Research Projects

• 基盤研究(C), Apr. 2024 - Mar. 2027, 24K06978, 樟脳船を用いたアクティブマターの集団ダイナミクスの解明, 下川 倫子, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 奈良女子大学, 4680000, 3600000, 1080000, kaken

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• Sep. 2025 - Mar. 2026, Principal investigator, 墨割のパターン形成ダイナミクスに関する実験的研究 ―美術作品から創発されるソフトマター物理における普遍法則の探求―, 下川倫子, 公益財団法人山田科学振興財団, 海外研究援助
• Mar. 2023 - Dec. 2024, エクスプロラシオン・フランス2024, 下川倫子, フランス大使館
• Nov. 2023 - Nov. 2024, 樟脳船を用いた実験による渋滞現象の解明, 下川倫子, 公益財団法人住友財団 基礎科学研究助成
• Grant-in-Aid for Scientific Research (C), 01 Apr. 2021 - 31 Mar. 2024, 21K11789, A New Analytic Approach to Time-series of Collective Motion with Integrated Statistical and Mathematical Modeling Strategy, 高見 利也; 大城 英裕; 行天 啓二; 下川 倫子, Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Oita University, 4160000, 3200000, 960000, 本研究は、時系列情報をもとにシステムのモデル化を行い、人の動きや自己駆動粒子を含む複雑な運動の分析手法を開発することが最終的な目的である。初年度の研究では、ビデオ映像の分析技術に関しては、映像時系列分析手法の検討と映像分類を実施した。集団運動による時系列の例である心電図に関しては、心筋の振動モデルを実装した。以下、これらに関してそれぞれ記述する。
  ビデオ映像に関する実績では、人の動きをとらえたビデオを分析し、動きによって分類するシステムを試作した。空間方向2次元と時間の方向を合わせて三次元のデータを分析するには、広く画像の分析に使われる2次元の畳み込みに加えて、時間方向の畳み込みを導入する必要があるが、まずは時間方向を特別視しない均質な三次元畳み込み層を導入して、その性能について検証を実施した。また、類似の運動を記録した二つの時系列データ間で、時間遅れの存在を検出するために、既存の動的時間伸縮法(Dynamic Time-Warping, DTW)を応用したシステムを検討した。今後、動的モード分解(Dynamic Mode Decomposition, DMD)を利用した時系列分割のシステムと融合する形で、自己駆動粒子の実験映像から得た時系列データの分析に使用していく予定である。
  心電図については、心電図を再現することのできる数理モデルの一つを実装し、今後の詳細な分析のためのデータを作成した。心電図は集団的に振動する心筋細胞の表面電位を体表面で記録したものであるが、この時系列データから心筋細胞の運動を再現することは解析的な手法では不可能であり、いわゆる逆問題を解く必要がある。そこで、この逆問題を深層学習を利用して解決することが可能かどうかを検討するためのデータ作成を目的としたものである。このデータを利用した逆問題の分析手法の確立は、次年度以降に実施する。, kaken

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• 基盤研究(C), Apr. 2018 - Mar. 2024, 18K03572, 界面不安定性による多角形渦輪の形成メカニズム, 下川 倫子; 坂口 英継, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(C), 福岡工業大学, 4420000, 3400000, 1020000, 本研究の目的は、渦輪の多角形への変形メカニズムの解明を通して粘性流体における非平衡界面の変形現象を理解することである。粘性流体中を沈降する液滴は 沈降過程で渦輪に変形した後、自発的にいくつかの液滴に分裂する。日常生活で使用する万年筆のインクとグラスに注いだ水を使えば、誰でも簡単に観察できる身近な現象であるが、液滴の形状や沈降速度が時間とともに変化する非定常な系であるため、そのダイナミクスが十分に理解されているとは言えない。そこで、我々は液滴と粘性流体の界面で生じる不安定化についての研究を通して、そのダイナミクスを理解することを考えた。昨年度は、沈降する渦輪の不安定化によるモード選択の揺らぎについて、実験と数値計算の両方からアプローチした。今年度は、粘性流体の水深を浅くした条件下で起こる水平方向の界面不安定性に焦点を当てた。実験で、液滴に含まれる界面活性剤の濃度と溶液の粘度を変化させ、実験を行い、二流体界面で不安定化が起こる領域を調べた。次に、二流体の界面張力差による液滴溶液の駆動、二流体界面で生じるコロイド凝集、二流体界面で凝集されたコロイドのはきよせを考慮した現象論的モデルを提案した。現象論的モデルから、二流体界面での安定性を調べたところ、実験と同様の傾向が得られた。以上のことより、上記3要素が水平方向の不安定化において重要であることが分かった。昨年度に実施した渦輪の不安定化のモード選択については、国際学会や国内の学会で発表し、海外の研究室のセミナーで講演した。また、本年度実施した水平方向の不安定化に関しては、国内の学会で発表し、現在、学術論文を投稿中である。, kaken

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• Grant-in-Aid for Scientific Research (C), 01 Apr. 2018 - 31 Mar. 2021, 18K11338, Construction of data-driven simulations through video analysis of self-propelled particle systems, Takami Toshiya, Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Oita University, 4420000, 3400000, 1020000, Research was conducted for the purpose of modeling complex particle systems and constructing simulation. First, we analyzed the time series of the self-driven particle system and showed that the change point of complex motion can be detected by a method applying dynamic mode decomposition. Furthermore, time-series data was extracted based on the experimental images, a mathematical model for expressing this motion was estimated, and statistical analysis including causal analysis was performed. As a result, we successfully established the procedure from video to the mathematical model even for unknown motion., kaken

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• 2019 - 2019, 公益財団法人日本科学協会・第2期 海外発表促進助成, 下川倫子
• Grant-in-Aid for Scientific Research (C), 01 Apr. 2015 - 31 Mar. 2018, 15K04760, Construction and Validation of Multi-scale Simulations based on the Parallel-in-Time Method, Takami Toshiya; Toda Mikito; Takahashi Kin'ya; Fujisaki Hiroshi, Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Oita University, 4940000, 3800000, 1140000, Parallel computations by the use of multi-scale descriptions for quantum systems, two-phase fluids, and sound/fluid complex systems have been executed. Through these studies, it was established that the space-time parallel method is effective to systems described by non-parabolic partial differential equations. On the other hand, it was also revealed that systems under ordinary differential equations are difficult to be parallelized by the parallel-in-time method. This is because convergence property is poor and an application area is narrow. In this study, we demonstrated the poor convergence in self-propelled particle systems when we parallelize them with the parallel-in-time method., url

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• Grant-in-Aid for Young Scientists (B), 01 Apr. 2015 - 31 Mar. 2018, 15K17723, Experimental study of a deformation of a droplet, SHIMOKAWA MICHIKO, Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B), Fukuoka Institute of Technology, 4160000, 3200000, 960000, When a droplet falls into a viscous solution, the droplet breaks up spontaneoustly in the falling process. It was reported that the droplet deformed to a vortex ring and the instability of the vortex ring leaded to the breakup of the droplet.The origin of the instability, however, had not been clarified. In order to know the origin of the vortex instability, we investigated wavelengths of the instability in experiments. The wavelengths agreed with the wavelengths of Rayleigh Taylor instability, obtained from a numerical simulation. Thus, we considered that Rayleigh Taylor instability played an important role for the instability of the vortex ring., url

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• Apr. 2015 - Mar. 2016, Principal investigator, 滴変形の動的ダイナミクスに関する実験的研究, 私学振興事業, 学術研究振興資金（若手研究者奨励金）
• Jan. 2012 - May 2014, Principal investigator, 重力不安定により形成される表面パターンの実験的研究, 住友財団, 基礎科学助成
• Grant-in-Aid for Scientific Research (C), 2011 - 2013, 23540454, Establishment of Multiscale Analysis for Daily Nonlinear Phenomena and its Application, TAKAMI Toshiya; FUJISAKI Hiroshi; SHIMOKAWA Michiko; KOBAYASHI Taizo; TODA Mikito; TAKAHASHI Kin'ya, Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Kyushu University, 4940000, 3800000, 1140000, We have experimentally studied daily nonlinear phenomena over the whole period of this research in order to simulate those phenomena on computer and to clarify the mechanism. In particular, we have found that the initial pattern formation of coffee fractals on milk is explained by viscous fingering. Since we have tried to analyze those phenomena 'as is', it is required to develop multiscale approach. In the field of the multiscale analysis, we showed efficiency of the multiscale method for time-direction, which leads to the next study on the multiscale analysis of nonlinear phenomena., url

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• Apr. 2009 - Mar. 2010, Principal investigator, レイリーテーラー不安定性の中で見られる新しいフラクタル構造, 笹川科学研究助成
• Grant-in-Aid for Research Activity Start-up, 2009 - 2010, 21840054, Experimental study on granular phase transition, MICHIKO Shimokawa, Japan Society for the Promotion of Science, Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Research Activity Start-up, Setsunan University, 2028000, 1560000, 468000, When the external force is exceeded with one critical level, granular starts to move. From the view of the group motion of granular, this behavior is recognized as the granular phase transition. To understand the phase transition, the vibration experiments were conducted. The glass beads, which diameter is 0.1 mm, are poured into an inclined rectangular case, and are vibrated at the right angle to the slope of the case. In this experiment, granular climbs upward on the slope. In the process of the transport upward of the slope, surface patterns formed by grains are observed on the slope. According to the increasing of external force, the surface pattern changes; stripe pattern, cluster pattern, bubble pattern. And, vibration was added from both horizontal direction and vertical direction, which leads that the horizontal vibration is important to transport the granular upward of the slope. In addition, it was found that the interaction between granules is derived from the formation of surface patterns by the observation of high speed camera., url

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• 特別研究員奨励費, 2006 - 2008, 06J09777, 粉体系の不可逆な偏析現象と非平衡定常状態における揺らぎの実験的研究, 下川 倫子, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費, 九州大学, 2400000, 2400000, 本年度は研究課題のキーワードにある「粉体の揺らぎ」に焦点を当て、実験を行った。粉体は粉、粒はもちろん、コロイド、磁性流体もその対象である。1、2年目は粉体の代表例であるガラスビーズ、砂糖を使った実験を行った。本年度は特殊な粉体であるコロイド溶液を用い、重力不安定な条件の下、発生する揺らぎが作る構造について調べた。その結果、コーヒーが牛乳界面に作る新しいフラクタルパターンを発見した。コロイド溶液として、身近にある密度の大きいコーヒーと密度の小さい牛乳を用いた。実験方法は、円形容器に牛乳を入れ、放置した後、静止した牛乳表面の中央に0.2mlのコーヒーの滴を静かに置くというものである。初期条件で軽い牛乳の上に重いコーヒーを載せているので、初期的に重力不安定な状態を作っている。そのため、牛乳とコーヒー滴の界面で揺らぎが発生する。実験から得られた主な結果は以下の2つである。
  (1)コーヒー滴を牛乳界面に置くと、滴は表面に沿って拡がり、約70秒後、表面パターンが観察された。画像処理で画像を2値化し、密度相関関数法とボックスカウント法を用いてフラクタル解析を行った結果、べき乗則に従うフラクタルパターンと判明した。フラクタル次元はコーヒー密度に依存せず、表面パターンが消滅する約400秒後まで、一定値1.88±0.06を示した。磁性流体の滴を用いて同様の実験を行い、コーヒーのパターンと一致するフラクタル次元1.88±0.04を得た。
  (2)コーヒーのフラクタルパターンは、密度の大きい表面のコーヒーが鉛直方向に沈み、埋めつくされた空間から面要素がぬけることで形成される。そのため、無限時間の極限でパターン面積は0に収束する。この消滅的性質は数学モデルのシェルピンスキーカーペットと共通している。このモデルの面積が指数関数的に減少することにヒントを得て、コーヒーパターンの輝度を測定し、パターン密度の時間変化を求めた。パターン密度は指数関数的に減少し、その時定数は70秒であり、前に述べたフラクタル解析が可能となる約70秒と一致した。, kaken

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