夜の森のハンター、フクロウ。彼らが獲物に全く気づかれずに、驚くほど静かに空を飛べる秘密は何だと思いますか？その答えは、彼らの特別な皮膚と羽毛に隠されていました。音を吸収するこの自然界の叡智にヒントを得て、科学者たちが私たちの生活を悩ませる「騒音」を劇的に減らす、画期的な新素材を開発しました。このフクロウに学んだ新技術は、自動車から工場の機械音まで、様々な騒音問題への新たな解決策となるかもしれません。
フクロウが飛ぶ姿を見たことがあっても、その羽音を聞いたことはほとんどないでしょう。それは、彼らの皮膚と羽毛が高周波から低周波までの飛行音を吸収し、音を減衰させるからです。この自然の防音効果に着想を得て、2025年5月28日に『ACS Applied Materials & Interfaces』誌で発表を行った研究者たちは、フクロウの羽と皮膚の内部構造を模倣し、騒音公害を軽減する二層構造のエアロゲルを開発しました。この新しい素材は、自動車や製造工場などで交通騒音や産業騒音を低減するために利用できる可能性があります。この論文のタイトルは「Owl-Inspired Coupled Structure Nanofiber-Based Aerogels for Broadband Noise Reduction（フクロウに着想を得た連結構造を持つナノファイバーベースのエアロゲルによる広帯域騒音低減）」です。
騒音公害は単なる不快なものではありません。過度の騒音は難聴を引き起こす可能性があり、心血管疾患や2型糖尿病などの健康状態を悪化させることもあります。騒音源を取り除くことが不可能な場合、防音材がその音を和らげるのに役立ちます。しかし、従来の材料は、ブレーキのきしむような高周波音か、自動車エンジンのような低いうなり音のどちらかしか吸収できません。これは、エンジニアが全帯域の騒音制御を実現するために、複数の種類の防音材を重ねる必要があり、結果として重量とかさが増すことを意味します。
この課題を克服するため、中国の天津工業大学（Tiangong University）のゾン・ディンディン氏（Dingding Zong）と同僚たちは、意外な音響の専門家、フクロウに注目しました。フクロウは、その柔らかい羽毛と多孔質の皮膚を利用して、飛行中にささやくような静けさを保ちます。研究者たちの目標は、同様に多用途に使える広帯域の吸音材を設計することでした。
研究者たちは、エマルション鋳型凍結再構築法と呼ばれる技術を用いて、ヘキサンの液滴を柔らかい素材の層の中で凍結させました。凍結したヘキサンを取り除くと、素材にはハニカム状のパターンが現れました。彼らは、ヘキサンの液滴の代わりにシリコンナノファイバーを用いて第二の層を加え、繊維状のパターンを作り出しました。その結果できた軽量で多孔質の二層構造エアロゲルは、フクロウの皮膚と羽毛の構造を模倣しています。下層の多孔質層は、低周波の騒音を打ち消す微細な空洞を持つ鳥の皮膚に似ています。そして、上層の羽毛にヒントを得た層は、ふわふわしたナノファイバーでできており、高周波の音を減衰させます。
特筆すべきことに、研究者たちは、このフクロウに着想を得たエアロゲルが以下の性能を持つことを見出しました。
衝突する音波の58%を吸収し、効果的な騒音制御材料の基準値を超える。
87.5デシベルの自動車エンジン音を安全なレベルである78.6デシベルまで低減し、これは既存の高性能吸音材よりも優れた低減効果である。
100回の圧縮サイクルを経ても構造的完全性を維持し、変形はわずか5%にとどまる。
研究者たちは、この研究が、産業機器や交通機関からの騒音公害を大幅に軽減できる、高性能で軽量かつ耐久性のある吸音材への道を開くと考えています。
[News release] [ACS Applied Materials & Interfaces abstract]
