Biomécanique : le corps humain comme mécanisme
Le mot biomécanique semble parler de science médicale. Ce n'est pas tout à fait faux, mais le rôle de l'ingénierie en biomécanique est aussi important que celui de la médecine.
Le mot biomécanique, comme d'autres mots utilisés par la science, a son origine dans le grec et signifie mécanique des vivants. Cependant, en utilisant ce mot, nous nous référons généralement à la mécanique du corps humain. C'est-à-dire, la biomécanique étudie le mouvement du corps humain.
Sans aucun doute, l'une des fonctions du corps humain est le mouvement. Quant au mouvement, le corps humain est formé par une série d'éléments parmi lesquels le mouvement relatif est celui qui donne au corps sa propre mobilité. En outre, ce mouvement a toujours une structure similaire: deux parties différentes sont reliées par une articulation qui permet de réaliser un ou plusieurs tours relatifs entre les deux parties. Par exemple, notre genou permet un seul tour entre la cuisse et la jambe. Le poignet permet deux tours entre le bras et la main.
Ainsi, du point de vue du mouvement, nous pouvons dire que le corps humain est un mécanisme.
En tant que mécanisme, nous pouvons dire que le corps humain a une structure ou une structure ramifiée de l'arbre. Cela veut dire que la structure mécanique du corps a le centre ou élément principal duquel sortent les éléments secondaires, dont ils sont tertiaires, etc. Dans notre cas, l'élément principal est le torse, les bras secondaires, les jambes et la tête, et les doigts et les doigts de la troisième.
En plus de l'avantage de la biomécanique, il s'agit toujours d'analyser le même mécanisme, puisque tous les corps ont la même structure vue comme mécanisme. La seule chose qui change de personne à personne est la mesure.
Le couloir de barrière, sauteur de hauteur, cycliste et astronaute que vous voyez sur l'image sont calculés avec le même modèle.
Dans le dessin vous pouvez voir le modèle inventé dans le CEIT de Donostia pour étudier le mouvement du corps humain. 21 points et 18 vecteurs ont été utilisés pour définir la position du modèle, complétant le modèle de 117 coordonnées. Une fois formées les relations nécessaires entre ces coordonnées, le modèle présente 40 degrés de liberté ou mouvement indépendant.
Du point de vue de la recherche, la biomécanique présente des différences notables avec d'autres domaines de la mécanique. Les mouvements qui apparaissent dans d'autres domaines de la mécanique sont des mouvements réalisés par la machine, que nous pouvons appeler artificiels. C'est pourquoi il n'est pas difficile de répéter ce mouvement sur l'ordinateur.
Les choses ne sont pas aussi définies que le corps humain. Les mouvements dans la nature sont le résultat de nombreuses années d'évolution et de répéter avec une formule est presque impossible. Il faut donc chercher une autre façon d'étudier le mouvement.
Le seul endroit où nous pouvons chercher les mouvements du corps humain est le corps humain. Et si nous voulons être précis, les mouvements d'un corps ne sont dans ce corps que parce que les mouvements d'une personne et d'une autre sont différents.
Comme on le voit, la seule possibilité d'analyser le mouvement d'une personne est de mesurer ou de copier ces mouvements de la réalité. Et c'est ce qui est fait.
Pour mesurer le mouvement, les images sont généralement prises avec deux ou trois caméras. La première chose à faire est la référence pour déterminer la position d'une caméra par rapport aux autres.
Une fois cela fait, il est roulé avec toutes les caméras que nous avons mouvement. Les images filmées sont incluses dans la vidéo. Lorsque l'image vidéo apparaît à l'écran, les coordonnées des points les plus importants sont mesurées avec xagua. Il faut garder à l'esprit qu'un point a trois coordonnées dans l'espace et que dans l'image qui apparaît sur l'écran, comme est launa, nous ne pouvons mesurer que deux coordonnées. Nous avons besoin d'au moins deux caméras pour calculer ces trois coordonnées. Cependant, avoir plus de caméras est bon pour réduire les erreurs. Cette prise de données à l'écran est appelée numérisation, et dans la plupart des cas c'est l'étape la plus lourde du processus. Des efforts ont souvent été faits pour rendre cette étape automatique, mais les résultats obtenus ne sont pas très bons.
Ces données prises, même si le processus est effectué avec beaucoup de soin, ont généralement des erreurs et il est nécessaire de les filtrer pour écarter les différences qui génèrent des erreurs dans les données en utilisant des techniques mathématiques.
Après tout cela, les données du mouvement sont prêtes pour que notre modèle répète le mouvement mesuré. Et si les données mesurées sont bien mesurées, le mouvement de notre modèle sera totalement naturel. Sur la photo, vous pouvez voir le couloir de barrière faire un saut presque parfait. Les données filmées sont celles d'un champion du monde.
Ce travail n'est pas fait pour que le mouvement ait une apparence de naturel, mais pour qu'il soit un mouvement réel, parce que de cette étude nous voulons extraire des données réelles. Par exemple, pour améliorer le mouvement d'un runner. Prenant comme exemple notre coureur de barrière, on sait que les mouvements verticaux, bien qu'ils aient besoin d'énergie, ne sont pas utiles pour courir plus vite. Si on voit le mouvement de la tête du coureur sur la photo, il semble que le coureur connaisse en quelque sorte cette loi, puisque sa tête porte un chemin complètement horizontal.
Même si ce n'est généralement pas le cas, certains sports peuvent avoir des mouvements assez simples et répétitifs, et dans ces cas, ils peuvent être simulés sur l'ordinateur sans filmer.
L'un d'eux est le cyclisme. Le mouvement à pédaler est simple et toujours le même. En vue de cela, dans le cas indiqué sur l'image, ce qui a été fait a été de donner la vitesse à la bicyclette au début et, pour ainsi dire en quelque sorte, la jeter sur la pente. Le mouvement que l'on voit de là est originaire des forces existantes sans aucune donnée expérimentale.
Enfin, l'autre application de la biomécanique est l'ergonomie. C'est-à-dire, la conception de l'espace dans lequel la personne se déplace ou travaille.
Dans l'image, vous pouvez voir un astronaute dans votre bateau. Il est important que les astronautes doivent effectuer des mouvements aussi petits et naturels que possible pour travailler, afin que le temps et l'effort nécessaires soient réduits.
Toujours regarder vers l'avenir
Il est difficile de parler vraiment de l'avenir, parce que c'est un sujet qui semble être pleinement intégré à l'avenir. Mais la vérité est que les choses changent jour après jour et dans la recherche, vous ne pouvez pas regarder le ciel.
D'une part, les méthodes utilisées pour l'analyse des mécanismes sont d'une grande complexité, et dans de nombreux cas l'ordinateur prend beaucoup à compléter l'étude. Malgré l'utilisation des ordinateurs les plus rapides et des meilleures méthodes que nous avons inventées, les studios dynamiques complexes peuvent nécessiter de nombreuses heures.
Il existe deux façons de réduire ce temps. Un, bien sûr, utiliser des ordinateurs plus rapides. En ce sens, nous pouvons dire que la vitesse des ordinateurs est doublée pratiquement année après année, ce qui réduit les prix.
L'autre façon de rendre les programmes plus rapides est par des algorithmes plus rapides, c'est-à-dire des programmes qui nécessitent moins de temps pour effectuer le même travail. Ici aussi beaucoup a été travaillé et les chercheurs ne cessent d'inventer de nouvelles méthodes. L'objectif final est d'obtenir des programmes en temps réel. Cela signifie que notre programme est capable de calculer le mouvement du mécanisme aussi vite qu'il se produit. Par exemple, si nous voulons faire un simulateur de voiture, il est inacceptable que nous marchions le frein et que l'ordinateur ait besoin d'une demi-heure pour calculer ce freinage.
D'autre part, comme déjà indiqué, les programmes sont de plus en plus complexes. Cela signifie plus de travail pour le programmeur, mais aussi pour l'utilisateur, car il augmente considérablement le nombre de données à saisir. Il est très important de réaliser des outils pour saisir ces données. Ces outils sont appelés interphases et visent à rendre ce programme « agréable à l'utilisateur », c'est-à-dire que le programme lui-même indique à l'utilisateur comment les données sont saisies ou quelles sont ses erreurs.
D'autre part, il est très important d'avoir une bonne sortie des données. La quantité de données et de nombres qui génèrent ce type de programmes est énorme et la seule façon de les représenter est en effectuant des graphiques. La qualité des graphiques s'améliore aussi très rapidement et les images générées par les meilleurs programmes graphiques existants sont presque inséparables de la réalité.
Le concept qui apparaît dans le monde des graphiques et la sortie de données est “réalité virtuelle”. Les chercheurs travaillant sur ce concept cherchent à créer une nouvelle réalité dans l'ordinateur pour l'utilisateur. Pour ce faire, une image différente est placée dans chaque œil de l'utilisateur avec des lunettes spéciales et une image tridimensionnelle.
Avec le son, il fait de même, avec des écouteurs spéciaux. Et si l'utilisateur met un costume spécial, afin que l'ordinateur sache sa position, il sera en mesure de voir dans cette réalité virtuelle. Cela peut être très utile, par exemple, pour simuler une opération chirurgicale par un médecin, mais il faudra faire attention aux problèmes psychologiques que vous pourriez poser sans doute.
En dehors de cela, l'avenir peut donner beaucoup de nouvelles choses dans ce domaine et dans le monde de la recherche en général, mais cet article n'a pas l'intention de faire ce que Jules Verne avait fait, et en outre, voyant ce qui est vu, il est de plus en plus difficile que les inventions de notre imagination soient en avance sur la réalité.
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