홋카이도 대학의 사토 타히로 준 교수 등의 연구 그룹은 대나무 섬유의 조밀도가 굽힘 강도를 극대화하도록 분포하고 이론적으로 얻은 이상적인 섬유 분포와 거의 일치하고 있음 를 발견했다.새로운 생체 ​​모방 기술로서 선진 재료 개발로 이어질 것으로 기대된다.

　대나무는 가벼움과 튼튼함을 겸비한 천연 기능 재료이다.그 이유는 공동 부분이 많아 목질부에 철강과 같은 정도의 강성을 가진 섬유가 많이 묻혀 있기 때문이다.한편, 대나무의 횡단면을 보면, 매립되어 있는 섬유의 분포는 균일하지 않고, 단면의 내측으로부터 외측으로, 밀도가 서서히 높아지고 있는 것을 알 수 있다.

　그래서 연구팀은 단면의 섬유 분포와 줄기 전체의 굽힘 강도의 관계를 구조 역학 이론을 이용해 해석.실제 대나무로부터 얻어진 섬유 분포의 측정 데이터와 비교하였다.

　이론적인 해석의 결과, 단면을 관통하는 섬유의 총수에 의해, 굽힘 강성을 최대로 하는 섬유 분포가 다른 것을 발견했다.섬유가 적은 경우 내부에서 외부로 섬유 밀도를 XNUMX차 함수에 따라 증가시키면 대나무의 굽힘 강성이 최대.섬유가 많을 경우, 섬유 밀도를 내측에서 외측으로 XNUMX차 함수에 따라 증가시키면, 굽힘 강성이 최대가 되는 것을 알 수 있었다.

　한편, 야생의 대나무는, 근본과 선단에서 단면의 섬유 분포가 다르고, 근본에서는 섬유가 많아, 선단 근처에서는 섬유는 적다.그리고 측정 데이터의 섬유 분포는, 대나무의 근본으로부터 선단을 향해 경사 분포가 XNUMX차 함수형으로부터 XNUMX차 함수형으로 추이하고 있는 것을 발견, 이론과 일치했다.

　이 성과로부터, 중공 원통 일반의 굽힘 강성을 극대화하는 최적 경사 분포는, 대나무 단면의 섬유 분포와 닮아, 대나무는 최고 성능의 경사 기능 재료라고 해, 가볍고 튼튼한 파이프라인 구조 등 새로운 중공 원통 구조의 설계 개발로 이어진다고 한다.

논문 정보:【PLOS ONE】Bamboo-Inspired Optimal Design for Functionally Graded Hollow Cylinders