切り紙: 日本の芸術形式は、新しい軽量素材の作成に役立ちます

- アーティスト: ヴィッシュ・ゲイン

4日前

画像: 研究者提供

MIT の科学者チームによって開発された「鋼鉄のコルク」に似ていると表現される板格子は、飛行機、自動車、宇宙船用の強くて軽い部品の作成に役立ちます。

科学者たちは、コルクよりも軽い、日本古来の芸術形式である紙を折ったり切ったりする切り紙をベースにした、強力な新しいタイプの金属ベースの素材を作成しました。

より人気のある折り紙と同様に、切り紙は、紙を折ったり切ったりして、軽くてしっかりとした立体的な形状を作成する練習です。 科学者らは、紙を金属に置き換えることで、このいわゆる建築材料がカスタマイズ可能な機械的特性を持つようになると期待している。

「この材料は鋼鉄のコルクのようなものです」とマサチューセッツ工科大学（MIT）のビット・アトムセンターを率い、このアプローチに関する新しい論文の上級著者であるニール・ガーシェンフェルド教授は語る。 「コルクよりも軽いのに、高強度・高剛性です。」

プレート格子として知られるこの材料は、科学者がこれまで積層造形によって達成できたものよりもはるかに大規模に構築されています。 カスタム形状を使用すると、科学者は金属やその他の材料に新しい機械的特性を与えることができます。

この論文は、今週ボストンで開催された国際設計工学技術会議およびエンジニアリングにおけるコンピュータと情報会議で発表されました。

「プレート格子は、同じ重量と内部構造を維持しながら、強度と剛性において梁格子よりも優れています」と論文の共同主執筆者の一人であるアルフォンソ・パラ・ルビオ氏は述べた。

「建設は非常に困難だったので、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。 私たちは、この種の金属製の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。」

この論文の推進者には他に、MIT 電気工学およびコンピュータ サイエンスの大学院生である Klara Mundilova 氏、MIT の大学院生である David Preiss 氏、および MIT のコンピュータ サイエンス教授である Erik Demaine 氏が含まれます。

この方法を使用して、チームは 62 キロニュートンを超える圧縮強度を備えながら、重量は 1 平方メートルあたりわずか 90 キログラムのアルミニウム構造物を製造しました。 対照的に、コルクの重さは1平方メートルあたり約100キログラムです。

研究チームは、この構造が非常に強力で、一般的なアルミニウム波形の 3 倍の力に耐えることができることを発見しました。 これは、この技術が、科学者が飛行機、自動車、宇宙船用のより軽量で衝撃吸収性の高いコンポーネントを製造するのに役立つ可能性があることを意味します。

「自動車や飛行機などを作るには、工具に巨額の投資がかかります。 この製造プロセスには 3D プリントのような工具は必要ありません」とガーシェンフェルド氏は説明しました。 「しかし、3D プリントとは異なり、私たちのプロセスはレコード素材の特性に限界を設定することができます。」

しかし、切り紙板格子構造を使用する方法はモデル化が難しい場合があります。

「複雑な建築プロジェクトを制作してきた私の経験から言えば、大規模な曲線や二重曲線の要素を構築する現在の方法は、材料集約的で無駄が多いため、ほとんどのプロジェクトでは非現実的であると考えられています」と製造・設置設計会社の共同創設者であるジェームズ・コールマン氏は述べた。サムポイント。

「著者らの技術は航空宇宙産業や自動車産業に斬新なソリューションを提供しますが、セルベースの手法は建築環境にも大きな影響を与える可能性があると私は信じています。」と彼は付け加えた。

この研究には関与していないコールマン氏は、特定の特性を備えたさまざまなプレート格子形状を製造できる能力により、より少ない材料でより高性能でより表現力豊かな建物が可能になる可能性があると考えています。

「さようなら重い鉄骨やコンクリート構造物、こんにちは軽量格子！」

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