2026-11-11 マサチューセッツ工科大学（MIT）
MITとノースイースタン大学の研究チームは、植物の葉脈やトンボの翅（はね）など、自然界に存在するネットワーク構造を模倣した新しいメタマテリアル「スケールリッチ・メタマテリアル（Scale-rich metamaterials）」を開発した。従来のメタマテリアルは、同一の微細構造を規則的に繰り返す設計が主流であったが、局所的な損傷が周囲に伝播し、材料全体の破壊につながる課題があった。研究チームは、ネットワーク科学に基づくアルゴリズムを開発し、太さや長さの異なる微細な梁（はり）が複雑に交差する構造を設計した。これを3Dプリンティングで樹脂材料として製造し、圧縮試験や衝撃試験を実施した結果、従来の格子状・ハニカム構造よりも損傷を広範囲に分散させ、エネルギーを効率的に吸収できることを確認した。また、文旦（ポメロ）の厚い果皮に見られる密度勾配構造を模倣し、内部の脆弱な物体を保護する設計も実証した。本技術は、ヘルメット、防護具、包装材、音響レンズなど、耐衝撃性や振動制御が求められる幅広い分野への応用が期待される。
＜関連情報＞
- https://news.mit.edu/2026/engineers-design-stronger-resilient-nature-inspired-metamaterials-1111
- https://doi.org/10.1038/s41586-026-11191-2
多様なスケールを持つネットワーク構造に基づくメタマテリアル（Scale-rich network-based metamaterials）
Csaba Both, Andrew Yen-Jong Chen, Ting-Ting Gao, Niek Mooij, Mohammad Charara, Jayna Wadhwa, Carlos M. Portela, et al., Albert-László Barabási
Nature, 659, 345–356 (2026)
DOI:10.1038/s41586-026-11191-2
Tii-summary
従来の機械メタマテリアルは、均一な単位構造や限られた寸法スケールに依存するため、実現できる力学特性に制約があった。本研究では、ネットワーク科学の考え方を取り入れ、部材の長さ、厚さ、接続数が複数の桁にわたって変化する「スケールリッチ（Scale-rich：SR）メタマテリアル」という新しい設計手法を開発した。この構造は、わずか2つの設計パラメータによって制御でき、計算機シミュレーションと3Dプリンティングによる実験で、その力学特性を検証した。その結果、従来構造では困難だった弾性異方性の広範な制御が可能となり、最大190倍の調整範囲を実現した。また、変形が局所的に集中することを抑えながら、大きなエネルギーを吸収する特性や、動的荷重に対する優れたエネルギー散逸性能を確認した。さらに、弾性波の伝播方向や速度を設計可能であり、衝撃や振動を制御する機能も実証した。応用実験では、構造内部の荷重伝達経路を制御することで、保護対象に生じる応力を従来構造と比べ最大4.9分の1に低減した。本研究は、ネットワークの不均一性を材料設計に活用することで、軽量性、耐衝撃性、異方性、振動制御を兼ね備えた多機能材料の開発に新たな道を開く成果である。
Conventional mechanical metamaterials rely on uniform unit cells and a limited range of structural length scales, restricting the mechanical properties they can achieve. In this study, the researchers developed a new design framework called scale-rich (SR) metamaterials, inspired by network science. These structures incorporate variations spanning several orders of magnitude in ligament length, thickness, and connectivity, controlled by only two design parameters. Their mechanical properties were investigated through computational simulations and experiments using 3D-printed specimens. The results demonstrated highly tunable elastic anisotropy, with a modulation range of up to 190-fold, together with delocalized nonlinear deformation that suppresses localized failure while maintaining high energy absorption. The structures also exhibited enhanced energy dissipation under dynamic loading and programmable elastic-wave propagation. In a protective-structure demonstration, controlling internal load-transfer pathways reduced the stress experienced by a protected payload by up to 4.9-fold compared with conventional architectures. These findings establish network heterogeneity as a powerful design principle for multifunctional materials, offering new opportunities to combine lightweight construction, impact resistance, tunable mechanical anisotropy, and vibration control in advanced engineering applications.
Conventional mechanical metamaterials rely on uniform unit cells and a limited range of structural length scales, restricting the mechanical properties they can achieve. In this study, the researchers developed a new design framework called scale-rich (SR) metamaterials, inspired by network science. These structures incorporate variations spanning several orders of magnitude in ligament length, thickness, and connectivity, controlled by only two design parameters. Their mechanical properties were investigated through computational simulations and experiments using 3D-printed specimens. The results demonstrated highly tunable elastic anisotropy, with a modulation range of up to 190-fold, together with delocalized nonlinear deformation that suppresses localized failure while maintaining high energy absorption. The structures also exhibited enhanced energy dissipation under dynamic loading and programmable elastic-wave propagation. In a protective-structure demonstration, controlling internal load-transfer pathways reduced the stress experienced by a protected payload by up to 4.9-fold compared with conventional architectures. These findings establish network heterogeneity as a powerful design principle for multifunctional materials, offering new opportunities to combine lightweight construction, impact resistance, tunable mechanical anisotropy, and vibration control in advanced engineering applications.
