車輪は、およそ6000年前に発明されて輸送界に革命をもたらしたが、その正確な起源は謎のままだった。
構造力学技術を用いた新たな研究によると、紀元前3900年頃の車輪技術における3つの大きな技術革新の原動力になっていたのは、東ヨーロッパのカルパティア山脈で銅を採掘していた労働者たちだった可能性があるという。
車輪の起源についての3つの仮説
車輪や車輪がついた乗り物の考古学的な証拠は銅器時代（紀元前5000～3000年頃）のヨーロッパ、アジア、北アフリカでたくさん出土している。
壁に描かれた戦闘シーン、ミニチュアの車輪、子どものおもちゃ、荷馬車の埋葬や、初期の車輪技術に関する文献などがある。
しかし、車輪は急速に普及したため、いつどこで最初に発明されたのかは不明だったが主だった仮説は3つある。
仮説1：紀元前4000年頃にメソポタミアで登場してヨーロッパに広まった
仮説2：紀元前3800年頃にトルコ北部の黒海沿岸周辺で開発された
仮説3：紀元前4000～3500年の間にカルパティア山脈で発明されて広まった
カルパティア山脈説を支持する歴史家の主張
2016年に3番目の説を唱えたのは、コロンビア大学の歴史家リチャード・ブリエ氏だ。
紀元前4000年頃にカルパティア地域で需要が大きかった銅鉱石が浅い場所では見つけにくくなり、鉱山労働者たちがより深くまで掘らなくてはならなくなった。
そのため、採取した銅を効率よく地上へ引き揚げる必要に迫られたことから初期の車輪が発達したという考えに基づいている。
カラパティア地方で見つかった後期銅器時代の荷車のモデルは長方形で側面は台形になっていて、現在の鉱山のトロッコに似ているという。
車輪の進化に必要な3つの技術開発
そこで研究チームは、ジョージア工科大学、航空宇宙エンジニアのカイ・ジェームズ氏、元イリノイ大学のエンジニア、リー・アラコク氏と協力して、考古学的証拠に基づく古代の車輪システムの知識をベースに、計算力学と設計科学を駆使して、古代人が単純なローラーをどのように車輪と車軸のシステムに変えていったのかを調べた。
その結果、車輪の進化には、3つの革新技術が必要だったという。
重いバスケットや荷台を移動させなくてはならなかったため、道に沿ってローラーを設置して、必要に応じて後方のローラーを前方に移動させたのではないかと研究チームは考えた。
最初の革新技術は溝のついたローラーだ。銅鉱石を運ぶ箱をこのローラーの上に置けば前後に動くようになり、ローラーを交換するために人が周囲を歩き回る必要がなくなる。
これによって、より幅の広い荷台を鉱山の中に入れることができたかもしれない。
2番目の革新技術は車輪セット。つまり、車軸に固定された車輪のことで、これの発明により、坑道内に岩や瓦礫があっても荷車が余裕で通過することができるようになった可能性がある。
3番目は車輪セット誕生の500年後に生まれたとされる、車輪が車軸から独立して動く技術だ。設計に巧みな機動性を加えた可能性が高い。
最適化された車輪セットの設計が生まれた後で計算解析をしてみると、単純なローラーから車輪と車軸が進化することが、さらにエネルギー効率の高い設計を反映したもっとも妥当な道筋だったであろうことがわかった。
だがカラパティアの鉱山という環境そのものもまた、車輪の設計に影響を与えた可能性も考えられる。
最初の車輪の開発者が操業していた環境には、ローラー式輸送への移行を促進する独特な特徴がありました」は語る。
こうした環境の特徴、例えば狭く閉鎖された通路という環境が必然的に車輪の開発者たちをこうした設計へと導いたといえます（ジェームズ氏）
しかし、車輪の進化は銅器時代に終わったわけではない。1869年のラジアルボールベアリング（軸と直角方向にかかる荷重を受ける軸受）の発明は20世紀の自動車産業や機械産業の大きな進展につながった。
本研究の新たなモデルは、東ヨーロッパでの車輪が発明され、そこから広まっていった可能性を説明できるかもしれないが、これが最終的な答えではないかもしれない。
複数の文明が同時期に車輪を発明した可能性もまだある、とジェームズ氏は言う。
今回、採用した計算設計アプローチは、ほかの考古学的疑問にも応用できるかもしれない。
例えば、ピラミッドが実際にどうやって建設されたのか、まだ解明すべきことがたくさんある。
このアプローチはそうした疑問の一部に答えを出すのに役立つかもしれない。
この研究は『lRoyal Society Open Science［https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsos.240373］』誌（2024年10月23日付）に掲載された。
References: 1st wheel was invented 6,000 years ago in the Carpathian Mountains, modeling study suggests | Live Science［https://www.livescience.com/archaeology/1st-wheel-was-invented-6-000-years-ago-in-the-carpathian-mountains-modeling-study-suggests］
