筑波大学の高木英樹教授、新潟医療福祉大学下門洋文講師らの研究グループは、回流水槽を用いて、スイマーの周りの水の流れを立体的に可視化することに成功。キック泳で速く泳ぐには、足裏の渦の作り方とその扱い方が鍵であった。

 スイマーは泳ぐ動作によって水から力を得て水中を推進する。その際、周りの水の流れは車や飛行機のように一定速度の定常状態ではなく、非定常状態(乱流状態)といわれる。近年の研究では、スイマーはこの非定常流体の力を使って推進しており、物体の大きさや筋肉量からは計算できない力を得ているとされる。しかし、この推進力を直接測定する手段がなく、従来の身体貼付型センサでは力の大きさは分かっても、その方向と原因は不明だった。

 研究では競泳レースの水中ドルフィンキック(キック泳)に着目。回流水槽を用いて、モーションキャプチャシステムとステレオPIVシステムで、スイマーの動作と周りの水の流れを同時に計測し、流れの三次元可視化を達成した。

 その結果、キック泳には両足を上下に振る動作に加え、下肢の捻り動作(内・外旋)が含まれていた。けり下ろし動作中に強い渦が足の裏側に形成され、蹴り下ろしのフィニッシュ局面で下肢の捻り動作が入ることで足先が互いに近づき、渦を中央に集めて塊になる。この渦の塊が周りの水を引き寄せるように下向きの強い流れを形成することで強いジェット流が足先から放出される。これにより、この渦の塊こそが足部にかかる力の作用を最大化していることが分かった。

 今回開発した流れの三次元可視化法により、カメラ撮影のみでスイマーが得た推力の大きさを計算できるため、水泳の効果的な指導への貢献が期待される。

論文情報:【Journal of Biomechanics】A quasi three-dimensional visualization of unsteady wake flow inhumanundulatoryswimming

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