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2022 Fiscal Year Research-status Report

Experimental study on vortical propulsion mechanism of biology locomotion on water surface

Research Project

Project/Area Number 20K04257
Research InstitutionYamagata University

Principal Investigator

李鹿 輝  山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (00253906)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Keywordsアメンボ / 推進メカニズム / 渦 / 水面歩行 / 運動エネルギー / PIV
Outline of Annual Research Achievements

本研究では, アメンボの推進, 着水, 及び連続推進によって水面の流れを撮影し, PIV解析を行った. 推進及び着水の際に渦が発生する原因は, アメンボの脚で水面に力がはたらいたとき, 水の粘性により, 水面が変形することで流体内に流れが生じたためであることがわかった. また, 推進時に発生する渦は, アメンボに推進力を提供していて, 着水時に発生する渦は, アメンボにブレーキがかかる力を提供していることがわかった. 連続推進と, 推進及び着水を比較すると, 推進のみでは前脚による渦が発生して, 着水のみでは後ろ脚による渦が発生していたが, 連続推進ではそれらの渦が発生しなかった. これは, 着水時に前脚と後ろ脚は水面を変形させるほどの力を加えず, 水面を滑るように進むため, 前脚と後ろ脚による渦が発生しなかったということがわかった.
アメンボの運動エネルギーに関しては, 連続推進では, 推進を開始し始めてから運動エネルギーは一度減少してから増加しているが, これは, 減少している間のアメンボの中脚の運動による水面にかかる力が推進力を妨げていることがわかった. また, 運動エネルギーが最大になってから減少し続けている原因は,アメンボの中脚が離水したことで, 中脚の運動による水面からの反力が得られなくなったためであり, アメンボはこの反力を最大限利用して推進していることがわかった. 連続推進と推進のみを比較すると, 連続推進は, 初めの推進による運動エネルギーを活かすことで, 推進のみより中脚による水面にかかる力が小さいのにもかかわらず, その後の最大の運動エネルギーは推進のみより大きくなっていることがわかった.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

新型コロナウイルスの流行により、中国上海工程技術大学で行う予定の三次元トモグラフィックPIV実験が延期となった。したがって、本基金助成金は一年に延長した。

Strategy for Future Research Activity

(1)4台ハイスピードビデオカメラを用いた三次元TomographicPIVにより、大中小三種類アメンボの脚は生み出す三次元流れ場を計測し、様々な三次元渦の運動を抽出する。
(2) 三次元Tomographic PIV計測などの結果に基づいて、大中小三種類のアメンボの動きと生み出す三次元渦構造との関係を定量的に明らかにする。
(3) 三次元Tomographic PIV計測などの結果に基づいて、アメンボの推進力と推進効率を定量的に解明する。
(4)本研究で得た渦推進原理により、水面連続歩行の能力を備えた高効率の小型ロボットのダイナミクス構造を検討する。

Causes of Carryover

当該年度にも新型コロナウイルスの流行により、中国上海工程技術大学で行う予定の三次元トモグラフィックPIV実験を中止となったため,国際旅費と実験関連品物の購入費を使用してなかった。
次年度、中国上海工程技術大学で実験を行うため、その国際旅費と実験関連品物の購入費を計画している。

  • Research Products

    (3 results)

All 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results)

  • [Journal Article] Particle image velocimetry measurements of the flow structures induced by the free-falling spin flight of maple seeds2023

    • Author(s)
      Dong Lin、Wen Guoan、Rinoshika Akira
    • Journal Title

      Transactions of the Institute of Measurement and Control

      Volume: 45 Pages: 700~710

    • DOI

      10.1177/01423312221122609

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effect of a front inclined hole on multiscale vortical structures around a wall-mounted cube2022

    • Author(s)
      Li Jiawei、Rinoshika Hiroka、Han Xiaolei、Rinoshika Akira
    • Journal Title

      Physics of Fluids

      Volume: 34 Pages: 075106~075106

    • DOI

      10.1063/5.0093240

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Flow control of wake around a wall-mounted cube using a horizontal hole of different diameters2022

    • Author(s)
      Li Jiawei、Han Xiaolei、Rinoshika Hiroka、Li Wenming、Rinoshika Akira
    • Journal Title

      Physics of Fluids

      Volume: 34 Pages: 035127~035127

    • DOI

      10.1063/5.0082878

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-12-25  

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