筋骨格系の形態的制約に基づく霊長類の樹上四足歩行シミュレーション

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13740496
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 荻原 直道 京都大学, 大学院・理学研究科, 助手 (70324605)
• Keywords: 歩行シミュレーション / 霊長類 / 4足歩行 / 神経回路モデル / 形態 / 身体構造制約

Research Abstract

本年度は,4足性の霊長類の例としてニホンザルの3次元筋骨格モデルを構築し,4足歩行を生成しうる新しい神経回路モデルの実装を試みた。具体的には,まず申請のビデオカメラによってニホンザルの4足歩行の運動計測を行い,運動の特徴やモデリングのポイントを抽出した。そしてその結果に基づき,サルの身体力学系を16節3次元剛体リンクモデルとしてモデル化し,運動方程式を導出した。各節の慣性パラメータは各節を楕円錐台と近似して推定して運動方程式に入力し,申請のコンピュータ上でニホンザルの身体運動を計算,可視化した。
このようなリンクモデルを地面に置いたとき崩れないようにし,歩行を生成するのが感覚運動神経系の役割であるが,樹上での歩行を再現するには,身体のバランスをとりつつ四肢を動かすことが求められる。そのため本研究では歩行の基本的リズムを生成する神経発振回路に,姿勢を安定に保つよう四肢を協調的に動かす姿勢制御神経系を統合した,新しい神経回路モデルを考案した。これは体幹の傾きに応じて各肢の反力を調整するように自律的に関節トルクを発揮するものである。ニホンザルの身体力学モデルにこの神経回路モデルを実装して自律的な運動生成を試みた結果,外乱に対しても適応的に姿勢を維持して擬似足踏み動作を生成することができ,霊長類4足歩行の神経回路モデルとして有効であることが示唆された。
また、ニホンザルの肩関節の可動特性(関節受動抵抗)を,荷重計と3次元座標計測器を用いて測定し,その3次元特性を表す数式モデルを構築した。現在,このような関節や筋の形態学的情報のモデルヘの組み込みを行っており,これら身体構造的制約に基づいた自然な歩行運動を生成することを目指している。

Research Products

• [Publications] 荻原直道, 山崎信寿: "運動のし易さの脳内表現とその自己組織化"バイオメカニズム. 16(印刷中). (2002)
• [Publications] 荻原直道, 山崎信寿: "身体の構造制約に基づく自然な上肢リーチング動作の生成"日本機械学会論文集. C67. 2314-2320 (2001)