甲殻類最強の把持力を持つヤシガニの3D組織構造と機械的特性

甲壳类中抓握力最强的椰子蟹的 3D 组织结构和机械特性

• 批准号: 21H04537
• 负责人: 井上 忠信
• 金额: $ 27.12万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04537/
• 关键词: 生物機械工学; 甲殻類; 三次元組織解析; 強靭化組織設計; 生物模倣技術; 複合構造; 異方性

本研究は，甲殻類最強の把持力を持つヤシガニなどの外骨格を対象に，材料工学の最先端の手法を活用して，①組織や構造および主要成分を観察・分析し，②機械的特性試験（硬度，剛性，曲げ強度，靭性）を行い，③3次元有限要素法によるヤシガニが挟む際の数値解析を通じて，堅牢なハサミの組織構造を解明し，生物機械工学の観点で“材料力学および機械材料関連”分野をより発展させることを目的にした研究である．本年は，ヤシガニの捕獲・調査を継続して実施し，ヤシガニの部位，体重，表面硬度（デュロメータ硬度計で実施）の関係を取得し，ヤシガニ体重と把持力の関係を含めデータを蓄積した．他の生物への展開の一つとして，ヤシガニのハサミの大きさを上回るアミメノコギリガザミを検体として，ハサミなどの外骨格内部の組織および破面を光学顕微鏡および走査電子顕微鏡SEMで観察し，成分はエネルギー分散型X線分析装置EDSで検出，分析を行った．検体の組織観察をする中で，外骨格表面に微細な凹凸があることを発見し，レーザー顕微鏡による表面解析も実施した．特性試験では，外骨格内部のビッカース硬さおよびナノインデンテーション試験（P=5 mN）を実施した．ノコギリガザミの巨大なハサミの網目状の褐色外骨格内部は，硬い部分と軟らかい部分で構成された見た目は魚の鱗のような魚鱗（ぎょりん）組織，その内側には螺旋組織が積層した複合構造となっており，これらの組織は表面上の微細な凹凸と深い関係があった．一番硬いハサミ先端の白色外骨格は、“密で硬い螺旋組織”が中間域を経て“疎で軟らかい螺旋組織”に変化した積層構造を有し、攻撃と防御の機能を併せ持つ重要箇所だった。干潟の最強生物であるガザミの巨大なハサミは，単にデカいだけでなく，過酷な環境で生き抜くための適材適所の組織・構造戦略を持っていた．

は, crustaceans の holding force strongest を hold つ ヤ シ ガ ニ な ど の outside bone を like に seaborne, material engineering の most apex の gimmick を use し て, (1) organization や tectonic お よ び main ingredients を し 観 examine, analysis, (2) mechanical properties test (hardness, rigidity, げ strength, 靭) を い, (3) three dimensional finite element method に よ る ヤ シ ガ ニ が carry む interstate の the numerical analytical を tong じ て, fast な ハ サ ミ の organization structure を interpret し, biological mechanical engineering の 観 point で "mechanics of materials お よ び mechanical material masato even" eset を よ り 発 exhibition さ せ る こ と を purpose に し た research で あ る. は this year and ヤ シ ガ ニ の capture, survey を 継 続 し て be し, ヤ シ ガ ニ の parts, body weight, surface hardness (デ ュ ロ メ ー タ hardness tester で be applied) の を し, masato department ヤ シ ガ ニ weight と holding force の masato department contains を め デ ー タ を accumulation し た. He の biological へ の launched a の つ と し て, ヤ シ ガ ニ の ハ サ ミ の big き さ を last る ア ミ メ ノ コ ギ リ ガ ザ ミ を 検 body と し て, ハ サ ミ な ど の outside bone interior の お よ び crumpling を optical 顕 micromirror お よ び walkthrough electronic 顕 micromirror SEM で 観 examine し, composition は エ ネ ル ギ ー dispersible X-ray EDS analysis device で 検 out, Analyze the を line った. 検 body の organization 観 examine を す る で, outside に subtle な bone surface concave and convex が あ る こ と を 発 し, レ ー ザ ー 顕 micromirror に よ る surface analytical も be applied し た. Characteristic test で は, outside bone internal の ビ ッ カ ー ス hard さ お よ び ナ ノ イ ン デ ン テ ー シ ョ ン test (P = 5 mN) を be applied し た. ノ コ ギ リ ガ ザ ミ の huge な ハ サ ミ の mesh shape outside bone internal は の brown, hard part い と soft ら か い constitute さ で れ た see た mesh の は fish scales の よ う な scales (ぎ ょ り ん) organization, そ の medial に は spiral organization が horizon し た composite structure と な っ て お り, こ れ ら の organization の subtle な は surface concave and convex と deep い masato is が あ っ た. A hard い ハ サ ミ apex の white bone は, "secret で hard い spiral organization" を が middle domain 経 て "疎 で soft ら か spiral organization" い に variations change し た laminated structure を し, tapping shock を と の defense function and important a せ hold つ だ っ た. Dry lagoon の strongest creature で あ る ガ ザ ミ の huge な ハ サ ミ は, 単 に デ カ い だ け で な く, born too cool な environment で き sorting く た め の の by optimum material suitable organization structure, slightly を 戦 hold っ て い た.

项目成果

陸生甲殻類最大種ヤシガニの堅牢な外骨格の組織構造と機械的性質

最大的陆地甲壳动物椰子蟹坚固的外骨骼的组织结构和机械特性

• 发表时间: 2022
• 作者: Yoshimasa Takahashi;Daisuke Kobayashi;Tomoyuki Kozawa;Shintaro Fujii;Shigeo Arai;井上 忠信
• 通讯作者: 井上 忠信

日本刀に隠されていた未来の鋼～強靭鋼の模索～

日本刀剑中隐藏着钢铁的未来 - 寻找坚固的钢铁

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Hori;Y. Miyoshi;M. Nose;C.-W. Jun;S. Nakamura;M. Kitahara;A. Maeda;T. Segawa;F. Miyake;K. Hosokawa;S. Masuda;A. Shinbori;Y. Otsuka;K. Shiokawa;K. Iwai;S. Imada;H. Iijima;T. Kaneko;K. Tsuboki;and T. Kato;井上 忠信
• 通讯作者: 井上 忠信

陸生甲殻類最大種「ヤシガニ」の堅牢な外骨格の優れた機械的特性

最大的陆地甲壳动物椰子蟹的坚固外骨骼具有出色的机械性能

• 发表时间: 2022
• 作者: 井上 忠信;原 由佳;中里 浩二;原 徹;岡 慎一郎
• 通讯作者: 岡 慎一郎

陸生甲殻類最大種「ヤシガニ」の強靭なハサミの組織構造

最大的陆生甲壳类动物椰子蟹的强爪的组织结构

• 发表时间: 2022
• 作者: Y.Murai;M.Ishikawa;金子真悟，辻井 雅，魚住信之，新井史人;Takumi SATO;井上 忠信，原由佳，中里浩二，原 徹，岡 慎一郎
• 通讯作者: 井上 忠信，原由佳，中里浩二，原 徹，岡 慎一郎

甲殻類最強の把持力を持つヤシガニのハサミの組織構造と機械的特性

甲壳类中抓握力最强的椰子蟹爪的组织结构和力学特性

• 发表时间: 2021
• 作者: L. Chen;K. Shiokawa;Y. Miyoshi;S. Oyama;C-W. Jun;Y. Ogawa;K. Hosokawa;Y. Kazama;S. Y. Wang;S. W. Y. Tam;T. F. Chang;B. J. Wang;K. Asamura;S. Kasahara;S. Yokota;T. Hori;K. Keika;Y. Kasaba;A. Kumamoto;F. Tsuchiya;M. Shoji;Y. Kasahara;A;井上 忠信
• 通讯作者: 井上 忠信