Running training and injury prevention utilizing real time feedback of mechanical stress assessed with high performance computation

• Project/Area Number: 24680067
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Research Field: Sports science
• Research Institution: Ritsumeikan University (2014); Kobe University (2012-2013)
• Principal Investigator: NAGANO Akinori 立命館大学, スポーツ健康科学部, 教授 (30392054)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥11,310,000 (Direct Cost: ¥8,700,000、Indirect Cost: ¥2,610,000); Fiscal Year 2014: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2013: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2012: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
• Keywords: 動作解析 / コンピューターシミュレーション / バイオフィードバック / モーションキャプチャー / バイオメカニクス / 走行動作 / 歩行動作 / 生体計測 / 生体力学 / バーチャル・リアリティ / ランニング障害

Outline of Final Research Achievements

I accomplished the following three projects in this research, and realized an intelligent training based on the mechanical stress loaded on the legs during running.
(1) To evaluate the mechanical stress on the musculoskeletal system during walking and running utilizing techniques of computer simulation. (2) To bio-feedback the obtained results so that the users can visually recognize the mechanical stress loaded on the legs real-time. (3) To perform training sessions with the bio-feedback and aid learning running motions with smaller mechanical stress.

Research Products

• [Journal Article] Age and gender difference in the control of vertical ground reaction force by hip, knee and ankle joints by 3D-motion analysis (2015)
  • Author(s): Toda, H., Nagano, A., Luo, Z.
  • Journal Title: Journal of Physical Therapy Science Volume: 未定
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 筋骨格系シミュレーションを用いた A. afarensis (A.L. 288-1) による歩行動作の考察 (2014)
  • Author(s): 長野明紀
  • Journal Title: バイオメカニズム学会誌 Volume: 38 Pages: 201-206
  • NAID: 130005145342
• [Journal Article] 筋骨格系シミュレーションを用いた A. afarensis (A.L. 288-1) による歩行動作の考察. (2014)
  • Author(s): 長野明紀
  • Journal Title: バイオメカニズム学会誌 Volume: 38
  • NAID: 130005145342
• [Journal Article] 視覚フィードバックを用いたランニング障害の予防に関する研究. (2013)
  • Author(s): 巌和隆, 長野明紀, 羅志偉
  • Journal Title: バイオメカニズム学会誌 Volume: 37 Pages: 249-256
  • NAID: 10031196968
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 歩行・走行機能の評価と訓練のためのインテリジェント・トレッドミル. (2013)
  • Author(s): 長野明紀, 羅志偉
  • Journal Title: バイオメカニクス研究 Volume: 17 Pages: 62-67
• [Journal Article] Parametrically excited inverted double pendulum and efficient bipedal waking with an upper body. (2013)
  • Author(s): Honjo, T., Nagano, A., Luo, Z.
  • Journal Title: Robotica Volume: 31 Issue: 6 Pages: 875-886
  • DOI: 10.1017/s0263574713000088
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New method of evaluating muscular strength of lower limb using MEMS acceleration and gyro sensors. (2013)
  • Author(s): Yoshioka, S., Nagano, A., Hay, D.C., Tabata, I., Isaka, T, Iemitsu, M.
  • Journal Title: Journal of Robotics and Mechatronics Volume: 25 Pages: 153-161
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 歩行・走行機能の評価と訓練のためのインテリジェント・トレッドミル. (2013)
  • Author(s): 長野明紀
  • Journal Title: バイオメカニクス研究 Volume: 17(掲載確定)
• [Journal Article] An adaptive treadmill-style locomotion interface and its application in 3D interactive virtual market system. (2012)
  • Author(s): Dong, H., Luo, Z., Nagano, A., Marvidis, N.
  • Journal Title: Intelligent Service Robotics Volume: 5 Issue: 3 Pages: 159-167
  • DOI: 10.1007/s11370-012-0110-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Asymmetric Parametric Excitation Mechanism for Biped Robot (2012)
  • Author(s): 林健志, 本城豊之, 長野明紀
  • Journal Title: Journal of the Robotics Society of Japan Volume: 30 Issue: 2 Pages: 173-179
  • DOI: 10.7210/jrsj.30.173
  • NAID: 10030209155
  • ISSN: 0289-1824, 1884-7145
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Whole-body energy transmission efficiency in kicking a football. (2015)
  • Author(s): Kudo, S., Akaguma, R., Nagano, A.
  • Organizer: 25th Congress of the International Society of Biomechanics
  • Place of Presentation: グラスゴー（イギリス）
  • Year and Date: 2015-07-15
• [Presentation] Time-series muscle force profile around the hip joint during walking in the elderly and young people (2015)
  • Author(s): Toda, H., Nagano, A., Luo, Z.
  • Organizer: World Confederation for Physical Therapy
  • Place of Presentation: シンガポール（シンガポール）
  • Year and Date: 2015-05-04
• [Presentation] サッカーのキック動作におけるエネルギー伝達効率に関する考察 (2014)
  • Author(s): 工藤将馬, 赤熊亮祐, 長野明紀
  • Organizer: 第27回日本トレーニング科学会大会
  • Place of Presentation: 独立行政法人産業技術総合研究所臨海副都心センター（東京都）
  • Year and Date: 2014-11-23
• [Presentation] 若年健常者における歩行中の筋張力に対する性別の影響：筋骨格シミュレーション研究 (2014)
  • Author(s): 戸田晴貴, 長野明紀
  • Organizer: 第23回日本バイオメカニクス学会大会
  • Place of Presentation: 国立スポーツ科学センター（東京都）
  • Year and Date: 2014-09-15
• [Presentation] 筋骨格系シミュレーションの精度について (2014)
  • Author(s): 長野明紀
  • Organizer: 第23回日本バイオメカニクス学会大会
  • Place of Presentation: 国立スポーツ科学センター（東京都）
  • Year and Date: 2014-09-13
  • Invited
• [Presentation] Impact loading on body segments as a function of running speed (2014)
  • Author(s): Nagano, A., Fujimoto, M., Otsuka, M., Isaka, T.
  • Organizer: International Calgary Running Symposium
  • Place of Presentation: カルガリー（カナダ）
  • Year and Date: 2014-08-15
• [Presentation] Reliable estimation of ground reaction forces during running based on kinematic data (2014)
  • Author(s): Otsuka, M., Nagano, A., Isaka, T.
  • Organizer: International Calgary Running Symposium
  • Place of Presentation: カルガリー（カナダ）
  • Year and Date: 2014-08-15
• [Presentation] 人類の祖先アウストラロピテクス・アファレンシスによる歩行動作のシミュレーション研究 (2014)
  • Author(s): 長野明紀
  • Organizer: 第18回日本ウォーキング学会大会
  • Place of Presentation: 立命館大学（滋賀県）
  • Year and Date: 2014-05-31
  • Invited
• [Presentation] リアルタイムでの心拍解析を用いたトレーニングシステムの開発 (2014)
  • Author(s): 佐野友香, 長野明紀, 羅志偉
  • Organizer: 第58 回システム制御情報学会研究発表講演会
  • Place of Presentation: 京都テルサ（京都府）
  • Year and Date: 2014-05-21
• [Presentation] 人類の祖先アウストラロピテクス・アファレンシスによる歩行動作のシミュレーション研究. (2014)
  • Author(s): 長野明紀
  • Organizer: 第18回日本ウォーキング学会大会
  • Place of Presentation: 立命館大学（滋賀県）
  • Invited
• [Presentation] リアルタイムでの心拍解析を用いたトレーニングシステムの開発. (2014)
  • Author(s): 佐野友香, 長野明紀, 羅志偉
  • Organizer: 第58 回システム制御情報学会研究発表講演会
  • Place of Presentation: 京都テルサ（京都府）
• [Presentation] 2ステップテストに関する生体力学計測と解析. (2014)
  • Author(s): 溝口貴大, 曹晟, 来栖伸之, 藤野圭司, 長野明紀, 羅志偉
  • Organizer: 第58 回システム制御情報学会研究発表講演会
  • Place of Presentation: 京都テルサ（京都府）
• [Presentation] インテリジェント・トレッドミルを用いた歩行・走行機能評価と訓練. (2013)
  • Author(s): 長野明紀
  • Organizer: 東京体育学会第85回研究会
  • Place of Presentation: 東京大学駒場キャンパス（東京都）
  • Invited
• [Presentation] Realtime biofeedback of the mechanical stress on the legs during running. (2013)
  • Author(s): Nagano, A., Iwao, K., Luo, Z.
  • Organizer: 24th Congress of the International Society of Biomechanics
  • Place of Presentation: ナタール（ブラジル）
• [Presentation] An intelligent treadmill system for running training: control of belt speed and biofeedback. (2013)
  • Author(s): Nagano, A., Kato, S., Iwao, K., Luo, Z.
  • Organizer: 31st Conference of the International Society of Biomechanics in Sports
  • Place of Presentation: 台北（台湾）
• [Presentation] Realtime biofeedback of the mechanical stress on the legs during running (2013)
  • Author(s): Nagano, A., Iwao, K., Luo, Z.
  • Organizer: 24th Congress of the International Society of Biomechanics
  • Place of Presentation: ナタール(ブラジル)(発表確定)
• [Presentation] An intelligent treadmill system for running training : control of belt speed and biofeedback (2013)
  • Author(s): Nagano, A., Kato, S., Iwao, K., Luo, Z.
  • Organizer: 31st Conference of the International Society of Biomechanics in Sports
  • Place of Presentation: 台北(台湾)(発表確定)
• [Presentation] 力学情報のリアルタイムバイオフィードバックを用いたランニング動作訓練システムの開発 (2012)
  • Author(s): 長野明紀, 加藤翔一, 羂志偉
  • Organizer: 第25回日本トレーニング科学会大会
  • Place of Presentation: 立命館大学(滋賀県)
  • Year and Date: 2012-12-02
• [Presentation] Research and development for assessment of cognitive function with immersive virtual reality system. (2012)
  • Author(s): Kato, S., Nagano, A., Luo, Z.
  • Organizer: JSST2012 International Conference on Simulation Technology
  • Place of Presentation: 神戸大学(兵庫県)
  • Year and Date: 2012-09-27
• [Presentation] 使用者の意図する歩行・走行速度を実現するインテリジェント・トレッドミルの研究開発 (2012)
  • Author(s): 長野明紀, 巌和隆, 羅志偉
  • Organizer: 第22回日本バイオメカニクス学会
  • Place of Presentation: 北翔大学(北海道)
  • Year and Date: 2012-09-11
• [Presentation] 効率的な二足歩行のための二重倒立振子パラメータ励振 (2012)
  • Author(s): 本城豊之, 長野明紀, 羅志偉
  • Organizer: 第56回システム制御情報学会研究発表講演会
  • Place of Presentation: 京都テルサ(京都府)
  • Year and Date: 2012-05-22
• [Presentation] 視覚フィードバックを用いたランニング障害の予防に関する研究 (2012)
  • Author(s): 巌和隆, 長野明紀, 羅志偉
  • Organizer: 第56回システム制御情報学会研究発表講演会
  • Place of Presentation: 京都テルサ(京都府)
  • Year and Date: 2012-05-22
• [Book] 人間に適応するトレッドミルの制御. ロボット制御学ハンドブック (2015)
  • Author(s): 長野明紀
  • Publisher: 近代科学社
• [Book] 走行トレーニングのバイオフィードバック制御. ロボット制御学ハンドブック (2015)
  • Author(s): 長野明紀
  • Publisher: 近代科学社
• [Remarks] ランニングのスポーツ健康科学（JMOOCオンライン講座）
  • URL: https://lms.gacco.org/courses/gacco/ga040/2015_06/about
• [Remarks]
  • URL: http://www2.kobe-u.ac.jp/~aknrngn/