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自己組織化プロセスによる生命機械融合ウェットロボティクスの構造制御と機能創発

研究課題

研究課題/領域番号 17H01254
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 知能機械学・機械システム
研究機関大阪大学

研究代表者

森島 圭祐  大阪大学, 工学研究科, 教授 (60359114)

研究分担者 平塚 祐一  北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (10431818)
新田 高洋  岐阜大学, 工学部, 准教授 (20402216)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
44,330千円 (直接経費: 34,100千円、間接経費: 10,230千円)
2019年度: 14,040千円 (直接経費: 10,800千円、間接経費: 3,240千円)
2018年度: 13,130千円 (直接経費: 10,100千円、間接経費: 3,030千円)
2017年度: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
キーワードウェットロボティクス / マイクロマシン / 人工筋肉 / 自己組織化 / バイオアクチュエータ / マイクロロボット / 光造形 / 生命機械融合
研究成果の概要

従来のアクチュエータ研究では、人工物を利用した研究が主流であり、生体組織、細胞を直接利用した方法論の提案には至っていなかった。本研究は、電気エネルギを全く用いず、化学エネルギのみで駆動する生物の発想を採り入れることで、生物の最小単位である細胞やタンパク質と機械を融合した、マルチスケールでのマイクロナノデバイスのパーツとして機能するバイオアクチュエータを実証し、従来にない生命機械を実現しようとする点で、革新的な省エネルギ型の新原理デバイスやマイクロロボティクスへの応用といった融合分野を開拓した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

超高齢化社会、超省エネ型社会において、石油や電気、内燃機関等の化石燃料や動力源に頼らず、生体や自然環境のエネルギーを取り込むことで駆動できる機械システムやロボットの実現が望まれている。本研究から得られた知見、アプローチにより、生物が形を形成し機能を発現する自己組織化の原理を解明し応用することができれば、将来的に、マイクロナノマシン技術・バイオナノテクノロジー・メカトロニクス・分子ロボティクス・自己組織化原理を駆使して、ソフトでウェットなハイブリッド型分子ロボット、体の一部になるマイクロマシン、人が飲んだり食べたりできる生命機械、生体システムとのハイブリッドの創出につながる。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (55件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (40件) (うち国際学会 15件、 招待講演 5件) 図書 (2件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Survival Rate of Cells Sent by a Low Mechanical Load Tube Pump: The “Ring Pump2020

    • 著者名/発表者名
      Kaoru Uesugi, Keizo Nishiyama, Koki Hirai, Hiroaki Inoue, Yoichi Sakurai, Yoji Yamada, Takashi Taniguchi, Keisuke Morishima
    • 雑誌名

      Micromachines

      巻: 11 号: 4 ページ: 447-460

    • DOI

      10.3390/mi11040447

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A simple micro check valve using a photo-patterned hydrogel valve core2020

    • 著者名/発表者名
      Yingzhe Wang, Kazuma Toyoda, Kaoru Uesugi, Keisuke Morishima
    • 雑誌名

      Sensors and Actuators A: Physical

      巻: 304 ページ: 111878-111878

    • DOI

      10.1016/j.sna.2020.111878

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Micro Vacuum Chuck and Tensile Test System for Bio-Mechanical Evaluation of 3D Tissue Constructed of Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes (hiPS-CM)2019

    • 著者名/発表者名
      Kaoru Uesugi, Fumiaki Shima, Ken Fukumoto, Ayami Hiura, Yoshinari Tsukamoto, Shigeru Miyagawa, Yoshiki Sawa, Takami Akagi, Mitsuru Akashi, Keisuke Morishima
    • 雑誌名

      Micromachines

      巻: 10 号: 7 ページ: 487-504

    • DOI

      10.3390/mi10070487

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Micro Peristaltic Pump Using an Optically Controllable Bioactuator2019

    • 著者名/発表者名
      Eitaro Yamatsuta, Sze Ping Beh, Kaoru Uesugi, Hidenobu Tsujimura, Keisuke Morishima
    • 雑誌名

      Engineering

      巻: 5 号: 3 ページ: 580-585

    • DOI

      10.1016/j.eng.2018.11.033

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Insect Muscular Tissue-Powered Swimming Robot2019

    • 著者名/発表者名
      Yalikun Yaxiaer、Uesugi Kaoru、Hiroki Minamida、Shen Yigang、Tanaka Yo、Akiyama Yoshitake、Morishima Keisuke
    • 雑誌名

      Actuators

      巻: 8 号: 2 ページ: 30-30

    • DOI

      10.3390/act8020030

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Temperature-responsive culture surfaces for insect cell sheets to fabricate a bioactuator2019

    • 著者名/発表者名
      Uesugi Kaoru、Sakuma Yui、Akiyama Yoshitake、Akiyama Yoshikatsu、Iwabuchi Kikuo、Okano Teruo、Morishima Keisuke
    • 雑誌名

      Advanced Robotics

      巻: 33 号: 5 ページ: 219-231

    • DOI

      10.1080/01691864.2019.1568908

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Micro Peristaltic Pump Using an Optically Controllable Bioactuator2019

    • 著者名/発表者名
      E. Yamatsuta, S. Beh, H. Tsujimura, K. Uesugi, K. Morishima
    • 雑誌名

      Engineering

      巻: in print

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analytical Model and Experimental Evaluation of the Micro-Scale Thermal Property Sensor for Single-Sided Measurement2018

    • 著者名/発表者名
      Katayama Takashi、Uesugi Kaoru、Morishima Keisuke
    • 雑誌名

      Micromachines

      巻: 9 号: 4 ページ: 168-168

    • DOI

      10.3390/mi9040168

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Closed System for Pico-Liter Order Substance Transport from a Giant Liposome to a Cell2018

    • 著者名/発表者名
      Miyakawa Shohei、Uesugi Kaoru、Morishima Keisuke
    • 雑誌名

      Micromachines

      巻: 9 号: 7 ページ: 331-331

    • DOI

      10.3390/mi9070331

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Time evolution of the heat diffusion phenomenon from the point source near the interface2018

    • 著者名/発表者名
      Katayama Takashi、Morishima Keisuke
    • 雑誌名

      International Journal of Thermal Sciences

      巻: 133 ページ: 170-180

    • DOI

      10.1016/j.ijthermalsci.2018.05.034

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Control of Bioactuated MicroNanoSystem and Living Machined Wet Robotics2019

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Morishima
    • 学会等名
      the 4th Int. Conference on Manipulation, Automation and Robotics at Small Scales (MARSS2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Pico-liter order volume handling and substance transport between a single cell and a giant liposome2019

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Morishima
    • 学会等名
      the 4th Int. Conference on Manipulation, Automation and Robotics at Small Scales (MARSS2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 分子人工筋肉を駆動源とするファイバー型アクチュエータ2019

    • 著者名/発表者名
      小池 康裕, 王 穎哲, 平塚 祐一, 上杉 薫, 森島 圭祐
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 上杉薫, 森裕樹, Johannes Nicolaus Wibisana, 北口哲也, 田畑修, 森島圭祐2019

    • 著者名/発表者名
      細胞内蛍光共鳴エネルギ移動による力測定を目指した微小構造体の作製
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 金電極を用いた高速熱応答マイクロプローブ法による生体試料のセンシング2019

    • 著者名/発表者名
      八上 雄太, 高島 義之, 上杉 薫, 森島 圭祐
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 静脈弁模倣によるマイクロ逆止弁構造2019

    • 著者名/発表者名
      別所 芳春, Yingzhe Wang, 上杉 薫, 森島 圭祐
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] MICROFLUIDIC FABRICATION OF BIO-ACTUATORS DRIVEN BY ARTIFICIAL MUSCLES MADE FROM MOLECULAR MOTORS2019

    • 著者名/発表者名
      Yingzhe Wang, Yuichi Hiratsuka, Takahiro Nitta, Kaoru Uesugi, Keisuke Morishima
    • 学会等名
      The 23rd International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A SIMPLE MICRO CHECK VALVE USING PATTERNED HYDROGEL VALVE CORE2019

    • 著者名/発表者名
      Yingzhe Wang, Kaoru Uesugi and Keisuke Morishima
    • 学会等名
      IEEE MEMS2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] MICRO-ASSEMBLY USING OPTICALLY PATTERNED MOLECULAR-MOTOR-POWERED ARTIFICIAL MUSCLES2019

    • 著者名/発表者名
      Yingzhe Wang, Yuichi Hiratsuka, Takahiro Nitta, Kaoru Uesugi and Keisuke Morishima
    • 学会等名
      IEEE MEMS2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Construction and Functional Emergence of Bioactuated Micro Nano System and Living Machined Wet Robotics2019

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Morishima
    • 学会等名
      MANA International Symposium 2019
    • 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] Construction and Functional Emergence of Bioactuated Micro Nano System and Living Machined Wet Robotics2019

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Morishima
    • 学会等名
      The SPIRITS International Symposium - Shaping self-assembled mesoscale (bio)materials with microengineering
    • 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] 生体分子モーターで駆動する積層型回転アクチュエータの作製2018

    • 著者名/発表者名
      南方和之、平塚祐一、上杉薫、森島圭祐
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication of bio-actuators with molecular motors by stereolithography2018

    • 著者名/発表者名
      Yingzhe Wang, Yuichi Hiratsuka, Takahiro Nitta, Kaoru Uesugi and Keisuke Morishima
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Development of a novel monitoring technique for micro-living components utilizing heat diffusion and its application on cultured cells2018

    • 著者名/発表者名
      T. Katayama, Y. Takashima, S. Katayama, K. Uesugi, K. Morishima
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Manipulation, Automation and Robotics at Small Scales 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Multi-layer level biomechanical force measurement2018

    • 著者名/発表者名
      Kaoru Uesugi and Keisuke Morishima
    • 学会等名
      IEEE MHS2018
    • 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] mechanical properties for understanding various life phenomena2018

    • 著者名/発表者名
      K. Uesugi, K. Morishima
    • 学会等名
      1st International Symposium on Systems Intelligence Division
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 昆虫細胞シート回収のための温度応答性ポリマ表面の開発2018

    • 著者名/発表者名
      上杉薫,佐久間唯,秋山義勝,秋山佳丈,岩淵喜久雄,大和雅之,岡野光夫,森島圭祐
    • 学会等名
      第27回インテリジェント材料・システムシンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication of Continuous DNA Lattice Structure with Nanofiber Framework2018

    • 著者名/発表者名
      LU RANWEN,森島圭祐
    • 学会等名
      第1回分子ロボティクス年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 線虫を用いたマイクロ物質のセンシングとマニピュレーションに関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      新保圭生
    • 学会等名
      日本機械学会関西学生会2017年度学生員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] DIRECT MEASUREMENT OF PROPELLING FORCE OF WATER STRIDER2017

    • 著者名/発表者名
      K. Uesugi, H. Mayama, K. Morishima
    • 学会等名
      Micro-NanoMechatronics and Human Science 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] mechanism of water-repellency2017

    • 著者名/発表者名
      K. Uesugi, H. Mayama, K. Morhisima
    • 学会等名
      Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (μTAS 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] アメンボの撥水メカニズム解明を目指した力測定2017

    • 著者名/発表者名
      上杉薫,眞山博,森島圭祐
    • 学会等名
      計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] iPS細胞由来3次元積層心筋組織の拍動特性2017

    • 著者名/発表者名
      上杉薫,塚本佳也,日浦綾美,赤木隆美,宮川繁,澤芳樹,明石満,森島圭祐
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会10.0
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] アメンボの撥水機構解明を目指した脚力測定,及び撥水モデルの提案2017

    • 著者名/発表者名
      上杉薫,眞山博幸,森島圭祐
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 引張刺激に対するiPS由来3次元心筋組織の拍動特性ロボティクス・メカトロニクス講演会20172017

    • 著者名/発表者名
      上杉薫,塚本佳也,日浦綾美,赤木隆美,宮川繁,澤芳樹,明石満,森島圭祐
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] C.elegansの化学走性によるナノ物質の運搬法に関する研究2017

    • 著者名/発表者名
      珍部公輔,木村幸太郎,上杉薫,森島圭祐
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 生体分子モータ集積人工筋肉を用いた外骨格型駆動システムの設計と製作2017

    • 著者名/発表者名
      平井皓基,平塚祐一,上杉薫,森島圭祐
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 磁気駆動型ナノマシンの高効率細胞内導入を目指したデバイスの開発2017

    • 著者名/発表者名
      宮川彰平,小川幸太,上杉薫,森島圭祐
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Image Processing based Closed Loop Automated Control System for Cell Bio-Manipulation using LabVIEW and FPGA2017

    • 著者名/発表者名
      Hamdi BELHADJ,Kaoru UESUGI,Keisuke MORISHIMA
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 単一細胞-巨大リポソーム融合界面における物質輸送機序の解明を目指したマイクロ流体デバイスの開発2017

    • 著者名/発表者名
      宮川彰平,上杉薫,森島圭祐
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会10.0
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 機能回復を目的とした力学刺激による臓器圧整法の提唱2017

    • 著者名/発表者名
      麻生 晃雄、上杉 薫、神田 寛行、不二門 尚、森島 圭祐
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 機能回復を目的とした臓器圧整法の提案2017

    • 著者名/発表者名
      麻生 晃雄、上杉 薫、神田 寛行、不二門 尚、森島 圭祐
    • 学会等名
      日本コンピューター外科学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Eyeball Deformation by Organ Pressure Regulation Using Magnetic Sheet2017

    • 著者名/発表者名
      麻生 晃雄、上杉 薫、神田 寛行、不二門 尚、森島 圭祐
    • 学会等名
      28th 2017 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 生体の行動原理を用いた軟性材料加工用マイクロロボットのモデルの作製2017

    • 著者名/発表者名
      豊田和馬,上杉薫,森島圭祐
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス 講演会- 2017 in Fukushima
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Direct Observation and Behavior Analysis of Enchytraeus japonensis in Soft Material for Swarm Intellignet Micro Robots2017

    • 著者名/発表者名
      豊田和馬,上杉薫,森島圭祐
    • 学会等名
      MHS 2017 28th 2017 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 生体分子モーターを用いた積層型回転アクチュエータの設計と作製2017

    • 著者名/発表者名
      南方和之,平塚祐一,上杉薫,森島圭祐
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 分子モーターで駆動する積層型回転アクチュエータの作製2017

    • 著者名/発表者名
      南方和之,平塚祐一,上杉薫,森島圭祐
    • 学会等名
      「細胞を創る」研究会10.0
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Patterning Molecular Motors for Fabrication of Stacked Rotary Actuator2017

    • 著者名/発表者名
      Kazuyuki Minakata,Yuichi Hiratsuka,Kaoru Uesugi,Keisuke Morishima
    • 学会等名
      The 21st international Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 細胞内物性計測を目指した磁気駆動ナノマシンの細胞内導入と制御2017

    • 著者名/発表者名
      吉田茂生,小川幸太,上杉薫,森島圭祐
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ナノ物質の輸送を目指したDNAオリガミによるナノマシンの設計2017

    • 著者名/発表者名
      LU RANWEN ,上杉薫,森島圭祐
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス 講演会2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [図書] Soft Actuators-Materials, Modeling, Applications, and Future Perspectives-2019

    • 著者名/発表者名
      Asaka, Kinji, Okuzaki, Hidenori (Eds.)
    • 総ページ数
      507
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9784431547679
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [図書] ロボット制御学ハンドブック 第22章マイクロ・ナノロボット2017

    • 著者名/発表者名
      松野 文俊、大須賀 公一、松原 仁、野田 五十樹、稲見 昌彦
    • 総ページ数
      1024
    • 出版者
      近代科学社
    • ISBN
      9784764904736
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 大阪大学 森島研究室ホームページ

    • URL

      http://www-live.mech.eng.osaka-u.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      http://www-live.mech.eng.osaka-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www-live.mech.eng.osaka-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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