マルチレンズ光電子モーションキャプチャシステムは、高精度の測定ツールとして機能し、3次元運動学データを追跡して、スポーツシューズが怪我のリスクをどのように軽減するかを評価します。 複数の高速カメラを使用して反射マーカーを追跡することにより、システムはジャンプなどの爆発的なアクション中の骨盤、大腿、下腿、足の正確な動きを記録します。このデータにより、研究者は、靴のデザインが関節の角度にどのように影響し、膝蓋腱などの重要な構造への身体的負担を軽減するかを定量化できます。
このシステムの主な価値は、急速で複雑な人間の動きを客観的な機械データに変換できる能力にあります。これにより、開発者は、アスリートの自然な動きのパターンを妨げることなく、靴が適切な保護と負荷軽減を提供することを検証できます。
3次元運動学の定量化
関節角度とセグメント運動の追跡
システムは、主要な解剖学的ランドマークに取り付けられた反射マーカーのリアルタイムの動きをキャプチャします。
骨盤、大腿、下腿の相対的な位置を計算することにより、研究者はジャンプのテイクオフおよびランディングフェーズ中の正確な関節角度を決定できます。
このデータは、靴の構造設計が、高強度の衝撃に対応するために体の動きの戦略をどのように変更するかを理解するために不可欠です。
高周波ダイナミクスのキャプチャ
バレーボールのスパイクや急な方向転換などの高強度の動きは、1秒未満で発生します。
産業グレードのシステムは、標準的なビデオ機器では検出できないマイクロ秒レベルの運動学的な変化を記録するために、200Hz以上のサンプリング周波数を利用します。
この高解像度により、衝撃の瞬間に発生するピーク負荷と急激な関節の回転が正確に記録されます。
保護効果とパフォーマンスへの影響の評価
膝蓋腱と関節の負荷の軽減
システムの主な機能の1つは、靴が人間の動きを最適化して膝蓋腱の負荷を軽減する方法の研究の基盤を提供することです。
ランディングメカニクスを分析することにより、システムは、靴のクッション性とサポート機能が効果的に衝撃を吸収しているかどうかを特定します。
この客観的な証拠は、特定の靴のデザインがジャンプするアスリートに一般的な使いすぎによる怪我を防ぐという主張を検証するために重要です。
動きのパターンの整合性の検証
システムは、靴の重量と形状が歩行パターンと四肢の振り子の頻度に与える影響を分析するために使用されます。
保護機能が「高度に自動化された」動きのパターンを妨げたり、アスリートが必要とする機械的な作業を増加させたりしないことを保証します。
動きのサイクルを監視することにより、研究者は、靴が非効率的または危険な代償を強いるのではなく、自然な生体力学をサポートしていることを確認できます。
トレードオフと制限の理解
マーカー変位の課題
これらのシステムは非常に正確ですが、骨自体ではなく、皮膚または衣服に配置されたマーカーを追跡します。
これにより、高強度のジャンプ中に皮膚が動くことで、マーカーの位置と実際の骨格の動きとの間に小さなずれが生じる「軟部組織アーチファクト」が発生する可能性があります。
研究者は、これらのマイクロモーションが保護性能データに偏りを生じさせないように、高度なフィルタリングおよびモデリング技術を使用する必要があります。
オクルージョンとラボの制約
光電子システムには、赤外線カメラと反射マーカーの間の明確な「見通し線」が必要です。
ジャンプなどの複雑な動きでは、四肢や機器がマーカーを隠す可能性があり、数学的に再構築する必要のあるデータギャップが生じます。
さらに、これらのシステムは通常、実験室環境に限定されており、実際の競技コートの摩擦や予測不可能な性質を完全に再現できない場合があります。
このデータを履物開発に適用する方法
運動学的洞察の実装
履物を評価する際には、デザインの特定のパフォーマンスまたは安全目標に基づいて焦点がシフトする必要があります。
- 怪我の予防が主な焦点の場合：ランディング中の足首と膝の関節の角度の分析を優先して、履物が過度の内旋または高速度の衝撃を防ぐようにします。
- アスリートの効率が主な焦点の場合：高周波軌跡データを使用して機械的作業を計算し、靴の重量が四肢の振り子の頻度に悪影響を与えないようにします。
- デザインの検証が主な焦点の場合：少なくとも200Hzのサンプリングレートを使用して、高強度のストライク中に靴の中で足が行うマイクロ秒レベルの調整をキャプチャします。
これらの高精度メトリクスを統合することにより、開発者は主観的な「感触」から客観的でデータ駆動型の保護デザインに移行できます。
概要表：
| 特徴 | パフォーマンス評価における機能 |
|---|---|
| 3D運動学 | 骨盤、大腿、足の関節角度とセグメント運動を追跡 |
| 高周波（200Hz以上） | 標準カメラが見逃すマイクロ秒レベルの衝撃ダイナミクスをキャプチャ |
| 負荷分析 | 膝蓋腱と関節の負担を軽減するために衝撃吸収を定量化 |
| パターン検証 | 靴の重量/デザインが自然な動きを妨げないことを保証 |
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参考文献
- Stefan Vermeulen, Roel De Ridder. The effect of fatigue on spike jump biomechanics in view of patellar tendon loading in volleyball. DOI: 10.1111/sms.14458
この記事は、以下の技術情報にも基づいています 3515 ナレッジベース .
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