科学者は切り紙を使う

何世紀にもわたる日本の芸術形式は、鋼鉄と同じくらい強いコルクのような次世代の製造方法を生み出す可能性があります。

アンドリュー・ポール著 | 2023 年 8 月 23 日午後 12:00 EDT に公開

切り紙として知られる日本古来の紙の折り方や切り方の芸術は、新世代のエンジニアリング材料にますますインスピレーションを与え、驚くほど美しく弾力のあるデザインを生み出しています。 MITの研究者の厚意による最新の反復では、ハニカムと人骨の両方に見られる特性を追加して、高度な建築材料をさらに強化するだけでなく、特定の飛行機、宇宙船、ロボットの回復力を高める可能性もあります。

米国機械学会の近日開催されるエンジニアリング会議のコンピューターと情報で発表される新しい論文で詳しく説明されているように、MIT のビットと原子センター (CBA) のチームは、板状格子を製造する新しい方法を開発しました。これは有用な高性能材料です。自動車および航空宇宙の設計において。 「この素材はスチールコルクのようなものです。 コルクよりも軽いですが、強度と剛性が高くなります」と、論文の上級著者であり、MIT ビット・アトムセンター (CBA) の主任研究員であるニール・ガーシェフフェルドは説明します。

画期的な進歩を達成するために、エンジニアたちは、2枚の平らなプレートの間に波形のコアを配置する「サンドイッチ構造」のプレート格子を作成する際にすでに使用されていた伝統的な折り紙ミウラ折りの折り目を変更しました。 標準的なプレート格子サンドイッチ構造は、時間がかかり、コストがかかり、困難な接着剤と溶接で作られることが多いですが、研究チームはミウラ折りのデザインの鋭角をファセットに修正し、リベットやボルトによるプレートの取り付けを可能にしました。 この変更されたデザインは、骨や蜂の巣内に見られる細胞の形状と同様に、さまざまな折り目パターンや形状を介してさらにカスタマイズして、特定の剛性、柔軟性、強度を高めることができます。

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研究チームの調査結果によると、切り紙で補強された板格子は、標準的なアルミニウム製の波型デザインの3倍の力に耐えたという。 このようなバリエーションは、自動車、飛行機、宇宙船内で必要とされる軽量の衝撃吸収セクションにとって大きな期待を示しています。

「プレート格子の構築は非常に困難であったため、マクロスケールでの研究はほとんど行われていませんでした」と論文の共同筆頭著者でありCBAの研究助手であるアルフォンソ・パラ・ルビオ氏は説明した。 「この種の金属製プレート構造をより簡単に利用するには、折り畳みが有効だと考えています。」

切り紙からインスピレーションを得た構造的能力と芸術的能力の両方を実証するために、チームの大学院生の一部は、現在 MIT メディア ラボに展示されている 3 つの大きな立体彫刻をデザインしました。 「結局のところ、この芸術的な作品は、私たちが論文で示している数学と工学の貢献のおかげでのみ可能です」とパラ・ルビオ氏は語った。 「しかし、私たちは自分たちの作品が持つ美的な力を無視したくありません。」

当分の間、新しいプレート格子の製造方法は、建設に先立ってモデル化することが依然として困難である。 ただし、チームは今後、切り紙格子の設計プロセスを合理化および簡素化するためのユーザーフレンドリーな CAD ツールを構築する予定です。 MITの火曜日の発表によると、生産に先立って設計をシミュレーションする際にかかる計算コストを削減する方法も調査したいとしている。

Andrew Paul は、ポピュラー サイエンスのスタッフ ライターで、テクノロジー ニュースを担当しています。 以前は、The AV Club と Input に定期的に寄稿しており、最近の作品は Rolling Stone、Fangoria、GQ、Slate、NBC、および McSweeney's Internet Tendency でも取り上げられています。 彼はインディアナポリス郊外に住んでいます。