編み物が自然にカールする現象を解明：デザインの力

慶應義塾大学と大阪大学は、編み物が自然にカールする現象を明らかにした。実験とシミュレーションを組み合わせ、カール形状に、ループ形状と力学特性が相関することを示した。

[MONOist]

　慶應義塾大学と大阪大学は2025年3月7日、編み物が自然にカールする現象を明らかにしたと発表した。実験とシミュレーションを組み合わせ、カール形状に、ループ形状と力学特性が相関することを示した。

　研究グループは、市販の編み機を用いて、系統的に水平方向の編み数N_wと垂直方向の編み数N_cを変化させた平編み構造を持つ長方形編み物を作成し、カール形状を分類した。その結果、編み数比N_w/N_cに応じて、ウェール方向に巻かれたside curl形状、コース方向に巻かれたtop/bottom curl形状、2つの巻き方がどちらも現れるdouble curl形状の3つの形状が現れることが判明した。

　単一ループの形状の違いがカール挙動の違いに起因しており、編み数比の変化で、ループ形状のアスペクト比（縦横比）が変化していた。編み物の内部に生じるモーメントの分布は、ループ形状の力学特性の変化で変わり、カールの方向が決定される。

　次に、この3次元的な編みループ形状の変形を詳細に解析した。Bスプライン曲線を用いて糸の中心線形状を離散化し、糸の弾性伸び、曲げ、糸同士の接触を考慮したシミュレーションを実施したところ、実験的に得られたカール形状を定性的に再現した。また、単一ループの形状変化は、編み物全体の3次元的な形状と強く関係しており、カール挙動が予測できる現象であることが明らかとなった。

カール形状の典型例。（a）作成した実験サンプル。（b）シミュレーション結果。編み数比Nw/Ncに応じて、カール形状が左から順にside curl形状、double curl形状、top/bottom curl形状へと変化する。［クリックで拡大］ 出所：慶應義塾大学

　編み物の3次元特性を理解し、カール挙動のメカニズムを解明することは、より高度な工学的設計への応用において重要な課題となっている。今回、1ループ当たりの形状と3次元的なカール挙動の関係を明らかにしたことで、編み物の3次元形状を制御する設計指針を提供する。同時に、より複雑な形状の定量的な予測や、編み物を用いた複合材料、ウェアラブルデバイス、アクチュエーターなどといった工学的設計への応用が期待される。

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