2023 Fiscal Year Annual Research Report
True Computational Bio-Mimetics Explored by Multi-Physics Coupling Simulation for Both Free Flight and Intelligence in Insects
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23H00475
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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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三目 直登 筑波大学, システム情報系, 助教 (10808083)
金子 栄樹 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (40908802)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| Keywords | 計算バイオミメティクス / 大規模連成解析 / 低次元モデリング / 昆虫羽ばたき飛行 / マルチフィジクス / ポリマーMEMSマイクロマシニング / 操縦 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昆虫のように自由飛行する微小飛行ロボットの社会実装を目指して，真のMimeticsと真のBioを新しい計算論的アプローチにより実現することで，真の計算Bio-Mimetics分野を創成する．本年度の研究実施計画に沿って，以下の研究成果を得た：
(A)バーチャル自由飛行環境の数値解析手法開発昆虫の構造を作製可能なように模倣する自動設計用のバーチャル自由飛行環境として，薄く柔軟な翼を有する昆虫 (飛行体) と周囲の空気との強連成解析を，固定メッシュによる大域的流れ解析と柔軟に連結させる「重合メッシュ法」を開発し，その大規模計算を実現した．
(A-1)シェル構造と流体との一体型強連成解析フレームワーク連成系全体方程式を流速場と非圧縮性条件を満たす圧力場に代数的に分割して解くことにより，従来の一体型解法の頑健性と分離型解法の効率性を併せ持つプロジェクション解法に基づき，薄く柔軟な翼を含む昆虫と周囲の空気との強連成を解析できるフレームワークを開発した．
(A-2)重合メッシュ法による自由飛行解析フレームワーク複数のメッシュを重ね合わせることを可能にする重合メッシュ法を，連成境界面の不連続性を取り扱うことのできる埋め込み境界法により，流体構造連成解析にまで拡張することで，昆虫周囲の連成解析と自由飛行領域の流体解析とを重合させた．これにより，未知の飛行経路を伴う昆虫の大移動に対しても解析が破綻せず，柔軟に解析できるフレームワークを開発した．
(A-3)幾何学的領域分割法による動的負荷分散並列化フレームワーク様々なケースの自由飛行解析を行えるようにするため，幾何学的領域分割法に基づく重合メッシュの動的負荷分散手法により，スーパーコンピュータに代表される分散メモリ型並列計算機の利用を可能とする並列化フレームワークを開発した．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 |
昆虫のように自由飛行する微小飛行ロボットの社会実装を目指して，真のMimeticsと真のBioを新しい計算論的アプローチにより実現することで，真の計算Bio-Mimetics分野を創成する．(A)真のMimeticsのために，昆虫と周囲の空気との強連成解析を大域的流れ解析と柔軟に連結させる重合メッシュ法の大規模計算手法によって，昆虫の構造を作製可能なように模倣する自動設計のためのバーチャル自由飛行環境を構築する．(B)真のBioのために，複雑現象の低次元モデリングに基づくニューラルネットワーク制御系の機械学習によって，昆虫の知能を模倣する．(C)これらを統合することで，昆虫の知能をも含めたマルチフィジクス複雑現象をまるごと連成シミュレーションできるバーチャル空間を創成し，昆虫のように自由飛行する微小飛行ロボットを自動設計できる真の計算Bio-Mimeticsフレームワークを開発する．
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