Formulation for dynamics of geometrical non-equilibrium interface: fundamental principles of developmental process

• Project/Area Number: 16J05315
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biological physics/Chemical physics/Soft matter physics
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 佐野 友彦 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 力学 / 幾何学 / スナップ / 連続体力学 / 構造力学 / 座屈 / 弾性体 / 摩擦 / バイオメカニクス

Outline of Annual Research Achievements

生物の発生過程に現れるような薄い構造物の力学的特性を明らかにすることを目的としている。特に最終年度にあたる今年度は、主に2つのテーマに焦点を絞った。１つ目はねじれを伴う飛び移り座屈、2つ目は結び目の力学である。

薄い構造が大変形を起こす基本的なモードの１つとして飛び移り座屈と呼ばれる現象がある。飛び移り座屈は、たわんだ(オイラー座屈させた)板を凹ませ平たくしようとすると、たわんだ方向が音を立てて逆転する現象のことをいう。私は境界条件によって駆動された3次元的な飛び移り座屈の基本的な性質を明らかにした。細長いリボン状の板を半円をなすように拘束して、両端を同じ方向に回転させる。するとリボンは初めに面外変形するが跳ね返り、音を立て、初めの状態と表裏反転しているが同じ形に戻る。この現象の変化が起こる条件を実験と数値計算と理論を組み合わせて明らかにした。こちらの研究成果は、アメリカ物理学会のPhysical Review Letters誌で論文として出版された。

棒状構造物同士が力を及ぼしあう基本的なかたちに結び目がある。結び目が人類史に現れたのは、古代エジプトにまで遡る。貨物輸送から高分子の絡み合いに至るまで非常に大きな長さスケールに渡って結び目は見られるが、その結び方と荷重の間の力学的性質などはあまり明らかになっていない。そこで私はスイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)のPedo Reis教授の研究グループに3ヶ月滞在し、結び目の接触領域の3次元構造を実験データの画像解析によって明らかにした。結び目の接触構造とその力学特性を完全に明らかにするには至らなかったが、接触構造は最新の実験装置を用いたものであり、今後の結び目研究の重要な一歩であると考えている。本研究成果に関して、EPFLに所属する共著者２名がそれぞれアメリカ物理学会において口頭発表を行った。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Ecole Polytechnique federale de Lausanne(スイス)
• [Int'l Joint Research] Harvard University(米国)
• [Int'l Joint Research] Harvard University(米国)
• [Int'l Joint Research] Queen Mary University of London/Imperial College London(英国)
• [Journal Article] Twist-induced snapping in a bent elastic rod and ribbon (2019)
  • Author(s): Tomohiko G. Sano and Hirofumi Wada
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 122 Issue: 11 Pages: 114301-114301
  • DOI: 10.1103/physrevlett.122.114301
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pinching an open cylindrical shell: Extended deformation and its persistence (2018)
  • Author(s): Daichi Matsumoto, Tomohiko G. Sano, and Hirofumi Wada
  • Journal Title: EPL (Europhysics Letters) Volume: 123 Issue: 1 Pages: 14001-14001
  • DOI: 10.1209/0295-5075/123/14001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Snap-buckling in asymmetrically constrained elastic strips (2018)
  • Author(s): Tomohiko G. Sano and Hirofumi Wada
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 97 Issue: 1 Pages: 13002-13002
  • DOI: 10.1103/physreve.97.013002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Slip Morphology of Elastic Strips on Frictional Rigid Substrates (2017)
  • Author(s): Tomohiko G. Sano, Tetsuo Yamaguchi, and Hirofumi Wada
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 118 Issue: 17 Pages: 178001-178001
  • DOI: 10.1103/physrevlett.118.178001
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Granular rotor as a probe for a nonequilibrium bath (2016)
  • Author(s): Tomohiko G. Sano, Kiyoshi Kanazawa, and Hisao Hayakawa
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 94 Issue: 3
  • DOI: 10.1103/physreve.94.032910
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Efficiency at maximum power output for an engine with a passive piston (2016)
  • Author(s): Tomohiko G. Sano and Hisao Hayakawa
  • Journal Title: Progress of Theoretical and Experimental Physics Volume: 2016 Issue: 8 Pages: 083A03-083A03
  • DOI: 10.1093/ptep/ptw103
  • NAID: 120006353852
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 構造物のしなやかさに関する理論的および実験的研究 -摩擦、座屈、飛び移り座屈- (2019)
  • Author(s): 佐野友彦
  • Organizer: 日本物理学会
  • Invited
• [Presentation] Twist-induced snapping in a bent elastic ribbon (2019)
  • Author(s): Tomohiko G Sano and Hirofumi Wada
  • Organizer: APS March meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 板の接触と滑りのメカニズムと関連する話題 (2018)
  • Author(s): 佐野友彦
  • Organizer: 計算粉体力学研究会
  • Invited
• [Presentation] Twist-induced snapping in a bent elastic ribbon (2018)
  • Author(s): Tomohiko G Sano and Hirofumi Wada
  • Organizer: Advances in Physics of Emergent orders in Fluctuations
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Twist-induced snapping in a bent elastic ribbon (2018)
  • Author(s): Tomohiko G Sano
  • Organizer: Yukawa Institute of Theoretical Physics Research Seminar
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Slip morphology of strips: Inspiration from plant-soil mechanical interactions (2018)
  • Author(s): Tomohiko G Sano
  • Organizer: Plant Biomechanics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Twist-induced snapping in a bent elastic ribbon (2018)
  • Author(s): Tomohiko G Sano and Hirofumi Wada
  • Organizer: Instabilities in Solid Mechanics, GDR MePhy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 弾性リボンの反転現象 (2018)
  • Author(s): 佐野友彦
  • Organizer: 第8回京都若手ソフトマター研究会
• [Presentation] 弾性リボンの反転力学 (2018)
  • Author(s): 佐野友彦、和田浩史
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 薄い板の接触と滑りの力学 (2017)
  • Author(s): 佐野友彦
  • Organizer: 島根大学大槻研究室セミナー
  • Invited
• [Presentation] 非対称な境界条件下における飛び移り座屈: 実験と厳密解に基づく研究 (2017)
  • Author(s): 佐野友彦、和田浩史
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] Slip Morphology of Elastic Strips on Frictional Rigid Substrates (2017)
  • Author(s): Tomohiko G Sano, Tetsuo Yamaguchi, and Hirofumi Wada
  • Organizer: Gordon Research Conference of Soft Matter
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Slip Morphology of Elastic Strips on Frictional Rigid Substrates (2017)
  • Author(s): Tomohiko G Sano, Tetsuo Yamaguchi, and Hirofumi Wada
  • Organizer: Gordon Research Seminar of Soft Matter
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Slip, pinning, and snap-through of elastic ribbons, (2017)
  • Author(s): Tomohiko Sano
  • Organizer: 京大基研セミナー
  • Place of Presentation: 京都大学基礎物理学研究所（京都府京都市）
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Slip Morphology of Elasticas on Frictional Rigid Substrates (2016)
  • Author(s): Tomohiko G. Sano, Hirofumi Wada
  • Organizer: 「ゆらぎと構造の協奏」第3回領域研究会
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス（福岡県福岡市）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 摩擦のある剛体基板上での弾性曲線の滑り形態 (2016)
  • Author(s): 佐野友彦、和田浩史
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学角間キャンパス（石川県金沢市）
• [Presentation] Slip Morphology of Elasticas on Frictional Rigid Substrates (2016)
  • Author(s): Tomohiko Sano
  • Organizer: Patterns and Waves 2016
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Slip morphology of elasticas on frictional rigid substrates (2016)
  • Author(s): Tomohiko Sano
  • Organizer: Interdisciplinary Applications of Nonlinear Science
  • Place of Presentation: 鹿児島大学郡元キャンパス（鹿児島県鹿児島市）
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 総合科学技術研究機構プロジェクト研究員らが薄い板の接触と滑りのメカニズムを解明
  • URL: http://www.ritsumei.ac.jp/news/detail/?id=667