3Dモデリングの行方

破壊的技術という言葉はしばしば乱用されますが（一般的には単なるマーケティングの誇大広告）、時とともに進化し、私たちの生活にますます大きな影響を与える技術も存在します。3Dモデリングは、そのような技術の1つであり、一般にはあまり知られていませんが、製品やシステムの設計方法を変えています。航空業界など、2D図面の世界に戻ることを夢見ることができない業界もあります。しかし、他の業界では、この技術の導入が遅れていたり、その展開が限定的であったりします。

3Dモデリングは今後どうなるのか？このブログでは、3Dモデリングが消費者の生活に与える影響について、3つの分野を取り上げています。

パーソナルモビリティ

自動運転車の登場は、個人の移動手段を劇的に変化させ、個人向けの大量輸送システムを可能にすることを約束します。例えば、自動運転車は都市のレイアウトに影響を与え、多くの駐車場の必要性をなくし、より多くの緑地や住宅を提供することができます。また、自動運転車が高齢者の生活に影響を与え、高齢者が生活の自由と自立を取り戻すことを想像してみてください。このようなインパクトは、交通事故で失われる人命の減少に加えられます。

では、自動運転車を支える重要な技術とは何でしょうか。それは、3Dモデリングです。例を挙げると、自動運転車の誘導には、大きく分けて2つのアプローチがあります。

完全自律型 - これはグーグルのアプローチで、あらかじめ生成されたセンチメートル単位の正確な世界地図に依存します。
オートパイロット - これはテスラが選択したルートであり、時間の経過とともに作成される精度の低い世界地図を必要とするサブサンプションアーキテクチャに依存し、ほとんどの操作を処理する車の能力に依存しています。

Google社、Tesla社、どちらの方式であっても、目的地までのナビゲーション、障害物の発見、衝突の回避を可能にするために、3Dワールドマップに依存しています。レーダー、ソナー、カメラ、レーザーなどのセンサーを駆使して、道路、標識、他の車両、障害物を検知してマップ化し、それを内部マップと比較して進路を決定したり、修正行動をとったりします。このようなアプローチは、モデリングエンジンに大きな要求を与え、3Dモデリングエンジンの改良を余儀なくされます。

ビスポーク製造

マスカスタマイゼーションをより魅力的な言葉にしたビスポーク製造は、様々な形で私たちの生活に影響を与え始めています。オーダーメイドのコンセプトは、標準化されたデザインを、顧客に合わせて簡単にカスタマイズできるようにすることです。もちろん、アディティブ・マニュファクチャリング（3Dプリント）が重要な実現技術であることは言うまでもありません。しかし、アディティブ・マニュファクチャリングは、標準的なデザインを簡単にカスタマイズできる3Dモデリングなしでは存在し得ません。

消費者市場における代表的な例が靴で、消費者は適切なサイズの靴を探すのに多大な時間を費やしています。Feetz社は、カスタマイズ可能な3Dプリントの靴を展開している企業です。スマートフォンのアプリで自分の足を撮影し、それを3Dモデルにして、プリントする前に靴のモデルを修正する。その結果、同社は70億通りのサイズの靴を提供できるようになりました。

靴のカスタマイズも重要ですが、医療分野でのマスカスタマイゼーションは、私たちの生活にもっと大きな影響を与える可能性があります。過去のブログで、エレクトロニクス、メカニクス、バイオニクスが融合し、次世代の義肢を実現するバイオメカトロニクスという新しい分野を取り上げました。MITのバイオメカトロニクス研究グループが開発した電動義肢はその代表例で、下肢をモデル化し、内部構造に加えて個々の組織や筋肉の強度を把握して、下肢を制御することが必要です。そのため、基本的な義肢は標準的な構造ですが、アタッチメントやセンサーの構造は顧客ごとにモデル化し、製造する必要があります。

しかし、将来はマスカスタマイゼーションを手術室まで広げ、外科医が患者に合うようにカスタマイズした冠動脈のステントや人工関節を挿入するようになるのです。近い将来、患者の動脈や関節を3Dモデル化し、必要な構成とサイズを正確に決定することになるでしょう。このモデルを使ってステントや関節のモデルを修正し、3Dプリントすることで、さまざまなサイズのデバイスをストックする必要がなくなり、装着の問題も解消されます。

過剰設計の終焉

過剰設計は、工学の典型的な問題です。かつて、橋や飛行機などは、構造を正確にモデル化することに限界があったため、必要以上に強く設計されていました。設計者は、既存のモデルが近似値であることを知っていたので、計算の潜在的な誤差を補うために、設計に強度を追加したのです。

現在の3Dモデリングでも、構造解析は仕様に適合するように後から行うことが多いのです。元の設計は、仕様に適合しない場合にのみ変更されることが多く、設計を最適化するために時間とコストが費やされることはありません。

しかし、3Dモデリングと計算速度の両方が改善されたことで、有限要素解析を使用した構造解析を実際のシステム設計と同時に実行できるようになりました。この同時アプローチにより、モデルを製造前に完全に精査することができ、コンプライアンスを確保するだけでなく、コストと重量を最適化することもできます。例えば、自動車を最適化して軽量化することで燃費を向上させたり、建築の際に建材の量やコストを削減したりすることが可能になります。

3Dモデリングは、設計や製造の考え方を根本から変えようとしています。やがて、「自分用にカスタマイズする」という考え方が当たり前になることでしょう。