【研究分野】脳神経外科学

【研究領域課題番号】15H04952 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

バイパス術 / 数値流体力学 / 脳動脈瘤 / 虚血性脳血管障害 / 脳血管疾患 / 脳血行再建術 / シミュレーション / 流体工学 / 脳神経疾患 / 流体力学 / 脳神経疾疾患

【研究成果の概要】

脳血行再建術は、脳動脈瘤や虚血性脳血管障害に対する確立された外科治療であるが、術後の血行動態を予測することが困難であるという問題点がある。本研究では位相コントラストMRI（PC-MRI）による脳血管血流計測、PET/SPECTによる脳組織血流計測、数値流体力学（Computational Fluid Dynamics）によるシミュレーション技術を統合して、脳血行再建術後の局所における調節機構と脳全体の血流再配分機構のメカニズムの一端を解明した。本研究の成果は術後の血行動態を再現する広領域脳血流シミュレータの開発に結びつくもので、脳血行再建術の治療成績の向上に貢献するものである。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】15H01825 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

体工連携 / スポーツ工学 / 水泳水中運動 / 流体力 / 自己推進時抵抗 / 流れの可視化 / 競泳 / 非定常流体力 / 圧力分布 / 用具開発 / 動作の最適化 / ヒューマノイドロボット / バーチャルリアリティ / 流体力学 / 水泳 / サッカー / パフォーマンス / シミュレーション / スタート / スポーツ用具開発 / バイオメカニクス / 自由視点映像技術 / 競泳用水着開発 / 競泳スタート動作分析

【研究成果の概要】

体育学と工学の研究者が連携して、双方が培ってきた先端技術を活用することで、これまで解決が困難と考えられてきた課題に取り組み、新たな研究方法論の開発に努め、イノベーションを実現することを目的とした。
その結果、水泳競技において自己推進する泳者の動的抵抗（自己推進時抵抗）を定量、評価する方法論の開発に成功し、従来は泳速度の２乗に比例して増加すると考えられていた抵抗が、実は速度の約３乗に比例して増加することが初めて明らかとなり、世界的にも大きな注目を集めるに至った。さらに泳者周りの三次元的な流れの可視化にも成功し、これまで明らかにされていなかった流体力の発揮メカニズムの解明が進んだ。

【研究の社会的意義】

本研究成果の学術的意義として、自分の四肢を駆動させて自己推進する泳者に作用する動的抵抗（自己推進時抵抗）を泳法や泳速度に制限を加えることなく、精度良く計測可能なシステムの開発に成功した意義は大きい。これによって、自己推進時抵抗が泳速度の3乗に比例して増加することが明らかとなった。
また社会的意義として、体育学と工学を専門とする研究者が緊密に連携することで、これまでの方法論では、解決できなかった研究課題について、新たな解決策を提示できた意義は大きく、今後はこのような体工連携により、さまざまな課題解決の促進が期待される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】23,920千円 (直接経費: 18,400千円、間接経費: 5,520千円)

【研究分野】数学一般(含確率論・統計数学)

【研究領域課題番号】24740072 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

self-similarity / thin films / parabolic equations / high-order / self-similar / thin film / fluid mechanics / simulation / 応用数学 / 流体力学

【研究成果の概要】

複数の国を拠点とする研究協力者たちと連携し、我々は、表面張力が引き起こす薄膜流の研究において生じる方程式の（自己相似）特解の同定に関して、目覚ましい進展を達成した。この研究については、多くの国際的学術誌で論文発表を行った。さらに、近い将来投稿される予定の論文も複数存在する。また、複数の国際会議でも口頭発表を行った。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2014-03-31

【配分額】910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】23300229 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

水泳 / スポーツバイオメカニクス / スイマーロボット / 非定常流体力 / モデリング / シミュレーション / 流体力学 / ロボティクス

【研究成果の概要】

本研究ではまず，全身駆動型スイマーロボットを開発した．本ロボットは実際の競泳選手の1/2サイズのヒューマノイドロボットであり，全身に20個のサーボモータを内蔵し，人間の泳動作を忠実に再現することができる．本ロボットを回流水槽に設置し，クロールの泳動作を行わせ，ロボット全体に作用する非定常流体力を測定する実験を行った．その結果，手が水をかく瞬間における推進力発揮が実験的に確認された．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】19,630千円 (直接経費: 15,100千円、間接経費: 4,530千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】20300208 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

スポーツバイオメカニクス / 水泳 / 非定常流体力 / スイマーマネキンロボット / モデリング / シミュレーション / 流体力学 / ロボティクス

【研究成果の概要】

本研究ではまず,スイマーマネキンと水中物体3自由度駆動装置からなる,スイマーマネキンロボットを開発した.次に本ロボットに実際のスイマーの泳動作を入力し,非定常流体力の測定実験を行った.そしてスイマーマネキンを表現するシミュレーションモデルを作成し,実験再現シミュレーションを行い,シミュレーションモデル中のパラメータを調整することにより,高精度で実験を再現することができる,流体力モデルを実現した.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】19,760千円 (直接経費: 15,200千円、間接経費: 4,560千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】18650175 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

水泳 / シミュレーション / 筋骨格モデル / 遺伝的アルゴリズム / 最適化 / スポーツ工学 / 流体力学 / 遺伝子アルゴリズム

【研究成果の概要】

1. 一昨年度構築した,泳者の全身運動および骨格筋の筋活動状態を測定する測定システムを用い,3名の一流大学スイマーの被験者について実験を行った.
2. 昨年度開発した,測定された全身運動データを筋骨格シミュレータへの入力データに変換するアルゴリズムを用い,測定データをシミュレータに入力し,筋骨格シミュレーションを行った.
3. シミュレータによる解析結果と,実験により測定した筋活動状態を比較した結果,平泳ぎにおいては全身の主要筋の筋力発揮タイミングがシミュレーションと実験で良く一致する傾向が得られた.ただし,下肢のキックにおける引きつけ時や,バタフライにおけるダウンキックにおいて,両者がやや異なる傾向を示した.これは関節の受動抵抗がモデル化されていなかったためであることが判明した.
4. 上記の問題点に対し,シミュレータに関節の受動抵抗のモデルを組み入れる改良を施したところ,改良したシミュレータによる解析結果は実験結果とより良く一致し,シミュレータの改良の妥当性が示された.
5. 改良された筋骨格シミュレータを用いて,自由形(クロール)における上肢運動の関節角の範囲において,各筋が発揮しうる筋力から,関節トルク特性を算出した.そして上記の関節トルク特性を,水泳力学シミュレータに組み入れ,さらに最適化をGA(Genetic Algorithm)で行う,統合シミュレータを開発した.
6. 開発した統合シミュレータを用いて,自由形における最速泳フォームを求めた.その結果,比較的現在の競泳におけるフォームに近い結果が得られた.筋力発揮特性まで考慮し,最適化計算により最速フォームを求めることに成功したのは世界初の画期的な成果である.
7. 以上までの内容について,1件の雑誌論文にその成果が掲載され,1件の国内会議で講演発表を行った.

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】3,300千円 (直接経費: 3,300千円)