「アクティブ構造」 - 百科事典

活構造体（スマート構造体や適応構造体とも呼ばれる）は、環境の変化に応じてその形状、構成、特性を変更できる機械構造体です。活構造体という用語は、伝統的な工学構造体（例えば橋、建物）とは異なり、恒常的な動きとそのためのエネルギー供給が必要な構造体を指します。活構造体の利点は、伝統的な静的構造体よりもはるかに大きなものになることができることです。例えば、宇宙の噴水、宇宙空間に突き出す建物などがその一例です。

機能
活動の結果、構造体はその負荷の種類や大きさに最適化されます。例えば、梁の方向変換は最大応力や応変率を減少させることができますし、形状変換は構造体が動的振動に対する耐性を低下させることを防ぐことができます。適応構造体の良い例は、骨格が幅広い負荷を持ち、筋肉がそのために構成を変更する人間の体です。背負い物を持っていることを考えてください。もし上半身が少し前に傾いて全体の質量の中心を調整しなかったら、その人は背中に転び落ちるでしょう。

活構造体は、負荷を持ちつける部分に加えて、3つの主要な構成要素を含みます。それらは、センサー、プロセッサー、および作動器です。人間の体の場合、感覚神経は環境の情報を収集するセンサーであり、脳は情報を評価し、適切な行動を決定し、筋肉に指示を与えるプロセッサーとして機能します。重い工学では、風や地震の負荷の下での振動を最小限に抑えるために、橋やドームに活性化を組み込む傾向が見られます。

航空工学と宇宙工学が、現代の活構造体の開発において主な原動力となっています。航空機（および宇宙船）は、その寿命中に多くの異なる環境とそのための負荷にさらされます。打ち上げ前には重力や静的負荷にさらされ、離陸時には極端な動的および慣性負荷にさらされ、飛行中には抵抗を最小限に抑え、揚力を促進する構成が必要です。適応的な飛行機の翼を開発するためには、境界層の分離や渦の制御ができる翼を作成するための多くの努力がつぎ込まれています。多くの宇宙構造体は、宇宙での極端な環境の挑戦を生き延びるために適応性を利用したり、正確な精度を達成するために適応性を利用しています。例えば、宇宙アンテナや鏡は正確な方向に活性化することができます。宇宙技術が進むにつれて、数ナノメートルの繊細な位置精度が必要な非常に敏感な機器（特に干渉光学および赤外線天文機器）が必要になり、そのサポートする活構造体は数十メートルの寸法を持つことがあります。

デザイン
市場に存在する人間工学の作動器は、最も複雑なものでもほぼ全て一次元的です。これは、それらが沿って伸縮したり、1つの軸を中心に回転するだけでなく、前進と後退の両方向に動くことができる作動器（二方向作動器）と、一方方向にのみ動くことができる作動器（一方方向作動器）に対して、二方向作動器と呼ばれることを意味します。作動器の制限能力は、活構造体を主に2つのタイプに制限しています：線形作動器に基づく活架構造体と、回転作動器に基づく操作アーム。

良い活構造体にはいくつかの要件があります。まず、容易に作動する必要があります。作動はエネルギーを節約する必要があります。したがって、非常に剛性が高く形状変換を強く抵抗する構造体は望ましくありません。次に、結果として得られる構造体は、設計負荷を持ちつけるための構造的整合性を持ちなければなりません。したがって、作動のプロセスは構造体の強度を損なわないようにしなければなりません。より正確には、私たちは「一部の構成要素の作動がその応力状態を大幅に変更しないように、幾何学的な変化を引き起こす活構造体を探しています」と言えます。他の言葉で言えば、静的決定率と動的決定率を持つ構造体が作動に最適です。

应用
活制御技術は、土木工学、機械工学、航空宇宙工学に応用されています。多くの土木構造体は静的ですが、地震負荷、風負荷、環境振動に対抗するための一部の土木構造体に活制御が利用されています。また、人間の介入が制限される損傷耐性のために活制御が提案されています。Korkmazらは、橋の損傷耐性と展開のための活制御システムの構成を示しました。

参考情報
James E. Hubbard, Jr.
調整質量ダンパー

参考文献


外部リンク
スイス連邦工科大学（EPFL）、応用計算と機械力学研究所（IMAC）
ケンブリッジ大学展開構造体研究所
Hoberman Associates - 変形デザイン
CRGテクノロジー：形状変換プロセス
自立式宇宙エレベータ構造体：宇宙索の実際の代替案