| 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 |
18H05485
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
杉山 淳司 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (40183842)
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| 研究分担者 |
五十田 博 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (40242664)
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| 研究期間 (年度) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| キーワード | 細胞構造 / セル構造体 / 構造解析 / シミュレーション / 耐震設計 |
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| 研究実績の概要 |
樹木は長い間、自らの大きな体を支え、さらに木材となってからは、建築物や材料として我々の文化や活動を支える。材料学的な観点からいえば、植物組織は、もっとも少ない素材で最適の性能をもたらすセル構造体のお手本であり、また、単純な主成分を微妙に変化させた、人類がまだ創造し得ない複合材料である。本研究では、このような木本の材料としての長寿かつ長持ちの秘密、特に環境に応じた細胞壁構造最適化に着目し、植物特有の「構造」―「環境因子」―「物性」の連関として解き明かすことにより、サステナブル構造システムの創成に向けた新規の材料および生活空間のモデル構築を目的とする。具体的には、①樹木バイオメカニクスとその多様性、②樹木ミクロフィブリル傾角の組織内マッピングと樹種特性、③樹木に学ぶ木構造の耐震性能の３テーマを立ち上げた。それぞれ、①含水率変化による素材の構造変化・自己崩壊・応力発生機構の一例として圧縮あて材に着目し、水分量に対する寸法とMFA変化との関係を、放射光を用いた実時間観察により解析した。 ②顕微鏡の木口面２次元画像から、精度よくMFAを計測する方法を検討し、理論的に可能であることを確認した。③建築部材が部分的に破壊・離落するような仕組みによって、逆に耐震性能を向上させることができるか、シミュレーション実験を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
テーマ１は修士学生のテーマとして、テーマ２は新規雇用の博士研究員の課題として、テーマ３は、一部外部委託の研究として、順調に起動したところである。１、２については杉山が、３については五十田・中川が中心に進めるが、月１回の合同ミーティングで連絡を取り合いながら研究にあたっている。
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| 今後の研究の推進方策 |
１）樹木ミクロフィブリル傾角の組織内マッピングと樹種特性
セルロースミクロフィブリルが木材繊維中でなす角をミクロフィブリル傾角と呼ぶが、木口面切片より偏光顕微鏡を用いて計測し、樹種特性の抽出や物性予測に発展させる。本年度は、測定法とデータ処理方法に重点を置き、木口切片調製法、サンプリング領域、解像度、撮影法、データ処理方法などについて、精度および再現性の高い技術基盤の構築をめざす。
２）樹木バイオメカニクスとその多様性
樹皮やあて材などについて、含水率変化による素材の構造変化・自己崩壊・応力発生についてマルチスケールで明らかにする。本年度は、含水率の変化によるセルロースミクロフィブリルの傾角の変化と組織の寸法変化を精査し、圧縮あて材の物性が水分によりどのように制御されているか、細胞レベルで明らかにする。
３）樹木に学ぶ木構造の耐震性能
樹木は樹皮を地上に落下させることにより栄養分をリサイクルすると同時に自重も軽くしている。また光合成に利用する葉を落葉させることで風雪によるダメージを軽減させていると言える。このような現象を参考に、建築部材が部分的に破壊・離落するような仕組みを考案し、耐震性能についてシミュレーションにより明らかにする。
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