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マルチフィジクス・マルチシステム強連成解析による1mmの昆虫規範型MEMS飛行体

Research Project

Project/Area Number 20H04199
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 60100:Computational science-related
Research InstitutionKyushu Institute of Technology

Principal Investigator

石原 大輔  九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (80363399)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2020: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Keywordsマルチフィジクス / マルチシステム / 連成現象 / 昆虫規範 / MEMS / 連成解析 / 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
Outline of Research at the Start

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,①マルチフィジクス・マルチシステム強連成解法を開発し,②それを用いて,MEMSの2.5 次元構造がマルチフィジクス・マルチシステム強連成に基づく昆虫飛行メカニズムを持つように設計し,③MEMSプロセスにより,1mmオーダーの昆虫規範型MEMS飛行体を実現する.

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:Ⅰ.マルチフィジクス・マルチシステム強連成解法の開発を行った.本マルチフィジクス・マルチシステム強連成現象の強連成解法を階層的分解により実現する:(a) 強連成解法の導出 従来の階層的分解を拡張し,適用する.システム分解に強連成アルゴリズムの1つであるブロック反復法を用いた.各サブシステムに更に階層的分解を適用し,代表者の多様な連成アルゴリズムを適材適所組み込んだ.以上から,3つのサブシステム間の強連成解法を導出した.(b) プログラム実装 (a) により,これまでのプログラム資産を再利用して,プログラムを開発した.
研究発表に示す研究成果(9件の雑誌論文,5件の学会発表)を得るとともに,若手研究者の育成(学振外国人特別研究員(一般)1名,学振特別研究員(DC2)1名,外国人博士後期課程学生2名(内1名はT.バナージインド留学生奨学生))と他大学との連携(羽ばたき飛行研究会の開催,大型国際会議での計算バイオミメティクスに関するミニシンポジウムの提案)を行った.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

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.

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.

Report

(1 results)
  • 2020 Annual Research Report

Research Products

(14 results)

All 2021 2020

All Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Improved design of polymer micromachined transmission for flapping wing nano air vehicle2021

    • Author(s)
      Rashmikant, Daisuke Ishihara, Ryotaro Suetsugu, Sunao Murakami, Prakasha C. Ramegowda
    • Journal Title

      Proceedings of 16th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular System, NEMS 2020

      Volume: -

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hierarchical Modeling and Finite Element Analysis of Piezoelectric Energy Harvester From Structure-Piezoelectric-Circuit Interaction2021

    • Author(s)
      Ramegowda P.C., Ishihara D., Takata R., Horie T.
    • Journal Title

      Proceedings of 14th WCCM-ECCOMAS Congress 2020

      Volume: -

    • DOI

      10.23967/wccm-eccomas.2020.163

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Triply coupled analysis method for thin flexible piezoelectric bimorph in fluid2020

    • Author(s)
      Ramegowda P.C., Ishihara D., Takata R., Niho T., Horie T.
    • Journal Title

      Proceedings of 8th International Conference on Computational Methods for Coupled Problems in Science and Engineering, COUPLED PROBLEMS 2019

      Volume: - Pages: 470-480

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Coupled solid piezoelectric and shell inverse-piezoelectric analysis using partitioned method for thin piezoelectric bimorph with metal layers2020

    • Author(s)
      Ishihara D., Ramegowda P.C., Takata R., Niho T., Horie T.
    • Journal Title

      Proceedings of 8th International Conference on Computational Methods for Coupled Problems in Science and Engineering, COUPLED PROBLEMS 2019

      Volume: - Pages: 451-457

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Polymer Micromachined Transmission for Insect - Inspired Flapping Wing Nano Air Vehicles*2020

    • Author(s)
      Ishihara D., Murakami S., Ohira N., Ueo J., Takagi M., Urakawa K., Horie T.
    • Journal Title

      Proceedings of 15th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular System, NEMS 2020

      Volume: - Pages: 176-179

    • DOI

      10.1109/nems50311.2020.9265594

    • NAID

      120006951784

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Finite element analysis of a thin piezoelectric bimorph with a metal shim using solid direct-piezoelectric and shell inverse-piezoelectric coupling with pseudo direct-piezoelectric evaluation2020

    • Author(s)
      Ramegowda P.C., Ishihara D., Takata R., Niho T., Horie T.
    • Journal Title

      Composite Structures

      Volume: 245 Pages: 112284-112284

    • DOI

      10.1016/j.compstruct.2020.112284

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Hierarchically decomposed finite element method for a triply coupled piezoelectric, structure, and fluid fields of a thin piezoelectric bimorph in fluid2020

    • Author(s)
      Ramegowda P.C., Ishihara D., Takata R., Niho T., Horie T.
    • Journal Title

      Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering

      Volume: 365 Pages: 113006-113006

    • DOI

      10.1016/j.cma.2020.113006

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 電気結合係数の大きな圧電材料によるバイモルフ型アクチュエータに対する解析方法の比較検討2020

    • Author(s)
      石原 大輔,熊谷 武尊,相川 昇壱,プラカシャ チガハリ ラメゴウダ,二保 知也,堀江 知義
    • Journal Title

      第32回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム講演論文集

      Volume: - Pages: 75-76

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] 炭素繊維複合材およびドライクロスの誘導加熱解析2020

    • Author(s)
      中村俊太,堀江知義,二保知也,石原大輔
    • Journal Title

      第32回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム講演論文集

      Volume: - Pages: 65-70

    • NAID

      130008142891

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Triply coupled analysis method for thin flexible piezoelectric bimorph in fluid2020

    • Author(s)
      Ramegowda P.C.
    • Organizer
      8th International Conference on Computational Methods for Coupled Problems in Science and Engineering, COUPLED PROBLEMS 2019
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Coupled solid piezoelectric and shell inverse-piezoelectric analysis using partitioned method for thin piezoelectric bimorph with metal layers2020

    • Author(s)
      Ishihara D.
    • Organizer
      8th International Conference on Computational Methods for Coupled Problems in Science and Engineering, COUPLED PROBLEMS 2019
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Polymer Micromachined Transmission for Insect - Inspired Flapping Wing Nano Air Vehicles*2020

    • Author(s)
      Ishihara D.
    • Organizer
      Proceedings of 15th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular System, NEMS 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電気結合係数の大きな圧電材料によるバイモルフ型アクチュエータに対する解析方法の比較検討2020

    • Author(s)
      石原 大輔
    • Organizer
      第32回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 炭素繊維複合材およびドライクロスの誘導加熱解析2020

    • Author(s)
      中村俊太
    • Organizer
      第32回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2022-04-19  

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