マイクロマシンの非平衡形状ゆらぎと推進機構

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細胞内で活動する酵素や大腸菌等の微生物を、化学エネルギーを力学的仕事に変換するマイクロマシンとして捉え、非平衡統計力学的なアプローチを行ってきた。特に当該年度は「奇弾性」と「最頻経路」という概念でマイクロマシンの挙動を理解することを試みた。初年度に引き続きマイクロマシン非平衡性を奇弾性によって表現することを検討した。特に当該年度では、奇弾性体のゆらぎについて統計的性質を議論した。このことにより、時間相関関数の時間反転対称性から物体の奇弾性を見積もる方法を考案した。これを用いて、メカノケミカルカップリングによって記述されたマイクロマシンの数値シミュレーション結果から奇弾性を定量的に抽出することができた。このような奇弾性の定量化は実際の実験データーからも行えることが期待される。また、微生物のランダムな移動をモデル化した、アクティブブラウン粒子について最頻経路解析を行った。アクティブブラウン粒子の経路確率をOnsager-Machlup積分によって記述し、その変分問題を解くことによって、レアな遷移における最頻経路を計算した。これによって遷移時間によって経路の形が直線からU字形、ループ形へ変化することがわかった。また、この経路の形はランダムな数値シミュレーションによっても確認できた。この結果を用いることで実際の微生物のランダムな運動を理解できると期待される。これらの結果により、ゆらぎによるマイクロマシンの振る舞いの理解が進んだ。特に奇弾性率によって典型的な振る舞いを、最頻経路問題でレアイベントを相補的に理解できた。これらの結果について、論文発表および学会発表を行い、多くの専門家の興味を引くことができた。