エネルギー供給機構からみた身体運動の最適化-特に水泳運動に注目して-

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本研究では,1)運動方程式の決定→2)初期値およびパラメータの設定→3)最適解の導出→4)実際のレースペースとの比較→5)パラメータの設定し直し以上のような過程を経て,妥当と思われる運動方程式や各パラメータを設定して,レース中の泳速度変化のシミュレーションを行い,各泳者のポテンシャルを最大限に活かすペース配分を決定した.まず本研究において水泳運動は,重心を質点とする移動運動であると定義し,レースペースを考察することを主な目的としているので,モデルは出来るだけ簡略化するよう水泳中の重心の上下運動を無視して,質点を水平方向に移動させるだけと考えた.その結果,次式ような運動方程式が成り立つ.(M+m)(dv)/(dt)=F-ADM:泳者の質量,m:付加質量,V:泳速度,F:推進力,AD:自己推進時抵抗また自己推進時抵抗は,回流水槽を用いて計測した実測値から以下のような推定モデルを作成した.AD=1/2ρ CDp S V^2+1/2ρ CDk ∇^<2/3> V^2ρ:水の密度,CDk:動的抵抗係数,CDp:受動抵抗係数,S:体表面積,∇:排水容量実験結果よりCDp≒0.03,CDp=0.061×Exp(-2.93×Fr),Fr:フル-ド数本研究では,最適制御理論をこのモデルに応用し,無酸素的エネルギーを最適制御することによって自己の持つエネルギー資源を最大限に利用して,最高のパフォーマンスを得られるペース配分を求めた.その結果,短距離(30秒以下)においては,レース開始直後より,すべてのエネルギー供給系を全開にする必要があるが,1分以上のレースになると,ラストスパート的にレース後半にペースを上げなければならないことが証明された.