要約:
おそらく、ホバーマン球を見たことがあるでしょう。これは、わずかな手の力で折りたたんだり拡張したりできる多関節ロッドの動的格子です。米国のハーバード大学と日本の東京大学の研究チームは、日本古来の折り紙と切り絵の芸術に触発されて、一連の拡張可能な構造を開発しました。
これらはホバーマン ボールに似ており、同様にロッドとシザー ジョイントで接続されています。研究者らはこれを「折り畳み可能なシザー面と平面の複合格子」と呼んでいるが、「ホベガミ」と呼んだほうがカッコよくてタイプしやすいかもしれない。
この研究では、トーラス状の平面複合格子を円柱に折り畳むことができます。 「折り紙は、折り目がどのように形状をエンコードするかを示し、切り紙は、切り込みがどのように動きを解放し、構造に機能を与えるかを示します」と、ハーバード大学の応用数学、生物生物学、物理学の教授、ラクシュミ・ナラヤナン・マハデヴァン上級著者は述べています。 「この研究は相補性を示しています。質問: 基本的な構成要素が折り目や切断ではなく、接続になったら何が達成できるでしょうか?」
物体、工具、構造物、乗り物にとって、質量だけでなく体積が制限要因となる場合、折り畳み可能性は貴重な設計機能です。潜水艦、貨物機、宇宙ステーションに物資を補給するための宇宙船のいずれを飛行させる場合でも、重量の増加による燃料費を負担できるのであれば、運ぶ物の数を減らしたり、折りたためない物品を選択したりする代わりに、より多くの折りたたみ可能な家具、ヘルメット、外科用インプラント、生息地、キューブサット、宇宙服、飛行用トーラス、飛行翼を積み込むことができ、その結果、高価で危険な輸送手段の数を減らすことができます。
折り畳み可能性をオブジェクト設計の中核機能にするために、豊永氏のチームは、複雑なシザー面を段階的に構築できる分析設計アルゴリズムを考案しました。豊永氏は次のように説明します。「全体的な形状は純粋に局所的なルールによって理解でき、一連の単純な幾何学的決定に基づいて完全な構造を形作ることができます。」
この「ブロックごと」のアプローチは、完全な形状から開始してその中の個別のジョイントを導き出すために逆方向に作業するのではなく、単一の接続から開始して上向きに作業して全体を構築することで、正確にジョイントごとに構築することです。プロセス全体に必要な設計パラメータはわずかです。
豊永氏のチームは、この手法を用いて、ハーバード大学のコルター・J・デッカー氏とロバート・J・ウッド氏、東京大学の西本セリ氏と舘智宏氏らとともに、スパイラル、トーラス、「卵箱」構造など、さまざまな形状の構造を設計、作製した。
これらの動的構造は、研究チームの論文の印象的な説明と完全に一致するわけではないかもしれませんが、ハーバード大学の平面複合格子には、論文では言及されていない別の追加の利点、つまり美学があります。エレガントな幾何学的形状を備えたこれらの「ホベガミ」構造は、より多くのデザイナーに製品デザインに折り畳み性を組み込むよう促すかもしれません。結局のところ、実用的な箱、椅子、テーブル、テント、その他のアイテムではなく、ローテク版トランスフォーマーのような動的に形を変える製品を選べるとしたら、誰が静的なアイテムを選ぶでしょうか?
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