Analysis of the musculoskeletal system of dolphins during tail stand and development of an underwater propulsion mechanism based on the musculoskeletal structure

海豚尾立时肌肉骨骼系统分析及基于肌肉骨骼结构的水下推进机构研制

• 批准号: 22K04026
• 负责人: 小林 俊一
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Shinshu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04026/
• 关键词: バイオメカニクス; バイオミメティクス; イルカ; 生物規範型ロボット; 水中推進

水棲生物の中でもイルカの運動能力は高く、胴体を水上に持ち上げる立ち泳ぎができる。しかし、その立ち泳ぎの力学的な解析はまだ検討されておらず、どのようにしてイルカは立ち泳ぎを実現しているのかが十分に明らかにされていない。特に、解剖学的な視点からはない。そこで、本研究課題では、イルカの立ち泳ぎにおける筋骨格系のモデル化を行い、その逆動力学解析によって、イルカ筋骨格系の力学的状態を加えた、より総合的な立ち泳ぎのメカニズムを明らかにする。これにより、水族館など、イルカを飼育する環境でのトレーニングや健康管理に参考となる資料を提供する。さらに、解明した立ち泳ぎのメカニズムを、イルカの尾びれを規範としたフィンによる水中推進機構に技術的に移転させ、高推力化を実現させる。これにより生物規範型の水中推進機構に、単なる遊泳だけでなく、推力向上による水中における物体の保持、物体の水上へのリフトアップ技術などの実現といった、新たな動作タスクの創出につなげる。２０２２年度は、カマイルカがその場で立ち泳ぎをする「静止立ち泳ぎ」を名古屋港水族館において撮影、その映像から3次元動作解析を行い、立ち泳ぎ動作の時系列データを構築した。この結果、立ち泳ぎ時の上体高さ（リフトアップ量）が大きくなると、揺動振幅を少なくさせて揺動周期を短く（振動数を高く）することがわかった。次に、立ち泳ぎ動作の時系列データを用い、数値流体計算によってイルカの立ち泳ぎ時の尾びれにかかる流体力の解析を行なった。また、イルカの解剖学の研究報告からイルカの筋骨格系のモデル化を行い、今後の逆動力学解析に適用するための立ち泳ぎ動作時における筋骨格系の挙動を検討した。

Aquatic organisms have high athletic ability, and their carcasses are on the water. The analysis of the mechanics of swimming is divided into two parts: the first part is the analysis of the mechanics of swimming, the second part is the analysis of the mechanics of swimming, the third part is the analysis of the mechanics of swimming, and the fourth part is the analysis of the mechanics of swimming. Special, anatomical point of view. This research topic is to analyze the dynamics of the skeletal system in inverse dynamics, to increase the mechanical state of the skeletal system, and to integrate the dynamics of the skeletal system. The information provided by the Aquarium and the Environment Management Department The technology of underwater propulsion mechanism is shifting and high thrust is realized. This is a bio-standard underwater propulsion mechanism, a swimming mechanism, an upward thrust mechanism, an underwater object holding mechanism, an underwater object lifting mechanism, and a new motion mechanism. In 2022, Nagoya Harbor Aquarium was established by "Standing Swimming" in the middle of the game. The three-dimensional movement analysis was conducted in the middle of the game. As a result, the upper body height of the vertical swimming time is high, the vibration amplitude is small, the vibration period is short, and the vibration number is high. The time series of vertical swimming action is used in the calculation of numerical value of fluid, and the time series of vertical swimming action is used in the analysis of fluid force A study of the anatomy of the body and the movement of the skeletal system is presented in this paper.

项目成果

イルカの立ち泳ぎにおける尾びれの運動と変形 ―尾びれの速度と変形の関係―

海豚游泳时尾鳍的运动和变形 - 速度与尾鳍变形的关系 -

• 发表时间: 2022
• 作者: 小林俊一，木村俊希，佐古大智;阿久根雄一郎，森朋子
• 通讯作者: 阿久根雄一郎，森朋子