さのさん、ボインゴさんと薄いモノの力学、海外ポスドクなどについて話しました。


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さの ボインゴ oka

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3Dプリンター Blender ソフトマター 力学 海外ポスドク

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目次


02:39 コロナ禍での海外ポスドク生活

図1: (左) キャンパスから望むスイスアルプス。ローザンヌはレマン湖に面したフランス語圏の街。左側のメタリックな建物の１階に研究室があった。正面の波打った建物はロレックスセンターとよばれ、図書館が中にある。 (右) 研究室がある建物内部。オサレ。左手に見えるのが私がいた研究室。隣に寿司屋があってよくいじられた。

図1: (左) キャンパスから望むスイスアルプス。ローザンヌはレマン湖に面したフランス語圏の街。左側のメタリックな建物の１階に研究室があった。正面の波打った建物はロレックスセンターとよばれ、図書館が中にある。
(右) 研究室がある建物内部。オサレ。左手に見えるのが私がいた研究室。隣に寿司屋があってよくいじられた。

図2: (左)キャンパス周辺には時々、草を適切な長さに保つために羊が放たれていた。牧歌的。 (中) キャンパスから10-15分程度歩くと湖まで行ける。湖の向こうにある街はミネラルウォーターで有名なEvian (右) 電車で10分程度行くとワイン畑に行ける。とても良い散歩コース。スイスワインはとても美味しいけど、国内で消費され尽くすため国外ではあまり見かけない。

図2: (左)キャンパス周辺には時々、草を適切な長さに保つために羊が放たれていた。牧歌的。
(中) キャンパスから10-15分程度歩くと湖まで行ける。湖の向こうにある街はミネラルウォーターで有名なEvian
(右) 電車で10分程度行くとワイン畑に行ける。とても良い散歩コース。スイスワインはとても美味しいけど、国内で消費され尽くすため国外ではあまり見かけない。

図3: 山の景色が雄大！

図3: 山の景色が雄大！

  • 欧州内でも国境間の移動が大変だった。
    • スイス-ドイツ間をよく移動していた。
    • 飛行機で搭乗拒否された話。

13:28 どんな研究をしているのか(ざっくり)

ロープ、植物のつる、パスタ、リボン、ピンポン球、卵の殻などは薄い構造と総称され、これらは「しなやかに」変形する特徴があります。私は、座屈不安定性のように、構造と材料がもつ対称性が破れる過程を研究しています。さらに、その不安定性を「機能の発現」とみなす考えのもとで、新たな工業デザインの発見に取り組んでいます。モノの不安定性を駆使した研究をしています。

図4: 薄いモノの変形の研究をしています。2021年4月に研究室を立ち上げました。

図4: 薄いモノの変形の研究をしています。2021年4月に研究室を立ち上げました。

動画1: 薄いモノとは

22:28 古そうで最近熱い力学

  • 海底の通信ケーブルを設置するには？
    Coiling of elastic rods on rigid substrates, Jawed et al., PNAS (2014). オープンアクセスなので実験の様子は論文中の図を参照してください。
  • 薄いモノの構造不安定性

動画2: 構造物の大変形って聞くとなんだか不安になりません？建物壊れちゃう…

29:22 逆に不安定性を活用するというパラダイムシフト

  • 例1. スナップ座屈 Twist-Induced Snapping in a Bent Elastic Rod and Ribbon, by Sano & Wada PRL (2019).

図5: ねじりによるスナップ座屈。Sano and Wada, PRL (2019). より。

図5: ねじりによるスナップ座屈。Sano and Wada, PRL (2019). より。

動画3: スナップ座屈のデモ。

  • 例2. ゴルフボールの流体力学を応用する
    Smart Morphable Surfaces for Aerodynamic Drag Control, by Terwagne, Brojan, & Reis (2014).
    • ゴルフボールの変形を引き起こす実験設定。ヒントは人のシワにある。
      リンク先のアブストラクトで実験の様子が見れます。

動画4: ゴルフボールのモデル

  • 例3. メカニカルメタマテリアル
    負のポアソン比！？ Negative Poisson’s Ratio Behavior Induced by an Elastic Instability Flexible mechanical metamaterials
    • 局所的な変形をプログラムしておくことで自然には起こり得ない力学特性を示す材料を作成することができる。ソフトロボティクスなどに役に立つ。

動画5: メカニカルメタマテリアル。

動画6: Buckliball.

47:42 普遍的じゃなさそうにみえる薄いモノって例えば何？

図6: くしゃくしゃに丸めた紙。広げてみると折り目とそうでない部分が混在しているのがわかる。折り目は塑性変形しているが、そうでない部分は依然としてフックの法則が成り立っているのは注目に値する。

図6: くしゃくしゃに丸めた紙。広げてみると折り目とそうでない部分が混在しているのがわかる。折り目は塑性変形しているが、そうでない部分は依然としてフックの法則が成り立っているのは注目に値する。

  • 例2. 結び目の力学 (直角締め 、三葉結び目 )
    Mechanics of two filaments in tight orthogonal contact
    The shapes of physical trefoil knots
    結び目の力学の研究。私がスイスEPFL時代に関わった研究より。接触部分や曲率が大きい部分は材質の非線形性が支配的だが、そこから離れると依然としてフックの法則が成り立つためスケール普遍性がある。

動画7: 直角締め。

59:29 なんで「今」熱いの？

動画8: ディズニー映画、メリダとおそろしの森より。髪の動きのアニメーションは弾性体の運動方程式を解いている。力学に忠実が故にリアルな動きをする。

動画9: 弾性体のシミュレーションについて。

  • 理由2. ファブリケーション技術の向上。薄いモノが精密に設計できるので理論を実験検証できる。(レーザーカッター、3Dプリンターとか)

図8: 材料の整形技術の発展により、薄いモノを精密に設計可能。

図8: 材料の整形技術の発展により、薄いモノを精密に設計可能。

動画10: らせんゴムの作り方。

1:11:06 物理学者にとって身近な分野と信じてやまない

動画11: 30代男性のおもちゃ箱。

図9: 物理学科といえば、量子力学や一般相対性理論。一般相対性理論といえば非ユークリッド幾何学。薄いモノの力学には曲線や曲面の幾何学がとても重要。

図9: 物理学科といえば、量子力学や一般相対性理論。一般相対性理論といえば非ユークリッド幾何学。薄いモノの力学には曲線や曲面の幾何学がとても重要。

  • 「パスタは半分に折れないのはなぜか？」
    (イグノーベル賞2006年, ヨビノリたくみさんのツイート)
    • ねじれば半分に折れる
      パスタを折ろうとすると３つ以上に折れてしまう。曲げたパスタが真っ直ぐになろうとする瞬間をハイスピードカメラで捉え、その仕組みが明らかになった。
  • 「卵を割るときに、横からぶつけると割りやすいのはなぜか？」 (幾何学的剛性) 曲面の剛性はそのガウス曲率に深く関係している。卵を割るときに側面をぶつけるのは、そのガウス曲率が小さく脆いためである。
  • 「ピザを食べるときに曲げてもつのはなぜか？」 (ガウスの驚異の定理、ではなくピザの定理!?) 平たい紙をまっすぐもつのは難しいが、ちょっと曲げると水平にしゃんとなる。ピザを食べる時には曲面の幾何学的剛性を利用している。

動画12: 卵とピザとメジャーの幾何学的剛性。

1:30:11 地産地消の研究(自分で理論を作って、自分で実験)できるよ

図10: 磁場に応答する材料の理論を作って実験で検証

  • 次元縮約 → 仮想仕事の原理 → 微分方程式の導出 → 離散シミュレーション → 実験で検証

1:36:55 おたよりコーナー

寒い夜、修論で疲れていた時に、佐野さんが温かい飲み物を差し入れてくださいました。缶コーヒーかと思ったら缶のおしるこで、身も心も温まりました。このご恩は一生忘れません。 by 佐野さんの広義後輩

いつも楽しくリッスンしてます。質問です。 研究に行き詰まるときとかありますか？ そのようなときはどのような対策、対応されてますか？

1:41:48 おすすめコンテンツなど

図11: 今回話した内容に関連した文献 (左)この分野の第一人者たちが集まって書いたフランス語の本。最近英訳が出て話題になった。薄いモノといえばこの人たちという著者達。写真がとても綺麗。 (中) パスタ論文の著者の１人が著者に名を連ねている。現代的な薄いモノの力学の教科書でとても読みやすい。 (右) 連続体の力学のおすすめの教科書。普通の連続体力学の教科書は流体方程式やストークス流体から入るが、この本は板や棒の曲げから始めるので固体力学に興味がある初学者にはとてもおすすめ。

図11: 今回話した内容に関連した文献
(左)この分野の第一人者たちが集まって書いたフランス語の本。最近英訳が出て話題になった。薄いモノといえばこの人たちという著者達。写真がとても綺麗。
(中) パスタ論文の著者の１人が著者に名を連ねている。現代的な薄いモノの力学の教科書でとても読みやすい。
(右) 連続体の力学のおすすめの教科書。普通の連続体力学の教科書は流体方程式やストークス流体から入るが、この本は板や棒の曲げから始めるので固体力学に興味がある初学者にはとてもおすすめ。

図12: 世界で一番美しい図鑑シリーズ。タイトルが言うように顕微鏡で撮影した写真達が本当に綺麗。学生の研究テーマのインスピレーションを得るのに最近たまに眺めている。

図12: 世界で一番美しい図鑑シリーズ。タイトルが言うように顕微鏡で撮影した写真達が本当に綺麗。学生の研究テーマのインスピレーションを得るのに最近たまに眺めている。

図13: 薄いモノに特化した日本語の教科書は残念ながら多くはありません。私が書いたレビューですが、もしよろしければ読んでください。(さのさん)

1:51:13 こぼれ話

2:04:11 お知らせ

  • 日本語の教科書がないので、詳しくはいえませんがなんらかの本を執筆中です。
  • Young Soft Webinarという若手研究者を対象としたイベントを開催します。
  • 出演して頂ける方や感想などをお待ちしております。