屈曲運動生物を模倣対象とした自律分散型水中推進機構の開発とマイクロマシンへの応用

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07750289
• 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 / マイクロマシン / 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 / 自律分散

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.
本研究では水ヘビの如き屈曲運動生物を模倣した多リンク模倣モデルの推進力に関して最適な屈曲波形の探索を試み,生物の屈曲運動を模倣した屈曲波形を比較・検討した.また,屈曲運動生物の遊泳パターン発生シルテムを模倣した自律分散制御を多リンク模倣モデルに対して適用し,耐故障性・柔軟性・拡張性のある水中推進機構を実現させた.
さらに,上記の条件のレイノルズ数(慣性力と粘性力の比)を,精子など真核生物のべん毛運動におけるレイノルズ数と一致させ,相似則を考慮してマイクロマシンを想定した推進力を実験的に求めた.これより実験結果はコンピュータシミュレーション解析結果と定性的に一致し,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マイクロマシンのシミュレータとして応用できることを見い出せた.
以上より,流体内で動作する自律分散型知能ロボット,特にそのマイクロ化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,森川裕久: "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(屈曲波数による影響)" 日本機械学会 第4回バイオエンジニアリングシンポジウム講演論文集. 181-182 (1995)
• [Publications] Shunichi KOBAYASHI,Hirohisa Morikawa ahd Mitsuei Ikeya: "Simulation Study for Microrobots Imitating Flagellar Motion of Organisms in Fluid" Proceedings of 5th International Conference on Fluid Mechanics. 1251-1260 (1995)
• [Publications] 関塚亮,小林俊一,森川裕久: "屈曲型水中推進機構における分散制御の基礎的研究" 第13回日本ロボット学会学術講演会予稿集. 159-160 (1995)
• [Publications] 小林俊一,森川裕久: "べん毛運動を規範とした液中微小推進機構のシミュレーション" 日本機械学会論文集(C編). 62. 223-229 (1996)