屈曲運動生物を模倣対象とした水中推進機構の開発とマイクロマシンへの応用

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06750259
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 小林 俊一 信州大学, 繊維学部, 講師 (50225512)
• Keywords: ロボティクス / バイオメカニクス / バイオミメティクス / バイオエンジニアリング / マイクロマシン

Research Abstract

一般に、生物の運動は自律的かつ高機能、高効率であることから、生物の運動機構を模倣したロボットの研究は、工学的に極めて有意義であると考えられる。ここで、生物の水中運動に関しては、大体がヒレによる往復運動や体全体を使っての屈曲運動という形態によって実現されている。この観点より水中を屈曲運動により推進する生物に着目、その運動形態を工学的に再現するため、柔軟かつ連続的な生物の屈曲波形を離散化した要素構成に置き換え、多リンク機構で構成することを想定した「多リンク模倣モデル」を提案した。
本研究ではマイクロマシンへの応用を想定した、精子等の真核生物のべん毛運動を模倣した多リンク模倣モデルの屈曲推進運動に関する数学モデルの構築を行い、推進力,推進速度に関するシミュレーション解析を行った。また、シミュレーション解析の実験による検証として、ステッピングモータをアクチュエータとする多リンク模倣モデルを実際に開発し、相似則を考慮してレイノルズ数(慣性力と粘性力の比)が等しい条件で推進特性を検討した。シミュレーション解析結果と実験結果は定性的にほぼ一致し、実際に開発した多リンク模倣モデルを簡単な実験によるシミュレータとして応用できることを見い出せた。
さらに、大きな推進力を得る最適な屈曲波形の生成方法に関して検討し、生物の屈曲運動を模倣した屈曲波形と比較,検討を行った。
以上より、水中で動作するマイクロロボット開発のための基礎的資料の一部を提示することができた。

Research Products

• [Publications] 小林俊一: "べん毛運動を模倣した水中推進機構のシミュレーション(屈曲波形による影響)" 日本機械学会第6回バイオエンジニアリング部門学術講演会講演論文集. 13-15 (1994)
• [Publications] Shunichi KOBAYASHI: "Simulation Study for Propulsion Mechanism Imitating Bending Motion of Organisms in Water(Flagellar Motion)" JSME International Journal(Series C). 37. 342-346 (1994)
• [Publications] 小林俊一、森川裕久: "屈曲運動生物を模倣した水中推進機構の推進力特性(屈曲体形状による影響)" 日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集. 89-90 (1994)
• [Publications] 小林俊一: "屈曲運動生物を模倣した水中推進機構の推進力特性" 日本機械学会論文集(B編). 60. 3613-3617 (1994)