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表面張力を利用した水上微小磯械の研究

Research Project

Project/Area Number 17656086
Research Category

Grant-in-Aid for Exploratory Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Intelligent mechanics/Mechanical systems
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

河内 啓二  The University of Tokyo, 大学院・工学系研究科, 教授 (60143400)

Project Period (FY) 2005 – 2007
Project Status Completed (Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Fiscal Year 2007: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
Fiscal Year 2006: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2005: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords表面張力 / 微小機械 / 設計指計 / 推進力 / 設計指針 / 効率 / 水面歩行 / 回流水槽
Research Abstract

これまでに得た水槽実験のデータをまとめて、以下の結論を得た。
1)水面に浮上する微小物体に働く上下方向の流体力は、浮力と表面張力そのものによる力の他に、水面の変形によって生ずる静圧による力がある。このため主に浮力のみによる、完全に水没した物体(没水体)に比較して、はるかに有利である。
2)1)の流体力は、角柱のように角のある物体が、円柱のように角のない物体より、流体力の大きさも上下の安定条件も優れている。
3)水面に浮上する微小物体に働く水平方向の流体力は、相対速度があると水面が物体の前後で非対称形になるため、表面張力や静圧に起因した、それぞれの抗力成分が発生する。しかし、発生する全抗力は全ての成分を考慮しても、完全に水没した物体と比較すると、定量的にやや少ない。従って微小機械の前進力として、水面に浮上する微小物体に働く水平方向の流体力を使用することは、没水体に働く水平方向の流体力を使用するより有利ではない。
4)アメンボの形状や機構は、上記の結論からみると、表面張力機械として非常に優れている。すなわち、没水体に比べてはるかに大きい上下方向の力を利用して、胴体を空中に維持して、前後方向の抵抗を没水体の約1000分の1に減らし、必ずしも大きくない推進力でも高速かつ省エネルギで移動できる。そして脚部を、駆動時には水面上で戻し時には空中で運動させ、高効率の推進を可能にしている
さらに以上の結論に基づき、表面張力を利用した機構の一例として、回転型の微小機械を提案し試作した。

Report

(3 results)
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2008 2007 2006

All Journal Article (2 results) Presentation (2 results)

  • [Journal Article] Design principles for micro machines walking on water in steady motion2006

    • Author(s)
      Sugiura, M., Kawachi, K.
    • Journal Title

      Proc. of the 3^<rd> International Symposium on Aero Aqua Bio-mechanics (ISABME 2006)

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Cross-sectional shape of a bar generating large propulsive force by using surface tension2006

    • Author(s)
      Sugiura, M., Kawachi, K.
    • Journal Title

      Proc. of the 3^<rd> International Symposium on Innovative Aerial/Space Flyer Systems

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Presentation] Numerical analysis of capillary flow by optimal control2008

    • Author(s)
      Masahiko Sugiura, Keiji Kawachi
    • Organizer
      The 4th International Symposium on Innovative Aerial/Space Flyer Systems
    • Place of Presentation
      Tokyo
    • Year and Date
      2008-01-15
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Numerical analysis of capillary flow by optimal control2007

    • Author(s)
      Masahiko Sugiura, Keiji Kawachi
    • Organizer
      60th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics
    • Place of Presentation
      Salt Lake City, USA
    • Year and Date
      2007-11-19
    • Related Report
      2007 Annual Research Report

URL: 

Published: 2005-04-01   Modified: 2016-04-21  

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