2023 Fiscal Year Final Research Report

Spatiotemporally developed self-propelled objects

Research Project

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Project/Area Number	20H02712
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
Research Institution	Hiroshima University
Principal Investigator	Nakata Satoshi 広島大学, 統合生命科学研究科(理), 教授 (50217741)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	長山雅晴北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (20314289) 北畑裕之千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (20378532) 伴野太祐慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (70613909) 末松信彦明治大学, 総合数理学部, 専任教授 (80542274)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	nonlinear / nonequilibrium / oscillation / self-propulsion / bifurcation / pattern formation / self-organization / surface tension
Outline of Final Research Achievements	Representative results are as follows. 1. Oil droplets containing thymol acetate as a self-propelled objec was floated on a sodium dodecyl sulfate (SDS) aqueous phase with different pH. As a result, we found that tymol was the main driving force based on the measurement of interfacial tension and that oscillations in random directions at pH 7.0-8.2 and above 11.1 and reciprocating oscillations at pH 8.9-10.8 were observed. 2. The examinations were performed by floating a benzoic acid disk as a self-propelled object on a 4-Stearoyl amidobenzoic acid (SABA) molecular film developed on the water surface a control of motion. As a result, bifurcation of modes of motion, i.e., random motion, area-restricted motion, reciprocating motion, and rest depending on the surface density of SABA was observed.
Free Research Field	物理化学、界面化学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	心臓の鼓動や概日リズムなど、生物はリズムを刻みながら生命活動を営んでいる。一方、シマウマの体表模様のような空間パターンも生物の特徴である。このようなリズムとパターンを化学の観点から無生物実験系を使って再現することにより、自律性と応答性の高い自己駆動体を構築することが可能になる。また、非平衡系の維持や集団運動の活用により効果的な物質輸送系や自励ポンプの構築が期待される。さらに、時空間パターン形成を使った自己修復や自己再生材料の開発にもつながると考えられる。加えて、生物のような複雑系におけるリズムとパターン形成を理解するためのモデル実験系になると期待できる。