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自然から学ぶアイデアの源泉 ネイチャーテック


心臓の構造

Illustration by Patrick J. Lynch

人間の心臓は多機能なポンプ

ヒントとなる自然:動物(人間の心臓)

<写真>心臓の構造
Creative Commons

何がすごいの?

心臓は私たちが寝ている間も、休むことなく動いています。それは血液を体中に送るためです。血液は私達の体に必要なものを運んだり、不要となったものを回収したりするために、体中をまわっています。私たちが元気に生活するためには、血液がうまく流れることがとても大切です。心臓は、いつも同じ力で血液を体に送り出すためのポンプなのです。

ヒトの心臓は4つの部屋に分かれています。それぞれ、右心房(右上)、右心室(右下)、左心房(左上)、左心室(左下)という名前が付いています。ちなみに、魚の心臓はヒトの半分、心室・心房それぞれ一つずつでできています。体からの血液が心臓に流れてくると、まず右心室に入り、それから右心房を通り、肺動脈という血管を使って肺に流れます。肺から出てきた血液は肺静脈という血管を通って心臓に戻ってきて、左心室、左心房と流れ、また体全体に流れていきます。血液を送り出す心室の間の壁は厚く、血液を受け取る心房の間にある壁の壁は薄くできています。

血液の流れは、心室の出入口にある「弁」により調節されています。弁とは一方通行の扉のようなものです。心房に血液が集まってくると弁を押す力が強くなり、弁が開いて心室に血液が流れます。弁は心室の方から開かないようになっており、血液が逆流することはありません。この弁のおかげで、血液はいつも同じ方向に流れることができます。聴診器をあてた時にドキドキ聞こえるのは、心臓が血液を送り出す時に弁が閉じる音です。

また、走ると心臓は普段よりドキドキします。それは運動をすることで血液の流れる量が増え、その分だけ心臓も激しく動いて血圧が上がるからです。心臓はその状況によって動きを変化させ、どんな時でも血液がうまく流れるようにコントロールできる、すごいポンプなのです。

どうやって役立てるの?

心臓を真似すると、逆流を防ぎ圧力も調節できる強力なポンプができます。例えば、水処理施設や水道管では、水が逆流するときれいな水と汚い水が混ざってしまって大変です。そこに心臓ポンプをつければ水の逆流がなく安心して水を送ることができます。

台風でたくさん雨が降り、水の量が多くなったりした時にも、水を流す力が自動的に調節されて、道路が水浸しになることを防ぐことができるかもしれません。

どんな研究をしているの?

今まで心臓の研究に関しては、その構造、働き、心臓に関わる疾患について詳しく調べられています。患者さんの心臓のポンプ機能を補うための人工心臓の研究は盛んで、臨床にも応用されています。

どんな技術開発ができる?

心臓のように、状況によって動きを変えることができるポンプは、工場などいつも同じように機械を動かさなければならないところに必要です。何かトラブルがあって機械の温度や圧力などが大きく変わってしまうと、物が流れる管や他の機械にまでいつも以上の力がかかってしまうことがあります。

しかし、心臓ポンプなら、急な変化に反応して動きを変え、トラブルを最小限におさえることができるでしょう。心臓ポンプはより安心して機械を使うための技術開発に役立つのです。

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