付加製造研究は植物や動物から多くの恩恵を受けています。植物や動物の模倣により、3Dプリントはより強力になります

3Dプリンティング（付加製造）は動物や植物から大きな恩恵を受けており、生産材料の改善や製品構造の最適化はバイオニクスからヒントを得ています。人類は科学技術の道でどれほど進歩してきたとしても、その歩みを振り返ると、自然界から常に新たなインスピレーションを得ることができます。 3Dプリントとロボットは技術的特徴が異なるため、観点も異なります。動物や植物のマクロ構造や集団行動パターンと比較すると、3Dプリント業界では、その構成材料や個々の微細形状に重点が置かれています。
材料の研究開発は、3D 印刷業界において常に重要な部分を占めてきました。これは、現在印刷に使用できる材料の種類が需要に遠く及ばないだけでなく、既存の材料の品質レベルにも起因しています。 3D プリントの主流のプロセスは依然として材料層の蓄積と押し出し成形であり、製品の構造強度は従来の製造方法よりも本質的に弱くなります。主流の技術が大規模な進歩を遂げる前に、3Dプリント製品を「より頑丈」にしたいのであれば、材料にもっと力を入れなければなりません。動物や植物の世界には、模倣する価値のある例がたくさんあります。

木の強さは誰の目にも明らかですが、その主な支えとなっているのがセルロースです。セルロースを人間が利用できるようにすることは、3D プリント業界の一部の人々にとって重要なテーマとなっています。今年、米国ワシントン州立大学の研究者らは大きな進歩を遂げた。彼らは木材をナノ粒子に変え、それをエチレングリコールと混ぜてインクを作り、最終的にそれを格子状に3Dプリントして、非常に強力な微小構造物を得たのだ。この材料は、電池、触媒コンバーター、スーパーキャパシター、生物学的足場などの分野で広く使用されることが期待されています。

硬い殻を持つ動物は、3Dプリント業界で大きな注目を集めています。今年6月にMITが巻貝を模倣して高強度の3Dプリント素材を開発した後、南カリフォルニア大学も別の水生動物であるロブスターからヒントを得て、その殻の構造を模倣し、ヘルメットなどの防護具の製造に使用するための強度を大幅に高めた新素材を開発した。

十分に強度のある材料を使用するだけでは十分ではなく、3D プリント製品の主な使命は特定の機能を実現することです。多くの場合、バイオニクスが最良の選択です。なぜなら、何億年にも及ぶ自然の選択を経て、選択を生き残った生物はみな独自の能力を持っており、その機能部分の独自の構造を模倣する方が、人間が自ら発明するよりも優れている場合が多いからです。

猫の舌を観察したり触ったりしたことがあるでしょうか。舌はゴツゴツした毛で覆われていて、摩擦が大きいのです。このことは医療や美容の分野にインスピレーションを与え、人々はこの構造を模倣して掃除用ブラシを作ろうとしました。この均一に分散された小さなバリ構造は、3D プリントによって最もよく生成されます。ジョージア工科大学は昨年、3Dプリントされた猫の舌の模造品を作成し、現在その潜在的な応用をテストしている。

今年7月、ジョージア工科大学は別の目立たない動物の構造に基づいた新しい発明を発表しました。同校は米国のオークリッジ国立研究所と協力し、北米の多声蛾の羽毛状の触角を3Dプリントした。この小さな触手は非常に敏感な嗅覚センサーであり、3Dプリント技術によってその茎、ひげ、感覚桿体などの部品の複製に成功した。この発明は、有害化学物質の検出やセキュリティ産業での活用が期待されています。

バイオニクスと 3D プリンティングの連携が深まるにつれて、より多くの新しい材料と新しい構造が出現し、市場に幅広い選択の余地を提供し、業界が飛躍する機会が生まれます。インテリジェント製造の全分野を見ると、物理的なロボット設計から仮想人工知能、ディープラーニングとアルゴリズムの研究、3Dプリントの材料開発と構造の最適化まで、すべてがバイオニクスと密接に関連しています。人類は科学技術の道でどれほど進歩してきたとしても、その歩みを振り返ると、自然界から常に新たなインスピレーションを得ることができます。

出典: 3D Printing Intelligence Network 詳しい情報:
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