Development of mechanical metamaterial for controlling a texture deformation using digital fabrication technique

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K19980
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 青砥 隆仁 筑波大学, 図書館情報メディア系, 研究員 (00785462)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2019-03-31
• Keywords: デジタルファブリケーション / 質感変化 / メタマテリアル

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題の目的は、物質の幾何学的な変形に応じて光学的な特性である質感を自在に変化させることが可能なメタマテリアルを作製することである。本研究課題の特徴は構造色に代表されるミクロな構造を工夫することで物体表面の色をコントロールする技術と異なり、マクロな構造の少しの変化によりマイクロメートルからミリメートルオーダーのミクロな内部構造を変化させることで物体表面で起きる光学的な振る舞いをコントロールすることを目的としている点である。
実際に提案手法によって計算された構造を用いることで、物体色を変化させるメタマテリアルの作成を行った。本構造は汎用的な３Dプリンタによって作成することができる。また、特定の部分のみ色を変化させることも可能であり、色の遷移度合いもある程度中の構造によってコントロールすることが可能である。提案した手法は、色の遷移度合いや変化する色を計算機によるシミュレーションによって容易に導くことが可能である。
提案手法の製造上の制約として、物体の弾性が異なる二材を用いる必要があるため、硬い素材および弾性の強いゴムライクな素材、水溶性のサポート材と３種類以上の素材を印刷可能な３ｄプリンタを必要とする。また、３ｄプリンタの解像度によって変形度合いが決定されるため、製造時にはより解像度の高い3ｄプリンタが求められる。
本研究成果は、応力の変化を視覚的に求められるアプリケーションにおいて、汎用的なデジタルファブリケーション機器のみで開発が可能である。