Construction of micro-mechanical machine based on nonlinear dynamics

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K13655
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Nano/Microsystems
• Research Institution: Doshisha University
• Principal Investigator: Kenichi Yoshikawa 同志社大学, 研究開発推進機構, 客員教授(嘱託研究員) (80110823)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 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

Outline of Final Research Achievements

The target of the present study is to construct micro-scaled mechanical machine with the scale of micrometer to centimeter. The main results are summarized as follows: 1) Rotational motor driven by constant DC voltage. Construction of rotational motion of sub-millimetre scale working in an organic solvent. 2) Photo induced fluid pumping and rotary motion. 3) Self-propelled motion induced by chemical potential under isothermal condition. It was found that cm-sized organic droplets undergo synchronized motion, both up-down motion and translational motion.

Free Research Field

非線形科学、生命物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

２０世紀初頭、Einsteinは、Brown運動の理論を構築したが、これは線形非平衡の枠組みであった。近年、Jarzynskiが、線形関係の破れが、仕事の効率の限界に直接関係することを示すなど、非平衡物理学は発展してきてはいる。しかしながら、マイクロなスケールで、高効率で運動する機械を創出するといった、基本的な課題については未だ初歩な段階に留まっている。本研究では、非線形特性を活用することにより、マイクロスケールの「ゆらぎ」から、マクロな秩序運動をとりだすといったことをターゲットにして、国際的にみても先導的な研究を進めることができている。