地球温暖化により壊滅的な洪水が起こり、今世紀末までに世界の沿岸都市部のほとんどが浸水するとしたら、私たちはどう対処すればよいのでしょうか。 王立芸術大学のバイオミミックデザイナー兼材料科学者のJun Kamei氏の答えは、Amphibioです。ポリマーでできた3Dプリントの軽量ベストのようなもので、人工のエラと呼吸リザーバーの両方の役割を果たし、水没した巨大都市で人々がぶらぶらできるようにするものです。
RCA-IIS東京デザインラボと共同でデザインされたアンフィビオは、地球温暖化によって氷冠が溶け、海洋の上昇によって世界人口の30パーセントが影響を受けた2100年の未来予測に対する亀井の解決策である。 このような災害に対する直感的な反応は、内陸部への移住かもしれませんが、亀井は、人工鰓「アンフィビオ」のようなものを使って半水上生活をすることがより良いアイデアだと考えています。
まだ構想段階のアンフィビオは、超疎水性の皮膚表面を持ち、体の周りに空気の泡を集められるダイビングスパイダーや昆虫に基づく生体模倣人工鰓です。 この気泡は、周囲の水に溶けている酸素を取り込み、二酸化炭素を放出するエラのような役割を果たします。
アンフィビオでは同じものを使っています。 3Dプリントに適した特殊な多孔質疎水性材料を使って、鼻と口を覆うマスクにつながる一連の空気ブラダーでできたスカラップベストのようなものを作るという原理です。 亀井は、アンフィビオをフリーダイビングとスキューバダイビングの中間的な存在であり、ダイバーがより軽い装備でより長く水中に留まることを可能にすると表現しています。
これまでのところ、亀井は二酸化炭素を満たした試験用ブラダーを水槽に吊り下げて、酸素を吸収する能力を実証する実験を行っています。 彼は、表面積が小さすぎること、人が十分な酸素を集めるには少なくとも32 m² (344 ft²) 必要であることを挙げ、設計にはまだ長い道のりがあると認めています。
亀井はアンフィビオのエンジニアリング面を認めていますが、この技術は実現可能、まして実用化には非常に長い道のりだと言えます。 人工鰓のアイデアは、水中のパイオニアであるジャック・クストー船長が1962年に「海洋探査の未来は、水を呼吸する『メンフィッシュ』の創造だ」と宣言して以来、主流となっています。 問題は、アイデアと現実の間に非常に大きなギャップがあることだ。
半透明のプラスチック膜で水から酸素を取りだす実験を初めて以来、「半透明の膜は、水から酸素を取り出すのに適している。 実用化へのハードルが一気に高くなった。 当初、研究者たちはハムスターを水槽に沈めた膜の箱に入れ、この技術の勝者のように見えましたが、魚のエラと同じ働きをするものを作るのは、はるかに難しいのです。
海の生物のリストを見てみると、海の哺乳類にはどれもエラがないことに気づかれるでしょう。 その理由はいくつかありますが、中でも大きいのは、哺乳類の代謝が非常に高く、それを支えるために大量の酸素を必要とすることです。 1リットル（34オンス）の空気を取ると、200ml（6.76オンス）の酸素を保持することができます。 しかし、水であれば、1リットルあたり5〜10ml（0.17〜0.34オンス）の酸素しかないことになる。 冷血動物である魚はそれでいいが、人が装着する人工鰓は、ダイバーの生命維持のために、体積比で空気の10〜20倍、つまり100％の効率で毎分100リットル（26.5ガル）の水を処理しなければならないのである。
つまり、いろいろなことが要求されるのです。 ひとつは、人間の肺の50～75m²（540～810ft²）に匹敵する非常に大きな表面積を意味し、また多くの水流を意味する。 そのため、初期の人工鰓の設計では、大きく波打った膜を大きなバックパックに詰め込み、バッテリーや補充用の空気タンク、水を通すための巨大なインペラーを備えていたのです。
問題はこれで終わりではありません。 酸素や二酸化炭素が人工鰓材を通過できるなら、中性気体も通過できる。 鰓は水中の酸素は拾えるが、窒素は拾えないので、78％を占めるダイバーの肺の窒素がすぐにしみ出し、ホースが潰れて呼吸マスクが水浸しになるのである。 アンフィビオの場合は、疎水性の表面によって閉じ込められていた空気の層が減り、窒素が周囲の水に拡散してすぐに消えてしまうので、さらにひどいことになるでしょう。
圧力についても同じことが言えます。 人工エラは非常に浅い水域で最もよく機能する。 ダイバーが数フィート以上潜ると、やはり水圧でホースやブラダーがつぶれ、フェイスマスクが浸水してしまいます。 スキューバダイビングは、レギュレーターを使って自動的に補正するように設計されているため、この問題はありません。
これらのことは、「アンフィビオ」の背後にあるアイデアを無効にするものではありませんが、実用化するためには、非常に基本的なレベルでさらに多くの作業を行う必要があります。 もし実用化されたら、水没した大聖堂に潜りに行くのもいいかもしれませんね。 ただし、その際には、薄手のガウンではなく、マスク、フリッパー、ウェイトベルト、フリッパーをお勧めします。
下のビデオは、アンフィビオのブラダーを使ったタンクテストの様子です。