100年前に特許取得された一方向にしか水が流れないテスラバルブ
100年前に特許取得された一方向にしか水が流れないテスラバルブ / Credit:New York University
technology

天才発明家ニコラ・テスラが生み出した「水を制御するテスラバルブ」に新機能が見つかる (2/2)

2021.05.19 Wednesday

Scientists Explore Tesla Roads Not Taken—and Find New Potential Present-Day Utility(NYU) https://www.nyu.edu/about/news-publications/news/2021/may/scientists-explore-tesla-roads-not-taken-and-find-new-potential-.html
Early turbulence and pulsatile flows enhance diodicity of Tesla’s macrofluidic valve https://www.nature.com/articles/s41467-021-23009-y

電気の魔術師テスラが実現しようとしていたこと

研究チームはまず、30センチほどのテスラバルブを実際に作成し、その機能を理解するために2つの流れを通す際の抵抗を測定しました

チームは、流体の研究でよく使われる2色の流層を流して、その流れを見ています。

そして、実験の際、流体の圧力を調整して、流れる速度をゆっくりから徐々に速くして調べてみました。

青と緑、2つの流れを逆方向にテスラバルブへ流した場合の測定。上から順に、流体の速度を増やして実験している。濃い緑色の部分は青と緑の流れが乱流となってほとんど流れていない状態。
青と緑、2つの流れを逆方向にテスラバルブへ流した場合の測定。上から順に、流体の速度を増やして実験している。濃い緑色の部分は青と緑の流れが乱流となってほとんど流れていない状態。 / Credit:New York University

すると、上の画像のように、ゆっくりと流体が流れた場合、流れの抵抗は逆方向に流してもほとんど発生しませんでした。

しかし、ある流速を超えると、突然装置にスイッチが入ったように乱流が発生し、逆流を大幅に抑制したのです。

しかも、流れに抵抗が発生する流速は非常に低速から起こります。これは流れを制御する力がかなり強いことを示すものです。

さらに、研究チームを驚かせたのは、テスラバルブが、普通の流れではなく、流体が振動するような動きをしたときに、より効果的に機能したことです。

振動するというのは、スムーズな流れではなく、流れが前後に揺れている状態です。

つまりは交流電流のような状態のことを指します。

テスラは電気の魔術師と呼ばれていましたが、その理由の1つは交流電流の発電装置を発明した点にあります。

発明王トーマス・エジソンとの確執も有名ですが、その原因の1つは独学で工学を学んだエジソンは、この交流がうまく理解できなかった点にあったといわれています。

テスラとエジソンの電流戦争
テスラとエジソンの電流戦争 / Credit:三菱電機 Biz Timeline

エジソンは発電所を直流で作ろうとしていましたが、テスラは交流の方が送電のロスが少なく、直流よりはるかに扱いやすいことを理解していたため、発電所を交流で作るべきだと主張していました。

エジソンはこれに反発して、交流電流で象を感電死させる動画を作成し、交流は危険だとテスラのネガティブキャンペーンを展開したほどです。

エジソンとテスラの電流戦争は、また別のお話ですが、現在の発電所や家電がすべて交流電流で動いていることを考えれば、テスラがいかに優れた科学者だったかがわかります。

テスラは交流発電機の他に、AC-DCコンバーター(交流直流変換装置)も発明しています。

交流は送電に便利ですが、利用するために直流に変換する必要のある機械もあります。

この直流と交流の変換を整流といいますが、そのための装置がAC-DCコンバーターです。

テスラは電気に関する功績が有名ですが、あまり知られていないだけで流体力学にもかなり精通していました。

そのため、テスラは流体で交流を利用するということを想定していたのではないかと、研究チームは考えました。

そこで、研究チームはテスラバルブを使って、電気回路を模倣した流体のAC-DCコンバーターを作ってみたのです。

テスラバルブで作られたAC-CDコンバーター
テスラバルブで作られたAC-CDコンバーター / Leif Ristroph et al.,Nature Communications(2021)

図のaがダイオードを使って設計されているAC-CDコンバーターの電気回路、bがダイオードをテスラバルブに変えて作られた流体の回路です。

ACは交流、つまり振動する動きを表し、DCは直流、つまりスムーズな一方向の流れを意味しています。

こうした回路を設計すると、なんと流体の振動がまるでポンプのように機能して、もう一方の通路にを循環させる流れを生み出したのです。

つまり、流体の振動(交流)がスムーズな流れ(直流)に変換されたのです。

これは直接ポンプを組み込まなくても、エンジンや機械などの振動を利用して、ポンプのように冷却器や潤滑油、燃料、その他の気体や液体を送り出す装置に使える可能性があります

これは未知の新しいシステムや装置の仕組みとして利用できるかもしれません。

リストロフ氏は、これが実際テスラが自分で作って確認していた機能かどうかは不確定だとしながら、偶然の発見ではないだろうし、交流に精通していたテスラならば何も不思議はないと話しています。

100年も経て、そんな利用法が発見されるとは、テスラとは本当に驚くべき人物です。

<

1

2

>

みなさんのおかげでナゾロジーの記事が「Googleニュース」で読めるようになりました!
Google ニュースを使えば、ナゾロジーの記事はもちろん国内外のニュースをまとめて見られて便利です。
ボタンからダウンロード後は、ぜひフォローよろしくおねがいします。
App Store からダウンロード Google Play で手に入れよう

テクノロジーのニュースtechnology news

もっと見る

役立つ科学情報

注目の科学ニュースpick up !!