海洋生物は長い年月をかけて、並外れた遊泳能力を持つように進化してきました。 クジラ科のイルカは、高速で長時間泳ぐことができ、水中での跳躍や空中での旋回など難しい操作も可能です。 そのため、近年ではイルカをバイオニックオブジェクトとして、ロボットイルカを開発する研究者が多くなっています。 しかし、ほとんどの研究のキネティックモデルは複雑で計算量が多すぎる。
上記の問題を解決するために、深圳大学のGong Weijie氏のチームは、胸鰭・尾鰭の相乗推進モデルに基づいて、ブレード理論を用い、ベルヌーイの原理と翼の理論に基づいて、マシンドルフィンの運動モデルと運動モデルをそれぞれ開発しました。 このモデルは構造がシンプルで計算量も少ないため、動力学シミュレーションやテストに便利です。 同時に、マシンドルフィンの運動学的パラメータを分析し、異なる遊泳モードや異なる運動パラメータが遊泳性能に及ぼす影響を調べることで、Matlabを用いた運動シミュレーションを実施しました。赤外線モーションキャプチャーシステムは、どのような役割を担っているのでしょうか。
さまざまな推進モードでのイルカの泳ぎを検証するため、試験運用を行いました。 試験は、640cm×407cm×150cmのプールで行われ、プールの周囲に設置された8個のNOKOV製赤外線光学3Dモーションキャプチャレンズでイルカに取り付けられた反射マーカーポイント（Marker point）の3次元空間座標を撮影し、イルカの遊泳姿勢と運動パラメータを取得しまし。
図1 テストプール
図2：反射マーキングポイントを取り付けたマシンドルフィン
テスト結果では、異なるモードでの結果がシミュレーション結果と一致しました。 テストの直進速度はシミュレーション結果よりも低かったが、これはマシンドルフィンの遊泳中に波の擾乱による抵抗が発生したためである。 試験により、この胸鰭と尾鰭の相乗推進に関する運動モデルの妥当性が検証され、同じスイング周波数条件下で尾鰭が主推進力を発揮し、胸鰭と尾鰭の相乗推進がマシンドルフィンの遊泳性能を改善できることが実証されました。
図3 - 異なる推進モードでのシミュレーションとテスト
この研究により、イルカの運動機構の解明と研究がさらに進み、機械イルカの遊泳能力の向上が期待されます。
イルカロボット以外にも、いくつかのバイオニックロボット開発プロジェクトで、動物の動作データ取得やバイオニックロボットの性能評価のためにNOKOV赤外線モーションキャプチャシステムが使用されています。
参考文献
[1] YANG Zhong-Hua、GONG Wei-Jie. 胸鰭/尾鰭共走のためのマシンドルフィンのダイナミクスのモデリングとシミュレーション[J]. Ship Engineering,2021,43(09):140-145+151.DOI:10.13788/j.cnki.cbgc.2021.09.25.
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