フクロウの静音翼を活用したドローン技術の新展開とは

フクロウに学ぶ静音ドローン技術の未来

千葉大学の劉浩教授およびJiaxin Rong特任研究員を中心とした研究チームは、フクロウの翼の構造を模倣し、静音性を高めたドローンのプロペラを開発しました。このプロペラは、三井化学株式会社との共同研究により生まれ、直径72cmを超えるサイズで、大型無人航空機（UAV）や空飛ぶ車にも実装可能です。この新技術は、都市部での航空物流や交通の改善が期待されます。

研究の背景

フクロウはその静かな飛行で知られていますが、これには一定の構造的な秘密が隠されています。特に、フクロウの翼の前縁には鋸歯状の突起があり、これが渦状の空気の流れを分断します。この特性が、獲物に気づかれずに近づくための静音飛行を実現すると同時に、騒音を低減する要因となっています。

現在、小型の無人航空機（UAV）は様々な分野で使用されていますが、都市部ではそのプロペラによる騒音が問題視されています。研究グループは、このフクロウの翼の特性を参考に、UAVのプロペラ設計に新たなアプローチを試みました。

研究の成果

約2年にわたる研究の結果、フクロウの鋸歯構造を組み込んだプロペラは、騒音を最大3dB減少させることが実証されました。この騒音低減効果は空力性能とのトレードオフの中で維持され、しかもわずかなパフォーマンス低下に留まることが確認されました。

具体的には、研究チームはFfowcs Williams-Hawkings音響アナロジーとラージ・エディ・シミュレーションを駆使して、フクロウ翼を模したプロペラの音響特性を解析しました。これにより、特定の設計が騒音低減に非常に効果的であることがわかりました。

今後の展望

研究の成果に対して、Jiaxin Rong特任研究員は「フクロウの翼に着想を得た技術は、静かで人に優しい空中移動システムの開発につながる」と語っています。また、劉浩教授も「実用的な大型ドローンや空飛ぶ車への応用に向けて、大きな成果を得た」と評価しています。

三井化学株式会社の水本和也氏は、「静音性、安全性、経済性のさらなる向上が必要不可欠である」と強調し、これからの研究と応用への期待を語りました。

用語解説

1. 生物規範工学: 生物の特性を模倣して新技術を生み出す分野。
2. Ffowcs Williams-Hawkings音響アナロジー: 空力騒音を解析するための音響学的モデル。
3. ラージ・エディ・シミュレーション: 乱流計算を行う手法で、空気の流れをシミュレーションする。

研究プロジェクトについて

この研究は、千葉大学と三井化学株式会社との共同プロジェクトとして進められました。日本学術振興会からの助成も受けており、今後の発展に期待が寄せられています。

論文情報

- タイトル: Owl-inspired leading-edge serrations for aerodynamic noise mitigation in drone propellers
- 雑誌名: Physics of Fluids, (2025)
- DOI: /10.1063/5.0268150