鰭の柔らかさと動きのしなやかさがもたらす移動能力と機動性向上の解明

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魚類の遊泳運動時における推力などの流体力学的解析は，CFDやPTV解析といった流体解析技術の登場により，より現実的で細緻な解析が可能となってきている。しかしながらCFD解析では実際の魚類の柔軟な動きを解析に取り込むことは困難であり，PTV解析でも渦などの立体構造を計測することは難しい。本研究では魚類の尾鰭に焦点を当て，この柔軟な性状が推力創出の機能性向上をどのように実現しているのか，尾鰭を対象とした高速度撮影と周辺流れ場のPTV解析を通して明らかにする。さらに，尾鰭運動そのものにも着目し，単純な調和振動だけでなく，尾鰭運動の柔軟な変化が個体移動の機動性能向上にどのように役立っているのか分析する。本年度得られた成果は以下の通りである。一般的な魚類は尾鰭振動により魚体後方域に渦輪を形成し，そこから生成されるジェットの反作用で推力を得ている。そのため，後流域の渦度の状態を詳しく分析することは個体の推力発生メカニズムを知る上で重要だが，従来の一般的なPTV解析（粒子移動追跡法）では単層のシート光上の流れ場だけしか捉えることができないため，渦輪の立体構造までを調べるためには十分でなかった。そこで，本研究では，波長の異なる2層のレーザーシート光を照射することによって，渦輪形成の空間的状態を調べることにより，渦度の空間構造が評価できるか試みた。実験供試魚はマアジで，複層のシート光で計測された流れ場から導出された循環は，尾鰭振動の周期と振幅に同調して変化することが確認された。また，計測面に対する尾鰭の位置の変化が循環の値にどのように影響するか分析したところ，尾叉から離れるに従って循環の値が小さくなる様子が確認され，複層シート光による計測が有効であることが確認された。