Что такое биомеханика человека?

Биомеханика человека как строгая дисциплина представляет собой относительно современное сочетание двух древних наук физиологии и инженерии. Исследование биомеханики всегда существовало, начиная с самых ранних людей, которые извлекали кость из трупа животного и успешно использовали ее, чтобы поднять тяжелый камень, под которым зарылись вкусные личинки насекомых. Однако только в 1970-х годах, с развитием технологий в области электронных измерений и вычислений, механистические принципы стали главным фактором в понимании биологических систем. Например, коленный сустав человека обычно моделируется как, даже определяемый как механический шарнир или рычаг. Такой подход к анатомии человека распространяется на многие различные области, помимо медицины, включая спортивные результаты и промышленный дизайн.

Нельзя сказать, что человеческое колено не было аналогично петле предыдущими физиологами, изучающими структуры и функции частей тела. Машиностроение - это практическая наука на языке математики. Когда стало возможным точно измерить множество частей колена и их допуски на механические силы, было легко соединить эти числа с известными инженерными уравнениями, которые определяют физические характеристики шарнира или рычага. Такие измерения и расчеты, называемые биометрией, используются для улучшения протезирования, такого как искусственные тазобедренные суставы. Биомеханика человека - это попытка определить не только костный сустав, но и весь организм человека - его структуру, конструкцию и функционирование - как нечто, представляемое посредством компьютерного моделирования.

Основная цель биомеханики, поскольку она применяется к человеческому организму, была в основном одной из улучшений здоровья. Примером этого является оценка сердечно-сосудистых заболеваний сердца путем измерения кровотока и применения их к инженерным принципам, регулирующим динамику жидкости, физическое поведение жидкостей. Одним из наиболее известных приложений биомеханики человека является кинезиология, изучение движения. Это стало значительным вкладом в спортивную индустрию.

Инженерный принцип, называемый оптимизацией, определяет конкретные значения механической системы, такой как двигатель, для достижения определенного состояния, например, эффективности или отказоустойчивости. С помощью соответствующих измерений данного спортсмена и модели биомеханики бега человека можно также рассчитать его оптимальную форму, шаг и другие значения для шанса на мировой рекорд. С помощью тех же методов можно продемонстрировать, что правильная биомеханика для конкретного бейсбольного кувшина диктует, что его раздвоенный фастбол должен быть брошен с большим изгибом и меньшим напряжением крутящего момента в шарнирном локтевом суставе. Технологии для измерения и анализа являются тем, что движет современной областью биомеханики человека. Датчики, такие как акселерометры для измерения скорости, высокоскоростные системы трехмерных камер захвата движения и мощные компьютеры, способные моделировать производительность очень сложных систем, - все это примеры инструментов, позволяющих изучать тело как механическую систему.