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振動子ネットワークの機能的構造の解明

Research Project

Project/Area Number 21K12056
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 61040:Soft computing-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

郡 宏  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (80435974)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords同期 / ネットワーク / ゆらぎ / 緩和 / 熱効率 / 同期現象
Outline of Research at the Start

基礎的な動的過程を最適化するネットワーク構造を理解することは、様々な生命システムの理解や工学的応用の観点から不可欠である。本研究では振動子ネットワークにおけるいくつかの動的過程に着目し,特定の機能や動的性質を実現・最適化するネットワーク構造を明らかにする.応募者が強みを持つ振動子ネットワークを突破口とし、意義のある問題設定、汎用性の高い理論枠組みの構築、各種の数理的技術を活用した解析を行うことによってこれらの問いに深く切り込み、明らかにすることを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

基礎的な動的過程を最適化するネットワーク構造を理解することは、様々な生命システムの理解や工学的応用の観点から不可欠である。本研究では振動子ネットワークにおけるいくつかの動的過程に着目した研究を遂行している。2023年度は(i)振動子ネットワークの緩和現象に関する研究、(ii)物理的振動子ネットワークの作る流体の流れに関する研究、そして、(iii)2つの熱エンジンの同期が熱効率に与える影響に関する研究に取り組んだ。(i)小さな摂動の範囲では同期解近傍での線形化が有効であり、線形化に基づいて緩和時間の表現を求めた。従来緩和時間は安定性行列の固有値の実部で特徴づけることが一般的であったが、本研究ではゆらぎの輸送に着目し、固有値の虚部が本質的な役割を果たすことを見出した。この効果は特に大きなネットワークで顕著である。(ii)ストークス流れにおいて1次元軌道を往復運動する質点の集団が作り出す流れに関して摂動論的近似理論と数値計算に取り組んだ。隣り合う振動子が適切な位相差で作動すると強い流れが作られることを見出した。繊毛集団にみられる位相波の理解を深めた成果である。(iii)スターリングエンジンと呼ばれる熱エンジンを2つ相互作用させると、エンジンの周期的運動が同期する。このとき、独立に作動している場合に比べ、熱効率が上昇する。特に、2つの振動子が振動数を一致させるとき、熱効率が最大となる。この原理を用いれば小さなエンジンの熱効率を上昇させられると期待できる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

計画されていた研究を順調にこなしている。また派生した課題にも取り組めている。

Strategy for Future Research Activity

論文の出版、成果の発表に重点的に取り組む。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] University at Baffalo(米国)

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Journal Article] Transportation Efficiency of Hydrodynamically Coupled Spherical Oscillators in Low Reynolds Number Fluids2023

    • Author(s)
      Su Weiwei、Izumida Yuki、Kori Hiroshi
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 92 Issue: 12 Pages: 1-6

    • DOI

      10.7566/jpsj.92.124003

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synchronization approach to achieving maximum power and thermal efficiency for weakly coupled low-temperature-differential Stirling engines2023

    • Author(s)
      Yin Songhao、Kori Hiroshi、Izumida Yuki
    • Journal Title

      Physical Review Research

      Volume: 5 Issue: 4 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.5.043268

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Partial synchronization and community switching in phase-oscillator networks and its analysis based on a bidirectional, weighted chain of three oscillators2023

    • Author(s)
      Kato Masaki、Kori Hiroshi
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 107 Issue: 1 Pages: 1-15

    • DOI

      10.1103/physreve.107.014210

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] An extended Hilbert transform method for reconstructing the phase from an oscillatory signal2023

    • Author(s)
      Matsuki Akari、Kori Hiroshi、Kobayashi Ryota
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 13 Issue: 1 Pages: 1-16

    • DOI

      10.1038/s41598-023-30405-5

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Mean-field theory for double-well systems on degree-heterogeneous networks2022

    • Author(s)
      Kundu Prosenjit、MacLaren Neil G.、Kori Hiroshi、Masuda Naoki
    • Journal Title

      Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences

      Volume: 478 Issue: 2264 Pages: 1-15

    • DOI

      10.1098/rspa.2022.0350

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Accuracy of a one-dimensional reduction of dynamical systems on networks2022

    • Author(s)
      Kundu Prosenjit、Kori Hiroshi、Masuda Naoki
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 105 Issue: 2 Pages: 1-14

    • DOI

      10.1103/physreve.105.024305

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Noninvasive inference methods for interaction and noise intensities of coupled oscillators using only spike time data2022

    • Author(s)
      Mori Fumito、Kori Hiroshi
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 119 Issue: 6 Pages: 1-5

    • DOI

      10.1073/pnas.2113620119

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Feedback-induced desynchronization and oscillation quenching in a population of globally coupled oscillators2021

    • Author(s)
      Ozawa Ayumi、Kori Hiroshi
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 103 Issue: 6 Pages: 1-22

    • DOI

      10.1103/physreve.103.062217

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Remarks] 郡 宏(KORI, Hiroshi)

    • URL

      http://www.hk.k.u-tokyo.ac.jp/kori/index-jp.html

    • Related Report
      2023 Research-status Report 2022 Research-status Report 2021 Research-status Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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