Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

スポーツ工学 / 連成問題 / 飛行力学 / 用具最適化 / スキル最適化 / 連成最適化 / 筋骨格シミュレーション / 用具とスキル / 同時最適化 / EI値 / 最適化 / 空力 / 筋骨格モデル / 風洞試験 / 多目的最適化 / CFD / MSBS / 最適設計

人とモノが連成して，最高のパフォーマンスを発揮するような最適用具と最適スキルを提案できる手法を確立した．すなわち筋骨格シミュレーションと飛翔軌跡シミュレーションを同時に行い，遺伝的アルゴリズムによりパレート解（多目的最適化の最適解群）を得る方法の確立である．
具体的な成果は，安全性，改修費，面白いゲームの演出を目的としたクラレ蔵王シャンツェ（ジャンプ台）の最適設計，飛距離最大を目的とした円盤形状の最適設計，競技用車いすの最適設計等である．ジャンプ台や円盤は，提案した形状が実際に採用された．前者では，毎年，世界最高峰のワールドカップ大会が開催されている．後者では，14年ぶりに日本記録が更新された．

本研究成果の学術的意義は，スポーツ関連分野ながら、これまで交流の少なかった異なる学問分野間の連成問題をモデル化し，最適解を求める手法を確立したことである．本研究では，真の意味での学際的融合をはかった．つまり，人間の筋活性度と関節角度等の関係を記述する連立微分方程式と飛翔等を記述する連立微分方程式を一挙に解く連成問題としてモデル化した．本手法は，スポーツ連成問題一般に適用可能で，「研究成果の概要」欄に上記した通り，全く別種のスポーツへ適応可能である．

水泳 / シミュレーション / 筋骨格モデル / 遺伝的アルゴリズム / 最適化 / スポーツ工学 / 流体力学 / 遺伝子アルゴリズム

1. 一昨年度構築した,泳者の全身運動および骨格筋の筋活動状態を測定する測定システムを用い,3名の一流大学スイマーの被験者について実験を行った.
2. 昨年度開発した,測定された全身運動データを筋骨格シミュレータへの入力データに変換するアルゴリズムを用い,測定データをシミュレータに入力し,筋骨格シミュレーションを行った.
3. シミュレータによる解析結果と,実験により測定した筋活動状態を比較した結果,平泳ぎにおいては全身の主要筋の筋力発揮タイミングがシミュレーションと実験で良く一致する傾向が得られた.ただし,下肢のキックにおける引きつけ時や,バタフライにおけるダウンキックにおいて,両者がやや異なる傾向を示した.これは関節の受動抵抗がモデル化されていなかったためであることが判明した.
4. 上記の問題点に対し,シミュレータに関節の受動抵抗のモデルを組み入れる改良を施したところ,改良したシミュレータによる解析結果は実験結果とより良く一致し,シミュレータの改良の妥当性が示された.
5. 改良された筋骨格シミュレータを用いて,自由形(クロール)における上肢運動の関節角の範囲において,各筋が発揮しうる筋力から,関節トルク特性を算出した.そして上記の関節トルク特性を,水泳力学シミュレータに組み入れ,さらに最適化をGA(Genetic Algorithm)で行う,統合シミュレータを開発した.
6. 開発した統合シミュレータを用いて,自由形における最速泳フォームを求めた.その結果,比較的現在の競泳におけるフォームに近い結果が得られた.筋力発揮特性まで考慮し,最適化計算により最速フォームを求めることに成功したのは世界初の画期的な成果である.
7. 以上までの内容について,1件の雑誌論文にその成果が掲載され,1件の国内会議で講演発表を行った.

【研究分担者】
浅井武	筑波大学	体育系	教授	(Kakenデータベース)
大島成通	名城大学	理工学部	准教授	(Kakenデータベース)
坂口隆之	山形大学	地域教育文化学部	准教授	(Kakenデータベース)
仰木裕嗣	慶應義塾大学	政策・メディア研究科(藤沢)	教授	(Kakenデータベース)

【研究連携者】
小西康郁	東北大学	流体科学研究所	特任准教授

【研究協力者】
木村裕次
鳴尾丈司