2018 Fiscal Year Research-status Report
非線形ダイナミクスを活用したマイクロ運動機関の創出
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16K13655
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
吉川 研一 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (80110823)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ミクロ直流モータ / 直流ポンプ / 非線形発振 / limit cycle / 分岐現象 / 無接点モータ / 化学－機械エネルギー変換 / 光振り子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、「非平衡ゆらぎ」に潜む非線形特性を活用して、cm-mmのレベルで滑らかな仕事をさせることが可能であるような、運動機関の創出を目指す。具体的には、１）直流電場で働く回転モータ・流体ポンプ、２）光照射による物体運動制御・流体ポンプ、３）常温での化学→運動エネルギー変換システム、の研究を推進してきている。これらの実験系は、いずれも、申請者らによって世界で初めて見出された自律的運動系であることに注目されたい。本年度は、特に光照射が引き起こす運動と、その運動モードの制御に関して、大きな研究の発展があった。油水混合溶液の組成を相分離の臨界点近傍の均質な状態に設定し、溶液中の一点にレーザ照射すると、ミクロ液滴が湧出する。レーザ焦点の近傍で容器に空間的な異方性を導入すると、一方向の流れが引き起こされる。これは、ミクロ相分離が生じた部分で局所的な圧力上昇が生じるためである。このような新規な光ポンプは、流体中に気泡などを生じさせることなく安定に一方向の流れを引き起こすといった特性があり、今後の研究の展開が期待される。さらに、光照射により、cmサイズの固形物体（シート）の定常的な振り子運動や、回転運動を引きおこることができることも、論文として報告している（J.Phys.Che. C, 2018)。これらに付け加えて、定常的な直流電場のもと、μmスケールのコイル状の物体が安定な、長軸周りの回転運動を引き起こされることを見出している。さらには、化学ポテンシャルによって引き起こされる液滴の自律運動の実験系を発展させ、二つの液滴の運動の相互作用を調べた。その結果、二つの液滴は運動モードが同調した安定な自律運動を行うことを明らかにしており、論文として投稿準備中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
１）直流電場で働く回転モータ・流体ポンプ、２）光照射による物体運動制御・流体ポンプ、３）常温での化学→運動エネルギー変換システム、これらのすべての課題について、順調に研究が発展しており、特に、本年度は、光誘起運動について、当初予想されなかったような新規な現象を観測し、それを理論化して論文にすることができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）直流電場で働く回転モータ・流体ポンプ：この課題については、定常的な直流電場のもと、μmスケールのコイル状の物体が安定な、長軸周りの回転運動を引き起こされるといった新規な現象についての研究を発展させる。
２）光照射による物体運動制御・流体ポンプ：これについては、特にレーザによって、光照射方法とその逆方向に流体運動をスイッチさせるといった、予備的な研究成果に基づき、この課題を大いに発展させることを目指す。
３）常温での化学→運動エネルギー変換システム：二つの液滴が、同調した安定な自律運動を行うといった、新しい発見を、論文として報告する。
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| Causes of Carryover |
研究を推進する中で、レーザーを水溶液に照射することにより、レーザの光軸方向に流体運動を起こすことが可能であることを見出だした。更に重要なこととして、レーザの照射角度を変えることにより、光の進行方向への流体運動の方向性を逆転できることも発見した。このように、極めて新規性の高い現象を発見したので、この実験の推進と理論化をさらに進める必要が生じた。さらに、直流電場下での自律運動、等温系での化学→機械運動のエネルギー変換の課題についても、国際誌に投稿してOpen Accessにする予定であり、その経費を考慮している。
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