何世紀にもわたる6つの方法

Oct 27, 2023

科学者や技術者にとって折り紙はありそうもないインスピレーションの源のように思えるかもしれませんが、何世紀にもわたる日本の紙折り技術は、あらゆる種類の新しいイノベーションの背後にあります。 それは、折り紙の微妙な美しさは、金属やプラスチックの世界でも紙と同様に機能する強力な数学的原理から生じているからです。

「折り紙の世界にすでに存在するアイデア、構造、メカニズムを活用できます」と、元 NASA の物理学者であり、折り紙の専門知識を持つコンサルタントであるロバート ラング氏は言います。 「しかし、折り方を記述する数学的ツールを使用することもできます。これにより、芸術的な折り紙を設計して、特に技術的問題を解決する新しい折り構造を作成できるようになります。」

折り紙を使用すると、持ち運びのために折りたたんだり、狭いスペースに押し込んだりできる大きな構造物を作成することができます。 また、複雑な折り畳みパターンを使用して、単一のモーターで制御できる動きを備えた複雑な機械システムを作成することができます。

折り紙からインスピレーションを得た 6 つの新しいデバイスを紹介します。

ハーバード大学のロボット工学者ロバート・ウッド氏は最近、折り紙を使って繊細な深海生物を捕獲するためのつかみ具を設計した。 この装置の 5 つのアームは、相互に接続された五角形と三角形を特徴とし、折り畳むと 12 角形の容器を形成し、クラゲやタコなどの柔らかい体の海洋動物を傷つけることなく捕獲するために使用されます。

ロボット潜水艦に取り付けることができるグラバーは、単一のモーターの助けを借りてアームを折りたたむことができます。 コンポーネントが少ないということは、深海環境で故障するものが少なくなることを意味するため、これは重要です。 「シンプルさが重要です」とウッド氏は言います。 「このような過酷な環境に対処する場合、過度に複雑なメカニズムは望ましくありません。」

警察が使用する従来の防弾シールドは重さが90ポンド以上あり、1人しか防護できません。 しかし、ブリガムヤング大学の技術者チームは折り紙を使って、数人を守るのに十分な幅がありながら、車のトランクに簡単に収まる形に折りたたむことができる55ポンドのシールドを設計した。

同大学の機械工学教授でチームのリーダーであるラリー・ハウエル氏によると、デザインのインスピレーションとなった特定の折り畳みパターンは約100年前に遡るという。 しかし、厚い防弾生地を紙のように折りたたむには微調整が必​​要でした。 エンジニアは硬いパネルを生地に縫い付け、プレート間の柔らかい部分がヒンジのように機能します。

宇宙船ではスペースが非常に貴重です。 そこで、NASA のジェット推進研究所のエンジニアである Jaakko Karras は、ロボットの構造とその制御システムの両方を提供する折り畳まれた回路基板から、単純な車輪付き惑星探査車を作りました。

探査機の車輪は、宇宙飛行中はしっかりと折りたたまれ、宇宙船が目的地に到着すると元の位置に戻るように設計されています。 ロボットが遠くの惑星を走行中に狭い空間に遭遇した場合、再び車輪を折りたたんですり抜けることができます。

カラス氏は、小型で機動性の高い探査機のいくつかは、NASA が近年依存してきた大型で高価な探査機に取って代わるか、あるいは併用できる可能性があると考えている。 「私たちは、単一の高価値の大型ローバーではなく、小型ローバーの群れという新しいパラダイムを追求することができます」と彼は言います。

カラス氏は現在、こうした群れが将来のNASAミッションで飛行することを期待して、制御するソフトウェアを開発している。

簡単な外科手術を行うために体内を動き回るロボットを飲み込むことができたらどうなるでしょうか? MIT の研究者らが折り紙からインスピレーションを得て、錠剤に収まるほど小さく折り畳めるボットを作成した今、そのようなシナリオは想像よりも現実に近いかもしれません。 体内に入ると、外部の磁石の助けを借りて展開し、腸内を進むように設計されています。

研究者らは、胃のリアルなモックアップからバッテリーを取り出すボットの能力をテストすることに成功した。 しかし、この小さなボットを作成したグループのリーダー、ダニエラ・ラス氏は昨年フォーブスに対し、この装置を完成させるために必要な動物実験と人体実験を行うには6年かかるかもしれないと語った。