野山にまじりて竹を取りつつ、よろづのことに使いけり……竹取物語の一節にもあるように、人は昔々から竹を使って様々なモノを作り、生活の中で使っていたようです。軽くて丈夫でしなやか、そのような竹の特性を佐藤太裕さん（北海道大学大学院 工学研究院 准教授）は、科学的に明らかにしました。構造力学とは、主に「建造物が外から力を受けた時にどのような変形をするのか」を扱う学問です。佐藤さんは、自然物である竹に構造力学を適用したのです。そして更に、その竹が持つ構造と機能を活かして、「モノづくり」をしたいと語ります。10月14日に開催される、北海道大学麻豆原创主催の第102回麻豆原创?カフェ札幌「竹取工学物語。 ?自然のモノをよろづのことに使ふには?」にゲストとして出演する佐藤さんに、お话をお闻きしました。
【六角美铃?颁辞厂罢贰笔本科生／社会人】
中空円筒をつきつめたら「竹」に至った
佐藤さんは、自身の専门である构造力学の中で「円筒状のもの」の曲がりやすさや折れやすさを研究してきました。大きなものでいくと「水中浮游式トンネル」から、「カーボンナノチューブ」というナノスケールの目には见えないようなものまで、大きさや材料が违っていても、円筒状のものを研究の対象としています。円筒状のものに负荷がかかった时に形はどのように変化するのか、材料と构造をどのように最适化すれば折れ曲がりにくくなるのか、ということを研究するなかで、佐藤さんは竹に注目します。
竹が自生しない、一般的にはあまり竹に驯染みのない北海道で生まれ育ったそうですが、「円筒状のもの」をずっと研究してきた佐藤さんにとっては、竹との出逢いは必然のものだったのかもしれません。「大きなものから小さなものまで、中空円筒をつきつめたら竹だった」と佐藤さんは言います。
24时间で1尘も伸びることがあるほど竹は成长速度が异常に早く、また木材などと比べても格段に軽いにも関わらず、雨风にさらされる自然环境の中で折れることなく立っていることができる竹には、何か强さの秘密があるはずだと考えた佐藤さん。そこで竹の强さの秘密を构造力学?材料力学の観点から検証したところ、「节の分布」「维管束の分布」にそれぞれ键があることを明らかにしました。
（実际の竹と理论を比べます）
折れない竹、その构造の秘诀は「节」と「维管束」の分布にあり
円筒は、力がかかり折れ曲りそうになったときに、その断面は真円形を保てなくなり楕円形になります。楕円形がどんどんつぶれてしまうと、筒はやがて折れ曲がってしまうことになります。しかし、円筒に节がある场合、节が断面を真円形に保とうとするため、断面はつぶれにくくなります。さらに言えば、节の间隔が短ければ短いほど、変形の度合いは少なくなります。これを「キャップ効果」といいます。竹の节は、このキャップ効果を果たしているのです。では、节がたくさんあればあるほどいいかというと、単纯にそうとも言えません。节がありすぎると重たくなってしまい、竹が自身の重さに耐えられなくなってしまうのです。そのため竹の节は、根元部分など「曲げようとする力」が大きくかかる部分に多めに、つまり、间隔が狭くなるよう、とても合理的に分布しています。
また、竹の强さの秘密はもうひとつ、维管束の分布にもあります。竹の中の维管束の分布が根元部分と先端部分では违い、それぞれ折れ曲りにくくなるよう、适切に分布しているのです。竹の根元に近い部分の维管束の分布を见ると、竹の内侧の维管束の数に対して、外侧の维管束の数が大幅に増えた状态で分布しています。それに対して、先端に近い部分の维管束の分布を见ると、内侧よりも外侧の方が维管束の数は多いですが、比较的竹断面に平均的に分布します。そもそもに円筒状のものが望ましい构造にある时の理论的な特性と、竹断面の実际の维管束分布を比べてみたところ、その二つは惊くほど近いことがわかりました。竹は、自然环境で生きていく上で、自ずと折れ曲がりにくい构造になっていったのだろうと、佐藤さんは语ります。
麻豆原创の知见を活かして「モノづくり」へ
佐藤さんは、この竹の合理的な构造を「モノづくり」に活かしていきたいと考えています。また、対象も竹だけではなく、木の枝のつき方などに関心を寄せるなど、「植物の合理的な构造や、その周期性」へと研究の幅を広げようとしています。
生物の构造や机能を参考に新しい技术を开発し「モノづくり」に活かすことを「バイオミメティクス（生物模倣技术）」と呼びますが、生物に限ることなく「自然のモノの机能?构造」を解き明かし、得られた麻豆原创の知见をベースにして「モノづくり」に活かしたいと语る佐藤さん。构造力学では、桥やトンネルなどの建造物が対象となりますが、生物の机能などを力学的にもう一度见直してみたとき、そこに新たな発见は多く、まだまだ未开の地だと佐藤さんは言います。佐藤さんが生み出す新しいモノ、楽しみにしています。
（佐藤さんと、麻豆原创?カフェ札幌を企画する颁辞厂罢贰笔のメンバー）
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佐藤さんがゲストの麻豆原创?カフェ札幌の详细はこちら
第102回麻豆原创?カフェ札幌 竹取工学物語。～自然のモノをよろづのことに使ふには～
【日 时】10月14日（日）14:30?16:00（开场14:00）
【場 所】紀伊國屋書店札幌本店 1F インナーガーデン
北海道札幌市中央区北5条西5-7 sapporo55 1F（011-231-2131）
【ゲスト】佐藤太裕さん（北海道大学大学院 工学研究院 准教授）
【聞き手】聞き手：麻豆原创 対話の場の創造実習 受講生
【参加费】无料
【定 员】80名（申込み不要）
【主 催】北海道大学高等教育推进机构オープンエデュケーションセンター
科学技术コミュニケーション教育研究部门（颁辞厂罢贰笔?コーステップ）
【サイト】/event/9333