Биомеханика: развитие и современное состояние

БИОМЕХАНИКА ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

Биомеханика описывает характеристики биологической систе­мы, в данном случае человеческого тела, в терминах механики. Это определение указывает на цели данной научной дисципли­ны и присущие ей ограничения. В биомеханике используются главным образом данные как из антропометрии и анатомии, так и физиологии и ортопедии, а основные методы и методики иссле­дования заимствуются из физики (механики), математики и компьютерных наук. Биомеханические исследования и приклад­ные работы представляют особый интерес для инженеров.

Истоки биомеханики восходят к середине 1600-х гг. Создан­ная тогда Альфонсом Джованни Борелли «биомеханическая мо­дель» человеческого тела заменяла длинные кости прямыми звеньями, соединенными в местах сочленений—суставах тела; мышцы рассматривались как «двигатели», охватывающие одно или два сочленения тела и приводящие в движение компоненты системы. Модель звено — сустав — мышца до сих пор лежит в основе современных подходов типа «человек, сделанный из па­лок». Около ста лет назад в Германии был опубликован ряд ис­следовательских работ, в которых обсуждались механические характеристики человеческого тела, такие, как масса, а также влияние внешних и внутренних сил. В дальнейшем механиче­ский анализ поведения человеческого тела очень помог при кон­струировании высокоскоростных самолетов, в освоении космоса,, а также в исследованиях по обеспечению безопасности водите­лей автомобилей и в развитии спортивных наук.

Для характеристики компонентов тела часто используются следующие аналогии:

Кости	Структурные члены, центральные оси, плечи ры­чагов
Контуры	Поверхности геометрических тел
Тело	Объемы, массы
Суставы	Несущие поверхности и сочленения
Суставная жидкость	Смазка
Мышцы	Моторы, амортизаторы или фиксаторы
Нервы	Схемы управления и обратной связи
Органы	Генераторы, потребители
Сухожилия	Тросы, передающие силы тяги
Ткань	Эластичные, несущие нагрузку поверхности пружины

Эти аналогии еще раз указывают на упрощения, часто допус­каемые при биомеханическом моделировании.

Биомеханика до сих пор является развивающейся научной и инженерной дисциплиной по сравнению с более сформировав­шейся инженерной антропометрией: исследовательские подходы, методы измерения и базы данных все еще формируются. Однако, недостаток инженерных данных в некоторых областях не оправ­дывает пренебрежения уже имеющимися биомеханическими знаниями. Существует довольно широкая база данных и знаний, например, о (статической) силе мышц, что необходимо для оценки подъемных способностей, а также о реакциях на вибра­ции и удары. В других областях научные и прикладные иссле­дования развиваются быстро; поэтому инженеру необходимо следить за прогрессом в этой области по научным и инженерным публикациям, например по журналам Biomechanical Engineering, Biomechanics, Ergonomics, Human Factors, and Spine,