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2019 Fiscal Year Annual Research Report

Toward the quest of organizing centers for complex dissipative dynamics

Research Project

Project/Area Number 18H05322
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

西浦 廉政  北海道大学, 電子科学研究所, 客員研究員 (00131277)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 藪 浩  東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (40396255)
國府 寛司  京都大学, 理学研究科, 教授 (50202057)
渡辺 毅  公立諏訪東京理科大学, 工学部, 助教 (40726676)
Project Period (FY) 2018-06-29 – 2023-03-31
Keywords大域分岐解析 / ナノ微粒子 / 自己組織化 / 反応拡散系 / ポリマー相分離
Outline of Annual Research Achievements

真に平衡から遠い複雑現象の理解のための新たな数理的視点-非平衡組織中心網(Far from Equilibrium Network (FFEN))-を築き,そこから複雑ダイナミクスの統一的理解と制御を目指す革新的方法論の構築を実験,解構造全探索計算そして数学解析の三位一体の体制で切り開くことを目指し,前年度の成果を受け,本年度は次の3つの実績を挙げることができた.
1.前年度からの継続課題である3次元ナノ微粒子,とくに3種類の異なるポリマーから成る阿修羅粒子解に関する4変数Cahn-Hilliard型数理モデルによるシミュレーション予測および実際の微粒子作成が分担者の藪との協力により実現し,ACS omega に出版した.その質の高さから,本誌の表紙を飾ることができたことは特筆すべき点である.
2.振動テールをもつ粒子解ダイナミクスについては,空間2次元において縮約された有限次元問題への帰着とその解析において進展が見られた.本年度はとくに定常解に限定し,初期の結果をいくつか得た.また数値シミュレーションにより,3変数反応拡散系における多数個の振動スポットの相互作用による動的クラスター解のリストの一部が得られた.これは今後の基礎データとなるので重要である.
3.不均一性や欠陥がもたらす自発生成ダイナミクスの解明と系の頑健性については,上記2の数値計算において,複数の振動テールスポット解に囲まれた領域において自発的に新たなスポット生成が起きることが発見された,これは当初予想されていなかったことで,単調テールをもつスポット解ではこれまで確認されていない,今後のさらなる考察が必要となる現象である.また自己修復機能をもつネットワークダイナミクスのモデリング手法の応用として,脳波とくにα波のphase resettingについて,成果が得られ論文として発刊できた.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

3次元ナノ微粒子解,とくに3つのポリマーから成る阿修羅型の解については,実験と理論による双方向的協働研究として,論文の投稿,発刊が終わり,かつ発表雑誌ACS omega の表紙を飾ることができたことは評価の高さを物語るものである.これを含め,実験班の藪によるコラボレーションも順調に進んでおり,本課題の主眼である,非平衡組織中心網の探索に向けても,データの蓄積を継続している.1次元,2次元の振動テール型空間局在解の相互作用,不均一場での大域分岐構造の探索も進展し,一部論文としてまとめる段階となった.自己修復機能をもつネットワークダイナミクスのモデリング手法が脳波のphase resettingに応用できたことは,そのモデリングのポテンシャルの高さを示すものとなっている.

Strategy for Future Research Activity

3次元ナノ微粒子解,振動テール型空間局在解のデータの蓄積をより一層推進し,非平衡組織中心網の探索を継続する.ナノ微粒子解については,対応する数理モデルが自由エネルギーをもつことから,そのランドスケープの大域形状が重要となる,その探索のためにはサドル解の発見が鍵となる.このような不安定な解の探索に必要な数値的手法が最近開発されており,それらも必要に応じて取り入れながら研究を推進する.

  • Research Products

    (13 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 5 results) Remarks (1 results) Funded Workshop (1 results)

  • [Int'l Joint Research] 北京大学(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      北京大学
  • [Journal Article] Mathematical mechanism of state-dependent phase resetting properties of alpha rhythm in the human brain2020

    • Author(s)
      Ueda Kei-Ichi、Nishiura Yasumasa、Kitajo Keiichi
    • Journal Title

      Neuroscience Research

      Volume: 156 Pages: 237~244

    • DOI

      10.1016/j.neures.2020.03.007

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reduction approach to the dynamics of interacting front solutions in a bistable reaction-diffusion system and its application to heterogeneous media2019

    • Author(s)
      Kei Nishi, Yasumasa Nishiura, Takashi Teramoto
    • Journal Title

      Physica D

      Volume: 398 Pages: 183-207

    • DOI

      10.1016/j.physd.2019.03.009

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Ashura Particles: Experimental and Theoretical Approaches for Creating Phase-Separated Structures of Ternary Blended Polymers in Three-Dimensionally Confined Spaces2019

    • Author(s)
      Yutaro Hirai, Edgar Avalos, Takashi Teramoto, Yasumasa Nishiura, Hiroshi Yabu
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 4 Pages: 13106-13113

    • DOI

      10.1021/acsomega.9b00991

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Explicit transversality conditions and local bifurcation diagrams for Bogdanov-Takens bifurcation on center manifolds2019

    • Author(s)
      Yang Li, Hiroshi Kokubu, and Kazuyuki Aihara
    • Journal Title

      Physica D

      Volume: 391 Pages: 52-65

    • DOI

      10.1016/j.physd.2018.11.005

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Heterogeneity-induced Dynamics2019

    • Author(s)
      Yasumasa Nishiura
    • Organizer
      Tohoku - Lorraine Conference 2019
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] On the Interplay between Intrinsic and Extrinsic Instabilities of Spatially Localized Patterns2019

    • Author(s)
      Yasumasa Nishiura
    • Organizer
      SIAM Conference on Applications of Dynamical Systems (DS19), MS158, May 22, 2019
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] From Janus to Ashura -A hierarchical structure of nanopolymer-particles-2019

    • Author(s)
      Yasumasa Nishiura, Edgar Avalos, Takashi Teramoto, Hiroshi Yabu
    • Organizer
      ICIAM2019, Valencia, July 19. 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Collision dynamics of traveling spots against axisymmetric heterogeneity2019

    • Author(s)
      Takeshi Watanabe, Yasumasa Nishiura
    • Organizer
      Equadiff 2019,July 8--12, Leiden University, Leiden Netherlands
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Self-healing of multistate network systems2019

    • Author(s)
      Yasumasa Nishiura
    • Organizer
      Workshop on emerging areas in reaction-diffusion systems, East China Normal University, May 25, 2019
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Morse decomposition of dynamics from time-series data and its application2019

    • Author(s)
      Hiroshi Kokubu
    • Organizer
      EASIAM, Wuhan University, Wuhan, China June 13-16, 2019
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 西浦廉政研究室 (Nishiura Laboratory)

    • URL

      http://www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/nishiura_labo/index-e.html

  • [Funded Workshop] SIAM Conference on Applications of Dynamical Systems (DS19), Snowbird Ski and Summer Resort Snowbird, Utah, U.S.2019

URL: 

Published: 2021-01-27  

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