Intelligent Gel Machines Driven by Chemical Reactions through the Creation of Excitable Gels

项目来源

日本学术振兴会基金(JSPS)

项目主持人

前田 真吾

项目受资助机构

東京工業大学

立项年度

2024

立项时间

未公开

项目编号

24H00712

研究期限

未知 / 未知

项目级别

国家级

受资助金额

46800000.00日元

学科

人間情報学およびその関連分野

学科代码

未公开

基金类别

基盤研究(A)

关键词

ゲル ; 興奮性 ; ソフトアクチュエータ ;

参与者

山田雄平

参与机构

未公开

项目标书摘要:Outline of Research at the Start:本研究では自律的かつインテリジェントなゲルマシンを創成する.これまで化学振動反応として知られるBZ反応によって自律駆動する振動性BZゲルアクチュエータやロボットに関する研究を推進してきた.2次元的な反応場においてBZ反応は周期的な化学波を生成するため,BZゲルの波を制御することは困難であった.一方で生体システムでは,系にある閾値以上の刺激が加わったときに,系が応答する興奮状態をうまく活用することで,システム全体のダイナミクスを制御している.そこで本研究では,これまで実現されなかった興奮性ゲルの創成によって,生体システムのように波の伝播を制御し、化学的なインテリジェンスの創発する。

  • 排序方式:
  • 1
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  • 1.Theoretical Model for Controlling Synchronization Transition of Chemo-Mechanical Oscillating Gels

    • 关键词:
    • Biological systems;Cell proliferation;Computation theory;Degrees of freedom (mechanics);Robots;Synchronization;Bioinspired systems;Control mechanism;Kuramoto models;Large-signals;Living systems;Mechanical;Simple++;Synchronization transitions;Synchronized oscillations;Theoretical modeling
    • Sukegawa, Taro;Maeda, Shingo
    • 《8th IEEE International Conference on Soft Robotics, RoboSoft 2025》
    • 2025年
    • April 22, 2025 - April 26, 2025
    • Lausanne, Switzerland
    • 会议

    Synchronization plays an important role in some essential functions of living systems. The Kuramoto model, which is a well-known theory for describing synchronization, mathematically demonstrates the phenomenon called synchronization transition, in which synchronous and asynchronous states abruptly switch depending on the changes in the specific parameter. The experimental reproduction of the synchronization transition can enable the realization of bioinspired systems that output the sum of multiple synchronized oscillations as a large signal through a simple control mechanism, such as a switch. The Belousov-Zhabotinsky (BZ) gel is a candidate for the reproduction. It periodically deforms because of the oscillatory BZ reaction without external stimuli. From this characteristic, the BZ gel can be utilized to develop novel soft robots. However, the small deformation amplitude due to the chemical heterogeneity in a large gel and the high degree of freedom due to the chemical and gel properties make it difficult to develop and control BZ gel robots. To solve these problems, we focus on the synchronization of the BZ gels, which can lead to the simple control of large deformations of the collective gels. In this study, we theoretically model a system in which a plate is placed on multiple BZ gels arranged in a planar manner, and the plate is connected to a movable ceiling via a spring. Numerical calculations show that the synchronization and asynchronization of the BZ gels can be easily switched by changing the ceiling displacement. © 2025 IEEE.

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