研究開発
私たちの研究開発における一つの手法は、飛行能力をもつ生物を「観て・知って・真似る」です。 昆虫や鳥の飛行の特徴を観察し、力学モデルを使って分析しています。二つ目の手法は、ドローンの制御やデザインを工夫して、賢いドローンを創生するものです。 こうしたアプローチにより、既存のドローンの課題を克服し、新しいドローンの開発を目指しています。
超小型羽ばたき飛行ロボット
スズメガやハチドリの特徴を観察し、空気の流れを分析して、飛行ロボットの翼に応用しています。 最新型の第二世代は、重さ3.0〜7.0g 。 小型で小回りのきく羽ばたき飛行ロボットは、災害など緊急時の建物内の偵察や、感染症対策の消毒などへの応用が期待できます。DOI:10.1088/1748-3182/6/4/045002
フクロウ規範型 ドローン静音回転翼
フクロウの羽の特徴を観察し、空気の流れを分析して、ドローンの回転翼に応用しています。 様々な形態で騒音レベルを測定したところ、大幅に騒音を軽減することに成功しました。 現在、フクロウ以外の鳥を含めて、より静かで安定した回転翼の開発を進めています。DOI:10.20965/jrm.2018.p0337
プロペラの音響心理的な影響の分析
ドローンのプロペラが回転する際に、大きな騒音が生じることはよく知られています。飛行中のドローンの騒音レベルは走行中の車よりもかなり大きいのです。CAIVでは静音回転翼の開発を行っていますが、それらの音が人の耳にどう聞こえるのかを調べることも重要です。CAIVの無響音室では、プロペラの回転速度を調整しながら、マイクロフォンアレイを用いて音を収録し、音響心理的影響を分析しています。
最適なプロペラの位置や角度を探る
一般的なドローンでは、4つの回転翼が取り付けられています。CAIVでは、空力性能の観点から、プロペラの傾きやプロペラ同士の距離について、最適なフォーメーションを探る研究を行っています。CAIVの実験装置では、様々なプロペラフォーメーション実験が可能で、回転制御やデータ取得が自動的に行うことができます。また数値流体力学(CFD)シミュレーションで空力性能や流れの物理を解明しています。
鳥規範型 衝突安全回転翼
鳥の羽の関節を模倣した柔らかい回転翼の開発が進められています。 物に衝突しても傷つけることなく、物を回避できるプロトタイプが完成しています。 また、乱気流下にあっても墜落しにくい翼の開発も同時に進められています。
小型・協調型ドローン
200g以下の小型ドローンを複数間で協調飛行させるシステムの開発が進められています。 都市部の配管等の点検や、災害時の建物内の情報収集に役立てられます。
高速視覚サーボによるドローンの飛行制御
移動するターゲットを追跡することができるドローンの開発のため、高速単眼カメラと画像処理用並列プロセッシングユニットを用いて、約350 Hzの視覚フィードバック制御を行い、安定した飛行制御を行う研究が進められています。
特許
2023年度
劉・中田研
摩擦抵抗低減装置、移動体及び摩擦抵抗低減方法
令和5年4月24日(2023.4.24)公開, 特開2023-57879(P2023-57879A)
https://www.j-platpat.inpit.go.jp/c1800/PU/JP-2023-057879/EE52AD0694746B9DDE21B3DBD1F1C958BC64FE841F2E94E2D16FED6901037840/11/ja
ロータ
令和3年12月2日(2021.12.2) 公開, 特開2021-183436(P2021-183436A)
https://www.j-platpat.inpit.go.jp/c1800/PU/JP-2021-183436/F35B53FBED3FA9BBABE75910CD164F812BE209C3F7353B5E1F093A29BB7039B1/11/ja
学術論文
2023年度
劉・中田研, 米澤
Blade Twist Effects on Aerodynamic Performance and Noise Reduction in A multirotor propeller
Drones., 7(4), 252(2023).
DOI:10.3390/drones7040252
Symmetry breaking of a closed flexible filament behind a rigid plate at low Reynolds numbers
Phys. Fluids., 35, 024110(2023).
DOI:10.1063/5.0136797
Integrated evaluation of the aeroacoustics and psychoacoustics of a single propeller
Int. J. Environ. Res. Public Health,2023, 20(3).
DOI:10.3390/ijerph20031955
Intermittent vs. continuous swimming:an optimization tale
Phys. Rev,Fluids 8, 013101(2023).
DOI:10.3390/ijerph20031955
並木研
UAV High-Voltage Power Transmission Line Autonomous Correction Inspection System Based on Object Detection
IEEE Sensors Journal, no. 9, pp. 10215-10230, 1 May1, 2023.
DOI:10.1109/JSEN.2023.3260360
Design and Application of a UAV Autonomous Inspection System for High-Voltage Power Transmission Lines
Remote Sensing, 2023, 15(3), 865
DOI:10.3390/rs15030865
Design and Implementation of UAV Velocity Controller Based on Reference Model Sliding Mode Control.
Drones, 2023, 7(2), 130
DOI:10.3390/drones7020130
2022年度
劉・中田研, 米澤
Aeroacoustic interaction between owl-inspired trailing-edge fringes and leading-edge serrations
Physics of Fluids , 34, 011907 (2022)
DOI:10.1063/5.0078974
Aerodynamic performance of a bird-inspired morphing tail
Physics of Fluids , 18-1p. 22-00340(2022)
DOI:10.1299/jbse.22-00340
Morphological effects of leading-edge serrations on acoustic signatures of a mixed flow fan
Phys. Fluids., 34(4), 041909(2022) .
DOI:10.1063/5.0088851
Effects of Wing-body Interaction on Hawkmoth Aerodynamics and Energetics at Various Flight Velocities
Phys. Fluids., 34, 051915(2022).
DOI:10.1063/5.0087161
Frequency-based Wind Gust Estimation for Quadrotors using a Nonlinear Disturbance Observe
IEEE Robotics and Automation Letters (RA-L), (2022).
https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=9827490
Elastic Storage Enables Robustness of Flapping Wing Dynamics
Bioinspir. Biomim., (2022).
10.1103/PhysRevFluids.8.013101
Robust Control Strategy for Quadrotor Drone Using Reference Model-Based Deep Deterministic Policy Gradient
Drones, 1856824(2022).
10.3390/drones6090251
Characterization of the low-noise drone propeller with serrated Gurney flap
Frontiers in Aerospace Engineering, 1:1004828(2022) .
10.3389/fpace.2022.1004828
Effects of owl-inspired leading-edge serrations on tandem wing aeroacoustics
AIP Advances., 12, 115103 (2022).
10.1063/5.0128543
Review of Biomimetic Approaches for Drones
Drones, 6, 320 (2022)
10.3390/drones6110320
Development of a flapping mechanism inspired by insect wing-base structure
J. Biomech. Sci. Eng. , Volume 18 Issue 1 Pages 22-00347(2023)
10.1299/jbse.22-00347
並木研
Application of Low-Altitude UAV Remote Sensing Image Object Detection Based on Improved YOLOv5
Applied Sciences, 12, no. 16: 8314
DOI:10.3390/app12168314
多眼視覚ロボット
日本ロボット学会誌, Vol.40, No.5, pp.387-392,(2022) .
10.7210/jrsj.40.387
2021年度
劉・中田研, 米澤
Novel flight style and light wings boost flight performance of tiny beetles
Nature. 25,103692 (2022).
DOI:10.1038/s41586-021-04303-7
Bristled-wing design of materials, microstructures and aerodynamics enables flapping flight in tiny wasps.
iScience. 25,103692 (2022).
DOI:10.1016/j.isci.2021.103692
Aeroacoustic interaction between owl-inspired trailing-edge fringes and leading-edge serrations
Physics of Fluids . 34, 011907 (2022).
DOI:10.1063/5.0078974
Effect of Ducted Multi-Propeller Configuration on Aerodynamic Performance in Quadrotor Drone
Drones . 5(3), 101 (2021).
DOI:10.3390/drones5030101
Aeroacoustic characteristics of owl-inspired blade designs in a mixed flow fan: effects of leading- and trailing-edge serrations
Bioinspiration & Biomimetics. 16, 6 (2021).
DOI:10.1088/1748-3190/ac1309
A Biomimetic Rotor-configuration Design for Optimal Aerodynamic Performance in Quadrotor Drone
Journal of Bionic Engineering . 18, pages 824–839 (2021).
DOI:10.1007/s42235-021-0069-0
A six-degree-of-freedom proportional-derivative control strategy for bumblebee flight stabilization
Journal of Biomechanical Science and Engineering. 16, 4, 21-00113 (2021).
DOI:10.1299/jbse.21-00113
Flexible Flaps Inspired by Avian Feathers Can Enhance Aerodynamic Robustness in low Reynolds Number Airfoils
Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 9, 612182 (2021).
DOI:10.3389/fbioe.2021.612182
Flexibility Effects of a Flapping Mechanism Inspired by Insect Musculoskeletal System on Flight Performance
Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 9, 612183 (2021).
DOI:10.3389/fbioe.2021.6121832
昆虫に学ぶバイオミメティクス
昆虫と自然, 12月臨時増刊号, ニュー・サイエンス社,2-4 (2021).
次世代ドローンにおけるバイオミメティクス技術研究開発の動向
月刊機能材料, 2022年3月号.
蚊の飛行メカニズム
昆虫と自然, 12月臨時増刊号, ニュー・サイエンス社,20-23 (2021).
並木研
Origami Folding by Multifingered Hands with Motion Primitives
Cyborg and Bionic Systems Volume 2021, Article ID 9851834 (2021).
DOI:10.34133/2021/9851834
Real-Time Visual Feedback Control of Multi-Camera UAV
Journal of Robotics and MechatronicsVol.33 No.2, pp. 263-273, (2021).
DOI:10.20965/jrm.2021.p0263
Assist system for remote manipulation of electric drills by the robot “WAREC-1R” using deep reinforcement learning
RoboticaVol. 40 , Issue 2, 365-376, (2022).
DOI:10.1017/S0263574721000618
荒井研
並列座標降下法によるマルチエージェント逆強化学習の学習速度改善
人工知能学会論文誌, Vol. 36, No.5, (2021).
DOI:10.1527/tjsai.36-5_AG21-B
Estimation of personal driving style via deep inverse reinforcement learning
Artif Life Robotics, 26, 338–346 (2021).
DOI:10.1007/s10015-021-00682-2
Charge/Discharge Control of Wayside Batteries via Reinforcement Learning for Energy-Conservation in Electrified Railway Systems
Electrical Engineering Japan, Vol. 140 No. 11, 807–816, (2021).
DOI:10.1002/eej.23319
桑折研
Control of structural coloration by natural sunlight irradiation on a melanin precursor polymer inspired by skin tanning
Biomacromolecules, 22, 1730-1738, (2021).
DOI:10.1515/nanoph-2021-0437
Stimuli-responsive biomimetic metallic luster film using dye absorption and specular reflection from layered microcrystals
ACS Appl.Polym. Mater., 3, 1819-1827, (2021).
DOI:10.1021/acsapm.0c01396
Bright solvent sensor using an inverse opal structure containing melanin-mimicking polydopamine
Chem. Lett., 50, 106-109. (2021).
DOI:10.1246/cl.200626
Generation of hexagonal close-packed ring-shaped structures using an optical vortex
Nanophotonics, 000010151520210437, (2021).
DOI:10.1515/nanoph-2021-0437
玉虫と孔雀の美しさ/人工メラニンによる構造発色材料
Biomimetica, 4, 12-13, (2021).
石川研
昆虫の翅の発生機構と制御
昆虫と自然, 12月臨時増刊号, ニュー・サイエンス社,5-9 (2021).
高橋研
トンボ目の翅の進化的系譜
昆虫と自然, 12月臨時増刊号, ニュー・サイエンス社, (2021).
2020年度
劉・中田研
Simulation-based Insect-inspired Flight Systems
Insect Science, 42, pp.105-109 (2020)
DOI:10.1016/j.cois.2020.10.001
Intermittent control strategy can enhance stabilization robustness in bumblebee hovering
Bioinspiration & Biomimetics, 16 016013 (2020)
DOI:10.1088/1748-3190/abbc65
Effects of Reynolds number and distribution on passive flow control in owl-inspired leading-edge serrations
Integrative and Comparative Biology, 60-5, pp.1135–1146, (2020)
DOI:10.1093/icb/icaa119
Aerodynamic performance of a bristled wing of a very small insect
Experiments in Fluids, 61, 194, (2020)
DOI:10.1007/s00348-020-03027-0
Exploring a bumblebee-inspired poweroptimal flapping-wing design for hovering on Mars based on a surrogate model
EJournal of Biomechanical Science and Engineering, 15-2, p.20-00001, (2020)
DOI:10.1299/jbse.20-00001
Effects of wing-to-body mass ratio on insect flapping flights
Physics of Fluids, 33, 021902 (2021)
DOI:10.1063/5.0034806
A CFD Data-Driven Aerodynamic Model for Fast and Precise Prediction of Flapping Aerodynamics in Various Flight Velocities
Journal of Fluid Mechanics, 33, 021902 (2021)
DOI:10.1017/jfm.2021.68
Aerodynamic imaging by mosquitoes inspires a surface detector for autonomous flying vehicles
Science, Vol. 368, Issue 6491, pp. 634-637 (2020)
DOI:10.1126/science.aaz9634
Evaluation of drag force of a thrip wing by using a microcantilever
Journal of Applied Physics, 126, 224701 (2019)
DOI:10.1063/ 1.5126617
並木研
Articulated Object Tracking by High-Speed Monocular RGB Camera
IEEE Sensors Journal (Early Access), (2020)
DOI:10.1109/JSEN.2020.3032059
Target Tracking of Moving and Rotating Object byHigh-Speed Monocular Active Vision
IEEE Sensors Journal, 20-12, pp. 6727-6744,(2020)
DOI:10.1109/JSEN.2020.2976202
ジャグリングロボットとエアホッケーロボット
日本ロボット学会誌, 38-4, pp.307-312,(2020)
DOI:10.7210/jrsj.38.307
鈴木研
非平面マルチロータヘリコプタの姿勢・位置独立制御
日本ロボット学会誌, 38 巻2 号,pp.74-80,(2020)
DOI:10.7210/jrsj.38.192
大川研
屋外自律移動ロボットのための天空の偏光を利用した方位センサの開発
日本ロボット学会誌, Vol.38, No.8,pp.746-753,(2020)
DOI:10.7210/jrsj.38.746
桑折研
Progress in polydopamine-based melanin mimetic materials for structural color generation
Science and Technology of Advanced Materials, pp.833-848,(2020)
DOI:10.1080/14686996.2020.1852057
Bright solvent sensor using an inverse opal structure containing melaninmimicking polydopamine
Chemistry Letters,Vol.50, No.1, 106-109, (2021)
DOI:10.1246/cl.200626
Effect of the polydopamine composite method on structural coloration: comparison of binary and unary assembly of colloidal particles
Langmuir, 36, pp.11880-11887,(2020)
DOI:10.1021/acs.langmuir.0c01904
Biomimetic structural color materials based on artificial melanin particles
Journal of Photopolymer Science and Technology, 33-1, pp.111-116,(2020)
DOI:10.2494/photopolymer.33.111
Full-colormagnetic nanoparticles based on holmium-doped polymers
ACS Applied Polymer Materials, pp.1800-1806,(2020)
DOI:10.1021/acsapm.0c00038
Poly-β-ketoester particles as a versatile scaffold for lanthanide-doped colorless magnetic materials
ACS Applied Polymer Materials,, pp.2170-2178,(2020)
DOI:10.1021/acsapm.0c00149
荒井研
複数環境におけるエキスパート軌跡を用いたベイジアン逆強化学習
人工知能学会論文誌, 35-1, p. G-J73_1-10,(2020)
DOI:10.1527/tjsai.G-J73
久保研
放射目を臼目とする2つの木摺臼の摺面形状比較ー民具の形から読み取ることができる合理性と造形のアイデアー
民具研究, 162,(2021)
加藤研
森林モニタリングのためのレーザー技術
計測と制御, 59-5, pp. 326-330,(2020)
DOI:10.11499/sicejl.59.326
Towards spatially explicit quantification of pre- and post-fire fuels and fuel consumption from traditional and point cloud measurements
Forest Science, 66(4) pp. 428-442,(2020)
DOI:10.1093/forsci/fxz085
Quantifying fire trends in boreal forests with Landsat time series and self-organized criticality
Forest Science,237,11525,(2020)
DOI:10.1016/j.rse.2019.111525
2019年度
Low Reynolds number aerodynamics of leading-edge and trailing-edge hinged control surfaces: Part I Statics
Aerospace Science and Technology, Volume 99, (2019)
DOI:10.1016/j.ast.2019.105563
Modulation of flight muscle recruitment and wing rotation enables hummingbirds to mitigate aerial roll perturbations
Current Biology, S0960-9822(19)31464-2, (2019)
DOI:10.1016/j.cub.2019.11.025
Wing morphology and inertial properties of bumblebees
Journal of Aero Aqua Bio-mechanisms, 8(1), 41-47, (2019)
DOI:10.5226/jabmech.8.41
The dynamics of passive feathering rotation in hovering flight of bumblebees
Journal of Fluid & Structure, Volume 91, (2019)
DOI:10.1016/j.jfluidstructs.2019.03.021
2018年度
Formation Control of Multiple Quadcopters Using Model Predictive Control
Advanced Robotics, volume 32, issue 19 (2018)
DOI:10.1080/01691864.2018.1470572
報道実績
2021年度
Research.comが発表した工学技術系分野のトップ研究者にランクイン
Research.com(日本国内では29位)
2022年3月23日
“羽毛のような羽”持つ小さな昆虫 その独特の飛び方を解明
NHK
2022年1月29日
「骨だけのウチワ」のような翅で飛ぶ昆虫の飛行原理を解明!
ナゾロジー
2022年1月22日
体長約0.4mmの羽毛昆虫が飛べる仕組み、千葉大などが解明
マイナビニュース
2022年1月24日
Tiny feather wing beetle reveals new way to flye
Nature Video
2022年1月1日
ドローンで草刈りの実証実験 「林業の負担軽減に」 大分 由布
NHK
2021年11月12日
BlueBeeと千葉大学、九州電力、下刈りドローンの実証試験を実施
ドローンジャーナル
2021年11月10日
Creating Next-generation Inks that Never Fade
NHK World, Science View
2021年8月24日
Creating Next-generation Inks that Never Fade
NHK World, Science View
2021年8月24日
虫の方向感覚を参考にした移動ロボット!? 子どもたちがワクワク気分で試乗
チバテレビ/Yahoo!ニュース
2021年7月3日
2020年度
ハチのように飛ぶ火星探査ロボット
ニュートン7月号
2020年5月26日
暗闇でも飛ぶ蚊 気流の乱れを察知 千葉大
日本経済新聞
2020年5月24日
暗闇の蚊 飛べるワケ 気流の乱れ触角で検知
産経新聞
2020年5月24日
蚊が暗闇でも飛べる理由 気流の変動で障害物検知 身体に備わる超感度センサー 千葉大など解明
科学新聞
2020年5月22日
真夏の夜の「ぷ〜ん」…羽ばたきの気流頼り
朝日新聞
2020年5月18日
蚊が暗闇で飛べる秘密わかった
東京新聞
2020年5月17日
蚊、羽ばたき気流で障害物感知
読売新聞
2020年5月16日
蚊、なぜ暗闇で自由に飛べる飛べる 羽ばたきの気流で障害感知 千葉大など
北海道新聞
2020年5月11日
蚊が暗闇で飛べる秘密解明 かすかな気流で障害感知―千葉大など:時事ドットコム
時事通信
2020年5月8日
2019年度
宅配から開始 ドローン産業集積へ 千葉大、開発支え人材育成
日刊興業新聞
2020年1月12日
昆虫の飛行 立体的に 千葉大、展示で紹介
読売新聞
2019年11月13日
企画展「生き物を観る・知る・真似る」
千葉日報
2019年10月23日
千葉大、生物模したドローン開発 自然環境変化に対応
日刊興業新聞
2019年12月16日