シミュレーションでスケートボードの技の力学的メカニズムを解明 効率的な指導やボード開発への応用に期待

東京工業大学 工学院 システム制御系の中島求教授と、同系修士課程の千田陽平大学院生（研究当時）の研究グループは、スケートボードの最も基本的なトリック（技）の一つである「オーリー」の力学的メカニズムを解明した。

バイオメカニクス（生体力学）^[用語1]やスポーツ工学^[用語2]などを専門とする中島研究室では、人や人を含むシステムの諸問題の解明に向けて多角的な研究を進めている。

今回、分析を行ったスケートボードの技であるオーリーは、人とボードが一緒にジャンプする技で、スケーターのジャンプとともに、ボードも足に吸い付いているかのように浮き上がる。中島教授らは、光学式モーションキャプチャ^[用語3]によって実際のスケーターのジャンプをデータ化した上で、独自のシミュレーション技術により、シミュレーション空間内でジャンプを再現。スケーターの足部、ボード、地面のそれぞれに作用する力や速度を算出して詳細に分析した結果、ボードが浮き上がるのは、スケーターの後足の踏み込み時に、てこの原理によりボードの重心が上向きの速度を持つためであることが分かった。

未解明であった技のメカニズムをシミュレーションで解明した本研究により、これまで感覚頼りであったトリックの習得や指導における効率向上、さらにはトリックを行いやすいボードの開発などへの応用が期待される。

本成果は電子英文学術誌「Mechanical Engineering Journal」に10月15日に掲載された。

中島研究室では、システム工学や機械工学の視点に基づき、人や人を含んだシステムの問題の解明、さらにその解決を目指し、バイオメカニクス（生体力学）、スポーツ工学、バイオロボティクス^[用語4]、福祉工学^[用語5]分野の多角的な研究に取り組んでいる。

本研究では、国際的スポーツイベントなどでの日本選手の活躍によって大きな注目を集めながら、そのトリック（技）の力学的メカニズムがまったく解明されていなかったスケートボードの基本的な技の一つ「オーリー」を取り上げた。

オーリーでは、スケーターがジャンプをするとともに、ボードも足に吸い付いているかのように浮き上がる。スケートボードではスノーボードと異なり足とボードはつながっていない。にも関わらず、なぜそのようなことが可能なのか。これまで、科学的にこの現象の説明に取り組んだ研究は存在していなかった。そこで当研究グループでは、モーションキャプチャとシミュレーション解析により、この現象を力学的に解明しようと試みた。

中島教授らはまず、実際のスケーターがオーリーのジャンプを行う様子について、多数の赤外線カメラを使って計測する光学式モーションキャプチャシステムによってスケーターの足部の運動データを取得した。

続いて、ボードについての運動方程式からボードの動きを時々刻々求めるシミュレーションモデルを独自に構築し、そのモデルに、計測した足部運動データを入力してやることにより、シミュレーション空間上においてオーリーの動きを再現。再現されたシミュレーション空間中でのオーリーにおいて、スケーター、ボード、地面それぞれに作用する力を算出し、スケーターとボードと地面の間で、どのような力のやり取りがなされているのかを詳細に分析した。

以下の図が、シミュレーションによって再現されたオーリーのジャンプの様子である。

以上が、モーションキャプチャで得たデータをもとに、シミュレーションによる解析を行った結果解明された、オーリーのジャンプのメカニズムである。

また、分析からは、オーリーを成功させるためには、後ろ足で十分な速度をつけて踏み込むことに加え、テールが地面に衝突する前に、ボードの回転運動を阻害しないよう、前足だけでなく後ろ足もボードから離れていることが必要であることなども明らかになった。

今回、オーリーの力学的メカニズムが解明されたことにより、初心者がこの技を習得するにあたっても、より効率的な練習や指導が可能になると考えられる。すなわち、これまでは現場や動画で見た上級者のトリックの様子を参考に、いわば見よう見まねで練習を行っていたところが、動き全体の仕組みを理解した上で、どの段階が正しく行えていないかまで自分で把握できるようになり、より短期間での習得が可能になると考えられる。またスケートボードの指導者も、メカニズムに基づいて理論的な指導が行えるようになる。さらにスケートボード開発企業にとっては、よりトリックを実現しやすいボードを新たに開発することも可能になるであろう。