学術的背景 ボウリングはアメリカで最も人気のあるスポーツの一つであり、2017年時点で4500万人以上が定期的に参加しています。毎年開催される全国大会では数百万ドルの賞金がかかっており、選手のスコアを向上させる方法が研究の焦点となっています。しかし、計算の複雑さやボールの軌道に影響を与える変数の多さから、ほとんどの研究は理論モデルではなく、経験データの統計分析に依存しています。例えば、2018年の米国ボウリング協会（USBC）の設備仕様報告書では、コンピュータモデルではなく、37人の選手のボール速度データを使用しました。 これまで、ボウリングの物理学に関する定量的分析は少なく、主に関与するパラメータの多さが原因でした。Fröhlich、Hopkins、Hustonらは過去数十年にわたり、ボウ...

マイクロメカニカル共振器における内部共振メカニズムの研究とその周波数安定化への応用 背景紹介 マイクロメカニカル共振器（micromechanical resonators）は、高周波数、高品質因数、高感度を特徴とする現代の時間計測およびセンシングデバイスにおいて重要な役割を果たしています。しかし、これらの共振器の極めて低い減衰特性は、さまざまな非線形現象を引き起こし、周波数安定性に影響を与える可能性があります。その中でも、ダフィング硬化効果（Duffing hardening effect）は主要な制限要因であり、振幅変化による周波数ドリフト、すなわち振幅-周波数効果（amplitude-frequency effect）を引き起こします。近年、内部共振（internal resonanc...

非線形システムの確率応答スペクトル研究：分数次導関数要素の導入と分析方法 学術的背景 工学および物理学の分野では、非線形動的システムが複雑な現象をモデル化するために広く使用されています。しかし、これらのシステムが確率的な励振を受ける場合、その応答を予測することは非常に困難であり、特に分数次導関数（fractional derivative）要素が導入されるとさらに複雑になります。分数次導関数は、記憶効果や遺伝現象をより正確に記述することができますが、その導入は追加的な解析および計算の困難をもたらします。従来の線形システムの解析手法は、非線形システムに直接適用することができません。特に、システムに分数次導関数が含まれる場合、その応答のパワースペクトル密度（PSD, Power Spectral...

学術的背景 工学や材料科学の分野において、ロボットマニピュレータの変位と力を正確に制御することは、特に非線形粘弾性変形を示す物体の力学特性を研究する上で重要です。例えば、繊維、航空宇宙、医療、エネルギー生産などの分野では、テキスタイルの力学特性が設計や性能に重要な影響を与えます。従来の引張/圧縮機械は通常、変形速度を制御することで力を測定しますが、この方法では物体の弾性限界、塑性変形、破断点などの重要な変形点を直接観察することができません。この制限を克服するため、近年ではロボットシステムが位置/変形制御による物体の特性評価に使用されています。しかし、微小な力と変形を扱う場合、産業用ロボットには限界があり、高分解能と高帯域幅を備えた圧電ロボットマニピュレータが理想的な選択肢となっています。ただ...

背景紹介 自然界では、複雑なシステムは至る所に存在し、神経ネットワーク、ソーシャルネットワーク、電力ネットワークなどがその例です。これらのシステムにおける動的遷移を理解するためには、数学モデルが一般的に用いられます。特に、結合された非線形振動子は豊かな集団行動を示します。キラリティ（chirality）とは、システム内に時計回りと反時計回りの回転動力学が共存することを指し、結合システムの振る舞いを形作る上で重要な役割を果たします。しかし、競合する引力と斥力の結合を持つシステムにおけるキラリティの役割は十分に研究されていません。そこで、Sathiyadevi Kanagaraj、Premraj Durairaj、Zhigang Zhengらは、引力と斥力結合を持つグローバル結合Stuart-L...