2015 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Innovative Materials Engineering Based on Biological Diversity |
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| Project/Area Number |
24120007
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
劉 浩 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40303698)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木戸秋 悟 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (10336018)
小林 剛 名古屋大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (40402565)
山崎 剛史 公益財団法人山階鳥類研究所, 自然誌研究室, 研究員 (70390755)
安藤 規泰 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教 (70436591)
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| Project Period (FY) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| Keywords | 昆虫 / 細胞 / バイオメカニクス / バイオミメティクス / 生物マルチスケール・メカニクス・システム / 生物規範細胞ミクロメカニクス・システム / 生物規範飛行マクロメカニクス・システム / バイオミメティクス・デザイン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)細胞ミクロメカニクスの研究: A.細胞の三次元運動を系統的に制御可能な弾性率可変のマイクロゲルファイバーマトリックスの開発を行った．特にがん細胞の悪性度に依存した三次元細胞運動の差異をよく反映するマトリックス力学場の設計条件について見出し，がん細胞の診断材料構築への基盤知見を得ている．B.間葉系幹細胞の基質硬度感知において機械刺激受容チャネルTRPV4とTRPM7が大きな役割を果たしていることを見出した．
(2)生物飛行マクロメカニクスの研究: A.昆虫離陸時の地面効果，乱流中の昆虫羽ばたき飛行の空力性能と飛行制御原理，昆虫羽ばたきの受動的運動の発生原理を明らかにした．鋸歯構造をもつフクロウ翼の空力性能を風洞試験とマルチスケール流体解析により定量化評価を行い，その整流効果を確認した．ハチドリ規範型人工柔軟翼をMEMS技術により創製し，羽ばたきロボットへの適合性を確認した．また魚類遊泳運動にも生物羽ばたき翼に似たような前縁渦による推力増進原理を発見した．B.スズメガ羽ばたき運動中の胸部の変形と，飛翔筋による変形の制御について，中胸背板の変形が左右の筋収縮によって柔軟に制御可能であるとともに，翔筋機能の多様性を示した．C.フクロウ科鳥類について、標本閲覧や生態情報収集により，静かな飛翔が求められる種ほど，翼前縁鋸歯の切れ込みが深いことが分かった．またハサミアジサシ類のくちばしの微細構造の観察，A01班が集めたX線CTデータを用いた鳥類のくちばしのバイオメカニクスの研究も行った．
(3)生物マルチスケールメカニクスの研究: 魚類波打ち遊泳運動，生物羽ばたき飛行及びヒト循環器系血液流動における流動性と波動性に対して，代表サイズ、レイノルズ数及び新たに導入された波動数を適用し，波動エネルギーと力学効率を評価する理論体系を提案した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
細胞ミクロメカニクス，生物飛行マクロメカニクス及び生物マルチスケールメカニクスの各研究テーマにおいて，それぞれ概ね研究計画通り優れた成果を挙げたことが評価できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 生物規範細胞ミクロメカニクスシステム：３次元の細胞運動制御技術の活用を拡大し，細胞運動のメカノバイオロジーのメカニズム研究のさらなる追求として，細胞運動時の周囲のマトリックス環境に見られる応力分布のダイナミクスを調べる．班間連携として，B01-1班しわ制御型のゲル材料上での細胞培養系の評価も予定している．
(2) 生物規範飛行マクロメカニクスシステム：昆虫羽ばたきに関する内部神経・骨格系と外部力学の相互作用を考慮した運動制御の解析と羽ばたき飛行「受動現象」の解明，フクロウ翼表面鋸歯構造の静音効果の解明，人工柔軟翼の生物規範型飛行ロボット及び風車翼のバイオミメティクスデザインなどを実施する．生物翼のサブセルラー;サイズ表面構造の力学的機能情報をA01班に提供し「バイオミメティクスデータベース」での生物規範メカニクス;システム機能要素の構築を行う．
(3) 生物マルチスケールメカニクスシステム：生物遊泳，生物飛行及び循環器系におけるマクロ血流及びミクロ細胞運動における流動性と波動性に対して，代表サイズ、レイノルズ数及び新たに導入された波動数に基づいた，波動エネルギーと力学効率を評価する理論体系を確立する．
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Research Products
(52 results)
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[Journal Article] Identification of Meflin as a Potential Marker for Mesenchymal Stromal Cells2016
Author(s)
Maeda K, Enomoto A, Hara A, Asai N, Kobayashi T, Horinouchi A, Maruyama S, Ishikawa Y, Nishiyama T, Kiyoi H, Kato T, Ando K, Weng L, Mii S, Asai M, Mizutani Y, Watanabe O, Hirooka Y, Goto H, Takahashi M
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Journal Title
Scientific reports
Volume: 6
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Dynamics of roll control in hummingbirds2016
Author(s)
Ravi, S., Noda, R., Konow, N., Biewener, A., Combes, S. and Hao Liu
Organizer
SICB Annual Meeting 2016
Place of Presentation
Portland, OR, USA
Year and Date
2016-01-07 – 2016-01-08
Int'l Joint Research
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[Presentation] Analysis of bumblebee flight in unsteady wind using wind-tunnel experiments and high-fidelity numerical simulations2016
Author(s)
Kolomenskiy, D., Ravi, S., Engels, T., Schneider, K., Wang, C., Sesterhenn, J., Combes, S. and Hao Liu
Organizer
SICB Annual Meeting 2016
Place of Presentation
Portland, OR, USA
Year and Date
2016-01-06 – 2016-01-07
Int'l Joint Research
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