衝撃力を緩和する折り紙構造のショックアブソーバー――宇宙船の着陸脚やドローンへの応用も

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Kiyomi Taguchi/University of Washington

スペースXの「Falcon 9」のようなロケットは、打ち上げ後に逆噴射しながら降下、着陸し、再利用できるよう設計されている。着地の直前に相対速度がゼロになるよう、強力な逆噴射が行われるが、接地する瞬間に着陸脚が受ける衝撃は相当なものになる。米ワシントン大学は、その衝撃を折り紙の技術を使って和らげるショックアブソーバー構造を考案し、アメリカ科学振興協会(AAAS)の発行するオンラインジャーナル『Science Advances』に、2019年5月24日に発表した。

ワシントン大学のチームが考案した構造は、折り紙アートに着想を得た「畳み皺(たたみじわ)」を利用して、衝撃力を和らげ、連鎖の中で応力を緩和するように力を伝播するメタマテリアルだ。この連鎖構造の一方に衝撃を与えると、圧縮波は減圧波へと変わりながら伝播、反射し、衝撃を緩和するショックアブソーバーとして機能する。

チームはこれのペーパーモデルを作り、6台のカメラを使って圧縮波と張力波の動きを追跡し、その挙動を確認した。公開された動画は、コンピューターシミュレーションを使って圧力波/張力波が折り紙構造の中をどのように伝わり、全体として受ける衝撃波を緩和する仕組みが解説されている。

論文の責任著者のJinkyu Yang准教授は、「この材料で作ったフットボールヘルメットを被っていれば、ヘルメットに何がぶつかっても分からないだろう。エネルギーが頭に到達する時にはもう押す力はなく、むしろ引く力になっている。人間の直感とは全く異なる動きだ」と説明する。

研究チームは、この構造はFalcon 9のような再利用型ロケットを着地の衝撃から保護したり、ドローンによる配達で着地の際の地面からの衝撃を緩和して荷物を守るなどの用途への応用が可能だとしている。

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Origami-inspired materials could soften the blow for reusable spacecraft | UW News

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