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折り紙

テクノロジーの分野で脚光を浴びる折り紙に注目!

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【編集部注:本稿の執筆者、Don Basileは起業家でテクノロジー、ヘルスケア、通信の分野で20年以上の管理職経験を持つベンチャーキャピタリスト】

3Dプリンターの出現よりはるか以前から、平らな紙を使って実物そっくりのモデルを作り出せる、折り紙と言う技術が存在した。折るということは構造を畳んだり、曲げたり、広げたりが思いのままにできるということだ。つまりこういった性質を利用すれば工学的に様々な局面での利用が考えられる。消化可能な折り紙でできた錠剤があれば侵襲的な外科手術を行わないで済むかもしれないし、ソーラーパネルに応用すれば、航空機で輸送する際は小さく畳んでおいて、打ち上げた後で広げてやれば良い。折り紙が現代において利用される要因は、折り紙の技術を使えば物の形を劇的に変化させることができるからだ。

折り紙自身、6世紀に仏教徒が中国から日本に紙を伝えて以来変化し続けている。紙は当時高級で広く普及はしていなかったため、最初の折り紙の利用法は宗教儀式においてであった。

もっとも初期に見られる形の1つは「紙垂(しで)」と呼ばれ、ジグザグに折って裁断された紙をいくつもロープや木に結わい付け、浄化の儀式を表すのに使われた。次に現れるのが「雌蝶」と「雄蝶」、つまりメスとオスの蝶の折り紙で、伝統的な神道の結婚式において日本酒の瓶に飾られた。17世紀までには折り紙は儀式の域を超えて一般的な娯楽として楽しまれるようになった。紙の大量生産が実現したおかげである。そして何百万という紙の折り鶴が作られることとなった。

それ以降、折り紙の様式自体に大きな変化がないまま月日は流れたが、1950年代に日本人の折り紙アーティストである吉澤章が現れ、その複雑かつ実物そっくりの動物の立体モデルは新しい世代の芸術家と科学者に強い印象を与えた。そして現れたのが物理学者のRobert Langである。彼はコンピュータ折り紙の発展において主導的役割を果たし、数学の公式と紙を折る技術を結びつけたのだ。Langは折り紙技術を実生活に応用する様々なアイディアを思いついたが、その中には自動車のエアバッグの安全性を向上させるものもある。

複数分野が交錯するこの領域では、現世に存在する種々の工学的問題を解決する可能性で満ちているが、このことは折り紙がコンプライアントメカニズムで作動するのが主な理由である。折り紙においては蝶番やベアリングではなく、曲げたりたわましたりすることで動きをつけ、そういった動きは紙自身の柔軟性に依存する。もしこういった強さや柔軟性の原則を紙よりも丈夫な素材に適用すれば、その可能性は無限大だ。

折り紙の「極小の」可能性

昨年スウェーデンのカロリンスカ研究所の科学者たちが示したのは、何重にも折りたたんだDNAは優れたドラッグ・デリバリーの手段と成り得るということだ。何度も巧妙にDNAを畳むことにより、コンピュータでデザインした、例えばウサギのような複雑な形も、合成DNAを使って組み上げることが出来る。

形状が多次元の場合、折り紙構造の全てのでDNA鎖は広がることになる。この方法はオイラー閉路と呼ばれる数学の方程式を利用したもので、環状のDNA分子を、その柔軟性を保ったまま簡単に折りたたむことができる。「この成果により、生理的塩濃度の環境下でも折りたたまれ、形が崩れないDNA折り紙をデザインすることが可能になりました。このことはDNAのナノ構造を生物学的に応用する上で非常に重要なことです」と、この研究をリードしたBjörn Högbergは述べた。この画期的方法により、既にこれまでより高効率でガン腫瘍に到達するドラッグ・デリバリー・システムが開発された。

一方で、MITの研究者は子供の間でしばしば見られる、バッテリーの誤飲問題に対して、新たな解決方法を見つけ出した。それはざっと以下の通りだ。小さな折り紙で出来た錠剤を飲めば、それが胃の中で開いて、さらに磁石と併用することでバッテリーを体外にすくい出してしまう。これまでのところ、この方法は豚の胃を使った実験で成功を収めているが、人間ではまだ試していない。こういった、麻酔も必要としない非侵襲的なアプローチは大きな可能性を秘めている。

MITは世界最小の(且つ最も気持ち悪い)、自己組み立て型ロボットも開発した。このロボットは歩いたり、掘ったり、泳いだりでき、終いには溶けてなくなってしまう。

このロボットはたったの1.7センチの大きさで、磁石とPVCがレーザー裁断された紙かポリスチレンの層に挟み込まれた素材で出来ている。加熱素子で加熱することでPVCは収縮し、あらかじめ切れ込みを入れておいた箇所が折れ曲がる。それが下面に設置した電磁コイルと協働し、ロボットが折れ曲がって動く為の動力源となる。

さらに研究を進めることでもっと小さな、より多くのセンサーを積んだ自律型ロボットの開発が期待される。これらのロボットは完全に溶けてしまう様にデザインされているので、がん細胞の退治や動脈詰まりの解消といった用途が想定される。

巨大折り紙も活躍中

折り紙が宇宙研究の分野に貢献できる可能性は極めて大きい。折り紙技術によって物体を折り畳めれば収納が簡単になり、いったん目的地に着いて展開すれば元通りにできる。ソーラーパネルを軌道に乗せ、宇宙空間からエネルギーを地球に向け照射する場合を考えてみれば良い。

Bigelow Aerospace

 ソーラーパネルの効率はその巨大なパネルサイズに依存しており、その様な大きなものを如何に宇宙に持ち出すかが常に問題だった。それに対する答えが、賢くたたみ込むことだ。この理屈に基づきNASAはソーラーアレイのプロトタイプの開発に取り組んでいる。このソーラーアレイは宇宙船に積み込むことができ、収納時は差し渡し8.9フィートにしかならないが、いったん設置すると直径82フィートもの大きさにまで広がる。

さらにNASAは新しいプロジェクトであるBigelow Expandable Activity Model (BEAM)を立ち上げたが、これは巨大なエアーバッグ状の物体で、膨らますことでスペースステーションの居住空間を拡張することができる。宇宙ステーションに拡張可能な居住空間が設置されるのは初めての試みであり、これから2年間に渡りISSで行われるテストがうまくいけば大きなブレークスルーとなるだろう。

もし人類の火星旅行を実現させようとするならばスペースシャトルの今のサイズでは不十分で、そのサイズを拡張することが必要になるだろう。それでは、この太古の技術である折り紙が未来の宇宙探査にできることとはなんだろうか。それについては、NASAが用意したorigaBEAMiを自分で作って確認してほしい。「乗組員による手順の説明」にしっかりと従うように。「しっかり正確に折らないと居住モジュールの空気が漏れ出す危険があります。安全第一を心がけましょう」

折り紙は何世紀もの歴史があるが、我々は世界を変えうる程の折り紙の潜在能力にやっと気づき始めたに過ぎない。あたかもドラッグ・デリバリーロボットやスペースステーションの拡張では十分でないかのように、折り紙はそれ以外にも建築、医学、ロボット工学などの分野での革新に貢献している。折り紙が工学の分野でこれ程までに新しいフロンティアを切り開くとは誰が予想できただろうか。

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(翻訳:Tsubouchi)