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takahashicleaning · 2 years ago

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ＴＥＤにて

スカイラー・ティビッツ: 世界を変える4Dプリンティング

（詳しくご覧になりたい場合は上記リンクからどうぞ）

3Dプリンティングは1970年代後半から高度化してきました。

TEDフェローであるスカイラー・ティビッツは、4つ目の次元として時間軸を加えた4Dプリンティングという次世代技術を開発しています。

この新技術により、時間とともに自分で形を変えたり、自己組織化するような物体をプリントできるようになります。目の前で折り畳まれる立方体や、需要を理解し��縮する水道管を想像してみて下さい。

今日では、マイクロやナノレベルで新たな革命が起きています。これは、物理的、生物的な素材をプログラムして、素材自身に形や特性を変えさせたり、従来の半導体を使わない計算をさせるものです。

CADnanoというソフトウェアまで開発され、これを使えばナノロボットや薬品送達システムのような、３次元の形をデザインし、DNAを用いてそれらの機能性構造体を自己組織化で組み立てられます。

しかし、人間のスケールで見てみると、ナノ技術では解決されていない問題がたくさん存在します。建設や製造に目を向けると、とても非効率的でエネルギーを浪費しており、労働技術も過度に要求されます。

そこで、私が提案したいのは、２つの世界を結合すること。つまり、ナノスケールのプログラム可能で適応性のある素材と周りの環境を結びつけるのです。

単なる機械による自動化や頭脳を持った機械が、人間の代わりに働くのとは違います。

自己構築のため、プログラムできる素材を使うのです。これは自己組織化と言われ、壊れたパーツが周囲との相互作用のみを通じて、きちんとした構造をつくりあげるプロセスです。

では、人間のスケールでこれを行うためには何が必要でしょうか？数種類の簡単な材料が要ります。１つ目は素材と形状ですが、エネルギー源とセットになっている必要があります。

熱､振動､空力､重力､磁力などの環境から受け取れるエネルギーでも良いです。エネルギーの変換を工夫で効率化すること。

相互作用を厳密に設計する必要もあります。それにより、エラー訂正ができるようになったり、形状がある状態から別の状態へ遷移できるようになります。

私が行ったプロジェクトをいくつかご紹介しましょう。１次元、２次元、３次元。更には、４次元のシステムもあります。１次元のシステムでは、自己折り畳みタンパク質という、プロジェクトでタンパク質の立体構造を再現するというアイデアです。

４Dプリンティングの背景にあるアイデアは、複数の素材でつくられた３Dプリントに新たな能力を与えるというものです。

その能力とは、変形能力であり、精密に設計することで、パーツが立ちどころに設計者が意図した形状に自力で、ある形から別の形に直接変形できるようになるのです。

ワイヤーやモーターの無いロボット工学のようなものです。あとは、パーツをプリントしさえすれば、設計者の意図に合わせて、別のものに変形します。

きっとこう思いますよね。おぉ、こりゃ良い。でも、これをどう使えば、環境に適合させられるんだ？と。そこで、私はMITで研究室を設立し、自己組織化研究室と名付けました。人工環境向けのプログラム可能な素材の開発をしています。

いくつかの重点領域では、近いうちに実用化できると思います。その中の１つは、極限条件下での極地利用です。組み立てが困難な環境下では、現行の建設技術は役に立ちません。

大き過ぎたり、危険過ぎたり、高価過ぎたり、部品が多過ぎたりするからです。宇宙空間が良い例です。

人間の入ることのできない放射線の数値が高い原子力発電所内部。無重力化の宇宙ステーション建造、宇宙船モジュールのランデブーや低重力化での月面基地建造など

私たちは、極限条件下での極地宇宙用に環境に応じて機能システムを変えることのできる変形・自己組織化可能な構造をデザインしているところです。

今日、皆さんにお伝えしたいのは、私たちの世界では組み立て作業は、現実的には厳しいということです。複雑なものが複雑なパーツから複雑な方法でつくられています。

そのため、どのような産業の人であれ、私たちと共に世界を再発明し、すっかり変えてみませんか？

ナノスケールからヒトスケールまで。ものの作られ方が変わるとこのような世界からこのような世界へと昇華できるのです！

ナノテクノロジーは、物質をナノメートル (nm)の領域すなわち原子や分子のスケールで、自在にコントロールする技術のことである。

この技術によって、原子や分子の一個一個を単独でつまみ上げ、移動し、築き上げることも可能になっています。現在は、新素材やコンピューターのCPUの製造過程で現実に応用されています。

電子回路のトランジスタは、だいたい数十nm程度の大きさで、カーボンナノチューブなども同様です。物質を数ナノメートルの大きさにすると、量子効果と呼ばれる特殊な現象が発現する。

例えば、電子の閉じこめによるエネルギー準位の離散化があらわれる大きさや、トンネル効果など。量子力学を応用することでコントロールが可能になっています。

もう一つ、アルテミス計画について・・・

NASAが計画している有人による月で��活動計画。古代ギリシャ神話で登場する月の女神と同じ名前で名付けられている。アポロの双子。

これは、アポロ計画以来の壮大な計画で、最速で2024年までに、月面にアメリカの宇宙飛行士を着陸させる計画。月を周回する宇宙ステーション「Gateway」を新しく建造。

そして、月面基地、月面車(LTV)などのモビリティーシステムなどが整備される予定。

この計画には、SpaceX、Blue Origin、Sierra Nevada、Ceres Roboticsなど11社がすでに激烈な入札競争の上で受注している。

このアルテミス計画は大きく3つのミッションからなっている。

アルテミス I は、無人による計画で、スペース・ロンチ・システム(SLS)ロケットとOrion宇宙船を地球から月へ輸送するためのテストだ。26日から42日のミッション期間をかけて行われる予定。

地球から打ち上げ後、月を周回する宇宙ステーション「Gateway」を経由して月面に着陸する。「Gateway」から地球に戻ります。

アルテミス Ⅱ は、アルテミス I を有人にする計画で、ミッション期間10日の予定。

アルテミス Ⅲ は、アルテミス Ⅱ の計画後の月周回プラットフォーム「Gateway」の機能アップの整備などを経て、2024年までに、宇宙飛行士を月面に着陸させる。

2028年までに月面基地の建設を開始する。そして、この月面基地を起点として、火星への輸送計画も視野に入れている。

月を周回する宇宙ステーション「Gateway」とは、正式には「月軌道プラットフォーム・ゲートウェイ(Lunar Orbital Platform-Gateway)」と今のところ呼ばれている。

国際宇宙ステーション（ISS）のように、モジュールを複数回に分けて月に材料を打ち上げ、月を回る軌道上でランデブーさせてドッキングさせることで建造する。

そして、有人月探査の中継地点として、また深宇宙で宇宙飛行士が長期間滞在する訓練施設として、さらに有人火星飛行に向けた土台にもなるという、壮大な計画である。

月を周回する宇宙ステーション「Gateway」の建造は2022年から始まり、最初に、「電力・推進要素(Power and Propulsion Element:PPE)」が打ち上げられる。ロケットは、SpaceXなどの民間のロケットを使うことが予定されている。

SpaceXは「Gateway」への補給のため「Dragon XL」という新型の無人補給船を開発するとしている。同社は、ISS（国際宇宙ステーション）へ補給を補給する無人補給船「Dragon」を開発、運用しており、その技術やノウハウをもとに、さらに発展させた補給船になるとしている。

「Dragon XL」は、自動でドッキングができるNASAドッキング・システムをもち、従来の無人補給船「Dragon」とは異なり、地球への帰還は想定されていないため帰還カプセルはない。

打ち上げには、「Falcon Heavy」を使う。

「電力・推進要素(Power and Propulsion Element:PPE)」とは、巨大な太陽電池で、月を周回する宇宙ステーション「Gateway」の電力を自前で作り出し、また、電気推進エンジンを搭載し、軌道��更などを行うことを目的としている。開発はNASAが行う。ドッキングの起点。

その後、2024年に、「エスプリ(ESPRIT)：ヨーロッパのESAが開発」とUS利用モジュール。国際パートナー居住区をドッキング。さらに、2025年にはUS居住区を、そして、2026年には、多目的モジュールを打ち上げ、これを次々とドッキングさせ、ゲートウェイは完成する。

月を周回する宇宙ステーション「Gateway」の建造の前に、「NRHO」と呼ばれる、特殊な月周回軌道へ探査機を2021年に投入する予定。運用した例がない最初の事例のため、その実現可能性や運用上の課題などを探るため、NASAは超小型衛星「CAPSTONE(キャプストーン)」を送り込むことになった。

2022年11月16日。

ついに打ち上げ成功です。現実に、これから月に行きます。

アルテミス1は、無人のテスト飛行でデータを収集して有人の成功確率をさらに上げます。

先端に搭載されてるオリオン宇宙船は今回、月を周回する「DRO（Distant Retrograde Orbit）」と呼ばれる軌道に投入されます。

月のDRO周回軌道では、少ない燃料で安定した状態を維持することができます。

これは、先行して打ち上げた超小型衛星「CAPSTONE(キャプストーン)」探査機でわかったためです。

飛行6日目（11月21日）に、オリオン宇宙船は月のDRO周回軌道への移行を開始します。

飛行10日目(11月25日)に、月面に最接近したのち、月の引力を利用して月のDRO周回軌道へ入ることになります。

現実に・・・

月の周回軌道を周る中で地球から272,514.9マイル離れた場所に到達しました。

これはアポロ13以来、有人宇宙船規格設計された中で最も遠い距離を通過した新記録です。

飛行16日目（12月1日）に、月のDRO周回軌道を離脱。

飛行20日目（12月5日）には、再び月面に接近し

適切なタイミングでサービスモジュールのエンジンを再点火して月の重力を利用しつつ地球へ向いました。

飛行26日目（12月11日）に、地球の大気圏に再突入し、パラシュートを使って降下していき太平洋へ着水。

回収されたデータは、アルテミス2の有人飛行に活用されます。

こういう新産業でイノベーションが起きるとゲーム理論でいうところのプラスサムになるから既存の産業との

戦争に発展しないため共存関係を構築できるメリットがあります。デフレスパイラルも予防できる？人間の限界を超えてることが前提だけど

しかし、独占禁止法を軽視してるわけではありませんので、既存産業の戦争を避けるため新産業だけの限定で限界を超えてください！

（個人的なアイデア）

他の条約アイデアとして

もし、仮定として、各国が、地球や月の周回軌道で軍事衝突を起こすなら、核兵器並みの危機が、人類に降り注ぎ滅��する危険性があるため

太陽などの恒星近くでのみ戦いを可能にする各国合意の許可性と言う条約アイデアがひらめいた！

もし、戦いの後に残骸がでても太陽に吸収され思う存分戦えるし、太陽に吸収されて地球に被害はないかもしれない。

＜おすすめサイト＞

ロボットの宇宙空間での活用2019

グウィン・ショットウェル: ３０分で地球を半周するSpaceXの旅行プラン

現時点2015年での時間の概念の解釈について

バスティアン・シェーファー：3Dプリンターで作るジャンボ・ジェット飛行機？

アンソニー・アタラ：臓器の培養という発明

リサ・ハルーニ：3Dプリント入門

Voltera: Your Circuit Board Prototyping Machine

MoonRay - World’s Best Desktop DLP 3D Printer

ネリ・オックスマン：テクノロジーとバイオロジーを融合したデザイン

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takahashicleaning · 5 years ago

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