寒い冬の時期に飛行機に乗ったことがあるなら、離陸前に機体に除氷剤を噴射しなければならなかったために遅延したフライトの面倒を経験したことがあるでしょう。しかし、この厄介な遅延は、機内の氷の蓄積が引き起こす多くの問題の一つに過ぎません。そこで研究者たちは、化学薬品ではなくレーザーで機体を噴射するという、より良い代替案を考案しました。
航空会社と航空機メーカーは現在、航空機への雪や氷の付着を防ぐために複数の対策を講じています。雪や氷は、操縦翼面の動きや機能に影響を与え、重要なセンサーの精度を低下させ、さらには航空機の空力特性を低下させて燃費を悪化させる可能性があります。最も顕著な対策は、冬季に空港に配備されるタンクローリー車群で、氷や霜の付着を防ぐ不凍液などの化学物質を航空機に散布します。フライトの遅延に加え、大型航空機の除氷処理には600リットル以上の不凍液が必要であり、そのすべてを回収して再利用することはできません。
飛行中の航空機を氷から守るため、機体の翼にはヒーターシステムが搭載されており、飛行面を温めて霜を溶かします。しかし、このシステムを動かすには余分な燃料が必要で、しかも燃料費は高額です。そこで、フラウンホーファー材料・ビーム技術研究所（IWS）、航空機メーカーのエアバス、そしてドイツのドレスデン工科大学の研究者たちは、航空機を氷や雪から守るより優れた方法を共同で開発しました。この技術は、直接レーザー干渉パターニング（DLIP）と呼ばれるもので、レーザーを複数のビームに分割し、それらが重なり合うことで、ビームが集束した表面に複雑なエッチングパターンを形成します。
DLIP技術を応用し、ミクロレベルで三次元構造を形成するレーザーエッチング技術は、飛行機の翼の表面積を縮小し、氷が付着しにくい素材に変えることを可能にします。その結果、一定の厚みと重量に達すると、付着した氷は自然に翼から剥がれ落ちます。これにより、空港での除氷作業の必要性が軽減されるだけでなく、不凍液などの化学薬品も完全に不要になる可能性があります。
時速500マイル以上、高度3万フィートで飛行している時など、氷が自然に剥がれるのを待つことは必ずしも選択肢ではありません。そこで研究者による追加テストの結果、60ワットの熱を加えて翼面の氷が溶けるまでに1分以上かかるのに対し、レーザーエッチング処理を施した同じ素材では、同じ熱量でわずか5秒で氷が完全に消えることが分かりました。これは、化学薬品を使用せずに航空機の氷をはるかに速く除去できるだけでなく、航空機メーカーが同等の効果を持ちながら燃料消費を大幅に削減できる、より小型の暖房システムを搭載できることも意味します。
DLIP技術の新たな用途は、航空機の安全確保や着氷防止に役立つだけでなく、巨大な発電用風車のブレードから、氷海を航行する船舶の船体まで、あらゆるものに応用できる可能性があります。最大のメリットは、車の窓に応用できることでしょう。寒い冬の朝に窓をこすり落とすのは、雨粒を拭き取るのと同じくらい簡単になります。もちろん、エッチング処理によってガラス越しに実際に視界が確保できることが前提です。
