一本の紐で平面構造を立体化する新しい3D設計法を開発(One string pull deploys complex structures)

2025-12-23 マサチューセッツ工科大学(MIT)

マサチューセッツ工科大学(MIT)の研究者らは、1本のひもを引くだけで複雑な3D構造が自動的に展開する新しい設計・組立方法を開発した。この手法は、ユーザーが指定した3D形状を平面状の相互接続タイルに変換するアルゴリズムに基づき、最適なひも経路と持ち上げ点を計算することで実現される。ひもを引くだけで、カードのように折りたたまれた部品が滑らかに展開し、曲面や人間サイズの椅子など、複雑な立体構造へと変形する。構造はひもを緩めると元の平面に戻り、再利用・収納・輸送の効率が高い。素材や製造方法に依存せず、3DプリンティングやCNC加工など多様なプロセスで作成可能だ。応用例として、災害時の迅速な仮設医療施設、折りたたみロボット、宇宙での展開構造体などが挙げられ、将来的には体内で展開する小型デバイスや建築用大規模構造への応用も見込まれている。この研究は、CSAIL(コンピュータ科学・人工知能研究所)とEECS(電気工学・コンピュータサイエンス)など複数の研究グループによって行われ、SIGGRAPH Asiaで発表された。

一本の紐で平面構造を立体化する新しい3D設計法を開発(One string pull deploys complex structures)Four 3D structures, pictured on bottom, were transformed from flat configurations made of interconnected tiles (top) with a single pull of a string. The middle row shows, in red, the optimized string path and lift points for each object.Credit: Courtesy of the researchers

<関連情報>

一本の糸で全てを繋ぐ:平面オーセチックリンク機構から曲線構造物を高速に組み立てる One String to Pull Them All: Fast Assembly of Curved Structures from Flat Auxetic Linkages

Akib Zaman, Jacqueline Aslarus, Jiaji Li, Stefanie Mueller, Mina Konakovic Lukovic
ACM Transactions on Graphics  Published: 04 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1145/3763357

Abstract

We present a computational approach for designing freeform structures that can be rapidly assembled from initially flat configurations by a single string pull. The target structures are decomposed into rigid spatially varied quad tiles that are optimized to approximate the user-provided surface, forming a flat mechanical linkage. Our algorithm then uses a two-step method to find a physically realizable string path that controls only a subset of tiles to smoothly actuate the structure from flat to assembled configuration. We initially compute the minimal subset of tiles that are required to be controlled with the string considering the geometry of the structure and interaction among the tiles. We then find a valid string path through these tiles that minimizes friction, which will assemble the flat linkage into the target 3D structure upon tightening a single string. The resulting designs can be easily manufactured with computational fabrication techniques such as 3D printing, CNC milling, molding, etc. in flat configuration that, in addition to manufacturing, facilitates storage and transportation. We validate our approach by developing a series of physical prototypes and showcasing various application case studies, ranging from medical devices, space shelters, to architectural designs.

0109ロボット
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