Mis on inimese biomehaanika?

Inimese biomehaanika kui range distsipliin on kahe iidse füsioloogia ja inseneriteaduse suhteliselt kaasaegne liit. Biomehaanika uurimine on alati olemas olnud, alates esimestest inimestest, kes ekstraheerisid loomakorjust luu ja kasutasid seda edukalt raske kivi tõstmiseks, mille alla suundusid maitsvad putukajuured. Kuid alles 1970. aastatel, kui elektroonsete mõõtmiste ja arvutamise tehnoloogia arenes, muutusid mehhaanilised põhimõtted bioloogiliste süsteemide mõistmisel oluliseks. Näiteks inimese põlveliigest modelleeritakse rutiinselt mehaanilise hinge või hoovana, isegi määratletuna. Selline lähenemine inimese anatoomiale laieneb paljudele erinevatele valdkondadele peale meditsiini, sealhulgas sportlik jõudlus ja tööstusdisain.

Asi pole selles, et varasemad füsioloogid, kes uurisid kehaosade struktuure ja funktsioone, poleks inimese põlve liigendanud. Masinaehitus on praktiline teadus matemaatika keeles. Kui sai võimalikuks täpselt mõõta põlve paljusid osi ja nende tolerantse mehaaniliste jõudude suhtes, oli lihtne ühendada need numbrid tuntud tehniliste võrranditega, mis määratlevad hinge või hoova füüsikalised omadused. Selliseid mõõtmisi ja arvutusi, mida nimetatakse biomeetriaks, kasutatakse proteeside, näiteks kunstlike puusaliigese asendusliigeste parandamiseks. Inimese biomehaanika eesmärk on määratleda mitte ainult luu liigend, vaid kogu inimkeha – selle struktuur, disain ja toimimine – kui arvutisimulatsiooni abil kujutatavat.

Biomehaanika esmane eesmärk inimkeha puhul on olnud suuresti tervise parandamine. Selle näiteks on südame-veresoonkonna südame tervise hindamine verevoolu mõõtmise kaudu ja nende rakendamine vedeliku dünaamikat ja vedelike füüsilist käitumist reguleerivate tehniliste põhimõtete suhtes. Inimese biomehaanika üks levinumaid rakendusi on kinesioloogia, liikumise uurimine. See on andnud märkimisväärse panuse sporditööstusesse.

Tehniline põhimõte, mida nimetatakse optimeerimiseks, määrab kindlaks mehaanilise süsteemi, näiteks mootorimootori, konkreetsed väärtused, et saavutada teatud olek, näiteks tõhusus või tõrketaluvus. Konkreetse sportlase asjakohaste mõõtmiste ja inimese jooksubiomehaanika mudeli abil on sarnaselt võimalik välja arvutada tema optimaalne vorm, samm ja muud väärtused maailmarekordi võimaluseks. Samade meetoditega võib näidata, et konkreetse pesapalliviska õige biomehaanika nõuab, et tema lõhenenud sõrmedega kiirpalli tuleks hingedega küünarliigendisse visata suurema painde ja väiksema pöördemomendiga. Inimese biomehaanika kaasaegset valdkonda on juhtinud mõõtmis- ja analüüsitehnoloogiad. Andurid, nagu kiirendusmõõturid kiiruse mõõtmiseks, kiired kolmemõõtmelised liikumist salvestavad kaamerasüsteemid ja võimsad arvutid, mis on võimelised simuleerima väga keeruliste süsteemide toimimist, on kõik näited tööriistadest, mis võimaldavad uurida keha kui mehaanilist süsteemi.