折り紙の基本原理は、生物医学エンジニアの仕事に対する見方を変えた。
グリーンバーグは、折り曲げたり、折ったり、ねじったりすることで動く「コンプライアント・メカニズム」に興味を持っていた。彼女の親友に折り紙の天才がおり、基本的な折り方を教えてもらった。大学院に入学するために、論文をたくさん読む人もいます。私は紙をたくさん折りました」とグリーンバーグさんは言う。
研究室の棚には、カラフルなT-REXやVenus flytrapのフィギュアや、折り紙のパターン集が並ぶようになった。そして、グリーンバーグさんは、教授たちとともに、古代の折り紙技術が、医療器具や装置の設計など、他の分野にも応用できるかもしれないことに気づいたのだ。
千年の歴史を持つ折り紙が、最先端技術に応用されたのである。BYUの機械工学科教授で副学長でもあるラリー・ハウエル博士は、「折り紙作家は、これまでずっと使われてきた方法では決して行き着くことができなかった新しい方法を発見したのです」と言う。
2010年にグリーンバーグが研究室に入った時には、世界中の科学者やエンジニアがすでに折り紙の原理、特に大きなものをコンパクトに折り畳んで再び広げるというアイデアを、自動車のエアバッグやロケットのシールドの設計に利用していた。
大動脈瘤の治療に使う心臓用ステントは、折り紙の原理を使って直径30ミリから7〜9ミリに折り畳んで挿入しやすくし、大動脈の中に入れたら元の大きさに戻すことができる。
また、物理学者で世界的に有名な折り紙の専門家であるロバート・J・ラング博士は、医療器具用の袋をデザインした。折り紙を使って平らな素材を折り、使用時に滅菌面が非滅菌面と接触しないようにしたのである。ラングさんは、政府機関や民間企業、BYUを含む大学などで、折り紙の原理や技術をさまざまなプロジェクトに応用する方法について相談に乗っていた。
折り紙が医療や他の分野に貢献するのは、決定論的形状変化である。つまり、引き出しに詰め込まれたシャツのように単にくしゃくしゃになるのではなく、特定の意図的な方法で形状変化する装置であるとラング氏は言う。折り紙の認知度が上がり、エンジニアの道具箱の一部となるにつれ、医療問題に取り組む多くの人々が折り紙を見て、その関連性を理解するようになったのです。ああ、これは使えるかもしれない」と。
全米科学財団はこの話題に注目し、2010年代前半に折り紙に関する一連の助成金を提供しました。DNA折り紙の設計に関する1日ワークショップ、プログラム可能な知的折り紙に関するプロジェクト、そしてBYUでの折り紙の原理を紙以外の素材に応用するためのプロジェクトなど、です。
BYUの研究チームは、X線装置の湾曲したアームを様々な方向に回転させる際に、無菌シースを提供する折り紙式ジャバラを作りました。また、折り紙を使って、体の曲線にフィットする大人用おむつをデザインしました。
BYUの機械工学の教授で学部教育の副学部長であるスペンサー・マグルビー博士は、「私たちが最初に遊んだパターンのひとつは、"chomper "と呼ばれるものでした」と言う。折り紙のチャンパーは、くちばしや口のように見え、横から押さえると、噛むように開いたり閉じたりします。
同じ原理で、腹腔鏡手術用の小さな器具を作ることができる。挿入時にはケーブルでつまんで閉じ、体内では開いて操作する。BYUのチームはこれをオリセプス（折り紙にヒントを得た外科用鉗子）と呼んでいる。
ペンシルバニア州立大学では、メアリー・フレッカー博士がバイオデバイス・センターを主宰しているが、彼女のチームは、内視鏡から挿入して、腫瘍細胞を振動させ、発熱させ、死滅させる電流による高周波アブレーションCで腹部の腫瘍を治療できる装置の研究を始めた。
フレッカーズのチームは、折り紙の技術を使い、小さな針で構成されたプローブの先端を作り、挿入時にはコンパクトにし、腫瘍の中に入ると3Dの孔雀の尾のように扇状に広げることができるようにした。これは、ギリシャ語で「不釣り合いな部品で構成された生物」を意味する「キメラ」と呼ばれるものである。
設計が単純であるため、可動部品が少なく、ヒンジや関節に細菌が集まる機会も少ない。また、製造コストも低い。
医療器具やステントをより小さくできれば、手術そのものも、身体への侵襲や破壊が少なくなり、治癒もより早く、より複雑でなくなるかもしれない。
折り紙の医療への応用は、腹腔鏡手術の普及に伴って高まってきたという。小さな小さな穴から入り、中に入ったら、血管を広げるステントや、臓器を邪魔にならない場所に移動させる開創器などを使って、広げたいと思うものです。そこで折り紙が活躍しています。
折り紙を医療用途に使うには、課題もあります。従来の折り紙は紙を使うのが基本ですが、体内で使うものには、生体適合性の高い素材が必要です。
それから、活性化の問題。目的地に着いたら、どうやって動かすのか？モーターなのか、レバーなのか、電気的に作動させるのか？折り紙にヒントを得た装置の中には、ある温度に達すると作動するものがあるが、その温度は人体に適合していなければならない。
グリーンバーグさんは、10年前にBYUを卒業し、現在はシェブロン社で事業開発に携わっている。彼女の折り紙実験は、中華料理店で夕食を待つ間、子供たちと一緒にナプキンを折る程度である。
しかし、オックスフォード大学、ペンシルベニア州立大学、BYU、イスラエル、中国、日本などの研究所では、折り紙を医療機器や医療処置に応用できないか、研究者たちが研究を続けている。化学療法薬を埋め込んだ折り畳みシートを体内で展開する、直径わずか0.5mmの極小ステント、DNAナノテクノロジーは、DNAを3D構造に編んで、例えば、生体イメージングや化学療法剤を直接標的がん細胞に運ぶスマート薬物送達に応用できるだろう、と。
折り紙に着想を得た医療機器への関心は、この10年間でかなり高まったとFrecker氏は言う。彼のチームは現在、副鼻腔手術を行う医師が患者からの飛沫にさらされるのを防ぐために、折り紙に着想を得た製品を開発中である。
現時点では、折り紙にヒントを得た医療用途のほとんどは、研究またはプロトタイプの段階にとどまっている。資金を集め、メーカーの関心を集め、FDAの認可を得るには何年もかかる。研究室から企業へと徐々に移行している、とハウエルは言う。ただ、時間がかかるだけです」。
折り紙の基本原理は、折り目をつけたり外したりすることで動きを導き出し、平らなものを立体的にし、折ることで大きなものを小さくし、単純な技法で複雑な結果を生み出すというもので、生物医学エンジニアの仕事に対する見方を変えてしまったのです。
フレッ カーにとって、これらのコンセプトは世界の見方をも変えることになった。折り紙を研究するようになるまで、折り紙がこんなにどこにでもあるものだとは知りませんでした」と、彼女は言う。どこにでもあるものなのです。
