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空間周期性の構造安定論的解釈と合理化社会・構造システム設計思想のパラダイムシフト

研究課題

研究課題/領域番号 18H03818
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分25:社会システム工学、安全工学、防災工学およびその関連分野
研究機関北海道大学

研究代表者

佐藤 太裕  北海道大学, 工学研究院, 教授 (00344482)

研究分担者 島 弘幸  山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (40312392)
梅野 宜崇  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (40314231)
井上 昭夫  近畿大学, 農学部, 教授 (80304202)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
40,040千円 (直接経費: 30,800千円、間接経費: 9,240千円)
2022年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2021年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
2020年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
2019年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
2018年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
キーワード空間周期性 / 構造安定論 / 植物力学 / 座屈強さ / 座屈変形
研究成果の概要

私たちの身の回りにある自然現象には、数多くの不思議な「空間周期パターン」が何気なく存在する。しかしその何気ない空間周期パターンの発生には、いずれも何らかの合理的意味・力学的必然性があると考えられる。本研究はこの空間周期パターンを形成する性質を構造力学・構造安定論的見地から深く洞察し、その根源的意味を理論的に解釈するとともに、その新知見を基盤とする従前まで当たり前とされた概念を覆す社会・構造システム設計思想の構築を目的としたものである。研究期間中には、「植物力学」という学術領域を新たに開拓し、今後のものづくりに活きる多くの知見を得、それらの成果は数多くの学術論文、および著書により公表された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で得られた成果は、主に植物の形状がもつ力学的意味から構造設計に生かす技術として昇華できる可能性を有している。学術的にもこれまでの植物学者が気づかなかった視点、方法論でのアプローチによる新しい発見が多く、多くの学術論文にてそれが評価をされている。また、この研究の集大成といえる研究代表者の著書「竹取工学物語 土木工学者、植物にものづくりを学ぶ」が2023年7月に岩波書店から「岩波科学ライブラリー」として出版され、広く一般市民にもその内容が公表されている。

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

    (56件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (25件) (うち査読あり 24件、 オープンアクセス 13件) 学会発表 (30件) (うち国際学会 4件、 招待講演 7件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Self-buckling with initial imperfections: Application to trees2024

    • 著者名/発表者名
      Tohya Kanahama, Motohiro Sato
    • 雑誌名

      International Journal of Engineering Science

      巻: 194 ページ: 1-18

    • DOI

      10.1016/j.ijengsci.2023.103972

    • 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] Rigidity control mechanism by turgor pressure in plants2023

    • 著者名/発表者名
      Kanahama Tohya、Tsugawa Satoru、Sato Motohiro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 号: 1 ページ: 2063-2063

    • DOI

      10.1038/s41598-023-29294-5

    • 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] Bamboo: A Mechanically Optimum Design in Nature2023

    • 著者名/発表者名
      Shima Hiroyuki、Inoue Akio、Sato Motohiro
    • 雑誌名

      Bamboo Science and Technology

      巻: - ページ: 1-29

    • DOI

      10.1007/978-981-99-0015-2_1

    • ISBN
      9789819900145, 9789819900152
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preparation of bamboo-derived structured cellulose and its evaluation as resin composite materials2023

    • 著者名/発表者名
      Ishimaru Hiroya、Matsumoto Misuzu、Yoshikawa Takuya、Sato Motohiro、Nakasaka Yuta、Masuda Takao
    • 雑誌名

      Biomass and Bioenergy

      巻: 173 ページ: 106778-106778

    • DOI

      10.1016/j.biombioe.2023.106778

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanics-based classification rule for plants2023

    • 著者名/発表者名
      Tohya Kanahama, Motohiro Sato
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 120 号: 41 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1073/pnas.2308319120

    • 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] Impact of Land-Use Differences on Block-Size Distribution in Tokyo2023

    • 著者名/発表者名
      Akiba Yuri、Wang Siyu、Sato Motohiro、Shima Hiroyuki
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 92 号: 10 ページ: 104801-104801

    • DOI

      10.7566/jpsj.92.104801

    • 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] Plant strategies for greatest height: tapering or hollowing2023

    • 著者名/発表者名
      Tohya Kanahama, Motohiro Sato
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 号: 1 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1038/s41598-023-45468-7

    • 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] Mechanical instability of heavy column with rotational spring2023

    • 著者名/発表者名
      Tohya Kanahama, Carol Lee Chalermsin, Motohiro Sato
    • 雑誌名

      Journal of Mechanics

      巻: 39 ページ: 480-490

    • DOI

      10.1093/jom/ufad035

    • 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] Mathematical modelling to determine the greatest height of trees2022

    • 著者名/発表者名
      Kanahama Tohya、Sato Motohiro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-022-06041-w

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structural rationalities of tapered hollow cylindrical beams and their use in Japanese traditional bamboo fishing rods2022

    • 著者名/発表者名
      Nishiyama Ryo、Sato Motohiro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-022-06426-x

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A new taper index based on form-factor: application to three bamboo species (Phyllostachys spp.)2021

    • 著者名/発表者名
      Inoue Akio、Sato Motohiro、Shima Hiroyuki
    • 雑誌名

      European Journal of Forest Research

      巻: 140 号: 6 ページ: 1533-1542

    • DOI

      10.1007/s10342-021-01416-6

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Geometric Attributes of Polygonal Crack Patterns in Columnar Joints2021

    • 著者名/発表者名
      Akiba Y.、Takashima A.、Inoue A.、Ishidaira H.、Shima H.
    • 雑誌名

      Earth and Space Science

      巻: 8 号: 5

    • DOI

      10.1029/2020ea001457

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] テーパーを有する樹木の自重座屈に対する限界高さの導出2021

    • 著者名/発表者名
      KANAHAMA Tohya、FUJIMURA Takanori、SATO Motohiro
    • 雑誌名

      土木学会論文集A2(応用力学)

      巻: 77 号: 1 ページ: 62-71

    • DOI

      10.2208/jscejam.77.1_62

    • NAID

      130008066226

    • ISSN
      2185-4661
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cross-Sectional Performance of Hollow Square Prisms with Rounded Edges2020

    • 著者名/発表者名
      Shima Hiroyuki、Furukawa Nao、Kameyama Yuhei、Inoue Akio、Sato Motohiro
    • 雑誌名

      Symmetry

      巻: 12 号: 6 ページ: 996-996

    • DOI

      10.3390/sym12060996

    • 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] Corrugation of an unpaved road surface under vehicle weight2020

    • 著者名/発表者名
      Matsuyama C.、Tanaka Y.、Sato M.、Shima H.
    • 雑誌名

      Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences

      巻: 476 号: 2241 ページ: 20200323-20200323

    • DOI

      10.1098/rspa.2020.0323

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Scaling law for the onset of the surface wrinkling of multilayer tubes2020

    • 著者名/発表者名
      Sato Motohiro、Ishigami Kazusa、Kato Hiroyuki、Umeno Yoshitaka、Shima Hiroyuki
    • 雑誌名

      Extreme Mechanics Letters

      巻: 40 ページ: 100970-100970

    • DOI

      10.1016/j.eml.2020.100970

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Marked difference of rainfall partitioning in an unmanaged coniferous plantation with high stand density2019

    • 著者名/発表者名
      Jeong Seonghun、Otsuki Kyoichi、Inoue Akio、Shinohara Yoshinori
    • 雑誌名

      Journal of Forest Research

      巻: 24 号: 2 ページ: 107-114

    • DOI

      10.1080/13416979.2018.1551116

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Buckling-induced band-gap modulation in zigzag carbon nanotubes2019

    • 著者名/発表者名
      Umeno Yoshitaka、Sato Masanobu、Sato Motohiro、Shima Hiroyuki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 号: 15 ページ: 155116-155116

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.155116

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] On the atomistic energetics of carbon nanotube collapse from AIREBO potential2019

    • 著者名/発表者名
      Umeno Yoshitaka、Yachi Yu、Sato Motohiro、Shima Hiroyuki
    • 雑誌名

      Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures

      巻: 106 ページ: 319-325

    • DOI

      10.1016/j.physe.2018.08.006

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Flow-Velocity-Dependent Transition of Anisotropic Crack Patterns in CaCO3 Paste2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Akiba and H. Shima
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 88 号: 2 ページ: 024001-024001

    • DOI

      10.7566/jpsj.88.024001

    • NAID

      210000135085

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Estimation of culm volume reduction factors in five bamboo species (Phyllostachys spp.)2018

    • 著者名/発表者名
      Inoue Akio、Shimada Miyuki、Sato Motohiro、Shima Hiroyuki
    • 雑誌名

      Journal of Forestry Research

      巻: - 号: 6 ページ: 2069-2078

    • DOI

      10.1007/s11676-018-0767-6

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Allometric equations for predicting culm surface area of three bamboo species (Phyllostachys spp.)2018

    • 著者名/発表者名
      Inoue, A., Miyazawa, Y., Sato, M. and Shima, H.
    • 雑誌名

      Forests

      巻: 9 号: 6 ページ: 295-295

    • DOI

      10.3390/f9060295

    • 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] Maximum size-density relationship in bamboo forests: case study of Phyllostachys pubescens forests in Japan2018

    • 著者名/発表者名
      Inoue, A., Sato, M. and Shima, H.
    • 雑誌名

      Forest Ecology and Management

      巻: 425 ページ: 138-144

    • DOI

      10.1016/j.foreco.2018.05.044

    • 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] Ocean tide-induced secular variation in the Earth-Moon dynamics2018

    • 著者名/発表者名
      N. Uchida and H. Shima
    • 雑誌名

      Coupled Systems Mechanics

      巻: 7 ページ: 611-626

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stone-Wales欠陥がカーボンナノチューブの断面座屈挙動に及ぼす影響について2018

    • 著者名/発表者名
      鎌田弥成,谷内 湧,佐藤太裕,島 弘幸,梅野宜崇
    • 雑誌名

      計算工学講演会論文集

      巻: 23

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 植物の不思議な形態に学ぶ(マルチスケール)材料力学2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤 太裕
    • 学会等名
      第8回マルチスケール材料力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 直立植物のかたちに潜む材料力学的合理性:樹木、竹(など)を例に2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤太裕
    • 学会等名
      日本材料学会 北海道・東北支部合同材料フォーラム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 樹幹形の効率的かつ安定的な定量化指標2022

    • 著者名/発表者名
      井上昭夫
    • 学会等名
      第77回九州森林学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 「植物」がエンジニアに教えてくれること -植物のかたちの力学的合理性から見えてくるもの-2021

    • 著者名/発表者名
      佐藤太裕
    • 学会等名
      北海道技術者育成プラットフォームシンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 賢い「竹」がもつ構造・材料力学的戦略2021

    • 著者名/発表者名
      佐藤太裕
    • 学会等名
      日本塑性加工学会 ポーラス材料分科会 2021年研究討論会「自然界のポーラス構造」
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 針葉樹における樹幹の発達にともなう細りの変化2021

    • 著者名/発表者名
      井上昭夫
    • 学会等名
      第133回日本森林学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 樹木のテーパー形状が限界高さに与える影響2021

    • 著者名/発表者名
      金浜瞳也
    • 学会等名
      第24回応用力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Growing rule in tapered trees under self-weight loading2021

    • 著者名/発表者名
      Tohya Kanahama
    • 学会等名
      The 2021 World Congress on Advances in Structural Engineering and Mechanics
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 樹木の幹形状と樹冠重量および位置が自重座屈耐性に与える影響2021

    • 著者名/発表者名
      金浜瞳也
    • 学会等名
      令和三年度土木学会全国大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 樹木の重量分布が自重座屈耐性に与える影響2021

    • 著者名/発表者名
      金浜瞳也
    • 学会等名
      日本機械学会 M&M2021 材料力学カンファレンス
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] メロンの網目に学ぶ球面での破断パターン形成機構2021

    • 著者名/発表者名
      秋葉 祐里
    • 学会等名
      日本機械学会 M&M2021 材料力学カンファレンス
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 非円形断面を有する竹の維管束配列および断面形状評価法に関する考察2021

    • 著者名/発表者名
      堀内 晶裕
    • 学会等名
      日本機械学会 M&M2021 材料力学カンファレンス
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 維管束植物の断面支持機構に関する有限要素解析2021

    • 著者名/発表者名
      山﨑 雅也
    • 学会等名
      日本機械学会 M&M2021 材料力学カンファレンス
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 竹に学ぶ中空円筒構造の最適補剛設計2021

    • 著者名/発表者名
      西山 諒
    • 学会等名
      日本機械学会 M&M2021 材料力学カンファレンス
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 竹の維管束配列による曲げ特性向上効果に関する理論および数値解析的検証2021

    • 著者名/発表者名
      佐々木 重也
    • 学会等名
      日本機械学会 M&M2021 材料力学カンファレンス
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 工学の視点で植物を見る -賢い「竹」が軽さと丈夫さを併せもつ秘密-2020

    • 著者名/発表者名
      佐藤太裕
    • 学会等名
      ナイスステップな研究者2019講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 竹の種別による形状の違いと共通性に関する考察2020

    • 著者名/発表者名
      柳井駿斗・亀山侑平・島 弘幸・井上昭夫・佐藤太裕
    • 学会等名
      第23回応用力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 竹の種別比較による特徴的な形状および構造力学的特性の抽出2020

    • 著者名/発表者名
      柳井駿斗・亀山侑平・島 弘幸・井上昭夫・佐藤太裕
    • 学会等名
      2020年度土木学会全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 竹の種別による形状の違いとその力学特性に関する考察2020

    • 著者名/発表者名
      柳井駿斗
    • 学会等名
      土木学会北海道支部論文報告集
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 竹の維管束配列と曲げ特性の関係に関する理論的考察2019

    • 著者名/発表者名
      大谷祐貴
    • 学会等名
      材料力学カンファレンス 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Learning from bamboo: New mechnical concept of "Plant"-mimetics2019

    • 著者名/発表者名
      Motohiro Sato
    • 学会等名
      The 9th East Asia Mechanical and Aerospace Engineering Workshop
    • 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] 最外層に欠陥を有する多層カーボンナノチューブの断面変形挙動について2019

    • 著者名/発表者名
      小澤 健吾
    • 学会等名
      第24回計算工学講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 賢い「竹」が生み出す巧みな材料力学的機能の秘密2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤太裕
    • 学会等名
      第51回溶融塩化学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 竹の維管束配列と曲げ応力の関係に関する理論的考察2019

    • 著者名/発表者名
      大谷祐貴
    • 学会等名
      土木学会北海道支部平成30年度年次技術研究発表会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 竹の維管束分布が円周方向曲げ剛性に与える影響について2018

    • 著者名/発表者名
      亀山侑平
    • 学会等名
      第21回応用力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Stone-Wales欠陥がカーボンナノチューブの断面座屈挙動に及ぼす影響について2018

    • 著者名/発表者名
      鎌田弥成
    • 学会等名
      第23回計算工学講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 竹の自然美と機能美2018

    • 著者名/発表者名
      島弘幸
    • 学会等名
      第85回形の科学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Geometry and order in drying shrinkage cracks of granular paste2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Akiba
    • 学会等名
      Water on Materials Surface 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Role of rotating tidal waves on coupled dynamics of the Earth-Moon system2018

    • 著者名/発表者名
      N. Uchida
    • 学会等名
      The 2018 World Congress on Advances in Civil, Environmental & Materials Research
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Shaking induces ordered fragmentation of drying paste2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Akiba
    • 学会等名
      Statistical Mechanics of Soft Matter
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] 竹取工学物語 土木工学者、植物にものづくりを学ぶ2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤 太裕
    • 総ページ数
      118
    • 出版者
      岩波書店
    • ISBN
      9784000297202
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2025-01-30  

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