2022 Fiscal Year Annual Research Report
The principle of structural rationality hidden in hollow stem plants
Publicly Offered Research
| Project Area | Elucidation of the strategies of mechanical optimization in plants toward the establishment of the bases for sustainable structure system |
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| Project/Area Number |
21H00362
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
島 弘幸 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (40312392)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 植物模倣科学 / 力学的安定性 / タケ / イネ / フキ / 中空円筒 / シェル理論 / 断面特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中空の茎や葉柄をもつ植物は、イネ科・キク科・シソ科(オドリコソウ)などに多く見られる。これら多くの植物は、生育環境に応じた最適な断面形状(円形・多角形など)を選ぶことで、最も影響のある力学的負荷(横風・茎の自重・花弁の重みなど)への耐性を高めていると推察される。こうした機能構造の合理性を理論的に定式化することを目的として、最終年度は特にキク科に属するフキの断面特性を調査した。具体的には、入手が容易な市販のアキタブキおよび北海道足寄地方の固有種であるラワンブキ(＝高さ3メートルに成長する特異なフキの一種)に対して、その形態測定と力学試験を行った。フォーステスター(MCT2150)を用いた力学試験にあたっては、フキ個体を表皮・維管束・細胞質の３種類に分離し、各材料の応力歪み曲線を導出することで、フキの断面剛性の評価を行った。その結果、フキの表皮には最も力学負荷の高い箇所に剛性の高いリブが配置されていること、フキの維管束は延性に優れていること、フキの細胞質は膨圧増加によって個体の安定性に寄与していること、などがわかった。また、イネの構造安定性についても、秋田県立大学と共同で行った風洞実験により、荷重下におけるイネ稈の倒伏耐性を評価するための定量的指標を提案することができた。さらに、成長応力が引き起こす表面破断に起因するマスクメロン表皮の網目模様について、その幾何学的性質を破壊力学の視点から解析した結果、果皮断片の面積の確率分布がメロン個体の種類や大きさによらない普遍曲線に従うことを初めて明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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