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2013-2017 文科省科学研究費 特別推進研究

MEMS 多軸力センサを用いた生物の運動計測

　人間の二足歩行は古くから研究対象となっており、バイオメカニクスや 健康科学、ロボティクスに至るまで様々な研究が広く行なわれてきた。 空気抵抗と重力を除けば、二足歩行時に人体に加わる外力は足裏・靴裏 を介しての力に限定されることから、フォースプレートや薄型圧力セン サシートを用いた直接的な力の計測も数多く行なわれてきた。しかしな がら、前者は足裏・靴裏にかかる3軸力と3モーメントを合力として測定 するものであり、足裏各部での力の分布を計測することは困難である。 また、後者は圧力分布を計測できるものの、せん断力を計測することは 不可能である。
　そこで人間歩行グループでは、足裏各部にかかる3軸力の分布データを リアルタイムで計測できるシステムを構築し、測定したデータの解析を 通して人の歩行・走行メカニズムを解明することを目的とする。

1-1.足裏3軸力分布データの計測と解析
運動靴の左右のインソールのそれぞれ8箇所に、独自に開発した小型・ 薄型・軽量なMEMS3軸力センサを埋め込み、計測データを無線で送受信 できるワイヤレス、かつウェアラブルな計測システムを構築した。構築 したシステムを用いて、様々な歩行・走行動作における足裏3軸力分布 データの計測と解析を行なった。

1-2.運動靴のスパイクピンにおける6軸力の計測
陸上競技においては、靴裏と地面との間に発生する力を大きくするため スパイクシューズを使用するのが一般的である。スパイクピンは地面に 食い込み、3軸力だけでなく大きなモーメントも発生させる。そこでMEMS グループが研究・開発した平面型6軸力センサチップを樹脂製スパイク ピンに埋め込んで、スパイクピンにかかる6軸力の計測を行なった。

1-3.サッカーのキック動作における3軸力分布計測
本研究で提案する計測手法が、歩行・走行動作だけでなく各種スポーツ にも適用可能であることを示すため、サッカーのキック動作中に靴裏の スタッドにかかる3軸力の計測を行なった。

東京大学大学院　情報理工学系研究科　知能機械情報学専攻　下山研究室
東京都文京区本郷7-3-1 工学部2号館8階81B
TEL:03-5841-0461 Fax:03-3818-0835

Shimoyama Lab., Department of Mechano-Informatics, Graduate School of Information Science and Technology, The University of Tokyo.
7-3-1, Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo, 113-8656, Japan.