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Development of non-equilibrium thermodynamics simulator applicable to life and social phenomena produced by dissipative structure

开发适用于耗散结构产生的生活和社会现象的非平衡热力学模拟器

基本信息

批准号：
19K04896
负责人：
石田武志
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Fisheries Research and Education Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

生物や社会は局所的な相互作用から自己組織的に形成され、エネルギーと物質の代謝を行いながら自律的に駆動している。このような複雑な形態を自己組織的に構築する技術は、工学が目指す究極の目標の一つである。本研究は、「非平衡熱力学シミュレータ」の開発を行い、散逸構造が持続するための条件や、複雑に進化するための条件を検討する基盤を構築するものである。当該シミュレータは、要素の動きや相互作用を記述できるようにセルオートマトン（CA）モデルによる粒子モデルを基盤として、反応拡散方程式等による「形態を創発する自己組織化モデル」を組み入れ、さらに局所エントロピーを評価できるものを計画している。また複雑な形状を表現できないという従来のCAモデルの欠点を克服し、少数セルで多様な相互作用を記述できる「多要素型CAモデル」を提案し、形状の創発を「設計」するためのシミュレータを目指すものである。2019年度までに開発したチューリングパターンを生成するCAを用いて、2022年度においては、「多要素型CAモデル」の基盤となるプログラムを完成することができ、細胞様形状の創発（境界形成）、エネルギー代謝、自己複製の現象をシミュレーションすることが可能となり、論文として出版することができた。また、このモデルはエントロピー評価が可能なモデルとして構築しており、配置エントロピーやエントロピー生成率をCA空間においても定量的に評価できる基盤を構築し論文としてとりまとめた。これに加えて、「多要素型CAモデル」の開発をさらに進め、遺伝的な情報子の創発と進化のプロセスを実現するモデルへと拡張を行い論文をとりまとめを行っている。

Biological and social interactions between the organization of their own, and the metabolism of substances in the process of self-regulation The structure of the complex structure of the organization, technology, engineering, and the ultimate goal This paper discusses the development of non-equilibrium thermodynamics, the conditions for the evolution of dissipation structures, and the conditions for the evolution of complex structures. When describing the interaction between the elements and the dynamics of the elements, the particle model (CA) is composed of the base plate, the inverse dispersion equation, etc., and the "self-organizing model of morphological creation" is composed and evaluated. To overcome the deficiency of CA structure in complex shape expression, to describe the interaction of a few elements, to propose a multi-element CA structure, to create a shape, to design a shape, to indicate the object. In fiscal 2019, the development of CA generation will be completed; in fiscal 2022, the foundation of "multi-element CA generation" will be completed; the creation of cell shape (boundary formation), the development of cell metabolism, and the development of self-replication phenomena will be possible; and papers will be published. For example, if you want to build a database, you can build a database. If you want to build a database, you can build a database. The development and evolution of multi-element CA molecules are discussed in this paper.