立教大学

私は「有限要素解析」という手法を用いて、身体動作にともない生じる現象を明らかにする研究に取り組んでいます。有限要素解析とは、物体を形状・材料特性・摩擦・荷重などを含めてコンピュータ上でモデル化し、全体の挙動をシミュレーションする手法です。例えば、サッカーでボールをカーブキックする際、シューズのアッパー部に施された凹凸や摩擦を高める素材がボール挙動に与える効果について研究を行い、学術雑誌「Scientific Reports」に掲載されたことがあります。この研究では、ボールと足部のインパクト中に、足部がボールにめり込んで深く噛み合ってしまうため、アッパー部に工夫を施してもボールの回転にほとんど影響を及ぼさないという研究結果を得ることができました。現在は、この手法を用いた研究をさらに発展させ、着地やランニング動作における接地中の足部内部で生じる力学現象の解明を行っています。

通常、スポーツバイオメカニクス分野では、身体動作をハイスピードカメラや光学式モーションキャプチャシステムで計測して位置座標を取得し、速度や加速度、角度や関節トルクなどを算出して、身体動作を分析する手法が一般的です。しかしそのアプローチでは、足部内部でどのような挙動が生じるか、どこに負荷がかかるか、どこが機能しているかなどを分析することはできません。そこでまず足部をCTやMRIで撮影し、足部表面や骨の形状を抽出して、得られた形状データを有限要素解析のソフトウェアに取り込みます。そして、骨・腱・靱帯・軟部組織など、足部を構成する多くの組織のパラメーターを考慮した有限要素モデルを構築し、コンピュータ上でさまざまな数値を与えながらシミュレーション解析を行っていきます。

コンピュータ上では、筋力の増加・低下、加齢による腱の柔軟性の低下なども数値入力で反映することができます。この研究を発展させることができれば、スポーツパフォーマンスの向上だけでなく、外傷・障害の予防、健康の維持・増進、人間生活の維持・向上、製品開発などにも貢献することができると考えています。