【電子版】スパコンで大規模構造物の最適形状生成、デンマーク工科大が新手法（動画あり）

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  大型旅客機の主翼部分

B777主翼を再設計、最大で5%重量削減

生物の自然選択を真似た仕組みをアルゴリズムに取り入れ、大型旅客機の主翼の内部構造をスーパーコンピューターで最初から設計したところ、本物の翼に比べて重量を2−5％削減できることが研究で示された。最適形状生成の新しい手法を開発したのはデンマーク工科大学機械工学部のニールス・オーゲ（Niels Aage）准教授らのチーム。

これまでスパコンで設計できるのは航空機の部品やシンプルな構造にとどまっていたが、こうした詳細設計ツールが将来、風力発電のタービンやタワーマスト、地震に強いビル、橋などさまざまな大型構造物に応用できる可能性があるとしている。成果は５日付の英科学誌ネイチャーに掲載された。

コンピューターで構造設計を行う場合、２次元（2D）のピクセル（画素）に相当する3次元（3D）の「ボクセル」を表示単位として使う。ただ、これまで最適形状設計が適用できる３Dモデルは500万ボクセルが限界だった。今回、それを約200倍の11億ボクセルにまで拡張。大型構造物の詳細設計にも適用できるようにし、長さ25メートルのボーイング777の主翼の内部構造をフランスのスパコン「キュリー」に５日間かけて計算させた。

鳥の骨の構造に類似

その結果、主翼内部の主要部材であるスパーやリブ、ストラットがこれまでのような直線構造ではなく、湾曲し、鳥のくちばしに見られる生物の骨組みと似た複雑な構造が出現した。こうした空間の多い構造で強度をこれまでと同じに保ちながら、200−500キログラムの主翼の軽量化が可能になり、1機当たり年間40－200トンの航空燃料削減につながるかもしれないとした。

ただし製造は３Dプリンター頼み

この最適形状設計ツールが適用できる大きさもミリメートルから数十メートルと幅広い。ただ、問題は設計された構造が入り組んでいて複雑になること。現在の製造技術でこうした主翼の量産化は実現困難と見られ、大型の３Dプリンティング技術が必要になるという。

【米サイエンス誌による動画解説（AAAS/Science）】