MITの新しい「オレオメーター」がオレオのねじり方について明らかにしたこと

オレオのチョコレートウエハース2枚をどれだけ慎重に剥がしても、クリームの中身は片側にくっついてしまいます。クリームを真ん中で分けるのは不可能です。これは、 Physics of Fluid誌に掲載された新しい流体力学の研究によるものです。

この発見はスナック愛好家にとって全く衝撃的ではないかもしれないが、次世代の3Dプリント製造に光を当てるものだ。この研究の主執筆者であり、マサチューセッツ工科大学で流体力学の博士課程に在籍するクリスタル・オーウェンズ氏は、通常、インクを含むカーボンナノチューブを使用して3Dプリント電子機器を研究しており、食品の食感には焦点を当てていない。オレオは、こうしたコンセプトを一般大衆の手に届ける手段である。

しかし、中心となる寸法は似ています。3D プリントできる物質は、チューブから押し出せるほど柔軟でありながら、プリント後は所定の位置に留まるほどの硬さが必要です。電子機器の製造に使用できるカーボンナノチューブの場合、目標は「[プリントした構造] をほとんどの場合に可能な限り強くすること」です、とオーウェンズ氏は言います。

圧力がかかった状態で液体やプラスチックがどのように動くかを研究する学問はレオロジーと呼ばれ、一般の人にはその存在すら知られていないニッチな分野だとオーウェンズ氏は言う。しかし、オレオは実際に手で触れてデモンストレーションするのに最適だ。「『これはオレオのようなもので、プレートの間に液体を入れて回転させると、3D プリントに使う [材料の] 粘度を特徴づけるのに役立ちます』と言えば、人々は突然、私の言っていることを理解してくれるのです。」

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印刷可能なナノチューブの特性をテストすることは、まさにオレオのねじれ具合を測定することに似ています。研究者たちは、レオメーターと呼ばれるツールから始めます。これは、液体を挟み込んで回転させて液体の強度を測定する 2 枚のプレートです。オレオの場合、研究者たちは、外側のチョコレート「ウェーハ」をねじったときに内側の「クリーム」に何が起こるかを確認したいと考えました (オレオ クッキーの技術的説明によると)。重要な測定は「降伏応力」、つまりウェーハをクリームから分離するのに必要な力の量でした。

研究著者らは、クッキーをDIY「オレオメーター」でテストした。これは、輪ゴムとコインを使ってウエハースをねじって分離する締め付け装置で、MITの学部生で共著者のマックス・ファンが開発した。「私たちは、降伏応力がどのようなものであるかを人々に直感的に理解してもらう方法について、たくさん話し合いました」とオーエンズ氏は言う。「私たちが思いついた最良の方法は、他の人に同じ種類のテストをしてもらうことです。」

（独自のオレオメーターを作りたい場合は、研究著者らがオンラインで手順を公開しています。）

オーウェンズ氏によると、彼女と同僚たちは、実験条件によってはオレオの中身を真ん中で分割できると予想していたという。デッキチェアなどを作るのに使われる溶融プラスチックの場合、「回転速度が速すぎると、赤道のすぐ近くに継ぎ目ができ、液体はその帯に沿ってずれてしまいます」とオーウェンズ氏は言う。「これは非常に典型的な現象なので、私たちは実際にオレオでこれを実現しようと時間を費やしました」

しかし、どれだけ速くウエハースをひねっても、クリームはいつも片側にくっついてしまった。「実は、特別なコツはないようです」とオーエンズさんは言う。「何をやっても、大抵きれいに割れてしまいます。秘密のひねりがないのは少し残念です」。彼女は、クリームを温めると真ん中が割れる可能性があると考えている。クリームを多めに塗ったクッキー（「ダブル スタフ」）や特別な味付けのクッキーでは、結果は変わらなかった。

それでも、科学者たちがウエハースを速く回転させるほど、クリームを砕くのが難しくなった。「これは実際にクリームが液体である証拠です」とオーウェンズ氏は言う。純粋な固体は、どれだけ速く回転させても、砕くのに常に同じ力が必要である。

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食べ物の食感の世界では、オレオクリームはマッシュポテト、クランベリーソース、詰め物などとともに、どろどろしたカテゴリーに分類されます。「実際、感謝祭の食べ物の多くは [液体] です」とオーウェンズ氏は言います。「鶏肉は違います。あれはただの固体だと思います。」

缶詰のクランベリーソースは液体か固体かと聞かれると、オーウェンズ氏は少し間を置いて、「誰に聞くかによって、柔らかい固体か複雑な液体かは変わります」と答える。しかし、液体には別の定義もあると彼女は言う。「レオメーターで測定できるものは液体とみなされます」。実際、オレオのフィリングの特性から、3Dプリントが可能だと彼女は言う。