| 研究課題/領域番号 |
21K03822
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18030:設計工学関連
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| 研究機関 | 明治大学 |
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研究代表者 |
篠田 淳一 明治大学, 研究・知財戦略機構(中野), 研究推進員 (60266880)
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| 研究分担者 |
ディアゴ ルイス・アリエル 明治大学, 研究・知財戦略機構(中野), 研究推進員 (20467020)
萩原 一郎 明治大学, 研究・知財戦略機構(駿河台), 研究推進員(客員研究員) (50282843)
楊 陽 明治大学, 研究・知財戦略機構(中野), 研究推進員 (90838260)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 切紙ハニカム / 折り紙ロボット / 折り紙設計システム / 木構造 / 折り紙展開図 / 積層型プリンター / 切り紙ハニカム |
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| 研究開始時の研究の概要 |
従来の折紙ロボットの開発は人間の折る挙動を真似るもので、さながらセンサーや機構の高度化の競演の様相を呈し袋小路に入った感がある一方、代表者らは、折紙ロボットの実現が困難の要因は、折り紙の展開図の木構造はいずれも閉ループを有すためであることを示した。閉じた木構造から開の木構造の展開図に変換できれば比較的簡単な機構やセンサーを有す安価な折紙ロボットができる。本研究ではこのような考えから折紙ロボットを実現させ、積層型3Dでは困難な、心地よい下着や健康管理用ディバイスを常に肌に密着できる衣服開発などを実現し積層型3Dに対し、折紙設計を「折紙式3Dプリンター」と称されるレベルに引き上げることを目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究によって折紙の展開図から発生した切紙ハニカムは従来の切紙ハニカムの2.5次元から完全3次元に以下のように拡張できた. 切紙ハニカムはメタマテリアル創生の宝庫としても脚光を浴び，折紙工学の世界で大きなトピックスとなっている．ハニカムコアは芯材を上下面で接合するサンドイッチ構造にすることにより曲げ剛性の向上やせん断剛性の獲得を目指すため，まず上下面の定式からスタートすることがこれまでの一連の研究で続けられていた．そこでは，各セルが上下面平行の一定断面，凸型，テーパー型（セルの厚みがハニカムセル伸長方向に対して線形に変化するもの），非凸型の4種類があるとし, 非凸型を除いた, 共通の定式化に成功している. 一方，非凸型では，一枚続きの展開図からセルを作成することが出来ないため，近似的に形状を再現する手法を提案している．切り紙ハニカムからのメタマテリアル創成研究が盛んなハーバード大学とMIT連合グループやブリストル大学の研究グループは上記の論文を参考にしている. 以上の従来の定式では，上下面間の形状についての制御が利かず，複雑形状のハニカム化は困難となっている．これに対し本研究では，これまでの定式化と全く異なり，任意構造のCADデータやSTL（Stereo Lithography）データをそのまま使用し，任意のハニカム構造で覆い両者の交点から任意の構造のハニカムの芯材を得るという新しい定式を試み成功した.従来では完全3次元の切紙ハニカムは得られなかったところそれが可能となった．新しいメタマテリアルの創出が期待される状況が得られた.
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成4年度に予定していた項目は, ① 開いた木構造から対応する展開図を作ること, ② 後述のように木構造の切断の代わりに糊代部を新たに設けることによる開の木構造展開図の生成, ③ 改良Norigamiロボットで展開図を自動的に折れるかの検討, である .①, ②は完, ③はあと少しの所で成功せず未達である. しかし, 上述のように,世界初の完全３次元の切紙ハニカムが得られたことにより, 今後のメタマテリアル創出競争に先んずる状況が得られたことは非常に大きい.
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| 今後の研究の推進方策 |
折紙・切紙ロボット、それを用いた折紙式プリンターは現在の三次元積層型プリンターを補完するものであることを高らかに唄い世界展開を図る。計画時記述した、人間の体形などの、複数の展開図を繋げて一つの展開図を作り密着性の良い下着類の開発の汎用化の検討、に加えて自転車用ヘルメットの開発を切紙ハニカムで創生し世界展開を図る。なお、既に、全表面垂直の柱のセルを有す切紙ハニカムの展開図は得られている。
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