研究課題/領域番号 |
19K03676
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研究種目 |
基盤研究(C)
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配分区分 | 基金 |
応募区分 | 一般 |
審査区分 |
小区分13010:数理物理および物性基礎関連
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研究機関 | 明治大学 |
研究代表者 |
末松 信彦 明治大学, 総合数理学部, 専任教授 (80542274)
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研究分担者 |
小田切 健太 専修大学, ネットワーク情報学部, 准教授 (20552425)
池田 幸太 明治大学, 総合数理学部, 専任准教授 (50553369)
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研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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キーワード | 自己駆動粒子 / 界面化学 / 走化性 / 確率微分方程式 / 確率統計 / バイオミメティクス / 統計力学 |
研究開始時の研究の概要 |
自走粒子の集団に現れる巨視的な秩序パターンは、粒子の運動および粒子間相互作用に基づいて、単純な数理モデルを用いて説明されている。その理論の普遍性を示すように、無生物系の自走粒子でも集団運動が再現されている。また、大腸菌のようにrunとtumbleを周期的に繰り返すような複雑な挙動を示す自走粒子の集団運動についても理論的な研究が進められている。その一方で、対応するようなモデル実験系の構築が求められている。本研究では、runとtumbleを繰り返す間欠運動を示す自走粒子を用いて、運動モードや個体間相互作用の環境応答性を明らかにし、集団運動の実験研究を推し進めるためのモデル実験系の構築を目指す。
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研究実績の概要 |
これまでに、実験的にバクテリアの走化性を模倣した自己駆動粒子の走化性を実現し、そのメカニズムを説明するために数理モデルの構築を行ってきた。前年度までに、これらの成果をまとめていた内容を、今年度は確率微分方程式の観点から修正し、さらに数理解析を行った。これにより、run-and-tumbleのうち、runの距離のみに着目し、それが位置と移動方向に依存することで走化性を実現できることを示した。 Langevan方程式の導出に際して、縮約の方法が適切であることを確認し、我々の導いた条件が正しいことを確認することができた。これらを踏まえて、論文を作成し、投稿した。いくつかの雑誌で不採択となり、最終的に、Scientific Reportsで採択直前まで進んだ。レビューの過程で、いくつかの指摘を受け、実験データの追加や解析の追加を行うことで、最終的には、粒の運動の解析から必要なパラメータを全て評価することができた。これらの表化パラメータを用いて、理論式に適用し、最終的に得られる確率分布を、実験で得られた粒子の存在確率の分布と比較したところ、定量的にうまく再現できることまで明らかにできた。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初、評価が難しいと考えられた物理パラメータも、実験データをうまく変換することで、評価することに成功し、さらにそのパラメータを用いて理論曲線を描いたところ、実験データをよく再現することができた。これらの理由により、当初の計画よりもうまくいっていると評価した。
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今後の研究の推進方策 |
今後は、ここまでに得られた成果を投稿した論文を採択までもっていく。さらに、それらを踏まえて、国際会議で発表し、世界に成果を発信する予定である。
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