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ロイヤルメルボルン工科大学（以下、RMIT）とブリストル大学の新たな共同研究により、チョウゲンボウの驚くほど安定した飛行の秘密が明らかになり、将来のドローンの設計や飛行制御戦略に役立つ可能性がある

乱気流や高層ビルからの突風で飛行が困難な都市部でもドローンをより安全かつ安定させることで、荷物の配達、食品の配達、環境モニタリングなどの用途がより実現可能になり、より頻繁に利用できるようになる。

RMITの産業用風洞施設（オーストラリア最大級の施設）で実施されたこの研究は、ホバリング飛行中のナンキンチョウゲンボウの頭部の安定性を正確に測定した初めての研究で、狩猟行動中の動きが5mm未満であることが分かったという。

RMITの主任研究員であるAbdulghani Mohamed博士は、次のようにコメントする。

通常、航空機は飛行中の安定性を確保するためにフラップの動きを安定化に使用します。数年にわたって得られた私たちの研究結果は、猛禽類が表面積の変化に大きく依存していることを示しています。これは、固定翼航空機でも安定した飛行を実現するためのより効率的な方法である可能性があるため、非常に重要です。

チョウゲンボウや他の猛禽類は、狩りの最中に頭と体を極めて静止した状態に保つことができる。この特殊な飛行行動は風ホバリングと呼ばれ、適切な風の条件下では羽ばたくことなく、その場に「留まる」ことができる。

翼と尾の形を少し調整することで、驚くほどの安定性を実現できる。カメラとモーションキャプチャ技術の進歩により、研究チームはリーバレーホークアンドアウルサンクチュアリで訓練された2羽のナンキンチョウゲンボウを高解像度で観察した。

反射マーカーを取り付けた鳥の正確な動きと羽ばたかない飛行中の飛行制御技術を初めて詳細に追跡した。

飛行中のチョウゲンボウの運動学的結合。 (A) 翼の屈曲/伸展運動中の翼の全体的な動きを表す図(B) 鳥の体に対する翼と尾の入射角間の運動学的結合を表す図

Mohamed博士：これまでの研究では、風洞内で乱気流や突風の中を何気なく飛ぶ鳥を対象としていました。私たちの研究では、鳥が極度の安定性を積極的に維持するユニークな風ホバリング飛行行動を追跡し、羽ばたきのない純粋な制御応答を研究することができました。

これらの動きをマッピングすることで、研究者は固定翼航空機のより安定した飛行を実現するために利用できる洞察を得たという。


Mohamed博士：チョウゲンボウで観察した風ホバリング行動は、鳥類の世界で固定翼航空機に最も近いものです。
翼の表面積の変化に関する私たちの研究結果は、ドローンの変形翼の設計に応用でき、安定性を高めて悪天候でもより安全にすることができます。


ブリストル大学のバイオインスパイアード航空力学准教授で共同執筆者のシェーン・ウィンザー博士は、現在の固定翼無人航空機（固定翼型ドローン）は突風下では運航できないため有用性が大幅に低下していると指摘している。

ウィンザー博士：英国ではUAVが離島への郵便配達に使用されているが、定期的な突風のため運航時間は限られている。
現在の商用固定翼航空機は、1つの固定形状で設計され、1つの飛行条件で運航するように最適化されている必要がある。
モーフィング翼の利点は、飛行中さまざまな条件に合わせて継続的に最適化できるため、航空機の操縦性と効率が大幅に向上することだ。

チームは現在、突風と乱気流の条件下で鳥を調査することで研究をさらに進め、安定した飛行に関するさらなる学習を行い、ドローンをより安全に、より頻繁に運航できるようにすることを目指している。

当初は小型ドローンに焦点を当てていたが、チームは収集したデータを簡素化して、より大型の航空機にも適用できるようにしたいとしている。

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ブリストル大学