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2014 年度 実施状況報告書

1mmの2.5次元構造は飛翔できるか?~マルチフィジクス計算力学による挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 26390133
研究機関九州工業大学

研究代表者

石原 大輔  九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (80363399)

研究分担者 村上 直  九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 助教 (90443499)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードマルチフィジクス / 計算力学 / MEMS / 流体構造連成 / 昆虫飛翔 / 超微小飛翔ロボット
研究実績の概要

昆虫飛翔は,マルチフィジクスの巧みな利用により,1mmスケールの微小化を達成しているので,その模倣による超微小飛翔ロボットが期待されている.しかし,マルチフィジクスの複雑さと加工技術の限界から,その可能性は明らかになっていない.ゆえに本研究では,マルチフィジクス計算力学により,2.5次元の設計空間で,昆虫飛翔を模倣した1mmスケールのMEMS翼を大規模探索し,マイクロマシニングにより,実空間で実装することで,超微小飛翔ロボットの可能性を示す.
初年度の平成26年度においては,以下の研究成果を得た:(1)昆虫飛翔の流体構造連成を中心とするマルチフィジクスは,既存ソフトによる解析が困難なので,各現象の解析方法の利点を再利用できる階層的分解モデルを用いて,安定性・精度・計算効率のバランスの良い解析プログラムを開発した.(2)昆虫飛翔を工学的に実現するために,受動的ピッチング動力学に基づく基本原理を示した.(3)(2)をマイクロマシニングで実装するために,翼の基本構造を典型的なMEMSの2.5次元構造により示した.(4)(1)(3)に基づき,MEMS翼の詳細設計を開始し,双翅目を基準とする満足解を得た.(5)(4)の実装と評価のための要素技術として,翼構造用有機薄膜と翼駆動用アクチュエータの開発に着手した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

研究実績の概要に示すように,当初の計画をおおむね順調に達成して,(1)~(3)の研究実績をあげることができ,さらに次年度以降の計画に含まれていた(4)と(5)の研究実績をあげることができたから.

今後の研究の推進方策

当初の計画以上に進展しているので,MEMS翼のマイクロマシニングと性能評価を前倒しして実施し,超微小飛翔ロボットの実用化を目指して,MEMS飛翔体の開発へと研究規模を拡大する.

次年度使用額が生じた理由

詳細設計の結果,必要であることが分かった100μm以下級シリコンウェハーと高性能ポリイミド前駆体を次年度購入するため.

次年度使用額の使用計画

詳細設計の結果,必要であることが分かった100μm以下級シリコンウェハーと高性能ポリイミド前駆体を購入する予定である.

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] A projection method for the interaction of an incompressible fluid and a structure using new algebraic splitting2014

    • 著者名/発表者名
      D. Ishihara, T. Horie
    • 雑誌名

      Computer Modeling in Engineering and Sciences

      巻: 101 ページ: 421, 440

    • DOI

      10.3970/cmes.2014.101.421

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 流体構造連成相似実験の計算による補完と昆虫飛行解析への適用2014

    • 著者名/発表者名
      石原大輔,堀江知義,二保知也
    • 雑誌名

      日本機械学会第27回計算力学講演会(CMD2014)講演論文集

      巻: 1 ページ: 1704 (2pp)

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] An experimental and three-dimensional computational study on the aerodynamic contribution to the passive pitching motion of flapping wings in hovering fies2014

    • 著者名/発表者名
      D. Ishihara, T. Horie, T. Niho
    • 雑誌名

      Bioinsration & Biomimetics

      巻: 9 ページ: 046009 (23pp)

    • DOI

      10.1088/1748-3182/9/4/046009

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 相補完的な計算と相似模型実験を用いた流体構造連成シミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      石原大輔,堀江知義,二保知也
    • 雑誌名

      第63回理論応用力学講演会講演論文集

      巻: 1 ページ: OS08-02-02(2pp)

  • [雑誌論文] 昆虫羽ばたき翼の受動的ピッチング運動における空気減衰の数値的検討2014

    • 著者名/発表者名
      石原大輔,堀江知義
    • 雑誌名

      日本機械学会2014年度年次大会講演論文集

      巻: 14-1 ページ: J0220401 (2pp)

  • [雑誌論文] 流体構造連成相似則に基づく昆虫羽ばたき翼の解析2014

    • 著者名/発表者名
      石原大輔,堀江知義,二保知也
    • 雑誌名

      日本実験力学会講演論文集2014年度年次講演会

      巻: 14 ページ: 7, 8 (A101))

  • [雑誌論文] MEMS構造要素の振動解析における入力データと連成効果の同定2014

    • 著者名/発表者名
      石原大輔,堀江知義,二保知也,馬場昭好
    • 雑誌名

      計算工学講演会論文集

      巻: 19 ページ: D-11-4 (2pp)

  • [雑誌論文] 空気中で静電駆動されるマイクロ片持ちはりにおける連成効果2014

    • 著者名/発表者名
      石原大輔,堀江知義,二保知也,馬場昭好
    • 雑誌名

      第26回電磁力関連のダイナミクスシンポジウム講演論文集

      巻: 1 ページ: 28, 29 (21Ap11)

  • [雑誌論文] 昆虫羽ばたき翼の受動的ピッチング動力学における空気力効果の数値的検討2014

    • 著者名/発表者名
      石原大輔,堀江知義,二保知也
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集

      巻: 80 ページ: 13-00836

    • DOI

      10.1299/transjsme.2014cm00X

    • 査読あり
  • [学会発表] An experimental and computational study on the aerodynamic contribution to the passive pitching motion of dipteran flapping wings2015

    • 著者名/発表者名
      D. Ishihara
    • 学会等名
      The 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics (AP Biomech 2015)
    • 発表場所
      Sapporo, Japan
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-19
    • 招待講演
  • [学会発表] Finite element analysis using a hierarchal decomposition for the interaction of structure, fluid and electrostatic field in MEMS2015

    • 著者名/発表者名
      D. Ishihara
    • 学会等名
      VI International Conference on Computational Methods for Coupled Problems in Science and Engineering (COUPLED PROBLEM 2015)
    • 発表場所
      Venice, Italy
    • 年月日
      2015-05-18 – 2015-05-20
  • [学会発表] 流体構造連成相似実験の計算による補完と昆虫飛行解析への適用2014

    • 著者名/発表者名
      石原大輔
    • 学会等名
      日本機械学会第27回計算力学講演会(CMD2014)
    • 発表場所
      盛岡,岩手
    • 年月日
      2014-11-22 – 2014-11-24
  • [学会発表] 相補完的な計算と相似模型実験を用いた流体構造連成シミュレーション2014

    • 著者名/発表者名
      石原大輔
    • 学会等名
      第63回理論応用力学講演会講演論文集
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2014-09-26 – 2014-09-28
  • [学会発表] 昆虫羽ばたき翼の受動的ピッチング運動における空気減衰の数値的検討2014

    • 著者名/発表者名
      石原大輔
    • 学会等名
      日本機械学会2014年度年次大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [学会発表] 流体構造連成相似則に基づく昆虫羽ばたき翼の解析2014

    • 著者名/発表者名
      石原大輔
    • 学会等名
      日本実験力学会2014年度年次講演会
    • 発表場所
      姫路,兵庫
    • 年月日
      2014-08-28 – 2014-08-30
  • [学会発表] MEMS構造要素の振動解析における入力データと連成効果の同定2014

    • 著者名/発表者名
      石原大輔
    • 学会等名
      第19回計算工学講演会
    • 発表場所
      広島
    • 年月日
      2014-06-11 – 2014-06-13
  • [学会発表] 空気中で静電駆動されるマイクロ片持ちはりにおける連成効果2014

    • 著者名/発表者名
      石原大輔
    • 学会等名
      第26回電磁力関連のダイナミクスシンポジウム
    • 発表場所
      盛岡,岩手
    • 年月日
      2014-05-21 – 2014-05-23

URL: 

公開日: 2016-05-27  

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