| 研究課題/領域番号 |
17H02830
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| 研究機関 | 九州工業大学 |
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研究代表者 |
石原 大輔 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (80363399)
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| 研究分担者 |
村上 直 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (90443499)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | マルチフィジクス強連成 / 昆虫羽ばたき飛行 / 強連成解析 / MEMS / 昆虫規範 |
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| 研究実績の概要 |
昆虫飛行はマルチフィジクス強連成を巧みに利用して，1mmスケールの微小化を達成している．ゆえに昆虫飛行を規範とすることにより，超小型飛行体の実現が期待されている．しかし，マルチフィジクス強連成の複雑さと加工技術の制限から，1mmスケールの微小化は実現されていない．そこで本研究では，マルチフィジクス強連成解法を開発し，それを用いて，MEMS（Micro Electro-Mechanical System）の2.5次元構造がマルチフィジクス強連成に基づく昆虫飛行機能を持つように設計し，それを実際にMEMSプロセス（リソグラフィとエッチングによる微細加工）で作成することにより，1mmスケールの昆虫規範型MEMS飛行体を実現する．
本年度においては，以下の研究成果を得た：（1）流体-構造強連成解析を用いて，翼ピッチング運動が自動化されるように設計した．1mmスケールの翼において，基部の板バネによる共振により，アクチュエータの微小変位80μm が約20 倍に増幅されて，ストローク角が72°に達し，昆虫の体重を支えるのに十分な揚力が発生した．共振を伴う流体-構造強連成解析に対して，計算規模が十分かどうか確認した．（2）1mmスケールの羽ばたき機構の中空構造が微小ひずみ大回転することにより，実際の圧電バイモルフ型アクチュエータの出力変位100μm から大きなストローク角90°が得られた．ここで製造可能性を考慮しながら，非線形構造解析により解を探索した．（3）構造-電界強連成解析により検討するため，羽ばたき機構の非線形構造解析と圧電バイモルフの圧電‐逆圧電強連成解析の強連成解法を開発した．翼の共振と羽ばたき機構を2重に用いるMEMS飛行体の詳細設計のために，その構造解析を流体構造連成解析に拡張する予定である．（4）（2）に基づき，MEMSプロセスによる試作と静的駆動試験を実施した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
研究実績の概要に示すように，当初の計画をおおむね順調に達成して，（1）～（3）の研究実績をあげることができ，さらに次年度以降の計画に含まれていた（4）の研究実績をあげることができたから．
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究では，１．階層的分解アプローチに基づく強連成解法を開発し，２．昆虫規範型MEMS 飛行体の強連成解析を行い，その詳細設計を行い，３．MEMSプロセスを開発し，それを用いて，昆虫規範型MEMS 飛行体を作成し，４．昆虫規範型MEMS飛行体の性能評価を行う．当初の計画以上に進展しているので，この流れを早めるとともに，各項目の質と量を増やして，その研究規模を拡大する．
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