風を読める飛行ドローンは実現する？ハチドリ型ロボットで挑戦！

2025年4月25日公開

翼の曲げセンサデータの機械学習で微風の向きを識別

ニュース研究機械システム制御生命理工学

どんな研究？

羽ばたいて空中で静止（ホバリング）する鳥や昆虫を模倣した飛行ロボットを開発できないか。このアプローチは、生物の機能や構造などを真似て、新しい技術の開発に生かす「バイオミメティクス」の一つで、世界各国で研究が行われています。鳥や昆虫の翼は柔軟で、曲がり具合（ひずみ）に反応するセンサを備えています。しかし、このひずみセンサから鳥や昆虫がどのような情報を得て、どのように飛行制御に利用しているのかは、まだ解明されていません。このメカニズムが明らかになれば、飛行ドローンにも応用でき、例えば、飛行ドローンが風で煽られる前に翼の動きを調整するなど、飛行の安定性向上につながる可能性があります。

ホバリング中のチャムネエメラルドハチドリの羽ばたきを高速度カメラでとらえた一コマ（左：田中准教授らによる撮影（ Maeda et al., R. Soc. Open Sci., 2017））と、その動きを再現した羽ばたき機の翼（右：白丸はひずみゲージの位置）

そこで、工学院の田中博人准教授の研究チームは、ホバリングするハチドリを模倣した羽ばたき機をつくり、その柔らかい翼に７つのひずみゲージ（ひずみを測る安価で一般的なセンサ素子）を貼りました。そして、人工的に発生させた毎秒0.8メートルの弱い気流の中で羽ばたかせて、ひずみのデータと風向きの関係を機械学習させました。その結果、７つすべてのひずみゲージのデータを用いた場合、羽ばたき1回分（約0.8秒）のデータから、99%以上の高精度で風向きを識別できることが確認されました。ひずみゲージ１つだけのデータでも、95%以上の精度で識別できました。

ここが重要

今回の研究により、羽ばたいてホバリングする鳥や昆虫が、羽軸（鳥の風切羽の軸）や翅脈（しみゃく：昆虫の翅を支える管状構造）のひずみを通じて、周囲の風向きを敏感に感じ取れる可能性が示されました。現在、飛行機に採用されている風向計測機器は、小型の飛行ドローンに用いるには大きくて重すぎるものですが、今回の研究成果を応用すれば、小型の飛行ドローンでも翼のひずみから風の変化を検知できるようになる可能性があります。