Research press release

物理学:トビヘビの飛行を安定させる波状運動

Nature Physics

Physics: Undulation stabilizes flying snakes

トビヘビが滑空する際、波状運動が飛行を安定させることを示したモデル化研究についての論文が、Nature Physics に掲載される。

水中や、凸凹のある地面、砂の上を、波のように動いて前進する動物は多い。トビヘビ(Chrysopelea)は、飛行できることが知られる唯一の肢のない脊椎動物で、滑空する際に波状運動を用いる。この過程において、トビヘビの体の形は、水平方向の波と鉛直方向の波が全身を移動することで連続的に変化する。

今回、Isaac Yeatonたちの研究チームは、高速度モーションキャプチャーを用いてトビヘビの滑空を撮影し、波状運動がトビヘビの運動にどのように影響を及ぼすかを分析した。その結果、滑空行動の際に鉛直方向の波が存在することが見いだされた。これは、トビヘビが空中で水平方向運動以上に波状運動を使っていることを示唆している。次にYeatonたちは、波状運動がある場合とない場合のトビヘビの飛行をシミュレートするコンピューターモデルを構築した。解剖学的に正確にモデル化したトビヘビは、波状運動がない場合、空中で縦揺れと横揺れを起こし、滑空距離が短かった。一方、波状運動を加えると、シミュレーションの大半で安定した滑空が見られた。これは、トビヘビでは波状運動が飛行の安定性を高めている可能性を示している。この結果は、波状運動を前進のみに使う他の動物とは対照的である。

Yeatonたちは、生物に着想を得た、波状運動を使って滑空できる飛行ロボットの設計に今回の知見が役立つ可能性があると示唆している。

Undulation stabilizes and propels flying snakes as they glide through the air, according to a modelling paper published in Nature Physics.

Many animals undulate in order to move themselves forward in water, on rough surfaces or on sand. Flying snakes (Chrysopelea), the only known limbless vertebrates capable of flight, use undulation when they glide through air. During this process, the shape of the snake’s body changes continuously as horizontal and vertical waves move through it.

Isaac Yeaton and colleagues analysed how undulation affects the motion of flying snakes by tracking their glides with high-speed cameras. They identified the presence of a vertical wave during gliding behaviour through air, suggesting that flying snakes use undulation for more than just horizontal movements in the air. The authors then built a computational model that simulated snake flight with and without undulation. Without undulation, the anatomically correct modelled snakes pitched and rolled in the air and glided a short distance. However, when undulation was included, a majority of the simulations showed stable glides, indicating that undulation in snakes may enhance stability. This contrasts with other animals that use undulation to only propel themselves.

The authors suggest these findings could be aid the design of bioinspired flying robots that can glide using aerial undulation.

doi: 10.1038/s41567-020-0935-4

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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