折り紙・切り紙構造から新しいリンク機構へ(From Folds and Cuts to Linkages)

2026-06-23 ハーバード大学

ハーバード大学SEASの研究チームは、折り紙(Origami)の「折り」、切り紙(Kirigami)の「切り」に続く新たな機械的メタマテリアル設計原理として、「リンク機構(Linkages)」に基づく変形構造を提案した。研究では、はさみ機構を連結した「Collapsible Scissored Surfaces(折り畳み可能なシザー構造面)」を開発し、一次元のコンパクトな状態から二次元の曲面へ展開できる数学的・物理的設計フレームワークを構築した。従来の大規模最適化計算ではなく、境界からリンクを一つずつ追加する局所的な設計アルゴリズムにより、展開性と折り畳み性を維持しながら複雑な形状を実現できることを示した。さらに、多材料3Dプリンティングによる試作により、らせん形状、トーラス形状、卵パック状の二重曲面などへの安定した展開を実証した。本研究は、折り・切り・リンク機構という三つの幾何学設計原理を統合するものであり、宇宙展開構造物、適応型建築、ロボット、医療機器、プログラマブル材料などへの応用が期待される。


Over the past decade, Professor L. Mahadevan’s Soft Math Lab at the Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) has helped establish how the ancient Japanese paper arts of folding or cutting can be used to inverse design structures that transform dramatically in shape and function.

<関連情報>

折りたたみ式ハサミ型表面 Collapsible scissored surfaces

Noah Toyonaga, Seri Nishimoto, Colter J. Decker, +2 , and L. Mahadevan
Proceedings of the National Academy of Sciences  Published:June 18, 2026
DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2605221123

Significance

The two-bar linkage, or scissor mechanism, is an elementary machine which can close to a one-dimensional state in which both legs are parallel. We describe a class of geometric metamaterials based on lattices of scissor mechanisms which transform from a one-dimensional collapsed state to map two-dimensional surfaces. We derive an analytic “additive” algorithm which parameterizes the space of all such structures, paving the way for us to design metastructures with programmable form and function.

Abstract

We introduce an additive approach for the design of a class of transformable structures based on two-bar linkages (“scissor mechanisms”) joined at vertices to form a two-dimensional mesh which we call a pantograph lattice. Our approach shows how these lattices unfold from a one-dimensional collapsed state to two-dimensional surfaces of single and double curvature. We provide an algorithm for growing pantograph structures that allows us to explore the full space of possible mechanisms, and we use it to computationally design and physically assemble a series of examples of varying complexity. We finally demonstrate a streamlined method for automated fabrication of pantograph lattices using multimaterial 3D printing.

0101機械設計
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