水面移動中のアメンボの脚1本の力を直接測定、茨城大学などが世界初成功

茨城大学大学院、旭川医科大学、大阪大学大学院の研究グループは、アメンボが水面を移動する際の脚力を、直接測定と画像解析によって明らかにした。アメンボの脚の撥水機能を応用した水面移動型超小型ロボットなどの開発が期待される。

アメンボは水面を滑らかに移動する。その表面微細機能を真似た高撥水機能性の産業・工業製品や水面移動型超小型ロボットの開発、撥水機能獲得の進化メカニズムの解明が進んでいる。アメンボが脚を漕いで水面を叩く力の測定は、画像解析や推進力から算出する従来法では、移動時のエネルギーロスの未考慮や計算誤差などにより不正確だった。また、身体全体の推進力からの脚力導出の報告もあるが、脚一本の力を直接測定しておらず、不正確となる可能性があった。

そこで研究グループは、アメンボの脚一本の脚力を直接計測できるシステムを構築した。高撥水機能を要するセンサ接続用のプローブ(探針)は、アメンボの脚の一部を切り取って流用したため水面に捕らわれなくなった。また、高速度カメラと画像解析を用いて加速度から脚力を導出する間接測定も行った。

その結果、中脚の中央部(腿節-脛節間)の脚力は約2.17ミリニュートンで、モーメントの原理からアメンボ脚先端(跗節+前跗節)での脚力を計算すると0.96ミリニュートンだった。一方、画像解析によりアメンボ中脚の脚力は約0.49ミリニュートンで、画像解析ではエネルギーロス等による過小評価が生じる可能性が示唆された。

今後は、研究グループが提案してきたアメンボ撥水モデルに今回の測定値を導入し、詳細な撥水理論の展開を試みて、高性能の応用製品の開発への貢献を目指すとしている。

論文情報:

【Cyborg and Bionic Systems】Analysis of rowing force of the water strider middle leg by direct measurement using abio-appropriating probe and by indirect measurement using image analysis

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