2021 Fiscal Year Annual Research Report
1mm insect-inspired MEMS flyer using multiphysics-multisystem strong coupling
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20H04199
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
石原 大輔 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (80363399)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | マルチフィジクス / マルチシステム / 連成解析 / 昆虫規範 / MEMS / FWNAV / 計算バイオミメティクス / ポリマーマイクロマシニング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昆虫飛行は，マルチフィジクス・マルチシステム強連成を巧みに利用して，1mmオーダーの微小化を達成している．ゆえに昆虫を規範とすることで，ドローンのような飛行体を微小化することが期待されている．しかし，現象の複雑さと加工技術の限界から，1mmオーダーの昆虫規範型飛行体は実現されていない．そこで本研究では，Ⅰ．マルチフィジクス・マルチシステム強連成解法を開発し，Ⅱ．それを用いて，MEMSの2.5次元構造が昆虫飛行メカニズムを有するように設計し，Ⅲ．それを実際にMEMSプロセスで作成することで，1mmオーダーの昆虫規範型MEMS飛行体を実現する．
本年度の研究実施計画に沿って，以下の研究成果を得た：Ⅱ．本強連成解法による昆虫規範型MEMS飛行体の設計を行った．この設計問題は目的関数が非線形で多峰性を有するので計算量が膨大となる．そこで効率化のために，分散並列計算の導入に加えて，翼，圧電バイモルフ，変位変換機構を個別に設計後，それを初期解とし，飛行体全体の解を探索した．変位変換機構は，微小な強制変位を大きなストローク角に変換できた．翼は，微小な振動振幅に対して，共振でストローク角を大きく増幅できた．また微小薄板の圧電バイモルフを従来方法で解析することが困難なので，新しい圧電‐逆圧電強連成解法を開発した．このように各サブシステムの設計を行い，飛行体全体での大規模計算による設計解の探索を効率化した．この結果，研究発表に示す研究成果を得た．
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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
研究実績の概要に示すように，本年度の研究実施計画に沿って，研究成果を十分得たから．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では，Ⅰ．マルチフィジクス・マルチシステム強連成解法を開発し，Ⅱ．それを用いて，MEMSの2.5次元構造が昆虫飛行メカニズムを有するように設計し，Ⅲ．それを実際にMEMSプロセスで作成することで，1mmオーダーの昆虫規範型MEMS飛行体を実現する．
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