アリの秘密

アリの秘密—アリはどうやって滑らかな壁を登っている？―—アリはどうやって滑らかな壁を登っている？—

アリの秘密 —アリはどうやって滑らかな壁を登っている？—
大阪教育大学附属高等学校天王寺校舎 ブランデル 葉奈
指導教諭 森中 敏行
大阪教育大学附属高等学校天王寺校舎（大阪府） ブランデル 葉奈
指導教諭 森中 敏行
日本学生科学賞
大阪教育大学附属高等学校天王寺校舎 ブランデル 葉奈
指導教諭 森中 敏行●どんな研究なの？
●どんな研究なの？
アアリが窓ガラスを登っているところを見て、どのようにして登っているのか不思議に思いました。そこで、文献調査をリが窓ガラスを登っているところを見て、どのようにして登っているのか不思議に思いました。そこで、●どんな研究なの？
基に立てたファンデルワールス力説、爪や毛をひっかけている説、粘着説、吸盤説の 4 つの仮説を検証し、アリが文献調査を基に立てたファ
ンデルワールス力説、爪や毛をひっかけている説、粘着説、吸盤説の4つアリが窓ガラスを登っているところを見て、どのようにして登っているのか不思議に思いました。そこで、文献調査をどのようにして滑らかな壁を登っているのか明らかにしました。の仮説を検証し、アリがどのようにして滑らかな壁を登っているのか明らかにしました。
基に立てたファンデルワールス力説、爪や毛をひっかけている説、粘着説、吸盤説の4 つの仮説を検証し、アリが●研究（実験）の方法●研究（実験）の方法
どのようにして滑らかな壁を登っているのか明らかにしました。
(1)ファンデルワールス力を使用して壁を登るヤモリは、低表面エネルギーのテフロン面を登ることができません。
⑴
ファンデルワールス力を使用して壁を登るヤモリは、低表面エネルギーのテフロン面を登ることができま●研究（実験）の方法
そこで、ファンデルワールス力説の検証のため表面エネルギーの小さいガラス板を垂直に立て、アリを登らせません。そこで、ファンデルワールス力説の検証のため表面エネルギーの小さいガラス板を垂直に立て、(1)ファンデルワールス力を使用して壁を登るヤモリは、低表面エネルギーのテフロン面を登ることができません。
した。
アリを登らせました。
そこで、ファンデルワールス力説の検証のため表面エネルギーの小さいガラス板を垂直に立て、アリを登らせま(2)爪や毛をひっかけている説の検証のため、原子間力顕微鏡、走査電子顕微鏡を用いて、アリの爪や毛とガラス⑵爪した。
や毛をひっかけている説の検証のため、原子間力顕微鏡、走査電子顕微鏡を用いて、アリの爪板の凹凸のスケールを比較しました。
や毛とガラス板の凹凸のスケールを比較しました。
(2)爪や毛をひっかけている説の検証のため、原子間力顕微鏡、走査電子顕微鏡を用いて、アリの爪や毛とガラス(3)ガラスビーズは粘着物質に付着します。そこで、粘着説の検証のためアリの足先にガラスビーズを付着させて壁⑶ガラスビーズは粘着物質に付着します。そこで、粘着説の検証のためアリの足先にガラスビーズを付板の凹凸のスケールを比較しました。
を登らせました。
着させて壁を登らせました。
(3)ガラスビーズは粘着物質に付着します。そこで、粘着説の検証のためアリの足先にガラスビーズを付着させて壁(4)吸盤外の気圧を下げれば吸盤が使用できなくなります。
⑷吸を登らせました。
盤外の気圧を下げれば吸盤が使用できなくなりそこで、吸盤説の検証のためアリにアクリル真空容器内のます。
(4)吸盤外の気圧を下げれば吸盤が使用できなくなります。
壁を登らせ真空引きしました。また、壁の角度は 90°、
そこで、吸盤説の検証のためア
リにアクリル真空容
そこで、吸盤説の検証のためアリにアクリル真空容器内の120°、180°の 3 種類で行いました(図 1)。
器内の壁を登らせ真空引きしました。また、壁の角壁を登らせ真空引きしました。また、壁の角度は90°、
図1
真空引き実験における壁の角度
図 1 真空引き実験における壁の角度
度は90°、120°、180°の3種類で行いました（図1）。
①90°②120°③180°
120°、180°の 3 種類で行いました(図 1)。
①90°②120°③180°●研究（実験）の結果
図 1 真空引き実験における壁の角度●研究（実験）の結果(1)アリは表面エネルギーの小さい壁を、表面エネルギーの大きい壁と同じように登ることができるという結果が得ら①90°②120°③180°⑴ア
リは表面エネルギーの小さい壁を、表面エネルギーの大きい壁と同じように登ることができるという結●研究（実験）の結果れました。
果が得られました。
(1)アリは表面エネルギーの小さい壁を、表面エネルギーの大きい壁と同じように登ることができるという結果が得ら(2)アリの爪は約５µm、毛は約２µm、ガラス表面の凹凸は約 10nm という結果が得られました。
⑵アリの爪は約５µm、毛は約２µm、ガラス表面の凹凸は約 10nmという結果が得られました。
れました。
(3)ガラスビーズを足先に付着させたアリは壁を登ることができないという結果が得られました。
⑶ガラ
スビーズを足先に付着させたアリは壁を登ることができないという結果が得られま(2)アリの爪は約５µm、毛は約２µm、ガラス表面の凹凸は約10nmという結果が得られました。 した。
(4)壁を登っていたアリは真空中で落下するという結果が得られました。また、120°の壁では、⑷(3)ガラスビーズを足先に付着させたアリは壁を登ることができないという結果が得られました。
壁を登っていたアリは真空中で落下するという結果が得られました。また、120°の壁では、90°や90°や 180°よりも高い気圧でアリが落下しました。これは、3 種類の壁での粘着物質にか180°よりも高い気圧でアリが落下しました。これは、3 種類の壁での粘着物質に(4)壁を登っていたアリは真空中で落下するという結果が得られました。また、120°の壁では、かる応力の違いにより、吸盤による吸着力が異なるためであると考えられます。さらに、アリかかる応力の違いにより、吸盤による吸着力が異なるためであると考えられます。
90°や 180°よりも高い気圧でアリが落下しました。これは、3種類の壁での粘着物質にかが落下する瞬間のアリの足における力のつりあいの式を立てて計算すると、粘着力と大気
さらに、アリが落下する瞬間のアリの足における力のつりあいの式を立てて計算
かる応力の違いにより、吸盤による吸着力が異なるためであると考えられます。さらに、アリ圧下での吸盤による吸着力はほぼ同じくらいはたらくことがわかりました。
すると、粘着力と大気圧下での吸盤による吸着力はほぼ同じくらいはたらくことがが落下する瞬間のアリの足における力のつりあいの式を立てて計算すると、粘着力と大気●研究の結論
圧下での吸盤による吸着力はほぼ同じくらいはたらくことがわかりました。
わかりました。
アリは滑らかな壁を登る際、主として吸盤と粘着物質を使用していると判明しました（図 2）。壁●研究の結論●研究の結論の角度の違いは、吸盤による吸着力に影響を及ぼすと考えられます。ファンデルワ
アリは滑らかな壁を登る際、主として吸盤と粘着物質を使用していると判明しました（図2）。壁
アリ
は滑らかな壁を登る際、主として吸盤と粘着物質を使用していると判明しました
図2
ールス力による影響は小さく、爪や毛をガラスなどの滑らかな壁にひっかけることはの角度の違いは、吸盤による吸着力に影響を及ぼすと考えられます。ファンデルワ
（図2）。壁の角度の違いは、吸盤による吸着力に影響を及ぼすと考えられアリの足の吸着概念図
不可能であるとわかりました。
図2
図2
ールス力による影響は小さく、爪や毛をガラスなどの滑らかな壁にひっかけることはます。ファンデルワールス力による影響は小さく、爪や毛をガラスなどの滑ら
アリの足の吸着概念図●研究のアピールポイント／今後について
アリの足の吸着概念図
不可能であるとわかりました。
かな壁にひっかけることは不可能であるとわかりました。
生物が吸盤を使用して壁を登ることを真空引きの実験から証明したのは、この研究が世界初です。今後は、粘着物●研究のアピールポイント／今後について●研究のアピールポイント／今後について質のはがれ方などを全反射顕微鏡を用いた観察で確かめ、この吸着メカニズムを人工的に再現して垂直やオー生物が吸盤を使用して壁を登ることを真空引きの実験から証明したのは、この研究が世界初です。今後は、粘着物生物が吸盤を使用して壁を登ることを真空引きの実験から証明したのは、この研究が世界初です。今バーハングの滑らかな壁を登ることができるナノロボットの製作を目指したいです。
質のはがれ方などを全反射顕微鏡を用いた観察で確かめ、この吸着メカニズムを人工的に再現して垂直やオー後は、粘着物質のはがれ方などを全反射顕微鏡を用いた観察で確かめ、この吸着メカニズムを人工
バーハングの滑らかな壁を登ることができるナノロボットの製作を目指したいです。
的に再現して垂直やオーバーハングの滑らかな壁を登ることができるナノロボットの製作を目指したいです。

青少年のための科学の祭典 2023 全国大会

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