| 研究課題/領域番号 |
21K03969
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 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
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| 研究機関 | 東京電機大学 |
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研究代表者 |
藤川 太郎 東京電機大学, 未来科学部, 准教授 (40618394)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | 蝶 / はばたきロボット / 翅形状 / 飛翔メカニズム / 数値流体力学解析 / 運動解析 / アゲハチョウ科 / タテハチョウ科 / はばたき / 数値流体シミュレーション / 飛翔特性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本申請研究では，手のひらサイズの小型はばたきロボットの自由飛翔を実現するため，モデルとしている蝶について，種によって異なる翅形状とその飛翔特性の違いを運動解析と数値流体解析により明らかにすることを目的とする．第一に，翅形状の異なる複数種の蝶の自由飛翔を高速度カメラで撮影して運動解析を行い，3Dモデルによる数値流体解析結果と合わせることで，翅形状の違いによる飛翔特性の違いを明らかにする．これにより，はばたきロボットの自由飛翔を実現させるための最適な翅形状の設計原理を求める．第二に，これを基に製作した小型はばたきロボットの飛翔実験により，翅形状と飛翔特性の関係を立証する．
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| 研究成果の概要 |
旋回性や加速性に優れたアゲハチョウ科と長距離飛翔に優れたタテハチョウ科の蝶の運動解析およびそれぞれの翅の3Dモデルに対する数値流体力学解析を行った．また，自由飛翔が可能な1.8gの蝶型はばたきロボットを開発し，それぞれの蝶をモデルとした翅を実装した飛翔運動解析を行った．
その結果，タテハチョウ科の翅形状の方が揚抗比が高いこと，アゲハチョウ科の方が自由飛翔時の上下動の振幅が大きい傾向にあることが明らかになった．これより，飛翔中により上昇しやすいのはアゲハチョウ科の翅形状であり，低い周波数で上下動少なく飛翔するためにはタテハチョウ科の翅形状が優れていることが示された．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
「飛翔能力が違う蝶の種によって翅形状が異なる工学的な意味は何か」ということが本研究の核心をなす学術的問いである．
本研究では，より上昇しやすい翅形状はアゲハチョウ科のような後翅の幅が狭いものであり，低い周波数でほぼ水平に飛翔させるためにはタテハチョウ科のような後翅が幅広く丸みを帯びた翅形状が適しているということを，蝶の運動解析および実機による検証実験により明らかにした．これは，これまで困難であった昆虫サイズの小型はばたきロボットの自由飛翔の実現に寄与したという意味で大きな意義がある．
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