Photo by Edward Muybridge

運動の最適化理論

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運動の最適化理論

ウォーク・トロット・ギャロップの謎

馬や猫、ナナフシ、ゴキブリなど、多くの多足歩行動物は、移動速度によって脚の振り幅や運動周期も変化させるとともに,ウォーク,トロット,ギャロップ等と脚を動かす順番(歩容)も変化させます。

そこで,多足歩行ロボットの計算機シミュレーション実験により,エネルギー消費が最小になる歩行パタンを計算したところ,その結果は実際の動物が示す速度に応じた歩容や,脚の振り幅や運動周期とよく類似したものになりました。 この結果は,多足歩行動物の歩行運動はエネルギー消費を最小に抑える合理的な運動である ことを示します。

腕を動かすための運動計画

目の前にあるコップを掴むために手を伸ばすとき,手先を動かす経路や速度の選び方は無数にあります。 私たちは,腕の動かし方についても歩行の場合と同様に消費エネルギー最小仮説で説明できると考え,この仮説の妥当性を説明するための理論的研究を行ってきました。 その結果,実際の軌道の特徴をよく説明することが知られている終点分散最小仮説に基づく軌道は,ジャーク最小仮説,トルク変化最小仮説に比べて,消費エネルギーも低く抑えることを示す結果を得ました。 さらに,消費エネルギーの期待値を最小にする軌道も,実際の人の軌道の特徴と類似したものになることも示してきました。

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