材料科学：モジュール型キラル折り紙メタマテリアル
Nature 640, 8060 doi: 10.1038/s41586-025-08851-0
マルチモード変形機構を持つメタマテリアルは、特に自律的機能性が備わっている場合、機械に似ている。調整可能なキラリティーを持つ代表的な設計集合体は、直線運動を回転運動に変換する。機械に似たデュアルモード性を持つこうしたキラルメタマテリアルは、波動操作、円偏光に関係する光学活性、キラル活性流体などの分野で使用できる可能性がある。しかし、デュアル運動は本質的に連動しており、別々に制御することができない。さらにこうした運動は、小さな変形、すなわち2％以下のひずみに限定されるため、応用が制限される。今回我々は、オーセチックな平面テセレーションと折り紙から着想を得た円筒状アレイで構成される、アクチュエーションが分離されたモジュール型キラルメタマテリアルを確立した。この集合体は、単一自由度アクチュエーションの下で、0～90°ねじれ、面内方向に最大25％まで縮小し、面外方向に50％以上収縮する。我々は、実験とシミュレーションを用いて、この集合体の変形には、回転する正方形テセレーションに支配される面内のねじれと縮小、ならびに円筒状クレスリング折り紙アレイに支配される面外収縮が関与することを示す。さらに我々は、2つの別個のアクチュエーション条件、すなわち自由並進を伴うねじれと、自由回転を伴う直線変位を実証した。今回のメタマテリアルは、高度にモジュール型の集合体に基づいており、再プログラム可能な不安定性、局所的キラリティー制御、調整可能な荷重容量、スケーラビリティーを可能にする。今回の概念は、マルチモードで多安定の再プログラム可能な機械に向けた道筋を提供し、ロボット変形機構、温度調節、ヒステリシスループにおける機械的記憶、非可換状態遷移、エネルギー吸収や情報暗号化用の即使用可能な機能性集合体への応用が考えられる。
