生体運動におけるエネルギー効率に基づく最適性

基于生物运动能量效率的优化

基本信息

批准号：
13035033
负责人：
西井淳
金额：
$ 3.39万
依托单位：
Yamaguchi University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13035033/
关键词：
エネルギー効率歩行パターン歩容リーチング運動最適性

项目摘要

生体の歩行運動および腕のリーチング運動が、エネルギー効率に関して最適な運動であるかどうかを考察するため、以下を行なった。1.多足歩行動物の歩行運動の最適性を検討するため、歩行時に足を動かすために必要な消費エネルギーを見積もる近似式を解析的に導いた。それにより消費エネルギーを最小にする歩行パターンを求めた結果は、多足歩行動物の歩行時における足の運動周期や歩幅等に関する多くの特長と一致した。すなわち、多足歩行動物の歩行パターンはエネルギー消費に基づく最適なものであると考えられる。また、多くの多足歩行動物の歩容がある速度で相転移的に変化することも、エネルギー最小化に基づく結果であると考えられる計算結果を得た.特に、歩行中の各足への床反力の分布が、観察される歩容の組合せを決定し、また相転移的な変化を引き起こす要因になり得ることを明らかにした.2.2点間を運動する腕のリーチング運動の軌道の、消費エネルギーに基づく最適性を検討するため、まず、遺伝的アルゴリズムとスプライン関数を用いた最適軌道の計算方法を開発した。次に、それにより求めた最適軌道と、ヒトの運動軌道を計測した結果を比較検討した。人のリーチング運動を計測した結果は、運動時間・運動の区間(垂直面内、水平面内)・手先への負荷といった異なる様々な運動条件によらず、手先の速度変化はベル型の形状となった。一方、計算により得られた最適軌道の速度変化は運動条件によらずほぼ半円型の形状となり、実際の運動軌道の形状と異なる。すなわち人のリーチング運動はエネルギー消費の観点からは最適とは言えないことになる。その理由は手先の運動に求められる運動の正確さを高めるためと考えられるが、この点については今後の更なる検討が必要である。

为了检查有机体的行走和手臂浸出运动是在能效方面的最佳练习，进行了以下操作：1。为了研究多腿动物的最佳步行运动，我们通过分析得出了一个近似方程，以估算行走时移动脚部所需的能量支出。找到一种步行模式可以最大程度地减少能源消耗的结果，因此，这与多腿动物行走过程中有关运动周期和脚步长度的许多特征是一致的。也就是说，根据能量消耗，多腿动物的步行模式是最佳的。我们还获得了被认为是基于能量最小化的计算结果，因为许多多体动物的步态变化以一定的速度。特别是，我们发现在步行过程中，地板反作用力的分布决定了观察到的步态的组合，并且也可能是导致相跨越的变化的因素。2。为了研究两点之间的手臂移动轨迹的最佳能量消耗，我们首先开发了一种使用遗传算法的方法来计算最佳轨迹的方法。接下来，比较了这项研究获得的最佳轨迹，并测量人类运动轨迹的结果。测量人类浸出运动的结果表明，手的速度是钟形的形状，无论运动时间，运动时间，运动间隔（在垂直平面，水平面中）和手上的负载。另一方面，通过计算获得的最佳轨迹的速度变化几乎变为半圆形形状，无论运动条件如何，与实际运动轨迹形状不同。换句话说，从能耗的角度来看，人类的浸出运动不是最佳的。人们认为这样做是为了提高手部运动所需的运动的准确性，但将来需要进一步考虑。