大象传媒

システム情報系　松田 昭博　准教授

　2008年の北京オリンピックに登场した高速水着は、新记録ラッシュを巻き起こし世界中を惊かせました。これをきっかけに、「水の抵抗を减らす」ことに加えて「体の形を整える」ことへと、竞泳用水着开発の方向性は転换しました。1本の糸に、もう1本の糸をバネのように巻き付けて伸缩性を持たせた化学繊维で织られた、硬くてよく伸びる生地。これでできた水着を、大きく引き伸ばして着用することで体と密着させ、生地が復元しようとする力で体形を整えます。といっても、体の凹凸をできるだけ平らにするように押さえつけるわけですから、决して着心地の良いものばかりではありません。それでも记録向上には代えられないと、选手たちは苦しいのを覚悟して着ています。

　体が水着から受けるこの强い力で、泳ぎそのものをサポートできるのではないか。松田さんはそう考えました。泳いでいる间に疲れてくると、足が沉んでスピードが落ちてしまいます。水着の力をうまく使って足を持ち上げるように支えることができれば、选手たちの我慢も报われるはずです。そこで、水着メーカーと协力して、泳ぐ动作に伴う皮肤の动きと、水着の素材が伸缩する力のデータを组み合わせ、泳いでいる时に、水着が体の各部分に及ぼす力をシミュレーションしました。これで、水着から股関节に作用する力が计算でき、水着を构成するパーツの形状や缝い合わせの角度など、足を支えるのに最适な水着の设计が导かれます。松田さんの研究から、体形を整えつつ泳ぐ力も与えてくれる、そんな新しい水着が生まれつつあります。

　どんな材料でも、曲げたり引っ张ったりすると変形します。当たり前のこととはいえ、この性质は材料の特徴を表す重要な指标。それを调べるのが材料力学です。材料に加わる力と形状の変化の関係を実际に计测し、そのデータをもとにシミュレーションモデルを作り、それを用いてさまざまな条件下で材料が受ける力の影响を计算します。これには复雑な数学を駆使しますが、いったんモデルができてしまえば、シミュレーションの解析结果は比较的短时间で得られます。この结果を実测値と比较してモデルの妥当性を确かめながら、材料开発にフィードバックしていきます。

　同様の手法を使って、运动が上达するコツを见つけることも可能です。例えば自転车。ペダルを漕ぐフォームに大きな违いはなさそうですが、同じペースで足を动かしてもスピードが出る人とそうでない人がいます。この差はどこから生じるのでしょうか。足からペダルにかかる力を、ペダルの変形から测定するセンサーを作り、ペダルを踏む力の大きさ?位置?方向を再现してみました。すると、上级者ほど股関节を上手に使って一定の调子でなめらかに力を出していることがわかりました。一方、初心者は膝やふくらはぎで踏み込む力だけで不均一に漕ぎます。ペダルにかかる力から、どの関节や筋肉をどんなタイミングで使っているかが解析できるのです。走る、投げる、などの动作にもそれぞれに适した体の使い方があります。ですから、自転车を漕ぐのがうまいからといって、走るのも速いとは限りません。逆に、运动音痴だと思っている人でも、得意な体の动かし方があって、それにピッタリな竞技が见つかるかもしれません。

　もともと発电所で用いられる高分子材料などの研究に携わっていた松田さんは、エネルギー产业に関わる研究も続けています。火灾の际に送电ケーブルが热から受ける影响の解析や、重量物の落下に伴う大きな衝撃を効率よく吸収できる床材料の开発など、地道な安全确保のために重要なテーマを扱っています。材料工学は人の产业、文化に寄り添って生かされるべき学问だと考えていた松田さんは、筑波大学に着任したとき、総合大学のよさを生かしてスポーツサイエンスにも研究の幅を広げました。エネルギーとスポーツは全く别の研究分野のように思われますが、材料の変形とそれが及ぼす作用という観点では同じです。极端な话、どんな材料や分野でも、松田さんの研究対象になり得ます。

　材料力学は、材料の用途や製品の性能を左右する、あらゆるものづくりの基本の「き」。松田さんは、このような古典的な学问を実际の商品开発に応用して世の中に役立たせる研究を、常に意识しています。おのずと、素材や製品を开発する公司との共同研究が多くなります。研究成果を活かす先が见えていることは、そのまま研究の楽しさにもなっています。松田さんが手がけた新たなスポーツ用具がエキサイティングな竞技シーンを演出し、スポーツ観戦がよりいっそう楽しくなりそうです。

文責：広報室 サイエンスコミュニケーター

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