Vad är mänsklig biomekanik?

Mänsklig biomekanik som en strikt disciplin är den relativt moderna sammansmältningen av de två antika vetenskaperna om fysiologi och teknik. Förfrågan om biomekanik har alltid funnits, från de tidigaste människorna som extraherade ett ben från ett djurskropp och framgångsrikt använde det för att lyfta en tung sten under vilken välsmakande insektsnurror grävde. Först på 1970-talet, med tekniska framsteg inom elektronisk mätning och beräkning, blev mekanistiska principer ett främst inflytande i förståelsen av biologiska system. Den mänskliga knäleden är till exempel rutinmässigt modellerad som, till och med definierad, som ett mekaniskt gångjärn eller spak. Denna strategi för mänsklig anatomi sträcker sig till många olika områden utöver medicin, inklusive idrottsprestanda och industriell design.

Det är inte så att det mänskliga knäet inte hade analyserats som ett gångjärn av tidigare fysiologer som studerade kroppsdelarnas strukturer och funktion. Maskinteknik är en praktisk vetenskap på matematikspråket. När det blev möjligt att exakt mäta ett knes många delar och deras toleranser för mekaniska krafter, var det en enkel bro att ansluta dessa nummer till kända tekniska ekvationer som definierar de fysiska egenskaperna hos ett gångjärn eller spak. Sådana mätningar och beräkningar, kallad biometri, används för att förbättra proteser såsom artificiella höftersättningar. Mänsklig biomekanik är försöket att definiera inte bara en benled utan hela människokroppen - dess struktur, design och funktion - som något som kan representeras genom datorsimulering.

Det primära syftet med biomekanik, som det gäller för människokroppen, har till stor del varit att förbättra hälsan. Ett exempel på detta är bedömningen av hjärthälsa genom hjärtmätning genom mätningar av blodflödet och tillämpa dem på de tekniska principerna för vätskedynamik, vätskans fysiska beteende. En av de mer kända användningarna av human biomekanik är kinesiologi, studien av rörelse. Detta har varit ett betydande bidrag till sportindustrin.

Den konstruktionsprincip som kallas optimering bestämmer de specifika värdena för ett mekaniskt system, såsom en motormotor, för att uppnå ett visst tillstånd, såsom effektivitet eller feltolerans. Med relevanta mätningar av en given idrottare och en modell av den mänskliga biomekaniken i löpning är det på liknande sätt möjligt att beräkna hans optimala form, steg och andra värden för en chans till världsrekordet. På samma sätt kan det påvisas att korrekt biomekanik för en viss basebollkrigare dikterar att hans knivfickade snabbboll ska kastas med mer böjning och mindre vridmomentspänning vid det gångjärnets armbågsfog. Tekniker för mätning och analys är det som har drivit det moderna området för mänsklig biomekanik. Sensorer som accelerometrar för mätning av hastighet, höghastighets tredimensionell rörelsefångning av kamerasystem och kraftfulla datorer som kan simulera prestanda för mycket komplexa system är alla exempel på verktygen som möjliggör studie av kroppen som ett mekaniskt system.