骨の構造を模倣することで、3Dプリントされた軽量素材の寿命が延びる

骨の構造を模倣することで、3Dプリントされた軽量素材の寿命が延びる
出典: パデュー大学

研究者らは骨構造の「梁」を模倣し、それを約30パーセント厚くしたところ、人工材料の寿命を最大100倍に延ばすことができた。 「骨は建物のようなものです。ほとんどの荷重を支えるのは、これらの梁とそれらをつなぐ梁です。これらの材料構造から学び、建物やその他の構造物のためのより強力な3Dプリント材料を作成できます」と、パデュー大学ライル土木工学部の教授、パブロ・ザバティエリ氏は語った。

骨は、柱や梁の役割を果たす、相互に連結した垂直の板状の支柱と水平の棒状の支柱のネットワークである骨梁と呼ばれるスポンジ状の構造によって耐久性を獲得します。骨梁の密度が高いほど、日常の活動に対する骨の弾力性が高まります。

研究者らは、垂直の支柱が骨の剛性と強度に寄与する一方で、一見重要ではないように見える水平の支柱が実際には骨の疲労寿命を延ばす可能性があることを発見した。

シミュレーションにより、水平支柱が骨の疲労寿命を延ばすために重要であることが示されました。骨にヒントを得て 3D プリントされたポリマーに負荷をかけると、この結果が確認されました。水平方向のサポートロッドが太いほど、ポリマーが負荷に耐えられる時間が長くなります。

支持ロッドを厚くしてもポリマーの質量は大幅に増加しないため、研究者らはこの設計はより弾力性のある軽量材料の製造に役立つ可能性があると考えている。これらの構造をさらに研究することで、骨粗鬆症患者の治療方法の改善につながる可能性があります。

一方、3Dプリントされた住宅やオフィススペースが建設業界に参入し始めています。 3Dプリントされた建築資材は、セメント自体の内部構造、つまり「アーキテクチャ」を再設計することで完成する可能性があります。ザヴァティエリの研究室では、自然にヒントを得て、その特性を高め、より機能的な建築材料を開発しています。



建築

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