気泡の熱音響モードと光機械センサーの結合研究 学術的背景 気泡の液体中の音響行動は、物理学と工学の分野で重要な研究テーマです。気泡の振動モードは、自然界の音響現象だけでなく、マイクロ流体やバイオセンシングなどの分野でも広く応用されています。Minnaert呼吸モードは、気泡の音響学で最も有名な振動モードであり、液体中の気泡の基本的な振動行動を記述します。しかし、気泡は一連の高次音響モードもサポートしており、これらのモードの理論的予測は存在するものの、実験的観測は非常に稀です。さらに、光機械センサーは高感度の検出ツールとして、マイクロスケールの音響および振動特性を検出するための新しいプラットフォームを提供します。 本研究は、光機械センサーを使用して気泡の音響モード、特に高次音響モードを探査し、...

深層強化学習を用いた液体レンズ顕微鏡の精密自動焦点技術 学術的背景 顕微鏡イメージングは、科学研究、生物医学研究、および工学アプリケーションにおいて重要な役割を果たしています。しかし、従来の顕微鏡とその自動焦点技術は、システムの小型化と迅速で精密な焦点調整を実現する上で、ハードウェアの制約とソフトウェアの速度の遅さに直面しています。従来の顕微鏡は通常、複数の固定焦点レンズと機械構造を組み合わせており、拡大や焦点調整などのイメージング機能を実現していますが、これにより装置が大きく、焦点調整が遅く、狭い空間での迅速な操作が困難です。液体レンズ（liquid lens）は、機械部品がなく、電気信号を調整することで焦点を合わせることができるため、小型、高速応答、低コストといった利点を持ち、これらの問...

低ノイズ発振読み出し回路を備えた14 μHz/√Hz分解能および32 μHzバイアス不安定性を有するMEMS水晶共振加速度計の研究 学術的背景 マイクロエレクトロメカニカルシステム（MEMS）加速度計は、慣性航法、地震検出、ウェアラブルデバイス、インテリジェントロボットなどの分野で広く使用されています。特に、衛星制御や無人水中ビークルなどのアプリケーションでは、高分解能で低ドリフトの加速度測定が最も重要な性能指標の一つです。MEMS共振加速度計は、入力加速度信号をキャリア周波数に変調し、センシティブ要素の共振周波数を測定値として出力することで、振幅出力型加速度計（例えばMEMS容量型加速度計）よりも低いノイズレベルを実現します。さらに、共振加速度計は高分解能、広い測定範囲、大きなダイナミック...

電熱駆動型Al-SiO₂バイモルフを用いたマイクログリッパーの研究 学術的背景 マイクログリッパー（microgripper）は、マイクロおよびナノスケールでの組立や操作において重要な役割を果たし、マイクロエレクトロニクス、MEMS（マイクロ電気機械システム）、バイオメディカルエンジニアリングなどの分野で広く利用されています。脆弱な材料や微小な物体を安全に操作するためには、マイクログリッパーは高い精度、迅速な応答、使いやすさ、強力な信頼性、低消費電力などの特性を備える必要があります。これまでに、静電駆動、電磁駆動、光駆動など、さまざまな駆動メカニズムを用いたマイクログリッパーが開発されてきましたが、これらの技術にはいくつかの限界があります。例えば、光駆動マイクログリッパーは特定の光源と光学パ...

ゼロ抵抗流体ステルス技術のブレークスルー 学術的背景 現代のマイクロ流体工学やナノエンジニアリングにおいて、ステルス特性（invisibility characteristics）は、侵入物体と周囲環境との間の干渉を排除し、無干渉の相互作用を確保するために極めて重要です。例えば、マイクロ流体チップ内での生体分子の輸送や、正確な薬物放出の制御において、ステルス特性は操作の精度と効率を大幅に向上させます。さらに、ステルス特性は流体力学におけるゼロ抵抗（hydrodynamic zero-drag）性能の実現にも重要な役割を果たし、世界的なエネルギー危機の緩和に寄与します。しかしながら、長年にわたり、ダランベールのパラドックス（d’alembert paradox）や未解決のナビエ-ストークス方程...

機械換気ガイダンス下での呼吸圧力の最適化—肺の局所生体力学の改善に関する研究 機械換気は臨床操作において、急性呼吸窮迫症候群（ARDS）の治療や全身麻酔後の肺合併症予防のために一般的に使用されています。しかし、機械換気は肺に有害なストレスと変形を引き起こし、臨床治療の複雑さを増し、さらには死亡につながる可能性があります。研究によると、呼吸系の駆動圧（driving pressure）の増加は機械換気関連の死亡率と直接関連しています。したがって、本研究はこれらの関連性の微視的生体力学要因とその肺内での空間的異質性を探求し、機械換気戦略を最適化することを目的としています。 論文の背景 機械換気操作下で、機械換気の呼気終末陽圧（PEEP）を調整することにより局所肺組織の生体力学状態を最適化し、人工...

科研报告 背景介绍 人口高齢化や脳卒中などの神経系および筋肉系疾患の増加に伴い、歩行障害による転倒のリスクが深刻な問題と化しています。研究によると、足関節背屈は歩行のスイングフェーズで足の離地高度を確保するために極めて重要です。しかし、現時点ではスイングフェーズにおける足関節の動力学および機械的エネルギー交換に関する研究が少ないです。現存の研究は主に正常歩行時の足関節背屈に焦点を当てていますが、背屈を支援する各種装置の開発に伴い、これらの装置に必要なエネルギーの最小要件を理解する必要があります。 近年、足関節背屈支援技術は急速に発展し、特に高性能のアクチュエーターやエネルギー回収装置を利用して歩行の安全性を高め、転倒を防止するための技術が進展しています。しかし、これらの装置はスイングフェーズ...

バイオインスパイヤー人工触角法に基づく臨床胃腸疾患スクリーニング 研究背景 胃腸疾患は、下痢、胃腸道出血、吸収不良、栄養不良、さらには神経機能障害など、世界中で広範で複雑な症状を示しています。これらの疾患はその顕著な地域、年齢、および性別の差異のため、現代社会にとって重大な健康課題および社会経済的負担を構成しており、特に胃腸道がんは、世界のがん発病率および死亡率の3分の1を占めています。早期に胃腸疾患をスクリーニングし、タイムリーな介入を行うことは、死亡率を減少させ寿命を延ばす上で重要な意義を持ちます。 従来の胃腸疾患スクリーニング方法は主に内視鏡検査に依存しており、カメラを搭載した柔軟な内視鏡を使用して天然開口部から胃腸道を検査しています。しかし、内視鏡検査は病院で広く使用されているものの...

自己注意メカニズムに基づいたリスク感受性ロボット制御の探討 研究背景 ロボット制御における運動学と動力学は、任務を正確に遂行するための重要な要素です。ほとんどのロボット制御スキームは、多様なモデルに依存して任務の最適化、スケジューリング、および優先順位制御を実現しています。しかし、伝統的なモデルの動的特性の計算は通常複雑であり、誤差が発生しやすいという問題があります。この問題を解決するために、機械学習や強化学習技術を使用してモデルを自動取得することが可能な代替案として現れました。しかし、実際のロボットシステムに直接適用する際には、急激な運動変化や望ましくない行動出力のリスクが存在します。 研究の出所 本論文はソウル国立大学およびローザンヌ連邦工科大学からのDongwook Kim、Sudon...

研究背景 救援任務において、捜索救助の効率を向上させる新しい解決策として、電子バックパックと昆虫を組み合わせたサイボーグ昆虫（cyborg insects）の利用が注目されています。これらの昆虫は、生物と電子技術の長所を結合し、通信、感知、制御のための追加電子バックパックが装着されています。しかし、追加装置は昆虫のバランスに影響を与え、特に自らを直立させる（self-righting）動作に影響します。昆虫が任務中に落下や事故に遭遇した場合、元の機械装置が原因で転倒し自由に動けなくなる可能性があります。この課題に対処するため、本研究では、ナナホシテントウの自らを直立させる動作を模倣したバイオニック3Dプリント人工肢を導入し、サイボーグ昆虫の複雑かつ予測不可能な条件下での柔軟性を向上させること...