金沢工業大学 機械工学科 福江高志研究室、のとじま水族館、岩手大学の研究チーム

【nature scientific reportsに掲載】
アミメハギは尾びれを閉じることで平均加速度を
最大で30 ％ 増加させていることを機械工学的に解明。
前進性能の高い推進機構が得られる可能性も。
金沢工業大学 機械工学科 福江高志研究室、のとじま水族館、岩手大学の研究チーム

金沢工業大学　工学部　機械工学科 福江高志研究室（専門分野：バイオミメティクス　および 熱流体設計学）と、のとじま臨海公園水族館、岩手大学の研究チームは、アミメハギ（フグ目カワハギ科）が直進遊泳するときの力学的特性（Balistiform：背びれや尻びれを使って推進力を得る、魚の泳ぎ方のひとつ）に関する研究を行い、その成果がnature scientific reports（published: 08 May 2025）に掲載されました。

アミメハギ。 魚の高性能な遊泳能力は、生物学や生態学、機械工学など様々な分野の研究者を魅了する

研究の概要

アミメハギの行動を観察すると、ホバリング状態から加速して前進しようとする前に、尾びれを閉じる傾向がみられます。研究チームは、アミメハギが尾びれを閉じることで平均加速度※を向上させるという仮説を立て、水槽観察とCFD（Computational Fluid Dynamics/コンピュータを使った流体の流れをシミュレーションする手法）を使って検証に取り組みました。
※平均加速度：アミメハギが泳ぐ速度に到達するまでの平均的な加速度。

その結果、アミメハギの泳ぎについて

・アミメハギは尾びれを閉じることで平均加速度が最大で30％増加。尾びれの開き角が小さくなるにつれて加速性能が向上する。尾びれを閉じると、発生する推力そのものは低下するが、抗力の低下の方が大きいことから、相対的に前進の加速能は高くなる。
・尾びれを開くと、加速能は小さくなるが、その代わりに背びれと尻びれから流出した逆カルマン渦が、尾びれから発生したカルマン渦によって補強される。この結果、推進効率が向上し、輸送コスト(単位距離を移動するのに必要なエネルギー)が削減される。
　　
ことがわかりました。以上の結果は、アミメハギが加速するときに尾びれを閉じるという動きが、流体力学的視点においても有意であり、アミメハギが必要なときに尾びれを閉じ加速能を高めることで、生存率を高めていることを示唆するものです。アミメハギのような小型魚類の生態や行動に対し、機械工学の視点から新しいビジョンを得ることができました。

アミメハギ周囲の渦のかたちをシミュレーションした画像

また、バイオミメティクスの視点からは、魚の遊泳能力は既存の水中ロボットよりも優れており、水中ロボットの加速性能向上に役立つ可能性があります。このたびの研究成果により、複数のひれの動きを連携させることで、前進性能の高い推進機構が得られる可能性も得られ、今後の工学応用も期待されます。

なお、本研究の推進には、東京大学情報基盤センターのWisteria/BDEC-01 スーパーコンピュータシステムを使用しております。記して謝意を表します。

研究の詳細は以下の「Scientific Reports」 をご覧ください。

【掲載論文】
Relationship between caudal fin closing motion and acceleration capability of Rudarius ercodes balistiform locomotion

nature scientific reports　published: 08 May 2025
https://doi.org/10.1038/s41598-025-00315-9

著者
・     金沢工業大学 大学院工学研究科 機械工学専攻 博士前期課程２年 藤壮寛さん（2025年3月修了）    
・     岩手大学 理工学部　澄川太皓 助教
・     のとじま臨海公園水族館　展示飼育係 技師 平田尚也氏
・     のとじま臨海公園水族館　展示飼育係 技師 木森喜大氏
・     のとじま臨海公園水族館　展示・海洋動物科長　加藤雅文氏
・     金沢工業大学 機械工学科　福江高志　准教授

（関連ページ）
金沢工業大学研究室ガイド　工学部機械工学科　福江高志研究室
▶  https://kitnet.jp/laboratories/labo0201/index.html
福江研究室ホームページ
▶  https://www.fukuelab.net/
メカノエソロジーとバイオメカニクス（魚の泳動作と流れ学）
▶ https://www.fukuelab.net/mechanoethology/