大規模最適化シミュレーションによる身体障がい者スイマーの最速泳フォームの解明

• 研究課題/領域番号: 17H02150
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: スポーツ科学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 中島 求 東京工業大学, 工学院, 教授 (20272669)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2019年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2018年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2017年度: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円)
• キーワード: 水泳 / スポーツバイオメカニクス

研究成果の概要

本研究では身体障がい者スイマーの最速泳フォームを解明することを目的とした．まず片麻痺スイマーを対象とし，研究代表者らが開発した水泳の力学シミュレータSWUMを用いた最適化シミュレーションを実行した．その結果，得られた最速フォームは泳速度を0.2 m/s以上増大させることが明らかとなった．次に別の障がいの種類として，片前腕欠損スイマーについても同様の最適化シミュレーションを行い，欠損側の動作の改良により，泳速度が約7%増大することが明らかとなった．さらに検証用の人間型スイマーロボットについても性能向上が実現された．

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は実際の身体障がいスイマーを対象とし，より泳速度を向上させる泳フォームを数理的に解明することを目的としており，水泳においてこのような試みは世界的に見てもまったく行われておらず，学術的見地からも非常に意義深いものである．また実際のパラリンピック出場選手を被験者とし，研究結果が選手およびコーチにフィードバックされてトレーニングに活かされている．その結果，選手のパフォーマンスが実際に向上すれば，社会的にも大変意義深いものとなる．

研究成果

• [雑誌論文] Optimizing simulation of deficient limb’s strokes in freestyle for swimmers with unilateral transradial deficiency (2020)
  • 著者名/発表者名: Motomu Nakashima, Ryosuke Takahashi, Taichi Kishimoto
  • 雑誌名: Journal of Biomechanical Science and Engineering 巻: 15 号: 1 ページ: 19-00467-19-00467
  • DOI: 10.1299/jbse.19-00467
  • NAID: 130007818523
  • ISSN: 1880-9863
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Direction Control of the Swimming Humanoid Robot (2019)
  • 著者名/発表者名: Qiuyuan Sun
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス講演会2019
• [学会発表] 水泳ヒューマノイドロボットのクロール泳におけるローリング性能の向上 (2019)
  • 著者名/発表者名: 古賀 樹
  • 学会等名: 日本機械学会シンポジウム：スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス2019
• [学会発表] 片大腿切断スイマーのための自由形アームストロークの最適化シミュレーション（切断側上肢動作の最適化） (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋 良輔
  • 学会等名: 日本機械学会シンポジウム：スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス2018
• [学会発表] Optimizing simulation of arm stroke in freestyle for swimmers with bilateral transfemoral amputation (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Takahashi
  • 学会等名: 13th International Symposium on Biomechanics and Medicine in Swimming
  • 国際学会
• [学会発表] 両大腿切断スイマーのための自由形アームストロークの最適化シミュレーション (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋 良輔
  • 学会等名: 日本機械学会シンポジウム：スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス2017
• [備考] 中島求のページ
  • URL: http://www.hei.sc.e.titech.ac.jp/nakashima_labo/motomu/index.html
• [備考] 水泳人体シミュレーションモデルSWUMのwebsite
  • URL: http://www.swum.org/index_j.html
• [備考] 中島 求 のページ
  • URL: http://www.hei.sc.e.titech.ac.jp/nakashima_labo/motomu/index.html
• [備考] 水泳人体シミュレーションモデル SWUM の website
  • URL: http://www.swum.org/index_j.html