Wat is menselijke biomechanica?

Menselijke biomechanica als een rigoureuze discipline is de relatief moderne fusie van de twee oude wetenschappen van fysiologie en engineering. Onderzoek naar biomechanica heeft altijd bestaan, van de vroegste mensen die een bot uit een dierkarkas haalden en het met succes gebruikten om een ​​zware steen op te tillen waaronder smakelijke insectenresten groeven. Pas in de jaren zeventig, met technologische vooruitgang in elektronische metingen en berekeningen, werden mechanistische principes een belangrijke invloed op het begrip van biologische systemen. Het menselijke kniegewricht wordt bijvoorbeeld routinematig gemodelleerd als, zelfs gedefinieerd als, een mechanisch scharnier of een hefboom. Deze benadering van menselijke anatomie strekt zich uit over vele verschillende gebieden buiten de geneeskunde, waaronder atletische prestaties en industrieel ontwerp.

Het is niet zo dat de menselijke knie niet was gesynchroniseerd als een scharnier door eerdere fysiologen die de structuren en functie van lichaamsdelen bestudeerden. Werktuigbouwkunde is een praktische wetenschap in de taal van de wiskunde. Toen het mogelijk werd om de vele delen van een knie en hun toleranties voor mechanische krachten nauwkeurig te meten, was het een gemakkelijke brug om deze getallen in bekende technische vergelijkingen te stoppen die de fysieke kenmerken van een scharnier of hefboom definiëren. Dergelijke metingen en berekeningen, biometrische gegevens genoemd, worden gebruikt om protheses te verbeteren, zoals kunstmatige heupvervangende gewrichten. Menselijke biomechanica is de poging om niet alleen een botgewricht, maar het hele menselijke lichaam - de structuur, het ontwerp en de werking ervan - te definiëren als iets dat representatief is via computersimulatie.

Het primaire doel van biomechanica, zoals het van toepassing is op het menselijk lichaam, was grotendeels het verbeteren van de gezondheid. Een voorbeeld hiervan is de beoordeling van de cardiovasculaire gezondheid van het hart door metingen van de bloedstroom en deze toe te passen op de technische principes voor vloeistofdynamica, het fysieke gedrag van vloeistoffen. Een van de meer algemeen bekende toepassingen van menselijke biomechanica is kinesiologie, de studie van beweging. Dit heeft een belangrijke bijdrage geleverd aan de sportindustrie.

Het technische principe genaamd optimalisatie bepaalt de specifieke waarden van een mechanisch systeem, zoals een motor, om een ​​bepaalde toestand te bereiken, zoals efficiëntie of fouttolerantie. Met relevante metingen van een bepaalde atleet en een model van de menselijke biomechanica van hardlopen, is het ook mogelijk om zijn optimale vorm, pas en andere waarden te berekenen voor een kans op het wereldrecord. Met dezelfde methoden kan worden aangetoond dat de juiste biomechanica voor een bepaalde honkbal pitcher dicteren zijn split-fingered fastball moet worden gegooid met meer buiging en minder koppel stress, op het scharnierende ellebooggewricht. Technologieën voor meting en analyse zijn de drijvende kracht achter het moderne veld van menselijke biomechanica. Sensoren zoals versnellingsmeters voor het meten van snelheid, high-speed driedimensionale motion-capture camerasystemen en krachtige computers die in staat zijn om de prestaties van zeer complexe systemen te simuleren, zijn allemaal voorbeelden van hulpmiddelen die het mogelijk maken het lichaam als een mechanisch systeem te bestuderen.