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昆虫の多様な飛行形態の進化メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 20K21442
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分45:個体レベルから集団レベルの生物学と人類学およびその関連分野
研究機関千葉大学

研究代表者

中田 敏是  千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80793190)

研究分担者 小島 渉  山口大学, 大学院創成科学研究科, 講師 (70750462)
研究期間 (年度) 2020-07-30 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワード昆虫 / 飛行 / 空気力学 / 進化メカニズム / 効率 / 安定性 / 甲虫 / 進化
研究開始時の研究の概要

昆虫の飛行形態は種によって大きく異なるが、その多様化メカニズムは不明である。昆虫の飛翔に関する性能(効率、機動性など)の間にはトレードオフが存在するため、昆虫の飛行形態の多様性は、その種の生態に合わせた性能の優先順位の違いに起因する妥協の結果であると考えられる。本研究計画では、この「トレードオフ仮説」の検証による昆虫の多様な飛行形態の進化メカニズムの解明を最終目的として、飛行形態が多様なコガネムシ科をモデルとし、その前翅の開閉などの飛行形態の多様化メカニズムを明らかにする。そのために、様々な甲虫の飛行性能を包括的に評価し、飛行性能のトレードオフが甲虫のの飛び方に与える影響を調べる。

研究成果の概要

本研究では、昆虫の飛行形態における「トレードオフ仮説」の検証を通して、昆虫飛翔の多様化メカニズムの解明を目指した。このために、飛行中の鞘翅の状態(開閉)が異なる甲虫の飛行軌跡や翅運動を3次元再構築し、数値計算によって効率、安定性・機動性、鞘翅の硬さなどの観点から、その飛行性能を評価した。その結果、その生態、飛行効率、飛行安定性・機動性のトレードオフの妥協の結果として、甲虫の飛行形態が多様化した可能性があることが明らかとなった。また、新たに構築した昆虫誘導型飛行アリーナ・筋骨格系シミュレータによって、より包括的かつ対象種を広げた性能評価が可能となることが期待できる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の成果は、昆虫の飛行形態の多様化メカニズムの理解・解明に、本研究のような、工学的な定量的評価と、生態学・生理学的な適応性評価の両方を用いた包括的な評価の重要性を強く示しており、この点に大きな学術的意義がある。この挑戦的な取り組みから、性能評価におけるボトルネックも明らかとなり、その対策として開発された昆虫誘導型飛行アリーナによって、さらに昆虫飛翔の多様性への理解の深化が期待できる。現在、ドローンの高性能化のために、昆虫を規範とした飛行ロボットの開発も行われているが、本研究の手法・成果は、昆虫の飛行形態の設計原理の解明と共に、ドローンの新しい設計指針の創出にも繋がることが期待できる。

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 1件)

  • [国際共同研究] The Royal Veterinary College(英国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] National Centre for Biological Sciences(インド)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] The Royal Veterinary College(英国)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Development of a flapping mechanism inspired by the flexible wing-base structure of insects for wing motion control2023

    • 著者名/発表者名
      Sakito Koizumi, Toshiyuki Nakata, Hao Liu
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanical Science and Engineering

      巻: 18 号: 1 ページ: 22-00347-22-00347

    • DOI

      10.1299/jbse.22-00347

    • ISSN
      1880-9863
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Flight behavior of four species of Holotrichia chafer (Coleoptera: Scarabaeidae) with different habitat use2021

    • 著者名/発表者名
      Harada Masahiro、Nakata Toshiyuki、Kan Shogo、Kojima Wataru
    • 雑誌名

      Applied Entomology and Zoology

      巻: n/a 号: 2 ページ: 259-267

    • DOI

      10.1007/s13355-021-00733-x

    • NAID

      40022545667

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 甲虫類の硬い外骨格は鳥類からの捕食回避機能を持つ2023

    • 著者名/発表者名
      小島渉, 中田敏是
    • 学会等名
      第67回日本応用動物昆虫学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 昆虫の筋骨格系を規範とした柔軟・冗長な羽ばたき機構の創製2022

    • 著者名/発表者名
      小泉咲人,中田敏是,劉浩
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 昆虫の操縦筋による翼運動制御とその進化-ロボティクスからのアプローチ2022

    • 著者名/発表者名
      小泉咲人,中田敏是,劉浩
    • 学会等名
      日本機械学会第33回バイオフロンティア講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 飛翔昆虫の飛行メカニズムの解明に向けた昆虫誘導アリーナの開発2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤涼,藤井悠輔,中田敏是,劉浩
    • 学会等名
      日本機械学会第33回バイオフロンティア講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 羽ばたき周波数の変化が蚊の飛行軌跡に及ぼす影響2022

    • 著者名/発表者名
      小枝大桃,吉川航平,小泉咲人,中田敏是,劉浩
    • 学会等名
      日本機械学会第34回バイオエンジニアリング講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 雄の蚊の交尾行動時の飛行特性2022

    • 著者名/発表者名
      小枝大桃,吉川航平,小泉咲人,中田敏是,劉浩
    • 学会等名
      日本機械学会第33回バイオフロンティア講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 自動誘導・撮影アリーナを用いた風外乱下での蚊の飛行性能評価2022

    • 著者名/発表者名
      吉川航平,小枝大桃,中田敏是,劉浩
    • 学会等名
      日本機械学会第33回バイオフロンティア講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 鞘羽の開閉が甲虫の飛行性能に及ぼす影響2022

    • 著者名/発表者名
      日高航輔、小島渉、中田敏是、劉浩
    • 学会等名
      日本機械学会関東支部第28期総会・講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 鞘翅の生態学2021

    • 著者名/発表者名
      小島渉
    • 学会等名
      第二回 オンライン基礎昆虫学会議
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 深層学習を用いた昆虫羽ばたき翼の自動追尾手法の開発2020

    • 著者名/発表者名
      日高航輔、中田敏是、劉浩
    • 学会等名
      日本機械学会 第31回バイオフロンティア講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-08-03   更新日: 2024-01-30  

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