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B01-5班

27年度の実施計画

(1)細胞ミクロメカニクス: 細胞の周囲環境の硬さ軟らかさを検知してその「動き」を制御する原理解明とその 細胞培養操作の独自技術を開発する。これまでに独自の弾性率パターニングの技術を用いて2次元ならびに3次 元細胞培養材料を開発し、間葉系幹細胞やiPS細胞などの幹細胞の運動の制御とともに、その分化や増殖の制御 に成功している。今後は、そのメカニクス原理の解明と実用材料への展開を加速する(木戸秋、小林)。

(2)生物 飛行マクロメカニクス: これまでに開発した生物羽ばたき飛行のマクロスケールのメカニクスとしての空気力学 ・材料力学・飛行力学・神経制御を統合する統合力学シミュレータを基に、生物羽ばたき飛行制御機序の解明、 鳥類の内部形態・羽毛微細構造の進化生物学的及び空気力学的研究、B01-1班との連携による生物の自己組織化 微細構造表面に誘導するマイクロスケールのメカニクスに由来する摩擦抵抗低減の表面サブセルラー・サイズ効 果の解明、B01-2班との連携による昆虫翼のマクロ形態とマイクロ表面構造におけるマルチスケール・メカニク ス効果の解明、ハチドリ規範型人工柔軟翼の創製を実施する(劉、安藤、山崎)。さらに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とともに、細胞メカノバイオマテリアルの創製や昆虫規範型ロボットや流 体機械の開発などバイオミメティクス・デザイン指針の創出を目指す。

(3)生物マルチスケールメカニクス: ミ クロスケールの細胞からマクロスケールの生物個体にわたる幅広いスケールに共通する生物の「動き」における 流動性と波動性に関する新しいスケーリング法則を適用することにより普遍的生物運動原理の確立に取り組み、 「生物マルチスケール・メカニクス」という新学理の創出を目指すとともに、生物運動マルチスケール現象に対 してサブセルラー・サイズ構造がもたらす力学的効果を明らかにしていく(劉、木戸秋)。

27年度の実績報告概要

(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

(アーカイブ)

 

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