Was ist menschliche Biomechanik?
Die menschliche Biomechanik als strenge Disziplin ist die relativ moderne Verschmelzung der beiden alten Wissenschaften der Physiologie und der Ingenieurwissenschaften. Seit jeher gab es Untersuchungen zur Biomechanik bei den frühesten Menschen, die Knochen aus einem Tierkörper zogen und damit erfolgreich einen schweren Stein hoben, unter dem sich schmackhafte Insektenmaden eingegraben hatten. Mit dem technologischen Fortschritt in der elektronischen Messung und Berechnung wurden jedoch erst in den 1970er Jahren mechanistische Prinzipien zu einem wesentlichen Einflussfaktor für das Verständnis biologischer Systeme. Das menschliche Kniegelenk wird beispielsweise routinemäßig als mechanisches Scharnier oder Hebel modelliert oder sogar als solches definiert. Diese Annäherung an die menschliche Anatomie erstreckt sich über die Medizin hinaus auf viele verschiedene Bereiche, einschließlich sportlicher Leistung und industriellem Design.
Es ist nicht so, dass das menschliche Knie von früheren Physiologen, die die Strukturen und Funktionen von Körperteilen untersuchten, nicht als Scharnier analogisiert worden wäre. Maschinenbau ist eine praktische Wissenschaft in der Sprache der Mathematik. Als es möglich wurde, die vielen Teile eines Knies und ihre Toleranzen gegenüber mechanischen Kräften genau zu messen, war es eine einfache Brücke, diese Zahlen in bekannte technische Gleichungen einzufügen, die die physikalischen Eigenschaften eines Scharniers oder Hebels definieren. Solche Messungen und Berechnungen, die als Biometrie bezeichnet werden, werden zur Verbesserung von Prothesen wie künstlichen Hüftgelenkersatzverbindungen verwendet. Die menschliche Biomechanik ist der Versuch, nicht nur ein Knochengelenk, sondern den gesamten menschlichen Körper - seine Struktur, sein Design und seine Funktionsweise - als etwas zu definieren, das durch Computersimulation darstellbar ist.
Der primäre Zweck der Biomechanik, wie er sich auf den menschlichen Körper bezieht, bestand hauptsächlich in der Verbesserung der Gesundheit. Ein Beispiel hierfür ist die Beurteilung der kardiovaskulären Herzgesundheit durch Messung der Durchblutung und deren Anwendung auf die technischen Grundsätze für die Fluiddynamik und das physikalische Verhalten von Flüssigkeiten. Eine der bekanntesten Anwendungen der menschlichen Biomechanik ist die Kinesiologie, das Studium der Bewegung. Dies war ein bedeutender Beitrag für die Sportbranche.
Das als Optimierung bezeichnete Konstruktionsprinzip bestimmt die spezifischen Werte eines mechanischen Systems, z. B. eines Motors, um einen bestimmten Zustand, z. B. Wirkungsgrad oder Fehlertoleranz, zu erreichen. Mit relevanten Messungen eines gegebenen Athleten und einem Modell der menschlichen Biomechanik des Laufens ist es ähnlich möglich, seine optimale Form, seinen optimalen Schritt und andere Werte für eine Chance auf den Weltrekord zu berechnen. Mit den gleichen Methoden könnte gezeigt werden, dass die richtige Biomechanik für einen bestimmten Baseball-Pitcher vorschreibt, dass sein Fastball mit gespaltenen Fingern mit mehr Biegung und weniger Drehmomentbelastung auf das angelenkte Ellbogengelenk geworfen werden soll. Technologien zur Messung und Analyse haben das moderne Feld der menschlichen Biomechanik vorangetrieben. Sensoren wie Beschleunigungsmesser zur Geschwindigkeitsmessung, dreidimensionale Hochgeschwindigkeitskamerasysteme zur Bewegungserfassung und leistungsstarke Computer, die die Leistung sehr komplexer Systeme simulieren können, sind Beispiele für Werkzeuge, mit denen der Körper als mechanisches System untersucht werden kann.