ストーリー
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目が覚めて、今日の天気は良さそうと感じた。暖かい日に涼しい風、出かけるのにちょうどいいなと思って。自分を整理して、買ったばかりのスポーツシューズを履くのを決めて、きちんと靴紐を結んだ。家を出たとたんに、もうすぐ恋人の誕生日だと気づいた。プレゼントを用意するため、デパートに行かないと。デパートに入ったとき、化粧品や香水などの匂いが鼻を衝いて、思わずにエスカレーターに駆け寄って、この階から逃げたかった。まさにエスカレーターに乗ろうとするとき、ああ、靴紐が緩んでしまった。他人に迷惑をかけないように、壁際までさがって、改めてきちんと靴紐を結んだ
プレゼントを買った後、お腹が空いていて何を昼食にするかなと考えているとき、親友からの誘いが来た。一緒に昼食を食べて、バスケットボールをやることになった。食事の後、運動場に向かって、空いているバスケットボールコートが見つかって嬉しかった。そして、親友に今日はきっと実力を見せるって自信満々に言った。いいタイミングだと思って、ジャンプ、シュート、スリーポイントシュートを打とうとしたのに、結局はブロックされた。やっとまたボールが手に入って、ドリブルシュートをしようとすると同時に、「やった！」、「今度こそ間違いないどろう！」と思って、胸がワクワクする時、あれ？足が何かを踏んだのか？まさか転ぶ？マジで思い切り転んだ。ボールはいつの間にか取られて、しかも得点した。なぜ？何に躓くの？なんだよ！靴紐がまた緩んでじゃった…こんな決定的なタイミングで緩んでじゃった。靴紐がこんなに緩みやすい理由はなんだろうか？知りたかった。どうやって結べばいいのか？
このスト－リーはフィクションなですが、主人公が遭った状況は誰でも経験がありますよね？靴紐が緩みやすい状況に対して、代わりに靴紐がない靴を履く人もいますが、気に入る靴は靴紐があるとき、直接に諦めないなら、悔しくないですか？悔しいでしょうねぇ！だからこそ、今日は私たちと一緒に科学方法で靴紐が緩みやすい理由を理解して、問題を解決した後、再び靴紐がある靴を履きましょう！
2017年、カリフォルニア大学バークレー校（University of California, Berkeley）の機械工学教授（Christopher A. Daily-Diamond）と二人の大学院生（Christine E. Gregg＆Oliver M. O'Reilly）はあるジャーナルを共同発行しました。そこで、科学方法で靴紐が緩むいくつの要因を説明しました。例えば、靴紐の結び方、足の動き、靴紐先端の重さなどです。
最初に、事前テストとして、研究チームは女性の被験者を誘い、二種類の一般的な靴紐の結び方で、各種類の靴（例えば、スニーカー、ハイキングシューズ、カジュアルシューズなど）を着用させ、テストを受けました。この二種類の結び方は縦結び（granny knot）と横結び（square knot）です。縦結びの結び方は、まず、結ぶ紐の端と端を一度絡めます。続いて、紐を絡める向きをさきほどと同じでもう一度絡めます。あとは紐を引いて結び目を締めます。横結びなら、まず、二つの端を一度絡めます。続いて、紐を絡める向きをさきほどと逆にして、もう一度絡めます。あとは紐を引っ張って結び目を締めます。
被験者が歩いたり走ったりしているとき、靴紐の揺れる様子と幅を正確に測定するために、研究者たちは無線信号センサー（LORD Microstrain wireless accelerometer）を被験者の靴紐の結び目の真下につけます。このセンサーを通して、測定した振動を電圧信号によってリモートデータレシーバーに送信されます。テストの開始、被験者は固定な速度で鳴っているメトロノーム聞きながら、リズムをとってトレッドミルで歩いたり、走ったりします。下のビデオを見ると、被験者の足が二回目の交互になった時に、靴紐は緩む兆候が表れたことが分かります。
Makasdijian, R. & McNally, S. [UC Berkeley]. (2017). Why do your shoelaces come untied? [Youtube]. Retrieved from https://youtu.be/_-aiynIphTw
テストの結果によると、靴の種類と靴紐が緩みやすいかどうかとは無関係です。つまり、どの種類の靴を履いても、結び方が間違えるなら、靴紐は簡単に緩んでしまいます。さらに、縦結びより、横結びはきつく、長持ちで緩みにくいです。次に、被験者はが歩いたり走ったりしているとき、靴紐にどのような変化が起こったのかについて深く理解し、緩みやすい理由を探すために、研究者たちは、結んだ靴紐をある機械につけました(下のビデオのように)。
Daily-Diamond, C. A., Gregg, C. E., & O’Reilly, O. M. (2017). Supplemental video 2 from “The roles of impact and inertia in the failure of a shoelace knot” [figshare]. Retrieved from https:// shorturl.at/eLX49
機械を揺らすことで、研究者たちは人間が歩いたり走ったりしているとき、靴紐の揺れる様子を精密に模擬します。それだけでなく、研究チームはまた、靴紐の先端の重さを意図的に変更し、1〜3グラムの差でテストします。最終、実験結果では、他の外部要因(靴紐がきちんと結ばれていないなど)を除外した後、靴紐の緩みやすさは先端の重さと正の相関があることを示しています。つまり、靴紐の端末は重ければ重いほど、靴紐が緩みやすいです。
ところで、テストで興味深い発見がありました。それは、たとえ椅子に座って足を振っても、靴紐を緩ませる可能性があることです。研究チームによると、人間が歩いたり走ったりしているとき、
靴紐は足の動き、例えば、着地、持ち上げなどの影響で、結び目の間に慣性、摩擦が生じて、避けられない靴紐を緩ませるモードになってしまいます。
Daily-Diamond たちの研究を読んだ後、翻然と悟りますたか？日常生活の中での悩みを科学方法で原理を探し出す科学者たちのおかげで、靴紐の緩みやすい理由が分かりましたよね。これから出かけよう貴方も、縦結びを代わりに、横結びを結びましょう！
参考文献：
- Daily-Diamond, C. A., Gregg, C. E., & O’Reilly, O. M. (2017). The roles of impact and inertia in the failure of a shoelace knot. Proceedings of Royal Society, 473, 1-16. doi: 10.1098/rspa.2016.0770
- Daily-Diamond, C. A., Gregg, C. E., & O’Reilly, O. M. (2017). Supplemental video 2 from The roles of impact and inertia in the failure of a shoelace knot [figshare]. Retrieved from https:// shorturl.at/eLX49
- Makasdijian, R. & McNally, S. [UC Berkeley]. (2017). Why do your shoelaces come untied? [Youtube]. Retrieved from https://youtu.be/_-aiynIphTw