Bamboo-mimetic optimal cylindrical structure with light-weight, high-strength and material saving properties
Publicly Offered Research
| Project Area | Elucidation of the strategies of mechanical optimization in plants toward the establishment of the bases for sustainable structure system |
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| Project/Area Number |
19H05359
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
島 弘幸 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (40312392)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | タケ / イネ / アロメトリー / 細長比 / 断面二次半径 / 座屈 / 中空円筒構造 / 力学的最適構造 / 生物力学 / 生態模倣 / 力学的最適化 / 機能材料 / 中空パイプ / 竹の構造 / 力学安定論 / パターン形成 / 生物形態模倣 / 構造最適化 |
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| Outline of Research at the Start |
「なぜタケは軽くて丈夫なのだろうか？」― 本研究の目的は、タケの形態に秘められた力学機能を深く理解し、これを模倣した力学的最適構造システムを創製することである。タケが進化の過程で獲得したであろう「最少材料・最大強度」の設計原理を、理論・実験の両面から解き明かすことで、軽量性・省材料性・高剛性のすべてを備えた人工マクロ円筒構造システムをデザインする。その成果は、高層タワーや海中パイプラインなどを合理的に設計する際のヒントを提供するほか、竹林の防災・減災機能を高度活用するための基盤的知見を与えることが期待できる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、タケの形態に秘められた力学機能を深く理解し、これを模倣した力学的最適構造システムを創製することである。この目的達成のために、タケが進化の過程で獲得したであろう「最少材料・最大強度」の設計原理を、物理学・数理科学の視点から解明する。竹はしばしば、「見落とされたバイオマス」と呼ばれる。その所以は、世界中で1500通り以上の利用法が発見されているにも関わらず、竹の利活用に関する学術研究が絶対的に不足しているためである。こうした背景を踏まえると、竹に関する昔からの言い伝えや経験則を、自然科学の視点から客観的に実証することが非常に重要であることがわかる。この背景を受けて本年度では、タケの外形を支配する共通則の導出に取り組んだ。日本に自生するタケの種類は、高さ15 m に及ぶモウソウチクから、3 m 程度までしか伸びないクロチクまで多様性に富んでおり、その高さと外形は種によってバラバラである。しかし実は、タケの外形には、見た目では認識できない一定の共通則が潜むことを、本研究によって初めて発見できた。この共通則の存在は、タケが力学的最適化を具現した植物であることを意味するものである。具体的には、高さ・太さ・稈に沿った細り具合、がそれぞれ異なる複数種のタケを選び、日本各地で伐採した竹サンプルの形態測定データを集計した、その結果、各節間における木質部の正味体積および各節間部の細長比(断面二次半径を節間長で除した量)のデータ点が、複数種にわたって一定の共通曲線に載ることがわかった。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(19 results)
