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ヤシガニの強靭なハサミの内部構造を解明―軽量で強い新材料開発のヒントに:物質・材料研究機構/沖縄美ら島財団

(2021年5月24日発表)

鎧のような外骨格をもつヤシガニ 
©一般財団法人 沖縄美ら島財団

 (国)物質・材料研究機構(NIMS)と(一財)沖縄美ら島財団は5月24日、共同で国内では沖縄県周辺にのみ生息している希少生物の一つ「ヤシガニ」の強靭なハサミの内部構造を三次元(3D)表示で可視化して解明することに成功したと発表した。ヤシガニは強いハサミを持っていることで知られるがその強さの謎に迫る仕組みが明らかになったとし、新材料開発のヒントになることが期待される。

 名前はカニだがヤシガニはヤドカリの仲間。インド洋や太平洋の熱帯域から亜熱帯域に生息し海で大きくなった後陸に上がって生活する。外敵から身を守る鎧(よろい)のような甲羅で覆われていて物凄く強いハサミを持っている。その体重当たりの挟む力(把持力:はじりょく)は強烈で、体重の約90倍以上と生物界で最強のクラスに入り最大サイズとされている重さ4㎏のヤシガニの把持力はライオンの噛む力に匹敵するとまでいわれている。

 しかし、巨大な力がかかっても壊れないヤシガニの強靭なハサミの内部構造がどうなっていて既存の構造材料と何が違うのかは謎だらけの状態にある。

 研究グループは、沖縄で入手した全長30cm、重さ1,070gのヤシガニをサンプルにしてハサミの強さから先ず調べてみた。すると生物でありながらハサミは鉄鋼並みの硬い層とクッションのような役割を担う多孔質層による「剛」と「柔」の複合構造によって軽さと強靭さとを兼ね備えていることが分かった。

 そこで更にNIMSが持つ最先端の電子顕微鏡複合装置(FIB-SEM)を活用してハサミの組織を表面側から15㎚(ナノメートル、1nmは10億分の1m)の超微細なピッチで削っていって内部の3D組織の可視化を行うことに成功した。その結果、ハサミは100層ほどもの組織が積層した合板のような構造になっていることが判明、一部の層が壊れても硬い層全体が一気に壊れない構造になっていることが分かった。

 軽量で強靭な材料の開発は構造用材料の永遠のテーマ。しかし、高強度化と高靭性化はトレードオフの関係にあるため強くする(硬くする)と脆く(もろく、壊れやすく)なってしまう。それが自然界の生産物であるヤシガニのハサミは軽量と強靭性の両方を併せ備えた特殊な組織・構造をしていることが分かり今後の展開が待たれる。