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2014 Fiscal Year Research-status Report

昆虫の翅にみられる折りたたみ・展開機構を応用した革新的展開構造の創成

Research Project

Project/Area Number 26870125
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

斉藤 一哉  東京大学, 生産技術研究所, 助教 (40628723)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords展開構造 / 昆虫 / 甲虫 / ハネカクシ
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は,甲虫目や革翅目を初めとする折りたたみ型の後翅を有する昆虫の翅の展開・収納行動をハイスピードカメラ,3次元計測技術を用いて詳細に観察し,折紙の幾何学を用いて翅のデザインを弾性力学的観点から説明する新しい折りたたみモデルを提案することで,革新的な展開構造を創成することにある.初年度に当たる平成26年度は,まず先行研究の調査を行い昆虫学者らの報告を基に翅の展開・収納メカニズムの分類を行った.得られた知見からテントウムシ,ハネカクシ等が用いている翅脈の弾性を利用した自己展開に着目し,これらの種の後翅の展開・収納動作に関して,ハイスピードカメラによる観察を行った.
平成26年度に得られた最大の成果は,中型のハネカクシの一種であるオオアバタハネカクシの後翅の収納プロセスと左右の翅の展開図を世界で初めて明らかにした事である.ハネカクシは後翅を左右非対称に折り畳むことで非常に高い収納効率を実現しているが,具体的な折り畳み方法を明らかにしたことで,これらの展開構造としての優れた特性を工学的に再現する上で解決すべき課題を整理することができた.また同様の弾性展開型の後翅を持つテントウムシについても収納プロセスの高速度撮影と後翅の折りたたみモデルの製作を行った.
また本研究課題を遂行する上で必要不可欠な昆虫学者のグループとの人脈形成に注力し,九州大学総合研究博物館や国立科学博物館の研究者達とディスカッションを行い,未解決課題の洗い出しや次年度以降の研究対象とする種の選定を行った.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

ハネカクシの後翅の展開図と収納プロセスの解明によって,「対称構造の非対称折りたたみ」や「2つの収納形状を持つ展開構造」など,これまでに無い新しい展開構造の開発への道を開くことができた.さらに,これらの成果は当初2年目以降に得られる予定であったため,当初の計画以上に進展していると判断した.

Strategy for Future Research Activity

ハネカクシに関しては,翅脈,膜,関節など後翅を構成する要素を更に詳細に解析することが目的となる.電子顕微鏡による観察だけでなく,マイクロCTを用いて翅脈の断面や折線部の立体構造を明らかにする.さらに有限要素法による数値シミュレーションを用いて翅脈の変形メカニズムを明らかにする.得られた知見は可変構造用の弾性ヒンジ等に直接応用可能であると期待される.
テントウムシに関しては,平成26年度に作成した折りたたみモデルを更に改良し,膜面の弾性や翅脈の立体形状まで含めてモデル化する.膜面に折線が現れるメカニズムに関しては,ソーラーセイル開発で使われている膜面のリンクリングの解析手法が有効であると期待される.ハイスピードカメラによる収納動作の解析も継続し,翅の収納過程の形状を詳しく見ることで,展開のための弾性エネルギーがどのように蓄えられるかを説明する.
またアリヅカムシなどより小型の甲虫の後翅にアコーディオン状の特徴的な折線パターンに関しても新しいターゲットとして研究する.27年度中に生体サンプルの提供を受け,ハネカクシと同様のプロセスで研究を行う.

Causes of Carryover

昨年末にハイスピードカメラ制御用のPCが故障したため部品交換の費用として100,000円程度の支出を予定していたが,メーカに問い合わせたところ,新しい部品への交換が必要無く無償で修理を行えたため予算に余剰が生じた.

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度に参加予定の学会の開催地が遠方であり,交通費が前年度より多く必要となると考えられるため,未使用額は旅費に当てる予定である.

  • Research Products

    (9 results)

All 2014 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Asymmetric hindwing foldings in rove beetles2014

    • Author(s)
      Kazuya Saito, Shuhei Yamamoto, Munetoshi Maruyama, Yoji Okabe.
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

      Volume: 111(46) Pages: 16349-16352

    • DOI

      10.1073/pnas.1409468111

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] New deployable structures based on an elastic origami model2014

    • Author(s)
      Kazuya Saito, Akira Tsukahara, Yoji Okabe.
    • Journal Title

      ASME Journal of Mechanical Design

      Volume: 137(2) Pages: 021402

    • DOI

      10.1115/1.4029228

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ハイスピードカメラを用いた昆虫の翅の展開・収納挙動の解析と展開構造物への応用2014

    • Author(s)
      斉藤一哉
    • Organizer
      日本機械学会2014年度年次大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • Invited
  • [Presentation] 不整を与えた剛体折紙モデルに基づく自己展開構造の設計2014

    • Author(s)
      斉藤一哉,塚原彬,岡部洋二
    • Organizer
      Dynamics and Design Conference 2014
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2014-08-26 – 2014-08-29
  • [Presentation] Designing of Self-Deploying Origami Models Using Geometrically Misaligned Crease Patterns2014

    • Author(s)
      Kazuya Saito, Yoji Okabe, Akira Tsukahara
    • Organizer
      ASME 2013 International Design Engineering Technical Conferences
    • Place of Presentation
      Buffaro
    • Year and Date
      2014-08-17 – 2014-08-20
  • [Presentation] Self-Deploying Origami Models Using Misaligned Crease Patterns2014

    • Author(s)
      Kazuya Saito, Yoji Okabe, Akira Tsukahara
    • Organizer
      The 6th International Meeting on Origami in Science, Mathematics and Education
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2014-08-10 – 2014-08-13
  • [Presentation] 不整入り剛体折紙モデルを利用した自己展開構造2014

    • Author(s)
      斉藤一哉,塚原彬,岡部洋二
    • Organizer
      第56回構造強度に関する講演会講演集
    • Place of Presentation
      浜松
    • Year and Date
      2014-08-06 – 2014-08-08
  • [Remarks] 東大プレスリリース(14/11/4) 昆虫界の“最難”折りたたみ:ハネカクシの羽の隠し方の謎を解明

    • URL

      http://www.iis.u-tokyo.ac.jp/publication/topics/2014/20141104press1.pdf

  • [Remarks] UTokyo Research, 昆虫界の“最難”折りたたみ:ハネカクシの羽の隠し方の謎を解明

    • URL

      http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/utokyo-research/research-news/most-sophisticated-hindwing-folding-in-insects/index.html

URL: 

Published: 2016-06-01  

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