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2020 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

    (24 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 6 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Generalized Analysis of Load-Independent ZCS Parallel-Resonant Inverter2022

    • Author(s)
      A. Komanaka, W. Zhu, X. Wei, K. Nguyen and H. Sekiya
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Industrial Electronics

      Volume: vol. 69, no. 1 Pages: 347-356

    • DOI

      10.1109/TIE.2021.3053888

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Stable plane waves in nonlocally coupled phase oscillators2021

    • Author(s)
      Yoji Kawamura
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 11, 015304 Pages: 1-16

    • DOI

      10.1063/5.0035637

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Generalized Analysis and performance investigation of the class-E/Fn rectifiers2020

    • Author(s)
      Asiya, Xiuqin Wei, Jingyue Ma, Tatsuki Osato, Wenqi Zhu, Kien Nguyen, and Hiroo Sekiya
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: vol.8 Pages: 124145-124157

    • DOI

      10.1109/ACCESS.2020.3005701

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Analysis and design of generalized class-E rectifier2020

    • Author(s)
      Asiya, Tatsuki Osato, Xiuqin Wei, Kien Nguyen, and Hiroo Sekiya
    • Journal Title

      Nonlinear Theory and Its Applications IEICE

      Volume: vol.11, no.2 Pages: 206-223

    • DOI

      10.1587/nolta.11.206

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A second-order shape optimization algorithm for solving the exterior Bernoulli free boundary problem using a new boundary cost functional2020

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

      Computational Optimization and Applications

      Volume: vol.77, Issue1 Pages: 251-305

    • DOI

      10.1007/s10589-020-00199-7

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Shape optimization of running shoes with desired deformation properties2020

    • Author(s)
      Mai Nonogawa, Kenzen Takeuchi, Hideyuki Azegami
    • Journal Title

      Structural and Multidisciplinary Optimization volume

      Volume: vol.62, Issue3 Pages: 1535-1546

    • DOI

      10.1007/s00158-020-02560-0

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 椎体の形状変形に基づく骨量増減同定2021

    • Author(s)
      三本康貴, 畔上秀幸
    • Organizer
      日本応用数理学会2021年研究部会連合発表会
  • [Presentation] Karhunen-Loeve 展開によるモデル次数低減を用いた形状最適化解析の高速化2021

    • Author(s)
      下元翼, 丹後秀一, 畔上秀幸
    • Organizer
      日本応用数理学会2021年研究部会連合発表会
  • [Presentation] 超弾性体の終端コンプライアンスに対する領域積分型形状微分2021

    • Author(s)
      畔上秀幸
    • Organizer
      日本応用数理学会2021年研究部会連合発表会
  • [Presentation] Physical Limits for Fast Entrainment in Injection-Locked Oscillators --Theory and Application --2020

    • Author(s)
      Yoji Yabe, Takeru Terauchi, Fimito Mori, and Hisa-Aki Tanaka
    • Organizer
      2020 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA 2020)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] An Attempt to Construct Energetics of Synchronization Using Class-E Oscillator as an Example2020

    • Author(s)
      Kai Maeda, Fumito Mori, Akira Keida, and Hisa-Aki Tanaka
    • Organizer
      2020 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA 2020)
    • Int'l Joint Research
  • [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)
    • Int'l Joint Research
  • [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] 領域変動型形状最適化問題における評価関数の2階形状微分について2020

    • Author(s)
      畔上秀幸
    • Organizer
      日本応用数理学会2020年度年会
  • [Presentation] 超弾性体の泳ぎ運動に関わるパラメータ同定と形状最適化2020

    • Author(s)
      林拓也, 畔上秀幸
    • Organizer
      日本応用数理学会2020年度年会
  • [Presentation] 医用画像と解剖学的データに基づく嚥下運動における筋活動の同定2020

    • Author(s)
      畔上秀幸, 小野慎二郎, 竹内謙善, 道脇幸博, 菊地貴博
    • Organizer
      日本機械学会2020年度年次大会
  • [Presentation] 形状観察に基づく舌筋活動の同定2020

    • Author(s)
      畔上秀幸, 小野慎二郎, 竹内謙善
    • Organizer
      第6回嚥下シミュレーション研究会
  • [Presentation] A second-order shape optimization algorithm for solving the exterior Bernoulli fee boundary problem using a new boundary cost functional2020

    • Author(s)
      Julius Fergy T Rabago, Hideyuki Azegami
    • Organizer
      Asian Congress of Structural and idisciplinary Optimization 2020 (ACSMO 2020)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Constitutive law for knitted fabrics as a hyperelastic body and Its parameter identification2020

    • Author(s)
      Kenzen Takeuchi, Mai Nonogawa, Hidenaga Takahashi, Hideyuki Azegami
    • Organizer
      Asian Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization 2020 (ACSMO 2020)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Identification of muscle activity in tongue's motion considering distinguished muscle fibers2020

    • Author(s)
      Shinjiro Ono, Hideyuki Azegami, Kenzen Takeuchi, Yukihiro Michiwaki, Takahiro Kikuchi
    • Organizer
      Asian Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization 2020 (ACSMO 2020)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Shape optimization for generating ideal swimming mode of fish-like hyperelastic body2020

    • Author(s)
      Takuya Hayashi, Hideyuki Azegami
    • Organizer
      Asian Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization 2020 (ACSMO 2020)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Inverse problem to identify muscle activity in swallow motion using geometrical and anatomical data2020

    • Author(s)
      Shinjiro Ono, Hideyuki Azegami, Kenzen Takeuchi, Yukihiro Michiwaki, Takahiro Kikuchi
    • Organizer
      The 14th World Congress on Computational Mechanics (WCCM-14)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Shape optimization of a fish-like hyperelastic body vibrating with a swimming mode2020

    • Author(s)
      Takuya Hayashi, Hideyuki Azegami
    • Organizer
      The 14th World Congress on Computational Mechanics (WCCM-14)
    • Int'l Joint Research
  • [Book] Shape optimization problems2020

    • Author(s)
      Hideyuki Azegami
    • Total Pages
      646
    • Publisher
      Springer
    • ISBN
      978-981-15-7617-1

URL: 

Published: 2022-12-28  

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