トレッドミル

動力源としてのトレッドミルは古代に起源を持つ。^{[ 4 ]}これらの古代の機械には、主に3つの設計タイプがあった。^{[ 5 ]} 1つ目は、垂直軸から突き出た水平バーである。これは垂直軸を中心に回転し、牛などの動物が円を描いて歩き、バーを押すことで駆動された。人間も動力源として使われた。2つ目の設計は、垂直の車輪、つまり踏み車であり、円を描いて歩く代わりにその場で登ることで動力を得た。これは、今日ハムスターホイールとして知られているものに似ている。3つ目の設計も登る必要があったが、傾斜した動くプラットフォームを使用した。

足踏み式機械は、人力で動く動力源として約4000年前に誕生しました。当初の主な用途は、水の入ったバケツを持ち上げることでした。この技術は後に、回転式穀物製粉機や踏み車式クレーンの開発にも応用されました。また、水の汲み上げや、生地をこねる機械やふいごの動力源としても利用されました。

懲罰用の踏み車は、製粉業者の息子であるイギリスの技師、サー・ウィリアム・キュービットによって1818年に導入されました。彼はベリー・セント・エドマンズ刑務所の囚人たちが怠惰であることに気づき、彼らの筋力を使って怠惰を解消し、有益な仕事を生み出すことを提案しました。^{[ 6 ]}

キュービットの懲罰用トレッドミルは通常、水平軸を中心に回転し、使用者は無限階段を上るように上へステップを踏む必要があった。罰せられた者は、安定のために水平の手すりにつかまりながら車輪の外側を歩いた。1865年の刑務所法 （28 & 29 Vict. c. 126）により、重労働を宣告された16歳以上の男性囚人は全員、刑期のうち少なくとも3ヶ月を第一級労働に費やさなければならず、その労働は主にトレッドミルで行われていた。^{[ 7 ]}

懲罰用の踏み車は19世紀後半まで使用され続けました。これらは通常、長さ20フィート（6メートル）の羽根車に、直径6フィート（1.82メートル）の円筒の周りに24段のステップが設けられたものでした。数人の囚人が車輪の上に並んで立ち、1日に6時間以上働かなければならず、実質的に5,000～14,000フィート（1,500～4,000メートル）の垂直上昇を強いられました。その目的は主に懲罰的なものでしたが、ブリクストン刑務所 で最も悪名高い踏み車は1821年に設置され、キュービットが以前に近くに設置した既存の風車を補うために穀物を挽くのに使用されました。その使用方法の残酷さで悪名が高まり、19世紀初頭の刑務所に対する風刺的な比喩として広く使われるようになりました。

これらの機械は、鉱山で水を汲み上げたり、換気装置を動かしたりすることもできた。^{[ 8 ] [ 9 ]}

トレッドミル「トレーニングマシン」に関する最初のアメリカ特許（特許番号1,064,968）は、1913年6月17日に発行された。^{[ 10 ]}

運動用トレッドミルの先駆けは、心臓や肺の疾患を診断するために設計されたもので、1952年にワシントン大学のロバート・ブルースとウェイン・クイントンによって発明されました。 ^{[ 11 ]} 1968年に発表されたケネス・H・クーパーによる有酸素運動の利点に関する研究は、家庭用トレッドミルとエアロバイクの商業的開発を支持する医学的根拠を提供しました。トレッドミルの平均寿命は約7～12年です。^{[ 12 ]}

現在、トレッドミルを使用しているのは、医療施設（病院、リハビリテーションセンター、医療・理学療法クリニック、高等教育機関）、スポーツクラブ、バイオメカニクス研究所、整形外科用靴店、ランニングショップ、オリンピックトレーニングセンター、大学、消防訓練センター、NASA、試験施設、警察や軍隊、ジム、そして一般家庭など多岐にわたります。

トレッドミルエルゴメーターは現在、主にモーター駆動式です。ほとんどのトレッドミルには、回転ベルトを備えた走行面があります。走行面の前後には2本のシャフトがあり、ベルトはこれらのシャフトと走行面の間に張られています。トレッドミルの安全規格は、IEC EN 957-1およびIEC EN 957-6です。

医療用トレッドミルに適用される規範、規格、ガイドラインには、医療機器規則（EU 2017/745）^{[ 13 ]} IEC EN 60601-1、EN 62304、EN 14971、および機械指令2006/42/ECが含まれます。

医療用トレッドミルは、クラスIIbの能動型治療機器であり、診断用能動型機器でもあります。トレッドミルは、走行ベルトを介して人体に機械エネルギーを伝達します。通常、約3.3kW （4.4馬力）の電動モーターで駆動されます。被験者は水平位置を変えず、受動的に移動させられ、足元の走行ベルトに追いつくように強制されます。被験者は、安全ハーネス、荷重軽減システム、各種サポート装置に装着したり、ロボット装具システムを用いてトレッドミル上で移動させたりすることも可能です。  

医療用トレッドミルは、能動的な測定装置でもあります。ECG 、エルゴスピロメトリー、血圧計（BPM）、またはEMGとインターフェースを介して接続すると、新たな医療システム（例えば、ストレス試験システムや心肺リハビリテーションシステム）となり、VO₂maxやその他の様々なバイタルサインを測定する機能も備えることができます。

ほとんどのランニングマシンには「有酸素運動モード」があり、目標心拍数を設定すると、被験者が「心拍数安定状態」になるまで速度と傾斜（負荷）が自動的に制御されます。つまり、ランニングマシンは被験者の生命維持機能（心拍数）に基づいて、人体に機械的なエネルギーを供給しているのです。

エルゴメトリーや心肺機能負荷試験、パフォーマンス診断に使用される医療用トレッドミルは、医療環境で単体で使用される場合でも、ECG、EMG、エルゴスピロメトリー、または血圧モニタリング装置と併用される場合でも、常にクラスIIb医療機器に分類されます。

ランニングデッキ上では、被験者はベルトの調整可能な速度に合わせて動きます。ランニングデッキは通常、ダンピングエレメントに取り付けられているため、衝撃吸収特性を備えています。昇降エレメントは、ランニングデッキを含むフレーム全体を持ち上げ、上り坂走行のための傾斜角をシミュレートします。一部のトレッドミルは、下り坂の負荷をシミュレートするために、ランニングベルトを反転させることもできます。フィットネスエリアで業務用として使用されるトレッドミルのほとんどは、長さ約150cm （59インチ） 、幅約50cm （20インチ）のテーブルサイズ、約0～20km/h（0～12mph）の速度範囲、0～20%の傾斜角度を備えています。      

アスリートには、より大きく安定したトレッドミルが必要です。短距離走者は、体重を少し軽減することで一時的に時速45km （28マイル）に達するため、長さ最大300cm （120インチ）、幅最大100cm （39インチ）の広いデッキで走る必要があります。激しい運動と転倒リスクの増加に伴い、被験者または患者の転倒を防ぐための転倒防止装置が必要です。この転倒防止装置は通常、電気スイッチに接続されたラインが付いた安全アーチの形をしています。ハーネスが被験者を支え、転倒を防ぎ、必要に応じてランニングベルトを停止させます。      

電動式または手動式のトレッドミルは、従来の連続ベルトの代わりにスラットベルト式を採用することができます。スラットベルト式トレッドミルは、靴を履いた状態でも裸足の状態でも歩行や走行を支える、ゴム製の個別のスラットを備えています。

オフィスによっては、従業員がコンピューター作業や電話をしながら歩けるように、トレッドミルデスクが支給されているところもある。 ^{[ 14 ]}

治療センターでは、例えばセラピスト用の座席が左右に内蔵されたトレッドミルが使用され、セラピストは脳卒中患者の脚を動かして歩行動作をシミュレートし、患者が再び歩けるようになるのを支援します。これは手動歩行療法と呼ばれます。

大型トレッドミルは、最高時速80 km/h (50 mph)でのサイクリング、車椅子ユーザー向け、クロスカントリースキーやバイアスロン用の頑丈なランニングベルトを備えた特殊な用途にも使用され、アスリートは最大450 cm × 300 cm (180インチ × 120インチ)のランニングデッキでローラースキーを使用してトレーニングやテストを行います。        

• 天候に関係なく、ユーザーが室内での運動習慣を継続できるようにする。
• クッション付きトレッドミルは、屋外路面でのランニングよりも衝撃の少ないトレーニングを提供できます。クッション付きベルトはほとんど廃止され、クッション付き交換ベルトを見つけるのが難しい場合もありますが、多くのトレッドミルには、クッション性に優れ、クッション付きベルトよりも長持ちするゴムまたはウレタン製のデッキエラストマー（クッション）が使用されています。かつては、クッション性に優れ、中価格帯のバナナ型フレキシブルデッキが販売されていましたが、フレキシブルデッキの製造コストが増加したためか、現在は販売されていません。クッション付きベルトは、強度の低い素材で作られているため、通常のベルトほど長持ちしません。カロリー消費に関しては、傾斜を利用することで、一定のエネルギー消費量に対する衝撃を大幅に軽減できます。
• 傾斜を設定することで、自然の地形に頼るだけでは不可能な、一貫した「上り坂」トレーニングが可能になります。
• レート設定により、一定のペースが維持されます。
• 一部のランニングマシンには、起伏のある丘陵地帯などの地形をシミュレートできるプログラムが搭載されており、正確で計画的な運動時間を提供することができます。
• 利用者はトレッドミルを使用しながらテレビを見ることができるため、座りっぱなしのテレビ視聴を避けることができる。
• 距離、消費カロリー、心拍数などのユーザーの進捗状況を追跡できます。
• 後ろ向きに「上り坂」を走ると、前向きに走る際には通常使われない多くの拮抗筋が鍛えられる可能性がある。
• トレッドミルで走ると、犯罪行為、交通、起伏のある地形、その他の屋外の危険に巻き込まれる心配がなくなります。

心血管系の運動として：

• トレッドミルで走る人の中には、屋外ランニングに戻った際に顕著になるような、悪い走り方を身につけてしまう人がいる。特に、風の抵抗がないことや、足のつま先でモーターカバーを蹴らないようにしようとすることから、短く、直立した、弾むような歩き方になることがある。
• ランナーに厳格なペースを課すため、走る感覚が不自然になり、バランスを崩す原因となる可能性がある。
• トレッドミルでのランニングは特定のスポーツに特化したものではありません。つまり、トレッドミルを使った競技スポーツは存在しません。例えば、競技ランナーであれば、屋外の空間を走る方が、競技種目により特化していて現実的であるため、はるかに効果的でしょう。
• リハビリテーションプログラムでトレッドミルを使用する場合、時間的および角度的な運動学の違いを考慮する必要があります。^{[ 15 ]}

室内アクティビティとして：

• 多くのユーザーはトレッドミルを退屈だと感じ、一定期間後に興味を失ってしまう。^{[ 16 ]}
• ランニングマシンでは、自宅の喧騒から離れた新しい場所で走ることで得られるような、ランナーが感じる心理的な満足感は得られない。
• 近隣住民は、トレッドミルの騒音（ドンドンという音や振動）について苦情を申し立てる可能性がある^{[ 17 ]。}特にアパートの階下の住人はそうかもしれない。

機械として：

• 正しく使用しないと、怪我をする可能性があります。特に、走行中のトレッドミルベルトに手を伸ばして重度の摩擦火傷を負う子供が心配です。最悪の場合、複数回の皮膚移植が必要となり、永続的な障害につながる可能性があります。^{[ 18 ]}使用しないときは、子供がトレッドミルベルトで怪我をしないように、安全キーを取り外してください。
• 屋外でランニングする場合と比較すると、購入費用、電気代、そして将来的な修理費用が大幅に高くなる。
• 家の中で場所を取る。

水中トレッドミルは、ガラスまたはプラスチックで覆われ、乗員が部分的に水没する程度まで水が満たされたトレッドミルの一種です。人間と動物の両方に使用され、多くの場合、理学療法に使用されます。^{[ 19 ]}

犬やペット用の水中トレッドミルは、家庭用と臨床用の両方で利用可能です。様々なメーカーやモデルがありますが、ペット用トレッドミルの主な特徴としては、走行面が長く、前後に開口部があり、ペットがトレッドミルから転落するのを防ぐためのサイドレールが付いている点が挙げられます。いずれのトレッドミルも、人間の監視なしでの使用を想定して設計されていません。多くの動物病院や動物リハビリテーションクリニックでは、飼い主のペットへのサービスの一環として、水中ト​​レッドミル療法も提供しています。

高度な応用例としては、いわゆる全方向トレッドミルがあります。これらは2次元で移動するように設計されており、「ホロデッキ」の基盤となることを意図しています。いくつかの解決策が提案されていますが、大型化、騒音、振動などの未解決の問題が残っているため、研究は継続されています。米国退役軍人省が後援するプロジェクトに取り組んでいる研究者たちは、治療運動を促進するために車椅子トレーナー用の仮想現実環境を作成するという並行した開発を行っています。^{[ 20 ]}