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國際仿生學術研討會 ISABMEC-2018
文、圖◎博二 賴渝翔

非常榮幸來參加TheSeventhInternationalSymposiumonAeroAquaBio-Mechanisms,研討會(簡稱ISABMEC)。這是由Aero Aqua生物機制學會(ABMECH)發起的一系列獨特的國際研討會,旨在跨越生物學家、科學家和工程師,推進生物系統和仿生學新機制的跨學科領域。本次於2018年8月29日至9月1日舉辦,地點在東京北千住電機大學,探討的主題分為4個領域:水中生物機制、飛行生物機制、空中或水下載具機器人及仿生生物系統,分別邀請了各領域的專家擔任講者,以下是心得分享:
這是我第一次來到東京,而且還是第一次參加國際研討會,心情格外雀躍,雖然這次主要是來見習,參與口頭報告人員是碩二已畢業之學弟妹,看著他們每個人事前認真準備,而且能將研究成果與其他學者分享,既是佩服又羨慕,期待自己也能很快向他們看齊。
國際研討會在各項準備上其實都能看到主辦單位的用心,第一天註冊完後,有一個歡迎會,是辦在晴空塔旁邊30F的餐廳( BEER&SPICE SUPER〝 DRY〞),道地的啤酒加上開胃的小菜,讓參與人員原本略為緊繃的心情有了適當的放鬆,而且選在如此高樓層還可以遠眺東京市景,加上夜間晴空塔會點燈,真是美不勝收。

█ 乾杯,預祝研討會報告順利,左一為楊鏡堂教授。 █ 雄偉的晴空塔。

隔天就是研討會正式開始的日子,北千住電機大學是一個非常有現代感的大學,學校的設備都很新穎,感覺好像在科技業辦公大樓,交通上也很方便,一走出地鐵站就能到達,另外這次邀請的keynotespeaker都是在各領域上有傑出成就的學者,透過他們精彩的報告,讓人增廣見聞,更能掌握同領域研究的近況,以及了解自己的研究方向是否有與國際接軌,以下是各keynotespeaker的聽講心得。

Speech title: The utility of solid and fluid geometries in insect and bird flight research
Keynote speaker: Richard J. Bomphrey

第一天的keynotespeaker來自英國倫敦大學 Bomphrey ,分享其研究成果,由於實驗技術跟電腦模擬進步,仿生飛行已有重大突破,該實驗室透過電腦模擬及高速攝影機協助,觀察出蚊子的飛行動態,並實際設計了訪蚊子的微型飛行器,在動物方面針對老鷹飛行實施觀察,並透過實驗設計而加以陣風,來了解老鷹如何透過改變翼展方向,來適應不同氣流,並藉以用在機構改善,此次該研究成果是透過不同機構的合作包含生物學家、機構學家等,最後該講者認為透過對動物流體力學的認識加上技術的突破,已有能力將生物資訊轉換成工程來實現。

Speech title: Ants rafts and maggot flows
Keynote speaker: David L. Hu

講者來自喬治亞理工學院,也是搞笑諾貝爾獎的得主,所謂的搞笑諾貝爾獎(英語:IgNobel Prizes),又名幽默諾貝爾獎,是對諾貝爾獎的有趣模仿。獲獎成就「低俗、下流;卻又是一種社會批評,諷刺地揭露出荒謬的現象;並且是有用的研究和知識。」。這次的報告主題也非常特別,研究螞蟻群聚時的物理現象,有些螞蟻會有群聚現象,當上千萬隻螞蟻群聚成球形時,會有類似於一般材料的特性,當施力壓牠們時球狀會被壓縮但一會後就會恢復原狀,因此可以量測其彈性係數,另外當將牠們放置於水中時,會逐漸從球狀擴散成一個圓形平面,將牠們下壓時,甚至可以藉由彼此的拉扯而形成一個類似薄膜的應用,可以抵抗水面張力而不會下沉,透過對生物的觀察,或許可以運用在材料設計的構想上。

Speech title: Light driven bacteria as remotely controllable propellers for micro-engineering
applications
Keynote speaker: Roberto Di Leonardo

主題是微生物運用的部分,算是平常比較少接觸到的領域,透過設計光照機制來調控鞭毛蟲單細胞生物的運動,藉以推動微型推進器,微型推進器的具體運用較未詳細介紹,主要是講解如何去透過微生物對光反應的特性去控制牠們的運動,當中存在許多技術性需突破的地方,如何讓各個獨立個體同步運動,以達到所需之轉矩等,藉由講者的介紹,讓我對這個領域有了初步的認知。

Speech title: Skin of sea cucumbers: the smart connective tissue that alters mechanical properties in
response to external stimuli
Keynote speaker: Tatsuo Motokawa

生物的許多特性真的是很奇特,如果能研究分析其特性背後原因,可以拿來運用到生活中或是工程上之運用,本次研究者的研究對象是海參,海參是軟體動物,但在受到外在刺激時,會變得很堅硬,講者之所以選擇海參為研究對象是因為他很好奇,像這樣的生物幾乎沒有什麼防護機制,是如何抵抗外在威脅,而主要原因有2個,一個就是改變身體的剛性,另一個則是受到刺激時會分泌毒液,而研究者主要是好奇像這樣收到刺激可以改變身體剛性的機制是否可以拿來當作智能材料的研發,而經過研究發現海參之所以會變得剛硬是一種CCT締結組織的影響,前人認為是該締結組織中的肌肉所導致,但是後來研究發現有些海參即使CCT中不含締結組織仍然會變硬,才知道是CCT中的膠原蛋白所致,最後講者還將他在研究中對海洋生物的觀察填詞寫歌,也讓我學到,唯有將研究融入生活或是當成興趣,才能享受研究。

Speech title: Dynamics and locomotion of flexible foils in fluid and frictional environments
Keynote speaker: Silas Alben

藉由像蛇或是魚身體彈性且柔軟的身體在水中或陸地的運動方式已經被研究許多,但是並未被詳細的解釋,本研究透過分析及模擬的方式,並藉由參數調整來控制其運動,發現當身體開始擺動時,在某些擺動頻率下會有共振發生,當共振發生時也會影響功率之需求,而有較差的效率表現。我認為透過生物觀察而得到其相似的運動模式,並透過數值模擬或實驗驗證是做仿生研究大致上的研究方法,但礙於生物是活的,所以常常不是如預期般的運動或是好拍攝,必須花時間設計實驗,但觀察時間太長,生物活力也會減低,進而影響觀察,如何在生物觀察中有良好的生物啟發,是每個研究者的挑戰。

Speech title: Development of the Osaka University squid-like underwater robot
Keynote speaker: Yasuyuki Toda

研究主體主要是介紹講者自行開發的仿魷魚機器人,而透過數值模擬及6自由度方程式的運動預測,不斷修正其運動軌跡,目前已開發至第6代,為什麼選擇魷魚當作設計主題呢?說到魷魚,幾乎所有人都首先想像一下噴射推進。但是在日本餐廳或水族館的水箱中觀察魷魚的游泳風格,他們通常不會用噴射推進游泳,而是起伏的側鰭游泳。他們的游泳風格具有一些優點,如精確的運動控制能力,包括運動停止能力和低頻聲音噪音。我們認為此功能可用於需要精確運動的水下航行器,例如海底搜索。講者分享了許多測試時的影片,說明其所設計的仿生機器人,可以有不同的運動模式,可以前進、後退、轉彎、下潛等,透過對生物的觀察及數值模擬、設計實驗,最後達到機構設計,一系列的過程是工程的具體實現,令人印象深刻。

Speech title: The effect of vertical gusts on the flow field near insect-size flapping wings
Speaker: T. Jakobi

而在其他講者方面,有幾位作者的演講主題,讓我有所啟發,首先是探討陣風對昆蟲飛行的影響,目前大多數的研究都是討論靜止流場,較少討論外在環境有所改變時,但仿生飛行器的運用必須考量在真實環境,因此像這類的研究是有其必須,而該研究表示,當陣風由上往下吹時,LEV的貼附易受影響,進而影響升力表現,身體的上下起伏較大,相反地,陣風由下往上吹時,則對升力有所助益。參考其研究,未來或許也能在模擬或實驗設計中加入陣風影響,探討飛行穩定性。

Speech title: The dynamics of bumblebee wing pitching rotation: wng morphology and
inertial properties
Speaker: Dmitry Kolomenskiy

本研究主要是探討蜜蜂在飛行時翅膀的旋轉效應,比較特別的是一般研究會將翅膀當作均質材料來探討,但本研究依照翅膀翅脈結構將其分成多等分考量其密度分布及翅型而計算出較接近真實的翅膀慣性矩及面積等,做為模擬輸入的條件,而模擬結果也與實驗類似,在近期研究中已經開始考量翅膀質量對飛行的影響,甚至也會探討慣性力矩的改變,因此在之後的研究中,應將空氣力矩及慣性力矩列入考量。

Speech title: Aerodynamic characteristics and the flow
fieldby the phase difference of the dragonfly wings
Speaker: Shinichiro ITO

眾所周知,空氣動力學特性根據蜻蜓的前翼和後翼之間的相位差的不同而不同,但原因尚未闡明。 通過製作機器人蜻蜓,通過可視化闡明了由於相位差的差異引起的空氣動力學特性的變化。本講者主要是透過MAV製作來說明相位差的影響,然而目前僅驗證了其機構與真實蜻蜓有相似動作,尚未進一步討論流場現象。
我們實驗室也有3名碩士班學生參與口頭報告,題目分別是豆娘不對稱拍翅動作與飛行操控研究、翅膀相位差對豆娘與蜻蜓懸停策略之影響以及翅膀旋轉動態對蝴蝶飛行操控影響,本實驗室一直致力於研究昆蟲飛行,將昆蟲的飛行特色應用於微飛行器的機構設計與飛行操控,實踐仿生工程(bio-inspiredengineering)精神,提供理論基礎與技術分享,而這次參與研討會也是成果的展現。

█ 參與人員大合照,左三為楊鏡堂老師。
█ 豆娘不對稱拍翅動作與飛行操控研究。 █ 鄒佩沂同學口頭報告並接受學者提問。
█ 翅膀相位差對蜻蜓懸停策略之影響。 █ 翅膀相位差對豆娘懸停策略之影響。
█ 林有駿同學口頭報告。 █ 翅膀旋轉動態對蝴蝶飛行操控影響。

幾天下來,可說是收穫滿滿,對於自己的研究方向,也逐漸清晰,其中針對拍攝技術部分,也讓我有所啟發,因為昆蟲的機動性且不受控制,在拍攝上如何能清楚拍攝到不同飛行模式,一直是待突破的部分,但看到大家的研究分享,也有了一些解決的方向。
大會結束後的饗宴,是搭船在船上用餐並享受河邊(應該是隅田川)的夜景,由於幾日來的參與,也透過楊老師的穿針引線,我們也對參與研討會的學生有了認識,不論是來自大陸、或是日本等,最後在船上用餐期間,大家都互相認識,即使語言不盡相通,卻也展現了彼此的熱情,相約下次再相見。
總之,這次的研討會參與,不論是事前行程規劃或是學術討論等,都讓我獲益良多,提昇了國際視野。而這一路上也一直受到指導教授楊鏡堂老師的照顧,口頭報告完當天,為了勉勵學生的用心,還請我們吃了日暮里TOP 10的牛角燒肉店,一群人跟著老師有說有笑真的好開心,對於老師的照顧,感念在心,心裡也暗自期許有天換我上場,因為能跟世界各地的菁英交流,真是非常美好的事情。

█ 來自世界各地的朋友一起大合照。 █ 口頭報告後,老師請吃燒肉大餐(日暮里的牛角燒肉店)。

 


 

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