エビの遊泳脚に基づいた推進力の創出と水中ロボットの移動機構への挑戦

• 研究課題/領域番号: 20K04402
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分20020:ロボティクスおよび知能機械システム関連
• 研究機関: 宮崎大学
• 研究代表者: 李 根浩 宮崎大学, 工学部, 准教授 (60595776)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: パドル推進メカニズム / エビの遊泳脚 / 水中ロボット / パドル式推進方式

研究開始時の研究の概要

現在用いられている主な海底における推進機は、クローラ、小型プロペラなどがある。また、海に住む生き物を模倣した探査ロボットの研究開発も行われている。本論文は、エビの遊泳脚に着目し、エビの遊泳中の腹肢の動きを応用した推進機を提案する。具体的な制御方針としては、各遊泳脚の運動のタイムラグによる推進力の向上に着目し運動制御を行う。試作機を用いて動作実験を行うことで有効性を検証する。

研究成果の概要

現在、水中探査ロボットの主な推進装置はスクリュープロペラである。問題点として、低い機動性・羽の回転による停止や故障・生物に害を与えるおそれ等が挙げられる。そこで、上記の限界を乗り越えるために、「エビの遊泳運動」を模倣したパドル式推進メカニズムの開発に取り組む。本研究では、試作機として実験機を開発し、提案する推進メカニズムで、推進する手法について研究を行う。この実験機から、一連の動作制御を行い、提案する推進メカニズムの有効性を示す。

研究成果の学術的意義や社会的意義

エビは、4対の遊泳脚をパドリングさせることで遊泳している。動作解析を通してエビは遊泳脚を後側から順に動かしていくが、このとき各遊泳脚の動作のタイミングに一定のずれ（位相差）がある。このずれは、直前の運動により生じた流れを、次の遊泳脚が運動することで更に流れを添加する。この一連の動作をすべての遊泳脚で行うことにより、通常のパドリングより高い推力を発生させている。本研究では、このエビ特有の遊泳運動をモデル化し、推進原理として活用可能な運動式を創出する。さらに、創出した運動式を導入したパドル式推進装置と制御手法を開発し、水中ロボットの推進機としての可能性を試みる。