보고서 정보
주관연구기관 |
서울대학교 Seoul National University |
연구책임자 |
최무영
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2012-02 |
과제시작연도 |
2011 |
주관부처 |
교육과학기술부 |
사업 관리 기관 |
한국연구재단 |
등록번호 |
TRKO201300017928 |
과제고유번호 |
1345145033 |
사업명 |
핵심연구지원사업 |
DB 구축일자 |
2013-08-26
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키워드 |
복잡계.상전이.동역학.정보.생체계.사회계.complex systems.phase transitions.dynamics.information.biological systems.social systems.
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초록
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연구의 목적 및 내용
물리학의 새로운 대상으로 떠오르는 다양한 복잡계의 성질을 이론적 접근을 통해 이해하고, 특히 정보 전달의 관점에서 물질계, 생체계, 사회계를 규명하는 일반적이고 통일된 지식체계를 확립하는 것이 연구의 목적이다. 여러 복잡계 현상을 통계물리학적 접근과 분석을 통해 보편적인 이해를 이끌어 내며, 정보전달의 관점에서 구체적으로 응집물질 및 통계역학계, 세포와 신경계나 조절계 등 생체계, 그리고 교통흐름 등 사회계의 동역학적 성질을 살펴보고, 이를 통해 복잡계 현상의 보편적 이해와 더불어 새로운 응용 가능성을 제
연구의 목적 및 내용
물리학의 새로운 대상으로 떠오르는 다양한 복잡계의 성질을 이론적 접근을 통해 이해하고, 특히 정보 전달의 관점에서 물질계, 생체계, 사회계를 규명하는 일반적이고 통일된 지식체계를 확립하는 것이 연구의 목적이다. 여러 복잡계 현상을 통계물리학적 접근과 분석을 통해 보편적인 이해를 이끌어 내며, 정보전달의 관점에서 구체적으로 응집물질 및 통계역학계, 세포와 신경계나 조절계 등 생체계, 그리고 교통흐름 등 사회계의 동역학적 성질을 살펴보고, 이를 통해 복잡계 현상의 보편적 이해와 더불어 새로운 응용 가능성을 제시하고자 한다.
연구결과
자연에서 널리 존재하는 복잡계 현상을 기술하기 위해 실험 결과를 바탕으로 모형계를 구축하였고 이를 통계역학과 비선형동역학의 이론적 방법과 수치시늉으로 분석하였다. 그 결과로부터 다양한 응집물질, 생체, 사회 현상의 복잡계적 이해를 시도하였다. 구체적으로 결합떨개, 섬유다발, 자라남과 사멸, 물과 이온성 액체, 단백질 분자의 동역학, 기공의 상호작용, 세포주기의 구실, 인슐린 분비와 혈당조절, 신경그물얼개, 그리고 사회복잡계로서 지하철 그물얼개에서 교통흐름의 자료를 이용해서 현상을 기술하는 이론적 모형을 구축하였고 통계역학적 기법을 사용하여 분석하였다. 이러한 결과로부터 보편 이론을 제시하려는 시도로서 정보 교류의 기전을 미리 고찰하였고 이를 적용한 연속대칭 모형계의 동역학을 조사하였다.
연구결과의 활용계획
보편적인 관점을 기반으로 행하여진 연구는 다양한 모습으로 인간을 포함한 자연의 곳곳에서 표출되는 여러 가지 현상들이 개별적이고 단편적이지 않고 전체적인 맥락에서 하나의 틀로 이해할 수 있도록 한다. 이러한 연구를 토대로 우리 몸 안에서 일어나는 여러 가지 현상들, 그리고 사회에서 일어나는 현상들에 대한 근본적인 이해를 얻고 생물물리 및 의학물리, 그리고 사회과학 분야에 활용할 계획이다. 구체적으로 복잡 전자계 연구는 나노과학의 중요한 주제인 초미세구조에서 전자의 수송 현상의 이해에도 기여하며 초소형화하면서 새로운 발전 가능성을 보이고 있는 반도체의 전자기적 성질 이해에 활용될 수 있고, 생체계 연구는 당뇨병의 진단과 치료, 세포 사멸의 진행 과정 이해와 이를 막기 위해 투여한 활성 물질에 의해 세포의 활성이 촉진되는 과정의 이론적 규명, 두뇌의 정보 처리와 관련된 응용에 도움을 줄 것이다. 가장 중요하게 사회계 연구는 적절한 교통계획 수립에 매우 중요하게 활용될 수 있다.
Abstract
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Purpose&contents
The purpose of this study is to explore the cooperative phenomena such as phase transitions and dynamics of complex systems, with emphasis on information exchange. Specifically, investigating complex phenomena in diverse systems,
including physical, biological, and social syst
Purpose&contents
The purpose of this study is to explore the cooperative phenomena such as phase transitions and dynamics of complex systems, with emphasis on information exchange. Specifically, investigating complex phenomena in diverse systems,
including physical, biological, and social systems, we aim to obtain general understanding of complex systems. Established systematic knowledge of universal features is then applied to real biological and social systems, which would deepen
fundamental understanding of characteristic behaviors of general complex systems.
Result
To explore the cooperative phenomena emerging in the various complex systems, we first construct appropriate models on the basis of experimental results available, which are analyzed through the use of theoretical methods of statistical mechanics and nonlinear dynamics. Emphasis is paid on coherence phenomena giving rise to phase transitions and characteristic dynamics, from information perspectives. We have thus probed the mechanism of coherence and associated properties in various complex systems of physics, biology and social science. To mention a few, we have studied such statistical physical systems as coupled oscillators and fiber bundles, growth and death, water and ionic liquids and biological systems including protein dynamics, cell and neuron systems, insulin secretion and glucose regulation, and so on. As social systems, we have studied opinion dynamics as well as transportation systems. Behaviors of these model systems are investigated by means of stochastic equations in nonequilibrium statistical mechanics. As an attempt to understand the complexity in such diverse
systems in terms of a unified framework, we probe the mechanism of information exchange and examine the corresponding dynamics of spin systems.
Expected Contribution
We expect that the present research will attract much theoretical attention and contribute to understanding of complex systems as well as to practical applications in material science, biophysics and medical physics, and social science. In particular, it is expected that our research on biological systems will contribute to understanding the fundamental mechanism of life, related with medical science, in terms of information exchange. For example, our research may reveal the progress of diabetes and thus help to diagnose and treat diabetes. Further, it will also be useful for applications related to the information process in the brain. Above all, our research on social systems is expected to play an important role in transportation planning.
목차 Contents
- 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
- 목차 ... 3
- 연구계획 요약문 ... 4
- 연구결과 요약문 ... 5
- 한글요약문 ... 5
- SUMMARY ... 6
- 연구내용 및 결과 ... 7
- 1. 연구개발과제의개요 ... 7
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 12
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 19
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 21
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 22
- 8. 참고문헌 ... 23
- 9. 연구성과 ... 24
- 10. 기타사항 ... 33
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