SF 近未来 スーツ 素材
SF、近未来、バトルなどで着る、密着型ボディスーツの素材や機能を中心に紹介しています。
SF用ですので解説にはリアリティとフィクション、実在する素材や技術に基づく現実的なものと応用したSF的なものがあります。
◆素材、作り、機能と性能
スーツや装甲を作るために、どのような材料や技術があるかは作品の世界によって違う。
特殊で貴重な素材や難しい技術が必要なスーツは希少で高価になることがある。
◆マテリアル、マルチマテリアル
材料、素材のこと。
マルチマテリアルは複数組み合わせた材料、素材。
■主な素材の種類
一つの素材が、繊維 (ファイバー)、シート、液体、糸など複数の材料になったり、耐久性や耐熱性など複数の機能を持っていることがある。化学素材には万能性があるものが多い。
●有機物素材
炭素を含んだもの。燃やすと炭になるもの。
動物性繊維、植物性繊維などの自然素材。
有機物素材は変化や劣化が激しい、早いなどと比較的、脆い描写をされることがある。
●無機物素材
炭素を含まない。燃やすと炭にならない。
液体、石や金属などの自然素材、化学繊維などの人工素材。
無機物素材は変化や劣化しない、穏やか、遅いなどと比較的頑丈な描写をされることがある。
●自然素材、自然繊維
植物繊維や動物の革は環境の変化に弱いので、過酷で特殊な環境には向かない。
加工したり他の特殊素材と合わせて使われる。
●特殊な自然素材
他の惑星にいる生物や植物などから採れる素材。
その惑星や環境に適応した服などが作れる。
地球の物質とは構成が違ったりと、謎の素材なこともある。
●化学素材 (ケミカル素材)、化学繊維、合成繊維、合成皮革
先進的な材料を用いた高機能性素材。科学的に作られた素材。自然素材より丈夫で特殊な環境や状況に適応するよう作られている。布、革、樹脂、マイクロファイバー、フィラメント、アルミ、ゴム、ポリマー、ゲルなど色々ある。
●ジェル、液体、スプレー
液体状の素材。体温調節のための冷却ジェル、耐火用ジェル、衝撃を受けると硬化する特殊ジェル、生地表面を傷や汚れ、砂埃や水、劣化などから保護するコーティング剤など。
◆主なコーティング材
■蒸着
金属や酸化物などの材料を加熱して蒸発させ、生地などに付着させて薄い膜でコーティングする。
宇宙服の内部にアルミ蒸着マイラーというフィルムを何層も重ねた断熱材 (多層断熱材：MLI)、宇宙飛行士の船外活動 (EVA)用ヘルメットのバイザーに純金 (ゴールド)の極薄膜をコーティングして、視界を確保しつつ有害な放射線や熱線をカットし目を強烈な太陽光や紫外線や赤外線から守るゴールドコーティングなど。
■スパッタリング (スパッタ)、グラデーション染色
真空＋ガスのイオンを衝突させて弾き飛ばした粒子をスーツやプレートに付着させた薄い膜でコーティングする。
生地の柔軟性などを維持したまま、色々な材料を使い様々な機能のコーティングができる。
主な機能
・金属粉のスパッタリング→アルミニウム、チタン、セラミック、グラフェンなどの微粒子を吹き付けて薄膜 (フィルム状の層)を作ることで柔らかさを保ちつつ、表面にハードアーマー並みの保護膜になる。
・熱の遮断と反射 (対輻射熱・耐熱)→宇宙空間での太陽光の直撃や大気圏突入時の高温に対し、金属粉の鏡面効果で熱線を反射させる。
・耐摩耗、物理保護→爆風破片などの細かい飛来物や微細な宇宙ゴミ (スペースデブリ)や、大気圏の空気抵抗による摩擦により生地が破れたり焼き切れたりするのを防ぐ。
・宇宙放射線の減衰→金や鉛など重金属粒子をスーツやプレートにスパッタリングしておくことで、体をむしばむ宇宙線を和らげる効果を持たせる。
・グラデーション染色の目的→塗料でベタ塗りしてしまうと、生地の柔軟性が失われてゴワゴワになったり、関節が動かしにくくなってしまう。グラデーションのように塗料の厚みや密度を滑らかに変化させることでスーツや装甲の機能を維持する。
・熱の逃げ道を作るグラデーション放熱→最も熱を受けやすい部位は高密度の厚い金属コーティングを施し、関節や脇の下などの動く部分は薄くグラデーションでぼかすことで、防護機能と関節の可動域、内部熱の放熱を両立させる。
・熱歪みの緩和→宇宙空間や大気圏突入時、スーツの表面温度は「日向、超高温」と「日陰、超低温」で劇的な差が生まれる。塗装の厚みをグラデーションで段階的に変化させることで、熱膨張の差による生地の引きつれや破れを防ぐ。
スパッタリングやグラデーション塗装だけでは完全ではないので、断熱性や耐摩耗性など同じ機能の素材でできたスーツや装甲の補助や強化材として使用する。
・宇宙や暗所での光学ステルス、視覚的カモフラージュ→宇宙空間は漆黒の闇と星や太陽の強い光が混ざり合い、物体の黒い影が目立つ。スーツ着用者のシルエット (輪郭)をハッキリ見せないように、スーツを黒一色のような単色ではなくグラデーション塗装にしてシルエットをぼかすことで、敵の肉眼や光学カメラから距離感やスーツの形を捉えにくくさせる。
●液体金属、リキッドメタル
液体状の金属素材。繊維に練り込み導電性 (電気を通す)を生地に持たせる、生地をコーティングしてスーツに金属のような質感をだすなど。
液体金属そのもので体を包みスーツにするには、最適な金属がない、液体金属をスーツの形状に保つための最適な方法がない (磁気で体に貼り付ける場合、磁気発生装置などの膨大な電力エネルギーが必要、他の強力な磁気で形状が崩れたり脱げてしまう)、液体金属自体が重すぎて通気性もないなど様々な問題があり現代の金属や技術では難しい。他惑星の未知の金属なら可能かもしれない。
●シート、フィルム、ラミネート
化学素材で極薄なことが多い。導電性、耐摩性、耐熱性、防水性、傷汚れ防止、引張強度 (引っ張る力に強い、柔軟性＋強靭)などに優れている。
●多孔、通気孔素材
微細な穴があいている素材。通気性、ろ過性 (有害物質などは弾き空気だけを通す)などがある。
中が空洞の糸、温度変化に反応して開閉する微細な通気孔がある繊維など。
●粒子、カプセル、ナノマシン、ナノコンポジット
ナノレベルの極小の素材。導電性、流動性、磁気性などがある。
ナノマシンは極小の電子機械や物質。
ナノコンポジットは微細な素材を他の素材と混ぜた多機能な複合素材。
●防御素材
生地の摩擦による擦り減り、打撃や斬撃、至近距離での爆風破片に対して強い耐性を持つ、柔軟な防弾防刃素材。
◆頑丈な素材の主な種類
■超合金、スーパーアロイ
極めて高い温度や過酷な環境下でも強度を保ち、耐熱性、耐食性 (さびにくさ)、酸化防止性に優れた高機能金属材料の総称。
装甲そのものの強度と耐性の他に、関節パーツや駆動部周辺に用いて、高負荷・摩擦環境下での焼付きを防止するなど。
SFでは謎の超合金もあり、超合金繊維の頑丈なスーツができたりもする。
■超高分子量ポリエチレン (UHMWPE)
鉄の約8～10倍の強度を持ち水に浮くほど軽量な素材。
引張り強度 (引っ張る力への耐性、柔軟性＋強靭)や耐摩耗性に極めて優れ、衝撃や打撃、飛来物、爆風破片などを面全体で分散、吸収する。
耐薬品性、絶縁性もあるが熱に弱い。
■アラミド繊維
ポリマーの一種。耐熱性と耐切創性 (斬撃への強さ)を持つ黄色の繊維素材。
ナイフなどの斬撃や刺突に対して圧倒的な防御力をもつ。高熱や爆風の熱波にも強い。
曲げ伸ばす力に弱く劣化が早いので、スーツ生地の関節部分などは別素材にするか複合素材にするなど対策が必要かもしれない。
■架橋密度を変える
素材の仕組み。高分子ポリマー、樹脂、ゴム素材などの架橋密度、分子同士の網目状の繋がりの密度を変えることで強度を出したり柔軟性を出したりする。
高密度 (網目が密になる)になると素材が硬くなる。低密度 (網目が大きくなる)になると柔軟性がでる。
・架橋剤→架橋密度を変えて硬さをだす化学物質。
■可変剛性素材
外部からの刺激で柔らかくなったり硬くなったり変化する素材。
■硬化剤
素材を硬くする材料。ナノレベルの物質や薬剤など色々ある。
●柔軟性素材、フレキシブル素材
スーツにするなら、どんな素材でも柔軟性が必要なため、柔軟性をだす加工材を使用したり、硬い素材と柔らかい素材を混ぜたり、生地の織り方を工夫したりする。
◆柔軟性を出す主な方法
■コア・スパン糸 (Core-Spun Yarn)構造
複合素材。中心 (コア)は高強度の超高分子量ポリエチレン (UHMWPE)や超細線化した形状記憶合金 (SMA)などの強靭な素材にし、その周囲を伸縮性のある繊維で包む芯鞘 (しんさや)構造。見た目や手触りも柔らかく丈夫さがある。
■微細スリットカット
加工の一種。レーザーで微細なスリット (切れ込み)を入れておくことで、硬質素材であってもスムーズに曲げ伸ばしができ、通気性や放熱性もある。
■オーゼティック構造 (Negative Poisson's Ratio)
生地の織り方の一種。
引っ張ると横にも広がる特殊な幾何学構造になっており、身体の曲げ伸ばし、ねじり動作で突っ張らない。
■蛇腹構造、ベローズ構造
生地の織り方の一種。
山折り谷折りを繰り返した構造になっており、肘、膝、腰などの可動域に配置すればアコーディオンのように伸縮してスムーズに動く。
■スケイル構造、鱗状・甲冑構造
生地の作り方の一種。小さな硬質プレート（BNNTや金属ガラスなど）を、鱗や甲冑 (札甲)のように少しずつ柔軟性のある生地に配置する。
衝撃は強固に防御しつつ、ある程度の動きやすさがある。
■軟化剤、可塑剤
素材を柔らかくする材料。
可塑剤は高分子ポリマー、樹脂、ゴム素材に柔軟性をだす。
●生体維持、体温調節、サーモレギュレーション、サーモアダプティブ、保温、冷却素材
高温極寒などの環境下で体温を一定に保つ、調節補助、体の変化に対応する素材、生地。
◆体温調節、保温冷却素材の種類
■生体感応型素材、バイオ・レスポンシブ素材、バイオセンサー素材
スーツ装着者の生体情報 (心拍数、体温、発汗、脳波、筋電位など)をリアルタイムで感知し、素材そのものが形状や物性を変化させる環境適応、生命維持素材。
・汗の量や体温の変化を素材が読み取り、微細な毛細血管構造のように張り巡らされた繊維が収縮、拡張。完璧な体温調節を行って常に快適なコンディションを保つ体温、代謝リアルタイム調節機能。
・脳波や微弱な筋電位 (筋肉が動くことで発する電気信号)を素材自体が感知して「こう動きたい」と思った瞬間にスーツの関節モーターや人工筋肉、スーツと接続された機械が駆動する同期 (シンクロ)機能。
・戦闘などで着用者の心拍やアドレナリン分泌が急上昇した瞬間、生体感応繊維が爆発的に収縮し人間の限界を超える筋力をサポート、一瞬で高速機動や強力な打撃を可能にする身体拡張機能。
効果が強力な場合、プレッシャーや緊張など着用者の恐怖や緊張にも反応するため、心拍が落ち着かないとスーツや機械に余計な負荷がかかり体に反動がくる、暴走したりコントロール不能になったりする危険がある。
◆生体感応型素材の種類
●導電性ポリマー
プラスチック繊維でありながら電気を通し、柔軟で軽量、化学的・電気的刺激で性質が変化する。
有機素材のため生体適合性が高く、皮膚や神経の微弱な電気信号を直接拾うことができる、スーツ全体が心電図・筋電図センサー、脈拍、脳波、疲労度、体温、アドレナリン分泌量をリアルタイム計測する生体モニター・神経接続インタフェース、有機バイオセンサー機能。
電圧をかけるとポリマー分子が伸縮・膨張する性質 (電場応答性高分子)を利用した人工筋肉・可動アシスト、スマートアクチュエーター機能など。
●三層無電解メッキテキスタイル
繊維一本一本の表面に化学反応 (無電解メッキ)でニッケルや銅、銀などの超薄膜金属層を形成し、それを導電層、絶縁保護層、高耐久表皮層などの3層構造に積層、紡績した布地。
高い導電性、耐摩耗性、電磁波遮蔽性がある。
高密度の金属メッキ層が外部からのあらゆる電磁波を遮断する電磁波シールド、ハッキング遮蔽 (ファラデーケージ)機能。
生地に張り巡らす配線・電極 (テキスタイルケーブル)のゴワゴワする金属ワイヤーを使わず、断線しにくく洗濯もできる布の配線として生地に縫い込まれるなど。
金属コーティングをしながら布としての柔軟性、軽さや柔らかさ、通気性を損なわない。
優れた電磁波シールド・導電性金属を3層重ねることで効率よく有害な電磁波を遮断し、スーツの電子機器の配線やセンサーを通す基盤としても機能する。
通常の布よりは柔軟性が損なわれたり、汗などの水に弱いので、樹脂コーティングや超臨界流体で繊維内部に浸透させるなど対策をする。
・超臨界流体
物質が臨界点を超えた状態にある流体のこと。
気体と液体の性質を併せ持つ中間的な状態。
界面張力がほぼゼロなので (物質と物質の反発し合う境目がなくなり混ざり合うようになる)、繊維の微細な隙間にもスムーズに浸透できるなど様々な機能を持つ。
■相変態材料 (PCM)
氷のように液体から固まり一定の温度をキープする、電力やバッテリーがいらない自然調整機能。
PCMを数微米～数十微米の耐熱、耐水性樹脂シェルで包み込んでマイクロカプセル化したり、他の合成繊維の原料に混ぜた練り込み繊維 (Fiber Processing)にしたり、生地の裏面、背中、脇など汗をかきやすく熱がこもりやすい部分にPCMマイクロカプセルを含んだ樹脂をコーティング、ドット状にして既存の生地への後付けコーティングプリントなどにする加工素材でもある。
■熱界面材料 (TIM)
発熱するものとそれを冷やすヒートシンク (放熱板)の間にある微細な隙間を埋めて効率よく放熱、熱を移動させる素材。
グリス状 (練り物ペーストのような半固形素材)、シート状、液状メタル (液体金属TIM)などがある。
スーツと肌やスーツに付属する機械装置の熱の排熱、分散補助機能。
■ペルチェ
板状の素材。ペルチェ素子に電流を流すと片面が吸熱して冷え、片面が排熱して熱くなる仕組みを利用した冷却装置。
電力やバッテリー、ファンなどによる排熱装置が必要。
■ゼーベック
ペルチェの一方が冷えて一方が熱くなるという温度差から電流が発生する仕組みを利用した自家発電装置。
ゼーベック機能の例→攻撃による爆発などの熱と冷却されるスーツの温度差から電流が発生→電流を電力にしてスーツの機械機能を起動またはバッテリー充電などする。
●断熱素材
遮熱、耐熱、耐熱ガス、耐火性で熱を遮断し体温を保ったり、火災などでも燃えにくい素材、生地。
◆断熱、耐熱、耐火素材の種類
■エアロゲル
90%が空気でできた軽く極薄の断熱素材。
薄水色をしている。
■アラミド系樹脂
耐熱性と絶縁性、耐摩性や強靭さがある合成繊維素材。
■ポリイミド (PI)
最高レベルの耐熱、絶縁性があり宇宙服の最外層などに使われる超耐熱ポリマー。
400℃～500℃以上の極限環境でも形状と強度を保つ。
■ポリベンズイミダゾール (PBI)
現存する有機繊維の中で最高峰の耐熱性 (融点を持たず、500℃以上の耐熱性)を誇るポリマー。
■耐熱セラミック、カーボンナノチューブ (CNT)、グラフェンナノコート
ポリマー素材などの表面や内部に高伝熱、高耐熱な炭素系ナノ材料カーボンナノチューブや微細耐熱セラミックやグラフェンナノコートを重ねることで、局所的な熱を素早く生地全体に拡散させて冷却する。
グラフェンナノコートは耐久性、耐摩性、撥水性 (水をはじく)を備えたスーツや装甲のコーティング剤にもなり、艶のある表面または艶消しのマットな表面になる。
■焼蝕、アブレーションコーティング、アブレータ
スーツ表面の特殊樹脂などのコーティング (アブレータ)が熱を吸って少しずつ気化または炭化することで、内部へ熱が伝わるのを防ぐ。
一時的、緊急時、極限状態用の非常防護機能。
●耐薬品性素材
耐毒、耐ガス、耐ウィルス、耐腐食、不透過性、ろ過性など有毒物質や空気汚染に強い素材。
有害物質や汚染を感知したらスーツが光るような感知センサーとハザード機能もスーツに装備されていたりする。
有害な空気を弾いたり通さないようにするので、スーツの生地の通気性がなくなり内部に熱がこもり暑くなることが多いので、冷却素材や汗吸収速乾素材などと合わせた生地にするなど対策が必要。
◆耐薬品性素材の種類
●フッ素樹脂
最強クラスの耐薬品性を持つテフロン (PTFE)などを微細な繊維にして織り上げたり、スーツやプレート表面に多層コーティングする。
ほとんどの強酸、強アルカリ、有機溶剤を通さない。
絶縁性もあり静電気による砂埃の付着なども防ぐ。
●グラフェン多層防護膜
炭素の単層シートであるグラフェンを幾重にも積層させた素材。
分子レベルの不透過性で有害物質をシャットアウトし、ごく微量のガスやウイルスがグラフェンの表面に吸着するとグラフェン全体の物性 (電気抵抗や電気伝導度)が劇的に変化するため、それを高感度なシグナルとしてスーツのセンサーが感知し危険を知らせるハザード機能。
●気体選択性透過膜
特定の気体だけを通過させる、ろ過機能。
空気から酸素だけをスーツ内に取り込み、内部の二酸化炭素 (CO_2)や毒素だけを外へ排泄する、膜をはった繊維に生物のエラのような機能を持たせるなど。
●貴金属ナノコーティング
王水という酸以外のほとんどの薬品に侵されない腐食性の金やプラチナやタンタルを、ナノレベルの薄膜にしてスーツや装甲をコーティングする。
金でコーティングするが、ナノレベルに薄くなった金はキンキラな見た目にはならず、落ち着いた深みのある金色になる。
タンタルとプラチナはガンメタルやチタンメタルのような落ち着いた黒系の銀色になる。
◆その他 先進材料、高機能性素材の種類
●スマートマテリアル (知能材料)
外部の刺激 (熱・光・力・電気など)に反応して、性質や形状を変化させる素材。
■自己修復材料、セルフヒーリング・マテリアル
スーツや装甲に傷がつくと内部に仕込まれたマイクロカプセルや高分子の再結合機能によって自動的に傷を埋める。
■形状記憶合金 (SMA)、形状記憶ポリマー (SMP)、伸縮性高分子
可変剛性素材。
変形させても熱を加えることで元の形状に戻る素材。
着用者の体型に合わせて自動フィッティングする密着型スーツ、体の動きに合わせて折り曲げても破損や断線しない電子配線など。
■圧電材料 (ピエゾ材料)
力を加えると電圧が発生し (正圧電効果、微弱な電気を作る)、電圧をかけると変形する (逆圧電効果、電気を受けると伸び縮み振動する)小さい電池のような電力と振動発生装置。
振動、加速度計、超音波検知センサー、スーツにかかる圧力から電気を作り微弱な電力でも動く機能を使う、バッテリーに溜めるなど。
■粒子ジャミング (Particle Jamming)、層ジャミング(Layer Jamming)、繊維ジャミング (Fiber Jamming)、ジャミング転移
ジャミングは詰まり、固着のこと。
ジャミング転移とは粒子が流体から固体に変化すること。
圧縮袋のように真空にすることで硬化する可変剛性素材。
・粒子ジャミング→ゴムやシリコンの袋の中に、ガラスビーズやプラスチックの微粒子などを詰めたもので、普段は粒子同士の隙間がありサラサラと流動して自由に変形するが、 内部の空気を抜いて真空にすると大気圧によって膜が粒子を強烈に押し付け粒子同士がガッチリと噛み合い、お互いに動けなくなり硬い固体に変化する。
・層ジャミングはプラスチックやカーボンなど薄いフィルムやシートを何枚も重ね合わせたもので、シート同士がスルスルと滑るため、普段は布のように自由自在に曲げられるが、真空にしてシート同士を密着させると、摩擦力 (摩擦抵抗)が一気に跳ね上がり、シートがズレなくなり硬い板に変化する。
・繊維ジャミングは細い繊維を束ねたもので、糸のように自在に曲がるが、真空によって繊維同士が絡み合い硬化する。
AIセンサー付き電動ポンプで衝撃を受けると硬化する防御機能、力を入れると硬化する人工筋肉機能、細長い補強材など。
ポンプや袋の損傷や故障で硬化したままになったり、空気が入り柔らかくなったりする危険がある。
■スマート流体 (ノンニュートン流体、非ニュートン流体)、応答性スラリー
普段は柔らかいが衝撃などを加えると硬化する可変剛性素材。
攻撃を受けたり武器を使ったりと衝撃を受ける瞬間や、高G (加速圧)がかかる時、重いものを持つ時だけ電気信号が入り、瞬時に硬くなり筋肉や骨格をサポートする。
スラリーとは液体のなかに複数の小さな固体が入っている素材。
着る液体スーツ (リキッドスーツやリキッドアーマー)になるシールド、バリア、アシスト素材。
◆スマート流体の主な種類
●STF、剪断増粘流体 (Shear Thickening Fluid)、ダイラタンシー、ダイラタント流体、応答性スラリー
ポリエチレングリコールなどの液体に、ナノサイズのシリカ粒子 (ケイ素、自然物質) などを混ぜた素材。
スーツの通常の動きでは柔軟性があるが、強い急激な力 (剪断力)がかかると、粒子同士がガッチリ噛み合って一瞬で硬化する。
物理現象としてオートで勝手に反応するため、場所や状況を選ばずに機能する。
●MR流体、磁気粘性流体、マグネト・レイオロジカル (Magneto-Rheological Fluid)、磁性応答性スラリー
オイルや水の中に微細な鉄粉 (強磁性粒子)を混ぜ合わせた素材。
普段はただの液体だが、磁場 (電磁石コイル、磁力を発生させる装置など)をかけると、中の鉄粉が鎖状に連結してゲル状～粘土状に変化する。
硬度を電子制御できるのが最大の特徴。
スーツにMR流体を仕込んでおき、AIやセンサーが落下や衝撃を検知した瞬間だけ装置をオンにして磁力を発生させて、着地衝撃による損傷を防ぐなど。
磁力の強弱で固さを無段階で微調整できるため、筋肉の代わりの人工筋肉やアクチュエータ (駆動部)としても機能する。
数センチくらいの分厚い生地になる。スーツに重厚感は出る。
●ER流体、電気粘性流体 (Electro-Rheological Fluid）、電場応答性スラリー
絶縁体オイルの中に特殊な微粒子を混ぜたもの。
高電圧 (電気)をかけた瞬間に粒子が分極 (プラスとマイナスに分かれる)して、静電気の力で整列して一瞬で硬化する。
MR流体と違いコイルや電磁石が必要ないため、構造を軽量、薄型化しやすい。
薄い層の生地に適しており、スイッチひとつで柔らかい布が硬い甲冑になるといった表現ができる。
駆動には高電圧（ミリセカンド単位のスパークに近い電気）が必要でエネルギーの消耗が激しい。
●磁性流体 (Ferrofluid)
MR流体と似ているが、粒子がさらに超微細なナノサイズの黒い素材。
カチカチに硬化するというよりは、砂鉄が立ったときのように、磁力線の形に沿って液体そのものがトゲトゲと立ち上がり、自由自在に形を変えて移動する。
防御力というよりは装甲の隙間を埋める、自己修復する役割。関節のスキマや破損した装甲の亀裂にブラックシーム (黒い液体)のように流れ込み、磁力でその場に固定されて密閉度 (気密性、防水性)を保つ。
演出的にヴェノムのような怪しい動きをすることもある。
※プラズマシールドとの違い
ER流体やMR流体のような磁気シールドに混同されそうなものにSFによく出るプラズマシールド (磁気プラズマ界面)がある。プラズマシールドはスーツから少し離れたところに展開される磁気シールドで、大型～小型の発生装置が必要なものであり、ER、MR流体などとは別物である。
水色の球状のものがプラズマシールド。挿絵では腕のガントレットに内蔵された発生装置から展開されている。
スーツの生地に組み込まれているのがER、MR流体などの磁気シールド。攻撃により衝撃を受けるとスーツに波紋ができたりしてから硬化する。
プラズマシールドを突破した攻撃を磁気シールドスーツが防御するという二重装備になる。
■ルミネセンス (ルミネッセンス)、冷光
外部からのエネルギーを吸収して励起 (高エネルギー化)することにより一時的に発光する素材。
電力装置いらずで発光する繊維、液体、塗料など。
熱を発しないので冷光といわれる。
◆ルミネセンスの主な種類
●電界発光、エレクトロルミネセンス
電場や電流によって光る。
スーツの表面に張り巡らされたシームライン (継ぎ目)などが、スーツの電力ONの電流で光るなど。
●化学ルミネセンス、ケミルミネセンス
薬品などの化学反応により発光する。
電気のないところでの明かりになる化学発光ライト (サイリウム)、暗闇での味方識別発光マーク、スーツの外層素材にコーティングまたは内蔵して有毒な大気に触れた瞬間、スーツの継ぎ目や特定の部位が発光し危険を知らせる感知機能など。
●蛍光、フォトルミネセンス
紫外線などの光を吸収し別の波長の光を放つ。発光はほぼすぐに止まる。
紫外線ライトを当てると浮かび上がる認証コードやマークなど。
● 蓄光
光などのエネルギーを蓄えてしばらく発光が続く。
事前に光を蓄えた素材が電源停止後もスーツの救助用マーカーを光らせる、スーツ自体が暗闇での避難誘導ライトになるなど。
発光は徐々に弱くなるので、非常時の補助機能として使う。
●放電発光
気体中の放電などによって光る。
電力装置にコーティングまたは内蔵しておき、高電圧装備の作動表示、エネルギー兵器のチャージ演出、損傷した電力系統から発光して破損を知らせるなど。
●衝撃ルミネセンス、メカノルミネセンス
物質への圧力、摩擦、変形、亀裂、衝撃などの機械的エネルギーを光に変える。
スーツや装甲の強度検査など。
●生物発光、バイオルミネセンス
化学反応により生物が発光する。
人工微生物による発光材など。
■クロミック材料
外部刺激を受けると色が変化するクロミズム素材。
◆クロミックの主な種類
●フォトクロミック
紫外線などの光を当てると色がかわる。
ヘルメットの調光バイザーなど。
●サーモクロミック
温度の変化によって色が変わる。
感温塗料 (サーモペイント)などでコーティングした体温や気温など危険な温度変化を色で知らせるスーツなど。
●エレクトロクロミック
電圧をかけたり電流を流すことで色が変化する。
スーツや装甲への見えない電流攻撃や損傷を可視化するなど。
●ピエゾクロミック、メカノクロミック
圧力や機械的な力が加わることで発色、変色する。
スーツや装甲の強度検査、目に見えない劣化や傷を調べるなど。
● ケモクロミック
特定の化学物質を感知して色が変わる。
スーツを汚染する有害物質の検知センサーなど。
◆メタマテリアル
メタは超越の意味。自然界の物質の働きを超越した人工の物質、構造、素材。
■電磁メタマテリアル
光や電波を制御する素材。光の屈折を操る光学迷彩、パッシブクローキングなど。
パッシブは受動的なこと。クローキングとは隠すこと、周囲から見えない気づかれないようにする素材や技術。
アクティブクローキングもある。アクティブは能動的なこと。素材や生地ではなく機械装置を使って光学迷彩をする。
■音響メタマテリアル
音や振動の伝わり方を調整する素材。遮音、消音、逆に伝わりにくい音を通す構造の素材など。
■熱メタマテリアル
熱や赤外線の放射、熱伝導を制御する断熱材。
極寒地や高温環境下でも体温を一定に保ち環境に応じて変化する素材、熱源感知から身を隠すステルス素材など。
◆熱メタマテリアルの主な種類
■熱クローキング (Thermal Cloaking)、熱隠蔽
微細構造で熱の流れを意図的に曲げ、周囲に迂回させる素材。
スーツ装着者や付属機械の温度変化や熱の影を完全に消し、サーモグラフィーや熱探知を無力化する究極のステルスを実現する。
■放射冷却メタマテリアル (Radiative Cooling)
太陽光、可視光、近赤外線を弾きつつ、スーツの熱を特定の赤外線波長に乗せて宇宙空間や大気へ効率よく放出する素材。
電力なしで周囲より低温を保つ超遮熱、砂漠や宇宙空間でも体温を快適にコントロールできる。
■熱ダイオード (Thermal Diode)、熱整流
内側から外側へは熱を逃がすが、外側から内側へは一切熱を通さないという、熱が一方向通行する構造。
炎やレーザーといった外部の高熱を防ぎつつ、スーツの発熱や装置などの熱暴走を防ぐ素材。
■動的熱スイッチ (Dynamic Thermal Switch)
温度の変化や微弱な電圧などの刺激により、ミクロな素材の構造が断熱と放熱をリアルタイムで切り替える。
極寒地では体温を保ち、戦闘などで体温が上がると自動で排熱モードに切り替わるスーツなど。
●2Dマテリアル (二次元素材)、グラフェン織物 (グラフェンファイバー、GNH)、カーボンナノチューブ (CNT)
炭素原子でてきた原子１層から数層しかない極薄シート状の軽い素材。
蜂の巣のようなハニカム構造をしている。
極薄だが強靭で丈夫、熱伝導性( 放熱性)、耐熱性、遠赤外線効果、導電性、抗菌性、腐食性、生体適合性など万能性素材。
カーボンナノチューブはグラフェンを筒状にした素材。グラフェンよりさらに強靭であり導電性や熱伝導が筒に沿った一方向で超高速になる。
グラフェンはほとんど伸縮しない素材なので、蛇腹織やメッシュ織などで生地にする際に伸縮性を持たせる必要がある、コンポジットにしたり他素材の補助や部分的使用などする。
グラフェンは他の金属との接触時に導電性に不具合が発生するので、電子系統との接続部分などは特殊な素材で補助する必要がある。
◆導電性テキスタイル 、ファブリック
導電性素材を使用してできた生地。
◆E-テキスタイル (E-Textiles) 、エレクトロニックテキスタイル
導電性テキスタイルのなかでも、電子機器、スーツに張り巡らす配線や電源スイッチなど機械装置を仕込んでいる生地。
◆スマートテキスタイル、ファブリック
導電性テキスタイル、E-テキスタイルをまとめた総称。
■スマートテキスタイル、ファブリックの種類
上記で紹介した特殊素材の大まかな種類分け。
●パッシブ素材（受動型）
電子機器や電力や制御を使わず、熱や赤外線や電磁波など外部からの刺激に反応して素材そのものの構造が自然に機能する。
電力が使えない使いにくい、過酷な宇宙空間やサバイバル環境での基本的標準装備。
アクティブ素材のような状況に合わせて効き具合をスイッチオンオフで調整するといった融通が利かない、強力な効果は得られにくい、素材を利用した生地が破れなど損傷すると機能しなくなる危険がある。
●アクティブ素材 (能動型)
スーツの電子機器、感知センサーや電気や電圧、信号などの電力エネルギーを使い状況に応じて手動または自動で機能する。
スイッチオンまたはAIによる自動化などで戦闘時は一気に排熱モードになる、潜入時は光学迷彩に切り替えるなど、臨機応変で強力な機能が使える。
電力エネルギーを消費する、バッテリーが切れると機能が停止する (バッテリー残量をAIが音声案内したりする)、機能を発動している電流は見た目は細いものの数千ボルトという高電圧が発生しているため、攻撃などで故障するとスーツからバチバチ電気火花を散らしながら感電したり熱暴走で負傷する危険などがある。
●ウルトラスマート (自律型)
アクティブ素材より高性能な予測・判断・自律最適化機能を持つ。
AIやスーツ装着者と同期 (リンク)した機械などが、思考・体調・戦闘状況を分析し、先回りしてスーツ全体の機能を統合制御する。
補足です。
こちらでは店主が「これの名前は？ 機能は？」「SFで必要そう、役立ちそう」と思ったものを中心に詳しく紹介しております。
また、SFのスーツは薄いのに頑丈で高性能で多機能という特徴がありますから、どんな生地でできているかに説得力をもたせることが必要な気がしたので生地の素材を重点的に紹介しました。
SF用ですので解説には現実的な要素と非現実な要素があります。実現できそうなロマンを感じていただけたらと思います。
SFの服も時代とともに新しいものが次々出てきますので紹介しきれてはいません、こちらで紹介した名前や解説は一例です。
一つの素材がアレにもコレにも使えるというのもあり、全ての特徴や機能を紹介しきれてもいないです。
柔軟素材、頑丈な素材、体温調節素材、断熱材、薬品耐性素材はわかりやすいように一つのカテゴリとして紹介しましたが、スマートマテリアル、熱メタマテリアル、メタマテリアルに含まれるものでもあります。
〇〇マテリアルは特殊素材の最新の呼び方、総称ですので最先端技術による素材はだいたい何かのマテリアルに分類されるでしょう。
マテリアル素材は難しい名前が沢山ありわけがわらなくなりますよね。
ほとんどAIに教えてもらったのですが、私もふわっとですが理解しながら実在する名前なのかとか正しい解説なのかをファクトチェックしてから紹介しています。後はまたチェックしていただいて、創作に使用の際は作品の世界観に合うようにアレンジなどもしていただけたらと思います。
ここで紹介した実在する名前や用語や特徴を創作にそのまま使うかアレンジするかのメリット、デメリット
そのまま使う→リアリティがでる、調べれば詳細がわかるので読者と情報共有しやすい、間違いなどには詳しい読者から指摘がくることがある。
アレンジして使う→オリジナリティがでる、作品世界独自の用語や特徴にできる、読者に理解してもらう説明が大変になる。アレンジ元を後書きなどに書いておかれるといい。
液体金属そのものでスーツができないのは残念ですが、スーツの生地表面にコーティングするリキッドメタル
(リキッドメタル・ファブリック (Liquid Metal Fabric)で検索すると参考画像がでます)なら軽いですしかなり金属の質感が再現されています。
生体感応型素材は着用者とスーツや機械を同期させる結構重要な素材ですが、現代ではまだ研究開発段階で紹介した機能はSF寄りです。
ベーゼック機能も現代で開発中であり、現段階では体を動かしたりくらいの体温の上昇とペルチェ冷却の温度差だけでは発電できないようで、爆発による大量の熱を利用すると紹介しましたが、バトル中くらいしか使えない危なすぎる方法ですね。他にも色々な方法がありそうです。
グラフェンは万能性がありSF的な素材ですね。
紹介した他にもグラフェンヒドロゲルなど種類があります。まだ未知の部分が多い素材です。
テキスタイルとファブリックの違いについて
テキスタイル→繊維、織物、布の総称。少し専門用語寄り。
ファブリック→布、生地、製品化した生地。
どちらも同じような意味で使われており、使い分けは曖昧であり人によって違う。
本当に次々と新しい技術や名前が出てくるので、現実がSFにすぐ追いつきそうで、今の時代にSFを書くのは大変だと思います。ですが、現実に色々なSF的技術や名前があり知らないことはAIがヒントを教えてくれるのでSFを書いたり読んだりする入口は広がっているのではないかとも思います。
SF✕ファンタジーやMMORPGなどもありますし、色々と創作の幅も広がっていますね。
異世界服屋がお役に立てば幸いです。
次話では紹介した素材を使った生地とスーツの裁縫方法や製造場所などを紹介します。
