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折紙の幾何学を用いた柔らかくて堅い構造

東京大学 大学院総合文化研究科

広域システム科学系

准教授 舘知宏

平成30年3月8日

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折紙工学のブレークスルー

• 折紙工学： 1960年代～（例： 「ミウラ折り」「チューハ

イ缶（吉村パターン）」）応用例はまだ少ない

– 原因１：現象が複雑で設計に取り入れる余地がない

– 原因２：生産が難しく、特に少品種大量生産に向かない

• 計算折紙時代： 2000年代～折紙工学のブレークスルーの兆し：

– 解決１：「計算折紙」の発展によって扱いやすくなった

• 自由形状設計• 動きのシミュレーション• 構造解析など

– 解決２：デジタル・ファブリケーションで実現可能となった

• 「厚みのある剛体折紙」研究でメカニズム

• 2軸CNC(プリンティング）で多品種生産での折紙利用

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計算折紙その１：なんでも作れる

[Tachi 2007]

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計算折紙その2:剛体折紙機構と厚み処理

• 紙に限定する必要なし• 厚パネルにCNC加工で組み立ていらず

[Tachi 2013]

[Tachi 2009]

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計算折紙その3 (今回の新技術):柔らかくて堅い構造

• 従来構造[Tachi 2009]

この変形モードをなくしたい

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計算折紙その3 (今回の新技術):柔らかくて堅い構造

「並進」組み合わせ[Tachi 2009]

新技術：「滑り鏡像」組み合わせ[Filipov Tachi Paulino 2015]

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計算折紙その3 (今回の新技術):柔らかくて堅い構造

従来技術[Tachi 2009]

新技術：「滑り鏡像」組み合わせ[Filipov Tachi Paulino 2015]

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計算折紙その3 (今回の新技術):柔らかくて堅い構造

• 従来構造の–等しい変形柔軟性– 100倍の堅さ

• 変形できるのに構造として理想的な軽量高剛性構造

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分野１：可動構造

• 折紙の特徴– 軽量で強い– 折りたためる– どの変形状態でも利用可能（c.f., 膜テントは開いた状態以外使えない）

– 厚板も処理可能• 可動構造

– 仮設建築・パビリオン– 可動屋根・ファサード– 建設：足場・型枠など– 宇宙構造

協働：川上産業、日建設計 2018

Filipov Tachi Paulino 2015

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分野２：メタマテリアル• 今までにない機械特性をもった「材料」と見做せる

– ある変形モードには堅く別のモードには柔らかい

– ヤング率の異方性– 零剛性の材料– 負のポアソン比

• 衝撃吸収・再利用– 免振装置・バンパー・クラッシュボックスなど

– スポーツウェア・ギアなど• Nike, Adidas等、3Dプリントメタマテリアル靴が開発

• 日本初で「折紙」スポーツウェアが作れる？

[Calisch, Gershenfeld 2018] (MIT)

新技術[Tachi 2015]

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分野３：アクチュエータ・ロボット

長さ0から使える高剛性・超軽量アクチュエータ

陽圧：空気圧、油圧

陰圧：Vacuumatics

形状変形のできるトランスフォーマーロボットへ

[Miura and Tachi 2011]

Li, Vogt, Rus, Wood 2017 (Harvard)

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少し将来の折紙技術4Dプリンティング

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実は、技術はそこまである

1. 材料のレイヤーをパターニング

2. 熱収縮・膨張などで自己折り

二次元の印刷のみで、三次元が作れる！

Programmable matter[Hawkes, An, Benbernou, Tanaka, Kim, Demaine, Rus, Wood 2009]

Self-folding Polymer Gel[Na, Santangelo, Lang, Hull, Hayward 2014]

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実は、技術はそこまである

「計算」部分は舘研が世界一

「折紙4Dプリンタ」作りませんか？

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コラボレーション限りなく柔軟に！！

• 仕様が具体的に決まった問題を解くのではなく、問題自体を見つけながら水平思考で解く分野です。

• だれも発想しなかった応用技術を一緒に考えませんか？

• 共同研究スタイル– 用途／材料／製造方法／デザイン／幾何コンセプトなどを初期段階からトータルで

– それぞれのパートの専門家がアイディアを共有し、ブレインストーミング

– 「ニーズ」「シーズ」の水平探索– 一緒に手を動かしながら考えるワークショップ

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本技術に関する知的財産権

• 発明の名称：可折構造物、ならびに、可折構造物製造方法、可折構造物製造装置、および、プログラム

• 出願番号：特願2015-160229 (2015/8/14出願）• 国際出願：PCT/JP2016/073806 （2016/8/12）• 出願人：国立研究開発法人科学技術振興機構• 発明者：舘知宏、山口泰、Evgueni T Filipov、Glaucio H

Paulino

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産学連携

• 2018年- 株式会社日建設計と共同研究• 2017年- 川上産業株式会社と共同研究• 2008年- 大学発ベンチャーNature Architects社と共同研究

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お問い合わせ先

共同研究や技術に関するお問い合わせ：

東京大学 舘研究室

e-mail tachi@idea.c.u-tokyo.ac.jp

特許に関するお問い合わせ：

科学技術振興機構

知的財産マネジメント推進部

e-mail： license@jst.go.jp