Research press release


Nature Materials

Evolving granular matter


米粒やコーンフレークのような粒状固体の場合、粒子の詰まり方や粒子間の接触ネットワーク、ひいては圧縮(外部圧力や物質の自重に起因する)に対する固体の応答の仕方が、粒子の形状によって決まる。しかし、形状は無限のパラメーターなので、粒状物質の機械的応答における粒子形状の役割を系統的に調査することは、現実的ではなかった。今回、Marc MiskinとHeinrich Jaeger は、この問題を人工進化の観点から見直した。彼らは、形状の淘汰と変異を通して粒子を繰り返し改良し、さまざまな形状の初期粒子群から最高の機械的性能を得るアルゴリズムを実証している。研究者らは、進化アルゴリズムによって、数十または数百世代後に、圧縮下で粒子凝集体が軟弱化せず強固になる粒子を見いだし、3次元印刷を用いてこれを検証した。

A computational strategy that can optimize the mechanical properties of jammed granular materials is reported online this week in Nature Materials. The approach makes possible the systematic exploration of the role that particle shape has in these materials' response to compression.

In a granular solid - such as rice or corn flakes - the shape of a particle (granule) determines how the granules pack and the network of contacts between them, and thus how the solid will respond to compression (arising from external pressure or the material's own weight). However, because shape is an inexhaustible parameter, a systematic exploration of the role of particle shape in the mechanical response of granular materials has so far been impractical. Marc Miskin and Heinrich Jaeger rephrased the problem in terms of artificial evolution. They demonstrate an algorithm that improves iteratively, through selection and mutation of shapes, the granule that leads to the best mechanical performance among an initial set of granules with varied shapes. The researchers show that after a few tens or hundreds of generations the evolutionary algorithm was able to find a granule for which its aggregates stiffen - rather than weaken - under compression, and verified this using three- dimensional printing.

doi: 10.1038/nmat3543

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

メールマガジンリストの「Nature 関連誌今週のハイライト」にチェックをいれていただきますと、毎週最新のNature 関連誌のハイライトを皆様にお届けいたします。