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Swimming efficiency and flow field around fish in school

Research Project

Project/Area Number 20K04355
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
Research InstitutionKindai University

Principal Investigator

Torisawa Shinsuke  近畿大学, 農学部, 講師 (80399097)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 竹原 幸生  近畿大学, 理工学部, 教授 (50216933)
高木 力  北海道大学, 水産科学研究院, 教授 (80319657)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywordsバイオメカニクス / 魚群行動 / PTV(流体可視化計測)解析 / CFD(数値流体力学)解析 / エネルギーコスト
Outline of Research at the Start

魚群全体の移動エネルギーを定量化し,個体で移動するよりはるかに移動コストが低減できることを明かにする。また魚群規模や群構成個体の空間的位置で異なり,尾鰭から吐出される渦の形成機構に依存し,種や成長ステージによって異なるなど魚類が群として移動する意義を独自性の高い観点から明かにする。群形成による移動エネルギー利得,遊泳時移動コスト,移動速度と移動距離の利得が単一個体よりどの程度有利となり,魚群の規模によりどのような差がでるのか明らかにする。本研究では,これを足掛かりに種ごとに魚群の移動の適値と限界,群規模の極限や最適値,群の立体構造の必然性や最適性について,物理的側面の説明と解釈を可能とする。

Outline of Final Research Achievements

Computational fluid dynamics analysis was carried out using the formulated swimming motion to determine the fluid force acting on the fish body model with real fish swimming motion. The swimming efficiency of the fish model under parallel swimming was obtained from the calculated surrounding fluid force and compared for different neighboring distances. The flow field around the fish model was also examined. The swimming efficiency of two fish models swimming parallelly was improved by approximately 10% when they were separated by a distance of 0.4L, where L is the total length of the model. In addition, the flow field behind the fish body was examined under both inphase and antiphase conditions and at inter-individual distances of 0.8L and 1.2L. The apparent flow speed in the distance range of 0.5-2.0L from the midpoint of the snouts of the two individuals was lower than the swimming speed.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

地球規模での漁業資源水準の低下を背景に,賢く獲る漁業技術の開発が求められているが,生産手段の最適化は対象生物(魚類)の行動特性を理解せずには実現できない。従って,魚類の群行動についての基本的理解とその研究は不可欠である。
本研究では,魚類が群れを形成する意味を物理的側面からアプローチし,その本質的意義の解明を目指す。背景となる力学的論理基盤から群を形成したことによる移動エネルギーコストの利得が単一個体よりどの程度アドバンテージとなり,魚群の配置によりどのような差がでてくるのかを明らかにする。これをベースに,種の違いにより魚群の移動距離,移動速度と移動エネルギーコストの適値と限界が明らかになる。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Estimating the total length of Mekong giant catfish, Pangasianodon gigas, in an aquarium via stereo‐video shooting and direct linear transformation2022

    • Author(s)
      Ikeya Koki、Torisawa Shinsuke、Yamane Hiroyuki、Mitsunaga Yasushi
    • Journal Title

      Zoo Biology

      Volume: 21694 Issue: 6 Pages: 554-559

    • DOI

      10.1002/zoo.21694

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hydrodynamical effect of parallelly swimming fish using computational fluid dynamics method2021

    • Author(s)
      Doi Keisuke、Takagi Tsutomu、Mitsunaga Yasushi、Torisawa Shinsuke
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 16 Issue: 5 Pages: e0250837-e0250837

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0250837

    • Related Report
      2021 Research-status Report 2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Development of fish spatio-temporal identifying technology using SegNet in aquaculture net cages2021

    • Author(s)
      Abe S.、Takagi T.、Torisawa S.、Abe K.、Habe H.、Iguchi N.、Takehara K.、Masuma S.、Yagi H.、Yamaguchi T.、Asaumi S.
    • Journal Title

      Aquacultural Engineering

      Volume: 93 Pages: 102146-102146

    • DOI

      10.1016/j.aquaeng.2021.102146

    • Related Report
      2021 Research-status Report 2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Analysis of sinking death using video image of swimming performance of Pacific bluefin tuna (Thunnus orientalis) larva2020

    • Author(s)
      Y. Ina, T. Takagi, S. Miyashita, M. Kurata, T. Honryo, Y. Sawada, H. Fukuda, S. Torisawa
    • Journal Title

      Aquqcultural Engineering

      Volume: 90 Pages: 102099-102099

    • DOI

      10.1016/j.aquaeng.2020.102099

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 複層PIVによる魚の遊泳時の流れ場解析2023

    • Author(s)
      江口剛(北大院水), 鳥澤眞介(近大農), 竹原幸生(近大理工), 髙木力(北大院水)
    • Organizer
      第46回エアロ・アクアバイオメカニズム学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ハダムシがカンパチの代謝量および遊泳行動に及ぼす影響2023

    • Author(s)
      表原陸(近大院農)・川崎亜美・山本剛・白樫正・鳥澤眞介・光永靖(近大農)
    • Organizer
      令和5年度日本水産学会春期大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 自然河川における野生・放流アマゴの採餌行動の頻度とエネルギー消費量の推定2023

    • Author(s)
      佐々木悠人((近大院農)・佐藤拓哉(京大生態研)・光永靖・鳥澤眞介(近大農)
    • Organizer
      令和5年度日本水産学会春期大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Fish staying against flow without tail beating at stagnant area in front of object2022

    • Author(s)
      Go Eguchi, Shinsuke Torisawa, Kohsei Takehara and Tsutomu Takagi
    • Organizer
      8th International Symposium on Aero Aqua Bio-Mechanisms(ISABMEC2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 翼近傍の低圧領域を利用した 魚類の無振動遊泳について2022

    • Author(s)
      江口剛,鳥澤眞介,竹原幸生,高木力
    • Organizer
      第45回エアロ・アクアバイオメカニズム学会講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ハダムシ症が宿主のカンパチの遊泳行動に及ぼす影響-代謝量からみる影響評価-2021

    • Author(s)
      表原陸・川崎亜美・南波裕之・山本剛・白樫正・鳥澤眞介・光永靖
    • Organizer
      令和3 年度 日本水産学会近畿支部例会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 衛星通信から得られた潜水プロファイルの評価~アカウミガメをモデル種として~2021

    • Author(s)
      岸田成実・奥山隼一・有田蒔実子・久米菜月・藤田健登・西澤秀明・鳥澤眞介・光永靖
    • Organizer
      令和3年度第17回日本バイオロギング研究会シンポジウム
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 沖合養殖ブリの行動モニタリング2020

    • Author(s)
      原 健介・光永 靖・鳥澤眞介・田熊靖史・三木亮二
    • Organizer
      令和2年度日本水産学会春季大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 映像を用いた生簀内クロマグロの尾数計測2020

    • Author(s)
      金田彩花, 阿部孝司, 波部斉, 谷口義明, 井口信和, 阿部悟, 鳥澤眞介, 高木力
    • Organizer
      電子情報通信学会関西支部学生会研究発表講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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