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成果報告書詳細
管理番号20170000000456
タイトル平成26年度ー平成28年度成果報告書 SIP(戦略的イノベーション創造プログラム)/革新的設計生産技術 バイオイノベーティブデザインの研究開発  
公開日2017/7/6
報告書年度2014 - 2016
委託先名国立大学法人金沢大学
プロジェクト番号P14030
部署名IoT推進部
和文要約件名:平成26年度ー平成28年度成果報告書 SIP(戦略的イノベーション創造プログラム)/革新的設計生産技術「バイオイノベーティブデザインの研究開発」
 自然界の中でも特に、、生物形態に模倣した設計技術の研究開発の重要性は古くから指摘されているが、機械設計への応用が未だ成功しないのは、そのスケールや負荷条件の違いにより直接的な模倣が困難なためと考えられる。生物形態に模倣した設計技術の研究開発を実践するためには、スケールにとらわれず多様な生物形態のデータベースを構築し、多様な力学的・幾何学的境界条件の下における骨格形状・形態データから、ある意味で最適化された形状・形態を設計上流部における設計アイディアとして活用することが有効である。また、生物は様々な環境に対し、適応性・順応性・学習性を有している。これら「適応性・順応性・学習性」を有する最適化技術の研究開発ができれば、様々な状況下における骨格形状・形態の最適性を検討できるばかりでなく、生物形態データベースを参照した新たな最適設計法の研究開発も可能である。さらに、地球温暖化に代表される環境問題等への対応に要求される軽量化・高強度化技術は、益々重要となってきており、組紐技術は注目すべき軽量化・強度設計技術である。特に、炭素繊維を用いた組紐技術による設計・製造法を確立できれば、従来の金属でつくられていた機械製品を炭素繊維で置き換えることで軽量化・高強度化を同時に達成でき、日本を代表する生産技術として、その中心的な役割を果たすことが期待できる。
 「バイオイノベーティブデザイン技術」では、上述した3つの設計技術、すなわち、
【研究開発1】生物形態のデータベースを活用した構造デザイン技術の開発
【研究開発2】データベースを活用した最適設計技術の開発
【研究開発3】組紐技術による複雑構造部材の設計・製造法の開発
 を統合した設計・製造法の開発を行い、軽量化・高強度化のトレードオフの関係をブレイクスルーする新たな設計法を提案し、全方位的にイノベーションを起こし、産業への応用展開を行う。
 成果の要約を下記に示す。
【開発1】:生物形態のデータベースを活用した構造デザイン技術の開発
 ・骨格系データベースの作成(現在100種類程度まで完了)
 ・動物の尺骨を参考にした「しなやかな杖」を制作
 ・生物形態を活用した上流設計手法の確立
【開発2】:データベースを活用した最適設計技術の開発
 ・ベーシスベクトル法による形状最適化技術の確立
 ・エクセルを用いた最適設計支援システムの確立
 ・多目的最適設計支援システムの確立
【開発3】:組紐技術による複雑構造部材の設計・製造法の開発
 ・分岐を有する複雑構造の製造法の確立
 ・Shell+Rib一体成形法の開発と試作
 ・建築用部材の試作とデライト性の評価
開発1ー3で得られた成果をもとに、それらを一つの設計・製造システムとして統合し、サンプルを作成してその有効性を検証した。今後の研究開発は、金沢大学の新学術創成研究機構バイオイノベーティブデザインユニットと先端製造技術開発推進センターが連携・継続する。
 研究開発は全体的に計画通りに完了し、最終目標は達成された。
英文要約Title: Cross-Ministerial Strategic Innovation Promotion Program. Innovative design/manufacturing technologies. Research and Development of Bio Innovative Design Technology. (FY2014-FY2016) Final Report
Research and Development of Bio Innovative Design Technology
 The importance of the development of biomimetic or bio-inspired design method have been suggested since many years ago. However, it’s rare that such designs are used successfully for macrostructure design of machines, because imitating biological forms directly is difficult at different scales or under different conditions.
 For engineers to get ideas for machine design from biological structure, a database of many different biological forms with their dynamic characteristics would be useful. When an engineer has an idea for a new product design from the database, optimization in accordance with product use environment is necessary. Biology has the adaptability and learnability. The development of optimization technique with high adaptability and learnability would enable an innovative design methodology.
 In manufacturing these days, the weight saving and high strength of products are indispensable elements. The combination of CFRP and our braiding technology would establish a manufacturing method for lightweight and strong products.
In this project, a new design technology called “Bio Innovative Design Technology” (BIDT) is developed, aiming at developing innovative design methodology of mechanical structures and its industrial applications.
  Our proposed technology consists of the following three topics:
 【Topic 1】: Construction of design database with form in biology:
 【Topic 2】: Development of data-based design optimization technique:
 【Topic 3】: Development of braiding technology combining Topics 1 and 2:
 Three research topics are integrated as a design and manufacture methodology.
 The results obtained are descried as follows. (All completed)
【Topic 1】:Construction of design data-base with forms in biology
・ Construction of the database of skeletal patterns of animals (100 patterns completed)
・ Cane inspired by animal bone shape has been developed.
・ Bio-inspired upstream design methodology has been developed.
【Topic 2】:Development of design optimization techniques
・ Mesh-matching method and Basis Vector method for shape optimization has been developed.
・ A software for design optimization using Microsoft Excel has been developed.
・ Multi-objective optimal design support system using machine learning has been developed.
【Topic 3】:Development of braiding technology combining Topics 1 and 2
・ Manufacturing technology for curved or forked shape structure has been developed.
・ Manufacturing technology for monolithic SHELL+RIB structure has been developed.
・ Development and evaluation of construction member made of CFRP.
 Going forward, the project will be taken over by Bio-Innovative Design Research Unit and Research Center for Advanced Manufacturing Technology at Kanazawa University.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

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