新たな研究により、高周波振動によってブロックが自己組織化し、より大きな3次元の物体を形成できることが示されました。この知見は、いつの日か工場の組立ラインの必要性をなくす一助となる可能性があります。
本研究の成果は本日、学術誌『 Scientific Reports』に掲載されたもので、プログラム可能な自己組織化における重要な進展を示すものです。これまで自己組織化は、一次元または二次元の物体を用いた場合にのみ可能だと考えられていました。
イスラエルのバル・イラン大学ナノテクノロジー・先端材料研究所のIdo Bachelet博士が率いる研究チームは、計算幾何学アルゴリズムライブラリ（CGAL）のアルゴリズムを、18個の四面体ブロックが自己組織化してより大きな3次元の円柱になることを可能にする設計の一環として用いました。
この動画は、組立工程におけるブロックの様子を示しています。クレジット：Adar Hacohen
物体全体の組立。クレジット：Adar Hacohen
「組み立て規則は、ブロックの表面に刻まれた地形的な手がかりによって符号化され、ブロック同士を引き寄せる力は内蔵された磁石によって与えられます」と研究者らは論文で述べています。「ブロックは容器の中で混ぜて攪拌することで、高い歩留まりかつエラーゼロで、適切に組み立てられた物体が得られます。
「このシステムに着想を得た改良設計により、マクロスケールでの自己組織化を実現できる可能性があります。これにより、組立ラインを必要とせず、物体を迅速かつオンデマンドで製造することが可能になるかもしれません。」
自然界の自己組織化
生命が自己組織化する能力は、科学者を今なお悩ませ続けています。タンパク質、ウイルス、生細胞、多細胞生物はいずれも、部品同士が引き合って結合し、構造やパターンを形成するシステムの例です。
本研究に関与していないオーストラリア国立大学の研究エンジニア、Hamza Bendemra氏は、3Dプリントによる組立体の研究は注目に値すると述べました。
「このアルゴリズムは、DNAの分子組み立てからヒントを得たものです」と彼は述べました。しかし、モデルがより効率的に形成され、結合を保ち続けられるようにするには、時間、空間、安全性の課題に対処するためのさらなる研究が必要だとも付け加えました。
「本研究では、2個のブロックからなる組立体が自己組織化するのに1分未満しかかかりませんでした。しかし、18個の部品からなる組立体では、同じ偉業を達成するのに2時間以上を要しました。」
「部品は高い振動にさらされ、適切な組み合わせに収まるまで、何度も繰り返し衝突します。強度が低く、衝撃耐性に乏しい材料でこの方法を用いると、損傷を引き起こさずに実装することは困難でしょう。」
建設の未来は？
メルボルン大学リサーチ・コンピュート・サービス部門責任者のBernard Meade氏は、初期研究は小型物体の製造に限られているものの、電子部品の埋め込みなど他の技術を組み合わせた今後の実証により、大型デバイスの迅速な製造も実現可能になり得ると述べました。
「例えば、特定の部品を指定してスマートフォンを注文すると、自動で組み立てられ、保護コーティングを施した状態で収縮包装されるというプロセスは、わずか数分で完了するかもしれません。その場合、事前に何千台ものスマートフォンを製造しておく必要もなくなります。将来的には家具規模の生産も可能になるかもしれません――フラットパックのIKEAを想像してください――が、家一軒ほどの大きさのものまで到達するのは難しいと思います。」
建設業および製造業に向けてこの研究を発展させる次のステップは、磁力と接着剤の両方を用いて、組立体が確実に固定された状態を保つようにすることです。
Bendemra氏も同意し、「研究者らは、特定の組み合わせだけが部品の固定につながるよう地形的な手がかりを加えた点で素晴らしい仕事をしました。彼らの映像からは、望ましくない形で衝突した部品が、計画どおりに固定されるまで外れていく様子が明確に示されています」と述べました。
「より複雑な組立体では、関わる部品の数や、（磁石を含む）使用される材料の性質が、この方法の利用を制限する可能性があります。」
本記事は当初、 The Conversationに掲載されたものです。「 原文記事」をご覧ください。本記事の掲載は、世界経済フォーラムによる見解の支持を意味するものではありません。
「Agenda」の最新情報を把握するには、 週刊ニュースレターにご登録ください。
著者： Eliza Berlage は The Conversationの編集者です。
画像：ジョージアのボルジョミ市にあるIDSボルジョミ・ジョージア工場の倉庫でフォークリフトを運転する従業員。REUTERS/David Mdzinarishvili。
