新しいメタマテリアル設計により、自然界でも特に強靭な接合構造を再現(New metamaterial design recreates one of nature’s toughest connections) を選択 新しいメタマテリアル設計により、自然界でも特に強靭な接合構造を再現(New metamaterial design recreates one of nature’s toughest connections)

2026-10-05 デルフト工科大学(TU Delft)

デルフト工科大学(TU Delft)の研究者らが、自然界でも特に強靭な「アワビの殻と軟組織の接合構造」を模倣したメタマテリアルを開発した研究を紹介しています。研究チームは、アワビの殻に見られる硬い無機材料と柔らかな有機材料の境界を解析し、異なる材料を単純に接着するのではなく、界面に微細な構造を設けて力を分散させる仕組みを再現しました。新しいメタマテリアルでは、硬質材料と軟質材料の間に階層的な微細構造を形成することで、応力集中を抑え、破壊が一気に進むことを防ぎます。実験では、従来型の単純な接着構造と比べて、強度と靭性の両立が可能であることを確認しました。この設計原理は、航空宇宙、ロボット、医療機器、複合材料など、硬い材料と柔らかい材料を組み合わせる必要がある分野への応用が期待されています。自然界の構造を工学設計へ転換する「バイオミメティクス」の新しい例といえます。

<関連情報>

多孔質支柱と三重周期最小曲面格子構造のハイブリッド接続戦略 Strategy for hybrid connection of porous strut and triply periodic minimal surface lattice structures

Jianxing Yang, Vahid Moosabeiki, Long Bai, Mauricio Cruz Saldívar, Marius A. Leeflang, Xiaohong Chen, Amir A. Zadpoor & Mohammad J. Mirzaali

Nature Communications  Published:05 October 2026

DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-77560-7

新しいメタマテリアル設計により、自然界でも特に強靭な接合構造を再現(New metamaterial design recreates one of nature’s toughest connections) を選択 新しいメタマテリアル設計により、自然界でも特に強靭な接合構造を再現(New metamaterial design recreates one of nature’s toughest connections)

Abstract

Hybrid design approaches are essential for developing porous lattice structures with integrated multifunctional performance. While previous studies have focused on hybridization among different topologies, combining distinct structure types—such as integrating the high mechanical strength of triply periodic minimal surface (TPMS) sheet structures with the meta-structural characteristics of strut-based architectures—remains underexplored due to challenges in creating effective connections between these disparate forms. Here, we introduce a design strategy for hybridizing TPMS sheet and strut lattice structures via twinned unit cells. These transition substructures have tunable properties enabling modulation of the transition cell modulus from 0.4 to 5 times its original value and direct generation of 3D-printable files. This approach enables a more effective balance between multiple mechanical properties. Prototypes demonstrate successful hybridization and multifunctional performance, achieving both geometric and mechanical compatibility. Notably, the hybrid structures exhibit a 37- to 84-fold variation in structural stiffness, addressing complex requirements, such as bone-to-tendon interfaces, that are challenging for previously reported strategies.

0102材料力学
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