宇宙への旅は、“効率を上げる”ための訓練でもある。宇宙船に搭載する積荷の運搬コストが、1ポンド（約454g）あたり1万ドルもかかることを考えれば、重量を軽くすることは極めて重要だ。その一方で、宇宙は非常に複雑な環境でもあるため、大気圏から出るだけで数トンにも及ぶ重い装置が必要になる。
米航空宇宙局（NASA）は、積荷の重量を最小限にするために、風船のように膨らんで居住室になる膨張式モジュール［日本語版記事］や、さまざまな地形に応じて形を変えて進むことができる、軽量の棒をつないだロボットなどの実験を続けている。
そして、NASAジェット推進研究所の設計チームが今回発表したのは、宇宙でのミッションで3つの役割をこなし、折り畳むこともできる金属製の“布”だ。
まるで「鎖かたびら」のような金属製
チームはこの2年間を費やして、小さな正方形のステンレス鋼を組み合わせた金属製の布を開発してきた。一見すると「鎖かたびら」のようだが、古代から使われてきた鎖かたびらとは異なり、NASAの布は溶接されていない。3Dプリンターを使って成形されたこの布は、表面と裏面とで特性が異なる連続したシート材のようになっている。
布の表面では、何列も並んだ平らで光沢のある正方形の素材が、熱や光を反射する。裏面には、いくつもの輪が組み合わされており、布が熱を吸収するのを助ける。さらにこの材料は、外部軌道に点在する宇宙ゴミなどから宇宙飛行士の命を守り、宇宙船を保護する丈夫な盾の働きもする。
この布の機能自体は特別なものではない。NASAはすでに、熱を反射する材料、熱を吸収する材料、飛んでくる宇宙ゴミから保護する材料を宇宙船に採用している。しかし、これら3つの役割すべてをひとつでこなす材料はこれまで存在しなかった。
NASAジェット推進研究所のシステムエンジニアで、この新しい布の開発にかかわったラウル・ポリット・カシージャスは、「構造を変えることによって、固定された材料としての存在を超える何かができないかを確認したかったのです」と述べる。
ひとつの材料に複数の特性を取り込むことができたのは、4Dプリンティング［日本語版記事］の技術を採用したからだ。4Dプリンティングとは、3Dプリンターを使って複数の構造や形状をひとつの素材として形成できる製造技術である。
マサチューセッツ工科大学（MIT）のスカイラー・ティビッツは数年前に4Dプリンティングという造語をつくり、4Dプリンティングされた材料が自ら形を変えたり、何らかの形に組み合わさったりできることを示してみせた。
4Dプリンティングを利用すると、例えば特定の熱が加わると金属が広がるようにプログラミングしたり、プラスティックが特定の環境条件下で膨張または収縮するように設計したりすることができる（以下の動画は、水中で特定の形状を取るよう4Dプリンティングされた素材）。NASAの宇宙用のこの布は、熱の反射と吸収の両方が可能な柔軟な形状を持つ布ということになる。
通常のシート状の金属とは異なり、この鎖かたびら構造の布は丈夫な一方で、わずかな力で折り曲げたり畳んだりすることができる。ポリット・カシージャスによると、宇宙飛行士が宇宙船内でこの材料をプリントして、アンテナや反射器のような構成部品を熱から保護するために使用することもできるという。
木星の第2衛星であるエウロパへのミッションでの利用も非常に簡単だ。宇宙飛行士や宇宙船を保護できるだけでなく、氷で覆われた惑星表面を進むときには、凸凹のある裏側がタイヤの溝としても機能するだろう。
「もちろん、ファッションにも利用できます」とポリット・カシージャスは述べる。NASAでの4Dプリンティング研究はまだ初期段階だが、いずれはさらに高度な機能を備えた材料をチームが開発することを、彼は期待している。
近い将来には、電子を移動させたり、エネルギーを伝えたり、形状を変えたりする布を目にするかもしれない。重要なことは、「1kgあたりで実現できる“科学”を増やすこと」だと、ポリット・カシージャスは述べる。より少ないものでより多くのことをすることが常に最良の結果を出すとはいえないが、今回は非常にクールな“科学”になりそうだ。
TEXT BY ELIZABETH STINSON
TRANSLATION BY MAYUMI HIRAI/GALILEO