アカエイの泳ぎから学ぶスマート海洋ロボット開発(Stingrays inspire smarter ocean robots)

2026-01-22 カリフォルニア大学リバーサイド校(UCR)

University of California, Riversideの研究チームは、エイ(スティングレイ)の泳ぎ方に着想を得た海洋ロボット制御技術を開発し、より知能的で省エネルギーな海中ロボット設計の可能性を示した。エイは胸びれを波のように動かすことで、高い機動性と効率的な推進を両立している。本研究では、この生体運動を詳細に解析し、流体力学と制御理論を組み合わせてロボットの運動アルゴリズムへと落とし込んだ。その結果、従来型のプロペラ推進ロボットに比べ、複雑な海洋環境下でも安定した姿勢制御と滑らかな方向転換が可能となった。こうした技術は、海洋調査、環境モニタリング、インフラ点検、生態系観測などへの応用が期待される。生物模倣(バイオミメティクス)を通じて、海洋ロボティクスの知能化と持続可能性を高める重要な成果である。

アカエイの泳ぎから学ぶスマート海洋ロボット開発(Stingrays inspire smarter ocean robots)
Varying styles of stingray fin movements. (Yuanhang Zhu/UCR)

<関連情報>

波数は基板近くのレイインスパイアードフィンの揚力に影響を与える Wavenumber affects the lift of ray-inspired fins near a substrate

Yuanhang Zhu;Leo Liu;Tianjun Han;Qimin Feng;Keith W. Moored;Qiang Zhong;Daniel B. Quinn
Royal Society Interface  Published:15 Oct 2025
DOI:https://doi.org/10.1098/rsif.2025.0276

Abstract

Rays and skates tend to have different fin kinematics depending on their proximity to a ground plane such as the sea-floor. Near the ground, rays tend to be more undulatory (high wavenumber), while far from the ground, rays tend to be more oscillatory (low wavenumber). It is unknown whether these differences are driven by hydrodynamics or other biological pressures. Here, we show that near the ground, the time-averaged lift on a ray-like fin is highly dependent on wavenumber. We support our claims using a ray-inspired robotic rig that can produce oscillatory and undulatory motions on the same fin. Potential flow simulations reveal that lift is always negative because quasi-steady forces overcome wake-induced forces. Three-dimensional flow measurements demonstrate that oscillatory wakes are more disrupted by the ground than undulatory wakes. All these effects lead to a suction force towards the ground that is stronger and more destabilizing for oscillatory fins than undulatory fins. Our results suggest that wavenumber plays a role in the near-ground dynamics of ray-like fins, particularly in terms of dorsoventral accelerations. The fact that lower wavenumber is linked with stronger suction forces offers a new way to interpret the depth-dependent kinematics of rays and ray-inspired robots.

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