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2021 年度 実績報告書

細胞の形状形成への計算折り紙の応用

研究課題

研究課題/領域番号 20K20311
研究機関北陸先端科学技術大学院大学

研究代表者

上原 隆平  北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (00256471)

研究分担者 堀山 貴史  北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (60314530)
繁富 香織  北海道大学, 高等教育推進機構, 特任准教授 (90431816)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワード細胞折り紙 / 計算折り紙 / 多面体 / 展開図 / 高速アルゴリズム
研究実績の概要

本研究テーマでは,微小サイズの細胞の立体構造の構築について,実際の細胞折り紙による実験を通じて理論モデルを構築し,細胞にとっての折りやすさを評価することが目的であった.特に代表的な立体構造として立方体を軸に据え,いくつかの条件において細胞での折りの実験を行った.こうした実験結果を踏まえ,かつ物理的な制約を考慮した妥当な「折り安さの指標」を与えるモデルの候補をいくつか考案した.
北海道における大規模な地震とその結果の長期停電による実験中の細胞の死滅と,COVID-19による研究の遅延の発生により,若干の計画変更を余儀なくされたものの,実際の実験データと考案した理論モデルの間の妥当性については現在検証を進めており,今後論文として公表する準備を進めている.
特に数理的な側面から,物理的な制約を取り入れた理論モデルをある程度構築できたことが本研究の最大の意義であると考えられる.今後の細胞折り紙の発展にあたっては,今回得られた理論モデルが議論や研究の基礎となると予想され,例えばコンピュータを用いた計算による事前の予想によって,より細胞にとって折りやすい展開図のみを用いた細胞折り紙の実験を行うなど,実験の効率化に大きく貢献できると考えられる.
本研究で微小サイズの立体を細胞で折るという問題については,ある程度の理論的枠組の構築が完成した.今後は立方体以外の立体を用いた細胞折り紙を研究し,特に,より大きな構造体を組み立てるための基本ブロックを細胞で折るというテーマに発展的につなげることができた.特に基本ブロックがずれないようにするための構造については,すでに考察を終えており,今後はより実験を中心とした工学的手法を検討する方向性を模索している.

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Efficient segment folding is hard2022

    • 著者名/発表者名
      Horiyama Takashi、Klute Fabian、Korman Matias、Parada Irene、Uehara Ryuhei、Yamanaka Katsuhisa
    • 雑誌名

      Computational Geometry

      巻: 104 ページ: 101860~101860

    • DOI

      10.1016/j.comgeo.2022.101860

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Research on Dissections of a Net of a Cube into Nets of Cubes2022

    • 著者名/発表者名
      OKADA Tamami、UEHARA Ryuhei
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Information and Systems

      巻: E105.D ページ: 459~465

    • DOI

      10.1587/transinf.2021FCP0004

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Algorithmic enumeration of surrounding polygons2021

    • 著者名/発表者名
      Yamanaka Katsuhisa、Avis David、Horiyama Takashi、Okamoto Yoshio、Uehara Ryuhei、Yamauchi Tanami
    • 雑誌名

      Discrete Applied Mathematics

      巻: 303 ページ: 305~313

    • DOI

      10.1016/j.dam.2020.03.034

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Research on Map Folding with Boundary Order on Simple Fold2021

    • 著者名/発表者名
      Yiyang Jia, Jun Mitani, and Ryuhei Uehara
    • 雑誌名

      IEICE Trans.

      巻: E104-A ページ: 1116-1126

    • DOI

      10.1587/transfun.2020DMP0017

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Max-Min 3-dispersion Problems2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Horiyama, Shin-ichi Nakano, Toshiki Saitoh, Koki Suetsugu, Akira Suzuki, Ryuhei Uehara, Takeaki Uno, and Kunihiro Wasa
    • 雑誌名

      IEICE Trans.

      巻: E104-A ページ: 1101-1107

    • DOI

      10.1587/transfun.2020DMP0003

    • 査読あり
  • [学会発表] Compacting Squares: Input-Sensitive In-Place Reconfiguration of Sliding Squares2022

    • 著者名/発表者名
      Hugo Akitaya, Erik Demaine, Matias Korman, Irina Kostitsyna, Irene Parada, Willem Sonke, Bettina Speckmann, Ryuhei Uehara and Jules Wulms
    • 学会等名
      38th European Workshop on Computational Geometry (EuroCG 2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] Multilayer tiles2021

    • 著者名/発表者名
      Kota Chida, Erik Demaine, Martin Demaine, David Eppstein, Adam Hesterberg, Takashi Horiyama, John Iacono, Hiro Ito, Stefan Langerman, and Ryuhei Uehara
    • 学会等名
      23rd Thailand-Japan Conference on Discrete and Computational Geometry, Graphs, and Games (TJCDCG3 2020+1)
    • 国際学会
  • [学会発表] Logical Matrix Representations in Map Folding2021

    • 著者名/発表者名
      Yiyang Jia, Jun Mitani and Ryuhei Uehara
    • 学会等名
      23rd Thailand-Japan Conference on Discrete and Computational Geometry, Graphs, and Games (TJCDCG3 2020+1)
    • 国際学会
  • [学会発表] Any Regular Polyhedron Can Transform to Another by O(1) Refoldings2021

    • 著者名/発表者名
      Erik D. Demaine, Martin L. Demaine, Yevhenii Diomidov, Tonan Kamata, Ryuhei Uehara, and Hanyu Alice Zhang
    • 学会等名
      33rd Canadian Conference on Computational Geometry (CCCG 2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Bicolored Path Embedding Problems in Protein Folding Models2021

    • 著者名/発表者名
      Tianfeng Feng, Ryuhei Uehara and Giovanni Viglietta
    • 学会等名
      37th European Workshop on Computational Geometry (EuroCG 2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] マイクロ・ナノ工学部門とバイオエンジニアリング部門との連携企画報告と今後の予定2021

    • 著者名/発表者名
      繁富(栗林) 香織
    • 学会等名
      日本機械学会マイクロ・ナノ工学部門 ニュースレター
  • [学会発表] マイクロ・ナノ基板による細胞運動の観察2021

    • 著者名/発表者名
      繁富(栗林) 香織
    • 学会等名
      第23回レオロジー・フォーラム(第69回レオロジー討論会)
    • 招待講演
  • [学会発表] Medical Applications of Origami Engineering and Formations of Cancer Tumors using Cancer-on-a-Chip2021

    • 著者名/発表者名
      Kaori Kuribayashi-Shigetomi
    • 学会等名
      京都大学大学院医学研究科 再生医療・臓器再建医学コースリトリート
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロパターン基盤上に培養した単一神経細胞における概日時計の光イメージング解析2021

    • 著者名/発表者名
      榎木 亮介, 平田 快洋, 繁富(栗林) 香織
    • 学会等名
      日本機械学会 2021年度年次大会
  • [学会発表] マイクロ・ナノパターン基板を用いた悪性度の違いによる癌腫瘍の振る舞い2021

    • 著者名/発表者名
      繁富(栗林) 香織, 宮武 由甲子
    • 学会等名
      日本機械学会 2021年度年次大会
  • [学会発表] 折紙工学の最前線 ー宇宙から医療への応用ー2021

    • 著者名/発表者名
      繁富(栗林) 香織
    • 学会等名
      生体機能関連化学部会若手の会 第32 回サマースクール
    • 招待講演

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公開日: 2022-12-28  

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