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2022 年度 実績報告書

空間周期性の構造安定論的解釈と合理化社会・構造システム設計思想のパラダイムシフト

研究課題

研究課題/領域番号 18H03818
研究機関北海道大学

研究代表者

佐藤 太裕  北海道大学, 工学研究院, 教授 (00344482)

研究分担者 島 弘幸  山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (40312392)
梅野 宜崇  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (40314231)
井上 昭夫  近畿大学, 農学部, 教授 (80304202)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2023-03-31
キーワード空間周期性 / 構造安定論
研究実績の概要

本研究は植物や自然の形態にみられる「空間周期性」について、その構造安定論的解釈から、社会および構造システム設計において発想転換をもたらす知見を獲得することを目的としたものである。最終年度は主に直立植物に対する構造安定論的学理を開拓し、以下の知見を獲得した。
・自重座屈の観点から樹木の最大高さ式を理論的に導出するとともに、初期曲がりや支える地盤のゆるさといった要因が樹木高さにどのような影響を与えるかについて、理論式から導出することに成功した。
・草本植物の体勢支持機構を、膨圧により生じる張力として理論式に取り込み、これにより、力学的な観点から木と草を分ける新しい考え方を提示した。
・タワーが直立する際の、テーパー形状と中空構造について、最大高さの観点から両者の優位性の比較を行った。
これら一連の成果は、複数の海外学術雑誌に投稿、掲載に至っている。また、植物形態を構造力学的視点から紐解いた本研究の集大成として、これらの知見をまとめ、2023年7月に岩波書店より岩波科学ライブラリー「竹取工学物語 土木工学者、植物にものづくりを学ぶ」を発刊した。今後これらの成果は植物の炭素貯蔵量の正確な推定や、プラントミメティクス的な観点から新しいものづくりに活きる知見として更なる展開が可能であると考えている。

現在までの達成度 (段落)

令和4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

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (1件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Self-buckling with initial imperfections: Application to trees2024

    • 著者名/発表者名
      Kanahama Tohya、Sato Motohiro
    • 雑誌名

      International Journal of Engineering Science

      巻: 194 ページ: 103972~103972

    • DOI

      10.1016/j.ijengsci.2023.103972

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Rigidity control mechanism by turgor pressure in plants2023

    • 著者名/発表者名
      Kanahama Tohya、Tsugawa Satoru、Sato Motohiro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41598-023-29294-5

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Bamboo: A Mechanically Optimum Design in Nature2023

    • 著者名/発表者名
      Shima Hiroyuki、Inoue Akio、Sato Motohiro
    • 雑誌名

      Bamboo Science and Technology

      巻: - ページ: 1~29

    • DOI

      10.1007/978-981-99-0015-2_1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preparation of bamboo-derived structured cellulose and its evaluation as resin composite materials2023

    • 著者名/発表者名
      Ishimaru Hiroya、Matsumoto Misuzu、Yoshikawa Takuya、Sato Motohiro、Nakasaka Yuta、Masuda Takao
    • 雑誌名

      Biomass and Bioenergy

      巻: 173 ページ: 106778~106778

    • DOI

      10.1016/j.biombioe.2023.106778

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanics-based classification rule for plants2023

    • 著者名/発表者名
      Kanahama Tohya、Sato Motohiro
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 120 ページ: -

    • DOI

      10.1073/pnas.2308319120

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Impact of Land-Use Differences on Block-Size Distribution in Tokyo2023

    • 著者名/発表者名
      Akiba Yuri、Wang Siyu、Sato Motohiro、Shima Hiroyuki
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 92 ページ: -

    • DOI

      10.7566/jpsj.92.104801

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Plant strategies for greatest height: tapering or hollowing2023

    • 著者名/発表者名
      Kanahama Tohya、Sato Motohiro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41598-023-45468-7

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mechanical instability of heavy column with rotational spring2023

    • 著者名/発表者名
      Kanahama Tohya、Chalermsin Carol Lee、Sato Motohiro
    • 雑誌名

      Journal of Mechanics

      巻: 39 ページ: 480~490

    • DOI

      10.1093/jom/ufad035

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 植物の不思議な形態に学ぶ(マルチスケール)材料力学2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤 太裕
    • 学会等名
      第8回マルチスケール材料力学シンポジウム
    • 招待講演
  • [図書] 竹取工学物語 土木工学者、植物にものづくりを学ぶ2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤 太裕
    • 総ページ数
      118
    • 出版者
      岩波書店
    • ISBN
      978-4-00-029720-2

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公開日: 2024-12-25  

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