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

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21360078
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 流体工学
• 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 金沢大学, 工学部, 准教授 (70343415) ; 得竹 浩 金沢大学, 工学部, 准教授 (80295716)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: バイオ流体力学 / 小型飛行体

研究概要

生物飛行の統合力学シミュレータの開発と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現象の解明を目標とし、羽ばたき飛行の弾性翼構造・材料力学、動力学及び流体力学の諸モデルを構築.統合して昆虫飛行の構造・流体・動力学連成解析シミュレータを開発した。さらに本シミュレータをスズメ蛾やハエと超小型飛行ボットの空力性能や動的飛行安定性などの運動メカニズム解析に適用し、低レイノルズ数羽ばたき飛行における翼構造や翼運動の最適設計指針を確認した。

研究成果

• [雑誌論文] Aerodynamics and Flight Stability of A Prototype Flapping Micro Air Vehicle (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Liu, X. Wang, T. Nakata K. Yoshida
  • 雑誌名: Proceedings of IEEE CME2012 ページ: 1-6
• [雑誌論文] Effect of Passive Body Deformation of Hawkmoth on Flight Stability (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Noda, M. Maeda H. Liu
  • 雑誌名: Proceedings of IEEE IAS2012 ページ: 1-8
• [雑誌論文] Aerodynamic performance of a hovering hawkmoth with flexible wings : a computational approach (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Nakata H. Liu
  • 雑誌名: Proceedings of Royal Society B
  • DOI: DOI:10.1098/rspb.2011.1023
• [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
  • DOI: DOI:10.1016/j.jcp.2011.11.005
• [雑誌論文] Flexible wings aerodynamics of a bio-inspired flapping micro air vehicle (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Nanaka, H. Liu Y. Tanaka, N. Nishihashi, X. Wang, A. Sato
  • 雑誌名: Bioinspiration & Biomimetics
  • DOI: DOI:10.1088/1748-3182/6/4/045002
• [雑誌論文] Computational study on near wake interaction between undulation body and a D-section cylinder (2011)
  • 著者名/発表者名: Q. Xiao, K. Sun, H. Liu, J. Hu
  • 雑誌名: Ocean Engineering
  • DOI: DOI:10.1016/j.oceaneng.2010.12.017
• [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 Mechanica Sinica 巻: Vol.26 ページ: 863-879
• [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: Vol.270 ページ: 98-111
• [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: Vol.5 ページ: 591-602
• [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: Vol.1 ページ: 71-79
• [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: Progress in Aerospace 巻: Vol.46 ページ: 284-32
• [雑誌論文] Size effects on insect hovering aerodynamics : an integrated computational study (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Liu H. Aono
  • 雑誌名: Bioinspiration & Biomimetics 巻: Vol.4 ページ: 1-13
• [雑誌論文] An Un-momentous Start to Life : Can Hydrodynamics Explain Why Fish Larvae Change Swimming Style? (2009)
  • 著者名/発表者名: Ulrike K Muller, Johan L van Leeuwen, Stephan van Duin, Hao Liu
  • 雑誌名: Journal of Biomechanical Science & Engineering 巻: Vol.4(1) ページ: 41-53
• [雑誌論文] Computation of self-propelled swimming in larva fishes (2009)
  • 著者名/発表者名: Yohei Katumata, Ulrike K Muller Hao Liu
  • 雑誌名: Journal of Biomechanical Science & Engineering 巻: Vol.4(1) ページ: 54-66
• [雑誌論文] A Numerical Analysis of Dynamic Flight Stability of Hawkmoth Hovering (2009)
  • 著者名/発表者名: Na Gao, Hikaru Aono Hao Liu
  • 雑誌名: Journal of Biomechanical Science & Engineerin 巻: Vol.4(1) ページ: 105-116
• [雑誌論文] Numerical Analysis of Sound Generation of Flapping Wings of Insect (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Inada, H. Aono, H. Liu, T. Aoyama
  • 雑誌名: Theoretical and Applied Mechanics Japan 巻: Vol.57 ページ: 437-446
• [学会発表] 生物規範飛行システム(招待講演) (2012)
  • 著者名/発表者名: 劉浩
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学、横浜市
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] Advantages of a flapping wing over a propeller (2012)
  • 著者名/発表者名: Sunada, S. Tsuji, K
  • 学会等名: 50^<th> AIAA Aerospace sciences meeting including the new horizons forum and aerospace exposition
  • 発表場所: Nashiville, USA
  • 年月日: 2012-01-10
• [学会発表] 羽ばたき飛行における胴体弾性力学の流体構造連成解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 野田龍介, 中田敏是, 前田将輝, 劉浩
  • 学会等名: 日本機械年会バイオエンジニアリング講演会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2012-01-08
• [学会発表] Are insect wings designed to be aerodynamically optimized? (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Nakata H. Liu
  • 学会等名: SEB Annual Meeting
  • 発表場所: Glasgow, UK
  • 年月日: 20110631
• [学会発表] Estimating the Impact of the Ground in Butterfly Takeoff (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Maeda, T. Nakata, S. Ozawa H. Liu
  • 学会等名: SEB Annual Meeting
  • 発表場所: Glasgow, UK
  • 年月日: 20110631
• [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 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: 20110104-07
• [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: 20110104-07
• [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: Seatle, USA
  • 年月日: 20110103-07
• [学会発表] Flexible Wing Aerodynamics in Insect Flight and Bio-inspired Micro Air Vehicles (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Liu
  • 学会等名: Nonlinear Mechanics Workshop in Beijing 2011
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2011-12-18
• [学会発表] Biomechanics in Bio-flights and Bio-inspired Flying Robots (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Liu
  • 学会等名: The 1st Joint Scientific Symposium of Shanghai Jiao Tong University and Chiba University (JSSSC2011)
  • 発表場所: Chiba, Japan
  • 年月日: 2011-11-30
• [学会発表] Aerodynamics of a bio-inspired flexible flapping wing micro air vehicle (2011)
  • 著者名/発表者名: X. Wang, T. Nakata, N. Nishihashi H. Liu
  • 学会等名: ICIUS 2011
  • 発表場所: Chiba, Japan
  • 年月日: 2011-11-01
• [学会発表] Thrust Performance of Flapping-Wing Micro Air Vehicles (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshida, M. Tabata, T. Nakata, X. Wang, H. Suzuki, T. Hashimoto H. Liu
  • 学会等名: ICIUS 2011
  • 発表場所: Chiba, Japan
  • 年月日: 2011-11-01
• [学会発表] 横風に対する羽ばたき機の応答について (2011)
  • 著者名/発表者名: 早川真央, 砂田茂
  • 学会等名: 日本航空宇宙学会第49回飛行機シンポジウム
  • 発表場所: 金沢歌劇座
  • 年月日: 2011-10-26
• [学会発表] 超小型羽ばたき飛行体の空力性能評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 王暁嵐, 中田敏是, 西橋直志, 劉浩
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2011
  • 発表場所: 首都大学東京
  • 年月日: 2011-09-08
• [学会発表] An Investigation on the Issues in Modelling of Free Flight in Animal Locomotion (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Maeda, T. Nakata H. Liu
  • 学会等名: AJK 2011
  • 発表場所: Hamamatsu, Japan
  • 年月日: 2011-07-28
• [学会発表] Swimming hydrodynamics and maneuverability in C-start of zebrafish larvae : an integrated computational study (2011)
  • 著者名/発表者名: G. Li, U. Muller, J. van Leeuwen, H. Liu
  • 学会等名: AJK 2011
  • 発表場所: Hamamatsu, Japan
  • 年月日: 2011-07-28
• [学会発表] Coupling the flexible wing aerodynamics and structural dynamics in insect flapping flight (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Liu, T. Nakata
  • 学会等名: Coupled Problems 2011 IV International Conference on Coupled Problems in Science and Engineering,
  • 発表場所: Kos Island, Greece
  • 年月日: 2011-06-21
• [学会発表] Computational biomechanics in bio-flights and bio-inspired Micro Air Vehicles (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Liu
  • 学会等名: Workshop on Biomimetics Aero-/Hydro- dynamic
  • 発表場所: Applications, Glasgow, UK
  • 年月日: 2011-06-15
• [学会発表] Micro air vehicle. motivated computational biomechanics in bio-flights and insect-inspired biomimetics (Keynote) (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Liu, T. Nakata, N. Gao, M. Maeda
  • 学会等名: Workshop on bio-inspired robotics
  • 発表場所: Nantes, France
  • 年月日: 2011-04-07
• [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, 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
  • 年月日: 20100920-21
• [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: ISIAC2010
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20100919-23
• [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: 20100905-08
• [学会発表] Trade-off between thrust production and propulsive efficiency 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. 6th WCB 2010
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 20100802-08
• [学会発表] Nonlinear behavior in flying biomechanics : flexible wing aerodynamics (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Liu, Y. Tanaka, N. Gao, M. Maeda
  • 学会等名: flight dynamics and dynamic stability (invited) 6^<th> WCB 2010
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 20100802-08
• [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
  • 年月日: 20100802-08
• [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. 6th WCB 2010
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 20100802-08
• [学会発表] A numerical study of passive stability and 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
  • 年月日: 20100802-08
• [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] チョウ自由飛翔の流体・飛行ダイナミクスシミュレーション (2010)
  • 著者名/発表者名: 柳岡和宏, 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: 岡山理科大学
  • 年月日: 20100108-10
• [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: SICB10
  • 発表場所: Seattle, USA
  • 年月日: 20100104-07
• [学会発表] Engineering insect flight : from biomechanics and bio-inspired micro air vehicles (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
  • 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
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2010-09-09
• [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(招待講演) (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
  • 年月日: 2010-06-08
• [学会発表] Micro Air Vehicle-Motivated Biomechanics and Biomimetics in Insect Flight (invited seminar) (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
  • 年月日: 2010-04-26
• [学会発表] 羽ばたきMAVのための弾性翼変形と空力性能についての研究開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 田中義章, 佐藤彰訓, 坪田健一, 劉浩
  • 学会等名: 日本機械学会2009年度年次大会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 20090913-16
• [学会発表] Effect of Structural Flexibility on Aerodynamic Performance of Flapping wing in Insect Flight (Best student award, 1^<st> place) (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Nakata H. Liu
  • 学会等名: ISABMEC09
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 20090828-0902
• [学会発表] NONLINEAR PASSIVE DYNAMIC STABILITY OF FRUITFLY, DROSOPHILA MELANOGASTER (Best student award, 2nd place) (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Gao H. Liu
  • 学会等名: ISABMEC09
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 20090828-0902
• [学会発表] Insect Free Flapping Flight Simulation via Fluid-Dynamics Coupling (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Maeda H. Liu
  • 学会等名: ISABMEC09
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 20090828-0902
• [学会発表] Hydrodynamics and maneuverability of free swimming in Zebra fishes (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Katumata, U. Muller H. Liu
  • 学会等名: ISABMEC09
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 20090828-0902
• [学会発表] Numerical Analysis of Sound Generation and Transmission from Flapping Wings (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Inada, H. Aono, H. Liu, T. Aoyama
  • 学会等名: ISABMEC09
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 20090828-0902
• [学会発表] Aerodynamic performance of Flapping Flexible Wing in Insect Flight (Best Presentation Award, 2^<nd> place) (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Nakata H. Liu
  • 学会等名: SEB09
  • 発表場所: Glasgow, Scotland, UK
  • 年月日: 20090628-0701
• [学会発表] Nonlinear passive dynamic stability of hawkmoth hovering : a computational study by coupling equations of 6DOF motion with Navier-Stokes equations (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Gao H. Liu
  • 学会等名: SEB09
  • 発表場所: Glasgow, Scotland, UK
  • 年月日: 20090628-0701
• [学会発表] Biofluiddynamics of Flapping Flexible Wings in Insect Flight : A Fluid-Structure Interaction (FSI) Study (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Nakata H. Liu
  • 学会等名: FEF09
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 20090401-02
• [学会発表] Biomechanics and Biomimetics of Insect Flight (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Liu
  • 学会等名: International Symposium on Engineering Neo-Biomimetic 2009
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 20090101-02
• [学会発表] Flying Biomechanics and Insect-inspired Biomimetics (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Liu
  • 学会等名: KU-ICCAS_1^<st>Joint-Symposium 2009
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2009-12-10
• [学会発表] Computational biomechanics : Swimming, flying (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Liu
  • 学会等名: Shanghai Jiao Tong University
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 2009-11-05
• [学会発表] 回転翼と羽ばたき翼 (2009)
  • 著者名/発表者名: 辻和樹, 砂田茂, 得竹浩, 青野光, 劉浩, 稲田喜信, 河内啓二
  • 学会等名: 日本航空宇宙学会第47回飛行機シンポジウム
  • 発表場所: 長良川国際会議場
  • 年月日: 2009-11-04
• [学会発表] Bio-flights and Micro Air Vehicle-Motivated Aerodynamics (2009)
  • 著者名/発表者名: 劉浩
  • 学会等名: マイクロ流体技術研究所公開研究発表会
  • 発表場所: 日本文理大学(大分)
  • 年月日: 2009-10-24
• [学会発表] Integrated Modeling of Bio-flights for MAV Applications : Aerodynamics, Maneuverability and Optimization (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Liu
  • 学会等名: University of Michigan, Ann Arbor
  • 発表場所: MI, USA
  • 年月日: 2009-06-25
• [学会発表] Computational biomechanics : from bioflights, micro air vehicles to the cardiovascular system (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Liu
  • 学会等名: National University of Singapore 2009
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2009-05-04
• [図書] Handbook of Unmanned Aerial Vehicles (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Sunada, H. Liu, H. Tokutake D. Kubo
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: Springer
• [図書] 次世代バイオミメティクス研究の最前線-生物の飛行に学ぶ- (2011)
  • 著者名/発表者名: 劉浩
  • 総ページ数: 10
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] ネイチャーテクノロジー・-ハチドリロボット- (2011)
  • 著者名/発表者名: 劉浩
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 学研パブリッシング株式会社
• [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] Micro Air Vehicles (MAVs) (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Liu
  • 総ページ数: 200
  • 出版者: Encyclopedia of Aerospace Engineering, 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
• [図書] Micro Air Vehicles (MAVs) (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Liu W. Shyy
  • 総ページ数: 153
  • 出版者: Encyclopedia of Aerospace Engineering