッツ氏は、アディティブ マニュファクチャリングとサブトラクティブ マニュファクチャリングは実際には「ハイブリッド マニュファクチャリング」が将来の CNC 機械加工プロセスになる点まで相互に補完し合っていると主張しています。

シュミッツ氏はまた、このハイブリッド製造は、「プリフォームまたは開始状態である添加剤部品から始まり、その後、限定された機械加工を使用して、添加剤では達成できない滑らかな表面仕上げを生成する」と述べています。

しかし、CNC 加工の将来が直面する最も困難なハードルの 1 つは、CNC プログラミングに精通した資格のある機械工の現在の労働力不足です。ベテランの CNC 専門家が退職し、後任として業界に参入する人がほとんどいないため、この不足はさらに悪化するでしょう。

米国では、国防総省およびその他のさまざまな連邦機関が、失敗に終わった国家製造プログラムを復活させ、業界で国の競争力を高める最先端の製造プロセスを導入する必要性を認識しています。

「歴史的に、機械加工は工芸品であると考えられてきましたが、欲しい部品を作成するには何年ものトレーニングと実践的な経験が必要です。私は、それからより自動化された機械加工環境に移行すると信じています。 」とシュミッツ氏は言う。 「仕事はまだあるだろうが、その仕事は1940年代と50年代にCNC技術が始まった頃とは大きく異なるだろう。」

かつて、食べ物はただ食べるために使われていました。現在では、はるかに複雑な役割を担っています。科学者、製造業者、政策立案者は、いつか食料によって石油への依存をなくすことができるかどうかを研究しています。エタノールやバイオディーゼルなどの食品ベースの燃料が、燃料タンク内のガソリンやディーゼルに取って代わるようになってきています。現在、食品がプラスチック産業にも同じことをもたらし、米国でプラスチックの製造に使用される毎日90万バレル以上の石油と天然ガスの代替に貢献できると考える人もいます[出典: ]。

トウモロコシからサトウキビに至るまであらゆるものから作られる食品ベースのプラスチックは、ここ数年で急速に人気が高まっています。包装材、ギフトカード、携帯電話の筐体など、すべて環境に優しい素材で作ることができます。食品ベースのプラスチックの品質が向上するにつれて、その用途はますます広がります。

支持者らは、石油ベースのプラスチックに比べて、食品ベースのプラスチックの主な利点を 2 つ挙げています。まず、再生可能な資源から作られています。農家がこれらのプラスチックの原料となる作物を栽培する限り、生産は無期限に継続することができます。第二に、食品由来のプラスチックは環境に優しいと広く考えられています。たとえば、従来のプラスチックよりも生産に必要なエネルギーがはるかに少なく、その過程で放出される温室効果ガスも少なくなります。さらに良いことに、適切な条件下では無害な有機化合物に分解されます。

次に欠点について説明します。最も顕著なものの 1 つは、融点が比較的低いことです。ポリエチレン テレフタレート( PET ) などの一般的なプラスチックの融点は華氏 400 度 (摂氏 204 度) をはるかに超える場合がありますが、植物由来のプラスチックの中には、晴れた日に車の中に放置されているだけで水たまりができるものもあります。その結果、食品ベースのプラスチックは幅広い用途にはまったく適していません。

さらに、食品由来のプラスチックは、見た目ほど環境に優しいわけではない可能性があります。これらは生分解性ですが、ほとんどは産業用堆肥化プラントで見られる非常に特殊な条件下でのみ分解されます。つまり、裏庭の堆肥の山に放り込んで土になることを期待することはできず、最終的に埋め立て地に送られたとしても、従来のプラスチックと同じくらいゆっくりと分解されます。食品由来のプラスチックはリサイクルできますが、他のリサイクル可能なプラスチックと単純に混合することはできません。実際、リサイクル業界は食品由来のプラスチックを、処理に時間と費用がかかる「汚染物質」とみなしています。

食品由来のプラスチックに対する最後の議論は、プラスチックを生成するには、実際の食品を生産する可能性のある土地と資源が必要であるということです。すでに米国農務省 (USDA) は、2014 年までに全穀物生産量のほぼ 4 分の 1 がエタノールやその他のバイオ燃料の製造に使用されると推定しています。食品由来のプラスチックが普及すれば、その数はさらに増える可能性がある[出典: ]。環境活動家はまた、これらのプラスチックの一部を製造するために使用される殺虫剤や遺伝子組み換え作物株の有害な影響についても懸念している。

しかし、まだ食品由来のプラスチックを諦めないでください。プラスチック市場に占める割合はまだ 1% 未満ですが、一部の非常に大規模な企業は、プラスチックの改善と使用の両方に前進することに取り組んでいます [出典: ]。例えば、エレクトロニクスメーカーのパナソニックとNECは、現在市販されている製品と比較して耐久性、耐熱性、製造の容易さを大幅に向上させた食品由来のプラスチックの開発を発表した。別のバイオプラスチックメーカーであるメタボリックスは、通常の堆肥の山の中で生分解するミレルと呼ばれるプラスチックを開発した。食品ベースのプラスチックの生産コストも急速に低下しており、その用途の拡大と相まって、今後は従来のプラスチックに代わる強力な代替品となるでしょう。しかしおそらく、食品由来のプラスチックに対する最も有力な主張は、私たちが石油の供給を使い果たした後も、それらはまだ私たちを待っているだろうということだ。

光学顕微鏡を使っても見ることができないほど小さな世界の研究に専念する科学者たちが、前例のない学際的な結集を行っています。その世界はナノテクノロジーの分野、原子とナノ構造の領域です。非常に新しいものなので、何が起こるかは誰にもわかりません。それでも、ダイヤモンドや食べ物などを複製する能力から、世界が自己複製ナノロボットに飲み込まれるという予測まで、さまざまな予測がなされています。

ナノテクノロジーの珍しい世界を理解するには、関連する測定単位について理解する必要があります。 1 センチメートルは 100 分の 1 メートル、1 ミリメートルは 1000 分の 1 メートル、マイクロメートルは 100 万分の 1 メートルですが、これらはいずれもナノスケールと比較すると依然として巨大です。ナノメートル(nm)は 10 億分の 1 メートルで、可視光の波長より小さく、人間の髪の毛の幅の 10 万分の 1 です 。

ナノメートルと同じくらい小さいですが、それでも原子スケールと比較すると大きいです。原子の直径は約0.1nmです。原子核はさらに小さく、約 0.00001 nm です。原子は、私たちの宇宙にあるすべての物質の構成要素です。あなたとあなたの周りのすべてのものは原子でできています。自然は物質を分子的に製造する科学を完成させました。たとえば、私たちの体は、何百万もの生きた細胞から特定の方法で組み立てられています。細胞は自然のナノマシンです。原子スケールでは、元素は最も基本的なレベルにあります。ナノスケールでは、これらの原子を組み合わせてほぼあらゆるものを作ることができる可能性があります。

ノーベル賞受賞者のホルスト・シュテルマー博士は、「小さな不思議：ナノサイエンスの世界」と題した講演で、ナノスケールは原子スケールよりも興味深い、なぜならナノスケールは私たちが何かを組み立てることができる最初の点だからである、と述べた。アトムを組み立て始めて、何かを役立つものにできるようにします。

この記事では、ナノテクノロジーが今日何を意味するのか、そしてナノテクノロジーの将来がどうなるのかを学びます。また、ナノスケールでの作業に伴う潜在的なリスクについても見ていきます。

次のセクションでは、ナノスケールで私たちの世界について詳しく学びます。

ナノテクノロジーの世界

何がナノスケールを構成するかについて専門家の間で意見が分かれることもありますが、一般的には 1 ～ 100 nm の範囲のものを扱うと考えることができます。それより大きいものはマイクロスケール、それより小さいものは原子スケールです。

急速に学際的な分野になりつつあります。生物学者、化学者、物理学者、技術者は皆、ナノスケールでの物質の研究に携わっています。シュテルマー博士は、さまざまな分野が共通言語を開発し、相互にコミュニケーションできるようになることを望んでいます 。そうして初めて、ナノサイエンスを効果的に教えることができると彼は言います。なぜなら、複数の科学のしっかりとした背景がなければナノテクノロジーの世界を理解することはできないからです。

ナノスケールの刺激的かつ挑戦的な側面の 1 つは、量子力学がナノスケールで果たす役割です。量子力学の法則は古典物理学とは大きく異なります。つまり、ナノスケールでの物質の挙動は、時として常識に反して異常な挙動を示すことがあります。壁に近づいてすぐに壁の反対側にテレポートすることはできませんが、ナノスケールでは電子は可能です。これは電子トンネリングと呼ばれます。バルク状態では絶縁体、つまり電荷を運ぶことができない物質は、ナノスケールに縮小すると半導体になる可能性があります。表面積の増加により、融点が変化する可能性があります。ナノサイエンスの多くは、自分が知っていることを忘れて、最初から学び始める必要があります。

では、これは何を意味するのでしょうか?それは現在、科学者たちが物質をナノスケールで実験して、その特性とそれをさまざまな用途にどのように利用できるかを研究していることを意味します。エンジニアは、ナノサイズのワイヤを使用して、より小さく、より強力なマイクロプロセッサを作成しようとしています。医師たちはナノ粒子を医療用途に使用する方法を模索しています。それでも、ナノテクノロジーがテクノロジー市場と医療市場を支配するまでには長い道のりがあります。

次のセクションでは、2 つの重要なナノテクノロジー構造、ナノワイヤーとカーボン ナノチューブについて見ていきます。

やっぱりイッツ・ア・スモールワールド

ナノスケールでは、物体は非常に小さいため、光学顕微鏡を使っても見ることができません。ナノ科学者は、ナノスケールで何かを観察するには、走査型トンネル顕微鏡や原子間力顕微鏡などのツールを使用する必要があります。走査トンネル顕微鏡は、微弱な電流を使用して走査された材料を調査します。原子間力顕微鏡は、非常に細い先端で表面をスキャンします。どちらの顕微鏡もデータをコンピュータに送信し、情報を収集してモニタにグラフィカルに投影できます 。

ナノワイヤーとカーボンナノチューブ

現在、科学者たちは、特に興味深い 2 つのナノサイズの構造、ナノワイヤーとカーボン ナノチューブを発見しています。ナノワイヤーは非常に小さな直径を持つワイヤーであり、場合によっては 1 ナノメートルほどの小さなものもあります。科学者たちは、それらを使用して、コンピューターチップやその他の電子機器用の小さなトランジスタを構築したいと考えています。ここ数年、カーボン ナノチューブがナノワイヤに影を落としてきました。私たちはこれらの構造についてまだ学習中ですが、これまでに学んだことは非常に興味深いものです。

カーボン ナノチューブは、炭素原子のナノサイズのシリンダーです。炭素原子のシートが六角形のシートのように見えることを想像してください。そのシートを丸めてチューブにすると、カーボンナノチューブが得られます。カーボンナノチューブの特性は、シートの巻き方によって異なります。言い換えれば、すべてのカーボン ナノチューブは炭素でできていますが、個々の原子をどのように配置するかによって、互いに大きく異なる可能性があります。

原子を適切に配置すれば、鋼鉄よりも数百倍強く、6 倍軽いカーボン ナノチューブを作成できます 。技術者たちは、特に自動車や飛行機などの建築材料をカーボン ナノチューブから作ることを計画しています。車両の軽量化は燃料効率の向上を意味し、強度の増加は乗客の安全性の向上につながります。

カーボン ナノチューブは、原子が適切に配置された効果的な半導体としても機能します。科学者たちは、マイクロプロセッサーやその他の電子機器のトランジスターにカーボン ナノチューブを現実的な選択肢として使用する方法を見つける研究を続けています。

次のセクションでは、ナノテクノロジーを活用した製品を見ていきます。

グラファイト vs. ダイヤモンド

グラファイトとダイヤモンドの違いは何ですか?どちらの素材もカーボンでできていますが、両方の特性は大きく異なります。グラファイトは柔らかいです。ダイヤモンドは硬いです。グラファイトは電気を通しますが、ダイヤモンドは絶縁体なので電気を通しません。グラファイトは不透明です。ダイヤモンドは通常透明です。グラファイトとダイヤモンドは、炭素原子がナノスケールで結合する方法によりこのような特性を持っています。

ナノテクノロジーを活用した製品

市場ですでにナノテクノロジーの恩恵を受けている製品がどれほど多いかを知ると驚かれるかもしれません。

• 日焼け止め– 多くの日焼け止めには、酸化亜鉛または酸化チタンのナノ粒子が含まれています。古い日焼け止めの処方ではより大きな粒子が使用されており、これがほとんどの日焼け止めの色を白っぽくしています。粒子が小さいので目立ちにくく、日焼け止めを肌に塗り込んだときに白っぽくなりません。
• 自動洗浄ガラス– Pilkington という会社は、ナノ粒子を使用してガラスに光触媒性と親水性を持たせる Activ Glass と呼ばれる製品を提供しています。光触媒効果とは、光からの紫外線がガラスに当たると、ナノ粒子がエネルギーを与えられ、ガラス上の有機分子 (言い換えれば汚れ) を分解してほぐし始めることを意味します。親水性とは、水がガラスに接触すると水がガラス全体に均一に広がり、ガラスをきれいに洗いやすくすることを意味します。
• 衣類– 科学者はナノ粒子を使用して衣類を強化しています。生地を酸化亜鉛ナノ粒子の薄層でコーティングすることにより、メーカーは紫外線からより効果的に保護する衣服を作成できます。一部の衣類には、水やその他の物質をはじき、衣類を汚れにくくする小さな毛やひげの形をしたナノ粒子が含まれています。
• 耐傷性コーティング– エンジニアは、耐傷性ポリマーコーティングにケイ酸アルミニウムのナノ粒子を添加すると、コーティングの効果が高まり、欠けや傷に対する耐性が向上することを発見しました。傷がつきにくいコーティングは、自動車から眼鏡レンズに至るまであらゆるものに施されています。
• 抗菌包帯– 科学者のロバート・バレルは、銀のナノ粒子を使用して抗菌包帯を製造するプロセスを作成しました。銀イオンは微生物の細胞呼吸をブロックします 。言い換えれば、銀は有害な細胞を窒息させ、細胞を殺します。

ナノテクノロジーを取り入れた新製品が日々登場しています。しわになりにくい生地、浸透性の高い化粧品、液晶ディスプレイ(LCD) など、ナノテクノロジーを利用した便利な製品が市場に出ています。やがて、インテルのマイクロプロセッサーからバイオナノバッテリー、厚さわずか数ナノメートルのコンデンサーに至るまで、ナノテクノロジーを活用した他の製品が数多く登場することになるでしょう。これは興味深いことですが、ナノテクノロジーが将来私たちにどのような影響を与えるかという点では氷山の一角にすぎません。

次のセクションでは、ナノテクノロジーが私たちにもたらす可能性のある驚くべきことのいくつかを見ていきます。

テニス、誰かいますか？

ナノテクノロジーはテニス界に大きな影響を与えています。 2002 年、テニス ラケット会社 Babolat は VS Nanotube Power ラケットを発表しました。彼らはカーボンナノチューブを注入したグラファイトでラケットを作りました。つまり、ラケットは非常に軽量でありながら、スチールよりも何倍も強いということです。一方、テニスボールメーカーのウィルソンはダブルコアテニスボールを発表しました。これらのボールは、内部コアに粘土ナノ粒子のコーティングが施されています。粘土はシーラントとして機能し、ボールから空気が抜けにくくなります。

ナノテクノロジーの未来

「スタートレック」の世界では、レプリケーターと呼ばれる機械が、武器から湯気が立つアール グレイティーのカップに至るまで、事実上あらゆる物理的オブジェクトを生産できます。長い間、もっぱら SF の産物であると考えられてきましたが、今日ではレプリケーターが非常に現実的な可能性であると信じている人もいます。彼らはそれを分子製造と呼んでいますが、それが現実になれば、世界は劇的に変わる可能性があります。

原子と分子がくっつくのは、それらが相互にロックする相補的な形状、または引き合う電荷を持っているためです。磁石と同じように、プラスに帯電した原子はマイナスに帯電した原子にくっつきます。何百万ものこれらの原子がナノマシンによってつなぎ合わされると、特定の製品が形を作り始めます。分子製造の目標は、原子を個別に操作し、それらをパターンに配置して目的の構造を生成することです。

最初のステップは、科学者が原子や分子を自由に操作できるようにプログラムできる、アセンブラーと呼ばれるナノスケールの機械を開発することです。ライス大学のリチャード・スモーリー教授は、単一のナノスケールの機械が意味のある量の物質を組み立てるには何百万年もかかるだろうと指摘する。分子製造を実用化するには、何兆もの組み立て業者が同時に協力する必要があります。 Eric Drexler 氏は、アセンブラはまず自分自身を複製して、他のアセンブラを構築できると考えています。各世代が別の世代を構築し、オブジェクトを生成するのに十分なアセンブラが存在するまで指数関数的に増加します 。

何兆ものアセンブラーとレプリケーターが 1 立方ミリメートル未満の領域を満たす可能性がありますが、それでも肉眼で見るには小さすぎる可能性があります。アセンブラーとレプリケーターが協力して製品を自動的に構築することができ、最終的にはすべての従来の労働方法を置き換えることができます。これにより、製造コストが大幅に削減され、消費財が豊富に、より安く、より強力になる可能性があります。最終的には、ダイヤモンド、水、食べ物を含むあらゆるものを複製できるようになるでしょう。飢餓は、飢えた人々を養うための食品を製造する機械によって根絶される可能性がある。

ナノテクノロジーは医療業界に最大の影響を与える可能性があります。患者は、がん細胞やウイルスを攻撃し、その分子構造を再構築するようにプログラムされたナノロボットを含む液体を飲むことになる。ナノロボットが老化プロセスを遅らせたり逆転させたりして、平均寿命が大幅に伸びる可能性があるという憶測さえある。ナノロボットは、繊細な手術を行うようにプログラムすることもできる。そのようなナノ外科医は、最も鋭いメスよりも 1,000 倍も正確なレベルで作業を行うことができる 。このような小さなスケールで作業することにより、ナノロボットは従来の手術のように傷跡を残さずに手術を行うことができます。さらに、ナノロボットはあなたの外見を変える可能性があります。それらは美容整形を実行するようにプログラムされ、原子を再配置して耳、鼻、目の色、その他の変更したい身体的特徴を変更することができます。

ナノテクノロジーは環境にプラスの影響を与える可能性があります。たとえば、科学者は薄くなったオゾン層を再構築するために空中ナノロボットをプログラムできるかもしれない。ナノロボットは水源から汚染物質を除去し、流出した石油を浄化できる可能性がある。ナノテクノロジーのボトムアップ法を使用して材料を製造することにより、従来の製造プロセスよりも汚染が少なくなります。再生不可能な資源への私たちの依存は、ナノテクノロジーによって減少するでしょう。樹木を伐採したり、石炭を採掘したり、石油を掘削したりする必要はもうなくなるかもしれない。ナノマシンがそれらの資源を生産できるかもしれない。

多くのナノテクノロジー専門家は、少なくとも予見可能な将来においては、これらの応用は可能性の領域から大きく外れていると感じています。彼らは、より珍しい応用例は理論上のものにすぎないと警告しています。ナノテクノロジーが最終的には仮想現実のようになるのではないかと心配する人もいます。言い換えれば、ナノテクノロジーをめぐる誇大宣伝は、この分野の限界が公知になるまで高まり続け、その後、関心（と資金）はすぐに消えてしまうのではないかと心配する人もいます。

次のセクションでは、ナノテクノロジーの課題とリスクのいくつかを見ていきます。

ナノテクノロジーはどれほど新しいのでしょうか?

1959年、物理学者で後のノーベル賞受賞者であるリチャード・ファインマンは、アメリカ物理学会で「底には十分な余地がある」と題した講演を行った。彼のスピーチの焦点は、小型化の分野と、人間がますます小型で強力なデバイスを作成すると彼がどのように信じているかについてでした。

1986 年、K. エリック ドレクスラーは「創造のエンジン」を執筆し、ナノテクノロジーという用語を導入しました。科学研究は過去 10 年間で本当に拡大しました。発明者や企業も遅れを取っていません。現在、米国特許庁に登録されている 13,000 件以上の特許に「ナノ」という単語が含まれています 。

ナノテクノロジーの課題、リスク、倫理

ナノテクノロジーにおける当面の課題は、ナノスケールでの材料とその特性についてさらに学ぶ必要があることです。世界中の大学や企業は、原子がどのように結合してより大きな構造を形成するかを厳密に研究しています。量子力学がナノスケールで物質にどのような影響を与えるかについては、私たちはまだ学習中です。

ナノスケールの元素はバルクの状態とは異なる動作をするため、一部のナノ粒子が有毒である可能性があるという懸念があります。一部の医師は、ナノ粒子が非常に小さいため、血流中の有害な化学物質から脳を保護する膜である血液脳関門を簡単に通過してしまうのではないかと懸念しています。衣服から高速道路に至るまであらゆるものをナノ粒子でコーティングする計画がある場合、ナノ粒子が私たちを汚染しないことを確認する必要があります。

知識の壁と密接に関係しているのが技術の壁です。ナノテクノロジーに関する信じられないような予測が現実になるためには、トランジスタやナノワイヤーなどのナノサイズの製品を大量生産する方法を見つけなければなりません。ナノ粒子を使用してテニス ラケットなどのものを製造したり、しわのない生地を製造したりすることはできますが、ナノワイヤを使用して本当に複雑なマイクロプロセッサチップを製造することはまだできません。

ナノテクノロジーに関しては、大きな社会的懸念もいくつかあります。ナノテクノロジーにより、致死性と非致死性の両方で、より強力な武器を作成できる可能性もあります。一部の組織は、兵器におけるナノテクノロジーの倫理的影響を調査できるようになるのは、これらの装置が製造されてからになるのではないかと懸念している。彼らは科学者や政治家に対し、ますます強力な兵器を設計する前にナノテクノロジーのあらゆる可能性を慎重に検討するよう求めている。

医療におけるナノテクノロジーによって私たちが肉体的に強化できるとしたら、それは倫理的でしょうか?理論的には、医療ナノテクノロジーは私たちをより賢く、より強くし、迅速な治癒から夜間視力に至るまでの他の能力を私たちに与える可能性があります。私たちはそのような目標を追求すべきでしょうか？私たちは自分たちを人間と呼び続けることができるでしょうか、それとも人類の進化の道における次のステップであるトランスヒューマンになるのでしょうか?ほとんどすべてのテクノロジーは最初は非常に高価であるため、これは、改造された人間の裕福な人種と、改造されていない人々のより貧しい人口の2つの人種を生み出すことを意味するでしょうか?私たちはこれらの質問に対する答えを持っていませんが、いくつかの組織はナノ科学者に対し、手遅れになる前にこれらの影響を今すぐ考慮するよう促しています。

すべての質問が人体の改造に関係しているわけではありません。金融や経済の世界に関するものもあります。分子製造が現実になったら、世界経済にどのような影響を与えるでしょうか?ボタンをクリックするだけで必要なものをすべて構築できると仮定すると、すべての製造業務はどうなるのでしょうか?レプリケーターを使用して何かを作成できる場合、通貨はどうなりますか?私たちは完全な電子経済に移行するでしょうか?お金も必要でしょうか？

実際にこれらすべての質問に答える必要があるかどうかは議論の余地があります。多くの専門家は、グレイグーやトランスヒューマンのような懸念はせいぜい時期尚早であり、おそらく不必要であると考えています。それでも、ナノスケールの巨大な可能性についてさらに学ぶにつれて、ナノテクノロジーは間違いなく私たちに影響を与え続けるでしょう。

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黙示録的なグー

ナノテクノロジーという言葉を世に送り出したエリック・ドレクスラーは、恐ろしい終末論的ビジョンを提示した。自己複製ナノロボットが誤作動を起こし、自分自身を何兆倍も複製し、自らをさらに構築するために環境から炭素を引き出し、急速に全世界を消費するというものだ。これは「グレーグー」シナリオと呼ばれるもので、ナノサイズの合成デバイスがすべての有機材料を置き換えるというものです。もう一つのシナリオには、有機材料で作られたナノデバイスが地球を滅ぼすという「グリーン・グー」シナリオが含まれる。

ボール状に砕かれてゴミ箱に投げ込まれた紙、 衝突で変形した車のフロントエンド、そして数百万年かけて徐々に山を形成していく地殻には、どのような共通点があるのでしょうか?これらはすべて、しわ寄せと呼ばれる物理的なプロセスを受けています。これは、比較的薄い材料シート (長さまたは幅よりもはるかに薄い厚さのシート) を狭い領域に適合させる必要があるときに発生します。

そして、くしゃくしゃになることを単なる不快な混乱として想像するのは簡単ですが、しわくちゃを研究した科学者は、それがそうではないことを発見しました。それどころか、しわくちゃは数学によって支配される予測可能で再現可能なプロセスであることが判明しました。しわについての私たちの理解における最新の画期的な成果は、最近 Nature Communications に掲載されたもので、研究者らは、薄いシートがしわになり、広げられ、またしわになったときに何が起こるのかについての物理モデルを説明しています。

「誰もが幼い頃から、紙を丸めてボールにし、それを広げ、そこに形成される複雑な折り目のネットワークを見ることに慣れています」と、論文の責任著者である は説明します。彼はハーバード大学のジョン アル ポールソン工学応用科学大学院の准教授であり、科学技術コンピューティングと数学モデリングの責任者です。 「表面的には、これはランダムで無秩序なプロセスのように見え、何が起こるかをまったく予測するのは難しいと思われるかもしれません。」

「このプロセスを繰り返し、紙をもう一度くしゃくしゃにし、広げてみると、さらに折り目ができるでしょう」とライクロフト氏は電子メールに書いている。 「ただし、数を 2 倍にすることはできません。すでにある折り目によってシートが弱くなっており、2 回目では折りやすくなっているからです。」

折り目の全長＝「走行距離」

この考えは、論文の著者の一人である元ハーバード大学の物理学者で、現在エルサレムのヘブライ大学に在籍している彼と彼の学生たちが数年前に行った実験の基礎となった。ライクロフト氏の説明によれば、ルーベンスタイン氏と彼のチームは、薄いシートを繰り返し丸めて、シートのしわの全長を測定し、これを「走行距離」と呼んだ。その研究については、この記事で説明されています。

「走行距離の伸びには驚くほど再現性があり、シートが徐々に弱くなっていくため、新たな走行距離の増加が毎回少しずつ減っていくことがわかりました」とライクロフト氏は言う。

この発見は物理学界を困惑させ、ライクロフト氏とハーバード大学の博士候補者は、なぜしわが寄るのがそのような挙動をするのかを理解したいと考えた。

「進歩への方法は、折り目自体に焦点を当てるのではなく、折り目によって輪郭が描かれた損傷を受けていない面に注目することであることがわかりました」とライクロフト氏は言います。

「実験では、紙と同じようにしわくちゃになる薄いフィルムであるマイラーの薄いシートを系統的に何度かしわくちゃにし、繰り返すたびに新しいしわができました」と、2021年の論文の筆頭著者であるアンドレイェビッチ氏は電子メールで説明した。 「シワの間にシートを注意深く平らにし、プロフィロメーターと呼ばれる機器を使用してシートの高さプロファイルをスキャンしました。プロフィロメーターはシートの表面全体の高さマップを測定します。これにより、折り目の位置を計算して視覚化することができます。画像。”

折り目は乱雑で不規則になる可能性があるため、コンピューター自動化では理解するのが難しい「ノイズの多い」データが生成されます。この問題を回避するために、アンドレイェヴィッチ氏はタブレット PC、Adobe Illustrator、Photoshop を使用して、24 枚のシートに折り目のパターンを手作業でトレースしました。これは、この最近の詳細のように、合計 21,110 のファセットを記録することを意味します。

アンドレイェビッチ氏の努力と画像分析のおかげで、「しわが寄るにつれてファセットのサイズの分布を調べることができました」とライクロフト氏は説明します。彼らは、岩石、ガラスの破片、火山の破片に至るまでの物体が時間の経過とともにどのように小さな破片に砕けるかを調べる破砕理論によって、サイズ分布が説明できることを発見しました。 （これは、氷山に適用したJournal of Glaciologyの最近の論文です。）

「同じ理論で、しわが寄ったシートの面が時間の経過とともにより多くのしわが形成されるにつれてどのように壊れるかを正確に説明できます」とライクロフト氏は言います。 「また、これを使用して、しわになった後にシートがどのように弱くなるかを推定し、それによって走行距離の蓄積がどのように遅くなるかを説明することもできます。これにより、2018 年の研究で確認された走行距離の結果とその結果を説明できるようになります。私たちは、次のように考えています。断片化理論は問題に対する展望を提供し、時間の経過に伴う損傷の蓄積をモデル化するのに特に役立ちます」とライクロフト氏は言う。

クランプル理論がなぜ重要なのか?

しわくちゃについての洞察を得ることは、現代世界のあらゆる種類の物事にとって潜在的に非常に重要です。 「何らかの構造上の能力で材料を使用する場合、その破壊特性を理解することが重要です」とライクロフト氏は言います。 「多くの状況において、繰り返し荷重がかかると材料がどのように挙動するかを理解することが重要です。たとえば、航空機の翼はその寿命にわたって何千回も上下に振動します。繰り返しのしわに関する私たちの研究は、材料がどのように損傷するかを示すモデルシステムとして見ることができます。」繰り返し負荷がかかると、材料が時間の経過とともに亀裂や折り目によってどのように弱くなるかという、私たちの理論の中核となる要素のいくつかは、他の種類の材料にも類似する可能性があると予想しています。」

そして場合によっては、くしゃくしゃが実際に技術的に利用されることもあります。ライクロフト氏は、例えば、くしゃくしゃにしたグラフェンシートがリチウムイオン電池用の高性能電極を作る可能性として示唆されていると指摘する。さらに、この論文が述べているように、クシャクシャ理論は、昆虫の羽がどのように展開するのか、DNAが細胞核にどのように詰め込まれるのかに至るまで、あらゆる種類の現象についての洞察を提供します。

いくつかの物体が単に多数の小さな破片に分解されるのではなく、くしゃくしゃになるのはなぜですか?

「紙などのしわになりやすい素材は、柔軟性があり曲がりやすいという特徴があるため、壊れにくいのです」とアンドレイェヴィッチ氏は説明する。 「しかし、石やガラスのような硬い材料は簡単に曲がらないので、圧縮力に反応して壊れます。しわになることと壊れることはまったく異なるプロセスであると思いますが、認識できる類似点がいくつかあります。たとえば、両方ともしわになることは、しわがシートの他の領域を損傷から保護するという考え方は、シートの非常に狭い尾根に局所的な損傷が生じることを指します。実際には、シートがしわになったときに形成される鋭い頂点と尾根です。シート内の局所的な伸縮領域はエネルギー的に好ましくありません。その結果、シートは非常に狭い領域に限定することで、コストのかかる変形を最小限に抑え、シートの残りの部分を可能な限り保護します。」

「くしゃくしゃになる薄いシートは、伸ばすよりも曲げることを好みます。これは、紙を手で曲げたり伸ばしたりすることで簡単に観察できます。これは、エネルギーの点で、曲げる方が伸ばすよりもはるかに少ないエネルギーを必要とすることを意味しますシートを平らに保つことができなくなると、シートは変化する体積に合わせて曲がり始めますが、ある時点を過ぎると、曲げだけではシートを小さな体積に収めることができなくなります。 」

折り目への理解を深めます

くしゃくしゃについてはまだ学ばなければならないことがたくさんあります。たとえば、ライクロフト氏が​​指摘しているように、さまざまな種類のしわ取り、たとえば手ではなく円筒形のピストンを使用することで、しわのパターンが異なるかどうかは明らかではありません。 「我々の調査結果がどの程度一般的であるかを理解したいと思っています」と彼は言う。

さらに、研究者は、最終結果を調べるだけでなく、しわがどのように形成されるのかという実際の仕組みについてさらに詳しく知り、その過程で測定できるようにしたいと考えています。

「これを回避するために、私たちは現在、しわくちゃのシートの 3D 機械シミュレーションを開発中です。これにより、プロセス全体を観察できるようになります」と Rycroft 氏は言います。 「すでに、私たちのシミュレーションでは、実験で見られたものと同様の折り目パターンを作成することができ、しわになるプロセスをより詳細に把握することができます。」

スポーツ選手は、プロでも娯楽でも、痛みや筋肉の損傷を治療するために、鎮痛剤や局所クリームからマッサージ療法や鍼治療まで、さまざまな方法を使用してきました。科学者が筋肉の仕組みについてさらに学ぶにつれて、治療法も改善されました。

従来の治療法では損傷した筋肉の動きを制限していましたが、今日では筋肉の動きを維持し、循環を改善することで痛みを軽減し、治癒を早めることがわかっています。その科学は、キネシオロジーテーピングの父である日本のカイロプラクター加瀬健三博士にインスピレーションを与えました。しかし、 KTテープは何をするのでしょうか？

キネシオテープはどのように機能しますか?

キネシオテーピング法は、筋肉を覆う皮膚層と付着組織を優しく持ち上げ、血液やその他の体液が筋肉の中や周囲でより自由に移動できるようにします。

KTテープの由来

加瀬賢三博士は、1979 年にこの筋肉治療法と最初の弾性治療用テープであるキネシオ テープを開発しました。彼はまた、1980 年代にこの製品を開発した会社キネシオを設立し、1984 年にキネシオ テーピング協会 (KTA) を設立しました。

Kinesio USA, LLC は 1994 年に事業を開始し、ニューメキシコ州アルバカーキに本社を置いています 。

加瀬博士は著書『図解キネシオテーピング』の第4版で、キネシオテーピングの歴史の最初の10年間、この方法は主に彼のような整形外科医、鍼灸師、カイロプラクターによって他の治療法と並行して使用されてきたと説明しています。加瀬氏によると、関節に影響を与える関節疾患を患う患者がキネシオテーピングを使った治療を初めて受けたという[出典：加瀬]。

KTテープが主流に

日本のアスリート、特にオリンピックのバレーボール選手がキネシオテーピングを発見したとき、日本のカラフルなテープは世界中で話題になりました。ツール・ド・フランス7連勝と、がんとの闘病後も元気に戻ってきたことで有名な自転車選手のランス・アームストロングは、2003年の著書『Every Second Counts』の中でホットピンクテープを称賛した。

2008 年の夏季オリンピック中に、アメリカのオリンピック金メダリストのケリー・ウォルシュ選手の話題はさらに大きくなり、人々は「彼女の肩にあるのはタトゥーですか？」と尋ね続けました。ウォルシュは黒いキネシオロジーテープを使用していた。ウォルシュ氏は後にキネシオの競合会社であるKTテープの広報担当者となった。

キネシオテープを支えるテクノロジー

これは普通のスポーツ用テープではありません。

従来、スポーツ選手や筋肉に損傷を負った人は、動きを制限してさらなる損傷を防ぐために、筋肉や関節にテープを巻いていました。緊張したふくらはぎの筋肉を想像してみてください。昔ながらのテーピング方法では、ふくらはぎ、すね、脛骨、腓骨など、まるでミイラのように下腿全体にテープを巻き付ける必要がありました。

これにより、損傷した筋肉が固定され、さらなる緊張が防止されますが、循環が妨げられ、体の自然治癒プロセスが遅くなります。キネシオロジーテーピングは逆のアプローチをとり、テープを使用して筋肉を開き、完全な動きを可能にします。

キネシオロジーテープは、怪我や緊張した部分を安定させるためにその上に貼られますが、筋肉や腱がテープの輪で囲まれないように常に注意が必要です。

動くと、筋肉や腱を覆うテープ、皮膚、結合組織（または筋膜）も動き、筋肉からわずかに引き離され、リンパ液が流れて炎症を起こした組織を浄化するためのスペースが生まれます。

キネシオテーピングの機能

加瀬先生はキネシオテーピングの主な機能として以下の4つを挙げる。これらの機能は、テープの背後にあるテクノロジーを推進します。

免責事項に固執する

この記事は医学的なアドバイスを提供するものではないことに注意してください。筋肉や腱の損傷に対してキネシオテーピングが適切な治療法であるかどうかについては、医師または理学療法士に相談してください。私たちはキネシオテープを理学療法や他の治療法の代替として提案するものではありません。

自分でテーピングを行う予定がある場合は、この記事を他のリソースで補足して、特定のニーズに対応する適切なテーピング技術を学ぶ必要があります。

キネシオテーピング法

録画を試みる前に、情報を入手してください。たとえ治療対象の筋肉をよく知っていたとしても、テープを間違って貼り付けると、良いことよりも害を及ぼす可能性があります。

1. 専門家の指導を受ける

加瀬博士の本には、首の前斜角筋から足の短母趾屈筋まで、あらゆるものをテーピングするための指示と詳細な図が含まれています。ノースカロライナ州アシュビルのアスレチックトレーナー、キャリー・ヘンドリック博士のようなキネシオテーピングの専門家は、あなたの地域の認定キネシオテーピングプラクティショナー（CKTP）を訪ねて見つけることを勧めています。

CKTP になるために、ヘンドリックは国際キネシオ テーピング協会 (KTAI) が開催する 2 つのセミナーで訓練を受け、オンライン試験に合格しました。 CKTP やその他の経験豊富なテーピングの専門家は、世界中の健康とフィットネスの展示会でテーピングに関する講演やデモンストレーションを行うことがよくあります 。

2. 適切なテープを選択する

次に、キネシオロジーテープを選択します。加瀬博士は、キネシオテーピングに使用されるテープの伸縮性は、元の長さの 130 ～ 140 パーセントであることを推奨しています。 Kinesio ブランドのテープは、裏紙を剥がす前でもある程度の伸縮性があります。キネシオテープを徐々に貼り付けていくと、5 ～ 10 パーセント伸びることが予想され、その際に紙から転がされます。

他のブランドのキネシオロジーテープを購入する場合は、同様の潜在的な伸縮率を探してください。

3. テープをカットする

配置する前に、テープを正しい長さと形状にカットする必要があります。テープの長さに対して垂直にまっすぐにカットすると、「I」字のストリップが作成されます。他のカットには、「X」、「Y」、「扇」の形状があります。

治療する特定の筋肉群の説明書には、必要な形状と切断方法が示されています。適切な長さを測定するには、テープをテープを貼る領域まで持ち上げるだけです。

4. 皮膚を整えてテープを剥がします

接触する準備ができたら、付着力を最大限に高めるために、皮膚の汚れ、油分、ローションを取り除きます。次に、テープの形状に基づいた裏面の剥がし方と、適切な貼り方の説明を参照してください。

ヒントの 1 つは、裏地を一度に剥がす必要がある場合は、軽量のストリップが折り返らないようにゆっくりと剥がすことです。

もう 1 つの注意事項: 一時的な位置にテープを貼り付ける必要がある場合は、その場所でテープを押したりこすったりしないでください。接着剤が活性化して、最終的な位置に移動するのが困難になります。

5. テープの方向を選択します

加瀬博士は、テープを貼り付けることができる 2 つの方向と、正しい方向を選択することの重要性について説明します。

テープを最終位置に配置したら、テープを数秒間こすって接着剤を活性化し、テープがしっかりと固定されるようにします。 1 時間後、接着剤が固まって密閉されます。運動やシャワーなどの日常生活を通じて 3 ～ 4 日間貼り付けたままにできる程度に貼り付けてください。

キネシオテープの利点と課題

キネシオロジーテープを使用する目的は、血行を改善し、筋肉をサポートし、筋肉損傷の治癒と予防を助けることであると私たちは知っています。

キネシオテープのメリット

従来のアスレチックテープと比較した主な利点は、自由な動きと体液の流れを可能にし、治癒プロセスを早めることです。また、キネシオロジーテープは耐汗性があるため、激しいトレーニングの途中でも崩れることはなく、濡れても大丈夫なので、シャワーやプールで着用できることもわかりました。

アスレティック トレーナーのキャリー ヘンドリック氏は、キネシオロジー テープの貼り付けは 3 ～ 5 日間続き、彼女が治療するアスリートのほとんどは 24 時間以内に治療部位の変化に気づくことを認めています。彼女はテープを剥がすとき、その領域を 1 ～ 2 日休ませてから、別の治療が必要な場合にはさらにテープを貼ります 。

Kinesio ブランドのテープは低刺激性でラテックスフリーなので、治療中に皮膚を刺激することはなく、ラテックスアレルギーを持つユーザーにとっても安全です。

キネシオテープの課題

おそらく、キネシオロジーテープを使用する際の最大の課題は、自分では常に正しく使用できないことです。たとえば、背中の筋肉を治療している場合、テープを自分で正しく配置することは、不可能ではないにしても、困難になる可能性があります。

治療している筋肉に到達するのが難しい場合は、テープの適切な貼り方を喜んで学んでくれるキネシオロジーテープ仲間を雇うことを検討してください。

キネシオロジーテープを使用する際のもう一つの重要な考慮事項は、どのブランドを選択するかです。キネシオは製造プロセスの特許を取得しており、キネシオ ブランドとキネシオ テーピングの商標を所有しています。競合他社は、キネシオテープと非常によく似た品質のテープを開発し、同じ機能を提供すると主張しています。

ヘンドリックは、持続期間が最も長いためキネシオ ブランドを好みますが、身長の低い体操選手であろうと背の高いバスケットボール選手であろうと、アスリートに合わせてテープの長さをカスタマイズすることが重要であるため、プレカットテープは嫌いです 。

化学のおかげで、人類は無数の新しい発明を生み出し、無数の既存の発明を改良することができました。研究を通じて、私たちは何世紀にもわたって使用してきた金属よりも強力な合成材料を作成しました。過去数十年に発明されたある合成繊維は、その強度と耐久性の高さから、多くの保護具や車両に採用されています。軍隊、法執行機関、民間産業は、人命や装備を守るためにダイニーマと呼ばれる合成繊維を使用しています。

ダイニーマは、即席爆発装置(IED) や AK47 からの銃撃などの脅威から個人や車両を保護できる高強度合成繊維です。ダイニーマのブロックと鋼鉄のブロックを組み合わせた場合、重量比でダイニーマのブロックは鋼鉄ブロックの 15 倍の強度になります。

ダイニーマは、極限状態や爆発に耐えられるだけでなく、軽量でさまざまな種類の車両の設計や仕様に適用できるため、警察や軍隊にとって有利です。ダイニーマは人命を救い、車両を保護するために使用されていますが、生命を脅かす状況でのみ使用されているわけではありません。ダイニーマは、海運、医療、金属加工業界での商業用途向けにも作成されています。

この発明を十分に評価し、装甲車両、防弾チョッキ、その他の用途での使用を理解するには、まずその構造とその強度について少し理解する必要があります。

次のページを読んで、ダイニーマが世界最強の繊維である理由を確認してください。

ダイニーマの特徴

ダイニーマ繊維は、DSM ダイニーマという会社によって 20 年以上前に発明され、1990 年から生産されています。ダイニーマ繊維は、超高分子量ポリエチレンから作られたゲル紡糸マルチフィラメント繊維です。ポリエチレンは多くのプラスチックに使用される一般的な化学結合ですが、ダイニーマは一般的なプラスチックをはるかに超えています。化学工学の学位を持たない人にとって、これは何を意味するのでしょうか?これは、繊維が極度の強度、最小限の重量、そして多くの有用な用途を備えていることを意味します。

ダイニーマの化学組成により、次のような多くの特性を誇ることができます。

重量あたりの強度に基づいて、ダイニーマは鋼鉄の 15 倍、アラミド繊維より 40% 強度があります 。アラミド繊維は、すべてではありませんが、同様の特性を持つ別のタイプの合成材料です。最も一般的なタイプのアラミド繊維の 1 つはケブラーです。

ダイニーマは連続フィラメント糸として作成でき、強力なロープやネットなどに使用したり、一方向のシートとして使用したりできます。一方向シートは層状に作成され、1 つの層がその下の層に対して 90 度の角度で別の層の上に配置されます 。この層化により、繊維は激しい衝撃を吸収し、エネルギーを他の層に迅速かつ効率的に分散させることができます。

次のページでは、ダイニーマが車両の装甲にどのように使用され、爆発時に乗員をどのように保護するかについて説明します。

装甲車両の保護

ダイニーマの主な用途の 1 つは装甲車両の保護です。極端な気象条件や変化する気象条件に対する驚異的な強度と耐性により、危険な状況での車両への理想的な追加品となります。ダイニーマはさまざまな形状に成形できるため、軍事、法執行機関、民間保護用途のさまざまな車両に使用できます。ダイニーマが使用される状況の種類に応じて、ハンドガンのような軟弾道、または対戦車発射体や地雷のような硬弾道に使用できます。

ダイニーマは、車両保護のためにスポールライナーまたはパネルとして 2 つの異なる方法で使用できます。ダイニーマは、スポールライナーとしての形状で、車両に対する弾道の脅威に対する追加の保護層として機能します。スポールライナーは、爆発により車両から飛散した金属片や弾道そのものを受け止め、吸収することで乗員を保護するために使用されます。ダイニーマをパネルとして使用すると、対戦車砲や戦車貫通砲などのより強力な弾道の脅威から保護できます。パネルはカスタム形状で、車両の設計仕様に合わせて簡単にカットできます。

ダイニーマは、単独または組み合わせて、AK47 からの直接銃撃、即席爆発装置 (IED)、ロケット推進手榴弾 (RPG)、地雷、爆発性貫通体 (EFP) など、さまざまな弾道の脅威から身を守る可能性があります。

装甲メッキと比較すると、鋼鉄またはセラミックのストライクプレートを備えたダイニーマで作られた装甲は、鋼鉄装甲よりも密度が 50 ～ 75% 低いです 。ダイニーマを装備した車両は非常に軽量で成形可能なため、爆発や銃撃から保護するために操縦性やデザインを犠牲にしたり、重心を変更したりする必要がありません。

ダイニーマは、車両の乗員だけでなく車両自体を直接爆発から守る発明にも取り入れられています。構造的な爆風煙突は、ダイニーマを使用して爆発の最初の爆風を車両の中心に向かって送り、その後上向きに車両から遠ざけます。ダイニーマの衝撃吸収機能を備えた煙突の設計により、車両は爆発時に地面にしっかりと設置され、無傷で維持され、爆発の音、熱、および強力な力から乗員を保護します。

次のページに進んで、生命保護の他の分野でダイニーマがどのように使用されているか、誰が使用しているか、他の業界でどのように使用されているかを調べてみましょう。

生命保護およびその他の用途

ダイニーマには装甲車両以外にも人命救助の用途があります。多くの防弾チョッキ、ボート、航空機にもダイニーマが使用されています。韓国海軍は、火災や弾道衝撃から船舶を保護する手段として、一部の巡視船やホバークラフトにダイニーマを使用している。ボートパネルはダイニーマ製でガラスエポキシ樹脂でカバーされています。ダイニーマは浮力があるため、船舶を保護するだけでなく、このような海洋用途にも使用できます。

ダイニーマは、防弾手段として飛行機のコックピットのドアにも使用されています。米国での 9.11 同時多発テロの後、連邦航空局はコックピットのドアに防弾性を持たせることを義務付けました。それ以来、ダイニーマはコックピット ドアに使用されており、現在、米国を飛行するすべての航空機の 85% がダイニーマ製のコックピット ドアを備えています 。

ダイニーマは、車両、船舶、航空機の保護に加えて、防弾チョッキやヘルメットにも使用されています。ヘルメットの性能を向上させるための米陸軍と海兵隊による共同イニシアチブでは、ダイニーマがヘルメットの破片化性能を 35 パーセント以上向上させる可能性があることが判明しました 。一部のダイニーマ ヘルメットは SWAT などの戦術警察チームでも使用されています。ダイニーマの硬弾道耐性を備えたヘルメットは、他の素材で作られた以前のヘルメットと同等の強度を持ちながら、重量は半分です。

ダイニーマを使用した防弾ベストの作り方に応じて、ナイフ、拳銃の発砲、徹甲弾、さらには AK47 などの武器によるライフルの発砲にも耐えることができます。 2008 年の北京オリンピックでは、北京市公安局は防弾ヘルメットとベストを使用しました。米陸軍は、イラク戦争とアフガニスタン戦争の両方で、個人と車両の保護のためにダイニーマをさまざまな用途に使用しました。

ダイニーマは弾丸を阻止し、爆発から身を守るためだけに使用されるわけではありません。海運業界の係留索や曳航索用の強力なロープ、金属加工業界の安全手袋、漁業用の網、さらには医療分野の外科用ケーブルや整形外科用縫合糸にも使用できます。その極めて高い強度と軽量さのため、企業は DSM ダイニーマと継続的に協力して、ファイバーの新しい使用方法を模索しています。

ダイニーマやその他の超強力素材の詳細については、次のページのリンクを参照してください。

重要なポイント

ほとんどの SF 小説には、2 つの目的のいずれかがあるようです。1 つは素晴らしい未来の可能性で私たちを興奮させるか、それとも終末のシナリオで私たちを怖がらせるかです。灰色のグーの悪夢は、まさに 2 番目のカテゴリーに分類されます。しかし、それはただのサイエンスフィクションなのでしょうか？

この用語は、ナノテクノロジー応用における災害シナリオを指します。ナノテクノロジーは、物質を分子スケールで操作する科学です。この分野には、おそらく個々の分子や原子さえも操作できる、この規模のデバイスを構築するという目標が含まれています。

キム・エリック・ドレクスラーという名前のエンジニア兼未来学者は、著書「Engines of Creation」の中でナノテクノロジーの興味深い可能性を提案しました。ドレクスラーは、アセンブラーと呼ばれる小さな機械が材料を分子ごとに構築できる未来を思い描いていました。これらのアセンブラを何十億も使用すれば、想像できるほぼすべての材料を製造できます。アセンブラーは、必要なものを生成するために適切な方法で分子を組み合わせます。

どうやってこれほど多くのアセンブラを入手できるのでしょうか?まず、ラボでいくつかを作成します。次に、他のアセンブラをビルドするようにアセンブラを設定します。これらの新しい組立業者は、順番にさらに多くの機械の製造を開始します。製造速度は指数関数的に増加し、世代ごとに 2 倍になります。

しかし、生産が制御不能になったらどうなるでしょうか?それは灰色のグーシナリオにつながります。組み立て者はすべての有機物をさらに多くの組み立て者に変換し始め、その過程ですべてを消費します。地球はナノマシンで満たされた生命のない塊と化してしまうだろう。

このシナリオが実現するには、ナノマシンがさまざまな過酷な環境で生き残ることができなければなりません。また、あらゆる有機物を消費する能力も必要です。そして私たちはナノマシンに対して無防備でなければなりません。

科学者のロバート・A・フレイタス・ジュニアは、医学的観点から灰色のグーシナリオを調査しました。彼の計算によれば、私たちは災害を食い止めるのに間に合うように災害を認識できるだろうということがわかりました。他の科学者は、自己複製アセンブラには制御不能な複製を防ぐ制限が組み込まれているだろうと述べています。そして多くの科学者は、少なくとも当面は、アセンブラを構築することはまったく不可能になるかもしれないと言っています。

確かに、現時点で灰色のグーシナリオを考えて眠れなくなる理由はありません。実際、私たちはまだそのような洗練されたマシンをナノスケールで構築することはできません。しかし、ナノテクノロジーを扱うときは依然として注意が必要です。物質の特性はナノスケールのレベルで変化する可能性があります。したがって、灰色の粘液について心配する必要はないかもしれませんが、ナノスケールで有毒である可能性のある物質には依然として注意する必要があります。

次のページのリンクに従って、ナノテクノロジーについてさらに詳しく学びましょう。

「私はゴムで、あなたは接着剤です。あなたの言うことはすべて私に跳ね返り、あなたにくっつきます。」おそらく、あなたが賢い少年だったときにこのことわざを覚えているかもしれませんが、これは私たちがゴムとして知っている物質を適切に表現しています。

中央アメリカとメキシコの古代地域であるメソアメリカの人々が、この弾性のある化合物を最初に使用したと考えられています。彼らはゴムを使ってゲーム用のボールを作り、コロンブス、そして後にスペインの征服者たちが彼らのプレーを観戦した。これらの人々にとって、ゴムは「カウチューク」と呼ばれていました。英国の化学者ジョセフ・プリーストリーは、1770年に「ゴム」という用語を思いついた人です。

ゴムはエラストマーと呼ばれる特定の種類のポリマーです。元の長さの少なくとも 2 倍まで引き伸ばして元の形状に戻すことができる大きな分子です。初期のゴムには、特に暑い気候において、多くの接着剤のような性質がありました。低温ではゴムが硬くなり、もろくなります。現代のゴムの製造が可能になったのは、1839 年にチャールズ グッドイヤーが偶然発見した後のことです。

それ以来、ゴムは社会において重要な天然ポリマーとなっています。私たちはゴムの木（天然ラテックス）と油（合成ゴム）からゴムを作ります。当社では多くの製品で両方のタイプのゴムを使用しています。以前のメソアメリカ人（アステカ人やマヤ人）と同様に、今日のスポーツ選手や子供たちはゴムボールで遊んでいます。もちろん、ゴムの最も一般的な用途は自動車のタイヤです。しかし、鉛筆消しゴム、靴、手袋、歯科用ダム、コンドームにもこの普遍的な物質が含まれています。多くの製品では、耐候性または耐衝撃性を目的とした保護コーティングとしてゴムが追加されています。

この記事では、この伸縮性のある物質の化学、どこでどのように製造されるか、そしてチャールズ・グッドイヤーの驚くべき発見とは何なのかを見ていきます。また、さまざまな種類のゴム、それから作られたお気に入りの製品、およびその製造を担う業界についても見ていきます。

次は中米への旅です。

天然ゴムを得るために木を伐採する

マヤやアステカなどのメソアメリカの人々は、最初に中南米で見つかったいくつかの木の 1 つからゴムを採取しました。

• Hevea braziliensis : ブラジル産の最も一般的な商業用ゴムの木
• Hevea guyanensis : 元々はフランス領ギアナで発見されました
• Castilla elastica : メキシコゴムの木またはパナマゴムの木とも呼ばれます

探検家や入植者はヨーロッパに戻る際にこれらの木のサンプルを持ち帰りました。最終的に、これらの木からの種子は、ヨーロッパの植民地主義の時代に他の熱帯気候のゴム農園に運ばれました。

現在、ほとんどの天然ゴムは、東南アジア（タイ、インドネシア、マレーシア）、インド、スリランカ、アフリカに移植されたラテンアメリカ由来の木から採取されています。これらの地域では、次のような他のゴムを生産する木も見つかります。

• Ficus elastica : ジャワ島とマレーシアで見られます。この種は熱帯の観葉植物としてもよく見られます。
• Funtumia elastica : 西アフリカに生育
• コンゴ盆地に位置するランドルフィア・オワリエンシス

これらすべての木の中で、最もゴムを生産する木はH. braziliensisです。

ゴムの木が、ラテックスと呼ばれる樹液を経済的に採取できる状態に成長するまでに約 6 年かかります。タップする方法は次のとおりです。コレクターは薄く斜めに切り込みを入れて樹皮の断片を取り除きます。皮膚の表面の小さな傷から血液が流れ出るのと同じように、乳白色のラテックス液が樹皮から流れ出ます。液体は切り口から流れ落ち、バケツに集められます。約 6 時間後、液体の流れが止まります。その 6 時間の間に、通常、木は 1 ガロンのバケツを満たすことができます。木は、通常は翌日に、別の新鮮なカットで再び叩くことができます。

メソアメリカ人は集めたゴムラテックスを乾燥させてボールや靴のようなものを作りました。彼らは足をラテックスに浸し、乾燥させました。数回浸して乾燥させた後、足から靴を剥がすことができました。次に、新しいゴム靴を燻して硬化させました。メソアメリカ人はまた、布地をラテックスでコーティングし、乾燥させることで防水加工を施しました。このプロセスは 1800 年代頃までゴム製品の製造に使用されていました。

コロンブスは新世界への 2 回目の航海から戻るときにゴム ボールを持ち帰り、1700 年代初頭にはゴムのサンプルと樹木がヨーロッパに持ち帰られました。当時、ゴムはまだ目新しいものでした。メソアメリカの方法で作られたゴムは鉛筆の消しゴムに似ていました。柔らかくてしなやかでした。 1770 年、化学者のジョセフ プリーストリーは鉛の跡を消すためにゴムを初めて使用しました。彼は「ゴム」という言葉を作りました。その理由は、鉛の跡をその材料にこすると取り除くことができたからです。

布地の防水や手作り靴の製造には便利でしたが、ゴムには問題もありました。シンプルなゴム製鉛筆消しゴムを使用すると、これらの問題を自分で確認できます。その消しゴムを高熱の下に数分間置きます。何が見えますか？消しゴムは非常に柔らかくなり、ベタベタするはずです。次に、その逆を行います。消しゴムを氷の上または冷凍庫に数分間置きます。何が見えますか？消しゴムは硬くなり、もろくなるはずです。初期のゴムでも同じことが起こりました。当時、暑い日や寒い日にゴム靴を履いて歩き回るのがどのようなものか想像してみてください。靴はうまく履けないでしょう。同様に、特に暖かい日には、座っているときにゴム引きの衣服が椅子に張り付く可能性があります。

ゴムが本質的に伸縮性を持つ理由を理解するには、読み続けてください。

ゴムの化学

なぜゴムはこれほど伸縮性があるのでしょうか？プラスチックと同様に、ゴムはポリマーであり、モノマーと呼ばれる繰り返し単位の鎖です。ゴムのモノマーは、2 つの炭素-炭素二重結合を持つイソプレンと呼ばれる炭素化合物です。ゴムの木から染み出るラテックス液にはイソプレン分子が多く含まれています。ラテックスが乾燥すると、イソプレン分子が集まり、1 つのイソプレン分子が隣接する分子の炭素-炭素二重結合を攻撃します。二重結合の 1 つが切断され、電子が再配置されて 2 つのイソプレン分子間に結合が形成されます。

このプロセスは、多くのイソプレン分子が鎖のようにつながった長い鎖ができるまで続きます。この長いストランドはポリイソプレンポリマーと呼ばれます。各ポリイソプレン分子には数千のイソプレン モノマーが含まれています。乾燥が続くと、2 つの棒磁石の反対極間の引力と同様に、ポリイソプレンのストランドが静電結合を形成して互いにくっつきます。これらのストランド間の引力によりゴム繊維が保持され、伸びたり回復したりすることができます。

ただし、温度変化は、ラテックスゴム内のポリイソプレンストランド間の静電相互作用に影響を与える可能性があります。高温になると相互作用が減少し、ゴムの流動性が高まります（粘着性が高くなります）。温度が低いと相互作用が増加し、ゴムがより固体になります（硬く、脆くなります）。

1800 年代初頭、数人の科学者や発明家がゴムの耐久性を高めることに取り組みました。有名な発明家の一人であるチャールズ・グッドイヤーは、ゴムをさまざまな乾燥粉末と混合することでゴムの粘着性を軽減できると推論しました。彼はタルカムや他の粉末をゴムと組み合わせて実験しました。 1838 年、グッドイヤーは、ゴムシートを硫黄とテレビン油の溶液で処理し、天日で乾燥させるという進歩を遂げたナサニエル ヘイワードに会いました。ヘイワードの天日乾燥ゴムはより硬く、より耐久性があったため、彼はソラリゼーションと呼んだこのプロセスの特許を取得しました。

グッドイヤーはソラリゼーションの特許権を購入し、硫黄化合物の実験を開始しました。発明者は試行錯誤の結果、ラテックスゴムに硫黄と酸化鉛を混合した。伝説によると、混合物の一部が熱いストーブの上に落ち、得られたゴムは硬く、柔軟性があり、耐久性がありました。グッドイヤーの偶然のプロセスは、最終的には加硫加工として知られるようになりました。彼はまた、硫黄の量を変えるとゴムの特性が変わることも発見しました。硫黄の使用量が多ければ多いほど、ゴムは硬くなりました。では、ゴムを加硫するとどうなるでしょうか?

ポリイソプレン ストランドを硫黄および酸化鉛とともに加熱すると、硫黄原子がポリイソプレン ストランドの二重結合を攻撃し、炭素原子に結合します。硫黄原子はまた、相互に結合 (ジスルフィド結合) を形成し、隣接するポリイソプレン ストランドを架橋してゴム内に網目構造を形成します。

この架橋によりポリイソプレンが強化され、より硬く、柔軟性があり、耐久性が高まります。グッドイヤーが発見したように、硫黄の使用量が増えるほど、より多くの架橋が形成され、ゴムが硬くなります。グッドイヤーの加硫プロセスでは、最良の結果を達成するために、高圧蒸気中でラテックスゴム、硫黄、酸化鉛を最長 6 時間混合する必要がありました。

ゴム王子か乞食か？

チャールズ・グッドイヤーはゴムに夢中でした。彼は債務者の刑務所に収監されている間にそれを実験したこともあった。 1839 年に加硫を発明した後、衣服に使用できる加硫ゴムのシートの製造を開始しました。グッドイヤーは投資家を魅了することを期待して製品をヨーロッパに送りました。英国の発明家でありゴムのパイオニアであるトーマス・ハンコックが誘惑されました。彼はグッドイヤーの加硫プロセスを解明し、グッドイヤーよりも先に英国特許を急いで申請した。結局、他の多くの企業がグッドイヤーの特許を侵害し、彼は財産の多くを訴訟やゴムの実験に費やした。彼は 1860 年に貧しいまま亡くなりました。グッドイヤー タイヤ アンド ラバー カンパニーが彼の名誉を讃えて名付けられたことを知れば、きっと喜ぶでしょう。

ワンランク上の大自然：合成ゴム

ゴム産業は自動車の発明によって本格的に活況を呈し始めました。これらすべてのタイヤは、加硫ゴムの巨大な市場を生み出し、そして今でも生み出しています。 20 世紀初頭、ほとんどのタイヤは木から採取した加硫ラテックスゴムから作られていました。米国は自動車の主要生産国であり、アジア全域の英国のプランテーションによって管理されていた世界のゴムの大消費国であった。

科学者たちがゴムを人工的に作ることができるかどうかを尋ねるのは時間の問題でした。 1860 年の時点で、彼らはすでにゴムの化学とその加硫プロセスを解明していました。化学者らがゴムを加熱して分解したところ、ゴムからイソプレン、油、タールが生成されることが判明した。彼らは石油からイソプレンを作り、その後イソプレンを人工的に組み合わせてゴムを作ることができた。鉛筆の消しゴムや自動車のタイヤも石油製品から作れるようでした。

おそらく、これらの合成ゴムのいくつかについて聞いたことがあるでしょう。たとえば、ネオプレンは柔らかく泡状の断熱ゴムで、ウェット スーツによく使用されます。スキューバ ダイバーやサーファーは、1930 年にクロロプレンのポリマーをポリクロロプレンに変換したデュポンの化学者ウォレス カロザースに、海の冒険中に体を温めてくれたことに感謝しています。ちなみに、カロザースは後にナイロンと呼ばれる別の人気のあるポリマーを発明しました。

皆さんも聞いたことがあるであろう別の合成ゴム、それがシリコーンです。 1945 年、ダウコーニングの化学者は、炭素ベースのポリマーの代わりにシリコーンベースのポリマーに依存する合成ゴムを開発しました。彼らは、医療機器業界でよく使用され、乳房インプラントの形で体内に設置される可能性がある、軽くて柔軟で化学的に不活性な素材を作成しました。

ラテックスは最後に説明する合成ゴムです。ラテックスとはゴムの木の樹液を指すことを覚えているでしょう。これは、少なくとも最初は樹液の自然な乳白色を保つ、より薄くて強力な合成ゴムの名前でもあります。 1921 年、化学者のピーター・シドロウィッツは、ラテックスに多硫化物を添加し、従来の加硫よりも低い温度で長時間加熱することでラテックスを加硫できることを発見しました。さらに、このタイプの加硫は低温で行われるため、ラテックスに染料を加えて色を作り出すことができます。これは、ラテックス手袋、歯科用ダム、コンドームなどに使用されるタイプのラテックスです。

次に、ラテックス手袋などでどれだけの利益が得られるかを学びましょう。

ラテックスアレルギー

HIV やその他の血液由来の病原体の出現以来、医療従事者によるラテックス手袋の使用が増加しています。しかし、米国の医療従事者の約 17% はラテックスアレルギーに苦しんでいます 。人は、ラテックス自体、コーンスターチ、またはラテックスゴムに添加されるその他の化学物質に敏感になることがあります。ラテックス手袋の代替品としては、ビニール手袋（プラスチックの一種）があります。

ゴムを加工して利益を得る

世の中ではどれくらいのゴムが跳ねているのでしょうか？国際ゴム研究グループによると、2007 年には 970 万トンの天然ゴムが生産され、そのほとんどがアジア産でした。天然ゴム市場は 1 トンあたり約 2,321 ドルで、2007 年の天然ゴム市場には約 225 億ドルが関与していました 。しかし、天然ゴムがホースや輪ゴム、小さな黄色いアヒルなどに加工される前に、加工する必要があります。

天然ゴムの加工は次の手順で構成されます。

1. 企業はまずラテックス液を入手します。これは、ゴムの木から樹液を採取し、ラテックスを濾過し、輸出または加工用にドラム缶に詰めることを意味します。
2. 彼らはラテックスゴムの燻製シートを作ります。酸を加えてラテックスを凝集させ、凝集した液体をミルでシート状に圧延して水を除去し、乾燥させ、燻製してシートを輸出します。
3. ラテックスは化学処理され、低温で加熱されて予備加硫されます。予備加硫ラテックスは輸送が容易で、後で穏やかに加熱することで通常のゴムに変換できます。

合成ゴムの場合、利益とプロセスのイメージは少し異なります。 2007 年には、ヨーロッパとアジアは約 13.6 でした 。価格はトン当たり約 2,012 ドルで、2007 年の合成ゴム市場では 262 億ドルが生産される予定でした。

合成ゴムポリマーは石油ベースの化学薬品から作られ、輸送のために塊にして乾燥させられます。製造工場に入ると、合成ゴムポリマーが混合され、成分が追加され、ゴムがシートに丸められます。シートは、その後の成形や加工のためにストリップに切断できます。基本的な処理手法は 3 つあります。

1. 押出: ゴムポリマーは長いチャンバー内で加熱および機械的に混合され、小さな開口部から押し出され、加硫または硬化されます。この方法は、圧縮成形用の大きなストランドを作成するために使用されます。
2. 射出成形: ゴムストリップはチャンバー内で加熱および機械的に混合され、高圧下で金型に押し込まれます。ゴムは金型内で蒸気加硫され、その後冷却されます。冷却したら、ゴム製品を金型から離型します。
3. 圧縮成形: ゴムストリップを金型の周りで圧力をかけて圧縮し、加硫して金型に成形します。冷却された製品は、その後金型から取り出されます。

リデュース、再利用、リサイクルについて考えるとき、ゴムは最初に思い浮かぶものではないかもしれませんが、一部の製品はリサイクルできます。たとえば、タイヤを細断し、嫌気性環境で加熱 (熱分解) することでゴムを分解し、ベンゼンなどの油副産物として油を再生することができます。他のリサイクル方法では、細断されたゴムを圧縮成形してさまざまな製品を作ることができます。

まだゴム室から出ないでください。次にゴムバンドを発射できるほど多くのリンクがあります。

ほんの数十年前に建てられた現代のコンクリート構造物が風と波の猛攻で崩れ落ちていくのに、数千年も前に建てられた古代ローマの桟橋が、今もまさにコンクリートの島としてしっかりと立っているのはなぜでしょうか?その答えは、これまで文書化されていないローマのレシピにあります。

ユタ大学の研究者らは、古代ローマのコンクリートで作られた橋脚や防波堤で海水がろ過されると、その構造は実際に、絡み合った鉱物の成長によりますます強固になることを発見しました。その中には、実験室環境で培養するには希少または高価な鉱物も含まれています。 。

American Mineralogist誌に掲載されたこの論文では、海水が橋脚や防波堤のコンクリートに浸透すると、建設に使用された火山灰の一部が溶解することが判明した。これにより、アルトバモライトやフィリップサイトなどの新しい鉱物が浸出液から成長します。火山岩の結晶に似た形をしたこれらの鉱物は、古代のコンクリート内の隙間に噛み合うプレートを形成し、時間が経つにつれてコンクリートをより強くしていきました。

これは、現代のコンクリート構造物に起こっていることとはほぼ逆です。コンクリート構造物は風雨によって磨耗し、海水の浸入によって細孔や隙間が損なわれることで、ますますひび割れや脆さが増していきます。

では、なぜローマ式コンクリートを使用しないのでしょうか?まず、レシピがわかりません。私たちは人類の知識の頂点に達していると思っているかもしれませんが、古代人は時間の経過とともに失われてしまった貴重な知識を確かに持っていました。

ユタ大学の地質学者で研究筆頭著者のマリー・ジャクソン氏は古代ローマの文書を精査しているが、海洋モルタルを混合する正確な方法はまだ発見していない。 「レシピは完全に失われた」とジャクソン氏は語った。現在、地質工学技師らと協力して適切な混合物を再現している。

耐荷重の問題もあります。長い長い時間をかけて海水を利用して強度を高めたローマの建築物は、「古代」がキーワードです。ローマのレシピを使用して作られた若いセメントは、少なくとも当初は、おそらく現代の使用に耐えられる圧縮強度を持たないでしょう。

しかし、それは、 ローマ工学の知識を使って具体的な混合物をでっち上げても役に立たないという意味ではありません。このコンクリートは、たとえば新築の建物や海または海に隣接する他の構造物において、鋼鉄や現代のコンクリートなどの他の腐食性建築材料の代替として使用できる可能性があります。