小さな輪っかが水滴が落ちた衝撃を斜め上に受け流します。

｢物体の表面をうまく処理する方法｣はすでに研究されています。たとえば、食べこぼしや雨の雫などの水っ気が触れると玉になって落ちるようになっています。自動車は毎回ワックスがけするたび、雨に強くなります。

ですが、飛行機のような乗り物では冷たい機体に触れた雨粒は瞬時に氷に変わってしまうため、機体を危険に晒すことになりかねません。そのような事態を克服するため、MITの研究者たちが水をより弾く表面加工方法を発見しました。

水滴の危険性

水滴が衝突する様子は、水風船が顔にぶつかって破裂するのとよく似た感じだったりします。落ちた水滴は衝撃によって広がり、水滴と表面の接触面積を劇的に増加させます。

この性質は、航空機の翼に起こる凍結の過程を加速させます。またほかにも、海からの水しぶきが構造物に付着し、急速に蒸発する際に金属を錆びさせる塩分が表面に蓄積する可能性がある場所では問題が発生する可能性があります。

まず過去に開発された技術がある

MITが発見した新しい表面処理方法は、6年前の研究で開発されたものがベースになっています。目で見ることができないくらい小さい、山の尾根のような隆起を表面に形成し、落ちてきた水滴を、表面にぶつかった衝撃の反動で左右対称に分割します。加えて、表面から跳ね返ったときの速度を増加させるという性質も持ち合わせています。そのため水滴が表面と接触する時間が、約40%も減少。

つまり、航空機に付いた雨粒が凍るために要する時間を減らすことにつながります。

今回の研究

MITは今回、お椀型のリングのような複雑な構造を物体表面に形成しました。この環状構造によって落ちてきた水滴は上方向にバウンスし、広がる範囲は最小限に抑えられます。

しかも、この環状構造にはさらなる効果があることも判明しました。水滴が環状構造にぶつかると、まず広がっていっぱいになろうとします。しかし、水滴が広がれる限界はお椀のフチにぶつかるまでです。その結果、落ちて広がった水滴は、反動で上に方向を変え、最後には表面から離れていきます。環状構造化処理された表面との相互作用が最小限に抑えられるのです。それこそが、この研究の最終的な目標でした。

この水滴を弾く効果は、構造のサイズと、衝撃を生み出す水滴の大きさに左右されますが、もしすべての水滴がすぐさま跳ね返らないとしても、全体としては明らかな改善が見られます。

今後の展望

この研究は、航空機や巨大な風力発電のタービンで氷が発生することを減らすだけでなく、疎水性材料を扱う大きな市場を持つ、防水製の衣料品にも利益をもたらす可能性があります。環状構造は飛行機の機体を包む金属だけでなく、細かな穴がたくさん開いた防水服で使う布地が持つ、通気性をより高めてくれたりするかもしれません。

ちなみにですが、中国では落とした水滴を高速スピンさせる研究も行われていました。いずれにしても、常人ではなかなか思い付かない発想ですよね。