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2010 年度 実績報告書

昆虫型飛翔ロボットを目指した低レイノルズ数羽ばたき飛行の最適化

研究課題

研究課題/領域番号 21360078
研究機関千葉大学

研究代表者

劉 浩  千葉大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40303698)

研究分担者 砂田 茂  大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (70343415)
得竹 浩  金沢大学, 工学部, 准教授 (80295716)
キーワードバイオメカニクス / 計算力学 / 生物飛行 / バイオミメティクス / 小型飛行体 / バイオロボット
研究概要

統合力学シミュレーションと風洞実験を用いて昆虫羽ばたき飛行の最適化現象を解明し昆虫規範型飛翔ロボット設計指針の創出を目指すために、弾性膜翼を有する羽ばたき飛行の構造・流体・動力学の連成解析可能な統合力学モデルの構築、翼形状と羽ばたき運動に対する最適化アルゴリズムの開発及び羽ばたきロボットを用いた風洞模型実験やPIV可視化を実施した。
・スズメ蛾の羽ばたき翼モデルを用いて翼の振動特性と羽ばたき翼の能動的変形及び慣性力による受動的変形に関する構造・材料力学解析を行った。
・高速度デジタルカメラと3次元動体解析ソフトウェアを含む運動計測システムを用いて、チョウの離陸飛行及び前進飛行のような自由飛行における羽ばたき運動を計測・解析し、羽ばたき飛行の動力学・流体連成解析モデルを適用し、ダイナミクス・流体解析を行った。
・構造・流体連成解析モデルと動力学・流体連成解析モデルを統合させ、昆虫羽ばたき飛行及び生物規範型羽ばたき飛行体の構造・流体・動力学連成解析シミュレータを構築した。
・前進飛行を目的関数とする、羽ばたき翼形状と羽ばたき翼運動の最適化アルゴリズムを構築し、羽ばたき飛行流体力学モデルに装着し、ショウジョウバエの静止飛行に適用してその有効性を確認した。
(5)高い飛行性能を有する羽ばたき機が有する特徴を明らかにするために、前進飛行時のピッチ、ロール、ヨーダンピングの測定;横風に遭遇した際の運動の測定、などについて検討を行った。
(6)昆虫の外乱応答に注目して、昆虫の簡単な運動モデルの定式化、突風応答の数値的解析及び羽ばたき翌の突風応答を軽減する制御器の検討などを行った.

  • 研究成果

    (31件)

すべて 2011 2010

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (22件) 図書 (3件)

  • [雑誌論文] A fluid-structure interaction model of insect flight with flexible wings2011

    • 著者名/発表者名
      T. Nakata H. Liu
    • 雑誌名

      Journal of Computational Physics

    • DOI

      DOI:10.1016/j.jcp.2011.11.005

  • [雑誌論文] Micro Air Vehicle-Motivated Computational Biomechanics in Bio-flights : Aerodynamics, Flight Dynamics and Maneuvering Stability2010

    • 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 melanogaster2010

    • 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 methods2010

    • 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 Flight2010

    • 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 Aerodynamics2010

    • 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

      Progress in Aerospace

      巻: 46 ページ: 284-327

    • 査読あり
  • [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
    • 年月日
      20110106-20110108
  • [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
    • 年月日
      20110106-08
  • [学会発表] Size effect on wing deformation and aerodynamics in insect hovering flight2011

    • 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
      20110104-07
  • [学会発表] Effect of Wing Deformation on Butterfly Takeoff2011

    • 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
      20110104-07
  • [学会発表] Size effect on wing deformation and aerodynamics in insect hovering flight2011

    • 著者名/発表者名
      T. Nakata H. Liu
    • 学会等名
      SICB2011
    • 発表場所
      Seatle, USA
    • 年月日
      20110103-07
  • [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
      高娜, 劉浩
    • 学会等名
      飛行機シンポジウム
    • 発表場所
      山梨大学
    • 年月日
      20101121-22
  • [学会発表] Computational biomechanics in bio-flight : aerodynamics, flightdynamics and maneuvering stability (invited)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
    • 年月日
      20100920-20100921
  • [学会発表] Nonlinear stability of hovering fruitfly with in numerical study2010

    • 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] 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
    • 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
    • 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
    • 年月日
      20100905-20100908
  • [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 招待講演
    • 年月日
      20100905-20100908
  • [学会発表] Nonlinear behavior in flying biomechanics : flexible wing aerodynamics, flidynamics and dynamic stability(invited)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
    • 年月日
      20100802-20100808
  • [学会発表] Free-Flight Simulation of A Butterfly Takc off2010

    • 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
    • 年月日
      20100802-20100808
  • [学会発表] Effect of Three-Dimensional and Unsteady Deformation of Flapping Wings on Aerodynamic Performance of Insect Flight2010

    • 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
    • 年月日
      20100802-20100808
  • [学会発表] Anumerical study of passive stability and and active control in fruitfly hovering2010

    • 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
    • 年月日
      20100802-20100808
  • [学会発表] How Can A Butterfly Take off : Integrated Modelling of Unsteady Aerodynamics and Flight Dynamics2010

    • 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] Engineering insect flight : from biomechanics and bio-inspired micro air vehicles2010

    • 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
    • 年月日
      2010-10-04
  • [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
      札幌
    • 年月日
      2010-09-09
  • [学会発表] TRADE-OFF BETWEEN THRUST PRODUCTION AND PROPULSIVE EFFICIENCY IN A BURST OF LARVAL ZEBRAFISH (INVITED)2010

    • 著者名/発表者名
      H.Liu, Y.Katumata, U.K.Mullerand J.L.van Leeuwen
    • 学会等名
      Proc.6^<th> WCB 2010
    • 発表場所
      Singapore
    • 年月日
      2010-08-02
  • [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(invited seminar)2010

    • 著者名/発表者名
      H.Liu
    • 学会等名
      CNRS andAix-Marseille University, France
    • 発表場所
      Marseille, France
    • 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] 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
  • [図書] Micro Air Vehicles(MAVs), Encyclopedia of Aerospace Engineering2010

    • 著者名/発表者名
      H.Liu
    • 総ページ数
      200
    • 出版者
      Wiley

URL: 

公開日: 2012-07-19   更新日: 2014-01-14  

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