マイクロ魚ロボットにおける推進運動の高効率化制御と推進メカニズムの解明

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魚ロボットは,海洋水産資源の調査や,発電所内パイプ内壁の損傷調査,水害による被災者発見などに役に立つと考えている.実際の生きた魚の動きを十分観察し,更に,その魚周りの水の流動状態を調べ,推進メカニズムを明確にすることで,魚ロボットの高性能化に役立てることができると考え,まず,尾鰭周りの水の流速分布を,粒子画像流速測定法(PIV)により調べた.また,高速度カメラにより取得した魚の動画をもとに,数値流体力学(CFD)による2次元流動解析と3次元流動解析を行い,魚周りの水の流動状態について調べた.その結果,魚は尾鰭の後方部において逆カルマン渦を複数発生し,それらによって水を後方へ押し出し,推進力を得ていることが確かめられた.魚に似た動作で泳ぐことができる魚ロボット(全長約9cm,サーボモータを2個搭載しており独立に制御可能,動作指令は外部のパソコンから無線で送信)を製作し,前後に配置されたモータ2個の位相差によって,推進能力が変化することを確認した.また,水中にこの魚ロボットを設置し,尾鰭を動作させた.様々な位相差で,その魚ロボット周りの水流についてPIVで測定した.その結果,位相差90度のときが最も魚らしく動作し,その場合にのみ生きた魚と同様に逆カルマン渦列が発生した.さらに,アクチュエータとしてモータを用いずに,コイルとネオジム磁石を用いて尾鰭を遥動させて推進する全長約3cmのマイクロ魚ロボットのプロトタイプを製作し,水中で遊泳できることを確認した.アクチュエータとしてコイルと磁石を用いた魚ロボットは,モータを用いる場合に比べて機構がシンプルで小型化が容易である点,胴体の防水が容易である点,間欠運動のため消費電力が小さい点で,有利であると考えられる.