| 研究領域 | 植物の力学的最適化戦略に基づくサステナブル構造システムの基盤創成 |
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| 研究課題/領域番号 |
19H05359
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
複合領域
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| 研究機関 | 山梨大学 |
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研究代表者 |
島 弘幸 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (40312392)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | タケ / イネ / アロメトリー / 細長比 / 断面二次半径 / 座屈 / 中空円筒構造 / 力学的最適構造 / 生物力学 / 生態模倣 / 力学的最適化 / 機能材料 / 中空パイプ / 竹の構造 / 力学安定論 / パターン形成 / 生物形態模倣 / 構造最適化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
「なぜタケは軽くて丈夫なのだろうか？」― 本研究の目的は、タケの形態に秘められた力学機能を深く理解し、これを模倣した力学的最適構造システムを創製することである。タケが進化の過程で獲得したであろう「最少材料・最大強度」の設計原理を、理論・実験の両面から解き明かすことで、軽量性・省材料性・高剛性のすべてを備えた人工マクロ円筒構造システムをデザインする。その成果は、高層タワーや海中パイプラインなどを合理的に設計する際のヒントを提供するほか、竹林の防災・減災機能を高度活用するための基盤的知見を与えることが期待できる。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、タケの形態に秘められた力学機能を深く理解し、これを模倣した力学的最適構造システムを創製することである。この目的達成のために、タケが進化の過程で獲得したであろう「最少材料・最大強度」の設計原理を、物理学・数理科学の視点から解明する。竹はしばしば、「見落とされたバイオマス」と呼ばれる。その所以は、世界中で1500通り以上の利用法が発見されているにも関わらず、竹の利活用に関する学術研究が絶対的に不足しているためである。こうした背景を踏まえると、竹に関する昔からの言い伝えや経験則を、自然科学の視点から客観的に実証することが非常に重要であることがわかる。この背景を受けて本年度では、タケの外形を支配する共通則の導出に取り組んだ。日本に自生するタケの種類は、高さ15 m に及ぶモウソウチクから、3 m 程度までしか伸びないクロチクまで多様性に富んでおり、その高さと外形は種によってバラバラである。しかし実は、タケの外形には、見た目では認識できない一定の共通則が潜むことを、本研究によって初めて発見できた。この共通則の存在は、タケが力学的最適化を具現した植物であることを意味するものである。具体的には、高さ・太さ・稈に沿った細り具合、がそれぞれ異なる複数種のタケを選び、日本各地で伐採した竹サンプルの形態測定データを集計した、その結果、各節間における木質部の正味体積および各節間部の細長比(断面二次半径を節間長で除した量)のデータ点が、複数種にわたって一定の共通曲線に載ることがわかった。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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