研究題目：
包丁研磨における協応構造の摂動解析に関する研究
Research on Perturbation Analysis of Coordinative Structure for Knife Grinding Task
研究者：
赤池輝幸(Teruyuki Akaike)
研究の概要：
本論文は，包丁研摩における熟練者と未熟練者の違いを身体運動のゆらぎの観点から明 らかにすることを目的としている．このため，ゆらぎの解析手法として新たに摂動解析を 考案した．ハイスピードカメラで撮影された研磨をおこなう被験者の映像から股関節角度 と肘関節角度の周期的な角度変化を取り出し，その位相差の時間変動をリターンマップに よって解析した．さらに，摂動解析を用いて連続的な位相差の変動を解析した．
本論文では，多自由度で記述されるシステムが摂動を受けなければリミットサイクルに 収束するという性質を用いて，連続的な位相差の時間変動を解析する手法として摂動解析 を新たに考案した．そして，摂動解析を用いて包丁研磨の熟練者と未熟練者の関節角の周 期的な角度変化を解析し，その位相差の時間変動の違いを調べた．
リターンマップ，摂動解析を包丁研磨の運動に適用したところ，熟練者と未熟練者の位 相差の変動は一定ではなく，ある値の周りで時間的に変動していることが分かった．また， 十分な時間をとったときに観察できる熟練者の位相差の絶対値は，未熟練者の値に比べて 小さいことがわかった．
さらに，熟練者の運動において股関節角度の位相成分の極値と肘関節角度の位相成分の 極値には時間的なズレがあることがわかった．また，それらの極値の凹凸の向きは互いに 逆であるであることが分かった．それに対して，未熟練者の股関節角度および肘関節角の 位相成分の極値にはズレがない，あるいはどちらかの位相成分の変動が無いということが 分かった．
本研究で得られた結果や摂動解析の手法は，精密さが要求される多自由度を持つ制御シ ステムの設計や，ゆらぎの機能的意義を考究する生命科学，および相互作用を研究する複 雑系科学に役立つと考えられる．
abstract:
The aim of this study is to identify difference of skills between experts and novices in the knife-grinding task. The author focuses on fluctuations in phase difference between the angles of hip joints and elbow joints. These angles were measured from video images of subjects taken by a high-speed camera at 250 frame per second, and were analyzed using a return-map and a novel method of perturbation analysis developed by the author.
Analysis with return map and the perturbation analysis applied to the movement of the knife grinding, showed that of phase differences both an expert and a novice fluctuated around a certain value. The expert exhibited smaller fluctuation than the novice. Perturbation analysis of an expert motion showed that fluctuation in phase difference exhibits two extrema in a single period, indicating that locations of extremum of fluctuation in elbow and hip joint motion are different, while a novice motion exhibits single extremum.
The novel analysis method of perturbation analysis would be useful in design of control systems of multiple degrees of freedom with high accuracy, in life sciences where fluctuation plays a significant functional role, and in the study of interaction in complex systems.
発表論文：
- 赤池輝幸, 仰木裕嗣, 安村通晃, 包丁研磨における協調構造の摂動解析, 機械学会スポーツ工学シンポジウム, (Nov. 2006).
イメージ/ビデオ:
