Magical metals, how shape memory alloys work - Ainissa Ramirez

魔法の金属ー形状記憶合金の働きーアイニッサ・ラミレズ

翻訳: Hiroshi Uchiyama 校正: Tomoyuki Suzuki

Today we're talking about weird materials

今日は少し変わった材料の話をします

that we use in space, in robots and in your mouth.

宇宙やロボットや あなたの口の中でも使われています

I'm talking about shape memory alloys.

形状記憶合金のことです

Like the name says,

その名の通り

these are metals that remember different shapes.

様々な形を記憶する金属です

To understand how these metals work,

そのような金属の仕組みを理解するために

we've got to talk about atoms and organizing.

原子と組織化についてお話しします

Let's talk about atoms first.

まず原子についてです

Atoms are tiny bits of matter that you cannot see with your eye

原子は物質の構成要素で とても小さく目には見えませんが

yet they make up everything in our world,

今あなたが座っている 椅子から携帯電話まで

from the chair that you're sitting on to your cell phone.

この世界のすべての物は 原子でできています

Atoms have some surprising ways of behaving too.

原子は驚くべき方法で 振る舞うこともあります

We'll talk about that shortly.

このことについては 後ほどお話しします

Now, how big is an atom?

原子はどれくらいの大きさなのでしょうか？

Well, imagine pulling one of your hairs out of your head

頭から毛髪を１本抜いて

and whittling it like a stick 100,000 times.

その髪を縦に引き裂いて 10万本にしたところを想像してください

One of those shavings would be the width of an atom.

そのように裂いた１本分の太さが 原子１個分の大きさになります

They're that small.

それくらい小さいのです

Now let's talk about atoms and organizing.

では次に原子とその組織化について お話しします

You may not know this, but atoms arrange themselves

ご存知ないかも知れませんが 人間が整列するのと同じように

similar to the way we humans arrange ourselves.

原子も自ら整列します

Sometimes they sit in rows, like we do

あるときは我々が バスや飛行機で座るときのように

on a bus or an airplane.

原子も列をつくって並びます

We call that seating arrangement a phase.

並び方のことを相と呼びます

Other times they sit diagonal from each other,

またあるときは映画館や 競技場の座席のように

sort of like seats in a movie theater or sports stadium.

原子が互い違いに並びます

This is another phase.

これも別の相です

When atoms move from one seating to another

原子がある並び方から 別の並び方へと移り変わることを

this is called a phase change.

相転移と呼びます

Phase changes are all around us.

相転移はいたるところに存在します

You may already know about water's phases:

皆さんは水の三態については知っていますね

solid, liquid and gas.

固体、液体そして気体です

Many other materials have phases like that too.

水以外の多くの物質も同様に いくつかの相があります

Some of them have several solid phases.

中には複数の固相を 持っているものもあります

OK. Back to those shape memory alloys we mentioned before.

さて 形状記憶合金に話を戻しましょう

When we say that the metals remember their different shapes,

金属が様々な形状を記憶できると言った時

what we're really saying is they remember different seating arrangements

正しくは金属が原子の様々な並び方を 記憶していることと言い換えられます

of atoms. When the atoms rearrange,

原子の並び方が変わると

the metal moves from one shape to another.

金属そのものの形状が変化します

Let's look at a phase change in action.

相転移の様子を見てみましょう

Here I have a metal wire that is made out of nickel and titanium.

ここにニッケルとチタンからできた 針金があります

This metal wire is a shape memory alloy,

この針金は形状記憶合金で

and I'm going to make it switch between its different shapes

ライターの炎を使って

using heat from a lighter.

異なる形状に変化させてみます

Watch this.

ご覧下さい

I'm going to wrap this wire around my finger

この針金を指に巻き付けて曲げた後

and then heat it.

熱を加えます

Amazing!

すごいですね！

That wire returns to a straight line, when I heat it.

熱すると元どおりの直線に戻りました

Let's try that again.

もう１度やってみましょう

I'm going to wrap it around my finger, and heat it.

針金を指に巻き付け 曲げて加熱します

Yep, that's still amazing.

やはり すごいですね

Not only is it amazing, this is weird,

すごいだけでなく 不思議に思えます

because metals generally don't do that.

だって普通の金属では こんなことは起こりません

Here's a paper clip. When I heat it, I get nothing.

クリップを熱しても なにも起きません

What we're seeing is the shape memory wire changing phases when it gets hot.

私たちが見ているのは熱せられた 形状記憶ワイヤーが相を変えているところです

When the wire is cold, atoms are in a diagonal arrangement,

針金が冷めている時には 前に説明したように

like the movie theater seating, we talked about before.

原子は映画館の座席と同じく 互い違いに並んでいます

We call this a monoclinic arrangement,

私たちはこれを 単斜的な配置にあるといいますが

and scientists will call this phase martensite.

科学者たちは マルテンサイト相と呼びます

When I heated up the wire,

針金を熱すると

the atoms moved into columns like airplane seating.

原子は飛行機の座席のように 縦に並びなおします

This is a cubic arrangement.

これは立方的な配置で

Scientists will call this phase austenite.

科学者たちは オーステナイト相と呼びます

So when we added the heat, the atoms shifted positions seamlessly,

熱を与えると 原子は徐々に位置を変えていきます

and they'll do this forever.

これは何度でも繰り返すことができます

They have this coordinated motion, just like members of a tireless marching band.

原子はこの統制の取れた動きを 疲れ知らずのマーチングバンドのように行います

Each makes a small shift, but all together those small shifts

それぞれはわずかな動きですが 小さな動きの積み重ねが

create a totally different pattern.

全く異なるパターンを作りだすのです

So that's pretty cool, but where do we use these materials?

すごいですね でもこの金属を何に使うのでしょう？

Well, if you look in the sky tonight,

今晩夜空を見上げると

shape memory alloys are at work -

形状記憶合金は火星で活躍中です

on Mars. They're used to move panels on the Mars rover,

マーズ・ローバー（火星探査車）が 環境調査で用いる

so that it can study the environment.

パネルを動かすために使われています

Like our metal straightened when it was heated,

熱を加えられた針金が 直線になったのと同様に

the metals holding the panels will move when electrically heated.

パネルを支えている金属が 電流により発生した熱で動きます

When we stop heating the shape memory metal,

形状記憶合金の加熱を止めると

the panel will return back, due to an opposing spring.

パネルは引き戻す方のバネの力で 元の位置に戻ります

Back on Earth, shape memory alloys are used to open up clogged arteries

地球に話を戻すと 形状記憶合金は 閉塞した動脈を開くステントに使われ

as stents, which are small collapsible springs

小さな折り畳み式バネが

that force open passages.

血管を広げるのです

Shape memory alloys are also used to move robots,

形状記憶合金は ロボットやおもちゃの蝶の動力源や

toy butterflies, teeth in braces, and for a perfect fit every time,

いつもピタッと装着できる 歯列矯正ブリッジの用途として使われ

shape memory wires are used as underwires in bras.

また 形状記憶ワイヤーは ブラジャーに使われています

Now you know Victoria's secret.

ヴィクトリアズ・シークレットを ご存知ですね

By popping a bra into the dryer, it'll be brand new every time.

乾燥機に入れれば何度でも ブラジャーは新品に戻ります

So whether it's on Mars or in your mouth, small atomic movements

火星にあっても皆さんの口にあっても わずかな原子の動きが

can create huge changes,

大きな変化になるのです

and understanding the way atoms behave

原子の振る舞いを理解する事で

allows us to make materials that make our world a better place.

私たちの世界をより良くする 材料を作り出せるのです