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 ヘビのメカニズム |
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ヘビの運動についてのバイオメカニカル(生物機械工学的な研究は２の動機で始まった。 第１の動機は、このときまでに「ヘビは足がないのになぜ推進できるのか」という基本的な問題がほとんど解明されておらず、工学的な解析が必要とされていたこと。第２の動機は、ヘビをモデルにする「ヘビロボット」は、単純な形態ながら特異な汎用的な機能性を有することが期待できたためであった。ヘビロボットの将来性はPhoto.1のように紐のような単純な形態のヘビが、移動するときは「足」、枝渡りのときは「腕」、物を掴むときには「指」として機能する様子から予測できる。
本研究の始めには、ヘビが平坦地で行うほふく推進運動の力学を解明するため、その基礎運動方程式を誘導し、シマヘビを用いた数々の走行実験を行った。 Photo.2はその一例。ヘビ胴体には筋電計と法線力計が装着され滑走の様子が 調べられた。これらの実験から、i)ほふく運動時にヘビが取る波型は、曲線に沿って 曲率が正弦波状に変動する曲線であり、これをSerpenoid curveと命名し定式化したこと、ii) Photo.3のような"sinus-lifting"と呼ぶ推進中に体幹の一部を浮き上がらせる動作は、Fig.1のように最もスリップしやすい部分に 体重を集中させスリップを防ぐ動作と解釈できること、iii)迷路内のコーナ部での推進運動には Fig.2のようないろいろな姿勢が 考えられるが、最適体型は(d)でありこれは Photo.4 のように実験的にも 検証されること、などを明らかにした。
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Photo.1 The action of a tree climbing snake
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Photo2. A snake equipped with EMG and normal force detectors
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Photo3. The creeping propulsion motion of a snake (Sinus-Lifting, in which one part of the body floats up, can be seen)
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Fig.1 Explanation of Sinus-Lifting
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Photo4. Propulsion within the labyrinth of the snake
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Fig.2 The Anticipated shapes of propulsion within the labyrinth (In terms of dynamics (d) is the most effective.)
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References:
- 広瀬茂男; 生物機械工学, 工業調査会 ,, , pp. (1987)
- 広瀬茂男; 自然とロボット、第2巻ヘビ, 桐原書店 ,, , pp. (1985)
- 日本機械学会編（分担）; 絵で学ぶバイオテクノロジー入門, オーム社 ,, , pp.191-210 (1991)
- 梅谷陽二、広瀬茂男; ほふく（匍匐）運動の生物力学的研究 -定常直進滑走のモデル解と動物実験-, 計測自動制御学会論文集 ,8, 6,pp.724-731 (1972)
- 梅谷陽二、広瀬茂男; ほふく（匍匐）運動の生物力学的研究 -移動様式としての評価-, バイオメカニズム、東京大学出版 ,2, , pp.289-297 (1973)
- 梅谷陽二、広瀬茂男; ほふく（匍匐）運動の生物力学的研究 -定常直進滑走時の体形曲線-, 計測自動制御学会論文集 ,10, 4, pp.513-518 (1974)
- 梅谷陽二、広瀬茂男; ほふく（匍匐）運動の生物力学的研究 -滑走面に対する体形の適応-, 計測自動制御学会論文集 ,10, 6, pp.682-686 (1974)
- 梅谷陽二、広瀬茂男; ほふく（匍匐）運動の機構と制御の研究 その8 滑走体形の外気温による変化 , 第4回バイオメカニズムシンポジウム論文集 ,, , pp.358-359 (1975)
- 梅谷陽二、広瀬茂男; 触覚を有する索状能動体の推進運動制御, 第4回バイオメカニズムシンポジウム論文集 ,, , pp.360-361 (1975)
- 広瀬茂男、梅谷陽二; 生物の仕組みと明日の機械（５）蛇行のメカニズム, 省力と自動化 ,'75/8, , pp.66-67 (1975)
- 梅谷陽二、広瀬茂男; ほふく（匍匐）運動の生物力学的研究 -迷路内ほふく推進の実験-, 計測自動制御学会論文集 ,12, 1, pp.13-17 (1976)
- Shigeo Hirose; Biologically Inspired Robots (Snake-like Locomotor and Manipulator), Oxford University Press(1993)
- Yoji Umetani, Shigeo Hirose; Biomechanical Study of Serpentine Locomotion, Proc.1st RoManSy Symp. '73, Udine, Italy, Springer-Verlag ,, , pp.171-184 (1974)
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