2016 Fiscal Year Annual Research Report
Research and Development of Bio-Mechanical Complex Motor Using Photosynthetic Micromotility
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25630444
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| Research Institution | Ube National College of Technology |
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Principal Investigator |
藤田 和孝 宇部工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (10156862)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
島袋 勝弥 宇部工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (70618446)
三留 規誉 宇部工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (90431981)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 光合成運動微生物 / モーター / 群体 / ボルボックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、光合成により自らエネルギーを生み出し究極の持続的エコ動力源となりえる運動微生物を用いて原動機を作製し、損失の少ない機械装置と組合わせて、高効率で実用トルクを有し、使用しやすい微小モーターの研究開発を目指した。
その結果、最終年度においては、光合成運動微生物は最終的に約5000個の体細胞からなる直径0.5mm程度のボルボックスとし、その群体の光制御を通じ、直径約60mm深さ約15mmの円筒容器水中内で、エポキシ樹脂製4枚フィン回転子が連続的に回転する原動機の作製に成功した。最高回転数は約2[rph]、トルクは約70[pNm]であった。ボルボックス1個（約5000個の体細胞からなる球体）の持続的な推進力は走査プローブ顕微鏡を用いて測定した結果約4nNであった。さらにこの原動機を有効に使用するための遊星歯車装置（減速・加速比=1/６・６）を設計し、3Dプリンタを用いて試作した。遊星歯車装置の起動トルクは数十pNmを目指しており、軽い樹脂で、低摩擦、原動機のとのバランスから装置全直径30mmを目指した。このような歯車装置は市販されておらず、設計から行った。この装置の起動トルク測定で時間切れとなった。
また、研究期間全体を通じた成果は以下の通りである。ボルボックスは、他の光合成運動微生物であるユーグレナやクラミドモナス、クロロゴニウムと比べると、前者は約5000個の体細胞からなりそれらが同期して光に対する明確な正の走行性を持つこと、後者は細胞単体で動き、必ずしも明確な正の走行性を示さないことが明らかとなった。さらにボルボックスの走行方向は、光の強さは弱くても方向に支配されること、最高遊泳速度は約1.0 mm/sec、反応は青緑色（波長約500nm）で速いことが明らかとなった。
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