| 研究課題/領域番号 |
17K06148
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
白崎 実 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (50302584)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 計算流体力学 / 固気液3相流れ / 自由界面 / 生物流体 / 魚の遊泳 |
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| 研究実績の概要 |
魚の遊泳は身近な現象でありながら詳細が明らかではないことも多い．一部の魚は水面付近を跳躍しながら遊泳するが，その理由は諸説あるものの必ずしも明らかにはなっていない．水面付近では，通常の遊泳を行うよりも跳躍を伴う遊泳を行った方が造波抵抗や発生した波による影響を避けることができることから，離着水時に生じる抵抗の増加を考慮しても，力学的には総合的に有利なのではないかという仮説の検証を試みる．本研究では，特に水面近くにおける魚の遊泳，急加速，そして跳躍に至る一連の運動について，魚が持つ筋力やエネルギーを考慮した自身の変形による自律推進についての解析を計算流体力学により実施する．本研究の成果は，現実の魚の遊泳挙動の把握の他，魚型ロボットの水面付近での効率的な遊泳，制御につながる可能性がある．
昨年度に引き続き本年度も，強制的に「変位」を与える計算モデルではなく，実際の魚のように骨格に「筋力」が作用し，流体から受ける力との相互作用によって全身の変形が決まって流体中を推進する計算モデルを用いた解析を行った．背骨を模擬した連結された剛体からなるモデルの動きをLagrangeの運動方程式により表し，筋力として連結部にトルクを与え，復元力，拘束力を考慮して，魚型モデルが筋力によって流体力と相互作用しつつ変形し，推進する現象を再現し，パラメータが遊泳に与える影響について調査を行った．また，引き続き計算の妥当性を検証するための実験にも取り組んだ．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
連結された剛体から構成される背骨のみの単純化されたモデルの動きをLagrangeの運動方程式により表現し，筋力として連結部にトルクを与え，復元力，拘束力を考慮して，魚型モデルが筋力によって流体力と相互作用しつつ変形し，推進する現象を再現し，種々のパラメータが遊泳に与える影響について調査，検討を行った，魚型モデルの変形（変位）は，与えた筋力とまわりの流体との相互作用によって決まるため，従来のように強制的に変位を与えることによる推進よりもその挙動は複雑になる．筋力として連結部に与えるトルクの大きさ，振動数はもちろんのこと，トルクの大きさの分布によって遊泳挙動や速度が大きく異なることが明らかになったものの，十分な整理までには至れていないため．
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの内容を統合し，流れの中で魚が自身の筋力によって変形するモデルにより筋力と流体との相互作用のもとでの自律推進について，水面近くでの遊泳，急速に方向転換する遊泳，そして跳躍を含んだ遊泳についての解析を引き続き進めるが，対象とする現象が複雑であることから，調査する内容を絞って成果をまとめる予定である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
計算の妥当性を検証するための実験を進めてきたが，当初予定した方法では，想定している条件下では移動物体の位置を十分な精度で測定することが難しいことがわかり，検証方法について一部再検討が必要となったため．
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