(57)【要約】【課題】セルオートマトンの動作を機械的な機構で実現することができるようにする。【解決手段】上面と底面とが開口された正六角柱状の複数のセル１２が、ハニカム状に集積して配置される。各セル１２内に流体が流れると、流体の流れに応じて各回転翼１４が回転すると共に、同一の回転軸１６に固定された、回転角度が所定角度だけずれた一対の回転翼１４が、相互作用で回転する。各セル１２の回転翼１４の回転状態は、複雑に変化し、複数のセル１２において、セルオートマトン的集団現象が発現される。【選択図】図３
2011028391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面と底面とが開口された柱状部材で形成された複数のセル部が集積するように配置されたセル群と、
隣接するセル部の一方から、隣接するセル部の間に存在する前記セル部の側壁を貫通して、前記隣接するセル部の他方まで延びた回転可能な複数の回転軸と、
前記複数の回転軸の各々に対して、前記回転軸が延びる隣接するセル部の各々で前記回転軸に固定して設けられた回転可能な一対の回転翼を複数組備え、前記一対の回転翼の各々の回転角度を所定角度だけずらして設けた回転翼群と、
を含む機械式セルオートマトンシステム。
【請求項２】
前記複数の回転軸を、隣接するセル部の中心軸間を結ぶ方向に沿って設けた請求項１記載の機械式セルオートマトンシステム。
【請求項３】
上面と底面とが開口された柱状部材で形成された複数のセル部からなり、前記セル部内を前記上面及び前記底面において放射状に分割した所定個の分割領域の各々が、他のセル部の異なる分割領域と隣接するように配置されたセル群と、
前記セル部の各分割領域内から、隣接するセル部の間に存在する前記セル部の側壁を貫通して、前記隣接するセル部の隣接する分割領域内まで延びた回転可能な複数の回転軸と、
前記複数の回転軸の各々に対して、前記回転軸が延びる隣接するセル部の隣接する分割領域内の各々で前記回転軸に固定して設けられ、かつ、前記分割領域内で回転可能な一対の回転翼を複数組備え、前記一対の回転翼の各々の回転角度を所定角度だけずらして設けた回転翼群と、
を含む機械式セルオートマトンシステム。
【請求項４】
前記セル群は、前記セル部の中心軸を中心として前記上面及び前記底面において放射状に前記セル部内を等分割した所定個の分割領域の各々が、他のセル部の異なる分割領域と隣接するように配置され、
前記複数の回転軸を、隣接するセル部の中心軸間を結ぶ方向に沿って設けた請求項３記載の機械式セルオートマトンシステム。
【請求項５】
前記セル部は、正ｎ角柱状（ｎは３以上の整数である。）であって、
前記セル部の中心軸と側辺とを結ぶ線で前記セル部内をｎ個の分割領域に等分割した請求項４記載の機械式セルオートマトンシステム。
【請求項６】
前記回転翼は、前記セル部内を流れる流体の流れによって回転すると共に、回転角度に応じて前記セル部内を流れる流体の流量を調整する請求項１〜請求項５の何れか１項記載の機械式セルオートマトンシステム。
【請求項７】
前記セル部は、正六角柱状であって、
前記セル群は、前記複数のセル部をハニカム状に配置した請求項１〜請求項６の何れか１項記載の機械式セルオートマトンシステム。
【請求項８】
前記セル部は、正四角柱状であって、
前記セル群は、前記複数のセル部を正方格子状に配置した請求項１〜請求項６の何れか１項記載の機械式セルオートマトンシステム。
【請求項９】
前記セル部は、正三角柱状であって、
前記セル群は、前記複数のセル部を三角格子状に配置した請求項１〜請求項６の何れか１項記載の機械式セルオートマトンシステム。
【請求項１０】
前記一対の回転翼の各々の回転角度を９０°だけずらして設けた請求項１〜請求項９の何れか１項記載の機械式セルオートマトンシステム。
【請求項１１】
各組の前記一対の回転翼の回転角度を、予め定められた複数種類の角度の何れかだけずらして設けた請求項１〜請求項９の何れか１項記載の機械式セルオートマトンシステム。
【請求項１２】
各組の前記一対の回転翼を、形状又は面積が異なる複数種類の回転翼の何れかとした請求項１〜請求項１１の何れか１項記載の機械式セルオートマトンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セル群の各セルが、セルオートマトンの挙動で動作する機械式セルオートマトンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、比較的単純な一定の相互作用あるいは相互関係を持ちながら隣接するセルが挙動するときの、セルの集合体の集団挙動を、解析及び検討するための数学モデルとして、セルオートマトンが知られている。
【０００３】
セルオートマトンについては、主にコンピュータ上で研究されており、コンピュータ上のプログラムや計算モデルに関するものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
さらに、セルオートマトンのコンピュータモデルを、実際の電気回路（集積回路）による信号処理回路としてハード的に実現したものが知られている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−４１６３０号公報
【特許文献２】特開２００６−７２８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２に記載の技術では、実際にセルオートマトン動作をするのは電気信号であり、電気信号の動作結果や集団挙動は、何らかの表示装置（ランプの点滅など）やディスプレイのようなインターフェースを通じてしか、知ることが出来なかった。また、セルオートマトンの動作を機械的な機構で実現した例が無かった。
【０００７】
本発明は、セルオートマトンの動作を機械的な機構で実現することができる機械式セルオートマトンシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために第１の発明に係る機械式セルオートマトンシステムは、上面と底面とが開口された柱状部材で形成された複数のセル部が集積するように配置されたセル群と、隣接するセル部の一方から、隣接するセル部の間に存在する前記セル部の側壁を貫通して、前記隣接するセル部の他方まで延びた回転可能な複数の回転軸と、前記複数の回転軸の各々に対して、前記回転軸が延びる隣接するセル部の各々で前記回転軸に固定して設けられた回転可能な一対の回転翼を複数組備え、前記一対の回転翼の各々の回転角度を所定角度だけずらして設けた回転翼群と、を含んで構成されている。
【０００９】
第２の発明に係る機械式セルオートマトンシステムは、上面と底面とが開口された柱状部材で形成された複数のセル部からなり、前記セル部内を前記上面及び前記底面において放射状に等分割した所定個の分割領域の各々が、他のセル部の異なる分割領域と隣接するように配置されたセル群と、前記セル部の各分割領域内から、隣接するセル部の間に存在する前記セル部の側壁を貫通して、前記隣接するセル部の隣接する分割領域内まで延びた回転可能な複数の回転軸と、前記複数の回転軸の各々に対して、前記回転軸が延びる隣接するセル部の隣接する分割領域内の各々で前記回転軸に固定して設けられ、かつ、前記分割領域内で回転可能な一対の回転翼を複数組備え、前記一対の回転翼の各々の回転角度を所定角度だけずらして設けた回転翼群と、を含んで構成されている。
【００１０】
第１の発明及び第２の発明に係る機械式セルオートマトンシステムによれば、セル群の各セル部内に流体が流れると、流体の流れに応じて各回転翼が回転すると共に、同一の回転軸に固定された、回転角度が所定角度だけずれた一対の回転翼が相互作用で回転する。このとき、各セル部の回転翼の回転状態は、複雑に変化し、セルオートマトン的集団現象を発現する。
【００１１】
このように、セルオートマトンの動作を機械的な機構で実現することができる。
【００１２】
第１の発明の複数の回転軸を、隣接するセル部の中心軸間を結ぶ方向に沿って設けることができる。
【００１３】
第２の発明のセル群は、セル部の中心軸を中心として上面及び底面において放射状にセル部内を等分割した所定個の分割領域の各々が、他のセル部の異なる分割領域と隣接するように配置され、複数の回転軸を、隣接するセル部の中心軸間を結ぶ方向に沿って設けることができる。
【００１４】
第２の発明のセル部は、正ｎ角柱状（ｎは３以上の整数である。）であって、セル部の中心軸と側辺とを結ぶ線でセル部内をｎ個の分割領域に等分割することができる。
【００１５】
第１の発明及び第２の発明の回転翼は、セル部内を流れる流体の流れによって回転すると共に、回転角度に応じてセル部内を流れる流体の流量を調整することができる。これによって、流体の流量を調整するシステムとして用いることができる。
【００１６】
第１の発明及び第２の発明のセル部は、正六角柱状であって、セル群は、複数のセル部をハニカム状に配置することができる。
【００１７】
第１の発明及び第２の発明のセル部は、正四角柱状であって、セル群は、複数のセル部を正方格子状に配置することができる。
【００１８】
第１の発明及び第２の発明のセル部は、正三角柱状であって、セル群は、複数のセル部を三角格子状に配置することができる。
【００１９】
また、上記の機械式セルオートマトンシステムにおいて、一対の回転翼の各々の回転角度を９０°だけずらして設けることができる。
【００２０】
上記の機械式セルオートマトンシステムにおいて、各組の一対の回転翼の回転角度を、予め定められた複数種類の角度の何れかだけずらして設けることができる。
【００２１】
上記の機械式セルオートマトンシステムにおいて、各組の一対の回転翼を、形状又は面積が異なる複数種類の回転翼の何れかとすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明の機械式セルオートマトンシステムによれば、セルオートマトンの動作を機械的な機構で実現することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステムのセルの配置を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステムのセルの配置を示す上面図である。
【図３】セルに設けられた回転翼及び回転軸の構成を示す斜視図である。
【図４】セルに設けられた回転翼及び回転軸の構成を示す上面図である。
【図５】回転軸に取り付けられた一対の回転翼の回転角度の関係を示す図である。
【図６】回転軸に取り付けられた一対の回転翼の回転角度の関係を示す図である。
【図７】気流が各セルに流れたときの各セルの様子を示す斜視図である。
【図８】（Ａ）回転翼を過ぎる流れにより回転翼に働く力を説明するための図、及び（Ｂ）進入する気流の流れ方向に対して、回転翼の面方向が直角になった場合を示す図である。
【図９】気流が各セルに流れたときの各セルの様子を示す斜視図である。
【図１０】回転翼の状態により各セルが表わすパターンが、対象性のよいパターンであるときの各セルの様子を示す上面図である。
【図１１】回転翼の状態により各セルが表わすパターンが、少し対象性を乱したパターンであるときの各セルの様子を示す上面図である。
【図１２】シミュレーションにおけるセルの相互作用のルールを説明するための図である。
【図１３Ａ】各段階のシミュレーション結果を示す図である。
【図１３Ｂ】各段階のシミュレーション結果を示す図である。
【図１３Ｃ】各段階のシミュレーション結果を示す図である。
【図１４】シミュレーションにおける透過率の時間推移を示すグラフである。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステムのセルの配置を示す上面図である。
【図１６】セルに設けられた回転翼及び回転軸の構成を示す上面図である。
【図１７】回転翼の状態により各セルが表わすパターンの例を示す上面図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステムのセルの配置を示す上面図である。
【図１９】セルに設けられた回転翼及び回転軸の構成を示す上面図である。
【図２０】回転翼の状態により各セルが表わすパターンの例を示す上面図である。
【図２１】本発明の第４の実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステムのセルの配置を示す上面図である。
【図２２】セルに設けられた回転翼及び回転軸の構成を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、セル群に流れる流体の流量を調整する機械式セルオートマトンシステムに、本発明を適用した場合を例に説明する。
【００２５】
図１、図２に示すように、第１の実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステム１０は、高さＨ、幅Ｗの長方形の６枚の側壁１２Ａで形成され、上面と底面とが開口された正六角柱状のセル（構成要素）１２を複数備えている。機械式セルオートマトンシステム１０では、セル１２の集積からなるハニカム構造が形成されるように、複数のセル１２が配置されている。なお、複数のセル１２が、本発明のセル群に対応している。
【００２６】
また、図３、図４に示すように、各セル１２では、セル１２の中心軸と側辺とを結ぶ線で、上面及び底面において放射状にセル１２内を等分割した６個の分割領域１２Ｂ内の各々に、分割領域１２Ｂ内で回転可能な回転翼１４が設けられている。
【００２７】
なお、複数のセル１２がハニカム構造で配置されていることにより、セル１２内の分割領域１２Ｂの各々は、側壁１２Ａの各々を挟んで、他のセル１２の異なる分割領域１２Ｂと隣接している。
【００２８】
隣接するセル１２間で隣接する分割領域１２Ｂの一方から、隣接するセル１２の間に存在する側壁１２Ａを貫通して、他方の分割領域１２Ｂ内まで延び、かつ、隣接するセル１２の中心軸間を結ぶ方向に沿って延びる、回転可能な回転軸１６が設けられている。
【００２９】
隣接するセル１２間で隣接する分割領域１２Ｂ内の回転翼１４は、同じ回転軸１６に固定されており、回転軸１６に固定された２つの回転翼１４が、相互作用して回転するように構成されている。
【００３０】
各セル１２の内側から見て、各側壁１２Ａの長方形の左下隅から幅Ｗ／２、高さｈ（Ｈ＞ｈ）の位置で、側壁１２Ａに対して垂直に貫通するように、回転軸１６が複数設けられている。また、図４に示すように、回転軸１６は、各セル１２の中心軸までの距離がΔである位置に、両端が位置しており（Ｗ＞（２／√３）Δ）、回転軸１６の長さは（√３・Ｗ／２−Δ）・２である。
【００３１】
また、回転翼１４の形状は、正三角形である。回転翼１４の一辺の長さの上限は、回転翼１４と側壁１２Ａとの間に隙間を設けないでよいとすれば、例えば（√３・Ｗ／２−Δ）・２／√３である。この場合、回転翼１４と、同じセル１２内の隣接する分割領域１２Ｂとの距離は、Δ／２である。これと同じ間隔を、セル１２の側壁１２Ａとの間にも設けた場合には、回転翼１４の一辺の長さの上限が（√３・Ｗ／２−Δ−Δ／２）・２／√３となる。
【００３２】
図５に示すように、同じ回転軸１６に固定された１対の回転翼１４の回転角度が、所定角度ずれるように、一対の回転翼１４が回転軸１６に取り付けられている。複数の回転軸１６に対して、一対の回転翼１４が複数組取り付けられている。本実施の形態では、図６に示すように、同じ回転軸１６に固定された１対の回転翼１４の回転角度が、９０°ずれるように設けられている。また、この回転角度の関係は、一対の回転翼１４の各ペアにおいて共通である。なお、複数組の一対の回転翼１４は、本発明の回転翼群に対応している。
【００３３】
各セル１２の内部に、上面及び底面の一方から他方へ流体（例えば気体）が流れるときに、流体の流れに応じて、セル１２内の回転翼１４が回転すると共に、回転翼１４の回転角度に応じて、流体の流量を調整する。例えば、回転翼１４の面方向（面と水平な方向）が、流体が流れる方向に対して垂直である場合には、流体の流れを抑制するため、流体の流量を減少させる。一方、回転翼１４の面方向が、流体が流れる方向に対して平行である場合には、流体の流れを抑制しないため、流体の流量を増加させる。
【００３４】
ここで、セルオートマトンについて説明する。もともとセルオートマトンとは、比較的単純な一定の相互作用あるいは相互関係を持ちながら隣接するセルが挙動するときの、セルの集合体の集団挙動を、解析及び検討するための数学モデルである。比較的単純なモデルであるにも関わらず、生命現象や結晶成長、乱流のような複雑な自然現象の本質をよく再現し、さらに非常に多様な結果を予測してくれる。
【００３５】
また、セルオートマトン的な集団挙動として、定常状態、振動、カオス、分枝などの複雑な挙動を示すことが予測され、予測を超えた挙動を示す場合もある。
【００３６】
本実施の形態では、機械式セルオートマトンシステム１０によって、上記のセルオートマトン的な集団挙動を、機械的な機構で実現する。
【００３７】
次に、本実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステム１０の作用について説明する。
【００３８】
あるセル１２に注目して説明する。６つの回転軸１６が６つの側壁１２Ａを貫通して設けられている正六角柱の注目のセル１２について、底面側から上面側へ気流が通過するとする。各回転軸１６に固定された正三角形の回転翼１４は、回転翼１４を過ぎる流れにより回転翼１４に働く力に従い、進入する気流の流れ方向に対して、面方向が直角になるように回転する（図７の中央のセル１２参照）。
【００３９】
ここで、図８（Ａ）に示すように、点Ｏが回転軸と紙面（図８（Ａ）の紙面）の交わる点、点Ａ、Ｂが回転翼の両端と紙面との交わる点、点Ｄが直線ＯＡの中点とする。直線ＡＢの長さを４ａとすると、図８（Ｂ）の直線ＡＢに対して角度αだけ異なる方向から密度ρ、速度Ｕの流れがある場合、紙面垂直方向の単位長さ当たり
Ｌ＝π・ρ・Ｕ２・４ａ・ｓｉｎα
の揚力が、図８（Ａ）のように点Ｄを作用点として流れと直角方向に働く。このときのモーメントは、
Ｍｓ＝−Ｌ・ａ・ｃｏｓα
である。これにより、回転翼は回転し、図８（Ｂ）に示すように、α＝９０°でモーメントはゼロになる。すなわち、回転翼は、流れに対して垂直になろうとする。
【００４０】
この回転によって、回転軸１６を共有する隣接するセル１２内の回転翼１４は、注目のセル１２の回転翼１４との間の予め設定された角度関係（９０°のずれ）に従って回転させられる（図７の周辺のセル１２参照）。注目のセル１２で全ての回転翼１４の面方向が、気流の方向に対して垂直な向きをとると、注目のセル１２の気流に対するコンダクタンスは大幅に減少する。
【００４１】
例えば、図７に示すように、中央のセル１２の回転翼１４がすべて閉状態（気流の流れ方向に対して面方向が直角になる状態）になると共に、回転軸１６を共用している、周辺のセル１２の対応する回転翼１４は、開状態（気流の流れ方向に対して面方向が平行になる状態）になる。
【００４２】
次に、注目のセル１２のみならず、隣接するセル１２にも、さらに、その隣接するセル１２に隣接するセル１２にも、気流が均一に供給される場合を考える。各セル１２に設置された回転翼１４の各々が、回転翼１４を過ぎる流れにより回転翼１４に働く力に従って、気流の方向に対して面方向が垂直の向きになるように回転し、セル１２の気流に対するコンダクタンスを低下させようとする。しかし、各セル１２のこのような気流に対する遮断的振る舞いは、成立しない。なぜならば、同一の回転軸１６に固定された相隣り合う回転翼１４は、予め定められた角度関係（９０°のずれ）が固定されているからである。より正確には、同じ回転軸１６に固定された一対の相隣り合う回転翼１４が、回転翼１４が設けられている隣接する２つのセル１２の気流に対する遮断状況の影響をうけながら回転する。これによって、各セル１２の気流の遮断状況は、時間的に複雑に変化する。
【００４３】
複雑に変化する過程では、例えば、図９に示すように、中央のセル１２の回転翼１４がすべて開状態になると共に、回転軸１６を共用している周辺のセル１２の対応する回転翼１４が、閉状態になる。
【００４４】
上記のように、各セル１２が、隣接するセル１２と、「回転軸１６を共有し、一定の角度関係で、この共有する回転軸１６に固定された回転翼１４をもつ」という機械的な最隣接セル間の相互作用により関係づけられている。より具体的な例を挙げると、回転軸１６を共有する２つの回転翼１４の回転角度のずれが直角である場合、１つのセル１２を通過する気流によって、回転翼１４には面方向が気流と直角になるような力が働き、このセル１２の気流に対するコンダクタンスを減少させる。これに伴い、回転軸１６を共有する隣接セル１２の回転翼１４は、面方向が気流と平行な方向となるように回転し、この隣接セル１２の気流に対するコンダクタンスを増加させる。このように、単純な隣接間の相互作用により、多数のセル１２のコンダクタンスが複雑に変化することにより、機械式セルオートマトンシステム１０の複数のセル１２において、セルオートマトン的な集団現象が発現される。
【００４５】
単純な隣接間の相互作用により、多数のセル１２のコンダクタンスが変化する過程の中で、例えば、図１０に示すように、回転翼１４の開閉の作るパターンが対称性のよいパターンとなる場合が実現されたり、図１１に示すように、図１０の場合より、少し対称性を乱したパターンが実現されたりする。なお、図１０、１１では、グレー部分の回転翼１４が閉状態を表し、白い部分の回転翼１４が開状態を表わしている。
【００４６】
次に、機械式セルオートマトンシステム１０のシミュレーション結果について説明する。いまこのシステムが、配管の途中に設けられているとする。注目するセルＡが気流に反応して、六枚の回転翼が閉の状態になっているとする。ひとつの隣接するセルＢでは、このとき、少なくとも１枚は、開の状態になっているはずであり、セルＢの他の５枚の開転翼が、閉の状態であったとすると、セルＢを通過する気流は、この１枚の開になっている回転翼に集中し、強い力で閉にしようとする。これは、セルＡを開にしようとする。もし、このときセルＡの他の５枚の回転翼が閉の状態であれば、セルＡとセルＢは、拮抗する力で反対の動きをしようする。しかし、セルＡの他の５枚の回転翼の１枚が、その隣接する別のセルＣの影響で開になったとすると、セルＡの半開状態の回転翼のまわりを吹き抜ける気流は、セルＢの半開状態の１枚の回転翼を通過する気流より弱くなるため、セルＡの回転翼は全開状態となりセルＢの半開状態の回転翼は閉となる。このように、各回転翼の６枚の回転翼の開閉の動作は、多くのセルの連関動によって決まるため、複雑な動きをする。この複雑な動きについては、もはや計算機によるシミュレーションを実施しないと記述が難しい。そこで、各セルの回転翼１枚１枚について考慮していないが、セルの開閉の状態を以下のように定義した例を用いてシミュレーションを行った。
【００４７】
図１２に示すように、隣接する３個以上のセルが開状態であれば、中心のセルを開状態とし、隣接する２個以下のセルが開状態であれば、中心のセルを閉状態と定義する。
【００４８】
エネルギー流に対して透過、遮断機能を持つミクロな構造単位の単純な隣接間相互作用により、集団としてのエネルギー透過率が、自律的に変調する「セルオートマトン型エネルギーフィルタ」の機能動作イメージを、計算機モデルでシミュレーションした。図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃに時間発展の各段階のスナップショットを示す。また、これに伴う集団としての透過率の時間推移を図１４に示す。このように、全体としてのコンダクタンスは複雑に変化することがわかった。
【００４９】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステムによれば、セルの集合体における隣接セルに設けられた回転翼の相互作用によって、セルオートマトンの動作を機械的な機構で実現することができる。
【００５０】
また、各セルは流体の通過する流路を構成し、一定の相互作用を持つ隣接セルが多数存在することにより、機械式セルオートマトンシステムは、全体として流路の制御を行うことができる。多数のセルの集団挙動として、流量全体が振動したり、ランダムになったりして、コンピュータ上でのセルオートマトン挙動と類似の挙動を示す。
【００５１】
また、セルオートマトン的集団現象がハード的に実現され、工学応用の端緒となる。元来、セルオートマトン的な集団挙動は、定常状態、振動、カオス、分枝などの複雑な挙動を示すことが予測され、予測を超えた挙動手段を示す場合があり、有用な挙動が発現するかどうかは不明であったが、本実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステムにより、セルオートマトン挙動をハード的に研究する手段が提供される。
【００５２】
また、機械式セルオートマトンシステムを屋外に設置し、自然風で複雑な挙動を示すモニュメントオブジェとして構成することもできる。この場合、セルオートマトンによる集団現象が、複雑な現象であることは、メリットになる。例えば、人は焚き火などの炎を眺めていると、やすらぎを感じるといわれる。川の流れや、海岸の打ち寄せる波にも同様な心理作用が働くといわれる。そこで、大きなモニュメントとして建造すると、風の流れによって複雑な挙動を示し、動く建造物として訴求性のある建築物ができる。また、大きな建造物でなくとも、動くモニュメント、広告塔、科学おもちゃ等として構成することもできる。
【００５３】
本実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステムでは、一般に特定条件領域において自律振動動作をするため、本システムを配管中に設置して、適切な自律振動条件を実現することにより、定常流を脈流に変換する装置として機能させることができる。脈流の周期は、定常流の流量に依存すると予測されるので、発生する脈流から、音や機械信号、電気信号等を取り出せば、流量の変化に敏感なモニタリングが行うことができる。
【００５４】
また、定常流から脈流への変換だけでなく、定常流に応じて、自律的な遮断や復活が行なわれるため、本実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステムをセルオートマトン型エネルギーフィルタとして用いることにより、エネルギーフローの自動調節弁や、快適なエネルギーフロー揺らぎを作り出すことができる。
【００５５】
なお、上記の実施の形態では、回転翼の形状が正三角形である場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、隣接するセルに挟まれた側壁の両側において、一辺の長さＷの正三角形を上面及び底面とする正三角柱状の分割領域の内部に納まる形状であれば、回転翼の形状は、他の形状であってもよい。なお、この場合、回転軸を共有する回転翼については、回転翼の形状及び面積を同一にする必要がある。
【００５６】
また、回転軸を共有する一対の回転翼の回転角度のずれが９０°である場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、９０°以外の所定角度ずれるように、一対の回転翼を回転軸に取り付けてもよい。これによって、他のバリエーションのセルオートマトン動作を実現することができる。
【００５７】
次に、第２の実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステムについて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００５８】
第２の実施の形態では、セルの形状が四角柱となっており、セルが正方格子状に配置されている点が、第１の実施の形態と異なっている。
【００５９】
図１５に示すように、第２の実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステム２１０は、高さＨ、幅Ｗの長方形の４枚の側壁２１２Ａで形成され、上面と底面とが開口された正四角柱状のセル（構成要素）２１２を複数備えている。複数のセル２１２は、正方格子状に集積されて配置されている。
【００６０】
また、図１６に示すように、各セル２１２では、セル２１２の中心軸と側辺とを結ぶ線で、上面及び底面において放射状にセル２１２内を等分割した４個の分割領域２１２Ｂ内の各々に、分割領域２１２Ｂ内で回転可能な回転翼２１４が設けられている。
【００６１】
なお、正四角柱のセル２１２が正方格子状で集積して配置されていることにより、セル２１２内の分割領域２１２Ｂの各々は、側壁２１２Ａを介して、他のセル２１２の異なる分割領域２１２Ｂと隣接している。
【００６２】
隣接するセル２１２間で隣接する分割領域２１２Ｂの一方から、隣接するセル２１２の間に存在する側壁２１２Ａを貫通して、他方の分割領域２１２Ｂ内まで延び、かつ、隣接するセル２１２の中心軸間を結ぶ方向に沿って延びる、回転可能な回転軸２１６が設けられている。
【００６３】
隣接するセル２１２間で隣接する分割領域２１２Ｂ内の回転翼２１４は、同じ回転軸２１６に固定されており、回転軸２１６に固定された２つの回転翼２１４が、相互作用して回転するように構成されている。
【００６４】
各セル２１２の内側から見て、各側壁２１２Ａの長方形の左下隅から幅Ｗ／２、高さｈ（Ｈ＞ｈ）の位置で、側壁２１２Ａに対して垂直に貫通するように、回転軸２１６が設けられている。また、図１６に示すように、回転軸２１６は、各セル２１２の中心軸までの距離がΔである位置に、両端が位置しており（Ｗ＞２Δ）、回転軸２１６の長さは（Ｗ／２−Δ−Δ／√２）・√２である。
【００６５】
また、回転翼２１４の形状は、直角二等辺三角形である。回転翼２１４の二つの等辺の長さの上限は、回転翼２１４と側壁２１２Ａとの間に隙間を設けないでよいとすれば、（Ｗ／２−Δ）・√２である。回転翼２１４と同じセル２１２内の隣接する分割領域２１２Ｂとの距離は、この場合Δ／√２になる。これと同じ間隔を、セル２１２の側壁２１２Ａとの間にも設けた場合には、回転翼２１４の一辺の長さの上限が（Ｗ／２−Δ−Δ／２）√２となる。
【００６６】
同じ回転軸２１６に固定された１対の回転翼２１４の回転角度が、所定角度（例えば９０°）ずれるように、一対の回転翼２１４が回転軸２１６に取り付けられている。この回転角度の関係は、一対の回転翼２１４の各ペアにおいて共通である。
【００６７】
例えば、図１７に示すように、中央のセル２１２の回転翼２１４がすべて閉状態になる場合には、回転軸２１６を共用している、周辺のセル２１２の回転翼２１４は、開状態になる。
【００６８】
なお、第２の実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステムの他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６９】
このように、正四角柱のセルの集合体における隣接セルに設けられた回転翼の相互作用によって、セルオートマトンの動作を機械的な機構で実現することができる。
【００７０】
なお、上記の実施の形態では、回転翼の形状が直角二等辺三角形である場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、隣接するセルに挟まれた側壁の両側において、等辺の長さＷ／√２の直角二等辺三角形を上面及び底面とする三角柱状の分割領域の内部に納まる形状であれば、回転翼の形状は他の形状であってもよい。なお、この場合、回転軸を共有する回転翼については、形状及び面積を同一にする必要がある。
【００７１】
次に、第３の実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステムについて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００７２】
第３の実施の形態では、セルの形状が三角柱となっており、セルが三角格子状に配置されている点が、第１の実施の形態と異なっている。
【００７３】
図１８に示すように、第３の実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステム３１０は、高さＨ、幅Ｗの長方形の３枚の側壁３１２Ａで形成され、上面と底面とが開口された正三角柱状のセル（構成要素）３１２を複数備えている。複数のセル３１２は、三角格子状に集積されて配置されている。
【００７４】
また、図１９に示すように、各セル３１２では、セル３１２の中心軸と側辺とを結ぶ線で、上面及び底面において放射状にセル３１２内を等分割した３個の分割領域３１２Ｂ内の各々に、分割領域３１２Ｂ内で回転可能な回転翼３１４が設けられている。
【００７５】
なお、正三角柱のセル３１２が三角格子状で配置されていることにより、セル３１２内の分割領域３１２Ｂの各々は、側壁３１２Ａの各々を介して、他のセル３１２の異なる分割領域３１２Ｂと隣接している。
【００７６】
隣接するセル３１２間で隣接する分割領域３１２Ｂの一方から、隣接するセル３１２の間に存在する側壁３１２Ａを貫通して、他方の分割領域３１２Ｂ内まで延び、かつ、隣接するセル３１２の中心軸間を結ぶ方向に沿って延びる、回転可能な回転軸３１６が設けられている。
【００７７】
隣接するセル３１２間で隣接する分割領域３１２Ｂ内の回転翼３１４は、同じ回転軸３１６に固定されており、回転軸３１６に固定された２つの回転翼３１４が、相互作用して回転するように構成されている。
【００７８】
各セル３１２の内側から見て、各側壁３１２Ａの長方形の左下隅から幅Ｗ／２、高さｈ（Ｈ＞ｈ）の位置で、側壁３１２Ａに対して垂直に貫通するように、回転軸３１６が設けられている。また、図１９に示すように、回転軸３１６は、各セル３１２の中心軸までの距離がΔである位置に、両端が位置しており（Ｗ／２√３＞Δ）、回転軸３１６の長さは（√３・Ｗ／６−Δ）・２である。
【００７９】
また、回転翼３１４の形状は、二等辺三角形である。ｃｏｓ（π／６）＝√３／２なので、回転翼３１４の二つの等辺の長さの上限は、例えば、回転翼３１４と側壁３１２Ａとの間に隙間を設けないでよいとすれば、（Ｗ／２／√３−Δ）・２である。この場合、回転翼３１４と、同じセル３１２内の隣接する分割領域３１２Ｂとの距離は、√３Δ／２である。これと同じ間隔を、セル３１２の側壁３１２Ａとの間にも設けた場合には、回転翼３１４の一辺の長さの上限が（Ｗ／２／√３−Δ−√３Δ／２）・２＝（Ｗ／√３−Δ−√３Δ）となる。また、回転翼３１４の形状の二等辺三角形の頂角が２π／３である。
【００８０】
同じ回転軸３１６に固定された１対の回転翼３１４の回転角度が、所定角度（例えば９０°）ずれるように、一対の回転翼３１４が回転軸３１６に取り付けられている。この回転角度の関係は、一対の回転翼３１４の各ペアにおいて共通である。
【００８１】
例えば、図２０に示すように、２段目中央のセル３１２の回転翼３１４がすべて閉状態になる場合には、回転軸３１６を共用している周辺のセル３１２の対応する回転翼３１４は、開状態になる。
【００８２】
なお、第３の実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステムの他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００８３】
このように、正三角柱のセルの集合体における隣接セルに設けられた回転翼の相互作用によって、セルオートマトンの動作を機械的な機構で実現することができる。
【００８４】
なお、上記の実施の形態では、回転翼の形状が、頂角２π／３の二等辺三角形である場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、隣接するセルに挟まれた側壁の両側において、頂角２π／３、等辺の長さＷ／√３の二等辺三角形を上面及び底面とする三角柱状の分割領域の内部に納まる形状であれば、回転翼の形状は他の形状であってもよい。なお、この場合、回転軸を共有する回転翼については、形状及び面積を同一にする必要がある。
【００８５】
また、上記の第１の実施の形態〜第３の実施の形態では、セルの形状が、正六角柱、正四角柱、又は正三角柱である場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、柱状であれば、他の形状であってもよい。例えば、円柱状のセルを多数集積して配置してもよい。
【００８６】
次に、第４の実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステムについて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００８７】
第４の実施の形態では、セルの形状が、底面の形状を長方形とする四角柱となっており、セル内の分割領域が、等分割された領域でない点が、第１の実施の形態と主に異なっている。
【００８８】
図２１に示すように、第４の実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステム４１０は、高さＨ、幅Ｗ１の長方形の２枚の側壁４１２Ａ及び高さＨ、幅Ｗ２の長方形の２枚の側壁４１２Ｂで形成され、形状を長方形とした上面と底面とが開口された四角柱状のセル（構成要素）４１２を複数備えている。複数のセル４１２は、格子状に集積されて配置されている。
【００８９】
また、図２２に示すように、各セル４１２では、セル４１２の中心軸と側辺とを結ぶ線で、上面及び底面において放射状にセル４１２内を分割した４個の分割領域４１２Ｃ内の各々に、分割領域４１２Ｃ内で回転可能な回転翼４１４Ａ、４１４Ｂが設けられている。
【００９０】
なお、四角柱のセル４１２が格子状で集積して配置されていることにより、セル４１２内の分割領域４１２Ｃの各々は、側壁４１２Ａ又は４１２Ｂを介して、他のセル４１２の異なる分割領域４１２Ｃであって、かつ、同じ形状の分割領域４１２Ｃと隣接している。
【００９１】
隣接するセル４１２間で隣接する分割領域４１２Ｃの一方から、隣接するセル４１２の間に存在する側壁４１２Ａを貫通して、他方の分割領域４１２Ｃ内まで延び、かつ、隣接するセル４１２の中心軸間を結ぶ方向に沿って延びる、回転可能な回転軸４１６Ａが設けられている。また、隣接するセル４１２間で隣接する分割領域４１２Ｃの一方から、隣接するセル４１２の間に存在する側壁４１２Ｂを貫通して、他方の分割領域４１２Ｃ内まで延び、かつ、隣接するセル４１２の中心軸間を結ぶ方向に沿って延びる、回転可能な回転軸４１６Ｂが設けられている。
【００９２】
側壁４１２Ａを解して隣接するセル４１２間で隣接する分割領域４１２Ｃ内の回転翼４１４Ａは、同じ回転軸４１６Ａに固定されており、回転軸４１６Ａに固定された２つの回転翼４１４Ａが、相互作用して回転するように構成されている。また、側壁４１２Ｂを解して隣接するセル４１２間で隣接する分割領域４１２Ｃ内の回転翼４１４Ｂは、同じ回転軸４１６Ｂに固定されており、回転軸４１６Ｂに固定された２つの回転翼４１４Ｂが、相互作用して回転するように構成されている。また、回転翼４１４Ａと回転翼４１４Ｂとは、形状及び面積が異なっている。一方、回転軸４１６Ａを共有する回転翼４１４Ａは、形状及び面積が同一であり、また、回転軸４１６Ｂを共有する回転翼４１４Ｂは、形状及び面積が同一である。
【００９３】
なお、第４の実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステムの他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００９４】
次に、第５の実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステムについて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００９５】
第５の実施の形態では、回転軸を共有する回転翼の角度関係が、複数種類の角度関係となるように構成されている点が、第１の実施の形態と異なっている。
【００９６】
第５の実施の形態では、１つのセル１２に設けられた６つの回転軸１６のうちの一部の回転軸１６（例えば、２つ、あるいは３つの回転軸１６）について、当該回転軸１６を共有する回転翼１４の角度関係が、平行な角度関係となるように構成し、残りの回転軸１６について、当該回転軸１６を共有する回転翼１４の角度関係が、直交する関係となるよう構成する。
【００９７】
回転軸１６を共有し、かつ、直交する角度関係を有する２つの回転翼１４により、あるセル１２が、気流に対して全開の状態となれば、隣接するセル１２には、コンダクタンスを低下させるような影響を与えるため、負帰還的な作用が働く。一方、回転軸１６を共有し、かつ、平行な角度関係を有する２つの回転翼１４により、あるセル１２が、気流に対して全開の状態となれば、隣接するセル１２にも、コンダクタンスを増加させるような影響を与えるため、正帰還的な作用が働く。この負帰還的な作用と、正帰還的な作用との微妙なバランスによって、多数のセル１２のコンダクタンスが複雑に変化し、機械式セルオートマトンシステム１０の複数のセル１２において、セルオートマトン的な集団現象が発現される。
【００９８】
なお、第５の実施の形態に係る機械式セルオートマトンシステムの他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００９９】
なお、上記の第１の実施の形態〜第５の実施の形態では、回転軸が、セルの中心軸間を結ぶ方向に沿って設けられた場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、正ｎ角柱以外の形状をした柱状のセル内を、上面及び底面において放射状に分割し、側壁を貫通して隣接するセルの隣接する分割領域内を通るように回転軸を設ければよい。また、隣接するセルの隣接する分割領域の各々において、当該分割領域内で回転可能な回転翼を、回転軸を共有して設ければよい。
【０１００】
また、セルの形状が、中心軸を定義できないような形状である場合には、上面及び底面の重心を結んだ重心軸を代用すればよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１０、２１０、３１０、４１０  機械式セルオートマトンシステム
１２、２１２、３１２、４１２  セル
１２Ａ、２１２Ａ、３１２Ａ、４１２Ａ、４１２Ｂ  側壁
１２Ｂ、２１２Ｂ、３１２Ｂ、４１２Ｃ  分割領域
１４、２１４、３１４、４１４Ａ、４１４Ｂ  回転翼
１６、２１６、３１６、４１６Ａ、４１６Ｂ  回転軸
【図１】
2011028391.tif 000003
【図２】
2011028391.tif 000004
【図３】
2011028391.tif 000005
【図４】
2011028391.tif 000006
【図５】
2011028391.tif 000007
【図６】
2011028391.tif 000008
【図７】
2011028391.tif 000009
【図８】
2011028391.tif 000010
【図９】
2011028391.tif 000011
【図１０】
2011028391.tif 000012
【図１１】
2011028391.tif 000013
【図１２】
2011028391.tif 000014
【図１３Ａ】
2011028391.tif 000015
【図１３Ｂ】
2011028391.tif 000016
【図１３Ｃ】
2011028391.tif 000017
【図１４】
2011028391.tif 000018
【図１５】
2011028391.tif 000019
【図１６】
2011028391.tif 000020
【図１７】
2011028391.tif 000021
【図１８】
2011028391.tif 000022
【図１９】
2011028391.tif 000023
【図２０】
2011028391.tif 000024
【図２１】
2011028391.tif 000025
【図２２】
2011028391.tif 000026