「人間の骨」の構造を真似したらコンクリートブロックの強度が5.6倍に！

人間の骨は軽いだけでなく、様々な衝撃から私たちを守ってくれます。

この骨の強度の高さの秘密は、「亀裂を逸らして、一瞬で崩壊することを防ぐ構造」にあります。

最近、アメリカのプリンストン大学（Princeton University）に所属するレザ・モイニ氏ら研究チームは、人間の骨の構造を模倣したコンクリートブロックを開発しました。

内部に空洞が作られた特殊な構造により、亀裂の進展が抑えられ、従来のコンクリートブロックよりも5.6倍も高い破壊靭性（亀裂の進展や破壊に対する抵抗力）を示しました。

研究の詳細は、2024年9月10日付の学術誌『Advanced Materials』に掲載されています。

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参考文献

Hollow concrete mimics human bones for 5x better toughness

Princeton Engineering - Tougher concrete, inspired by bone

元論文
Tough Cortical Bone-Inspired Tubular Architected Cement-Based Material with Disorder
https://doi.org/10.1002/adma.202313904

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ライター：大倉 康弘（Yasuhiro Okura）
得意なジャンルはテクノロジー系。機械構造・生物構造・社会構造など構造を把握するのが好き。科学的で不思議なおもちゃにも目がない。趣味は読書で、読み始めたら朝になってるタイプ。

「人間の骨」の強さの秘密

人間の骨は、表面の「皮質骨」と内側の「海綿骨」の2層で構成される / Credit:Canva

人間の骨は、主に「皮質骨」と「海綿骨」の2層で構成されています。

皮質骨は表面の硬い部分であり、骨の強度を保つ役割を担っています。

一方、海綿骨は皮質骨の内側にあるスポンジのような網目構造になっており、その隙間には骨髄が詰まっています。

この海綿骨のスポンジ構造のおかげで、骨は軽量化されており、「軽くて丈夫な骨」を実現するのに役立っています。

今回、モイニ氏ら研究チームが着目したのは、表面の硬い部分である「皮質骨」の構造です。

海綿骨と比べると密度が高い皮質骨も、実はその内部に複雑な構造と空洞が含まれています。

皮質骨は「バームクーヘンのような楕円形の管」が集まった構造をしている / Credit: Reza Moini（Princeton University）et al., Advanced Materials（2024）

図が示すように、皮質骨は、まるでバームクーヘンのような楕円形の管で構成されています。

この「バームクーヘンの集合」は、皮質骨に衝撃が加わった時に高い効果を発揮します。

衝撃によって生じた亀裂は、その進展が「バームクーヘン」の形に沿って周囲に逸れていくため、一気に骨が破損するようなことが無くなるのです。

つまり、皮質骨の内部にあるバームクーヘンのような構造が、破壊靭性（亀裂の進展や破壊に対する抵抗力）を高めています。

この構造を模倣するなら、従来の建材をはるかに強固なものにできるかもしれません。