メイン大学が米国上院にバイオベースの3Dプリント防潮堤を提案

2021年5月18日、アンタークティックベアは、メイン大学（ UMaine ）の先進構造複合材料センター（ ASCC ）のエグゼクティブディレクターであるハビブ・ダガー氏が、米国上院運輸管理委員会に2つの新しい3Dプリント洪水防御壁を紹介したことを知りました。より強力で環境に優しい交通網を開発するための連邦政府の研究プロジェクトの一環としてダガー氏のチームによって建設されたバイオベースの防壁は、沿岸インフラを洪水から守るために設計されている。将来的には、研究者らはこの方法のモジュール方式を使用して、 75フィートの長さの防潮堤を3Dプリントして設置し、津波の影響を50パーセント削減する予定です。
△ハビブ・ダガー
「これらの建設技術は、将来に向けて費用対効果が高く、耐久性のある交通システムを実現するための鍵です」とダガー氏は語った。「同じ方法で建設を続け、異なる結果を期待することはできません。道路や橋を再建する際には、複合材など、より耐久性があり持続可能な先進材料を将来の交通インフラ建設のより良いモデルとして活用する絶好の機会があります。」
メイン大学の3Dプリント技術の優位性
チームの洪水防止装置の背後にある技術がまったく新しいものなのか、あるいは防壁自体が既存のアプローチの最新の応用なのかは不明だが、メイン大学は長年にわたり海洋 3D プリントの分野で著名な貢献をしてきた。
2018年10月、メイン工科大学（MTI）は、大型海洋船舶を3Dプリントする方法を開発するために、同大学のASCCに50万ドルを投資しました。この研究は2019年に実を結び、メイン大学とASCCは世界最大のプロトタイプポリマー3Dプリンターを使用して、当時ギネス世界記録を3つも破った記録破りのボートを製作しました。
「3Dirigo」というニックネームが付けられたこの全長25フィートのボートは、実際には、持続可能性のための同盟とオークリッジ国立研究所が開発した新しいセルロースベースの原料を使用して、インガソル・マシン・ツールズ社が開発した機械で建造された。チームの素材は、セルロース繊維を最大50パーセント配合しており、アルミニウムと同等の機械的強度を持ちながら、無毒で導電性があると報告されている。
米国エネルギー省の研究者らは、バイオベースの原料を利用して、大規模な3Dプリントタービンブレード金型を開発するために280万ドルの資金を獲得した。チームは、このプロジェクトでは従来のツールと比較して最大 50% のコスト削減を達成できると期待しています。現在、彼らは同様の分野で海洋の専門知識を応用し、新しいタイプの防潮堤を開発しているようです。
△メイン大学の研究者らはこれまでにも記録破りのボートを3Dプリントしている。画像はThe Sunより
メイン大学が主役に
2021年5月13日、ダガー氏は上院運輸財政委員会から招かれ、気候変動の影響から米国の交通施設を守る方法について専門家4人のうちの1人として講演した。特に、ダガー氏はメイン大学チームがメイン州とニューイングランド全域で実施している 40 件のプロジェクトプログラムの一環として開発している新しい材料と技術を紹介しました。
交通インフラ耐久性センターが調整するこの広範なプログラムは、既存の交通ネットワークの寿命を延ばす方法を見つけるとともに、より耐久性の高い新しい道路、橋、港を設計することを目的としている。一方、メイン大学は、「バックパックに入った橋」やU字型ブラケット、3Dプリントされた防波堤やトンネル拡散装置など、複合材をベースにした4つのイノベーションを展示した。
この拡散装置は生物由来の素材で作られており、高速道路下の橋のトンネルから溢れた水によって近隣の高速道路が破壊される恐れがある被害を軽減することを目的としている。米国メリーランド大学の研究チームは、腐食した橋のトンネルのライニング内に3Dプリントされた拡散装置を設置することで、水の流れを40％増加させ、周囲のインフラへの被害を最小限に抑えることができる可能性があると考えている。
メイン大学チームの「バックパックの橋」コンセプト
△メイン大学チームが設計した「バックパックの中の橋」。メリーランド大学からの画像
実際、チームは、トンネルを通る排水量を増やすことで、米国政府が毎年何百万ドルもの橋の交換費用を節約できると予想しており、ここで必要な拡散器は、3D 印刷装置を使用して環境に優しい材料でスケールに合わせて製造できる。研究者らは拡散装置の可能性を実証するため、2021年夏までにメイン州近郊に装置を設置する予定だ。
より大規模なものとしては、メイン州のチームは洪水対策を念頭に浮体式防波堤も開発しているが、陸上の施設を保護するのではなく、沿岸インフラを保護するように設計されている。 3D プリントされたバリアはモジュール設計になっており、短時間で構築および展開でき、水位に応じて調整して港を潮の影響の 50% から保護します。
研究者たちは防波堤の機能性と拡張性を確立し、現在、それを75フィートの長さの試作品に拡大し、メイン州沖で圧力下での変位をテストすることを目指している。
植物由来の3Dプリントの進歩
メイン大学は生きた海の3Dプリントの専門家になったかもしれないが、セルロースを使って持続可能な構造物を構築している研究者は同大学の研究者だけではない。たとえば、EU が資金提供している NOVUM プロジェクトに参加している科学者たちは現在、自動車、海洋、電気絶縁分野での応用が期待されるセルロースベースの 3D プリント部品を研究しています。
一方、シュトゥットガルト大学、バージニア大学、コックの研究者らはそれぞれの専門知識を結集し、3Dプリント可能なセルロースベースのフィラメントを開発した。材料の機械的特性とレオロジー特性を調整することで、最終的には事前にプログラムされた変形曲線を持つサンプルを作成することができました。
同様の研究において、サイモンフレーザー大学（SFU）、ブリティッシュコロンビア大学、スイス連邦材料科学技術研究所（EMPA）の科学者チームが、木材由来の電子機器の3Dプリントに成功しました。研究者たちは、さらなる開発により、セルロース素材が標準的な PCB のプラスチックに代わる持続可能なセンサーにつながる可能性があると考えています。

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