دینامیک چندجسمی (MBD) شاخه‌ای از مکانیک است که به مطالعه و شبیهسازی سیستم‌های متشکل از اجسام صلب یا انعطاف‌پذیر که قادر به حرکت مستقل هستند، می‌پردازد. در بیومکانیک، MBD ابزار قدرتمندی برای تحلیل و درک حرکات پیچیده انسانی از طریق مدل‌سازی تعاملات بین استخوان‌ها، عضلات و مفاصل فراهم می‌کند. این روش به محققان و پزشکان اجازه می‌دهد تا نیروها و حرکات داخلی را که به‌طور مستقیم قابل اندازه‌گیری نیستند، شبیهسازی و پیش‌بینی کنند.
نرم‌افزار OpenSim: انقلاب در دنیای بیومکانیک
OpenSim یک نرم‌افزار متن‌باز است که مانند یک آزمایشگاه مجازی، امکان شبیهسازی حرکات بدن را با دقت بالا فراهم می‌کند. این پلتفرم به محققان اجازه می‌دهد تا نحوه عملکرد عضلات و مفاصل را در شرایط مختلف مطالعه کنند. از تحلیل راه رفتن گرفته تا بررسی اثرات جراحی بر بیماران، OpenSim به عنوان یک ابزار حیاتی در تحقیقات پزشکی و مهندسی بیومکانیک شناخته می‌شود. این نرم‌افزار ابتدا داده‌های حرکت واقعی را که از سنسورها یا سیستم‌های تصویربرداری گرفته شده‌اند، پردازش می‌کند. سپس، با استفاده از مدل‌های اسکلتی-عضلانی، نیروهای عضلانی و بارهای مفصلی مورد نیاز برای اجرای آن حرکت را محاسبه می‌کند. محققان می‌توانند عضلات خاصی را غیرفعال کنند، بارهای اضافی را اضافه نمایند، یا تأثیر تغییرات مختلف در حرکت را مشاهده کنند. این روش به پزشکان، ورزشکاران و مهندسان پزشکی کمک می‌کند تا بهینه‌ترین حرکات و درمان‌ها را طراحی کنند.
AnyBody Modeling System: در جستجوی حرکات بهینه
نرم‌افزار AnyBody Modeling System یکی از پیشرفته‌ترین ابزارهای مدل‌سازی اسکلتی-عضلانی است. این نرم‌افزار مانند یک مهندس حرکات بدن، نیروهای داخلی بدن را در سناریوهای مختلف محاسبه می‌کند. از طراحی تجهیزات پزشکی گرفته تا ارزیابی ارگونومیک، AnyBody نقش کلیدی در درک نحوه تعامل نیروها در بدن انسان ایفا می‌کند. در این نرم‌افزار، مدل‌های سه‌بعدی از بدن انسان ایجاد شده و حرکات مختلف بر روی آن اعمال می‌شوند. سپس، الگوریتم‌های پیچیده ریاضی نیروهای داخلی بدن، از جمله نیروهای عضلانی، فشارهای مفصلی و تأثیر نیروهای خارجی را محاسبه می‌کنند. این قابلیت، آن را برای تحلیل ارگونومیک محیط کار، طراحی تجهیزات پزشکی، و پیش‌بینی اثرات توان‌بخشی ایده‌آل می‌کند.
تحلیل بیومکانیکی راه رفتن: کشف اسرار حرکت انسان
راه رفتن به نظر ساده می‌آید، اما پشت هر قدم، مجموعه‌ای پیچیده از نیروها، عضلات و زوایای مفصلی وجود دارد. تحلیل بیومکانیکی راه رفتن، بررسی دقیق حرکت بدن و شناسایی عوامل مؤثر بر الگوی حرکتی فرد را امکان‌پذیر می‌کند. این تحلیل شامل ارزیابی ویژگی‌های سینماتیکی (حرکت مفاصل)، سینتیکی (نیروهای وارده بر بدن)، فعالیت الکترومایوگرافی (EMG) عضلات، و تأثیر نیروهای خارجی مانند جاذبه و تماس پا با زمین است.
مدل‌سازی MBD در تحلیل راه رفتن به ما کمک می‌کند تا ناهنجاری‌های حرکتی را شناسایی کرده و روش‌های درمانی مناسب را طراحی کنیم. برای مثال، در افراد دارای اختلالات عصبی-عضلانی مانند فلج مغزی یا سکته مغزی، این تحلیل می‌تواند نقاط ضعف سیستم حرکتی را مشخص کند و در بهبود توان‌بخشی و طراحی ارتزهای مناسب نقش مهمی ایفا کند. علاوه بر این، در حوزه ورزشی، بررسی تکنیک‌های راه رفتن و دویدن به ورزشکاران کمک می‌کند تا عملکرد خود را بهینه کرده و از آسیب‌های احتمالی پیشگیری کنند.
طراحی ارتزهای اصلاحی: ساخت ابزارهای حرکتی آینده
تصور کنید بتوانید قبل از ساخت یک ارتز، عملکرد آن را روی بدن مجازی بیمار آزمایش کنید! این دقیقاً همان کاری است که MBD برای مهندسان پزشکی انجام می‌دهد. با این روش، می‌توان ارتزهایی طراحی کرد که نه تنها راحت‌تر و سبک‌تر باشند، بلکه به شکل موثرتری حرکت طبیعی بدن را بهبود دهند. یکی از مثال های این ارتزها ، طراحی ارتز برای بیماران مبتلا به افتادگی پا است.
یکی از چالش‌های مهم در بیومکانیک بالینی، طراحی ارتزهایی برای بیماران مبتلا به عارضه افتادگی پا (Foot Drop) است. این بیماران قادر به بالا آوردن قسمت جلویی پای خود هنگام راه رفتن نیستند که این مسئله منجر به افزایش خطر زمین خوردن می‌شود. با استفاده از نرم‌افزارهای MBD مانند OpenSim و AnyBody، محققان می‌توانند حرکت پا را در هنگام راه رفتن شبیهسازی کرده و تأثیر ارتزهای مختلف را در بهبود این حرکت بررسی کنند. برای مثال، مدل‌سازی نشان داده است که استفاده از ارتزهای دینامیکی با فنرهای قابل تنظیم می‌تواند میزان انرژی مورد نیاز برای حرکت را کاهش دهد و در نتیجه راه رفتن را برای بیماران طبیعی‌تر کند. این شبیه‌سازی‌ها باعث شده‌اند که طراحی ارتزها بهینه‌تر و متناسب‌تر با نیازهای هر بیمار باشد و قبل از تولید فیزیکی، کارایی آن‌ها مورد ارزیابی قرار گیرد.
شبیهسازی حرکت مفاصل و نیروهای عضلانی: نگاه عمیق به عملکرد بدن
چگونه یک فوتبالیست حرفه‌ای می‌تواند شوتی قدرتمند بزند؟ یا چرا برخی از افراد دچار دردهای مزمن عضلانی می‌شوند؟ با استفاده از MBD، می‌توان این پرسش‌ها را با تحلیل دقیق نیروهای عضلانی و حرکات مفصلی پاسخ داد. این فناوری به پژوهشگران کمک می‌کند تا روش‌های توان‌بخشی بهتری توسعه دهند و به ورزشکاران کمک کنند که عملکرد خود را بهینه‌سازی کنند.
آینده بیومکانیک در دستان شبیه‌سازی‌های دقیق است. MBD به عنوان یک فناوری انقلابی در بیومکانیک، به ما امکان می‌دهد که حرکات انسان را بهتر درک کنیم، درمان‌های مؤثرتری ارائه دهیم و فناوری‌های جدیدی برای بهبود کیفیت زندگی توسعه دهیم. با پیشرفت نرم‌افزارهایی مانند OpenSim و AnyBody، آینده‌ای روشن در انتظار بیومکانیک و علوم حرکتی است!
Refrences :
1.https://www.capvidia.com/blog/mbd-model-based-definition-guide
2.https://simtk.org/frs/?group_id=91
3.https://www.anybodytech.com/
4.https://www.sciencedirect.com/journal/journal-of-biomechanics
