| 研究課題/領域番号 |
20K21442
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| 研究機関 | 千葉大学 |
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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)
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| 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)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| キーワード | 甲虫 / 飛行 / 空気力学 / 進化メカニズム / 効率 / 安定性 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は、昨年度構築した環境・解析手法を用いて、以下に示す飛行撮影・数値計算による飛行性能の評価と共に、甲虫の硬さ測定などを行うことで、より包括的な甲虫の機械的デザインの評価を行なった。
１）飛行撮影と運動再構築 昨年度構築した環境をベースにした飛行アリーナで、鞘翅を開いて飛ぶ甲虫２種類（アオドウガネ、カブトムシ）、鞘翅を閉じて飛ぶ甲虫２種類（シラホシハナムグリ、シロヘリミドリツノカナブン）の飛行を高速度カメラを用いて撮影した。オプティックフローなどを用いて抽出を補助する新しいトラッキング用ソフトを開発し、上記の甲虫の胴体・翅の特徴点を抽出し、3次元運動を再構築した。
２）数値流体シミュレーションによる性能評価 上記で得られた胴体・翅の３次元運動を用いて、数値シミュレーションによってアオドウガネとシラホシハナムグリの飛行性能を評価した。その結果、鞘翅を閉じて飛ぶシラホシハナムグリは、飛行している際の小さな外乱による姿勢の変化によって、姿勢が崩れてしまう不安定モードが存在するのに対し、翅の運動の違いによって、アオドウガネではその不安定モードがなくなることがわかった。すなわち、アオドウガネの飛行形態は安定かつ効率的に飛行するのに適しているのに対し、シラホシハナムグリの飛行形態はより大きなエネルギーが必要になるものの、姿勢の変化がしやすく、機動性が高くなることがわかった。
３）ドローンを用いた機動性評価
モーションキャプチャシステムによってリアルタイムで飛翔甲虫の位置・姿勢を取得し、その甲虫をドローンで追尾することで甲虫の機動性の評価を行った。しかし、甲虫がドローンに比較して小さく、モーションキャプチャでの追尾が行えないことが多く、取得できたデータは少なかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
コロナ禍による予定の遅れは、アリーナ構築と、効率的なデータ取得・解析によってほぼ解消されたと考えられる。機動性の評価以外では計画されていたデータ取得はほぼ完了し、画像解析・翼運動の再構築・シミュレーションに着手しているため、おおむね計画通りに研究が進捗していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は、前年度に取得したデータに基づいてシミュレーションを繰り返し、仮説の検証を行う。また、引き続き、アリーナを用いた飛翔甲虫の撮影を行い、個体・種類数を増やすと共に、ドローンや視覚刺激を利用した機動性の評価にも着手する。
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