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ヤモリ模擬構造への材料力学的アプローチ

公募研究

研究領域生物多様性を規範とする革新的材料技術
研究課題/領域番号 25120509
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関九州大学

研究代表者

山口 哲生  九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20466783)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2014年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2013年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワードバイオミメティクス / バイオインスピレーション / ヤモリ模擬粘着剤 / 材料力学 / 接触力学 / 曲がり梁 / スティック-スリップ / ヤモリ / 生物規範工学 / スパチュラ / コンタクトメカニクス / バイオミメティック
研究実績の概要

ヤモリの足は,接着したいときにはよく接着し,剥がしたいときには簡単に剥がすことができる,優れた力学的機能を有している.これまで,その背後にあるメカニズムを理解し,その機能を再現する模擬粘着剤を開発するため,数多くの実験研究が行なわれてきた.しかしながら,そのほとんどは単に多数の微細な繊維状構造をもつ模擬粘着剤であり,粘着・剥離において重要であると考えられる,接触面の応力場を制御し,粘着・剥離のON・OFFを実現するための材料力学的なアプローチが不十分であった.そこで我々は,ヤモリ手足にあるスパチュラ構造に着目し,シリコーンゴムを金型成型することによって,数10mm程度の大きさの単一のスパチュラ構造をもつモデル粘着剤をいくつか作成し,粘着・剥離過程のその場可視化を行なった.その結果,粘着・剥離の素過程を詳細に観察することができ,剥離力との明確な対応付けを行なうことができた.とくに,粘着・剥離のOFFに関する新たなメカニズム(模擬粘着剤をある閾値以上の深さに押し込むと剥離時に引張力が発生するが,それ以下だと接触が不完全になり,引張力は全く発生しない)を見出し,ヤモリ手足における粘着のロバスト性に対する解釈を与えることができた.これは,ヤモリ模擬構造において,繊維1本レベルでの粘着・剥離挙動の把握や,構造最適化が重要であることを示唆している.また,簡単な理論的考察により,閾値の大きさを見積もることにも成功している.これらの成果によって,多数の微細構造を作成する際の指針を示すことができた.

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2015 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 3件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] いきものに学ぶトライボロジー2015

    • 著者名/発表者名
      山口哲生,赤峯彰,澤江義則
    • 雑誌名

      日本ゴム協会誌

      巻: 88 ページ: 55-59

    • NAID

      130005070992

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Earthquake model experiments in a viscoelastic fluid: A scaling of decreasing magnitude of earthquake with depth2014

    • 著者名/発表者名
      A. Namiki, T. Yamaguchi, I. Sumita, T. Suzuki, S. Ide
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research: Solid Earth

      巻: 119 ページ: 3169-3181

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Superior Lubricity in Articular Cartilage and Artificial Hydrogel Cartilage2014

    • 著者名/発表者名
      T. Murakami, S. Yarimitsu, K. Nakashima, T. Yamaguchi, Y. Sawae, N. Sakai and A. Suzuki
    • 雑誌名

      Proc IMechE Part J : J Engineering Tribology

      巻: 228 号: 10 ページ: 1099-1111

    • DOI

      10.1177/1350650114530273

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Frictional Property of Hydrogels Prepared under Electric Fields2013

    • 著者名/発表者名
      R. Suzuki, T. Yamaguchi, M. Doi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 82 号: 12 ページ: 124803-124803

    • DOI

      10.7566/jpsj.82.124803

    • NAID

      40019915610

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Mechanics of a single gecko-like adhesive pad2014

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi
    • 学会等名
      World Congress on Adhesion and Relate Problems 2015
    • 発表場所
      Nara Prefecture Hall
    • 年月日
      2014-09-08
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 粘着・剥離のメカニクス2014

    • 著者名/発表者名
      山口哲生
    • 学会等名
      東海高分子研究会
    • 発表場所
      湯の山温泉
    • 年月日
      2014-09-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Effects of Electric Fields on Sliding Friction of Hydrogels2014

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi
    • 学会等名
      IUMRS-ICA
    • 発表場所
      Fukuoka University, Japan
    • 年月日
      2014-08-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Sliding friction of sticky gels2014

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi
    • 学会等名
      Gordon Research Conference on Tribology
    • 発表場所
      Bentley University, USA
    • 年月日
      2014-07-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ヤモリ模擬粘着剤におけるミクロ材料力学と接着・剥離のスイッチング2014

    • 著者名/発表者名
      山口哲生
    • 学会等名
      日本化学会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Effects of Bulk Transport on Surface Friction of Hydrogels2013

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi, T. Murakami
    • 学会等名
      World Tribology Congress
    • 発表場所
      Torino, Italy
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 電場下で調製された電解質ゲルの摩擦特性2013

    • 著者名/発表者名
      山口哲生,鈴木龍二,土井正男
    • 学会等名
      レオロジー討論会
    • 発表場所
      山形大学工学部
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考] 九州大学工学部機械航空工学科設計工学研究室

    • URL

      http://www.mech.kyushu-u.ac.jp/~design/

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] 九州大学工学部機械航空工学科設計工学研究室

    • URL

      http://www.mech.kyushu-u.ac.jp/~design/

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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