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背景技術 - メタマテリアル・折り紙

Nature Architectsの設計技術の根源にある、メタマテリアル、折り紙
といった「構造で物理特性を制御する技術」を紹介します。

カタチを見つけ出す技術

物理特性を適切に制御する構造を発見するために、
Nature Architectsでは計算機によりカタチを見つけ出す技術を開発しています。
形状処理から数値計算、最適化、機械学習まで広範な技術を統合し独自のソフトウェアと組み合わせることで、数値計算に基づいた新しいアイディアの創出を実現します。

ソリューション適用例

詳細・未掲載事例につきましてはお問い合わせ下さい。

変形制御設計

メカニカルメタマテリアル・折り紙工学・コンプライアントメカニズムの知見を活用し、幾何構造の工夫により変形に関するユニークな機能性を創出します。

非線形な荷重変位応答、外力に応じた形状変化機構(モーフィング構造)、折り畳み/展開構造、可動部を内包した部材の一体化など、多様な構造性能を実現します。

当社独自の設計・最適化プラットフォームを用いて、変形機構を活用した製造プロセスの効率化、部材の軽量化、部品統合の促進といった課題に対し、有効な設計支援を提供します。

適用例:バッテリー構造部品、アパレル、建材、電子部品、光学機器等

構造により負のポアソン比を持つメタマテリアルの例
機構的挙動を一体で実現するコンプライアントメカニズムの例
異方性を用いた双安定構造設計事例

振動制御設計

従来設計とは異なる形状設計アプローチを用いた変形や周波数特性の制御により、高度な振動問題に対する性能向上を実現します。

フィデリティ(忠実度)に応じたシミュレーションを用いて効率的な設計を行い、振動増幅による省電力化、振動抑制、軽量化等の課題解決に貢献します。

複雑な現象を構成要素に分割し、寄与度の高い箇所に対する適切な設計により、音響連成問題や構造強度を含む振動ソリューションを提供します。

適用例:ブラケット、ブッシュ、ハプティクスデバイス、製造機器、モータ、タービン等

Quasi Zero Stiffness構造による防振事例
サージングを考慮した防振構造の設計事例
位相最適化およびパラメトリック最適化を用いた共振周波数制御事例

熱・流体制御設計

当社の先進的な設計プラットフォームを駆使し、流体・熱・構造・音響等の連成を含む現象への課題を解決する新しい設計を提案します。

多様な流路表現手法と設計フェーズに合わせたフィデリティ(忠実度)の計算モデルで、設計コンセプト探索から詳細設計まで支援します。

機能要件に基づき、理想の流れ場・温度場を与えるような最適形状を導出します。

適用例:冷却流路、加熱機器、撹拌・輸送流路、反応器、空力部材等

熱流体位相最適化によるヒートシンク設計事例
数値流体解析を用いたパラメータ最適化事例
陰関数モデリングによる熱交換流路設計手法

音響制御設計

音響メタマテリアルの原理を活用し、一般的な吸音/遮音部材では困難な低周波域など狙った周波数帯域の遮音/吸音を実現します。

性能向上、省スペース化、吸音材の削減による環境負荷低減・コスト削減といった様々な要件の達成を支援します。

音響・振動の伝播経路となる部材への形状付与により、材料や製造手法の変更なく部材の付加価値向上を実現します。

適用例:サイレンサー、各種自動車部品等

衝突安全設計

当社の設計プラットフォームでの広域な形状探索によりジャンプのある設計を生み出し、性能向上や軽量化、小型化、材料代替を実現します。

部材~全体、簡易モデル~詳細モデルといったフィデリティ(忠実度)を適切に横断した検討を行うことで、各フェーズに合わせた効果的な設計探索を行います。

新規に適用する材料や製造手法において、ポテンシャルを最大化できるような設計探索を支援します。

適用例:車体骨格構造(各種衝突形態対応)、乗員・歩行者保護部品、梱包・緩衝材等

AM活用設計

AM (Additive Manufacturing, 付加製造) を前提とした開発では、形状の自由度が増えると同時にそのポテンシャルを最大化するための特殊な形状処理、CAE、最適化及び複雑形状の特性に関する知見が必要となります。

当社の計算環境およびメタマテリアル知見を適用することで、複雑形状を伴う設計の数値計算をベースとした探索を実現します。

AMを活用することでの製品性能向上、部材一体化、機能統合を加速します。

適用例:高性能熱交換器、異方弾性による変形追従部材、複数機能の一体化、モノマテリアル化設計等