Principle elucidation and implementation of soft flight and swimming of organisms using microstructure

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Science of Soft Robot: interdisciplinary integration of mechatronics, material science, and bio-computing
• Project/Area Number: 18H05468
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Tanaka Hiroto 東京工業大学, 工学院, 准教授 (80624725)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中田 敏是 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80793190) ; 山崎 剛史 公益財団法人山階鳥類研究所, その他部局等, 研究員 (70390755)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2023-03-31
• Keywords: 羽ばたき翼 / 流体構造連成 / 飛行ロボット / 遊泳ロボット / バイオミメティクス / バイオメカニクス

Outline of Final Research Achievements

The mechanisms of flight and swimming by flexible flapping wings of living organisms were clarified, and methods to implement them in soft robots were studied. The elasticity of the driving mechanism of flapping wings and wings themselves was found to improve efficiency and robustness against disturbances. For example, in forward swimming of penguins, the wings bent and deformed during flapping, improving propulsion efficiency. In hovering hummingbirds and hawkmoths, experiments using robot models showed that elasticity of the flapping axis improved efficiency and elasticity around the long axis of the wing improved robustness.

Free Research Field

飛行・遊泳生物の流体力学メカニズムと工学応用

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来の飛行機や船舶は、硬い回転翼で推進する。これは広い空間を高速に一定速度で移動するには効率的である。しかし人間が活動する環境は狭く複雑で状況が予期せず変化する。そこでは、生物のように柔らかな身体で俊敏に安全に移動することが重要である。本研究は、その実現に必要な知見を生物に学び、実際にロボットに実装する方法の具体例を提示した点で重要である。また、そのようなソフトロボットを用いることで、生物の力学メカニズムの理解に貢献できる。