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しらいしさん
近所の大学生
ハニカム構造の原理や効果について教えてくれる
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りくくん
小学6年生の男の子
ハニカム構造について気になっている

本コンテンツは小学4年生の学習範囲である”平面図形の面積”の内容を含んでいます。そのため、小学4年生以上を推奨学年としております。

りくくん、なにを読んでるの?
生き物図かんだよ!ところで、このハチの巣ってどうして同じ六角形の部屋がたくさんあるの?


写真1 ハチの巣に六角形がたくさんあるのはなぜ?
写真: Photo AC

それらはハチの幼虫が育つ部屋だね! じゃあ、なぜハチの巣が六角形をしているのか、そのヒミツを教えてあげよう!
ありがとう!! そういえば、学校のサッカーゴールのネットも正六角形だったけど何か意味があるのかな?


ゴールネットは正方形のものも多いけど、最近は正六角形のものがあるね。 なぜゴールネットは正方形や正六角形などの 1 種類の形なんだと思う?

写真2 ゴールネットは六角形?
写真: Photo AC
ちがう図形だと並べるのが大変そうだよね。


じつは、平らに隙間なく並べられる図形は、 正三角形、 正方形、 正六角形だけなんだよ。
え!そうなんだ! でも、なんで最近のサッカーゴールに使われているのは、 正六角形なんだろう?


それはね、 正六角形が一番「バランスのとれた形」だからなんだ!
バランス?


じゃあ、ハチの気持ちになって巣を作る時のことを考えてみよう!
僕がハチだったら、少ない材料でなるべく丈夫に作れる家がいいな! 六角形で部屋の広さは大丈夫なのかな?


そうだね!しかも、ハチの巣は宙に浮いていたりするから軽いとうれしいね。 ハチは自分の出す蜜蝋という材料で巣をつくるから、より少ない材料で、丈夫な家が作る必要があるよ。
なんで六角形が一番いいんだろう...?


六角形の穴は幼虫の部屋になるから、広いほうがいいね。
同じ材料で正三角形、 正四角形、 正六角形を作ると、 正六角形が一番大きな面積を作ることができるんだ!
同じ長さの紙を使って、 正三角形、 正四角形、 正六角形を作ってみよう。
すごい!正六角形は同じ材料で、より大きな部屋を作れるんだ!


次に、丈夫さについて比べてみよう。
何か紙を用意してみて! 用意したら、まずはそのまま立ててみよう。立てるだけでも大変だから、その上に何か乗せるのはもっと大変だよね?
紙なんだから当たり前じゃない?


じゃあ、紙を 2 つに折って、その上に鉛筆を乗せてごらん?
できた!でも不安定だね。


じゃあ次は 3つに折って紙の端をテープで留めたらどうかな?
鉛筆を増やしても大丈夫なんじゃない?
ほんとだ!つまり、図形の辺の数が増えると丈夫になるっていうこと?


図1 辺が増えると丈夫になる
イラスト:Co-MoreBiomimetics作製

その通り!鉛筆をささえる辺の数が増えて、よりたくさんのものを乗せられるようになるんだ!
これで、隙間なく敷き詰められる図形の中で、正六角形がより大きく、更に丈夫に作れることがわかったかな?
ハチの巣にはすごい秘密が隠されていたんだね!


実はわたしたち人間も、この六角形を利用しているんだ!
いくつか例を見てみよう!
前に紹介したゴールネットは、正六角形にすることで網目が大きくなって、ゴール裏からボールが見えやすくなったんだ。更に、正六角形がボールの衝撃を吸収して、ゴールがよりダイナミックに見える効果もあるそうだよ!
六角形のおかげでシュートもよりかっこよく見えるんだね!もっと六角形のこと知りたいな!!


まず、六角形を利用した構造のことをハニカム構造っていうんだ。ハニカム構造は英語で「Honeycomb」「ハチの巣」って意味なんだ。
そして、ハニカム構造を両側から板で挟んだものをハニカムサンドイッチ構造っていうんだ。

図2 ハニカムサンドイッチ構造
イラスト:Co-MoreBiomimetics作製

ハニカム構造はその軽さや丈夫さの特徴から、飛行機の翼やなんと宇宙ロケットにも組み込まれているんだ!しかも、その素材は紙だったこともあるんだよ!

図3 飛行機に使われるハニカム構造
イラスト:Photo ACに一部加筆

図4 ロケットの先端
出典:JAXA 宇宙輸送技術部門, 「ロケットの基礎知識」, JAXA 宇宙輸送技術部門 HP
空を飛ぶために、ハニカム構造が役立つんだね!


これでハチの巣のすごさがわかったかな?
生物の優れた特長を応用した研究はたくさんあるんだ。
うん!今度自分で作ってみるね!

参考文献
https://hobea.or.jp/gallery/j-walk/no-185/, (2023/08/31)
設備 NEWS & TIPS,
https://seft.jp/kb/products/product-genre-soccergoalnet/, (2023/08/31)
https://www.nli-research.co.jp/report/detail/id=68292?site=nli, (2023/08/31)
https://site.ngk.co.jp/lab/no143/, (2023/08/31)
https://kasyu-kogyo.com/2019/04/27/honeycomb/, (2023/08/31)
https://www.rocket.jaxa.jp/column/knowledge/fairing.html, (2023/08/31)
https://www.showa-aircraft.co.jp/business/products/combine/