シルモンの翼ファンによるフェロモン捕獲のための嗅覚サンプリング量：シミュレーションベースの研究

昆虫が採餌と交配に使用する臭気は、空気によって運ばれます。昆虫は翼を羽ばたくことで周囲の気流を誘発し、これらの気流の分布は臭気源の局在化に強く影響する可能性があります。気まぐれなシルクウォームMothであるBombyx Moriは、嗅覚研究の顕著な昆虫モデルです。しかし、アンテナの形態とその流体のダイナミクス、神経生理学、および局所化アルゴリズムに関する多くの研究がありましたが、ファニングによるB.森の気流操作は徹底的に調査されていません。この研究では、このメカニズムを深く分析するために、B。moriの羽ばたきの計算流体ダイナミクス（CFD）分析を実行しました。再構築された翼の運動学を使用した3次元シミュレーションを使用して、運動とフェロモンの捕捉に対するB. oriファニングの効果を調査しました。B. moriの扇動は、空飛ぶ昆虫と同様の空力メカニズムを介して、その重量のスケールに空力力を生成することがわかった。私たちのシミュレーションはさらに、B。moriが翼の扇動によって〜60°内の前方向から粒子を導くことを示しています。したがって、ファンニング中にフェロモンを検出すると、フェロモンは、頭が指している方向から発生するように結論付けることができます。サンプリングボリュームの異方性により、B。moriはフェロモンプルーム方向に向けられます。これらの結果は、昆虫の行動に関する新しい洞察を提供し、臭気源のローカリゼーションのためのロボットの設計ガイドラインを提供します。

Odours used by insects for foraging and mating are carried by the air. Insects induce airflows around them by flapping their wings, and the distribution of these airflows may strongly influence odour source localisation. The flightless silkworm moth, Bombyx mori, has been a prominent insect model for olfactory research. However, although there have been numerous studies on antenna morphology and its fluid dynamics, neurophysiology, and localisation algorithms, the airflow manipulation of the B. mori by fanning has not been thoroughly investigated. In this study, we performed computational fluid dynamics (CFD) analyses of flapping B. mori to analyse this mechanism in depth. A three-dimensional simulation using reconstructed wing kinematics was used to investigate the effects of B. mori fanning on locomotion and pheromone capture. The fanning of the B. mori was found to generate an aerodynamic force on the scale of its weight through an aerodynamic mechanism similar to that of flying insects. Our simulations further indicate that the B. mori guides particles from its anterior direction within the ~ 60° horizontally by wing fanning. Hence, if it detects pheromones during fanning, the pheromone can be concluded to originate from the direction the head is pointing. The anisotropy in the sampling volume enables the B. mori to orient to the pheromone plume direction. These results provide new insights into insect behaviour and offer design guidelines for robots for odour source localisation.