利用生物力學實驗或動作模擬進行設計方法

在人因工程學 (ergonomics) 之相關設計中，許多團隊會利用生物力學 實驗來比較同個目標行為但不同條件下的優劣，譬如利用問卷調查請受測 者主觀評比實驗過程的舒適度或利用實驗數據中所呈現出較小肌肉出力或 較小關節動作範圍等，找出最佳條件。例如探討辦公室族群在使用電腦時，

滑鼠的最佳擺放位置 (Dennerlein and Johnson 2006) ，或是使用滑鼠的慣用 手之手肘支撐方法 (Rasmussen and Zee 2010) ，以減少長時間工作而造成上 肢的負荷或產生疼痛；比較汽車座椅可調式腰靠位置對於使用者的舒適度 影響 (Daniell, Paul, Al-Dirini and Arakilo 2010) ；在使用貨物推車時，手掌 與推車的接觸高度 (Hoozemans, Slaghuis, Faber and van Dieën 2007) 等等。

另外亦不少團隊會採用模擬人體動作的方式，去研究人體機能 (human functionality) 於 工 作 環 境 內 的 表 現 ，或 者 是 人 體 幾 何對環 境 的 相 容 性 (Badler, Phillips and Webber 1993) 。而為了歸納出人體動作的特性，一些幾 何逆運動學運算法則 (geometric inverse kinematics algorithms) ，亦已經被 整合在觀察人體動作策略上等相關研究 (Wang 1999) 。Chaffin 和 Faraway 在 2000 年提出，一功能性迴歸 (functional regression) 分析法，可以分析在 伸手拿取動作 (reaching motions) 之下，身材、性別與年紀的潛在影響 (Chaffin, Faraway, Zhang and Woolley 2000) 。Rigotti 在 2001 發表利用類神

經 網 絡 演 算 法 來 呈 現 單 純 手 臂 動 作 的 模 擬 相 關 研 究 (Rigotti, Cerveri, Andreoni, Pedotti and Ferrigno 2001) 。而近期的動作模擬都基於數據資料庫 的概念來建立人體動作模型並進行動作預測 (Park, Chaffin and Martin 2002;

Wang 2002) 。此外還有不少團隊將統計分析方法應用於人體動作擷取資料 的相關研究 (Porter, Case and Bonney 1990; Das and Sengupta 1995; Zhang and Chaffin 1996; Faraway, Zhang and Chaffin 1999; Wang 1999; Faraway 2000) 。上述團隊的研究成果已經被利用在商業性人體模擬軟體工具，如 Jack and Process Simulate Human (Siemens Product Lifecycle Management Software Inc. 2009) 等。雖然前述分析法能於人體動作模擬上做有效地預 測，但其缺點是需要龐大的實驗數據來支撐這些動作預測模型的建立，如 Chaffin 與 Faraway 為了達到可接受的伸手拿取動作的模擬，進行了 2888 次 詴驗 (Chaffin, Faraway, Zhang and Woolley 2000) 。以上這些研究皆是透過 實驗或是模擬來找出在工作環境或日常生活中特定行為的最佳姿勢或動 作，進而延伸出一些設計概念於後續的產品開發上。基於人因工程學的觀 點，這些分析方法大都只適用於人體在特定工作環境與靜態施行動作的人 因分析，並無較動態的整體連續性動作分析。

動作模擬會設定人體為剛體系統以便高度簡化運算，但模型又要合理地 呈現肌肉幾何模型與肌肉招募的趨勢，這兩者都是複雜的議題 (Damsgaard,

Rasmussen, Christensen, Surma and de Zee 2006; Grujicic, Pandurangan, Xie, Gramopadhye, Wagner and Ozen 2010) ，這也是與一般生物力學實驗有所差 異的地方。運用肌肉骨骼模擬軟體來進行相關研究可以分成兩類，第一是 利用模擬數 據進行靜態動作下分析 ，如長時間坐姿下的肌肉疲 勞分析 (Grujicic, Pandurangan, Xie, Gramopadhye, Wagner and Ozen 2010) ，因為人 體靜態下人機介面接觸力值單純；第二是利用模擬數據來與實際動態動作 下的數據進行比對，如步態下肌電訊號趨勢比對等 (Saraswat, Andersen and MacWilliams 2010) ，還無法利用模擬數據來進行與實際數據相同的分析方 法，畢竟人體動態系統是非常複雜的。