折りたたみを 活用する時代へ

何百年も楽しまれてきた折り紙が現在の 技術的課題の解決に貢献

Lindsay James
25 April 2015

古くからのアートである折り紙は、今や子供の遊びに留まるものではありません。その原理は現代の幅広い技術的課題に 対処するために使用されていて、その範囲は、宇宙で使用するためのテニスコートサイズの太陽電池パネルを折りたた む方法から、歯磨き粉チューブの無駄の量を減らすことにまで及んでいます。

大多数の人にとって、折り紙は趣味 であり、紙を折りたたんで美的性 質以外の価値はほとんどない物を 作る方法だと言えるでしょう。しかし、米国 カリフォルニア州のスタンフォード大学で 生物工学の助教授を務めるManu Prakash博 士は、このアートの形式を利用して、数百万 人の命を救う可能性を秘めた何かを作り出 そうとしています。

Prakash博士は、「Foldscope」という名称 の、極めて実用的で顕微鏡を考案しました。 Foldscopeの用途は、マラリアや睡眠病の ような血液感染する病気の検出で、平らな 一枚の紙から組み立てることができます。 製造コストわずか50セントのこの顕微鏡 は、発展途上国の医療に大変革をもたらす 可能性を秘めています。

Prakash博士は次のように述べていま す。「折り紙工学は理想的と言えるほど Foldscopeに向いています。平面での生産 が可能なので、低コストでの製造が容易で す。こうした特長は、資本主義社会の底辺 にいる人々でも購入できる価格で製品を造 るという点で、大きな役割を果たします」

折り紙で複雑な課題の解決を図っているの はPrakash博士だけではありません。オース トラリアのクイーンズランド大学で土木技 師の講師を努めるJoe Gattas氏も、「プレー トハウス」という自身の構想で折り紙工学 を活用してきました。これはシェル折りた たみ構造のシステムで、今後、UNHCR(国 連難民高等弁務官事務所)が避難民に住居 を提供するために採用する可能性がありま す。折り紙工学によって、折り紙固有の構 造強度と断熱性が実現されており、工具や 接続部品なしで組み立てが可能です。

ドイツ在住の折り紙アーティストKristina Wissling氏は、折り紙によって構造にユニー クな特性がもたらされると述べています。「折りたたみは、費やす重量を最小限にし て剛性の向上を達成するために利用されま す。こうした原理は、航空機胴体の軽量サン ドイッチパネルのコアにも適用できます」

アートと工学の出会い

これらは折り紙の原理が、効果的な工学の 促進にどれほど貢献しているかを示す一例 に過ぎません。

「折り紙工学は独特かつ効率的で、従来の 製造技術よりも幅広い機会をもたらしま す」とWissling氏は述べています。

米国カリフォルニア州にあるNASAジェッ ト推進研究所での物理学者、数学者として のキャリアに別れを告げ、折り紙工学のプ ロジェクトに専念しているRobert Lang博 士は、将来の宇宙ミッションに電力を供 給できる太陽電池パネルを作成するため、 NASAジェット推進研究所の機械エンジニ ア、Brian Trease氏と協力しています。「国際 宇宙ステーションに据え付けられた太陽電 池パネルは、現在約84キロワットの電力を 供給しています。しかし、据え付けのため に打ち上げと宇宙遊泳が何度も必要になっ たので、コストとマンパワーで膨大な投資 を行ったことになります」(Trease氏)。

「工学は方程式がすべてではなく、 発想に取り組むものです。 そして折り紙は、発想を刺激することにかかわってきます。」

Stavros Georgakopoulos博士
フロリダ国際大学電気およびコンピューター工学部准教授

Trease氏の試作品は、2.7 mのパッケージか ら、テニスコート3面分のサイズがある平ら な円形の面へと展開するときには、つぼみ が開くように見えます。Trease氏は次のよ うに述べています。「折り紙のたたみ方を利 用するのは斬新な手法ですが、完璧に機能 します。結果として、宇宙ステーションの 現在の発電力を二倍にできましたが、必要 だったのはロケットの打ち上げ一回とパネ ルの展開作業一回だけでした」

成功例が増加中

折り紙の展開力からは、それらの他にも、 多様な産業に向けて多くの応用例が生み 出されています。たとえば、米国マイア ミにあるフロリダ国際大学の電気およ びコンピューター工学部准教授、Stavros Georgakopoulos博士は、全米科学財団から 200万ドルの助成金を得て、折り紙方式の アンテナを製作しています。

Georgakopoulos博士は次のように述べて います。「従来のアンテナは大型で、運搬時 に扱いが大変になることがよくあります。

London-based architecture firm Make has developed a prefabricated origami kiosk that unfolds from a compact box when closed to a shop with an integrated canopy. (Image © Make Architects)

しかしそうした問題は、折り紙方式のア ンテナによって解決されます。商用として は、衛星電話のような、多くの種類の通信機 器が想定されるでしょう。また、無線セン サー、ヘルスモニター用のセンサー、ポータ ブル型の医療機器などでも使用できます」 一方では、英国オックスフォード大学工学 科学部教授のZhong You博士と、北海道大 学大学院保健科学研究院特任助教の繁富 (栗林)香織博士の英日二人のペアは、折り 紙工学を利用して、わずか12 mmまで縮小 可能な心臓用ステントの試作品を製作しま した。

バイオプラスチック製のこのステントは、 動脈内の閉塞が起きた部位へ移動されてか ら展開され、動脈を最大23㎜まで広げた状 態を維持し、血流を回復させることができ ます。このチームは、「細胞折り紙」と呼ば れる技法も開発しました。これは、折りた たみ技術を使用して3次元の細胞微細構造 を作成するもので、ヒトの細胞からステン トグラフトなどのバイオハイブリッド医療 デバイスを作るため、中空形状の人工組織 を製作する用途に利用できます。

「折り紙工学は 独特かつ効率的で、 従来の製造技術よりも 幅広い機会をもたらします」

Kristina Wissling氏
ドイツLennestadt在住の 折り紙アーティスト

自動車分野の用途

You博士は、折り紙のエネルギー吸収特性 をどのように自動車産業に生かせるかにつ いても研究を行っています。「私のこれま での研究では、多くの折り紙構造が、同じ 素材でできている構造であっても、既存の 構造や素材よりも優れたエネルギー吸収性 能を備えていることが示されています。自 動車用のクラッシュボックスを製作したと き、既存のクラッシュボックス設計と比べ て50%多いエネルギーを吸収できました」 とYou博士は述べています。

前述のLang博士も折り紙の原理を自動車 産業に適用していて、ドイツのハノーバー に拠点を置く企業EASi Engineering社と 協力し、より正確にエアバッグの展開をシ ミュレートしています。「EASiは、任意のエ アバッグを平らにした場合に折り目がどこ になるかを知る必要がありました。私は彼 らに、折り目をうまく識別できるアルゴリ ズムを教えました」とLang博士は説明して います。この技術によって、メーカーはエ アバッグのクラッシュテストの回数を減ら し、時間とコストの大幅な節約を可能とし ました。

日常生活への影響

折り紙工学は、日常生活の分野にも急速に 応用されるようになってきています。米国 ペンシルベニア州の4moms社によって開 発された自動折りたたみ式ベビーカーや、 香港に事業拠点を置くNanoleaf社の、ガラ スの代わりに折りたたまれたシリコンを使 用した世界で最もエネルギー効率の高い LED電球がその例です。

一方ロンドンの建築事務所Make社は、折り 紙式のプレハブキオスクを開発しました。 すでにロンドンのカナリー・ワーフには、 このキオスクが2つ設置されています。閉じ られたときはコンパクトな長方形の箱で、 開かれると構造が変わり、鉄製パネルの折 り目とヒンジによって、アコーディオンの 蛇腹のようにキオスクを伸縮させることが できます。この設計は、夜にキオスクを閉 じるときや、開いた形状が自然にひさしに なる日中の接客時に有効に機能します。

米国フェニックスのアリゾナ州立大学で インテリア建築デザインを専攻する22歳の Nivole Punnuzzo氏は、折り紙技術を利用 して、長らく変わっていない歯磨き粉の チューブを設計し直し、ずっと無駄が少な い方法で歯磨き粉を歯ブラシに出せるよう にしました。

折りたたみの今後の展望

多様な応用事例により、折り紙工学が今後 も成功を収めることが示されています。「そ う遠くない将来、折り紙技術は、設計者や デザイナーのツールキットに加わる1要素 として、3D印刷のような他の新しいテクノ ロジーの仲間入りを果たすと確信していま す」とLang博士は述べています。

「折り紙工学は新しくエキサイティング な領域です。特に今は、この領域にかかわ る資金調達や研究が盛んなので、今後数年 間で急速に発展を遂げると考えています。 メーカーやエンジニアたちは、折り紙工学 の大きな潜在力を認識しつつあります。こ の先数年の間に、もっと斬新な構造や素材 を目にすることになると思います」とYou 博士は将来性を語ります

See solar arrays inspired by origami
 https://www.youtube.com/watch?v=3E12uju1vgQ

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