1996 Fiscal Year Annual Research Report
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08558095
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Section | 試験 |
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
松浦 弘幸 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助手 (30262116)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中野 正博 産業医科大学, 医療技術短期大学, 助教授 (70141744)
満渕 邦彦 東京大学, 国際・産学共同研究センター, 教授 (50192349)
井街 宏 東京大学, 医学部, 教授 (10010076)
藤正 巖 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (30010028)
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| Keywords | 熱ノイズ / ナノマシン / 確率共鳴 / 散逸構造 / 非対称構造 / SIRM / エネルギー移行 |
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| Research Abstract |
本年度は,将来開発されるべき熱ノイズを利用する微小機械の備えるべき条件・エネルギー変換の原理に関して研究した.今日の人工的なマイクロ・ナノマシンは,マクロ機械のエネルギー変換原理を踏襲するものであり,単に寸法を縮小のみにすぎなかった.しかし,中間領域に存在する分子機械には,独自の動作原理がある事が示された.この原理とは,確率共鳴と呼ばれるげんしょうであり,機械システム系が熱ノイズと共振現象を起こす事により,熱源から機械系にエネルギー移行が生じる.との現象は,中間領域では,極めて一般的な現象であり,至る所し存在している.生物では,細胞膜のイオン透過性の上昇,神経細胞の感度の上昇とうに見られる.我々は,ランジュバン方程式を基礎に据え,熱ノイズを利用すし,一方向に運動する微小機械の条件を導いた.そのためには,(1)機械システム系と熱ノイズとの間に確率共鳴現象の存在,(2)環境又は,機械システム系に非対称構造の存在,(3)機械システム系が,マイクロ〜サブマイクロの寸法を持つ事が重要である.また,確率共鳴を起こすには,系に散逸構造の存在と機械システム系の適切な弾性定数が重要である.さらに,この原理で動く人工模型としてStochastic Incleined Rods Model(SIRM)を提唱した.このSIRMは,本体から斜めに鋼鉄製の共振体が突き出た構造を持っており,これが熱ノイズ中の10E11rad/sの周波数と共鳴して熱源から共振体へエネルギー移行が起こるのだ.さらに,確率共鳴を等して機械システム系に得られるエネルギーは,1分子のATPの10倍程度と見積もられ,熱ノイズのみでも十分に微小機械系を駆動する事が可能である.
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[Publications] 松浦弘幸: "Langevin方程式の弱非線形解と確率共鳴" 日本物理学会講演概要集(秋). 第3分冊. 699 (1996)
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[Publications] Matsuura H: "Stochastic resonance in artificial muscule" ASAIO Journal. 42(2). 56 (1996)
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[Publications] 松浦弘幸: "生物におけるストキャスチック、レゾナンス" 日本物理学会講演概要集. 第3分冊. 757 (1996)
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[Publications] 松浦弘幸: "生物の確率共鳴と弱非線形解" 日本応用数理学会. 平成8年度suppl. 78-79 (1996)
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[Publications] Matsuura H: "On energy conversion on muscle and artificial muscle" Journal of artificial organs. 19(9). 551 (1996)
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[Publications] 中野正博: "古典力学・量子力学と微小機械" 医用電子と生体工学. 34. 164 (1996)
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[Publications] 松浦弘幸: "パ・リティ 11月号" 丸善出版, 13 (1996)
