2017 Fiscal Year Research-status Report
水棲生物のもつ筋力を考慮した変形による水面付近の自律推進・跳躍メカニズムの解明
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17K06148
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
白崎 実 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (50302584)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 計算流体力学 / 固気液3相流れ / 自由界面 / 生物流体 / 魚の遊泳 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
魚の遊泳は身近な現象でありながら詳細が明らかではないことも多い．一部の魚は水面付近を跳躍しながら遊泳するが，その理由は諸説あるものの必ずしも明らかにはなっていない．そこで，水面付近では，通常の遊泳を行うよりも跳躍を伴う遊泳を行った方が造波抵抗や発生した波による影響を避けることができることから，離着水時に生じる抵抗の増加を考慮しても，力学的には総合的に有利なのではないかという仮説の検証を試みる．本研究では，特に水面近くにおける魚の遊泳，急加速，そして跳躍に至る一連の運動について，魚が持つ筋力やエネルギーを考慮した自身の変形による自律推進についての解析を計算流体力学により実施する．本研究の成果は，現実の魚の遊泳挙動の把握の他，魚型ロボットの水面付近での効率的な遊泳，制御につながる可能性がある．
本年度は，大きく2つの課題に取り組んだ．一つは，流体中を変形により推進することによって消費するエネルギーに着目し，跳躍を伴う遊泳は水平遊泳と比べ一定の距離を遊泳するのに必要なエネルギーが小さくなることを示し，現実の魚はエネルギー消費を小さくし，効率的な遊泳をするために跳躍を伴う遊泳を行っている可能性があることを3次元解析により示した．もう一つは，2次元の魚モデルにおいて頭の先端から尾の先端までに背骨の骨格を与え，この背骨を動かし線形ブレンドスキニング法を用いて，関節の位置，角度をもとに魚モデル全体の表面点群データを移動させることで背骨の動きを考慮した変形を導入した．従来手法との比較を行い，関節数が十分であれば従来モデルと比べて，より実際の魚の動きに近づけることができることを示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
水中を遊泳するのと跳躍を伴う遊泳のどちらの遊泳方法が有利であるかの比較では，これまでは同一の変形を行った場合にどちらの遊泳方法が一定距離を遊泳するのに要する時間が短いかによって論じてきた．今回，流体中を変形により推進することによって消費するエネルギーに着目することにより両遊泳方法の比較しやすくなること示すことが出来た．また，背骨の骨格を与えた変形モデルを導入することにより，これまでの変形モデルでは行うことが出来なかったターンする遊泳を扱うことが出来るようになった．
以上のような成果が得られており，当初予定から取り組む順序が前後している部分もあるが，研究は順調に進んでいると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，背骨の骨格を与えた変形モデルを3次元へ拡張した上で，このモデルで推進により消費するエネルギーに着目した遊泳効率の比較を行う．さらに，背骨の骨格を考慮し，これらを筋力を模した力によって駆動させ，魚が変形する際に流体から受ける力を考慮した計算モデルへと発展させていく予定である．
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| Causes of Carryover |
旅費として計上していた宿泊費を予定より抑えることが出来たため，次年度に繰り越せる金額ができた．この金額は，次年度導入予定の計算機の周辺機器に充当し，有効に活用する予定である．
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Research Products
(2 results)
