ガチョウはなぜ“助走なし”で飛び立てる？ 2kg超の巨体鳥類を浮かせるメカニズム 中国チームが研究：Innovative Tech

[山下裕毅，ITmedia]

Innovative Tech：

このコーナーでは、2014年から先端テクノロジーの研究を論文単位で記事にしているWebメディア「Seamless」（シームレス）を主宰する山下裕毅氏が執筆。新規性の高い科学論文を山下氏がピックアップし、解説する。

X： ＠shiropen2

　上海交通大学などに所属する研究者らが発表した論文「Geese achieve stationary takeoff via synergistic wing kinematics and enhanced aerodynamics」は、体重2kgを超える大型鳥であるガチョウが、助走も高所からの飛び降りもなしに静止状態から飛び立てる仕組みを、翼の運動パターンと空気力学の両面から解明した研究報告だ。

ガチョウが助走なしで飛び立つイラスト（絵：おね）

　実験では、体重が約3kgある7羽のガチョウ（Anser cygnoides、サカツラガン）を6カ月かけて訓練し、静止状態からの離陸を合計578回にわたって記録・分析した。翼の動きを10箇所のポイントで3次元的に追跡し、後肢が地面を蹴る力も同時に計測した。

研究チームはガチョウの体と翼に10箇所のマーカーを取り付け、578回の離陸を3次元モーションキャプチャーで記録・分析

　分析の結果、複雑に見える翼の動きは、実は2つの基本的なパターンに支配されていることが明らかになった。1つは翼を上下に振るリズミカルな動き（ストロークシナジー）、もう1つは翼の形状を変化させる動き（モーフィングシナジー）。この2つのパターンの組み合わせだけで、翼の運動全体の93.6％を説明できるという。

　問題は、なぜこの動きで重い体を浮かせられるのか。通常、大型の鳥や飛行機のような高レイノルズ数の飛行体が揚力を得るには、ある程度の速度が必要だ。風洞実験でガチョウの翼を調べると、最大揚力係数は1.2程度だが、静止離陸に必要な揚力係数は2.5を超える。この差を埋めるために、ガチョウは以下の3つのメカニズムを駆使していることが分かった。

1. 翼を下に振り下ろす際、高い迎え角を保ちながら翼を加速させることで大きな揚力を発生させている。
2. 前回の羽ばたきで生じた「前縁渦」（翼の前端で発生し、翼上面に留まることで大きな揚力を生む渦）を、次のサイクルで翼が捉え直す「ウェイクキャプチャー」という現象が起きている。いわば自分が作った気流を再利用する技術だ。この効果は昆虫など小型の飛翔生物では知られていたが、レイノルズ数10万を超える大型鳥類で確認されたのは驚きの発見。
3. 翼を上に振り上げる際、翼の先端部分が毎秒約18回という急速なピッチング運動を行い、これによって抗力が推力に変換される。この推力の垂直成分が体重を支えるのに大きく貢献している。

静止離陸時の翼の一連の動作が高い揚力を生み出す

　またガチョウが離陸した後、どの方向にどれくらい飛んでいくかには個体差があった。研究チームがその原因を調べたところ、飛行軌道の違いは主に、脚で地面を蹴った勢いで決まっていて、飛行中の翼の動かし方の違いはほとんど関係なかった。つまり、翼はとにかく揚力を出すという仕事に専念していた。

　さらに次なようなことも分かった。翼を上下に振ると、上下の切り返しの瞬間に大きな力が体にかかる。重い翼を急に止めて逆方向に動かすと、その反動が体に衝撃として伝わる。ガチョウはこの衝撃を和らげるために、翼全体を同時に止めるのではなく、重い根元部分を先に減速させ、軽い先端部分は少し遅れて反転させている。こうすることで衝撃が一度に来るのではなく時間的に分散され、体への負担が軽減していると分かった。

Source and Image Credits: Huang, Jinpeng, et al. “Geese achieve stationary takeoff via synergistic wing kinematics and enhanced aerodynamics.” arXiv preprint arXiv:2512.20894（2025）.