2021 Fiscal Year Annual Research Report
スケールアップモデルで探る細菌のメカニカルデザイン
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18H01192
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
和田 浩史 立命館大学, 理工学部, 教授 (50456753)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 弾性シェル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の主目的は、円筒形の弾性シェルがもつ様々な力学特性や不安定性を、定量的なマクロ模型実験（計測）と詳細な計算機シミュレーション、および理論的解析を組み合わせて総合的に明らかにすることである。課題研究期間の後半では、内圧の有無にこだわらず、曲率を持つ弾性膜やシェルに関連して派生する興味深いテーマを意欲的に追及してきた。その結果、これまでによい研究成果をいくつか得ることができた。ひとつめは、平面に描いた折り線と切り線のパターンから一気に三次元構造を作り上げるユニークな「折り切り紙」デザインについて、その構造と力学特性をマクロ模型による計測実験と有限要素解析計算によって明らかにした。本年度はこれらの成果をまとめ、学術論文としてPhys. Rev. Applied誌に出版し、Editor's Suggestionにも選出された。二つ目には、ゴム材料を使った3Dプリンタ技術をもちいて、セル構造体を基盤とする弾性板（「メタプレート」と呼ぶべきもの）を作成し、その曲げ変形において生じるさまざまな曲率構造（双曲面や楕円面、放物面など）と力学応答を調べてきた。セル構造を基盤とする曲面構造は、幅広い長さスケールに渡って生物界にみられ、効果的なバイオデザインの典型例であるが、詳細な物理的研究は未だに少ない。細菌のメカニカルデザインというテーマの路線では、細菌の鞭毛が円筒形の菌体に巻ついてドリル運動をするという新しい発見に対して、その力学的仕組みを水槽内のマクロ実験で調べてきた。これまでは水中で準備実験を行ってきたが、今年度は液体をグリセリンに置換して実験を開始している。鞭毛のモデルは、シリコンエラストマーに鉄粉を混ぜることで密度マッチングした。その結果、モーターの逆回転に誘起されて巻きつき転移が起こるようすを再現することができた。今後は3次元位置トラッキングなどの詳細な計測を開始する。
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| Research Progress Status |
令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。
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