MADMEC の受賞者は、送電線を氷から保護するスプレー式コーティングを開発 |マサチューセッツ工科大学ニュース

氷嵐の中でも送電線を維持するためのスプレー式コーティングは、冬の停電に対する明らかな解決策ではないかもしれません。しかし、これはまさに MIT の学生が持続可能性の課題に取り組むときに起こる一種のイノベーションです。

「電力線ネットワークに対する大きな脅威は、毎年大量の送電線の切断を引き起こす冬の凍結です」と、MIT 材料科学工学部 (DMSE) の大学院生であり、2025 年の MADMEC イノベーション コンテストの優勝チームである MITten のメンバーであるトレバー ボーマン氏は言います。これらの機能停止の修復には炭素集約型の作業が多く、ディーゼル駆動の機器、代替資材、追加のエネルギー使用が必要です。そして、家庭が電気ヒートポンプに切り替えると、長期にわたる停電の危険性が高まります。

この課題に対処するために、チームは水をはじき、アルミニウムの送電線にスプレーできる特殊なポリマー コーティングを開発しました。コーティングにはナノフィラー（人間の髪の毛より数百倍小さい粒子）が含まれており、これが表面に水が玉になって滴るような質感を与えます。

この効果は「超疎水性」として知られている、と航空宇宙学科の大学院生、シャーン・ジャガニ氏は言う。 「そして、これが実際に意味するのは、水は表面に留まらないため、水は核となって氷になる機会がないということです。」

MITten (「ミトン」と発音) は、11 月 10 日に MIT で DMSE が主催したコンテストで優勝賞金 10,000 ドルを獲得しました。このコンテストでは、聴衆のプレゼンテーションとポスター セッションが数か月にわたる設計と実験の締めくくりでした。 2007 年以来、ダウとサンゴバンが資金提供する MADMEC (材料工学コンテストの作成と設計) は、学生たちに現実世界の持続可能性の課題に取り組む機会を与え、各チームはプロジェクトの構築とテストのために 1,000 ドルを受け取りました。審査員は、構想からプロトタイプに至るまでのチームの作業を評価しました。

MADMEC の優勝者は、MassChallenge などの主要なイノベーション コンテストで成功を収めており、個人用冷却リストバンド メーカーの Embr や車両運動制御会社の ClearMotion を含む少なくとも 6 つのスタートアップ企業が、そのルーツをコンテストに遡ります。

冷たいインスピレーション

MITten プロジェクトのアイデアは、冬の停電が頻繁にあったサウスダコタ州で育ったボーマンの経験から生まれました。彼の自宅は天然ガスで暖房されていたが、マイナスゼロの冬季に送電網に依存したヒートポンプで暖めていたら、数日にわたる停電は「本当に大変だった」だろう。

「私は発電と利用のためのこれらすべての新しい技術の開発に焦点を当てた持続可能性の部分が大好きですが、その配電の側面も無視すべきではありません」とボーマン氏は言う。 「それらすべてが相乗的に成長し、そのあらゆる側面に注意を払うことが重要です。」

そして、配電インフラの耐久性を高めるチャンスもある。着氷が深刻なリスクとなっている米国北部では、今後10年間で推定5万マイルの新しい送電線が計画されている。

コーティングをテストするために、チームは雨と凍結条件をシミュレートする氷室を構築し、コーティングされたアルミニウムサンプルとコーティングされていないアルミニウムサンプルを摂氏 -10 度 (華氏 14 度) で比較しました。また、極寒の中での性能を評価するためにサンプルを液体窒素に浸し、暴風雨で揺れるラインなどの現実世界の応力をシミュレートしました。

「私たちは基本的にアルミニウム基板をコーティングしてから曲げ、コーティング自体が非常に長いひずみに耐えられることを実証しました」とジャガニ氏は言います。

チームはシミュレーションを実行し、地域の 20% に影響を与える典型的な障害の場合、修復に約 700 万ドルかかる可能性があると見積もりました。 「しかし、たとえば 1,000 キロメートルのラインを完全にコーティングすれば、実際には材料費だけで 100 万ドルを節約できます」と DMSE の大学院生マシュー・ミカレクは言います。チームは、より先進的な材料でコーティングをさらに改良し、専門の製氷室でテストしたいと考えています。

機械工学科の大学院生であるアンバー・ベレス氏は、コンテストの条件を強調し、予算 1,000 ドル以内で取り組むことを強調しました。

「私たちはかなり正当性を持って非常に良い仕事をしたと感じていますが、先に進むと、もっとプレーできるスペースがたくさんあると思います」と彼女は言います。 「私たちはまだ天井に達していないことは間違いなく、成長し続ける余地はたくさんあると思います。」

堆肥化可能な電極、電子レンジ対応セラミックス

2位の賞金6,000ドルは、心臓モニタリングに使用される電極の生分解性で堆肥化可能な代替品を設計しているエレクトロディリジェント社に贈られた。彼らのプロトタイプは、電気信号を伝えるためにセルロース紙の裏地と、ゼラチン、グリセリン、塩化ナトリウムで作られた導電性ゲルを使用しています。

心電図 (ECG) の結果を比較したところ、チームは電極が 3M Red Dot 標準と同様に機能することを発見しました。 「私たちはこの結果について非常に楽観的です」とDMSE大学院生のイーサン・フライは言う。

この発明は、毎日排出される医療廃棄物3.6トンを削減することを目的としているが、裁判官らは粘着電極は健康と安全上の理由からほぼ常に焼却されており、意図した用途には適合しないと指摘した。

「しかし、チームが進むべき方向性は他にもたくさんあります」とDMSEの上級講師でMADMECのコーディネーターであるマイク・タルカニアン氏は言う。

3 位の賞金 4,000 ドルは Cerawave に贈られました。このチームは主に学部生で構成され、そのメンバーは冗談めかしてチームが「トークンの大学院生」と呼んでおり、普通のキッチンの電子レンジで陶器を作ることに取り組んでいました。従来のセラミック製造には高温の窯が必要ですが、これがエネルギー使用と炭素排出の主要な源となります。 Cerawave は、マイクロ波エネルギーを吸収し、耐久性のある最終製品に融合するのを助けるために、セラミック混合物に炭化ケイ素を追加しました。

「何度か地面に投げましたが、壊れませんでした」とDMSEの3年生、メリル・チャンは言い、聴衆の笑いを誘った。研究チームは現在、レシピと全体的なセラミック製造プロセスを改良し、愛好家、さらには国際宇宙ステーションのような環境にいるユーザーでも「非常に高価な炉を購入することなく」セラミック部品を作成できるようにする予定だ。

学生のイノベーションの力

賞は得られなかったが、コンテストの最も未来的なプロジェクトは ReForm Designs で、高価ですぐに成長してしまう再利用可能な子供用家具を、キノコの根のような成長を促す部分である菌糸体でできたモジュール式ブロックから作ることを目的としている。研究チームは、菌糸体ブロックの製造に成功したことを示しましたが、成長が遅く、湿気や温度に敏感であるため、審査員に見せるための完全な家具がまだ完成していませんでした。

このプロジェクトは依然として、DMSE シニアのデイビッド・ミラー氏に感銘を与え、彼はこのブロックを「非常に興味深い」ものであり、家具を超えて製造、建設、消費者製品に応用できる可能性があると述べています。

「それらは私たちの製品の消費方法に適応しており、私たちの多くは製品を廃棄する前に1、2、3年使用します」とミラー氏は言います。 「完全に生分解可能であらゆる形状に成形できるため、特定の形状を必要とする特定の種類の積層造形のニーズを満たすと同時に、非常に持続可能です。」

このコンテストは成功したスタートアップ企業を輩出してきたが、MADMECの当初の目標、つまり学生たちに自らの手を動かし、自分のアイデアを追求する機会を与えることは、18年経った今でも成功しており、特に研究予算が削減され科学に厳しい目が向けられている今、タルカニアン氏は言う。

「学生たちに、現実的で社会に影響を与えるものを作る機会を与えてくれます」と彼は言います。 「ですから、プロトタイプを作って『これで何百万ドルかX00万ポンドの無駄が節約できる』と言えば、その価値は誰の目にも明らかです。」

出席者のジンソン・キム氏（機械工学博士研究員）もタルカニアン氏のコメントに同調し、革新的な思考のために確保されたスペースを強調した。

「MADMECは、学生が大胆に実験し、アイデアを迅速に検証し、核となる科学原理を社会に実際に影響を与える解決策に変換できる稀有な環境を作り出しています。社会を前進させるために、私たちはテクノロジーと基礎科学の限界を押し広げ続けなければなりません。」と彼は言います。