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Variety of the memory retention ability in the memory effect of paste

Research Project

Project/Area Number 20K03886
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
Research InstitutionNihon University

Principal Investigator

NAKAHARA Akio  日本大学, 理工学部, 教授 (60297778)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 狐崎 創  奈良女子大学, 自然科学系, 教授 (00301284)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Keywords記憶効果 / レオロジー / 破壊の制御 / 塑性流体 / コロイド / 破壊 / ソフトマター
Outline of Research at the Start

粉と水を混ぜて作ったドロドロなペーストは自分で揺れたり流れた方向や受けた電場や磁場の方向を記憶する。ペースト自体を見ても何を記憶したのかわからないが、このペーストを乾燥させて固化した時に記憶に従って割れやすい方向が決まるので、記憶を操作することで固液混合材料の破壊や材料物性の制御に応用できる。固化したペーストを破壊して得られた亀裂パターンを解析することでこのペーストが過去にどのような体験をしたか知ることもできる。本研究ではペーストが様々な体験を記憶する能力の多様性について調べ、ペーストがどのような体験をどのような記憶方式で学習するかそのメカニズムを解明して、未来の制御と過去の探求へと応用する。

Outline of Final Research Achievements

Paste remembers the direction of its vibration or flow due to its plasticity, then the memory determines the preferential direction for cracks to propagate, thus the memory of paste can be visualized as a morphology of desiccation crack pattern. In our research, we presented an image analysis method to characterize the type and the strength of the memory of paste by analyzing the anisotropic crack pattern using information entropy. Then, we perform experiment in which we add polysaccharide to a paste. By changing the amount of polysaccharide which add to a paste, we can control the situation whether the dominant interparticle interaction is attractive or repulsive, and thus succeeded in assisting or eliminating memory effect of paste. Finally, we performed experiments using a rheometer, and found that only oscillatory shear strain with a small amplitude is necessary for memory of vibration; large shear deformation is sufficient for memory of flow.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

破壊や地震は身近な現象でありながら、いつどこがどのように壊れるかが状況に応じて逐次変化していくので、防災上の正確な予測や対策が立てにくい。本研究では、塑性を持つペーストが揺れや流れなどの己の動きを記憶してその後の壊れやすい方向が決まるという現象を研究することで、サイエンスとしてはソフトマターのレオロジーの面白さの基礎研究だけでなく、破壊の制御や破壊の前駆現象の予知、さらには過去に起こった破壊現象の原因究明へと応用できるので、人類にとって重要なテーマである。今回、揺れの記憶と流れの記憶の転移条件が分かったことで、どの程度の変形でどの方向に物質が破れやすくなるかが予測できるようになり意義がある。

Report

(5 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (26 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results) Presentation (17 results) (of which Invited: 1 results)

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    • Author(s)
      Uemura Chihiro、Nakahara Akio、Matsuo Yousuke、Iwata Takahiro
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 109 Issue: 3

    • DOI

      10.1103/physreve.109.034604

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    • Author(s)
      Baba Ryu、Fujimaki Kazuhiro、Uemura Chihiro、Matsuo Yousuke、Nakahara Akio、Muramatsu Akinori
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 108 Issue: 5

    • DOI

      10.1103/physreve.108.054602

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    • Author(s)
      So Kitsunezaki, Akihiro Nishimoto, Tsuyoshi Mizuguchi, Yousuke Matsuo, Akio Nakahara,
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 105 Issue: 4 Pages: 044902-044902

    • DOI

      10.1103/physreve.105.044902

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    • Author(s)
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    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 17 Issue: 44 Pages: 10005-10015

    • DOI

      10.1039/d1sm01193f

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      小田桐和奏,  松尾洋介, 中原明生, 村松旦典
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Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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