2023 Fiscal Year Research-status Report
鰭の柔らかさと動きのしなやかさがもたらす移動能力と機動性向上の解明
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22K03977
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
高木 力 北海道大学, 水産科学研究院, 教授 (80319657)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鳥澤 眞介 近畿大学, 農学部, 講師 (80399097)
竹原 幸生 近畿大学, 理工学部, 教授 (50216933)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | バイオメカニクス / 魚類 / 遊泳 / 鰭 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，水中で高度な移動を可能とする魚類の尾鰭の柔軟な運動が果たす役割を生体力学的観点から解明する。特に，尾鰭が創出する渦の立体構造をPIV解析を用いて定量評価した。さらに柔軟な尾鰭性状が個体推進に与える影響を分析するため，超軟質ウレタン樹脂硬度を三段階に変化させたそれぞれの尾鰭振動翼ロボットを作成・評価した。
次にあげる成果が得られた。
（1）尾鰭の硬度が柔軟になるに従って，後流域に形成される渦輪の間隔が狭まるが，その渦度は硬度が大きいほど強くなる傾向を示し，これによる後方へのジェットの大きさは強くなることが示された。
（2）尾鰭振動周波数と尾鰭の柔軟性の相互作用と推力との関係を評価したところ，低周波数，高周波数振動ともに硬度が大きい尾鰭の推力は大きくなる傾向を示したが，高周波数では硬度の小さい尾鰭の推力低下が目立った。一方，低周波ではコントロールで用いた剛な尾鰭部材では推力低下が際立ち，推進効率を高めるためには常用する振動周波数により適切な柔軟性が決定されるべきであることが示唆された。
（3）マアジ（Trachurus japonicus）を回流水槽で遊泳させ後流域に形成される渦輪の三次元構造を緑色と赤色のレーザーシート光を用いて評価したところ，正中線からシート光が上下に離れるに従い放出される渦輪の強度が弱まることが確認された。渦輪の形成は上下に対象ではなく腹側の方がその強度は強かった。このことは渦輪が水平に放出されるのではなく斜め下方に放出されていることを示唆した。以上のように，2層のシート光によるPIV解析により渦輪の三次元的な放出方向が明らかになったほか，個体の推進力特性には鰭の柔軟性と尾鰭振動数が相互に影響を及ぼしあっていることが示された。引き続き生体を用いた実験とリンクさせて渦の構造と鰭の柔軟性の関連性について評価していく。
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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
尾鰭の柔軟性が推力に果たす役割を評価するためゲル化素材を用いた尾鰭振動ロボットの導入により効果的な実験が研究協力者の支援により実現できた。また，複層型PIVによる実験が想定通りに行われたことも実験が順調に進展した理由として挙げられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
人工素材による尾鰭柔軟性性状と推力特性の関係はロボット試験の導入により大きく前進したといって良い。研究協力者との連携を密に行い，これまで実施できなかった柔軟性と振動周波数変化が推力に与える影響を総合的に評価し，生体による遊泳メカニズムと尾鰭柔軟性性との関係をさらに深く分析していく。特に周波数変化が渦輪放出の方向性にどのような影響を与えているのかは大きな関心事となっている。この実験はロボットによる実験支援が欠かせないため，生体実験で取得しにくい実験条件を上手く補完させながら今後の研究を推進させる。
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| Causes of Carryover |
実験は順調に進行したが，実験費用について研究協力者のサポートにより想定の金額より低く抑えることができたた。2024年度は最終年度を迎えるため，実験回数を充実させるなどの費用に充てる。
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Research Products
(4 results)
