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2019 Fiscal Year Annual Research Report

Development of optimal design for 'living' continuous body vibration with phase reduction method

Research Project

Project/Area Number 18H03205
Research InstitutionThe University of Electro-Communications

Principal Investigator

田中 久陽  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (20334584)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 関屋 大雄  千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (20334203)
畔上 秀幸  名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (70175876)
河村 洋史  国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(数理科学・先端技術研究開発センター), グループリーダー (90455494)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
KeywordsMEMS / 注入同期 / 振動工学 / 最適化理論
Outline of Annual Research Achievements

ナノ/マイクロ電気機械系 (N/MEMS) において, 自励振動のもとで注入同期を利用する有効性が現在注目されている. しかし, このような対象には従来の振動工学によっては解決困難な問題が多く存在する. 本研究は, これまでの研究成果をもとに, これらの問題を解決し, 任意の連続体振動をデザイン可能にする「位相縮約 振動工学」の構築を目指している. 前年度までに, 自励振動系のシミュレーション環境を整備し, 必要となる基礎理論の構築に成功している. その内容は, 次の通りである.
(i)N/MEMSとしてカンチレバーの自励振動系においては実験主導の傾向があり, 計算機シミュレーションは必須であるにもかかわらず, その整備が遅れていた. われわれはAbaqusとDymolaのソフトを連成することにより, このシミュレーションをはじめて可能にした.
(ii)カンチレバーの自励振動系において, その形状を最適化することにより, 同期能力を向上することは, 実用のみならず学術的にも大きな価値がある. われわれは, この問題を研究分担者(畔上)の最適形状理論を発展させることにより, 解決可能にする理論的な見通しを得られた.
これらを踏まえ, 当該年度において, (i)のシミュレーション技法と, (ii)の理論的枠組みの双方を擦り合わせる試行錯誤を継続してきた. その結果, (i), (ii)のそれぞれの内容をレベルアップすることに成功し, 量も簡素な形状のカンチレバーに対し, 一定の成果が得られるに至った.

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」に記載の通り, 当初の目的であるシミュレーション技法が確立され, 同時に基礎理論においても高いレベルの成果が得られている. これに伴う, 学会発表, 国際会議発表においても大きな反響が得られている.

Strategy for Future Research Activity

シミュレーション技法と基礎理論のレベルアップを並行して継続し, 1つの対象について, 理論的予想と, 2つの異なるシミュレーション方法から得られる結果の整合性を検証する. 次に, 最も簡素なセッティングでのカンチレバーの自励振動の最適形状を得ることを目指す. 更なるステップとして, 段階的にシステムの複雑度を増して, 粘弾性体の自励振動も対象とする予定である. その結果として, 実験グループとの共働の可能性が開かれる.

  • Research Products

    (42 results)

All 2020 2019

All Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 10 results) Presentation (30 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 4 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Locking Range Maximization in Injection-Locked Class-E Oscillator -- A Case Study for Optimizing Synchronizability2020

    • Author(s)
      Yoji Yabe, Hisa-Aki Tanaka, Hiroo Sekiya, Masaki Nakagawa, Fumito Mori, Kensuke Utsunomiya,and Akira Keida
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Circuits and Systems-I: Regular Papers

      Volume: vol. 67, issue 5 Pages: 1762-1774

    • DOI

      10.1109/TCSI.2019.2960847

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Design of load-independent class-E inverter with MOSFET gate-to-drain and drain-to-source parasitic capacitances2020

    • Author(s)
      Weisen Luo, Yusuke Ogi, Fumiya Ebihara, Xiuqin Wei, Hiroo Sekiya
    • Journal Title

      Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE, Special Issue on Recent Advances in Device Modeling

      Volume: vol.11,issue 2 Pages: 267-277

    • DOI

      10.1587/nolta.11.267

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Novel design approach of soft-switching resonant converter with performance visualization algorithm2020

    • Author(s)
      Shohei Saito, Shohei Mita, Wenqi Zhu, Shingo Nagaoka, Takeshi Uematsu, Kien Nguyen, Hiroo Sekiya
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: vol.8 Pages: 59922-59933

    • DOI

      10.1109/ACCESS.2020.2983449

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 実験事実に忠実なホタルの集団同期明滅モデルとその進行波形成条件の解析2019

    • Author(s)
      中川 正基、田中 久陽
    • Journal Title

      日本応用数理学会論文誌

      Volume: 29 Pages: 250-293

    • DOI

      10.11540/jsiamt.29.3_250

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A Direct Link between R´enyi-Tsallis Entropy and H¨older’s Inequality --Yet Another Proof of R´enyi-Tsallis Entropy Maximization2019

    • Author(s)
      Hisa-Aki Tanaka, Masaki Nakagawa, and Yasutada Oohama
    • Journal Title

      MDPI Journal Entropy

      Volume: vol. 21, issue 6 Pages: 549

    • DOI

      10.3390/e21060549

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 非線形問題とヘルダーの不等式 (続編)2019

    • Author(s)
      田中久陽
    • Journal Title

      電子情報通信学会基礎・境界ソサイエティ Fundamentals Review

      Volume: vol.12, no. 4 Pages: 238-247

    • DOI

      10.1587/essfr.12.4_238

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Anti-phase collective synchronization with intrinsic in-phase coupling of two groups of electrochemical oscillators2019

    • Author(s)
      Michael Sebek, Yoji Kawamura, Ashley M. Nott, and Istvan Z. Kiss
    • Journal Title

      Philosophical Transactions of the Royal Society A

      Volume: 95-110 Pages: 377

    • DOI

      10.1098/rsta.2019.0095

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Phase reduction of limit-torus solutions to partial differential algebraic equations2019

    • Author(s)
      Yoji Kawamura
    • Journal Title

      Physical Review Research 1

      Volume: vol.1, Iss.3 Pages: 1-23

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.1.033130

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 進行振動対流の時空間的な同期現象に対する位相縮約によるアプローチ2019

    • Author(s)
      河村洋史
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告信学技報

      Volume: 119 (289) Pages: 1-4

  • [Journal Article] An improved shape optimization formulation of the Bernoulli problem by tracking the Neumann data2019

    • Author(s)
      Julius Fergy T.Rabago, Hideyuki Azegami
    • Journal Title

      Journal of Engineering Mathematics

      Volume: 117 Pages: 1-29

    • DOI

      10.1007/s10665-019-10005-x

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A new energy-gap cost functional approach for the exterior Bernoulli free boundary problem2019

    • Author(s)
      Julius Fergy T.Rabago, Hideyuki Azegami
    • Journal Title

      Evolution Equations and Control Theory (EECT), American Institute of Mathematical Sciences

      Volume: 8 Pages: 785-824

    • DOI

      10.3934/eect.2019038

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Load-independent self-tuned parallel resonant power oscillator2020

    • Author(s)
      Shuya Matsuhashi, Yoshiro Hara,Kien Nguyen, Takeshi Uematsu, Shingo Nagaoka, Taichi Mishima, and Hiroo Sekiya
    • Organizer
      The Eleventh Annual Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 非局所結合位相振動子系における安定な平面波2020

    • Author(s)
      河村洋史, Ettore Barbieri
    • Organizer
      日本物理学会 第 75 回年次大会
  • [Presentation] Load-independent self-tuned parallel resonant power oscillator2020

    • Author(s)
      Shuya Matsuhashi, Yoshiro Hara, Kien Nguyen, Takeshi Uematsu, Shingo Nagaoka, Taichi Mishima, Hiroo Sekiya
    • Organizer
      The Twelfth Annual Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE2020)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 形状最適化問題とその応用2020

    • Author(s)
      畔上秀幸
    • Organizer
      非線形CAE協会, 解析モデリング研究会, 第5回分科会
    • Invited
  • [Presentation] On the existence of a solution to a shape optimization problem2020

    • Author(s)
      畔上秀幸, RabagoJFT, 相野眞行
    • Organizer
      日本応用数理学会2020年研究部会連合発表会
  • [Presentation] 魚型超弾性体の泳ぎモード創生問題2020

    • Author(s)
      林拓也, 畔上秀幸
    • Organizer
      日本応用数理学会2020年研究部会連合発表会
  • [Presentation] 形状変化に基づく特発性側彎症患者別骨量変化の同定2020

    • Author(s)
      西川弘一郎, 畔上秀幸
    • Organizer
      日本応用数理学会2020年研究部会連合発表会
  • [Presentation] 形状観測データに基づく舌の筋活動同定に関する研究2020

    • Author(s)
      小野慎二郎, 畔上秀幸, 竹内謙善, 道脇幸博, 菊地貴博
    • Organizer
      日本応用数理学会2020年研究部会連合発表会
  • [Presentation] 消化管の蠕動運動を励起する筋配置同定問題2020

    • Author(s)
      齋藤元滋, 佐原資謹, 畔上秀幸
    • Organizer
      日本応用数理学会2020年研究部会連合発表会
  • [Presentation] Analysis and Experimental Verification of Parallel Resonant Oscillator2020

    • Author(s)
      Shuya Matsuhashi,Kien Nguyen, and Hiroo Sekiya
    • Organizer
      2020 IEEE Workshop on Nonlinear Circuit Networks(NCN2020)
  • [Presentation] 偏微分代数方程式におけるリミット・トーラス解の位相縮約法2019

    • Author(s)
      河村洋史
    • Organizer
      RIMS 共同研究 (公開型)「力学系:新たな理論と応用に向けて」
  • [Presentation] 偏微分方程式のリミット・トーラス解に対する位相縮約法2019

    • Author(s)
      河村洋史
    • Organizer
      日本応用数理学会
  • [Presentation] 非圧縮性流体方程式における進行振動対流解の位相縮約法2019

    • Author(s)
      河村洋史
    • Organizer
      日本物理学会
  • [Presentation] 非圧縮性流体方程式における進行振動対流解の位相記述法2019

    • Author(s)
      河村洋史
    • Organizer
      日本流体力学会
  • [Presentation] 進行振動対流の時空間的な同期現象に対する位相縮約によるアプローチ2019

    • Author(s)
      河村洋史
    • Organizer
      2019 年度第 3 回複雑コミュニケーションサイエンス (CCS) 研究会
  • [Presentation] 進行振動対流の時空間的な同期現象に対する位相縮約によるアプローチ2019

    • Author(s)
      河村洋史
    • Organizer
      非線形科学とその周辺セミナー
    • Invited
  • [Presentation] MOSFET の寄生容量を考慮した E 級発振器の解析と設計2019

    • Author(s)
      海老原史弥, 魏秀欽, 関屋大雄
    • Organizer
      電気学会産業応用部門大会
  • [Presentation] Optimum design of running shoes with desired deformation property2019

    • Author(s)
      Mai Nonogawa, Kenzen Takeuchi, Hideyuki Azegami
    • Organizer
      The 13th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization(WCSMO-13)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] On the ill-posedness and regularization of the shape optimization formulation concerning a geometry identification problem2019

    • Author(s)
      Julius Fergy T.Rabago, Hideyuki Azegami
    • Organizer
      The 13th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization(WCSMO-13)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Identification of muscle activity in tongue's motion through medical image data2019

    • Author(s)
      Shinjiro Ono, Hideyuki Azegami, Kenzen Takeuchi, Yukihiro Michiwaki, Takahiro Kikuchi, Keigo Hanyuu, Testu Kamiya
    • Organizer
      The 13th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization(WCSMO-13)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Acceleration of shape optimization analysis using degeneration by singular value decomposition2019

    • Author(s)
      Shuichi Tango, Hideyuki Azegami
    • Organizer
      The 13th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization(WCSMO-13)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A Newton method in Sobolev space for solving free boundary problems2019

    • Author(s)
      Julius Fergy T.Rabago, Hideyuki Azegami
    • Organizer
      The 9th International Congress on Industrial and Applied Mathematics (ICIAM 2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Modeling of muscle activity and its identification through shape observation2019

    • Author(s)
      Shinjiro Ono, Hideyuki Azegami, Kenzen Takeuchi, Yukihiro Michiwaki, Takahiro Kikuchi, Keigo Hanyuu, Testu Kamiya
    • Organizer
      The 9th International Congress on Industrial and Applied Mathematics (ICIAM 2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電磁場の固有値移動に関する形状最適化問題と導波管への応用2019

    • Author(s)
      村木健太, 佐竹正義, 畔上秀幸
    • Organizer
      日本応用数理学会2019年度年会
  • [Presentation] H1勾配法に基づく複数材料を考慮したロバストトポロジー最適化2019

    • Author(s)
      新谷浩平, 畔上秀幸
    • Organizer
      日本応用数理学会2019年度年会
  • [Presentation] 形状最適化におけるパラメータチューニング2019

    • Author(s)
      下元翼, 時田恵一郎, 畔上秀幸
    • Organizer
      日本機械学会第32回計算力学講演会
  • [Presentation] 形状観察に基づく舌の筋活動同定問題の定式化と解法2019

    • Author(s)
      畔上秀幸, 小野慎二郎, 竹内謙善
    • Organizer
      第5回嚥下シミュレーション研究会
    • Invited
  • [Presentation] 形状最適化問題とその応用2019

    • Author(s)
      畔上秀幸
    • Organizer
      第31回RAMP数理最適化シンポジウム (RAMP2019), 日本オペレーションズ・リサーチ学会
    • Invited
  • [Presentation] On a shape optimization approach to the quadrature surface free boundary problem2019

    • Author(s)
      Julius Fergy T.Rabago, Hideyuki Azegami
    • Organizer
      The 7th Asian-Pacific Congress on Computational Mechanics (APCOM2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 医用画像データに基づく特発性側彎症患者別骨量変化の同定2019

    • Author(s)
      西川弘一郎, 畔上秀幸
    • Organizer
      日本機械学会第32回バイオエンジニアリング講演会
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 注入同期引込周波数帯域の高精度計算手法2019

    • Inventor(s)
      田中久陽, 高橋野以, 牛込隼, 中川正基, 慶田朗
    • Industrial Property Rights Holder
      田中久陽, 高橋野以, 牛込隼, 中川正基, 慶田朗
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2019- 50276(特開2020-155833)

URL: 

Published: 2021-12-27  

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