昆虫の飛行制御の研究

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18100002
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 河内 啓二 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (60143400)
• 研究分担者: 砂田 茂 大阪府立大学, 工学系研究科, 准教授 (70343415) ; 得竹 浩 金沢大学, 工学系研究科, 准教授 (80295716) ; 劉 浩 千葉大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10342875) ; 神崎 亮平 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40221907) ; 下山 勲 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 教授 (60154332)
• キーワード: 昆虫 / 飛行力学 / 神経ネットワーク / 情報処理 / 微小飛行体

研究概要

本年度は最終年度であるので、各チームの成果を寄せ合い、相互に検討するとともに、統一的な研究課題として、昆虫の飛行制御の回転翼機、固定翼機に対する優劣を考察した。これらは日本航空宇宙学会第48回飛行機シンポジウムに特別セッションを設定し、本基盤研究の全研究者が参加して公表した。我々の発表に対し、セッション参加者から活発な質疑応答があり、研究成果の認知と深化が図られた。研究成果を総括すると、昆虫は突風応答に優れている可能性が高く、エネルギ効率や振動特性では回転翼機や固定翼機に劣っているということになる。
各分担者の個別的な研究成果は研究計画に沿ってそれぞれ順調に進展し、その成果は各分担者から専門誌や学術書に活発に公刊された。そしてその努力は現在も継続中である。個別的な主な研究成果としては、自由飛行における昆虫飛行特性の推定法の確立とその推定結果、また流体力学、運動力学、構造力学を組み合わせた6自由度のはばたき翼シミュレーションの実施、飛翔筋と外骨格からなる筋骨格昆虫はばたきモデルの確立、MEMSセンサーによる自由飛行中のクロアゲハの羽ばたき翼に働く空気力分布の測定などがあげられる。この各分野における研究はいつれも世界で初めての研究成果であり、重要性が高い。昆虫のような生物の運動解析には、ここで試みた非線形性の高い複合的な解析方法が有効であることが確認された。さらにこれらの成果を統合すると、昆虫の持つ優れた飛行特性と、それらをもたらす詳細なメカニズムが明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Flutter of an aircraft flying on Mars (2011)
  • 著者名/発表者名: Tsuji, K., Sunada, S.
  • 雑誌名: Journal of aircraft 巻: Vol.48, No.1 ページ: 341-343
  • 査読あり
• [雑誌論文] Attitude Control of a Small UAV Using a Flow Sensor System (2011)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi TOKUTAKE, Shigeru SUNADA, Jin FUJINAGA
  • 雑誌名: Journal of System Design and Dynamics 巻: 5 ページ: 1-16
  • 査読あり
• [雑誌論文] A fluid-structure interaction model of insect flight with flexible wings (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Nakata, H.Liu
  • 雑誌名: Journal of Computational Physics 巻: 印刷中(掲載確定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pitch, roll, and yaw damping of a flapping wing (2010)
  • 著者名/発表者名: Sunada, S., Hatayama, Y., Tokutake, H
  • 雑誌名: AIAA Journal 巻: Vol.48, No.6 ページ: 1261-1265
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of Bell-Hiller Stabilizer Bar (2010)
  • 著者名/発表者名: Aoki, T., Sunada, S., Tokutake, H.
  • 雑誌名: Trans.Japan Society of Aeronautical and Space Scifences 巻: Vol.53, No.181 ページ: 223-230
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluid dynamic force acting on a rectangular plate with a hole in a Stokes flow (2010)
  • 著者名/発表者名: Sunada, S., Okada, S., Tokutake, H
  • 雑誌名: Trans.Japan Society of Aeronautical and Space Scifences 巻: Vol.53, No.181 ページ: 231-233
  • 査読あり
• [雑誌論文] センチメートルサイズの飛行機の安定性に関する-考察 (2010)
  • 著者名/発表者名: 岡本真、砂田茂、得竹浩、岡本正人
  • 雑誌名: 日本航空宇宙学会論文集 巻: Vol.58, No.683 ページ: 331-339
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stability analysis of gliding flight of a swallowtail as an example of a tailless airplane flying at a low Reynolds number (2010)
  • 著者名/発表者名: Okamoto, M., Sunada, S., Tokutake, H.
  • 雑誌名: AIAA Journal 巻: Vol.48, No.12 ページ: 2970-2976
  • 査読あり
• [雑誌論文] 最近の昆虫の飛行の研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 砂田茂
  • 雑誌名: 可視化情報学会誌 巻: Vol.39, No.119 ページ: 208-213
• [雑誌論文] Micro Air Vehicle-Motivated Computational Biomechanics in Bio-flights:Aerodynamics, Flight Dynamics and Maneuvering Stability (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Liu, T.Nakata, N.Gao, M.Maeda, H.Aono, W.Shyy
  • 雑誌名: Acta Mehcanica Sinica 巻: 26 ページ: 863-879
  • 査読あり
• [雑誌論文] Perturbation analysis of 6DoF flight dynamics and passive dynamic stability of hovering fruitfly Drosophila melanogaster (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Gao, H.Aono, H.Liu
  • 雑誌名: Journal of Theoretical Biology 巻: 270 ページ: 98-111
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Numerical Analysis of Dynamic Flight Stability of Hawkmoth Hovering Passive dynamic stability of a hovering fruitfly:a comparison between linear and nonlinear methods (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Gao , H.Liu
  • 雑誌名: Journal of Biomechanical Science & Engineering 巻: 5 ページ: 591-602
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Free-Flight Simulation of Insect Flapping Flight (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Maeda, N.Gao, N.Nishihashi , H.Liu
  • 雑誌名: Journal of Aero Aqua Bio-mechanisms 巻: 1 ページ: 71-79
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent Progress in Rigid and Flexible Flapping Wing Aerodynamics (2010)
  • 著者名/発表者名: W.Shyy, H.Aono, S.K.Chimakurthi, P.Trizila, C.-K.Kang, C.E.S.Cesnik, H.Liu
  • 雑誌名: Progess in Aerospace 巻: 46 ページ: 284-327
  • 査読あり
• [雑誌論文] Forward flight of swallowtail butterfly with simple flapping motion (2010)
  • 著者名/発表者名: Hiroto Tanaka, Isao Shimoyama
  • 雑誌名: Bioinspiration & Biomimetics 巻: 5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differential pressure measurement using a free-flying insect-like ornithopter with an MEMS sensor (2010)
  • 著者名/発表者名: Hidetoshi Takahashi, Yuichiro Aoyams, Kazuharu Ohsawa, Hiroto Tanaka, Eiji Iwase, Kiyoshi Matsumoto, Isao Shimoyama
  • 雑誌名: Bioinspiration & Biomimetics 巻: 5 ページ: 5/2/036005
  • 査読あり
• [雑誌論文] トンボ型羽ばたき飛行における羽ばたき位相差と飛行速度 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋英俊, 田中博人, 松本潔, 下山勲
  • 雑誌名: 日本機械学會論文集.B編 巻: 76 ページ: 1199-1205
  • 査読あり
• [雑誌論文] MEMS差圧センサ搭載昆虫型羽ばたき機を用いた自由飛翔時の翼面圧力差計測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 大澤一治, 青山雄一郎, 高橋英俊, 田中博人, 岩瀬英治, 松本潔, 下山勲
  • 雑誌名: 日本ロボット学会論文誌 巻: 28 ページ: 1131-1136
  • 査読あり
• [学会発表] 昆虫羽ばたき翼の形状最適化の解析と検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西橋直志、坪田健一、劉浩
  • 学会等名: 日本機械学会バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: 熊本大学、熊本
  • 年月日: 20110106-20110108
• [学会発表] 昆虫型羽ばたきロボットを用いた羽ばたき翼の表面圧力計測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 金沢力、中田敏是、稲田喜信、加藤裕之、劉浩
  • 学会等名: 日本機械学会バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: 熊本大学、熊本
  • 年月日: 20110106-20110108
• [学会発表] Size effect on wing deformation and aerodynamics in insect hovering flight (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Nakata, H.Liu
  • 学会等名: SICB2011
  • 発表場所: Salt Lake city, USA
  • 年月日: 20110104-20110107
• [学会発表] Effect of Wing Deformation on Butterfly Takeoff (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Maeda, S.Ozawa, T.Nakata, K.Yanaoka , H.Liu
  • 学会等名: SICB2011
  • 発表場所: Salt Lake city, USA
  • 年月日: 20110104-20110107
• [学会発表] MEMS差圧センサを搭載した羽ばたき機を用いた昆虫飛翔の研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋英俊, 大澤一治, 青山雄一郎, 松本潔, 下山勲
  • 学会等名: 日本航空宇宙学会・第48回飛行機シンポジウム
  • 発表場所: 静岡コンベンションアーツセンターグランシップ、静岡
  • 年月日: 20101130-20101202
• [学会発表] 昆虫羽ばたき飛行の動的安定性とアクティブ制御について (2010)
  • 著者名/発表者名: 高梛、劉浩
  • 学会等名: 飛行機シンポジウム
  • 発表場所: 山梨大学、山梨
  • 年月日: 20101121-20101122
• [学会発表] MEMSセンサによる羽ばたき翼面の圧力差計測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋英俊, 青山雄一郎, 大澤一治, 松本潔, 下山勲
  • 学会等名: 可視化情報学会全国講演会(鹿児島2010)
  • 発表場所: 霧島市国分シビックセンター、鹿児島
  • 年月日: 20101007-20101008
• [学会発表] Computational biomechanics in bio-flight:aerodynamics, flight dynamics and maneuvering stability (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Liu
  • 学会等名: Animal Flight Mechanics & Muscle Performance:a symposium in honour of Prof.Charlie Ellington FRS
  • 発表場所: The University of Cambridge, UK(invited)
  • 年月日: 20100920-20100921
• [学会発表] Nonlinear stability of hovering fruitfly with in numerical study (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Gao, H.Liu
  • 学会等名: ISIAC 2010
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20100919-20100923
• [学会発表] チョウ翼面における圧力差計測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋英俊, 松本潔, 下山勲
  • 学会等名: 日本機械学会2010年度年次大会
  • 発表場所: 名古屋工業大学、名古屋
  • 年月日: 20100905-20100909
• [学会発表] 生物羽ばたき翼の形状最適化の研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西橋直志、坪田健一、劉浩
  • 学会等名: 日本機械学会2010年度年次大会
  • 発表場所: 名古屋工業大学、名古屋
  • 年月日: 20100905-20100908
• [学会発表] PIV計測を用いた羽ばたき翼周りの流れ場の解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 金沢力、中田敏是、稲田喜信、加藤裕之、劉浩
  • 学会等名: 日本機械学会2010年度年次大会
  • 発表場所: 名古屋工業大学、名古屋
  • 年月日: 20100905-20100908
• [学会発表] 昆虫規範型翼とその力学特性の研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐藤彰訓、中田敏是、劉浩
  • 学会等名: 日本機械学会2010年度年次大会
  • 発表場所: 名古屋工業大学、名古屋
  • 年月日: 20100905-20100908
• [学会発表] Flight motor responses to looming visual stimuli in tethered flying bumblebees, Bombus ignites (2010)
  • 著者名/発表者名: Noriyasu Ando, Yasuhito Sano, Toshiyuki Andoh, Hirokazu Takahashi, Ryohei Kanzaki
  • 学会等名: 9th International Congress of Neuroethology
  • 発表場所: サラマンカ,スペイン
  • 年月日: 20100805-20100807
• [学会発表] TRADE-OFF BETWEEN THRUST PRODUCTION AND PROPULSIVEEFFICIENCY IN A BURST OF LARVAL ZEBRAFISH (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Liu, Y.Katumata, U.K.Muller, J.L.van Leeuwen
  • 学会等名: Proc.6^<th> WCB 2010
  • 発表場所: Singapore, Singapore(INVITED)
  • 年月日: 20100802-20100808
• [学会発表] Nonlinear behavior in flying biomechanics:flexible wing aerodynamics, flidynamics and dynamic stability (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Liu, Y.Tanaka, N.Gao, M.Maeda
  • 学会等名: Proc.6^<th> WCB 2010
  • 発表場所: Singapore, Singapore(invited)
  • 年月日: 20100802-20100808
• [学会発表] Free-Flight Simulation of A Butterfly Take off (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Maeda, K Yanaoka, H.Liu
  • 学会等名: Proc.6^<th> WCB 2010
  • 発表場所: Singapore, Singapore
  • 年月日: 20100802-20100808
• [学会発表] Effect of Three-Dimensional and Unsteady Deformation of Flapping Wings on Aerodynamic Performance of Insect Flight (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Nakata, H.Liu
  • 学会等名: Proc.6^<th> WCB 2010
  • 発表場所: Singapore, Singapore
  • 年月日: 20100802-20100808
• [学会発表] A numerical study of passive stability and active control in fruitfly hovering (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Gao, H.Liu
  • 学会等名: Proc.6^<th> WCB 2010
  • 発表場所: Singapore, Singapore
  • 年月日: 20100802-20100808
• [学会発表] スズメガ翅基部の機械感覚自己受容器の中枢投射経路の解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 安藤規泰, 王浩, 白井孝治, 木口憲爾, 神崎亮平
  • 学会等名: 第32回日本比較生理生化学会
  • 発表場所: 九州産業大学、福岡
  • 年月日: 20100717-20100719
• [学会発表] How Can A Butterfly Take off:Integrated Modelling of Unsteady Aerodynamics and Flight Dynamics (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Liu, K Yanaoka , M.Maeda
  • 学会等名: SEB Annual Meeting
  • 発表場所: Prague, Czech
  • 年月日: 20100631
• [学会発表] Aerodynamic Performance Enhancement by Insect Wing Flexibility (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Nakata , H.Liu
  • 学会等名: SICB2010
  • 発表場所: Seatle, USA
  • 年月日: 20100103-20100107
• [学会発表] 自由飛行におけるマルハナバチの高度制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 串田真也
  • 学会等名: 日本航空宇宙学会・第48回飛行機シンポジウム
  • 発表場所: 静岡コンベンションアーツセンターグランシップ、静岡
  • 年月日: 2010-12-01
• [学会発表] 昆虫サイズの飛行体の外乱応答と制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 得竹浩, 奥村賢次朗
  • 学会等名: 日本航空宇宙学会・第48回飛行機シンポジウム
  • 発表場所: 静岡コンベンションアーツセンターグランシップ、静岡
  • 年月日: 2010-12-01
• [学会発表] スズメガの飛行を支える神経・筋肉の制御機構 (2010)
  • 著者名/発表者名: 安藤規泰, 河野徳郎, 王浩, 神崎亮平
  • 学会等名: 日本航空宇宙学会・第48回飛行機シンポジウム
  • 発表場所: 静岡コンベンションアーツグランシップ、静岡
  • 年月日: 2010-12-01
• [学会発表] Development of a Small Unmanned Helicopter (2010)
  • 著者名/発表者名: Tokutake, H., Koyama, K., Sunada, S.
  • 学会等名: Heli Japan 2010
  • 発表場所: 大宮ソニックシティ、埼玉
  • 年月日: 2010-11-02
• [学会発表] Analysis of Bell-Hiller Stabilizer Bar (2010)
  • 著者名/発表者名: Aoki, T., Sunada, S., Tokutake, H.
  • 学会等名: Heli Japan 2010
  • 発表場所: 大宮ソニックシティ、埼玉
  • 年月日: 2010-11-02
• [学会発表] Design of a propeller of an airplane on Mars (2010)
  • 著者名/発表者名: Sunada, S., Ishida, R., Hayashida, T., Hashizume, M., Tsuji, K.
  • 学会等名: Heli Japan 2010
  • 発表場所: 大宮ソニックシティ、埼玉
  • 年月日: 2010-11-02
• [学会発表] Aerodynamic force by rotating wing at low Reynolds number (2010)
  • 著者名/発表者名: Keiji Kawachi, Yuto Yokoi
  • 学会等名: Tri-University Engineering Symposium on Aerospace Technology 2010
  • 発表場所: Soul, Korea
  • 年月日: 2010-10-25
• [学会発表] Height control of bumblebee in free flight (2010)
  • 著者名/発表者名: Masaya Kushida, Keiji Kawlachi
  • 学会等名: Tri-University Engineering Symposium on Aerospace Technology 2010
  • 発表場所: Soul, Korea
  • 年月日: 2010-10-25
• [学会発表] Engineering insect flight:from biomechanics and bio-inspired micro airvehicles (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Liu
  • 学会等名: Workshop on Bio-inspired Mechanical Engineering
  • 発表場所: Chiba University, Chiba
  • 年月日: 2010-10-04
• [学会発表] 昆虫の飛翔シミュレーションのための筋骨格モデル (2010)
  • 著者名/発表者名: 河野徳郎, 安藤規泰, 神崎亮平
  • 学会等名: 第28回日本ロボット学会学術講演会
  • 発表場所: 名古屋工業大学、名古屋
  • 年月日: 2010-09-24
• [学会発表] Aerodynamic characteristics of 'Space wing' (2010)
  • 著者名/発表者名: Tsuji, K., Sunada, S.
  • 学会等名: 2011 Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology
  • 発表場所: 西安、中国
  • 年月日: 2010-09-14
• [学会発表] An effect of wing corrugation on a gliding flight of a dragonfly (2010)
  • 著者名/発表者名: Hashizume, M.Sunada, S., Kawachi, K.
  • 学会等名: 2011 Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology
  • 発表場所: 西安、中国
  • 年月日: 2010-09-13
• [学会発表] 蝶の離陸の自由飛翔シミュレーション (2010)
  • 著者名/発表者名: 前田将輝, 柳岡和弘, 小澤周平、中田敏是、劉浩
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2010
  • 発表場所: 北海道大学高等教育機能開発総合センター、北海道
  • 年月日: 2010-09-09
• [学会発表] 生物飛行のバイオメカニクスとバイオミメティクス (2010)
  • 著者名/発表者名: 劉浩
  • 学会等名: 日本機械学会2010年度年次大会
  • 発表場所: 名古屋工業大学、名古屋(招待講演)
  • 年月日: 2010-09-05
• [学会発表] 生物飛行に学ぶバイオミメティクス研究の動向 (2010)
  • 著者名/発表者名: 劉浩
  • 学会等名: 「次世代バイオミメティック材料の研究動向と異分野連携」に関するジョイントシンポジウム
  • 発表場所: 国立科学博物館、東京(招待講演)
  • 年月日: 2010-06-08
• [学会発表] Micro Air Vehicle-Motivated Biomechanics and Biomimetics in Insect Fligh (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Liu
  • 学会等名: CNRS and Aix-Marseille University, France
  • 発表場所: Marseille, France(invited seminar)
  • 年月日: 2010-04-26
• [図書] 生物流体力学 (2011)
  • 著者名/発表者名: 劉浩
  • 総ページ数: 30
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] Developments of Centimeter-sized Aircraft, Encyclopedia of Aeros ap ce Engineering.(Vol.7, Chapter 355) (2010)
  • 著者名/発表者名: Sunada, S., Tokutake, H.(分担執筆)
  • 総ページ数: 10
  • 出版者: John Wiley and Sons
• [図書] Micro Air Vehicles(MAVs), Encyclopedia of Aerospace Engineering (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Liu
  • 総ページ数: 200
  • 出版者: Wiley
• [図書] ネオバイオミメティック・エンジニアリング (2010)
  • 著者名/発表者名: 劉浩
  • 総ページ数: 16
  • 出版者: シーエムシー
• [備考]
  • URL: http://www.brain.rcast.u-tokyo.ac.jp/