タンポポとその仲間は、かなり旅慣れた植物です。種子は風に乗って100マイルも旅し、海を越えて火山活動で壊滅した島々に再び生息することもあります。
「タンポポはエネルギーを消費することなく、信じられないほどの距離を飛行できるのです」と、スコットランドのエディンバラ大学の応用数学者、キャサル・カミンズ氏は語る。彼はタンポポがどのようにして曲がりくねった飛行を制御するのかを研究している。将来的には、これらの知見は風に乗って飛ぶ小型ドローンの設計に活用される可能性がある。
タンポポの種が飛び立つとき、その綿毛は小さなパラシュートのように働き、そよ風に乗せて運ばれます。このパラシュートは私たちが使っているものとは大きく異なり、90%が空洞になっています。「なぜ自然はパラシュートにこのような多孔質の構造を選んだのでしょうか？」とカミンズ氏は言います。彼と同僚たちは、タンポポの剛毛が種子の上に渦を作り出し、それが種子を空中に浮かせていることを発見しました。
できるだけ長く空中に留まることで、タンポポの種子は突風に飛ばされて新しい場所へ運ばれる可能性が高まります。人間のパラシュート降下者のように、タンポポの種子は降下速度を遅くするために抗力に頼っています。「通常、抗力は飛行にとって悪影響ですが、飛行機から飛び降りる際には、体重を支えるためにできるだけ大きな抗力が必要です」とカミンズ氏は言います。
しかし、タンポポの場合は異なるルールに従わなければならない。「私たちが話しているタンポポの種子は1ミリグラムにも満たないほど小さいので、関係する力と重量ははるかに小さいのです」とカミンズ氏は言う。
種子の飛行を観察するため、彼とチームは風洞を建設し、穏やかに上向きに空気を吹き出しました。タンポポがその場で静止している間、研究者たちはその動きを追跡しました。すると、パラシュートの多孔質構造が、種子が飛行中に安定するのに役立っていることが分かりました。「パラシュートに少量の空気を通すことで、後流の渦が安定するのです」とカミンズ氏は言います。
渦は小さな後光のように種子の周りを回ります。この渦巻く空気の塊は種子の抗力を増大させ、種子が浮遊する際に隣接する繊維同士が相互作用することで発生します。
このスケールでは、タンポポのパラシュートは固体のキャノピーよりも実際に優れた性能を発揮しました。「従来のパラシュートよりも、タンポポのパラシュートの方が抗力を生み出すのにはるかに効果的であることがわかりました」とカミンズ氏は言います。「タンポポは、実質的に完全に空間のないパラシュートを作り出すことに成功しました。私たちの研究は、基本的に「少ないほど良い」ということを示唆しています。」
タンポポのパラシュートの羽根のような形状を模倣することで、電力を消費せずに飛行できる超小型航空機が実現する可能性があります。これらの風力マイクロドローンは、遠く離れた惑星や地球上の遠隔地や過酷な環境の大気状況を追跡するために使用できる可能性があります。
カミンズ氏と彼のチームは本日、デンバーで開催されたアメリカ物理学会流体力学部門の年次総会でこの研究結果を報告した。
