レーザー照射で火星の空を浮遊する「ナノフライヤー」が開発中

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Nanocardboard flyers / Credit: Bargatin Group, Penn Engineering

現在、ペンシルベニア州立大学(米)により、火星の大気調査を目的とする「ナノカードボード・フライヤー」の開発が進められています。

下からレーザーを照射して温度差による空気循環を引き起こし、それを利用して浮遊するという仕組みです。

動翼部をまったく必要としないため、『2001年宇宙の旅』のモノリスのように空中を移動できます

また、ショウジョウバエ1匹分ほどの軽さなので、火星への大量の持ち込みも可能です。

「ダンボール」の仕組みを応用

火星の大気調査には、現在、無人航空機である「火星ヘリコプター」の導入が予定されています。

しかし、火星ヘリコプターは重くて仕組みも複雑なため、1機しか持ち込めないのが難点です。火星上で故障を起こせば、代替えがきかず修理もできません。

そこで研究チームは、火星ヘリコプターに代わる機器として、2017年からナノカードボード・フライヤーの開発を進めていました。

火星ヘリコプター/Credit: mars.nasa

ナノカードボード・フライヤーは、名前が示すように、ダンボール紙(cardboard)の技術を応用しています。

2枚の酸化アルミニウム・プレート(厚さ数ナノメートル)の間に、ダンボールと同じ波型構造が挟みこまれているのです。

この技術は「サンドイッチ構造合成材(Sandwich-structured composite)」と呼ばれています。

Credit: en.wikipedia

メリットは大きく2つあって、1つはプレート同士の間が中空になるので、軽量化が可能なこと。そしてもう1つは、中空部分が衝撃を吸収するため、耐久性がアップすることです。

しかし、最も重要な点は、中空構造が浮遊を可能にすることでしょう。

レーザーで無線コントロールできる

フライヤーは、下側のプレートをレーザーで加熱することで、温度差による空気循環を起こし、それが中空構造を通ることで浮き上がります。

研究主任のイゴール・バルガティン氏によると、「地球の重力下では難しいですが、火星なら十分に浮く」とのこと。

レーザーの照射には、地上を移動する火星探査ローバーが使用されます。ピンポイントレーザーを用いることで、まるで無線で凧を飛ばすように自由に操縦できます。

Credit: Bargatin Group, Penn Engineering

また、フライヤーの重さは、1ミリグラムの約3分の1しかありません。これなら、火星ヘリコプター1機の代わりに、約100万個以上のフライヤーを輸送することが可能です。

一方で問題点もあります。

火星の重力が地球より低いと言っても、フライヤーが積載できる重さはせいぜい数ミリグラムです。

そのため、フライヤーに搭載予定のセンサーを小型・軽量化する必要があります。

こうした点をクリアできれば、ローバーを遠くまで移動させなくとも、フライヤーが同じだけの仕事をしてくれるでしょう。

 

研究の詳細は、「Advanced Materials」に掲載されました。

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reference: theengineer / written by くらのすけ
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