| 研究課題/領域番号 |
19KK0103
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| 研究種目 |
国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分21:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
加納 剛史 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (80513069)
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| 研究分担者 |
福原 洸 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (10827611)
石黒 章夫 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (90232280)
安井 浩太郎 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (70876739)
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| 研究期間 (年度) |
2019-10-07 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円)
2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2021年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2020年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
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| キーワード | 自律分散制御 / バイオフィルム / サバイバビリティ / イトミミズ / チスイコウモリ / COVID-19 / 蝋燭振動子 / バクテリア / 自律分散システム |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，環境への適応戦略を自律的に創出し，過酷な環境下でも機能する「サバイバビリティ」の高い人工物システムの革新的設計論構築を目指す．目的達成のため，複数のバクテリアの相互作用により自己組織的に形成された構造体であるバイオフィルムに着目する．バクテリアを用いた生物実験と数理モデリングによりサバイバル戦略を創発可能なシステムの設計論を構築し，さらにその設計論を用いて過酷な環境に耐え得る人工物を実世界実現する．
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| 研究成果の概要 |
環境への適応戦略を自律的に創出し，過酷な環境下でも機能する「サバイバビリティ」の高い人工物システムの設計論構築を目指す.目的達成のため，バクテリアのバイオフィルムが示す環境適応戦略の発現原理を英国の浅利とともに探った．当初予定していたバクテリアの進化実験は断念したが，個体群各細胞が一時的に栄養を摂取制限することで全体の細胞を共存させるという利他的な戦略の本質を数理モデルで抽出し，シミュレーションで振る舞いを再現できた．また，イトミミズやチスイコウモリ，COVID-19流行などの生命・社会システムにおけるサバイバビリティの発現メカニズムを探り，体系的な設計論構築へと道を切り拓いた．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
従来の人工物は想定環境下で優れた機能を発揮できるものの，予期せぬ事態が起こりうる環境下で機能し続けるのは困難であった．本研究は，環境への適応戦略を自律的に創出し，過酷な環境下でも機能する「サバイバビリティ」の高い人工物システムの構築につながるものである．バクテリアは原初的な生物であるにもかかわらず，飢餓状態にある他の細胞を助けるために自身の餌摂取を控えるという利他的な戦略をとっており，その枠組みを数理で抽出できたことは意義深い．また，バクテリア以外のシステムのサバイバビリティ実現戦略も明らかにしており，異なるシステムをつなぐ原理の抽出は今後の人工物の適応能力の飛躍的向上につながると期待される．
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