紙と糸を組み合わせてつくられた「何か」──。マヌ・プラカッシュがポケットから取り出したものは、何の変哲もないものに見える。画材店で20セント（約27円）も出せば買えるものである。だが、このスタンフォード大学の生物エンジニアがつくった何かは、ちょっとした奇跡とでもいうべき存在なのだ。

プラカッシュはこれを「Paperfuge」（ペーパーフュージ）と呼ぶ。名前の元になった遠心分離機（セントリフュージ）と同じように、ペーパーフュージは生体サンプルを毎分何千回も回転させることができる。マラリアやHIVなどの伝染病を診断するための大切なステップだ。しかし遠心分離機とは違い、ペーパーフュージは電気や複雑な機器、高価な交換部品、そしてもちろん維持費も必要ない。

「世界にはわたしたちが受けているようなヘルスケアを必要としながら、電気やインフラ、道路もなしに生きている人が10億人もいます」とプラカッシュは言う。彼の研究室は、このような人々を念頭に置いてペーパーフュージを開発した。

ペーパーフュージは、1,000年も前からあるおもちゃのデザインにインスパイアされて生まれた。紙と糸、プラスティックでできており、生体サンプルを毎分125,000回転（125,000rpm）させることができる。これは、血液サンプルからの血漿の分離（標準の診断プロセスで必要となる）を90秒で行うことができる速さだ。ちなみに、世界中の研究所で使われている小型の遠心分離器スタットスピンMPは15,800rpm［リンク先PDF］で、血漿の分離に最大2分ほどかかる。

スタットスピンMPは5.5ポンド（約2.5kg）の重さがあり、電気が必要で、何千ドルもする。それに対し、ペーパーフュージは約2gで、25セント（約27円）以下でつくることができるのだ。

「慎ましい科学」がもたらしたもの

プラカッシュには、イノヴェイティヴなペーパーテクノロジーを扱ってきた経験がある。彼は2012年に、折り紙からインスパイアされた顕微鏡「Foldscope」（フォールドスコープ）を発表している。1ドル未満でつくれて、微生物を見られるほどの能力があるものだった。このツールはプラカッシュの「慎ましい科学」という哲学を体現している。すなわち、経済的でありながらパワフルな器具にアクセスできるということは、世界中の科学と医学に絶大な影響を与えうるのだ。

ペーパーフュージは、その哲学の延長線上にあるものだ。フォールドスコープのデビューから1年経ったとき、プラカッシュはウガンダ・トロロのヘルスセンターで、遠心分離機がドア止めに使われているのを見た。彼はその数日間、ウガンダの診療所を回り、医者や医療技師が何を必要としているかを調査していたのだ。この旅で、彼は多くの医療機器の“墓場”を目撃することになったが、故障した機器がドア止めに使われているのを見たのは初めてだった。「ウガンダから帰ったとき、これがわたしたちが次につくるものだと思いました」

安価で手動の遠心分離機をつくろうと試みたのは、彼のラボが初めてではない。2008年に、ハーヴァード大学のジョージ・ホワイトサイド研究室は、鶏卵撹拌機を改造して生体サンプルを1,200rpmで回す器具をつくった。2011年、ライス大学のレベッカ・リチャーズコータム研究室は、サラダスピナーを使って600rpmの器具をつくっている。

この2つはペーパーフュージより大きく、重く、コストが高く、その割に効果的ではない。「もっと飛躍的な進化が求められていました」とプラカッシュは言う。「わたしたちは、初めて『ちゃんと機能するもの』ではなく、限界を超えることを目指していたのです。完璧な解決策をね」

答えは1,000年の歴史をもつおもちゃのなかに

プラカッシュのチームは、おもちゃにその解決策を見出した。長い歴史を超えて愛されてきたおもちゃは、基本的な物理的特性をわかりやすい形に変えている、と彼は言う。「そうしたおもちゃのメカニズムは、ただ楽しいというだけではなく、考えさせられる単純明快さがあるのです」

彼のチームは、まずコマから始めた。しかし、それは生体サンプルを分離できるほど、速くも長くも回らなかった。ヨーヨーも試した。うまくいく部分もあったが、習得が難しすぎた。

ブレイクスルーは2016年の初めに起こった。研究室のポスドクのサード・バムラ（自称・最悪のヨーヨー使い）が、彼が子ども時代を過ごしたインドの「whirligig」（ワールギグ）と呼ばれるおもちゃを分析することにしたのだ。

ワールギグは何千年も愛されてきたというおもちゃで、糸のループにボタンやディスクを吊るし、ループの両端を引っ張ってボタンを回転させるものだ。何回も引っ張ることで、紐が巻き付いたりほどけたりし、ボタンを両方向に交互に回転させる。

「これはシンプルなデザインだったので、自分でつくってみることにしました。ガールフレンドの裁縫キットから糸をもらい、ボタンに通してみたのです」とバムラは言う。彼はそのおもちゃを、高速度カメラの前で回し始めた。「録画した映像を分析したところ、10,000〜15,000rpmだったことがわかりました。これこそ探していたものだ、と思ったのを覚えています」

究極のワールギグを求めて

バムラは、もしワールギグの構造を理解できたら、そのスピードを増すこともできると思った。そこでワールギグの動きをモデル化した人がいないか調べたところ、彼は基本的なシュミレーションしか見つけることができなかった。「それは美しい論文でした」。プラカッシュは言う。しかし論文の数学モデルは、彼らの目的には単純すぎた。「わたしたちは、そのおもちゃの設計に関するすべてを理解したかったのです」

それからの数カ月、チームはワールギグシステムの複雑さを研究し、それを理論モデルに変換した。その詳細は『Nature Biomedical Engineering』で説明されている。彼らは、おもちゃが生み出す力のほとんどは「スーパーコイリング」と呼ばれる現象によるものだということを発見した。糸がある一定の閾値以上にひねられると、ねじれの上にもうひとつのねじれをつくる（靴紐や長い電話コードをねじっていくことで誰でも確認できる）。スーパーコイリング現象を起こした糸はエネルギーをさらに溜め、それがディスクをさらに加速させる。

研究者たちは幅広い種類のワールギグをシミュレートし、プロトタイプをつくった。紐の長さやディスクの半径をいろいろ変え、バルサ木材からアクリルまでいろいろな素材を試した。結局、彼らはプラカッシュがフォールドスコープをつくったときに使ったのと同じ素材を使うことにした。多くの国で紙幣に使われているのと同じ合成紙である。「前後にポリマーフィルムが張られていて防水性もあります。そして信じられないくらいに強靭なのです」と、プラカッシュは言う。

ポケットさえあればいい

ペーパーフュージが人々の手にわたり始めてから、まだ日は浅い。「これは、人が世界を見渡すことで信じられないくらいクリエイティヴなアイデアを生み出せた素晴らしい例です」。テキサス大学ダラス校ナノテク研究所の所長、レイ・ボーマンは言う（彼の研究室は、釣り糸をスーパーコイリングさせることで人工筋肉をつくれることを発見している）。「そして、この技術を物資が足りない地域で応用することで、人々の健康に大きな利益をもたらせるかもしれません」

プラカッシュとバムラも、そう考えている。2人はペーパーフュージを実際に使ってみるために、マダガスカルのヘルスケアワーカーと提携している。「ぼくがペーパーフュージを見せたら、きっと最初は笑われるに違いないと思ったんです」とバムラは言う。それは間違っていた。彼が特に思い出すのは、15年間マラリア治療に携わってきた診療技師の女性だという。「彼女はぼくたちに言ったんです。『この道具がどれほど必要とされるか、あなたたちはわかっているつもりでしょう。でも、わたしほどは理解していないと思います。わたしは、何年もこのようなものを探し続けてきたのですから』と」

これまでは、遠方の村に遠心分離機を持って行くのにはジープや発電機が必要だった、と彼女はバムラに言った。でも、いまではポケットさえあればいいのだ。