ポプラの枝葉を模した新しい装置は、人工の葉が風に揺れると発電する。
この構想が風力タービンに取って代わることはないが、風を電気に変える、小型で見た目にも目立たない装置のニッチ市場を生み出す可能性があると、装置の設計を主導したアイオワ州立大学の遺伝学・発生学・細胞生物学准教授、マイケル・マクロスキーは述べる。
「考えられる利点は、見た目の良さと小規模であることです。そのため、送電網に接続せずにエネルギーを得られる可能性があります」とマクロスキーは言う。「植物のように見えるものから実用的な量の電力を得られるか、という問いに答えることを目指しました。答えは『可能性はある』ですが、この構想にはさらなる開発が必要です。」
マクロスキーによると、ラスベガスなど一部の都市部では、携帯電話基地局が木に見えるよう偽装され、葉も基地局の見た目を良くするためだけに取り付けられている。そうした葉からエネルギーを取り出せば、機能性も高まるという。
論文はPLOS ONEに掲載され、自然のプロセスを模倣するために人工的な手段を用いるバイオミメティクスの一例を報告している。この概念は、コンピューターサイエンス、製造、ナノテクノロジーなど多様な分野に新たなアプローチをもたらしてきた。
マクロスキーの研究室にある試作品を本物の木と見間違える人はほとんどいないだろう。この装置は金属製の格子を備え、そこからポプラの葉の形をしたプラスチック製の薄片が12枚垂れ下がっている。
アイオワ州立大学の研究員で論文の共著者でもあるカーティス・モッシャーは、研究者らが製作した試作品から、数万枚の葉がそれぞれ風力由来の電気を生み出す、より本物らしい人工樹木を実現するまでの道のりは、それほど長くないと述べる。
「効率を損なわずに実現するのが難しい点ですが、十分に可能です」とモッシャーは言う。「さらなる研究が必要ですが、実現への道筋はあります。」
葉柄の中にある特殊なプラスチックの細片は、空気の流れで曲がると電荷を放出する。こうした現象は圧電効果と呼ばれる。ポプラの葉をモデルにしたのは、平たい葉柄が葉身を規則的に振動させ、柔軟な圧電ストリップによる発電を最適化するためだ。
研究チームにも加わる遺伝学・発生学・細胞生物学教授のエリック・ヘンダーソンは、バイオミメティックな木が家電製品の電力をまかなう未来を思い描いている。
ヘンダーソンによると、こうしたバイオミメティック技術は、高くて視界を遮る塔やタービンを設置せずに、限られた量の風力エネルギーを生み出したい人々に向けた市場を形成する可能性がある。
しかしマクロスキーによると、この構想を実現するには、機械エネルギーを電気に変換する別の方法、つまり風力エネルギーを利用可能な電気に変える仕組みを見つけなければならない。アイオワ州立大学の実験で採用された圧電方式では、市場で競争するために必要な効率を達成できなかった。
材料が広く入手できるため、圧電発電は出発点として明白な選択肢だったとヘンダーソンは述べる。しかし、次の段階に進むには新たなアプローチが必要になる。
異なる材料同士の摩擦によって電荷を生み出す摩擦帯電など、ほかの変換方式も同程度の効率で動作し、自律型センサーに電力を供給できる。しかし、実用的な装置を作るには、はるかに高い効率とさらなる研究が必要だとマクロスキーは述べる。
