学内向け研究実績・成果お問い合わせENGLISH次世代研究インキュベータ昆虫が拓くビッグ・イノベーション自然に目を向け飛行に革命をもたらす――昆虫の羽ばたきを分析することで、低速で飛行する超小型飛行機の制御に活かす。20年以上に渡って羽ばたき飛行の先駆けとなる研究を行っている。同研究室を率いる工学研究院教授の劉浩のもと、チームでは飛行の概念自体に革命をもたらそうとしている。「昆虫は、静止空気中でも乱気流下でもホバリングを行い、高度に制御された飛行を行うことができます。これまで、乱気流下において昆虫がどのように空気力をつくるかについてはほとんど知られておらず、飛行中に素早い軌道修正を維持する方法についてはもっと知られていませんでした」と劉は話す。人工飛行機の飛行では、翼の上下両面を絶え間なく空気が流れ、これにより「吸引」効果で翼を持ち上げる力が働くことで成立している。「固定翼で揚力を生じさせるためには空気の流れが滑らかでなければならず、翼上に乱気流が発生すると大事故につながりかねません。昆虫の飛行の謎を解く第一の突破口は、飛行する昆虫の大半が羽ばたく羽の前縁に渦(前縁渦)を生じさせることで揚力の大部分を生み出すことでした。これは従来の飛行方法とは全く異なる原理です」。すべては1996年に劉が昆虫の飛行に関する計算流体力学シミュレーションを初めて開発したことから始まり、これが昆虫や鳥の飛行に普遍的な翼の前縁渦を生成するメカニズムの発見へとつながっている。さらなる探求のため、劉らは秒速0.5メートルの低速気流を生成することができる超低速風洞を研究室に設置する。これにより、生きた鳥や蛾や甲虫、とんぼなどの昆虫、さらには超小型飛行機(災害救助などに利用可能な超小型ドローン)の飛行を観察し、分析が進められている。データを用い、昆虫とその飛行メカニズムのコンピューターモデルを作成することに成功し、これを元に、実際に飛行する昆虫型ロボットを実験的に作成しました。これがもう1つの突破口となりました」。バイオロボティクス・神経科学の知見を取り込み、ケンブリッジ大学やロンドン大学などとの非常に興味深い国際共同プロジェクトを実施してきました。千葉大学は学際的な研究チームと世界有数の設備を有しており、この分野では間違いなく世界のトップクラスです」。同チームでは現在、昆虫や鳥の生物規範飛行システムの開発に注力しており、劉は昆虫サイズや鳥サイズの超小型飛行機の設計が大きく進歩するのではと期待している。「例えば、昆虫は突風にあっても飛行制御を巧みにこなせますが、その秘密の1つは柔軟な翼にあると考えています。昆虫が飛行方向や動きを制御するために、能動的か受動的かを問わず、従来考えられていた以上にその胴体を使っていることもわかりました。革命をもたらす可能性があります」。高く、敏しょうな、昆虫を規範とした自律型のドローンを開発したいと考えています。はるかに広い応用範囲を射程とした飛行メカニズムの非連続的なイノーベーションへとつながるのではとも期待しています。本プロジェクトにおいて、学際的な協力研究体制のもと、高度な羽ばたき超小型飛行機の開発を続けるとともに、柔軟翼技術の導入により、回転翼ベースのドローンの信頼性を高めたいと考えています」(劉)。