この12

Nov 09, 2023

マディソン・チェケッツさんは、プラスチックがお気に入りのビーチを毎年汚染しているのを見て、それについて何かをする時期が来たと決意しました。

ジャクリーン・ジャーマン

スタッフ寄稿者

マディソン・チェケッツさんは物心ついた頃からビーチが大好きでした。 しかし、毎年家族旅行でカリフォルニア州エスコンディド周辺の海岸沿いを頻繁に訪れたとき、彼女は砂と海にペットボトルの水が散らばっていることに気付かずにはいられませんでした。

「ビーチは私のお気に入りの場所の一つですが、そこがペットボトルでゴミ箱に散らかっているのを見て、この状況を変える必要があると感じたのです」とチェケッツさんは言う。

プラスチック汚染とそれを減らす方法についてさらに学んだ後、彼女はエコヒーローと呼ぶものをデザインしました。 ゼラチン状の水筒は実は食べられるんです。

ユタ州イーグルマウンテン出身の現在12歳の生徒は、2021年10月に小学校のサイエンスフェアの一環としてこのプロジェクトに取り組み始めた。 彼女は、学区の科学フェアに参加する学校の生徒の一人として選ばれた後、州の科学フェアで 1 位を獲得し、全国大会に進みました。 9月、チェケッツさんは、中学生向けの国内最高の科学、技術、工学、数学（STEM）コンテストである2022年ブロードコムマスターズコンペティションのファイナリスト30人の1人に選ばれた。 そこで彼女は、自然災害の状況で使用できる遠隔操作のロボットハンドや、関節炎やその他の手の疾患を持つ人々を助けるためにワイヤレスでドアのロックを解除できる足で制御できるウェルカムマットなどのプロジェクトを設計した他の若い発明家たちに囲まれていました。

初期の研究で、世界をより良い場所にするために何ができるかを自問したとき、チェケッツさんはすぐにプラスチック汚染を減らすことを考えました。 水筒などのプラスチック製品は、使用後に廃棄することを目的とした使い捨てアイテムとして設計されています。 アメリカ人は年間 300 億本以上のペットボトルを消費していますが、その大部分はリサイクルされていません。 ペットボトルは捨てられた後、多くの場合海に流れ込み、そこでは 5 兆 2,500 億個以上のプラスチックゴミが循環しています。

プラスチック汚染は海洋環境を破壊し、海洋野生生物に特別な脅威をもたらします。 チェケッツさんのお気に入りであるカメのような動物は、プラスチック廃棄物を獲物と間違えて飲み込んでしまう可能性があり、胃が詰まったり、病気になったり、その他の内臓損傷を引き起こす可能性があります。 環境条件や化学的性質によっては、プラスチックは有毒化学物質や汚染物質を海洋に浸出させる可能性もあります。

Checketts さんは、逆球形化 (液体をゲル膜に閉じ込める方法) に焦点を当てた Web サイトを偶然見つけ、このプロセスを使用して食用の水のボトルを作ることができないかと考えました。 逆球形化は、2005 年にスペイン料理レストラン El Bulli のシェフ、クリエイティブ、研究者のチームによって普及しました。このプロセスは、1940 年代に開発された球形化と呼ばれる別の料理技術に由来しており、タピオカ ティーの「ポッピング ボバ」などのおいしい料理を作るために使用されていました。液体が半固体の球体に変化する飲み物。 基本的な球形化と比較して、逆球形化では、膜に包まれた液体をより長く液体のままにすることができます。 球自体を大きくすることもできます。

Checketts のアプローチは、逆球形化手法に関するさらなるインターネット調査に基づいています。 彼女は、乳酸カルシウムと呼ばれる塩とアルギン酸ナトリウムと呼ばれる褐藻類に含まれる天然ポリマーという 2 つの一般的な食品添加物の間の化学反応に依存しました。 一緒に混合すると、化学物質は架橋を形成し、液体を捕捉するゲル膜が形成されます。

試行錯誤の末、チェケッツさんは乳酸カルシウム、キサンタンガム（もう一つの一般的な食品添加物および増粘剤）、レモン汁、水をブレンダーで混合して最終プロトタイプを作成しました。 彼女は乳酸カルシウム溶液を長方形の型の中で凍結させ、次にその凍結した長方形をアルギン酸ナトリウム溶液の中に置き、膜が形成され始めるまで回転させた。 約7分後に膜が完全に形成されると、Checketts氏はアルギン酸ナトリウム溶液から楕円形の膜を取り出し、それを蒸留水の槽に置き、膜の形成が継続するのを止めた。 彼女が食用の水のボトルをレモン汁と水の混合物に浸して冷蔵庫に置いたところ、膜が破裂するまで約 3 週間持続した。

Eco-Hero にはカップ 4 分の 3 の水が入り、製造コストは約 1.20 ドルです。 基本的に、消費者はゼラチン状の膜の上部にある穴を噛んで水を飲み、その後膜を食べるか捨てます。 エコヒーローは食用であることに加えて生分解性でもあります。 Checketts氏によると、この飲み物はほのかにレモンの香りがする水のような味で、食用の膜はグミベアのような食感があり、わずかにレモンの味がするが、噛むと味がなくなるという。

「手の中で破裂しないように膜を十分に強くするのに、多くの試行が必要でした」とチェケッツ氏は言う。 「持ち上げようとすると、バラバラになってしまうことがよくありました。それが最大の問題の 1 つでした。」

彼女は最良の結果を得るために、さまざまな濃度の乳酸カルシウム、アルギン酸ナトリウム、キサンタンガムをテストしました。 乳酸カルシウム溶液にキサンタンガムを加えると膜が強くなったが、外層と水は石鹸のような味がしたと彼女は言う。 この問題を克服するために、彼女は乳酸カルシウム溶液に小さじ1杯のレモン汁を加えて味を改善し、長持ちさせることにしました。 水溶液にレモン汁を加えて水筒の保存料として使用するというアイデアは、5 年生の理科フェアのプロジェクトから生まれました。このプロジェクトは、イチゴをレモン汁でコーティングしてカビを防ぐことに焦点を当てていました。

「彼女は、努力は報われるということを学びました。私は彼女がその過程を経験し、時々イライラするのを見ました」とチェケッツ君の母親、ミッシー・チェケッツさんは言う。 「私は実際に何もする必要はありませんでした。ただ彼女がトライしてトライしてトライするのを見ていたのです。私が見た彼女の最も大きなことは、ただ新しいことに挑戦し続けることであり、もしそれがうまくいかなかったら、彼女は別のことを研究して、それからもう一度試してください。」

Checketts は食用ウォーターボトルをデザインした最初の人物ではなく、彼女の前任者の何人かが彼女の作品に影響を与えました。 そのような製品の 1 つは、インペリアル カレッジ ロンドンのデザイン学生だったロドリゴ ガルシア ゴンサレス、ピエール パスリエ、ギヨーム クーシュによって 2014 年に開発された食用の Ooho ウォーター ボトルです。 Ooho の設計者は Checketts と同様の逆球形化法を使用しましたが、代わりに乳酸カルシウムではなく塩化カルシウムを使用することを選択し、レモン汁やキサンタンガムは使用しませんでした。 Checketts さんは彼らの作品からインスピレーションを受けましたが、より大きくて耐久性のある食用の水筒を作りたいと考えていました。 Ooho ウォーターボトルには約 50 ミリリットルの水が入りますが、エコヒーローにはその 4 倍の約 200 ミリリットルが入ります。

デューク大学の環境科学者ダニエル・リチョフ氏は、チェケッツ氏が彼女のプロジェクトで使用した逆球形化技術を使用したことがあり、彼女のアイデアは良いものだと信じていると述べた。 「これは人々が行う必要がある種類のイノベーションであり、前進する方法を見つける必要がある」とリッツショフ氏は言う。 「[チェケッツは]正しい道を進んでいます。彼女は変化を起こしたいと思っており、化学と生物学、そして少しのビジネスを学んでいます。」

しかし実際的なレベルでは、リッツショフ氏は食用ボトルの設計が機能するかどうか疑問を抱いており、その容器を実際に食べるのがどの程度安全なのか、ボトル内にどのような微量の化学物質が入っているのか、製品がどうなるかを考慮することが重要であると付け加えた。破裂することなく、ある場所から別の場所に輸送できます。 「私の観点からすると、これは、実際に実際に検討してみると、基本的なアイデアはおそらく機能しないだろうというアイデアですが、それは、機能するまでアイデアを追求できないという意味ではありません」と彼は言います。 製品を販売したり、大規模に使用したりするには、いくつかの二次的な問題に対処する必要があるが、水筒を食べられるというコンセプトは「本当に良いアイデア」だとリッツショフ氏は付け加えた。

自由時間には、サッカーをしたり、ジュエリーを手作りしたり、絵を描いたり、家族や友人と時間を過ごすことが好きです。 現在 7 年生になった彼女は、授業で優秀な成績を収めたいと考えており、来年度はさらに高度なコースを受講することを考え始めています。 彼女は大人になったら、趣味と勉強を両立する方法を見つけて、エンジニア、デザイナー、またはサッカー選手になりたいと考えています。

Checketts さんは、Eco-Hero の将来について考えており、ウォーターボトルを改良し、再密封可能で、より強く、より大きなボトルにするために、さらにテストを実施したいと語ります。 彼女は、自分の発明がマラソンやレース中に使用できるのではないかと想像しています。ランナーが水を求めて立ち止まるときに、エコヒーローを手に取り、水を飲み、ランニングを続ける前に膜を食べるか処分することができるでしょう。 全体的に彼女は、エコヒーローが人々に持続可能な考え方を促し、誰もが世界をより良い場所にできることを理解するよう促してくれることを望んでいます。

「必ずしも大掛かりなものである必要はありません」とチェケッツ氏は言う。 「たとえ小さなことであっても、（人々は）世界に変化をもたらすことができます。」

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ジャクリーン・ジャーメインは、スミソニアン雑誌の記者であり、元インターンです。