【読者プレゼントあり!】スター・ウォーズの新たな相棒BB-8の「スマートなオモチャ」にまつわる物理学

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2015年12月18日に公開される新「スター・ウォーズ」。公開を前に、劇中に登場するカワイイ相棒「BB-8」をスマートフォンで操作できるオモチャが人気だが、その不思議な動きの秘密を、物理学で考えてみた。【『WIRED』読者へのプレゼント企画を、期間限定で展開! 詳細は、記事の最後にて!】

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わたしが子どもだったころ、いくつも「スター・ウォーズ」のおもちゃを持っていた。しかし、それらは「スマート」なものではなく、電池式でさえなかった。

それに引き換え、いまの子どもたちは、映画『スター・ウォーズ / フォースの覚醒』から飛び出した、Sphero社製のリモコン式「BB-8」のようなオモチャを手に入れることができる。それにしても、これはいったいぜんたい、どうやって動いているのだろうか?

「内側から」ボールを動かすには?

まず、BB-8の「底」を見てみよう。球体だ。では、球体を「押す」ことなく転がせるのはどうしてか。これはさほど難しいことではない。球体内部に「可動するパーツ」がありさえすればいい。

それは車輪が付いた小さな仕掛けでもいいし、ハムスターでもいい。いずれにせよ、そのパーツが球体の壁に沿って少しでも動くと、球体全体の中心軸が移動する仕組みだ。

球体と地面との接触部分に対して、塊の中心軸が外れると、球体に回転力が生まれる。そしてこの力によって推進力が得られ、球体が転がることになるのだ。

しかし待ってもらいたい。本当に内側からボールを動かすなどということができるのだろうか。それは履いているズボンのベルトを自ら持ち上げ、自分自身を引っ張り上げているようなものではないのだろうか。いや、実際はそうではない。自分を持ち上げようとするとき、引力以外に外部から働く力は存在しないのだ。

さらに、この球体が移動するのを助ける外部の力が存在する。それが摩擦力だ。

表面が滑らかすぎて摩擦がなかったとすれば、球体は回転したとしてもその場に留まったままだ。しかし、摩擦があれば、球体は転がり出す。このBB-8は、きっと自らを動かすのに十分な摩擦をもっているのだろう。

「頭」部分が常に本体の上にあるのは?

わたしに分かっているのは、この頭部は磁石でくっついているということだけだ。推測でしかないが、球体には磁石が内蔵されており、それが頭部内の磁石を引き付けるのではないだろうか。そして頭部にはローラーが付いており、常に球体の頂点にあり続けるのだろう。

しかし、こうした動きを再現する方法は、それしかないのだろうか。いや、そんなことはない。別ヴァージョンの自作BB-8でもつくろうというなら、『Instructables』に掲載されているこの素晴らしいガイドを見てもらいたい。ここでは、頭部にモーターが搭載されており、ボールの上に乗っている。

さらにこのガイドによると、頭部を動かすことで、ボールにまで回転力を与えることができる。面白いアイデアだ(ただし、このヴァージョンの頭部は、あまりに巨大だが)。

これはなかなか素晴らしいおもちゃだ。きっとさまざまな物理学の実験にも使えるはずだ。


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