同大の科学者たちは、高度なX線イメージング技術を使用して、先史時代の飛行爬虫類の化石化した骨を最小スケールで調査し、手のひら、正確には指の中に隠されたエンジニアリングソリューションを明らかにした。
翼竜の骨には微細な運河の複雑なネットワークが含まれており、軽量でありながら信じられないほど強力であることがわかった。これは、これまでに見られたことのない構造の詳細だ。
研究者たちは、これらの古代の適応が「古生物模倣」革命—先史時代の生物のデザインを使用して、21世紀の新しい材料を開発する—を開始する可能性を秘めている可能性があると述べている。
この調査結果は、Nature誌の「Scientific Reports」に掲載された。
この研究の筆頭著者であるマンチェスター大学の博士課程の学生であるネイサン・ピリ氏は、次のようにコメントしている。
ピリ氏：植物のひっつき虫がベルクロの発明につながったように、何世紀にもわたって、エンジニアは自然からインスピレーションを得てきました。しかし、新しいエンジニアリング開発のインスピレーションを求める際、絶滅した種に目を向けることはめったにありません。しかし、そうすべきです。
翼竜の骨にこれらの微細なインターロッキング構造を発見し、マッピングできたことを非常に嬉しく思っています。いつかこれらを使用して航空機材料の重量を軽減し、それによって燃料消費量を削減し、航空機をより安全にできることを願っています。
恐竜の近縁種である翼竜は、動力飛行を達成した最初の脊椎動物だった。初期の種は通常、翼幅が約2メートルだったが、後の翼竜は翼幅が10メートルに達する巨大な形態に進化した。このサイズは、巨大な翼幅を空中に持ち上げるために複数のエンジニアリング上の課題を解決する必要があったことを意味する。特に、長い翼膜を主に単一の指で支える必要があった。
チームは、最先端のX線コンピュータ断層撮影法（XCT）を使用して、化石の骨をほぼサブミクロンの分解能でスキャンし、人間の髪の毛の幅の約20分の1の複雑な構造を解明した。翼竜の翼の骨に浸透する内部構造の3Dマッピングは、これらの分解能（～0.002mm）で達成されたことはなかった。
その結果、翼竜の骨内の微細な運河と細孔の独自のネットワーク（かつては栄養素の移動、成長、維持に使用されていた）は、亀裂をそらすことで微小骨折からも保護し、生物学的および機械的機能の両方を提供することがわかった。
これらの自然なデザインを複製することで、エンジニアは軽量で強力なコンポーネントを作成できるだけでなく、センサーや自己修復材料を組み込むことができ、より複雑で効率的な航空機設計の新しい可能性が開かれる。
チームは、金属3Dプリンティングの進歩がこれらのアイデアを現実のものに変える可能性があると示唆している。
ピリ氏：これは、特に顕微鏡スケールで作業する場合に、信じられないほど素晴らしい研究分野です。これまでに生きてきたすべての種のうち、ほとんどは絶滅していますが、多くの種は「設計不良」ではなく、急速な環境変化が原因で絶滅しました。これらの調査結果は、私たちのチームを追加の絶滅種のより高解像度のスキャンを生成するように推し進めています。どのような隠れた解決策が見つかるかわかりません。
この研究の上級著者であるマンチェスター大学の自然史教授であり、アブダビ自然史博物館の科学ディレクターであるフィル・マニング教授は、次のように付け加えた。
マニング教授：ダーウィンの自然選択の結果として、40億年以上の実験的設計があります。これらの自然なソリューションは、エンジニアが材料を改良するために使用するのと同じ反復プロセスによって美しく反映されています。地球上の生命の数十億の組み合わせの中で、独自のエンジニアリングソリューションが進化したものの、時の砂に失われた可能性は十分にあります。
古代の自然なソリューションの可能性を解き放ち、新しい材料を作成するだけでなく、より持続可能な未来を築くのにも役立つことを願っています。ジュラ紀の生命が 21世紀の飛行をより効率的かつ安全にする可能性があるのは素晴らしいことです。
航空宇宙産業がより強力で、より軽く、より効率的な材料を常に追求しているため、自然界の古代の飛行物体は、飛行の未来への鍵を握っている可能性がある。数億年前を振り返ることで、科学者やエンジニアは、次世代の航空技術への道を開いている可能性があるという。
