学生フォーミュラカーにバスケットゴール、人間も!? トポロジー最適化やってみた！：学生による2事例（2/2 ページ）

構想設計においてトポロジー最適化を活用する例が増えている。学生フォーミュラや美大生が構想設計ツール「solidThinking Inspire」を使った事例を紹介する。

[加藤まどみ，MONOist]

美大でもデジタル教育が進む

　Inspireは美術系の教育現場でも利用されている。東京藝術大学 美術学部 建築科 准教授の金田充弘氏は、工業デザインや建築を学ぶ学生がInspireを使いながら身近なものを設計、最適化する課題に2カ月かけて取り組んだ例を紹介した。

　東京藝大は伝統的に日本画や工芸などアナログなモノづくりに強みを持つが、デジタルでのモノづくりツールの導入も進めている。1年次から3D CADやレーザーカッター、3Dプリンタなどを使える環境を用意しているという。最終的に創作活動に取り入れるかは自由だが、こういったものが存在し、そしてこれらのツールは「その気になれば使いこなせるものだということは学べるようになっている」と金田氏はいう。

　「デジタルツールを使うと画一的な結果が出てくるのではないか」という懸念が、特にアナログな分野ほどあるものだ。だが例えばレーザーカッターで平たいものを加工しても、3D的な自由な形態やテクスチャが作れる（図）。「使っていると、デジタルなプロセスでもオリジナルなモノづくりができることを学生も理解していく。こういった活動からデジタルとモノづくりの融合をうまく導き出せれば」と金田氏は述べた。

レーザーカッターの利用例。（左）切り抜いた板を3次元的に配置し直している。（右）溝に金箔などを埋め込む漆器の沈金の技法を、レーザーでけがいたアクリルの表面に施したもの。

　Inspireは工業デザインや建築設計に取り組む学生に、工学的な感覚を養うツールとして使ってほしいという。今回の課題では、まず自分の設計したいものを考えた上で、それに対して最適化ツールを使う形にした。学生たちの考えた最適化する対象として、過去に自分が作ったイスの再検討や、バスケットゴールや自転車のフレーム、有名な建築家の建物、さらには神社の鳥居や人間の形といったものまであった。

あらゆるものが最適化の対象に

解析結果はあくまでデザインのヒント

　エンジニアであれば、より軽量によりコストを削減するという明確なゴールに向かって最適化していくが、デザイン的な最適は必ずしも明確にゴールとの距離を測れるわけではない。デザインする学生にとって重要なのは、「自分のほしいデザイン」を得ることだ。デザインが固まってくると数値化できる状態になり、いわゆる本来の最適化が可能になるが、Inspireで自分のよいと思う解が出ない場合は設計領域や条件を変えたりしていく。

　バスケットゴールの最適化では、ゴールの後ろからでも観戦しやすい形をデザインしたいという希望があった。Inspireでの計算とデザインの修正を繰り返すうちに、デザインは満足の行く、ただし最初のスケッチとは違った形に固まっていった。本人が考える範囲では出てこないアイデアを得てデザインを進化させた例だ。本人はさらに構造解析にも取り組もうとしているといい、Inspireを使ったことで、素材の強度や作り方にも目を向けるきっかけになったとのことだ。

バスケットゴールの最適化

力の流れを感覚でつかむ

　特に変わったアイデアだったのが、「人の形を最適化してみたい」という例だ。ただし骨や筋肉などさまざまな材料からなる人間は難しいため、マネキンに取り組むことにした。腕、足、胴体とパーツごとに分けて、いろんな荷重を掛けた。その結果の一部が下図だ。残念ながら、これは実際のデザインにはつながらなかった。だがたくさん行った試行錯誤の経験を通して、荷重の流れと形態の関係を考えられたという意味では、今後デザインを考えるうえで生きてくるだろうという。

さまざまな条件によって最適化された形状を重ね合わせれば何か出てくるかも？

解析の結果は……？

間違いからもインスピレーションを得る

　自転車の例では、なぜタイヤはさまざまなデザインがあるのにフレームには変化がないのだろうという疑問から、フレームの最適化に取り組んだ。この場合は初めのイメージを作らず、まず最適化を行ったが、実は荷重のかけ方などを間違っていた。ただ進めて行く中で、一筆書きになるような形態が出てくることに注目しており、間違いが分かった後も、一筆書きのアイデアを盛り込みながらデザインした。このように間違った解析からもデザインのヒントが得られる場合もある。

左は修正前と修正後、右は完成デザイン

　金田氏が携わる建築分野でも、工学的に最適な形がいつも採用されるわけではない。合理的でも非合理的でもなく、合理的な解の周辺が一番バランスがよいといわれているという。単に最適解を目指すのではなく、社会的な要因や使う人の感性などを考えると、その近傍を模索するのが設計者やデザイナの目指すところだろうということだ。

　金田氏はInspireは工学的な感覚を身に付ける訓練ツールとしてとても面白いのではないかと話す。ツールをまず与えて好きな人にはどんどん使ってもらい、手になじんでいくことで、教育の質も変わるのではないかということだ。