碳对于所有生物的生存而言都至关重要，因为它是所有有机分子的基础，进而构成了所有生命的基础。虽然这本身就令人印象深刻，但是，随着开发出比钢的强度和刚性更好且重量更轻的碳纤维，近年来，航空航天和土木工程等领域出现了很多令人惊讶的新应用，这使得碳纤维取代钢材被应用于飞机、赛车和运动器材等高性能产品中。
碳纤维通常与其他材料结合形成复合材料，其中的一种复合材料是碳纤维增强塑料（CFRP），它以其高的拉伸强度、刚性和强度/重量比而出类拔萃。由于需求量大，因此，研究人员们开展了多项研究，以期提高CFRPs的强度，而且，他们将大多数的时间用在一项名为“纤维导向的设计（fiber-steered design）”的特殊技术研究上，这项技术可以优化纤维取向，从而提高强度。
但“纤维导向的设计（fiber-steered design）方法并非没有缺点，它只能优化纤维的取向，但却保持纤维的厚度不变，这极大地影响了对CFRP力学性能的充分利用。而一种同时也允许优化纤维厚度的减重方法却很少被考虑到。”东京理工大学专注于复合材料研究的Ryosuke Matsuzaki博士说道。
为此，Matsuzaki博士与其在东京理工大学的同事Yuto Mori 和Naoya Kumekawa一起，提出了一种新的设计方法，即根据在复合材料结构中的位置，来同时优化纤维的取向和厚度，这使得他们能够对比等厚度线性层压模型的重量，来减轻CFRP的重量，同时不影响其强度。发表在《Composite Structures》中的一篇新的研究论文介绍了他们的发现。
他们的方法包括3个步骤：准备、迭代和修正过程。在准备过程中，采用有限元方法（FEM）进行初步分析，以确定层数，通过一种线性层压模型和带有厚度变化模型的纤维导向设计（fiber-steered design）来进行定性的重量评估。迭代过程是根据主应力方向确定纤维取向，以及用“大应力理论”来迭代计算厚度。修正过程是针对可制造性进行修正，这包括两步：先，在需要提高强度的区域创建一个参考的“基础纤维束”；然后，按照纤维束分布在参考束两侧的形式排列纤维束，以此确定终的取向和厚度。
与仅优化纤维取向的方法相比，这种同时优化纤维的取向和厚度的方法，实现了5%以上的减重效果和更高的载荷传递效率。
研究人员们对这些结果感到非常兴奋，并期待着今后能够通过实施自己的方法，来进一步减轻传统CFRP部件的重量。