折り紙：宇宙探査のための折り畳み技術

概要

本記事では、古代の折り紙技術が、宇宙望遠鏡のスターシェードの設計に利用されていることを探究します。折り紙は、1枚の紙をさまざまな形に折り畳む技術で、宇宙探査のためのコンパクトな構造を設計するために利用されています。本記事では、平面折り畳み折り紙の4つのルールと、それらが複雑な3D形状を作成するためにどのように使用されるかを説明しています。また、医療工学からDNAナノ構造まで、折り紙の原理がさまざまな分野で応用されていることも取り上げています。

スターシェード：折り紙に着想を得た設計

宇宙望遠鏡が画像を撮影する準備をする際、近くの星の光が視界を妨げることがあります。この課題を克服するために、35メートルほどの直径を持つスターシェードが設計されました。このスターシェードは、ロケットの先端に搭載できるほど小型化され、直径が2.5メートル以下に折り畳まれます。このコンパクトな設計は、1枚の紙をさまざまな形に折り畳む古代の折り紙技術に基づいています。折り紙は、折り鶴から複雑な3D形状まで、あらゆるものを作成するために利用されており、今では宇宙探査のための構造の設計にも利用されています。

平面折り畳み折り紙の4つのルール

折り紙を使用して複雑な3D形状を作成するために、設計者は平面折り畳み折り紙を使用します。これらの折り目のパターンは、平面折り畳み可能であるために4つのルールに従う必要があります。まず、折り目の間の領域に2つの色を塗ることができる2色可能である必要があります。同じ色の領域が接触しないようにします。2番目に、内部の頂点での山と谷折り目の数は正確に2つ異なる必要があります。3番目に、内部の頂点のすべての角度を時計回りまたは反時計回りに番号をつけると、偶数番号の角度と奇数番号の角度の合計は180度でなければなりません。最後に、レイヤーは折り畳みに侵入することはできません。

2Dベースから3D形状へ：複雑な形状の作成

折り紙のアーティストは、これらのルールを使用して折り目のパターンを作成し、設計の設計図とします。特定の方法で折り目を配置することで、1枚の紙から複雑な3D形状を作成することができます。折り紙のアーティストは、しばしば2D平面折り畳み可能なベースから始めます。これは、最終的な3D形状の抽象的な表現です。その後、細長い曲げや彫刻技術を使用して、2Dベースを3D形状に変換します。このプロセスにより、面に隙間や重なりがないタイル状の形状など、非常に複雑な形状を作成することができます。

折り紙の原理の応用

折り紙の原理は、医療工学からDNAナノ構造まで、さまざまな分野で応用されています。医療工学者は、伝統的なステントグラフトを再設計するために折り紙を使用しています。ステントグラフトは、損傷した血管を開き、支持するために使用されるチューブです。タイル状にすることで、剛性のある管状構造を拡張サイズの半分程度のコンパクトなシートに折り畳むことができます。折り紙の原理は、エアバッグ、ソーラーアレイ、自己折り畳みロボット、DNAナノ構造にも応用されています。大きな表面をコンパクトな形状に折り畳む能力には、宇宙探査をはじめ、さまざまな応用があります。

結論

紙を折り畳む古代の技術である折り紙は、宇宙探査やさまざまなエンジニアリング分野で新たな応用が見出されています。平面折り畳み折り紙の4つのルールに従うことで、設計者は1枚の紙から複雑な3D形状を作成することができます。折り紙の原理は、宇宙望遠鏡の構造、医療機器、さらにはDNAナノ構造の設計にも応用されています。新たなフロンティアを探求するにつれて、次にどのような可能性が開かれるか、私たちはまだ知りません。