2016 Fiscal Year Research-status Report
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16K17554
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
安田 修悟 兵庫県立大学, シミュレーション学研究科, 准教授 (70456797)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 複雑流体 / 記憶効果 / マルチスケール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ソフトマターや生物流体（細胞や微生物の集団挙動）に代表される複雑流体において、最も重要で扱いが困難な概念の一つとして“記憶効果”がある。記憶効果は、ソフトマターでは、材料を構成する分子の内部構造の遅い緩和によって、生物流体では、外部環境の変化に対する個体の適用の遅れによって生じる。これら二つのタイプの記憶効果は全く異なる発現機構を持っているが、どちらの場合も、本質的に非線形非平衡なマルチスケールの問題であり計算科学によるアプローチが重要となる。本研究では、(i)ソフトマターと生物流体のそれぞれに有効なシミュレーションを開発すること、(ii)複雑な流動現象やパターン形成の問題を“記憶効果”という統一的な視点から数理的に整理し、記憶効果が重要となる多様な現象の系統的な理解につなげることを目的とする。平成28年度は，次の二つの課題に取り組んだ．
（１）走化性バクテリアの集団挙動に対する新しいシミュレーションの開発とパターン形成問題への応用
（２）相変化を伴う液体の高速熱潤滑における分子動力学解析
課題（１）では，走化性運動論モデルを基にモンテカルロシミュレーション法を独自に開発した．バクテリアが外部環境の短い時間変化を察知できる場合（短い記憶効果）について考え，一様なバクテリアの密度状態から周期的なパターンが形成される過程を，理論と数値計算の双方から調べ，パターン形成が起こる物理的な条件を明らかにした．この研究成果については，現在論文を投稿中である．
課題（２）では，古典的な潤滑の問題設定であるが，高速な潤滑によって起こる発熱によって，流体が流路内で不均一な分布を持つ状況を考えている．直感に反して，発熱によって流路壁近傍で液体が固体化する現象を分子動力学シミュレーションで明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要で記述したとおり，平成28年度は，
（１）走化性バクテリアの集団挙動に対する新しいシミュレーションの開発とパターン形成問題への応用
（２）相変化を伴う液体の高速熱潤滑における分子動力学解析
の二つの具体的な課題に取り組んだ．
これら二つの課題は，どちらも研究開始当初に予定していた課題である．どちらの課題も論文執筆，国際会議の発表に繋がる成果を挙げており，現在までのところ研究進捗状況は，おおむね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究の進捗は順調であり，このまま当初の研究計画に従って研究を推進する．具体的には，研究実績の概要で記した課題（１）に対しては，バクテリアの環境変化に対する応答に遅いモード（記憶効果）を入れた場合について研究を発展させる．課題（２）に対しては，より現実的な潤滑剤に近い流体モデルを考えて解析を進める．現在は単純な構造をもつ液体を想定しているが，それを液晶や高分子などの複雑な構造を持つ潤滑剤に変更して，高速熱潤滑の解析を行う．
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| Causes of Carryover |
購入を予定していた計算機サーバが当初見積よりも若干安く購入できたため，次年度使用額が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は少額であるため，特別な使用計画の変更は必要なく，当初の計画通りに使用する．
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