屈曲運動生物を模倣対象とした水中推進機構の開発とマイクロマシンへの応用

模仿弯曲生物的水下推进机构的开发及其在微型机械中的应用

• 批准号: 06750259
• 负责人: 小林 俊一
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Shinshu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06750259/
• 关键词: ロボティクス; バイオメカニクス; バイオミメティクス; バイオエンジニアリング; マイクロマシン

一般に、生物の運動は自律的かつ高機能、高効率であることから、生物の運動機構を模倣したロボットの研究は、工学的に極めて有意義であると考えられる。ここで、生物の水中運動に関しては、大体がヒレによる往復運動や体全体を使っての屈曲運動という形態によって実現されている。この観点より水中を屈曲運動により推進する生物に着目、その運動形態を工学的に再現するため、柔軟かつ連続的な生物の屈曲波形を離散化した要素構成に置き換え、多リンク機構で構成することを想定した「多リンク模倣モデル」を提案した。本研究ではマイクロマシンへの応用を想定した、精子等の真核生物のべん毛運動を模倣した多リンク模倣モデルの屈曲推進運動に関する数学モデルの構築を行い、推進力,推進速度に関するシミュレーション解析を行った。また、シミュレーション解析の実験による検証として、ステッピングモータをアクチュエータとする多リンク模倣モデルを実際に開発し、相似則を考慮してレイノルズ数(慣性力と粘性力の比)が等しい条件で推進特性を検討した。シミュレーション解析結果と実験結果は定性的にほぼ一致し、実際に開発した多リンク模倣モデルを簡単な実験によるシミュレータとして応用できることを見い出せた。さらに、大きな推進力を得る最適な屈曲波形の生成方法に関して検討し、生物の屈曲運動を模倣した屈曲波形と比較,検討を行った。以上より、水中で動作するマイクロロボット開発のための基礎的資料の一部を提示することができた。

General に, biological の movement は self-discipline か つ high function, high rate of unseen で あ る こ と か ら mechanism, biological の を imitate し た ロ ボ ッ ト は の research, engineering に extremely め て meaningful で あ る と exam え ら れ る. こ こ で, biological の water movement に masato し て は, gross が ヒ レ に よ る reciprocating motion や body all を make っ て の buckling movement と い う form に よ っ て be presently さ れ て い る. を buckling こ の 観 point よ り water movement に よ り propulsion す る に with mesh, そ の movement form を engineering に reappearance す る た め, soft か つ even 続 な biological の buckling waveform を discretization し た elements に buy き change え, more リ ン で ク organization す る こ と を scenarios し た "more リ ン ク imitate モ デ ル" を proposal し た.​ ま た, シ ミ ュ レ ー シ ョ ン parsing の be 験 に よ る 検 card と し て, ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ を ア ク チ ュ エ ー タ と す る more リ ン ク imitate モ デ ル を be interstate に open 発 し, similar を consider し て レ イ ノ ル ズ number (inertial force の と viscous force ratio) が し い conditions で propulsive characteristics を beg し 検 た. Analytical results シ ミ ュ レ ー シ ョ ン と be 験 results は qualitative に ほ ぼ consistent し, the event be に 発 し た more リ ン ク imitate モ デ ル を Jane 単 な be 験 に よ る シ ミ ュ レ ー タ と し て 応 with で き る こ と を see い out せ た. さ ら に, big き な propulsion を have る method to generate the optimal な buckling waveform の に masato し て beg し 検, biological の buckling movement を imitate し た と buckling waveform comparison, beg を 検 line っ た. Above よ り, water で す る マ イ ク ロ ロ ボ ッ ト open 発 の た め の basis a を の data suggest す る こ と が で き た.

项目成果

Shunichi KOBAYASHI: "Simulation Study for Propulsion Mechanism Imitating Bending Motion of Organisms in Water(Flagellar Motion)" JSME International Journal(Series C). 37. 342-346 (1994)

小林俊一：“模拟水中生物弯曲运动（鞭毛运动）的推进机构的模拟研究”JSME国际期刊（C系列）。