私の研究室では、機械や構造物などに利用される金属材料を扱っています。例えば、金属でできた円柱型の弾が、高速で壁にぶつかる瞬間をスローモーションで想像してください。弾は壁に当たった先端からへこみ、変形した部分を傘のように広げます。私はこのように「金属が変形する瞬間」に焦点を当て、計算によるシミュレーションと装置による実験を行い、なぜそのような変化が起こるのかというメカニズムを解明しています。
 

上記の高速変形の実験ではアルミニウムやチタン、鉄といった純金属を扱っています。研究で得られたデータは、航空機やロケットなどの設計に役立てられます。例えば宇宙では、7km/秒という凄まじい速度で宇宙ゴミがぶつかることで宇宙船などに穴が開いてしまうという課題があり、船体を頑丈にするためにアルミニウムを大量に使うか、さらに高強度な材料（CFRPなど）を使用しなければなりません。しかし、それにはコストがかかります。金属が変形するメカニズムがわかっていれば、今まで分厚くしていた材料を薄くできる可能性が拓け、設計物の安全性を確実にするのはもちろんのこと、材料の削減やそれに伴う製造コスト削減にも繋げることができます。

扱う金属の中でも私は特に鉄という素材に魅力を感じているのですが、それは同じ鉄でも、加熱して冷やし固める際に違ったプロセス（例えば温度を上げるタイミングや、冷やし固める速度を変えるなど）を経るだけで別の特性が現れるためです。また、鉄を基に作られた金属に、TRIP鋼と、鉄基形状記憶合金というものがあります。TRIP鋼は車体などに使われ、衝撃を受けた瞬間に硬くなるという不思議な特性を持ち、鉄基形状記憶合金は、加熱することで変形前の形状を取り戻すことができるという特性を持ちます。これらの微視構造や仕組みを解き明かすことは、材料を自在に活用するための基礎になると同時に、いずれ新しい材料開発のヒントにもなり得るのです。
 

私は数式展開が非常に重要だと考えています。単にパソコンでソフトを動かすのではなく、まず基礎的な物理学の理論があり、それを数式として組み立てる数式展開があることで、初めてシミュレーションが意味を持ちます。しかし、理論的には正しくても「実際に計算通りになるのか？」という他の研究者からの疑問に答えられないこともあり、シミュレーション結果の正誤を確認するために実験を始めました。特に企業では、なぜその特性が出るのかを説明できなければ製品として採用されないため、この裏付けが重要になります。

また、既製品を利用するだけではできない、オリジナルな研究ができる点も魅力です。冒頭でお話しした金属の弾を打ち出す装置も手作りしており、今は約700m/秒で射出ができるようになっているのですが、原理的には宇宙ゴミと同じ7km/秒が出せるはずなので、今後もその未知の領域に挑んでいきたいと考えています。シミュレーションソフトも既存のものを使いやすいように改良するなど、より良い研究環境を模索中です。
また、私は修士課程のときに阪神淡路大震災を経験しており、いつか防災に関わる研究ができればと考え続けてきました。その目標に近づくため、今後は鉄基形状記憶合金を、安全に建築物に利用するための研究にも注力していければと考えています。