| Project/Area Number |
22KJ2707
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| Project/Area Number (Other) |
22J14134 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | Kyoto University (2023)
Keio University (2022) |
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Principal Investigator |
中山 牧水 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 群知能 / アクティブコロイド / 相転移ポリマー / 相変化材料 |
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| Outline of Research at the Start |
自然界には様々な集団運動が存在し、中には知性を示すものがある。これを群知能と呼ぶ。この群知能の起源は個体間の場を介した局所的な相互作用にあると考えられ、この相互作用素過程をモデル化して開発されたアルゴリズムは実社会問題解決の要となった。この群知能のさらなる理解および活用に向け、本研究ではコロイド系への群知能実装を行う。コロイド粒子をアリの個体に、また相転移材料の相状態をフェロモン状態に見立てた上で、粒子間にフェロモン性相互作用を導入する。この実装により実験室スケールにおける群知能の設計・創発・観察が可能になる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではアリコロニー最適化にインスパイアされたナチュラルコンピュータの開発を目指す。
前年度は、金属キャップ/誘電体コアで構成されるヤヌス粒子と固体相変化材料Ge2Sb2Te5(GST)を用いることで、アリがフェロモンを塗布するプロセスを模倣し、粒子間にフェロモン相互作用を実装を行った。本スキームによって、コロイド粒子間にフェロモン相互作用が実装され、また交流電界周波数依存性を利用することで、フェロモン感度をコントロールできることが実証された。結果的に異なる集団運動状態の創発が確認され、本成果をまとめ論文化を行った。
当初、ポリマーを用いた揮発的な相転移を用いたフェロモン模倣を想定していたこともあり、当該年度は温度応答性ポリマーPluronic F127を活用した。ヤヌス粒子に高いパワーのCWレーザを照射すると金属キャップで加熱が起こる。この昇温によってF127はゲルからゾルに変化する。するとヤヌス粒子周辺には不均一な粘度場が形成され、これにより粒子が粘度の低い方向へ金属キャップを先頭にしながら自己推進する運動が観察された。このように自身の周囲に非対称な場を開拓的に生み出し駆動する運動をここでは自己開拓泳動と名付け、またこれは胃壁の組織を破壊しながら遊泳するピロリ菌の運動モデルになることが期待される。さらにヤヌス粒子の運動の向きはレーザパワーに依存し、さらなる高い出力下においては誘電体ボディを先頭に自己推進する。この現象はむしろ既によく解明されており、自己熱泳動によるものである。このようにレーザパワーを変化させることで粒子の自己推進方向をスイッチングできることを明らかにした。粒子制御の新たな手法としての応用が期待される。
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