大阪大学基礎工学部機械工学同窓会Alumni Association of Department of Mechanical Engineering

TSME（Theoretical Solid MEchanics; 数理固体力学グループ）

尾方研究室 原子レベルスローダイナミクスシミュレーション
ー固体中の原子レベルの長時間現象の理解にむけてー

教授：尾方　成信，准教授；君塚　肇，助教：譯田　真人

結晶金属やガラスなど、固体材料は我々の身近にある工業製品に広く使われています。固体材料の構造や性質は様々であり、これらを原子レベルから理解することは、性質の改善や新たな材料の開発につながります。本研究室では原子シミュレーション手法を用いて、固体材料の中で起きる原子レベルの現象について研究を行っています。 原子シミュレーションでは個々の原子の運動を扱います。このため、多くの原子を含む大きな空間スケールで起きる現象や長い時間スケールで起きる現象を調べるのに困難を伴います。この課題の克服を目指して、本研究室では長い時間スケールで起きる現象を扱うことのできる新たなシミュレーション手法の開発に取り組んでいます。開発した手法を用いることで、従来の原子シミュレーションでは扱うことができなかった、極めて長時間の現象を原子レベルから理解することが可能となります。図は鉄中の炭素原子の拡散の原子シミュレーションで、低温でのゆっくりとした拡散も精度良く求めることが可能です。 原子シミュレーションの時間スケールの制約のため解明が進んでいない固体材料中の現象は多くあります。このような現象を原子レベルから解明することは、学術的に意味があるだけではなく、産業分野への大きな貢献が期待できます。

尾方研究室ホームページ
http://tsme.me.es.osaka-u.ac.jp/

Last Update : 2013/06/26

バイオメカニクスグループ（和田研究室）

医学と工学をむすぶ生体力学シミュレーション

教授・和田成生、准教授・宮崎　浩、助教・越山顕一朗、伊井仁志

当研究室では、生体計測と様々な計算力学シミュレーションを組み合わせて、細胞から組織、器官に至る生体のマルチスケールな物理現象とそれに関わる生物現象を統合的に理解する研究を行っています。これにより、生体の機能発現の基礎となる力学特性だけでなく、生体特有の力学的適応現象やリモデリングのメカニズムの解明を目指しています．また、得られた知見をもとに、病気の診断や治療、進行予測に生体力学シミュレーションを活用する新しい医療支援システムの開発を行っています。図Aは医用画像と計算力学解析を統合する肺呼吸のイメージベーストシミュレーションの結果です。ＣＴ画像から肺や気道の実形状モデルを構築し、吸気時の酸素輸送計算を行いました。計算結果を元の医用画像上に表示しています。このように医用画像に物理的情報を加えることにより、より高度な診断が可能となると考えられます。また、これに肺胞から構成される肺の微細構造を表現する数理モデルやエネルギ最小化原理に基づく細胞の力学モデルを組み合わせることにより、肺のマルチスケールメカニクスの解析に取り組んでいます(図B)。

図Cは血液循環のマルチスケールシミュレーションの結果です。補助人工心臓ポンプ内の血液の流れとそれによる赤血球の変形動態を表しています。このように赤血球は急激に過度の変形をすると、膜が破壊（溶血）してしまいます。 変形に伴う赤血球膜の破壊メカニズムの詳細を明らかにするために、分子動力学シミュレーションを取り入れた研究も行っています(図D)。詳細は当研究室のホームページ(http://sites.google.com/site/biomechwadalab/home)をご覧下さい。

図A: ＣＴ画像から得られた肺および気道の実形状モデルと気道内の酸素輸送計算結果．
図B: 肺の微細構造モデルと力学計算によって得られた肺組織と細胞の変形の様子．
図C: 補助人工心臓内を流れる赤血球の変形動態．
図D: 分子動力学計算によって得られた急激な伸展による赤血球膜の破壊の様子．

Last Update : 2012/07/12

（宮崎研究室）

ロボット工学の観点から人間を科学し、人間を支援する

教授・宮崎　文夫、講師・平井　宏明、助教・植村　充典

宮崎研究室では、人間とロボットの関係を考察し、両者の融合する過程を通して、人間の能力を拡大するシステムの構築を目指しています。現在、人間とロボットのインタラクションタイプに応じて多角的に研究を進めることで、人間を理解し、支援するための方法論の確立を行っています。

医学・生理学、人間工学、スポーツ科学等の人間を対象とした隣接分野から得られる断片的な知見や仮説を元に、近年、２つのロボットシステムを開発しました。

図 (a) に示したのは、人間の運動学習を支援する力覚提示ロボットです。人間の運動スキルを定量評価し、運動改善のための具体的な教示を行います。

一方、図 (b) に示したのは、人間の身体構造を模擬した筋骨格ロボットです。運動支援の対象である人間の運動制御の解明へ向けて、ロボット工学の立場からアプローチするのに役立ちます。

この他にも、当研究室では、装具ロボットをはじめ、人間を支援するさまざまな研究テーマに取り組んでいます。詳細は下記の宮崎研ホームページを参照してください。

http://robotics.me.es.osaka-u.ac.jp/

Last Update : 2011/06/29