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河内微小流動プロジェクト —生物の運動に潜む最適メカニズム—

研究報告コード R990003851
掲載日 2001年2月6日
研究者
  • 河内 啓二
研究者所属機関
  • 科学技術振興事業団 創造科学技術推進事業
研究機関
  • 科学技術振興事業団 創造科学技術推進事業
報告名称 河内微小流動プロジェクト —生物の運動に潜む最適メカニズム—
報告概要 微小な生物の流体力学的観点から見た運動メカニズムの解明を行った。生物はそれぞれの大きさにふさわしい運動メカニズムと運動器官の形状を有していることが明らかになった。例えば、図1に示すように,レーザーシートで昆虫のある羽断面を輝かせ,その形状の変化を実時間で観察すると,図2のように,薄く,反りがつき,ギザギザの形状を持つという特徴を持った優れた翼型が使用されていることが分かった。また,水槽を用いて加速度運動及びサイン波運動の実験を行いCFD解析による検討や,実際の昆虫のはばたき翼の周りの流れの可視化およびその定量的計測などを行い、はばたき運動による非定常流体力は準定常を仮定した理論値よりも2倍以上大きいことを見いだした。また,図3に示すような支柱と多数の毛でできた毛状翼を用いて飛行するアザミウマのテザード飛行と自由飛行を撮影することに成功した。飛行に用いられている空気力はほぼはばたき面に直角であり,毛状翼を1枚の翼として考えると,揚力を用いた飛行であることを見いだした。
画像

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研究分野
  • 物体の周りの流れ
  • 筋肉・運動系一般
  • 生体工学一般
  • 航空機の空気力学
関連発表論文 (1)Sunada,S.; Kawachi,K.; Watanabe,I.; Azuma,A. Fundamental Analysis of Three-Dimensional 'Near Fling'. Journal of Experimental Biology, 183, 1993, 217-248.
(2)Sunada,S.; Kawachi,K.; Watanabe,I.; Azuma,A. Performance of a Butterfly in Take-Off Flight. Journal of Experimental Biology, 183, 1993, 249-277.
(3)Zeng,L.; Matsumoto,H.; Sunada,S.; Ohnuki,T.; Kawachi,K. Two-Dimensional, Non-Contact Measurement of the Natural Frequencies of Dragonfly Wings Using a Quadrant Position Sensor. Optical Engineering, 34(4), 1995, 1226-1231.
(4)稲田喜信,河内啓二.飛び魚の最適飛行経路.数理生物学懇談会ニュースレター第17号, 17, 1995, 34-37.
(5)Zeng,L.; Matsumoto,H.; Sunada,S.; Kawachi,K. High-Resolution Method for Measuring the Torsional Deformation of a Dragonfly Wing by Combining a Displacement Probe with an Acousto-optic Deflector. Optical Engineering, 35(2), 1996, 507-513.
(6)Zeng,L.; Liu,H.; Kawachi,K. Measurement and flow visualization of a beating bumblebee wing. Journal of Flow Visualization and Image Processing, 3, 1996, 319-327.
(7)Zeng,L.; Matsumoto,H.; Kawachi,K. Angle Compensetion Sensor for Measuring the Shape of a Dragonfly Wing. Sensors and Actuators (A:Physical), 55(2-3), 1996, 87-90.
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(9)Okada,K.; Kanzaki,R.; Kawachi,K. High-speed Voltage-sensitive Dye Imaging of an In Vivo Insect Brain. Neuroscience Letter, 209, 1996, 197-200.
(10)Liu,H.; Wassersug,R.; Kawachi,K. A Computational Fluid Dynamics Study of Tadpole Swimming. Journal of Experimental Biology, 199(6), 1996, 1245-1260.
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(13)Zeng,L.; Matsumoto,H.; Kawachi,K. Divergent-ray Projection Method for Measuring the Flapping Angle, Lag Angle, and Torsional Angle of a Bumblebee Wing. Optical Engineering, 35(11), 1996, 3135-3139.
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(21)Liu,H.; Ellington,C.P.; Kawachi,K.; van den Berg,C.; Willmott,A.P. A Computational Fluid Dynamic Study of Hawkmoth Hovering. Journal of Experimental Biology, 201(4), 1998, 461-477.
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(25)Zeng,L.; Lui,H.; Matsumoto,H.; Kawachi,K. Simultaneous Measurement of the Position and Shape of a Swimming Fish by Combining a Fringe Pattern Projection Method with a Laser Scanning Technique. Optica Engineering, 37(5), 1998, 1500-1504.
研究制度
  • 創造科学技術推進事業、河内微小流動プロジェクト/科学技術振興事業団
研究報告資料
  • 河内 啓二. 河内微小流動プロジェクト —生物の運動に潜む最適メカニズム—. 創造科学技術推進事業 河内微小流動プロジェクトシンポジウム 講演要旨集(研究期間:1992-1997),1997. p.58 - 64.

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