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機械構造のバイオニックデザインのための生物形態データベース構築とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 16K05972
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 機械材料・材料力学
研究機関金沢大学

研究代表者

坂本 二郎  金沢大学, 新学術創成研究機構, 教授 (20205769)

研究分担者 北山 哲士  金沢大学, 機械工学系, 教授 (90339698)
研究協力者 喜成 年泰  
茅原 崇徳  
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2016年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード生体力学 / バイオ材料力学 / 最適設計 / 計算力学 / データベース
研究成果の概要

本研究では,機械技術者が新しい設計の発想を得るのに役立つ,生物の3次元形状データからなるデータベースを作成した.様々な動物の骨をCTスキャンして,25種の動物における約200点の骨の3次元形状データを作成した.機械構造の設計では,強度や剛性などの力学的な仕様を満足することが要求される.本研究ではデータベースから選んだ生物の3次元形状を単に設計者に示すだけでなく,複数の生物形状を合成して機械構造の力学的仕様に適した最適設計を得る手法も開発した.開発した手法を用いて,ムササビの尺骨(腕の骨)が衝撃荷重を緩和するのに優れた形状であることを示し,杖の最適設計に応用して手法の有効性を明らかにした.

研究成果の学術的意義や社会的意義

構造の設計を目的とした生物の3次元形状モデルのデータベースは,生物学の分野においても例が無く,新たな観点から生物に関するデータベースを構築した点で学術的価値は高い.生物に詳しくない機械分野の設計技術者であっても,データベースを通じ生物の三次元形状を視覚的に捉えることができ,設計ツールであるCADやCAEに読み込むことができる.そのため,機械設計において新しい設計アイディアを生み出す有効なツールとして普及することが期待できる.また,生物の3次元形状を合成して形状最適化する手法で,仕様に応じた設計もできるようになり,機械産業におけるバイオニックデザインの可能性を広げた社会的意義は大きい.

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 座屈解析に進化計算を適用した薄板軽量形鋼の断面寸法最適設計2017

    • 著者名/発表者名
      坂本 二郎、小林 佳介、北山 哲士、清水 信孝
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集

      巻: 83 号: 854 ページ: 17-00212-17-00212

    • DOI

      10.1299/transjsme.17-00212

    • NAID

      130006181351

    • ISSN
      2187-9761
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] B8-3 Estimation of Optimal Handrail Position for Elderly based on Digital Human Modeling Simulation2017

    • 著者名/発表者名
      Chihara Takanori、Seo Akihiko、Sakamoto Jiro
    • 雑誌名

      人間工学

      巻: 53 号: Supplement2 ページ: S640-S643

    • DOI

      10.5100/jje.53.S640

    • NAID

      130006069008

    • ISSN
      0549-4974, 1884-2844
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 機械学習と最適化の融合による薄板成形技術開発2016

    • 著者名/発表者名
      北山哲士
    • 雑誌名

      シミュレーション

      巻: 35(4) ページ: 228-232

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Bio-innovative design using bone shape and its application2019

    • 著者名/発表者名
      Sakamoto, J.
    • 学会等名
      KSME/JSME Joint Symposium in 2019 Annual Bioengineering Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 衝撃特性を考慮した杖のバイオイノベーティブデザインについて2019

    • 著者名/発表者名
      東智就, 坂本二郎, 茅原崇徳, 北山哲士, 喜成年泰
    • 学会等名
      日本機械学会 北陸信越学生会 第48回学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Bio-innovative design technology and manufacturing system for CFRP preform by braiding structure2018

    • 著者名/発表者名
      Kinari, T., Sakamoto, J., Kitayama, S., Maki, Y., Kawai, K., Suehiro, T., Kimizu, M., Mori, D., Hasebe, H.
    • 学会等名
      International Symposium on Flexible Automation
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Shape optimization of screwdriver handle for improving ease of grasping2018

    • 著者名/発表者名
      Chihara, T., Seo, A., Sakamoto, J.
    • 学会等名
      Asian Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] スイング動作をするキリン頸部の筋骨格解析2018

    • 著者名/発表者名
      宮下大和, 坂本二郎, 茅原崇徳
    • 学会等名
      日本機械学会 第31回バイオエンジニアリング講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 進化計算による圧縮・曲げ荷重に対するリップ溝形鋼の断面寸法最適設計2018

    • 著者名/発表者名
      宮川健吾, 坂本二郎, 北山哲士, 清水信孝
    • 学会等名
      日本機械学会 第13回最適化シンポジウム2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 骨形状を用いたバイオイノベーティブデザイン技術の 開発とその応用2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤皓治,坂本二郎,喜成年泰,北山哲士
    • 学会等名
      日本機械学会 第29回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      名古屋
    • 年月日
      2017-01-20
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Bio-innovative design and manufacture of CFRP preform by braiding technology2017

    • 著者名/発表者名
      Kinari T., Endriatno N., Kawai K., Suehiro T., Sakamoto J., Kitayama S.
    • 学会等名
      45th Textile Research Symposium
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Musculoskeletal Simulation for Clinical Biomechanics and Animal Science2017

    • 著者名/発表者名
      Sakamoto, J.
    • 学会等名
      KSME Bioengineering Division Spring Conference
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 脊椎動物における筋骨格系モデルの作成とその応用に関する研究2017

    • 著者名/発表者名
      宮下大和,坂本二郎
    • 学会等名
      日本機械学会北陸信越支部学生会第46回学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 骨形状を用いたバイオイノベーティブデザイン技術の開発とその応用2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤皓治,坂本二郎,北山哲士,喜成年泰
    • 学会等名
      日本機械学会第29回バイオエンジニアリング講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 自動散布植物の種子射出メカニズム検討のための力学解析について2017

    • 著者名/発表者名
      寺尾康太郎,坂本二郎
    • 学会等名
      日本機械学会第29回バイオエンジニアリング講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] バイオイノベーティブデザイン技術における生物骨形状モデリング手法について2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤皓治,坂本二郎,喜成年泰,北山哲士
    • 学会等名
      日本機械学会 第27回バイオフロンティア講演会
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2016-10-23
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 骨の力学解析ツールとしての有限要素法2016

    • 著者名/発表者名
      坂本二郎
    • 学会等名
      第89回日本整形外科学会学術総会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2016-05-15
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [備考] バイオイノベーティブデザインの研究開発

    • URL

      http://bid.w3.kanazawa-u.ac.jp

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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