| Project/Area Number |
22K20656
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0702:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
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| Research Institution | Takushoku University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 動物飛行 / 空気力学 / 羽根 / 羽毛 / 羽枝 / 小羽枝 / 微細構造 / 鳥 / 翅 / 飛行 / 流体力学 / 翼 / 毛 |
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| Outline of Research at the Start |
空を飛ぶ生き物の多くは空気を透過しない膜でできた翼を用いる（昆虫・翼竜・コウモリ・カエデの種子等）が、微細な毛で作られ空気をある程度通す翼を用いるものもいる（鳥の羽毛・一部の昆虫・タンポポの綿毛等）。いずれの翼も植物を含む幅広い分類群にわたって存在することから、系統や発生だけでなく物理的な要因の影響を強く受けている可能性が示唆される。本研究では「毛を利用する翼」に着目し、その微細構造は翼が経験する流体力学的な環境に応じて決まっているという仮説をたてた。さまざまな生物種の標本を使った形態の計測、拡大模型を用いた風洞での力学実験、および流れの数値シミュレーションを併用してこれを検証する。
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| Outline of Final Research Achievements |
We conducted an aerodynamics study on a feather considering the microstructure to elucidate the role of feather evolution in the evolution of powered flight in birds. We created a simple feather model possessing a shaft (rachis) and planar plate (vane). We then compared it with models with various gaps (slits) on its vane. We then conducted a series of steady laminar flow simulations on the feather models. The results showed that the lift-to-drag ratio, an index for flight efficiency, decreases with increasing the total gap area. Flow visualisation revealed that the high-pressure air on the ventral side of the feather vane flowed into the upper surface through the gaps. This flow neutralises the low surface pressure on the upper surface, the main contributor to the lift.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
鳥の羽ばたき飛行の進化は樹上説・地上説・WAIR（坂の駆け上がり）等が議論されている一方、羽根の進化については「羽根の微細構造（羽枝・小羽枝）が密に結合しており風を通さないほどよい」とか「羽弁（板部分）が羽軸を挟んで前縁側（外弁）と後縁側（内弁）で非対称であることが必要」などとされるが、裏付けに乏しい。本研究はこの点を実証する第一歩として、微細構造を考慮した羽根の空気力学に取り組み、メカニズムの解明に近づけた。今後は引き続き羽根の空気力学を進めるとともに、毛でできた翼で飛翔する昆虫や植物との比較を行い、類似性の有無や、どのような条件のもとで収斂が起きているのかを明らかにしてきたい。
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