構造・材料特性によるメカニカルコンピューティングの開拓

• 研究課題/領域番号: 21K20422
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0301:材料力学、生産工学、設計工学、流体工学、熱工学、機械力学、ロボティクス、航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
• 研究機関: 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 安田 博実 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 宇宙航空プロジェクト研究員 (10910903)
• 研究期間 (年度): 2021-08-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: Mechanical metamaterials / 折り紙 / メカニカルコンピューティング / 折り紙メカニカルメタマテリアル

研究開始時の研究の概要

航空宇宙や発電プラントなどの産業で使用されるデバイスには、極限環境下（特に高温・高圧・高放射線レベル）での安定した動作が求められる。本研究では，周囲の環境からの情報を機械・材料特性として表現し， 極限環境下でもロバストに動作する新しい情報処理システムとしてのメカニカルコンピューティングの開拓を目指す。従来の機械構造に多数の電子回路やセンサー・アクチュエーターなどの部品を取り付けるシステムとは異なり，提案する研究ではメカニカルコンピューテイングシステム自体が構造・センサー・情報処理・アクチュエーションの役割を行うことで，高度に軽量化・簡素化されたデバイスの創製が期待できる。

研究成果の概要

本研究では、折り紙に基づく構造に注目し、チューナブルまたは制御可能な機械構造の静的・動的応答について調べ、機械構造に付加される入力を処理し、それに応じた出力を得るメカニカルコンピューティングの探求を行った。折り紙構造に2種材料を導入したモデルを考え、固有値解析およびプロトタイプの試作を通して、折り挙動に与える影響について調べた。また、折り紙構造の動的応答を調べるため、有限要素法を用いて構造に2つの異なる入力を与えたときの挙動について数値解析を行った。数値解析の結果から、入力の与え方に応じて異なる折りの挙動を示すことが分かった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、折り紙構造の静的・動的応答を制御するため2種の材料を導入し、固有値解析と試作によりその有効性を確認した。これにより、折り紙の折り変形を利用した機械構造の幾何形状の制御において、理論もしくは数値解析のモデルを実際に製作する際に幾何形状の設計から材料の選定、試作の方法における知見を与えると考える。また、本研究で行った動解析の手法を用いることで、そういった構造が外部からの入力を受けたときの動的挙動に関する知見を得るのに役立てることができると考える。