2019 Fiscal Year Annual Research Report
Computer simulation of bipedal locomotion in early hominids
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17H01452
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
荻原 直道 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (70324605)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中務 真人 京都大学, 理学研究科, 教授 (00227828)
諏訪 元 東京大学, 総合研究博物館, 教授 (50206596)
平崎 鋭矢 京都大学, 霊長類研究所, 准教授 (70252567)
名倉 武雄 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 特任教授 (90306746)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 生体機構 / シミュレーション / 筋骨格モデル / 猿人 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
単純な歩行力学モデルに基づいて、ニホンザルなどヒト以外の霊長類の二足歩行は、力学的に「走行」、つまりgrounded runningになるのに対して、ヒトの二足歩行は、倒立振子メカニクスに基づく「歩行」になるのかを解析した。その結果、ヒトの二足歩行では、立脚期の脚の剛性（スティフネス）が相対的に高いため、重心が倒立振子のように接地点まわりに円弧状に運動することが可能であるが、ニホンザルのそれは相対的に小さい、つまりコンプライアントであることに起因することが明らかとなった。ただし、脚が相対的にコンプライアントであるため、倒立振子メカニクスの活用によるエネルギー消費量の削減が限定的となり、ニホンザルの二足歩行は「歩行」ではなく、grounded runningとなっている。
また、ニホンザル新鮮屍体を治具によって固定し、トルクセンサーを介して各関節軸まわりにモーターによってモーメントを作用させ、そのときの関節角度とモーメントを同時計測した。これにより、歩行の復元に本質的に重要である、下肢関節の関節受動弾性特性の定量化を可能とした。さらに、ヒトの下肢骨格筋のスティフネスを、超音波エラストグラフィにより計測した。また、トレッドミル上を二足歩行するときの身体運動を、モーションキャプチャシステムを用いて計測し、特に下肢関節と体幹角度の最大屈曲・伸展角度と筋スティフネスの関係を分析した結果、筋の受動弾性特性が二足歩行運動に影響を与えることが明らかとなった。
これら結果と、構築した解剖学的筋骨格モデルを用いて、初期人類の二足歩行運動の復元に取り組んだ。具体的には、復元されたアウストラロピテクスの足部形状から、踵接地を伴う二足歩行を常習的に行っていたと推定し、逆運動学問題を解くことにより初期人類の二足歩行運動パターンを推定することを試みた。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Visualization and quantification of 3d foot bone kinematics between human and african great apes using a biplanar x-ray fluoroscopy2019
Author(s)
Ito, K., Negishi, T., Hosoda, K., Nagura, T., Imanishi, N., Jinzaki, M., Oishi, M., Ogihara, N.
Organizer
International Society of Biomechanics 2019
Int'l Joint Research
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