真核生物の鞭毛運動による推進力発生メカニズムの力学的考察

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本年度は(1)弾性体を用いた力学モデルの設定とその解析を実施する.(2)水槽実験を行い流速実験データを取得する.(1)について,円板に細い弾性棒を装着し,粘性流体中で細い弾性棒を往復運動させる力学モデルを設定した.このモデルに境界条件を課し,その条件を満足する固有値・境界値問題を理論的に解析して,固有値に対応する細い弾性棒の固有関数を得ることが出来た.この結果は直ちに2011年2月6日に計測自動制御学会中国支部津山地区計測研究会で共同研究学生と共に発表した.(2)の水槽実験については,機械構造用炭素鋼鋼材(丸棒)を薄くスライスして回転円板を作成した.この円板はステッピングモータで往復運動させて振らせるが,そのための制御システムを構築した.円板の円周上に直径1mmの穴を開け,そこに長さ60mmで直径1mmの細い数種類の弾性棒(ベリリウム銅,ばね用ステンレス,ばね鋼鋼線,ピアノ線,硬鋼線)を差し込み,鞭毛と見立てた.この振動システムをアクリル製の水槽上に設置し,水槽には水を満水状態にして,水槽内底部に流速計を設置した.以上の実験装置において,鞭毛部を往復運動させて,それによる鉛直下向の流速を流速計で測定して実験データを取得した.また,高速度カメラ(借用物品)を用いて水槽内の鞭毛運動を観察し,鞭毛の鞭毛先端の傾き角と発生流速との関係を明らかにした.また,流速データから運動理論を用いて推進力を求めた.これらの成果は専攻科生(池内雄大)の特別研究報告書としてまとめた.