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マランゴニ効果による界面輸送現象と自己駆動ダイナミクス

研究課題

研究課題/領域番号 17J05270
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
研究機関千葉大学

研究代表者

小谷野 由紀  千葉大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード自己駆動系 / 樟脳 / アクティブマター / 自己駆動運動
研究実績の概要

人工の自己駆動系のなかでも特に、界面張力を利用して自己駆動運動を行う樟脳粒について研究を行ってきた。30年度は、樟脳粒を水面に浮かべた系に関して、2次元円形領域に閉じ込めたときの運動について、また、樟脳粒を用いた回転子の運動について研究を行ってきた。
2次元円形の水面に樟脳粒を浮かべると、系の対称性より、樟脳粒が中心位置に静止する状態が存在する。29年度は、この静止状態がHopf分岐によって不安定化すると、安定な回転運動が現れることを解析的に明らかにした。30年度はその続きとして、解析計算で行なった方程式の縮約が妥当であるか調べるため、縮約前のもとの方程式を用いて数値計算を行い。解析結果と比較を行なった。その結果、解析的に得たHopf分岐点が妥当でことがわかった。
樟脳粒を用いた回転子の運動について実験的に調べるために、中心軸を固定した円形のプレートの縁に複数の樟脳粒を等間隔に取り付け、自発的に自転する回転子を作製し、実験を行なった。その結果、取り付けた樟脳粒が少ないときに自転運動が見られ、数を増やすと、ある個数以上で自転運動が見られず、静止するという分岐現象が見られることが明らかとなった。また、樟脳回転子の自発的な自転運動が見られなくなる個数は円形プレートの半径に依存することも明らかとなった。実験結果を受け、静止状態の安定性を議論することによって、樟脳回転子の自転運動について議論を行なった。数理モデルを解析的に縮約し、樟脳回転子の自転運動に関する常微分方程式を得た。静止した状態に対応する解の周りで線形安定性解析を行うと、樟脳の個数を変化させたときにピッチフォーク分岐のような転移を起こすことが明らかとなった。
以上、2次元円形領域内の樟脳粒の運動に関する結果、および、樟脳回転子の自転運動の分岐現象に関する結果をまとめた論文は、それぞれ、国際学術誌採択・出版された。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 5件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Rotational motion of a camphor disk in a circular region2019

    • 著者名/発表者名
      Koyano Yuki、Suematsu Nobuhiko J.、Kitahata Hiroyuki
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 99 号: 2 ページ: 022211-022211

    • DOI

      10.1103/physreve.99.022211

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bifurcation in the angular velocity of a circular disk propelled by symmetrically distributed camphor pills2019

    • 著者名/発表者名
      Koyano Yuki、Kitahata Hiroyuki、Gryciuk Marian、Akulich Nadejda、Gorecka Agnieszka、Malecki Maciej、Gorecki Jerzy
    • 雑誌名

      Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science

      巻: 29 号: 1 ページ: 013125-013125

    • DOI

      10.1063/1.5061027

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] XOR Gate for Information Coded with Camphor Particles Moving on the Water Surface2018

    • 著者名/発表者名
      Jerzy Gorecki, Hiroyuki Kitahata, Yuki Koyano, Marian Gryciuk, Maciej Malecki and Nobuhiko J. Suematsu
    • 雑誌名

      International Journal of Unconventional Computing

      巻: 13 ページ: 417-434

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Spontaneous electrical oscillation in horizontal three-phase liquid membrane systems: Effect of Marangoni effect induced by buoyant convection2018

    • 著者名/発表者名
      Nanzai Ben、Terashita Daisuke、Koyano Yuki、Kitahata Hiroyuki、Igawa Manabu
    • 雑誌名

      Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects

      巻: 553 ページ: 496-502

    • DOI

      10.1016/j.colsurfa.2018.05.059

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unidirectional motion of a camphor disk on water forced by interactions between surface camphor concentration and dynamically changing boundaries2017

    • 著者名/発表者名
      J. Gorecki, H. Kitahata, N. J. Suematsu, Y. Koyano, P. Skrobanska, M. Gryciuk, M. Malecki, T. Tanabe, H. Yamamoto, S. Nakata
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 19 号: 28 ページ: 18767-18772

    • DOI

      10.1039/c7cp03252h

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Relationship between the size of a camphor-driven rotor and its angular velocity2017

    • 著者名/発表者名
      Yuki Koyano, Marian Gryciuk, Paulina Skrobanska, Maciej Malecki, Yutaka Sumino, Hiroyuki Kitahata, and Jerzy Gorecki
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 96 号: 1 ページ: 012609-012609

    • DOI

      10.1103/physreve.96.012609

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Hydrodynamic Effects in Oscillatory Active Nematics2017

    • 著者名/発表者名
      Mikhailov Alexander S.、Koyano Yuki、Kitahata Hiroyuki
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 86 号: 10 ページ: 101013-101013

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.101013

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 周期的に形状を変化させる液滴内の拡散促進現象2019

    • 著者名/発表者名
      小谷野 由紀, 北畑 裕之
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Anguler velocity of a camphor rotor depending on its size2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Koyano
    • 学会等名
      International Symposium on Spatio-temporal Patterns of Elements Driven by Self-generated Flows under Geometrical Constraints
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 複数の樟脳粒により駆動される回転子の自発的自転運動2018

    • 著者名/発表者名
      小谷野 由紀, 北畑 裕之, Jerzy Gorecki
    • 学会等名
      第28回非線形反応と協同現象研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 有限領域に閉じ込められた樟脳粒の自己駆動運動2018

    • 著者名/発表者名
      小谷野 由紀
    • 学会等名
      第24回交通流と自己駆動粒子系のシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Hydrodynamic collective effects of active proteins2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Koyano, Hiroyuki Kitahata, and Alexander S. Mikhailov
    • 学会等名
      International conference on advances in Physics of Emergent order in Fluctuations
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cooperative dynamics of active dimers2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Koyano
    • 学会等名
      Trends in Computational Molecular Biophysics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 複数の樟脳粒により駆動される回転子の自発的自転運動2018

    • 著者名/発表者名
      小谷野 由紀, 北畑 裕之, Jerzy Gorecki
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 有限領域に閉じ込められた樟脳粒の自己駆動運動2018

    • 著者名/発表者名
      小谷野 由紀
    • 学会等名
      日本応用数理学会 2018年年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 樟脳回転子の自発的自転運動における分岐構造2018

    • 著者名/発表者名
      小谷野 由紀
    • 学会等名
      札幌非線形研究会2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Hydrodynamic collective effects of active proteins2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Koyano, Hiroyuki Kitahata, and Alexander S. Mikhailov
    • 学会等名
      Oscillations & Dynamic Instabilities in Chemical Systems (Gordon Research Conference)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Interaction of elliptic camphor particles2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Koyano, Shin-Ishiro Ei, Hiroyuki Kitahata, and Masaharu Nagayama
    • 学会等名
      アクティブマター研究会2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Theories for Self-Propelled Particles and Active Membrane2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Koyano
    • 学会等名
      統計物理学とその周辺
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 樟脳により駆動される回転子の自発運動2018

    • 著者名/発表者名
      小谷野 由紀, Jerzy Gorecki, 住野 豊, 北畑 裕之
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 配向した活性タンパク質集団による拡散・輸送現象2017

    • 著者名/発表者名
      小谷野由紀, 北畑裕之, Alexander S. Mikhailov
    • 学会等名
      札幌非線形現象研究会2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Bifurcation analysis on motion of a self-propelled particle confined in a circular region2017

    • 著者名/発表者名
      Yuki Koyano and Hiroyuki Kitahata
    • 学会等名
      新学術領域「ゆらぎと構造」A02班A03班合同研究会「アクティブマターの概念で繋ぐ生命機能の階層性」
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 配向した活性タンパク質集団による輸送現象2017

    • 著者名/発表者名
      小谷野由紀, 北畑裕之, Alexander S. Mikhailov
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Diffusion and drift in cytoplasm induced by active proteins2017

    • 著者名/発表者名
      Yuki Koyano, Hiroyuki Kitahata, and Alexander S. Mikhailov
    • 学会等名
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 樟脳に駆動される回転素子の運動と分岐構造2017

    • 著者名/発表者名
      小谷野由紀, 住野豊, 北畑裕之, Jerzy Gorecki
    • 学会等名
      第27回非線形反応と協同現象研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [図書] Self-organized Motion: Physicochemical Design based on Nonlinear Dynamics2018

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Nakata, Veronique Pimienta, Istvan Lagzi, Hiroyuki Kitahata, Nobuhiko J. Suematsu
    • 総ページ数
      371
    • 出版者
      Royal Society of Chemistry
    • ISBN
      9781788011662
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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