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Jan 17, 2024

イカの皮から新たな「液体窓」が生まれ、さらなるエネルギー節約が可能に

Jennifer Ouellette - 2023年2月2日 9:01 pm UTC イカや他のいくつかの頭足類は、皮膚の独特な構造のおかげで、皮膚の色を急速に変えることができます。 大学のエンジニア

ジェニファー・ウエレット - 2023年2月2日午後9時01分（協定世界時）

イカや他のいくつかの頭足類は、皮膚の独特な構造のおかげで、皮膚の色を急速に変えることができます。 トロント大学の技術者らはイカからインスピレーションを得て、窓を透過する光の波長、強度、分布を変えることができる「液体窓」のプロトタイプを作成し、それによってエネルギーコストを大幅に節約した。 彼らは、米国科学アカデミー紀要に掲載された新しい論文で自分たちの研究について説明しました。

「建物は内部の空間を暖めたり、冷やしたり、照明したりするために大量のエネルギーを使用します」と共著者のラファエル・ケイは言う。 「建物に入る太陽エネルギーの量、種類、方向を戦略的に制御できれば、暖房器具、クーラー器具、照明器具に依頼する仕事の量を大幅に減らすことができます。」 ケイは、建物を、「皮膚」、つまり外部ファサードや窓の外層を持つ生き物であると考えるのが好きです。 しかし、これらの機能はほとんどが静的であるため、変化する周囲条件で建物の「システム」を最適化できる範囲が制限されます。

開閉可能なブラインドを設置するのは、照明や冷暖房の負荷を軽減するための荒っぽい手段です。 電圧が印加されると不透明度が変化するエレクトロクロマティック ウィンドウは、より洗練されたオプションです。 しかし、ケイ氏によれば、これらのシステムは高価で、製造プロセスが複雑で、不透明度の範囲も限られている。 また、窓ガラスの一部だけを遮光し、別の部分を遮光しないということもできません。

そこで彼らは自然にインスピレーションを求めました。 昨年、トロントの技術者らは、オキアミ、カニ、ティラピアなどの魚などの海洋節足動物にヒントを得た、光流体セルのアレイを備えたシステムを構築した。このシステムは、皮膚の色素顆粒を分散および収集して色や濃淡を変化させることができる。 これらのプロトタイプのセルは、2 枚の透明なプラスチック シートの間にある鉱物油の薄い層で構成されていました。 細胞の中心に接続されたチューブを通して、顔料または染料を含む少量の水を注入すると、色のブルームが作成されます。 ブルームの形状は流量に関係しており、デジタルポンプで制御できます。 流量が低いと円形のブルームが生成されます。 流量が速いと、複雑な分岐パターンが作成されます。

イカの皮膚は半透明で、光の吸収を制御する色素胞と呼ばれる色素細胞の外層が特徴です。 各色素胞は皮膚の表面を裏打ちする筋線維に付着しており、それらの線維は神経線維に接続されています。 これらの神経を電気パルスで刺激して筋肉を収縮させるのは簡単です。 そして、筋肉がさまざまな方向に引っ張られるため、色素領域とともに細胞が拡張し、色が変化します。 細胞が縮小すると、色素沈着した領域も縮小します。

発色団の下には、虹色素胞の別の層があります。 発色団とは異なり、虹彩色素胞は色素ベースではありませんが、イカの虹色素胞が静的ではなく動的である点を除いて、蝶の羽の結晶に似た構造色の一例です。 異なる波長の光を反射するように調整できます。 2012年の論文では、この動的に調整可能な虹色素胞の構造色が、アセチルコリンと呼ばれる神経伝達物質に関連していることが示唆されました。 2 つの層が連携して、イカの皮の独特な光学特性を生成します。