蝶グループ

倒壊現場などの極限環境において観測を行うシステムとして, 地形の影響を受けない飛行型ロボットが有望です. 飛行機やヘリコプターなどの飛行機様式は多岐にわたりますが, 飛び立ち時の数Ｇを超える加速性や旋回性に注目すると, 生物が利用しているはばたき機構には多くの利点があります. 特に, 隘路などを自在に通過する場面を考えると, 昆虫の飛翔は非常に魅力的です. 昆虫は, はばたきによって翅境界で生成された剥離渦との相互作用を利用して大きな揚力を得ていると考えられ, これに関する多くの研究が進行中です. ただし, 数値計算においては, 流れ場から受ける流体力で翅が弾性変形し, その変形が流れ場に影響を与えるという複雑な連成問題があり, まだ確立された手法が存在しません.

また, 実機の製作においては, 昆虫のニューロンは高々105程度のオーダーであり, 複雑な制御は期待できませんが, システム全体としての運動能力は非常に高いです. これは, 自身の構造系のダイナミクス, すなわち「形態」を最大限に利用した結果と考えられ, この構造系のダイナミクスを活かすことで制御系を単純化できることを示唆しています. 「飛翔昆虫は翅を振動させると浮き上がる構造特性を有しているため, 複雑な制御が必要ではない」というのが本研究の設計概念であり, 制御系と構造系を調和させる設計原理の本質を示しています. また, これは, 高性能なCPUやセンサを利用しにくい小型飛行ロボットなどの分野において極めて重要な概念と言えます.

以上の視点から, 本研究では, 数センチメートルのはばたきロボットを開発することを目指し, はばたきを利用している昆虫の中で翅の自由度が少なく, はばたき周波数が低い蝶を選定し, 以下の項目を実施します.

1.3D高速度カメラシステムを使用した飛翔メカニズムの解析

<img class=”aligncenter” src=”http://www.kikulab.it-chiba.ac.jp/upload/group/butterfly/takeoff.gif” alt=”蝶の飛び立ち” />

2.可視化実験による剥離渦の生成・再利用メカニズムの解明

<img class=”aligncenter” src=”http://www.kikulab.it-chiba.ac.jp/upload/group/butterfly/visual.gif” alt=”渦の可視化実験” width=”322″ height=”173″ />

3.ボディの運動・翅の弾性変形・流れ場を考慮した数値計算による運動解析

<img class=”aligncenter” src=”http://www.kikulab.it-chiba.ac.jp/upload/group/butterfly/wing.gif” alt=”数値計算可視化” width=”322″ height=”173″ />

4.構造系の動力学特性を利用して制御系を単純化した実機の開発