曲面幾何に基づく曲面変形装置の基礎的動作手法に関する研究

• 研究課題/領域番号: 17K06971
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 船舶海洋工学
• 研究機関: 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所
• 研究代表者: 松尾 宏平 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (00399528)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
• キーワード: 曲面幾何 / 曲率線 / スマートマテリアル / 曲面変形 / 船舶

研究成果の概要

任意の曲面から任意の曲面へ曲面形状を自在にコントロールするための幾何学的手法の理論構築を行った。具体的には、曲面上の曲率線格子を想定し、格子を構成する各点に、長さ方向伸縮、法線方向面外曲げ、面内曲げの3成分を与えて目的の曲面を得る理論体系を構築した（ねじりを与えずに曲面を成形するのがポイントである）。また、その理論を実装した曲面変形システムを開発した。システムでは、変形を与える順番や変形の刻み幅を任意に変えることができ、変形がどのように進展するのかをグラフィカルに確認できる。更に、曲面変形装置のデモ機を製作し、曲面変形システムと接続して実際の曲面変形の動作を確認できる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

曲線格子に、長さ方向の伸縮、曲面に対する法線方向の面外曲げ、それに直交する面内曲げを与えることによって任意の曲面形状を得るアルゴリズムを開発した。これを仮に、曲面上の曲率線格子ではない、任意の曲面上の格子で行う場合、面外曲げ、面内曲げ、伸縮の他、ねじりを与える必要があり変形が複雑になる。曲率線格子を考慮することで、成形に伸縮と2軸方向の曲げ成分だけで対応でき、機械的な実用化が容易になる。
将来的には、この理論を機械装置として船舶等に実装することで、その時々の状況に応じて最適な形状にコントロールする、Transformable Ship等の実現を目指し、船舶、鉄道等の省エネ技術に貢献する。