コンピュータ支援人間工学

コンピュータ支援人間工学は、人体と周囲の環境との相互作用に関わる複雑な人間工学的問題をコンピュータを用いて解決する工学分野です。人体は非常に複雑な構造をしているため、人体とそれを取り巻く環境に関わる問題の解決に コンピュータを活用することは有益です。

概要

コンピュータ支援人間工学は、コンピュータを使用して人体と環境の相互作用に関する複雑な問題を解決する学際的な研究分野です。 タイトルが示すように、特定の状況でコンピュータを利用して人間工学的ベストソリューションを見つけることです。 人間工学は伝統的に、生体力学、人体測定学、機械工学、産業工学、運動学、健康科学、生理学など、多くの分野を含んでいます。 人間工学は非常に学際的で複雑な性質のため、状況を完全に理解することは困難です。 人体は複雑なシステムであるため、人体を機械システムとしてモデル化するコンピュータシステムがあると便利です。 人体には、関節に接続されアクチュエータ（筋肉）によって駆動される骨など、既知の機械システムとしてモデル化できる部分がいくつかあります。

システムの例

骨格マネキンの例

コンピュータ支援人間工学システムとして使用できるコンピュータシステムの一例としては、人体を動的な多剛体システムとして考えるAnyBodyモデリングシステム^[1]が挙げられます。人体モデルはパブリックドメインモデルであり、人体に存在するほとんどの骨、筋肉、関節が含まれています。このモデルには1000を超える筋肉要素があり、多くの筋肉要素は1938年にHill, AVによって説明された詳細な筋肉モデル理論を使用してモデル化されています。^{[全文引用必要]}筋肉モデルには、生理学的断面積、長さ、赤繊維と白繊維の比率などの情報が含まれています。AnyBodyモデリングシステムは、ほぼすべての人間の随意運動または静的状況をモデル化できます。モデルの一例としては、座面、背もたれ、ヘッドレスト、レッグレスト、フットレスト、アームレストを備えた椅子に人体が座っている着席モデルが挙げられます。このモデルは、人体と椅子の間に作用する力や、たとえば任意の脊椎間の力を計算できます。これは、椎骨にかかる負荷が大きくなると痛みが大きくなると仮定して、腰痛のある人に最適な着席姿勢を見つけるために使用できます。

コンピュータ支援人間工学の利点

問題は、「どのようなシナリオにおいて」従来の人間工学と比較してコンピュータ支援人間工学を用いることが有益となるかということです。まず、例えばAnyBody Modelingシステム^[1]のような筋骨格モデリングシステムを用いたコンピュータ支援人間工学は、従来の人間工学（身体活動に関連する人体の解剖学的、人体計測学的、生理学的、生体力学的特性を統合する）において有益です。このモデルは、人間工学的な設計と推奨事項のための定量的な基盤を提供することができます。

伝統的に「人間工学」は、様々な作業タスクから得られた経験的データに基づいた推奨事項に基づいてきました。特定の姿勢で作業することで多くの人が怪我をした場合、その姿勢での作業を避けることが推奨されます。しかし、その推奨事項を別の関連する作業姿勢に適用すると、姿勢や動作が完全に一致しないことがよくあります。これは、理論と推奨事項が新しい状況には適用できないことを意味します。このような場合、推奨事項が経験的データに基づいていた最初の状況と比較して、反力と筋活動がどのように異なるかを調べるために、状況をモデル化することが有益となる場合があります。

モデルの出力から、複数のリスク要因の組み合わせを導き出すことができます。例えば、オフィスチェアを設計する場合、快適性、リラックス性、サポート性など、複数の要求を満たすように設計する必要があります。これらの要求に関連する基準の中には、相反するものもあります。例えば、快適性は座面にかかるせん断力と関連することが多く、せん断力は可能な限り低く抑える必要があります。座面を水平にし、背もたれを90度に上げることで、せん断力を取り除くことは可能ですが、これではリラックスできません。したがって、2つの設計変数のみに関連する最適な着座姿勢を見つけるには、座面と背もたれの角度の組み合わせを考慮する必要があります。

コンピュータ支援人間工学は、人間と環境の相互作用に関わる複雑な問題をコンピュータを用いて解決する学際的な研究分野です。その名称からも分かるように、人間工学における最適な解決策を見つけるためにコンピュータを活用することがその目的です。人間工学は、生体力学、人体測定学、機械工学、生産工学、運動学、健康科学、生理学など、多くの分野を包含しています。非常に学際的な分野であるため、知識が何らかの形でコンピュータシステムに組み込まれていない限り、知識に基づいて状況を完全に理解することは困難です。

参考文献

1. "AnyBody Technology". AnyBody Technology . 2023年3月30日閲覧。