2021 Fiscal Year Research-status Report
| Project/Area Number |
21K03969
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Denki University |
|---|
Principal Investigator |
藤川 太郎 東京電機大学, 未来科学部, 准教授 (40618394)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 蝶 / はばたき / 翅形状 / 飛翔メカニズム / 運動解析 / 数値流体シミュレーション |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
蝶の飛翔運動解析と数値流体シミュレーション解析，小型はばたきロボットの開発を行った．
東京都の足立区生物園にご協力いただき，ナミアゲハやオオゴマダラ，アサギマダラなど，複数の種類の蝶を高速度カメラにより撮影した．得られた画像から3次元運動解析を行った結果，ナミアゲハよりも滑空飛行が多いオオゴマダラは，羽ばたき周波数も低くフラッピング角も小さい傾向にあることが明らかになった．これらのデータを元に，ナミアゲハとオオゴマダラの翅形状を3次元モデル化し，数値流体シミュレーション解析を行った．翅を固定した状態ではあるが，対気速度2m/sの環境下で，迎角を0degから30degまで5deg刻みで変化させた際の揚抗比の変化を調査した．2種ともに迎角10degのときの揚抗比が最も高い結果となったが，各角度における値は全体的にオオゴマダラの方がやや高い傾向を示した．このことから，羽ばたき飛翔よりも滑空を多く行う種の蝶の翅は揚抗比が高く，それに伴って羽ばたき周波数も減少するということが示唆された．
次に，令和5年度で実施する小型はばたきロボットの運動解析のための実機開発を行った．バッテリを搭載した自由飛翔を実現するために質量とのバランスを考慮し，翅を広げた全幅は180mm程度で質量は約2g（それぞれナミアゲハの2倍，4倍）である．ボディを固定した状態でのはばたき運動を検証した後，4枚翅と2枚翅（蝶は前後の翅が同位相で動くため，一体化したもの），翅形状の違いにおける揚力を測定した．その結果，ナミアゲハと同程度の9Hzの羽ばたきでは，2枚翅より4枚翅の方が高い揚力を得ること，翅前縁と後縁の形状によっても生成される揚力が異なることなどが明らかになった．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
社会状況により屋外での活動が制限されたため，取得データ数自体は少なくなってしまったが，複数種の蝶の飛翔データを取得することができた．翅の標本も複数手に入れることができたため，数値流体シミュレーションを行うための形状データも順調に作成できている．その数値流体シミュレーションでは，翅を固定した状態ではあるが，まずは2種の蝶の解析を行うことができた．今後はさらに対象を増やし，はばたき運動での解析へと発展させる予定である．
小型はばたきロボットの開発も予定通り行っている．まだ飛翔までには至っていないが，ボディを固定した状態ではばたき運動を実現し，形状の異なる翅を用いた運動解析を実施した．
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度は，引き続き複数種の蝶の飛翔を高速度カメラで撮影し，運動解析を行う．特に，はばたき運動と姿勢変化の関連性について明らかにする予定である．数値流体シミュレーション解析においては，令和3年度は空間に翅を固定した状態での解析であったため，令和4年度は，蝶の撮影データを元にしてはばたき運動を再現する．また，令和5年で実施する小型はばたきロボットの運動解析のため，蝶の運動解析結果をもとにして，実際に飛翔する機体を開発する予定である．
|
| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの影響により，当初の計画よりも旅費を使用しなかったため．
|
Research Products
(2 results)
