スパイダーマンは本当にウェブで電車を止めることができるのか?

スパイダーマンの偉業の秘密は、鋼鉄の最大 5 倍の強度を持つクモの糸の高い引張強度にあります。

スーパーヒーロー映画に関しては、可能性の領域を超えるものはほとんどありません。 ほとんどのスーパーヒーローは超人的な能力を備えていますが、科学的な思考を駆使して窮地を救う人もいます。 しかし、私たちは現実であってほしいと願っていますが、これらの奇跡の瞬間のほとんどはコンピューター グラフィックスでのみ可能です。

たとえば、スパイダーマンが制御不能になった列車をウェブだけで停止させた場合を考えてみましょう。 確かに彼は現実生活ではそんなことはできませんよね?

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スパイダーマンは本当に落下する列車を止めることができるのか?

これに対する簡単な答えは…はい! 最初は、このような提案に驚かれるかもしれません。 クモの巣って、掃除の日にほうきで掃けば簡単に取れませんか?

この興味深い事実の秘密は、クモの巣の素材であるクモの糸にあります。 このシルクは、少なくとも理論的には、ほとんどの鋼よりも数倍強いと言われています。 ただし、あらゆる材料の強度はいくつかのパラメータにわたって測定されるため、クモの糸がすべての点で必ずしも鋼に勝るとは限りません。

クモ類には 7 つの腺があり、さまざまな特性と機能のシルクを生産します。 これらの腺を 7 つすべて備えているクモはいませんが、5 つもの腺を備えているクモもいます。最も強力な巣の中には、ゴールデン シルク オーブ ウィーバー スパイダーとダーウィン バーク スパイダーが織るものがあります。 前者は引張強さの点で鋼鉄に匹敵するシルクを織ることができますが、後者は防弾素材ケブラーと同等かそれ以上に強いシルクを生産することが知られています。

クモの糸はなぜ特別なのでしょうか?

クモの糸の機械的性質

蜘蛛の巣の「目に見える」糸はすべて、電線と同じように、互いに平行に走る複数の繊維で構成されています。 目に見える髪の毛の太さは約 100 分の 3 ミリメートルで、人間の髪の毛の数千分の 1 です。 このストランドを構成する個々の繊維はさらに細く、目に見えるストランドのサイズの 100 万分の 1 の範囲です。

このような微細な寸法にもかかわらず、クモの糸は優れた機械的特性を示します。 そもそも、クモの糸は引張強度が非常に高いため、切れる前に大きな負荷に耐えることができます。 これは通常、0.2 GPa から最大 12 GPa の範囲であり、505 MPa をわずかに超えるステンレス鋼よりもはるかに大きくなります。

同時に、クモの糸は非常に弾力性があり、永久に変形したり壊れたりする前に、それ自身の長さの数倍まで伸ばすことができることを意味します。 これは、平行に引かれたケーブル状の構造に起因すると考えられます。

クモの糸はタンパク質鎖の構造により密度が非常に低く、非常に軽量です。 引張強度が高いため、強度対重量比が非常に高くなります。つまり、クモの巣は損傷することなく自重の数倍に耐えることができます。 クモの糸のその他の特性としては、自浄性、粘着性、耐水性などがあります。

現実世界で本当にスパイダーマンのように這うことができるのか?

クモの糸で本当に電車を止められるのか?

クモの糸の引張強度が高いため、糸のサイズが比例していると仮定すると、多くの運動エネルギーを吸収できます。 満員の地下鉄電車が全速力で走行するときの運動量は、ゴールデンオーブの絹織物蜘蛛の弾性限界の範囲内であることが測定されました。

実際、独自に行われた計算では、鉛筆ほどの太さのクモの糸がボーイング 747 を捕まえて完全に停止させることができることが示されています。 ただし、このような偉業には 30 km 以上のシルクラインが必要で、飛行機は最大時速 80 km の低速着陸速度で飛行する必要があります。 言うまでもなく、鉛筆ほどの太さの蜘蛛の巣を作るには、100,000 個以上のクモが必要です。

したがって、クモの糸は、その高い引張強度と弾性により、理論的には非常に有望な材料です。 しかし、規模がまったく非現実的であるため、研究室以外で重要な用途に使用することは不可能です。

潜在的な用途

クモの糸は強度対重量比が非常に高いため、防弾チョッキ、パラシュート、ロープ、ボートの帆などの軽量で高強度の設計用途に使用するのに適しています。

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クモの糸のタンパク質ベースの製剤は人間にも生体適合性があります。 このため、縫合糸、外科用包帯、さらには人工靱帯などの医療用途の潜在的な候補となっています。

最後に一言

小さなクモの巣は、その寸法がほとんど無視できるため、破ることは簡単かもしれませんが、人間の比率に合わせて拡大した場合、理論的には乗り越えることは不可能です。 クモの糸の唯一の欠点は、商業的に大量に入手できないことです。

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同種の他の動物と調和して共存できる牛や蚕などの他の生き物とは異なり、クモは本質的に共食いをします。 これにより、クモの糸の大量採取がさらに防止されます。 科学者たちはこの公式を次のように再現しようとしていますが、 遺伝子 移植に関しては、これまでのところ中程度の成功しか得ていません。 それが明らかになるまでは、スパイダーマンが実際に列車の落下を救うことができるかどうかは、時間と、ふさわしいスーパーヴィランの存在によってのみ分かる問題です。