The science of friction -- and its surprising impact on our lives | Jennifer Vail

Transcriber: Joseph Geni Reviewer: Camille Martínez

翻訳: Takanori Mizowaki 校正: Yoshie Asahara

I have to admit that it's a lot of fun

お仕事は何ですかと聞かれると 内心嬉しくなります

when people ask me what I do for my job,

まさしく 物をこすり合わせる なんて答えますから

because I tell them I literally rub things together.

This sounds ridiculous,

ふざけていますよね

just rubbing things together.

ただこすり合わせるのが仕事 なんて

But it has a technical name:

でも 専門用語があるんです

tribology.

トライボロジーといいます

T-r-i-b-o-l-o-g-y,

T-r-i-b-o-l-o-g-y

from the ancient Greek word "tribos,"

語源はギリシャ語の “tribos”で

which means "to rub."

「こする」という意味です

It's a funny-sounding word you've probably never heard before,

聞き慣れない変わった言葉でしょうが

but I promise you,

断言します

discovering it changes your experience with the physical world.

トライボロジーを知ると 現実世界との関わりが変わります

Tribology has given me amazing projects.

私は そのおかげで 素晴らしい事業に携わっています

I've worked on materials that fly, and I've worked on dog food --

今まで携わってきたのは 航空資材やドッグフード

a combination that doesn't sound like one person has any business doing

一人では展開できそうにない 組み合わせですよね

in the span of just a couple years,

これがたった数年で叶います

until you start to view the world through a tribological lens.

トライボロジーというレンズを通して 世界を見れば です

And I think you'll be surprised

皆さん 重要度に驚くと思います

at how significant a little bit of tribology can be

小さなことを扱うトライボロジーは

in alleviating some very large problems.

非常に大きな問題を改善できるんです

Tribology is the study of friction, wear and lubrication.

トライボロジーでは 摩擦・摩耗・潤滑を研究します

You have all experienced all three of these things.

３つとも 誰もが経験していることです

Remember the last time you tried to move a heavy object across the floor,

床の上の重い物を動かそうとしたとき

and you could just feel something resisting you?

抵抗を感じませんでしたか？

That would be friction.

それが摩擦ですね

Friction is the force that opposes motion.

摩擦とは 運動に抵抗する力です

Wear is the loss or transfer of material.

摩耗とは 材料の損失と移動です

It's the reason you have to replace your favorite shoes,

そのために 好きな靴を買換える必要があります

because eventually the soles disappear.

いずれ靴底がなくなりますからね

Lubricants are used to reduce friction and wear.

潤滑剤は 摩擦と摩耗を減らしてくれます

They loosen up those stubborn rusted bolts that just otherwise will not budge.

錆びて動かないボルトも 緩めることができます

But tribology is also defined as the science of interacting surfaces

トライボロジーとは 相対運動下で相互作用を及ぼし合う表面の

in relative motion.

科学でもあります

So, interacting surfaces in relative motion:

さて 相対運動下で相互作用し合う 表面は

there are a lot of those in the world.

身近にたくさんあります

As you're sitting there right now, are you wiggling your foot at all

今座っているときでも 足先を動かしたり

or maybe shifting around in your seat?

向きを変えたりしますよね

Because guess what? Tribology is happening.

なぜでしょう？ トライボロジーが起きています

Even the smallest shift in your seat

座席でのほんの小さな動作にも

involves two surfaces moving relative to each other.

２つの表面で相対運動が 発生しています

And your tribological interaction for the shift

そして その動作で生じる摩擦は

will be different than the person next to you.

隣に座っている人とは違います

This is because the clothes you're wearing

なぜなら衣服によって

change the friction between you and the seat.

座席との摩擦が変わるからです

If you're wearing silk, it's a little easier to squirm around in the seat

シルクの服なら 座席の中で体を動かすとき

than if you're wearing wool.

ウールより少し楽です

That's because the friction is lower for silk.

シルクのほうが 摩擦が小さいからです

If you're moving your ankle or wiggling your ankle at all,

足首を動かしたり 少し捻ったりすると

did it make a popping sound?

ポキポキと鳴りますか？

You've had that, right?

経験 ありますよね？

You get up, you move around, and some joint cracks or pops.

起きるとき 歩くとき 関節が鳴りますよね

Thank you for that sound, tribology.

その音もトライボロジーです

That sound can come from the fluid that lubricates your joints

音の発生源は滑液で 関節を滑らかにして

just moving around.

動かしやすくします

You're essentially releasing gas bubbles in that fluid.

もともと 滑液中に 気泡が生じているんです

That sound can also come from the tendons simply moving over each other.

同じ音は 腱がお互いに動くだけでも鳴ります

Pretty common in the ankle,

よくあるのは足首で

so any of my fellow foot-wigglers out there

足先を揺すってしまう人は

may suddenly find themselves curious about the tribology of tendons.

腱とトライボロジーの不思議な関係に 急に気づくかもしれませんね

But how does one become a tribologist like me?

ではどうしたら 私のような トライボロジストになれるでしょう？

It starts when you're a kid, of course.

その始まりは皆さんが子供のころですね

I was a ballerina growing up.

私は小さいころ バレリーナで

I reached the level where I was dancing on my toes,

つま先立ちで踊るレベルまで行きました

or "en pointe."

「ポワント」とも言います

Now, when you're dancing en pointe, you're wearing those amazing shoes,

ポワントで踊るときは こんな凄いシューズを履きます

but they can be slippery on the stage.

でも 床では滑りやすいのです

The last thing you want to do when you're trying to dance on your toes

最悪なのは つま先立ちで踊っているときに

is to slip and fall.

滑って転ぶことです

So we had boxes of stuff called rosin.

そのため 松ヤニの入った箱があって

We would step into the rosin, put a light coating on our shoes.

そこに足を入れて シューズを薄くコーティングしました

Rosin comes from tree sap

松ヤニは樹液が原料で

and, in its powdered form, makes things less slippery.

滑り止めに使う粉です

You learned real fast as a dancer

バレリーナがすぐ学ぶのは

how much was the right amount to put on your shoes,

シューズにつける松ヤニの 適切な量です

because if you didn't put enough on, you were probably going to slip

少なすぎると 滑って転ぶからです

due to the low friction between your shoe and the stage.

これは床との摩擦が 小さいことが原因です

Best case scenario,

運が良ければ

you're the clumsy ballerina on stage,

かっこ悪いバレリーナ で済みますが

but the worst case scenario would be an injury.

最悪の場合 けがをしてしまいます

Already, I was optimizing and manipulating friction.

このころすでに 私は摩擦を活かし 上手に操っていました

You see, I was destined to be a tribologist.

私って トライボロジストになる 運命だったんですね

(Laughter)

（笑）

But you were also a junior tribologist.

でも皆さんも 子供のころ トライボロジストだったんですよ

When you used crayons or colored pencils,

クレヨンや色鉛筆を使うとき

you knew that the harder you pressed, the darker the color.

強く描くと 色も濃くなると 知っていましたよね

You also knew this meant you were going to have to sharpen

そして 濃く描くと 何度も削る必要があったことも

that crayon or colored pencil more frequently,

知っていたはずです

because it was wearing down faster.

より早く摩耗するからです

Now let's talk about those enticing shiny waxed floors

これはどうでしょう？ ワックスで魅力的に光る床を見たら

that you just had to slide across.

滑らずにはいられません

You knew if you put on a pair of socks,

もし靴下を履いていれば

you were going to get a really good slide across that floor.

とてもうまく滑れますよね

Good luck trying to do that barefoot.

裸足では絶対無理です

Master manipulators of friction.

皆さんは 摩擦を完璧に操っていたのです

All kids are tribologists.

子供はみなトライボロジストです

What about us as adults?

大人はどうでしょう？

At some point today, you brushed your teeth.

今日 皆さん歯を磨きました

I hope.

よね？

(Laughter)

（笑）

This is tribology in action.

これもトライボロジーの出番です

The toothpaste and toothbrush are working to remove or wear

歯磨き剤と歯ブラシで 取り除かれ 摩耗するのは

the plaque from your teeth.

歯垢です

For the record, my dad is a dentist.

実は 私の父は歯医者です

Never thought my career was going to circle back to the family business.

自分のキャリアが家業につながるとは 思いもしませんでした

But one day, we found ourselves speaking the same language

私たちが同じことをしていると 気付いたのは

when I was tasked with developing a test to investigate plaque removal.

歯垢を取り除くテストの開発を 依頼されたときです

Sounded simple enough,

単純だと思っていたことが

until I started to look at it as a tribologist,

トライボロジストとして考えてみると

and then it became incredibly complex.

とても複雑なことだとわかりました

You have hard materials -- those would be your teeth --

口の中には硬い物質である歯と

soft materials like your gums, the toothpaste, the toothbrush.

歯茎や歯磨き剤 歯ブラシのような やわらかい物質があります

There's lubrication -- the form of saliva and water --

潤滑の役割をするのは 唾液と水で

the dynamics of the person doing the brushing and more.

さらに歯を磨くといった動きが加わります

I promise if we put diamonds in your toothpaste,

もしダイヤモンドを歯磨き粉に入れたら

you're going to remove that plaque.

確実に歯垢は無くなりますが

Probably going to remove your teeth as well.

歯も無くなってしまうでしょう

So there's a fine balance to be had between wearing the plaque away

つまり 適切なバランスで 歯垢を削り取りつつ

and not damaging your teeth and gums.

歯や歯茎の損傷を避けるのです

We're brushing our teeth because we ate.

歯を磨くのは食事をするからですね

Eating is another routine thing we all do.

食事も誰もが毎日することです

Seems simple enough.

単純なことに見えますが

But it's another field of tribology,

トライボロジーの１分野としては

and it's not so simple.

単純ではありません

You have the food, which will break and wear while you're eating,

口の中で 食べ物は 粉々になり摩耗していきます

and that food is interacting with your teeth, your tongue,

同時に 食べ物は歯や舌 唾液やのどとも

your saliva, your throat.

関わり合います

And all of those interactions are going to influence your experience of eating.

そのような口の中の相互作用は全て 食べる経験に影響を与えます

I think you can all recall a moment where you tried something new

食べたことがない物を食べたときを 思い出してください

and you just found yourself going,

こんな風に思いませんか？

"Well, it tastes alright.

「味は普通だけど

I really don't like that texture."

食感は最悪だな」

Tribologists are looking at lubricity, the coefficient of friction,

トライボロジストにとって 潤滑性を表す摩擦係数は

as ways to connect mouth feel and texture to what you're experiencing,

口の中の食感と食事の経験を つなげる役割を担っています

so that if we're changing the formulations of what we're eating and drinking

例えば 食べ物や飲み物の調合ー

so the sugar content or fat content are different,

つまり糖や脂肪の含量を変えると

how does that change mouth feel?

食感はどう変わるか

How do we quantify that?

その食感をどう測れるか

This is what tribologists are looking to solve.

これがトライボロジストの関心です

And while my colleagues were in one corner of this lab

私の同僚は研究ラボの一角で

looking at the fat content of yogurt,

ヨーグルトの脂肪分を研究し

I was in another corner

私はもう一角で

studying dog food.

ドッグフードを研究しています

That lab smelled really good, by the way, let me tell you.

ちなみに そのラボは とてもいい匂いがします

We all brush our teeth on a regular basis.

私たちは毎日歯を磨きますが

How many of us brush our pets' teeth?

ペットの歯は磨きますか？

Animals as adults commonly get periodontal disease,

成長した動物が歯周病になることは 少なくありません

so we really should be brushing their teeth,

ですから ペットの歯は磨くべきです

and more pet owners are starting to do this.

実際にそういう飼い主は増えています

I know my best friend is really great at brushing her cat's teeth, somehow.

私の親友はとても上手に 飼い猫の歯を磨くんです

Good luck trying to do that with my cat.

私の猫には絶対無理です

So what pet food suppliers are trying to do

そんなわけで ペットフードの会社が試みているのは

is incorporate plaque removal in things like treats.

おやつなどでの歯垢除去です

If you have a dog,

犬を飼っている人なら

you may have observed that you give a dog a treat,

おやつをあげたときに それがたった１口で

and it magically seems to disappear after just one bite.

魔法のように消えてしまうのを 見たことがあるでしょう

So the added challenge here is:

つまりここで難しいのは

How do you remove plaque when you have one bite?

１回噛むだけでどう歯垢を取り除くかです

I developed a benchtop test to study this problem,

私はこの問題を研究するための 試験装置を開発しました

and to do so, I had to mimic the oral system of dogs:

そのために犬の口の中の 歯や歯垢 唾液などを

their teeth, plaque, saliva.

再現する必要がありました

And I used friction and wear measurements

そこで摩擦と摩耗の測定をして

to study the effectiveness of that treat on removing plaque.

歯垢除去について おやつの効果を研究しました

If you're sitting there right now thinking about the last time

最近 飼い犬の歯磨きをしなかった日なんて あったっけと

you didn't brush your dog's teeth, you're very welcome.

お考えの皆さん お待たせしました

But what's the big deal with tribology?

さて トライボロジーのすごさは 何でしょう？

Let me give you one more example.

もう１つ 例を挙げますね

No matter where you are right now, you got to this location somehow.

皆さんは何らかの方法で この会場まで来たはずです

Maybe you walked or rode your bike,

徒歩や自転車かもしれませんが

but for most people in this room, you probably came in a car.

ここには車で来た人が多いと思います

Just think about all the tribological systems in a car.

車関連のトライボロジーを 考えてみましょう

You have your personal interactions with the car,

人と車の相互作用や

the car's interactions with the road

車と路面の相互作用のほか

and everything under the hood and in the drivetrain.

エンジンルーム全般や 駆動系内部とも関わっています

Some routine maintenance is directly connected to tribology.

定期点検にも 直接トライボロジーに 関連するものがあります

You know how many miles your tires are recommended for using

走行距離がどれくらいで タイヤの交換が必要か

before you replace them.

ご存じだと思いますし

You regularly check the treads on those tires.

タイヤの溝の状態を 定期的に確認して

You're actively monitoring the wear of your tires.

摩耗を ご自分で点検しているんです

Tribology is the study of wear and friction,

トライボロジーは 摩耗と摩擦の科学であり

and with tires, friction can be the difference between a safe arrival

無事に到着できるものも タイヤの摩擦によっては

and a car accident.

事故になりかねません

This is because the friction between your tires and the road

なぜなら タイヤと路面の摩擦が

will influence your acceleration, your deceleration

影響を与えるのは 加速や減速だけでなく

and your stopping distance.

停止距離もだからです

As a driver, you instinctively already know how important friction is,

運転をする人は 摩擦の重要性を 直感的に理解しています

because you know that when the roads are wet,

なぜなら路面が濡れているときは

they're more dangerous because they're slippery.

滑りやすく 普段より危険と わかっているからです

This is because the water is reducing the friction

これは 水のせいで タイヤと路面の摩擦が

between your tires and the road.

低減するためです

You may recall that friction is the force that opposes motion,

摩擦は物体の運動を妨げる力でしたね

so water reducing that force means it's now easier for you to move,

つまり水がその力を弱めると 物体が動きやすくなるので

hence it's more slippery when the roads are wet.

路面が濡れていると 滑りやすいのです

Something else to consider

もう一つ考えるべきことは

is that overcoming friction takes energy,

摩擦に対抗するためにエネルギーが 必要なので

so you're losing energy to friction.

エネルギーが失われることです

This is one way your tires can influence your fuel efficiency.

タイヤが燃費に影響する 原因の一つです

And, in fact, did you know that about one-third of the fuel

実際のところ 燃料の約３分の１は

that you put into your internal combustion engine vehicle

エンジン駆動の車が 摩擦に対抗することに

will be spent overcoming friction?

使われるとご存知ですか？

One-third.

３分の１です

Tribology research has helped us reduce friction

トライボロジーの研究は 摩擦を軽減してきました

and therefore increase fuel efficiency and reduce emissions.

その結果 燃費が良くなり 排出ガスも減ります

Holmberg and Erdemir have actually done some great studies

ホルムバリとエルデミシュによって 素晴らしい研究が複数行われ

showing the impact tribology research can have

明らかになったのは トライボロジーの研究が

on reducing our energy consumption.

省エネ化に貢献していることです

And they found that, looking over the span of 20 years,

彼らの研究によれば 20年間に渡り

we had the opportunity to reduce

削減できる可能性があった

the energy consumption of passenger vehicles

乗用車のエネルギー消費量は

up to 60 percent.

最大60％でした

When you think about all the cars in the world,

世界中の全ての車で考えれば

that's a lot of energy we can save.

多量のエネルギーを節約できます

It's part of the nearly nine percent of our current global energy consumption

それは現在世界で消費される エネルギーの約９％にあたり

that the authors identified tribology can help us save.

この削減にはトライボロジーも 貢献できると指摘しています

That's a significant amount of energy.

膨大な量のエネルギーと言えます

So when you look at the numbers, tribology can do some amazing things.

このような数値を考えると トライボロジーの重要さがわかります

My colleagues have identified up to 20 quads of energy

私の同僚は 最大20クアッドのエネルギーを

we can save across the US alone.

アメリカだけで 節約できると算出しました

To put this in perspective:

言い換えますと

one quad of energy is roughly equivalent to 180 million barrels of oil,

１クアッドのエネルギーは 約１億８千万バレルの石油に相当するので

and tribology can help us save 20 times that.

その20倍の石油を節約できるのです

This is through new materials, new lubricants,

新しい素材や潤滑剤 新しい部品設計が 省エネに寄与し

novel component design,

新しい素材や潤滑剤 新しい部品設計が 省エネに寄与し

doing things like making wind turbines more efficient and reliable.

例えば風力発電の効率と信頼性を 高めています

This happened just by putting 31 people in a room

この考えは ただ31人の研究者が一同に会して

who viewed the world through a tribology lens.

トライボロジーのレンズで 世界を見た結果です

Imagine the opportunities that will reveal themselves

つまり 至る所にあるトライボロジーを

as more of us start to see tribology all around.

理解する人が増えれば 可能性は広がります

My favorite projects right now are in aerospace applications.

私が現在 入れ込んでいるのは 航空宇宙分野です

I love reducing wear and friction in these challenging environments.

未知の環境下での摩耗と摩擦軽減に 心を注いでいます

I can make materials and parts

私は素材や部品を作っています

that will reduce the friction in moving components and engines

可動部とエンジンの摩擦を 低減し

so that they have less force opposing their motion.

ひいては 運動に抵抗する力を 軽減するのです

Less force to move means they require less power,

これはつまり動力が少なくてよい ということなので

so you can use a smaller actuator,

駆動装置は小さくて済み

which would weigh less,

軽いものになり

which saves fuel.

燃料が節約できます

I can also help make parts that last longer through lower wear.

私は摩耗の耐久性が高い部品も 作っていますが

This will reduce material waste

これで廃棄物が減る見込みです

and also means we're manufacturing the parts less frequently,

しかも 部品の製造頻度も減らすことになり

so we're saving energy in manufacturing.

製造にかかるエネルギーを節約できます

I encourage you to start seeing tribology in the world around you

まずは身の回りのトライボロジーを 探してみてください

and to think about how you would improve those interacting surfaces you experience.

そしてどうしたらその表面の働きが 良くなるか 考えてみましょう

Even the smallest improvements

塵も積もれば山となります

really add up.

Tribology may be a funny-sounding word,

トライボロジーは 聞き慣れない言葉でしょう

but it has a huge impact on our world.

しかし 世界に大きな影響を もたらすものなのです

Thank you.

ありがとうございました

(Applause)

（拍手）