Подход предлагает прямое понимание детерминантов бегущей работы и травм, и мог позволить использованию индивидуализированных образцов походки оптимизировать дизайн обуви, ортезов и протезов по словам экспертов по биомеханике Кеннета Кларка, Лоуренса Райана и Питера Вейанда, который создал новое исследование.Разовые наземными войсками образцы определяют движение тела, выходящее из каждого шага, и поэтому непосредственно определяют бегущую работу. Часть воздействия образца, как также полагают, является критическим фактором для бегущих травм.«Человеческое тело механически сложно, но наше новое исследование указывает, что образец силы на земле может быть точно понят от движения всего двух частей тела», сказал Кларк, первый автор на исследовании и в настоящее время доцент в Отделе Кинезиологии в Университете Уэст-Честера в Уэст-Честере, Пенсильвания.
«Нога и голень останавливаются резко на воздействие и остальную часть тела выше шагов колена характерным способом», сказал Кларк. «Этот новый упрощенный подход позволяет предсказать весь образец силы на земле – от воздействия до пальца ноги – прочь – с очень простыми данными о движении».Эта новая «модель с двумя массами» от следователей SMU существенно уменьшает сложность существующих научных объяснений физики управления.Существующие объяснения обычно полагались на относительно тщательно продуманные «мультимассовые весенние модели», чтобы объяснить физику управления, но у этого подхода, как известно, есть значительные ограничения. Эти сложные модели были разработаны, чтобы оценить воздействия задней ноги при беге трусцой скоростей и только предсказать раннюю часть образца силы.
Кроме того, они менее ясно связаны с самим человеческим телом. Они, как правило, делят тело на четыре или больше массы и включают многочисленные другие переменные, которые трудно связать с фактическими частями человеческого тела.Модель SMU предлагает новое понимание, обеспечивая краткие, точные предсказания наземных войск против образцов времени в течение каждого момента периода контакта.
Это делает так независимо от механики конечности, типа забастовки ноги и бегущей скорости.«Наши образцовые исходные данные ограничены, чтобы связаться со временем на земле, время в воздухе и движение лодыжки или нижней конечности. От трех основных переменных шага мы в состоянии предсказать полный образец применения наземных войск», сказал Райан, который является физиком и инженером-исследователем в Двигательной Исполнительной Лаборатории SMU.
«Подход открывает недорогие способы предсказать наземные силы реакции и темпы погрузки ткани. Бегуны и другие спортсмены могут знать ответ на критический функциональный вопрос того, как они связываются и применяют силу к земле». добавленный Райан.Текущие методы для оценки образцов применения наземных войск требуют дорогих платформ в наземных войсках или вызывают беговые дорожки. Кроме того, связи между движениями частей тела и наземных войск спортсмена ранее было трудно уменьшить до основных и точных объяснений.
Исследователи описывают свою новую модель с двумя массами физики управления в статье, «Общие отношения связывают механику походки и управляющий наземными силами реакции», издал в Журнале Экспериментальной Биологии по http://jeb.biologists.org/content/220/2/247, разрядное http://bit.ly/2jKUCSq.«И от бегущей работы и от точки зрения риска травмы, много расследований за прошлые 15 лет сосредоточились на связи между движением конечности и вызывают применение», сказал Вейанд, который является директором Двигательной Исполнительной Лаборатории SMU. «Мы взволнованы, что это исследование может пролить свет на эти основные отношения».Полный разовый силой образец – сумма двух частей
Традиционные научные объяснения наземных войск ноги использовали различные типы весенних и массовых моделей в пределах от комплекса к очень простому. Однако существующие модели не были в состоянии полностью составлять все изменение, существующее в разовых силой образцах различных бегунов – особенно на скоростях быстрее, чем бег трусцой. Следовательно, всестороннее основание для оценки разницы в результативности, рисков травмы и общей бегущей механики не было ранее доступно.
Исследователи SMU объясняют, что фундаментальное понятие нового подхода относительно просто – образец бегуна применения силы на земле происходит из-за движения двух частей тела: более низкая часть ноги, которая связывается с землей и суммарным итогом остальной части тела.Вклады силы этих двух частей тела каждый предсказаны от их в основном независимых, соответствующих движений в период контакта земли ноги. Два вклада силы тогда объединены, чтобы предсказать полный образец. Заключительное предсказание полагается только на классическую физику и характерную связь между силой и движением для этих двух частей тела.
Новый подход может быть применен точно и недорогоПрименение подхода с двумя массами прямое и немедленное.«Ученые, клиницисты и исполнительные специалисты могут непосредственно применить новую информацию, используя прогнозирующий подход, обеспеченный в рукописи», сказал Кларк. «Новая наука подходящая к оценке образцов применения наземных войск спортсменов на беговых дорожках и в исполнительных учебных центрах».Эти возможности не были возможны ранее, намного меньше недорогим и точным способом, который новый подход допускает с существующей технологией.
«Единственное требование – качество высокоскоростная камера или достойный датчик движения и наши алгоритмы движения силы», сказал Кларк. «Возможно, что даже обувные магазины извлекли бы выгоду, осуществив основные оценки беговой дорожки, чтобы вести выбор обуви от механики походки клиента, используя подход».Критический прорыв для исследователей SMU был признанием, которое массовый вклад голени не изменил для пятки против забастовок передней ноги и был непосредственно измеримым. Их усилия принуждают их признавать, что начальный вклад силы следует из быстрой остановки более низкой части ноги – голени, лодыжки и ноги – который все снижаются и останавливают вместе, когда нога поражает землю.
Олимпийские спринтеры были ключом к разгадке открытияКоманда SMU обнаружила общий способ определить количество сил воздействия от больших воздействий, наблюдаемых от спринтеров Олимпийского калибра.
Как забастовщики пятки, образцы Олимпийских спринтеров показывают острый возрастающий пик края, который следует из резкого замедления ноги и голени. Однако спринтеры достигают этого с воздействиями передней ноги, а не пяткой, сначала приземляющейся, который использует большинство бегунов.«Спринтеры мирового класса дали нам большой сигнал выяснить критические детерминанты формы формы волны», сказал Вейанд. «Без их многочисленных сил воздействия мы, вероятно, не были бы в состоянии признать, что у образцов наземных войск всех бегунов, независимо от их механики забастовки ноги и бегущей скорости, есть две основных части».Когда исследователи сначала начали анализировать на вид сложные сигналы формы волны силы, они нашли, что на самом деле состояли из двух очень простых форм волны перекрывания, сказал Райан.
«Наш компьютер произвел лучшие предсказания образца, когда выбор времени первой формы волны совпал с быстродействующим видео лодыжки, останавливающейся на воздействии. Это было верно для в миллисекунде, каждый раз.
И мы сделали это сотни времен», сказал он. «Таким образом, мы знали, что у нас были прямые физические отношения между силой и движением, которое обеспечило критическое понимание».У нового подхода есть потенциал, чтобы диагностировать травму, реабилитацию
У новых кратких форм волны команды SMU потенциально есть диагностические возможности, сказал Вейанд.Например, формы волны бегуна перед травмой могли сравниться со своей посттравмой и поствосстановить формы волны.
«Вы могли потенциально определить асимметрии бегунов с большеберцовыми усталостными переломами, тендинитом Ахиллеса или другими травмами, сравнив образцы силы их травмированных и здоровых ног», сказал он.И в то время как медицинские изображения могли предположить, что травма зажила, их формы волны могли бы рассказать другую историю.
«Образцы формы волны могли бы показать, что спортсмен продолжает бежать с меньшей силой на травмированной конечности. Таким образом, это может предложить недорогой диагностический инструмент, который не был ранее доступен», сказал Вейанд.