Che cos'è la biomeccanica umana?
La biomeccanica umana come disciplina rigorosa è la fusione relativamente moderna delle due antiche scienze della fisiologia e dell'ingegneria. L'indagine sulla biomeccanica è sempre esistita, dai primi umani che hanno estratto un osso da una carcassa di animale e l'hanno usato con successo per sollevare una pietra pesante sotto la quale scavavano gustose larve di insetti. Non è stato fino agli anni '70, tuttavia, con l'avanzamento tecnologico della misurazione e del calcolo elettronico, che i principi meccanicistici sono diventati un'influenza primaria nella comprensione dei sistemi biologici. L'articolazione del ginocchio umano, ad esempio, è abitualmente modellata come, anche definita come, una cerniera o una leva meccanica. Questo approccio all'anatomia umana si estende a molti campi diversi oltre la medicina, comprese le prestazioni atletiche e il design industriale.
Non è che il ginocchio umano non fosse stato analizzato come una cerniera da precedenti fisiologi che studiavano le strutture e la funzione delle parti del corpo. L'ingegneria meccanica è una scienza pratica nel linguaggio della matematica. Quando divenne possibile misurare con precisione le molte parti di un ginocchio e le loro tolleranze alle forze meccaniche, fu un semplice ponte per collegare questi numeri a equazioni ingegneristiche note che definiscono gli attributi fisici di una cerniera o leva. Tali misurazioni e calcoli, chiamati biometrici, vengono utilizzati per migliorare le protesi come le articolazioni artificiali di sostituzione dell'anca. La biomeccanica umana è il tentativo di definire non solo un'articolazione ossea ma l'intero corpo umano - la sua struttura, progettazione e funzionamento - come qualcosa di rappresentabile attraverso la simulazione al computer.
Lo scopo principale della biomeccanica, in quanto si applica al corpo umano, è stato in gran parte quello di migliorare la salute. Un esempio di ciò è la valutazione della salute del cuore cardiovascolare attraverso misurazioni del flusso sanguigno e applicandole ai principi ingegneristici che regolano la fluidodinamica, il comportamento fisico dei liquidi. Una delle applicazioni più comunemente conosciute della biomeccanica umana è la kinesiologia, lo studio del movimento. Questo è stato un contributo significativo all'industria sportiva.
Il principio ingegneristico chiamato ottimizzazione determina i valori specifici di un sistema meccanico, come un motore, per raggiungere un certo stato, come efficienza o tolleranza ai guasti. Con misurazioni pertinenti di un determinato atleta e un modello della biomeccanica umana della corsa, è similmente possibile calcolare la sua forma ottimale, il passo e altri valori per una possibilità al record del mondo. Con gli stessi metodi, si potrebbe dimostrare che la corretta biomeccanica per un particolare lanciatore di baseball impone che la sua palla veloce a dita divaricate debba essere lanciata con più curva e meno stress di coppia, sull'articolazione del gomito incernierata. Le tecnologie di misurazione e analisi sono ciò che ha guidato il moderno campo della biomeccanica umana. Sensori come accelerometri per misurare la velocità, sistemi di telecamere tridimensionali ad alta velocità per la rilevazione di movimento e potenti computer in grado di simulare le prestazioni di sistemi molto complessi sono tutti esempi degli strumenti che consentono lo studio del corpo come sistema meccanico.