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植物との力学的アナロジーに学ぶ巨大建築構造システム設計

計画研究

研究領域植物の力学的最適化戦略に基づくサステナブル構造システムの基盤創成
研究課題/領域番号 18H05486
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関東京大学

研究代表者

川口 健一  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (40234041)

研究分担者 張 天昊  東京大学, 生産技術研究所, 助教 (90845728)
中楚 洋介  東京大学, 生産技術研究所, 特任講師 (70756361)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
61,880千円 (直接経費: 47,600千円、間接経費: 14,280千円)
2022年度: 12,870千円 (直接経費: 9,900千円、間接経費: 2,970千円)
2021年度: 13,520千円 (直接経費: 10,400千円、間接経費: 3,120千円)
2020年度: 13,390千円 (直接経費: 10,300千円、間接経費: 3,090千円)
2019年度: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円)
2018年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
キーワード植物構造オプト / 生長 / 樹木 / 呑み込み現象 / 癒合 / 空間構造 / 建築構造 / Baubotanik / 自己修復 / 細胞 / biomimetics / tensegrity / 重力屈性 / 屈性 / 飲み込み / 膨圧
研究成果の概要

植物生理学者との共同研究により、生きた植物が自然界の様々な外力下で淘汰されてきた過程と、建築構造が長年にわたって自然外力に耐えていくために備えておくべき条件の間にアナロジーを観察し、これをヒントとして、より耐久性のある新しい着想による、大きな建築構造物の設計手法を開発することを目的として研究を行った。植物、特に木本植物は成長に時間がかかる為、研究成果を得るために時間がかかったが、同時に既存の樹木の観察などを行うことで研究を進めた。特に樹木の自己修復や呑み込み、癒合といった性質から、既存の建築構造物にない新しい建築構造のヒントを得ることができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

植物生理学者と、我々建築構造分野の研究者が多くの時間を共有し、共通の研究目的に対して多くの議論を点で学際的な研究に大きな意義があったと考えている。分野によって、研究の進め方や、研究成果の発信の仕方などの違いが大きいことも学びとなった。研究成果としては、既存の建築構造には存在しない、生きた樹木による建築構造の構築という新しい分野の研究の端緒を見出すことができた点で、学術的、社会的意義は大きいと考えている。本研究では、生きた植物の成長過程を利用することで、樹木と人工的な材料を繊維を切断することなく融合させることが可能であり、新しい建築構造分野の構築につながるものと考えられる。

報告書

(6件)
  • 2023 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (37件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (13件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 1件、 招待講演 9件)

  • [雑誌論文] Elastic shell theory for plant cell wall stiffness reveals contributions of cell wall elasticity and turgor pressure in AFM measurement2022

    • 著者名/発表者名
      Tsugawa Satoru、Yamasaki Yuki、Horiguchi Shota、Zhang Tianhao、Muto Takara、Nakaso Yosuke、Ito Kenshiro、Takebayashi Ryu、Okano Kazunori、Akita Eri、Yasukuni Ryohei、Demura Taku、Mimura Tetsuro、Kawaguchi Ken’ichi、Hosokawa Yoichiroh
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 13044-13044

    • DOI

      10.1038/s41598-022-16880-2

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 植物の力学的最適化戦略に基づく構造システムの探索の基礎的考察:植物構造オプト2021

    • 著者名/発表者名
      川口 健一,中楚 洋介,張 天昊,出村 拓
    • 雑誌名

      日本建築学会大会学術講演梗概集

      巻: 構造Ⅰ ページ: 785-788

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Parametric L-systemを用いた樹木表面のポリゴンメッシュ生成に関する基礎的研究2021

    • 著者名/発表者名
      中楚 洋介,川口 健一
    • 雑誌名

      日本建築学会大会学術講演梗概集

      巻: 構造Ⅰ ページ: 825-828

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] 植物主茎伸長の力学的観察と成長原理に着目したエアチューブ構造に関する基礎的研究2021

    • 著者名/発表者名
      武藤 宝,川口 健一,中楚 洋介,張 天昊
    • 雑誌名

      日本建築学会大会学術講演梗概集

      巻: 構造Ⅰ ページ: 877-880

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] AFM(原子間力顕微鏡)探針で載荷された植物細胞の力学的応答と有限要素法による数値計算の比較に関する基礎的研究2021

    • 著者名/発表者名
      堀口 翔太,川口 健一,張 天昊,中楚 洋介,津川 暁, 細川 陽一郎
    • 雑誌名

      日本建築学会大会学術講演梗概集

      巻: 構造Ⅰ ページ: 853-856

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Mechanical measurement of gravitropic bending force in pea sprouts2020

    • 著者名/発表者名
      Nakaso Yosuke、Arimoto Sayaka、Kawaguchi Ken’ichi、Muto Takara、Ueda Haruko
    • 雑誌名

      Plant Biotechnology

      巻: 37 号: 4 ページ: 475-480

    • DOI

      10.5511/plantbiotechnology.20.1201b

    • NAID

      130007960257

    • ISSN
      1342-4580, 1347-6114
    • 年月日
      2020-12-25
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of a dynamic imaging method for gravitropism in pea sprouts using clinical magnetic resonance imaging system2020

    • 著者名/発表者名
      Nakai R, Azuma T, Nakaso Y, Sawa S, Demura T
    • 雑誌名

      Plant Biotechnology

      巻: 37 号: 4 ページ: 437-442

    • DOI

      10.5511/plantbiotechnology.20.1020a

    • NAID

      130007960240

    • ISSN
      1342-4580, 1347-6114
    • 年月日
      2020-12-25
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 植物構造オプト:植物の力学的最適化戦略に基づくサステナブル構造システムの基盤創成と力学的アナロジーに学ぶ巨大建築構造システム設計に関する基礎的考察2020

    • 著者名/発表者名
      川口 健一,中楚 洋介,出村 拓
    • 雑誌名

      日本建築学会大会学術講演梗概集

      巻: 構造I ページ: 657-660

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] 植物の重力屈性挙動の観察と力学的特性に関する基礎的考察 その2:豆苗の重力屈性挙動における力学的特性2020

    • 著者名/発表者名
      有本 清香,川口 健一,中楚 洋介,出村 拓
    • 雑誌名

      日本建築学会大会学術講演梗概集

      巻: 構造I ページ: 685-688

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] 植物の力学的最適化戦略に学ぶサステナブル建築構造システムにおける巨大建築設計手法の導出と数値解析 その 2 分裂する細胞とプリミティブな成長ルールが生成する成長パターンの簡単な解析2020

    • 著者名/発表者名
      小御門 真伍,川口 健一,中楚 洋介,細見 亮太,石塚 広一,張 天昊,出村 拓
    • 雑誌名

      日本建築学会大会学術講演梗概集

      巻: 構造I ページ: 693-696

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] 栄養屈性を利用した根系構造の形態創生に関する基礎的研究 その1:2次元におけるイネ根の栄養屈性挙動の観察と生長シミュレーション2020

    • 著者名/発表者名
      中楚 洋介,川口 健一,藤原 徹,山崎 清志,Marcel Beier
    • 雑誌名

      日本建築学会大会学術講演梗概集

      巻: 構造I ページ: 701-704

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] ユーカリが伸長時に発揮する力の測定と建築構造への利用法の提案に関する基礎的研究2020

    • 著者名/発表者名
      武藤 宝,川口 健一,中楚 洋介,張 天昊
    • 雑誌名

      日本建築学会大会学術講演梗概集

      巻: 構造I ページ: 689-692

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] 植物の葉細胞にみられるジグソーパターンの継ぎ手への直接的応用と在来継ぎ手形状との比較2020

    • 著者名/発表者名
      堀口 翔太,川口 健一,有本 清香,中楚 洋介,桧垣 匠,出村 拓
    • 雑誌名

      日本建築学会大会学術講演梗概集

      巻: 構造I ページ: 715-716

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 植物の力学的最適化戦略に基づく構造システムの基礎的観察調査と考察3 植物構造オプト2023

    • 著者名/発表者名
      川口健一, 中楚洋介, 張天昊, 出村拓, 武藤宝
    • 学会等名
      2023年度日本建築学会大会(近畿)選抜梗概
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ガードパイプ呑み込みを有する街路樹の常時微動の振動モード形状に関する基礎的考察2023

    • 著者名/発表者名
      山岸 篤志, 高橋 遼, 川口 健一, 張 天昊, 吉中 進
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演梗概集, 選抜梗概
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 街路樹の常時微動一次固有周期の一般式の提案とガードパイプの呑み込みによる影響の基礎的考察2023

    • 著者名/発表者名
      髙橋 遼, 山岸篤志, 川口健一, 張 天昊, 吉中 進
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演梗概集, 選抜梗概
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Plant-Structure-Optimization: some challenges of structural engineers2022

    • 著者名/発表者名
      Ken’ichi Kawaguchi
    • 学会等名
      International Symposium on "Plant-Structure-Optimization"
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 植物の力学的最適化戦略に基づく構造システムの探索の基礎的考察2:植物構造オプト2022

    • 著者名/発表者名
      川口健一, 中楚洋介, 張天昊, 出村拓
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演梗概集, 選抜梗概
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 切り傷に対するユーカリの自己治癒による組織変化の観察2022

    • 著者名/発表者名
      中楚洋介, 川口健一, 張天昊, 堀口翔太, 武藤宝, 中田未友希, 出村拓, 黒谷賢一, 野田口理孝
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演梗概集, 選抜梗概
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 植物の動的挙動のワイヤレスセンシング2022

    • 著者名/発表者名
      渡辺明, 西谷和彦, 武藤宝, 中楚洋介, 川口健一, 津川暁, 出村拓
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演梗概集, 選抜梗概
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 植物茎の断面形状や膨圧下の細胞形状のいくつかの数理学的考察: スーパー楕円と茎断面及び膨圧下の細胞とフニキュラーシェルや液滴形状の比較考察2022

    • 著者名/発表者名
      堀口翔太, 川口健一, 張天昊, 武藤宝
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演梗概集, 選抜梗概
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 植物の力学的最適化戦略に基づく構造システムの探索の基礎的考察:植物構造オプト2021

    • 著者名/発表者名
      川口 健一
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Parametric L-systemを用いた樹木表面のポリゴンメッシュ生成に関する基礎的研究2021

    • 著者名/発表者名
      中楚 洋介
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 植物主茎伸長の力学的観察と成長原理に着目したエアチューブ構造に関する基礎的研究2021

    • 著者名/発表者名
      武藤 宝
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] AFM(原子間力顕微鏡)探針で載荷された植物細胞の力学的応答と有限要素法による数値計算の比較に関する基礎的研究2021

    • 著者名/発表者名
      堀口 翔太
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 植物構造オプト:植物の力学的最適化戦略に基づくサステナブル構造システムの基盤創成と力学的アナロジーに学ぶ巨大建築構造システム設計に関する基礎的考察2020

    • 著者名/発表者名
      川口 健一
    • 学会等名
      「シェル・空間構造」セミナー2020『植物の力学的最適化戦略に基づく構造システムの探索: 植物構造オプト』
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 植物の重力屈性挙動の観察と力学的特性に関する基礎的考察 その2:豆苗の重力屈性挙動における力学的特性2020

    • 著者名/発表者名
      有本 清香
    • 学会等名
      「シェル・空間構造」セミナー2020『植物の力学的最適化戦略に基づく構造システムの探索: 植物構造オプト』
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 植物の力学的最適化戦略に学ぶサステナブル建築構造システムにおける巨大建築設計手法の導出と数値解析 その 2 分裂する細胞とプリミティブな成長ルールが生成する成長パターンの簡単な解析2020

    • 著者名/発表者名
      小御門 真伍
    • 学会等名
      「シェル・空間構造」セミナー2020『植物の力学的最適化戦略に基づく構造システムの探索: 植物構造オプト』
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 栄養屈性を利用した根系構造の形態創生に関する基礎的研究 その1:2次元におけるイネ根の栄養屈性挙動の観察と生長シミュレーション2020

    • 著者名/発表者名
      中楚 洋介
    • 学会等名
      「シェル・空間構造」セミナー2020『植物の力学的最適化戦略に基づく構造システムの探索: 植物構造オプト』
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ユーカリが伸長時に発揮する力の測定と建築構造への利用法の提案に関する基礎的研究2020

    • 著者名/発表者名
      武藤 宝
    • 学会等名
      「シェル・空間構造」セミナー2020『植物の力学的最適化戦略に基づく構造システムの探索: 植物構造オプト』
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 植物の葉細胞にみられるジグソーパターンの継ぎ手への直接的応用と在来継ぎ手形状との比較2020

    • 著者名/発表者名
      堀口 翔太
    • 学会等名
      日本建築学会(シェル・空間構造関連部門)発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 植物の重力屈性挙動の観察と力学的特性に関する基礎的考察 その1:豆苗の重力屈性挙動の観察と測定2019

    • 著者名/発表者名
      有本清香, 川口健一, 中楚洋介, 出村拓
    • 学会等名
      2019年度日本建築学会大会学術講演梗概集(構造I)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 植物の力学的最適化戦略に学ぶサステナブル建築構造システムにおける巨大建築設計手法の導出と数値解析 その1 研究概要.2019

    • 著者名/発表者名
      細見亮太, 川口健一, 中楚洋介, 石塚広一, 外川文雄, 岡山信男, 有本清香, 出村拓
    • 学会等名
      2019年度日本建築学会大会学術講演梗概集(構造I)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 植物と建築構造の関わり2019

    • 著者名/発表者名
      中楚洋介
    • 学会等名
      異分野融合ワークショップ「植物の複雑な構造とその形状や動態を解析するための技術基盤」
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 植物生理学と構造工学2019

    • 著者名/発表者名
      川口健一
    • 学会等名
      植物生理学会「植物構造オプト」シンポジウム「S04 植物の力学的最適化戦略をよみとく」
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 応力密度法の根系形態への適用と支持構造物への応用に関する基礎的考察2018

    • 著者名/発表者名
      有本 清香 , 川口 健一
    • 学会等名
      2018年度日本建築学会大会学術講演梗概集(構造I)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 植物との力学的アナロジーに学ぶ巨大建築構造システム設計2018

    • 著者名/発表者名
      川口健一
    • 学会等名
      新学術領域「植物構造オプト」キックオフシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2018-07-20   更新日: 2025-01-30  

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