한국응용곤충학회 학술대회논문집 세계곤충학회(ICE2012)1주년 기념 공동 심포지엄 및 2013 추계학술발표회 , 신기후변화 시나리오 대응 곤충관리전략 국제심포지엄 (p.30-30)

잠입경계(Immersed Boundary, IB)법을 이용한 예쁜꼬마선충의 행동패턴에 관한 수학적 모델링

키워드 :
예쁜꼬마선충,수학적 모델링,잠입경계법,진행파,행동패턴

초록

예쁜꼬마선충은 흙속에서 살아가는 선충류로서, 성충의 크기는 약 1mm이고 비 교적 단순한 형태를 지닌 다세포생물로 주변 환경에 따라 기어가는 행동과 유영하 는 행동을 보인다. 본 연구에서는 예쁜꼬마선충의 유영하는 행동패턴을 구현하기 위하여 잠입경계(IB)법을 이용하여 비압축성 나비어-스톡스 방정식에 기반한 이 차원 모델을 수립하였다. IB방법은 1972년 C. S. Peskin(뉴욕대학교)이 심장 안의 혈류에 대한 모델링과 시뮬레이션을 하면서 처음 개발한 것으로, 근래에 점성이 있 는 비압축성 유체가 경계구조와의 상호작용에 의해 생기는 문제들을 다루기 위해 서 공학, 생리학, 의학 등의 여러 학문에서 많이 쓰이고 있는 방법이다. IB 방법의 장 점은 주어진 구조에서 생기는 경계조건을 이용하여 움직이는 경계 구조 문제를 해 결하던 방법들과는 달리 이산화 된 디락-델타 함수를 사용하여 구조의 경계조건 없 이 움직이는 경계 구조 문제를 다룰 수 있다는 장점이 있다. 예쁜꼬마선충의 이차원 모델은 등(dorsal)/배(ventral)를 나타내는 얇은 곡선 형태로 구현되었고 각각의 곡 선을 이루고 있는 점들 사이를 훅의 법칙에 기인한 스프링 형태로 연결하여 경계에 탄성력을 부과하였다. 또한 각각의 스프링을 수동적인 성분과 능동적인 성분의 두 가지 형태로 구분하였고, 능동적인 성분의 길이변화에 의해 등/배 근육의 수축성을 부과하였다. 본 연구를 통해 위와 같이 구성된 모델에 어떠한 패턴의 근육 수축을 주어야 선충모델이 전진, 후진, 그리고 코일링 형태의 유영하는 행동패턴이 구현되 는지 알아본다.