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2019 年度 研究成果報告書

非線形ダイナミクスを活用したマイクロ運動機関の創出

研究課題

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研究課題/領域番号 16K13655
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分基金
研究分野 ナノマイクロシステム
研究機関同志社大学

研究代表者

吉川 研一  同志社大学, 研究開発推進機構, 客員教授(嘱託研究員) (80110823)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワードミクロ直流モータ / 直流ポンプ / 非線形発振 / limit cycle / 分岐現象 / 無接点モータ / 化学-機械エネルギー変換 / 光振り子
研究成果の概要

非線形特性を活用して、cm-mmのレベルで滑らかな仕事をさせることが可能であるような、運動機関の創出を目指して研究を進めた。1)直流電場で働く回転モータ・流体ポンプ:プラスチックの球状粒子に直流電位を印加したところ、電極の配置に対して、二巻きのロール状の回転運動が生じることなどを発見した。2)光照射による物体運動制御・流体ポンプ:油水混合溶液の組成を相分離の臨界点近傍の均質な状態に設定し、一点にレーザ照射すると、ミクロ液滴が湧出し、一方向の定常的な流れが引き起こされることを明らかにしている。3)常温での化学→運動エネルギー変換システム:複数の液滴が同期して拍動運動を起こすことを見出している。

自由記述の分野

非線形科学、生命物理学

研究成果の学術的意義や社会的意義

20世紀初頭、Einsteinは、Brown運動の理論を構築したが、これは線形非平衡の枠組みであった。近年、Jarzynskiが、線形関係の破れが、仕事の効率の限界に直接関係することを示すなど、非平衡物理学は発展してきてはいる。しかしながら、マイクロなスケールで、高効率で運動する機械を創出するといった、基本的な課題については未だ初歩な段階に留まっている。本研究では、非線形特性を活用することにより、マイクロスケールの「ゆらぎ」から、マクロな秩序運動をとりだすといったことをターゲットにして、国際的にみても先導的な研究を進めることができている。

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公開日: 2021-02-19  

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