Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser

Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser Anders Eriksson och Elena Gutierrez-Farewik KTH Mekanik, (E G-F även KI, Kvinnors och barns hälsa)

Biomekanik, muskelarbetets mekanik KTH Mekanik

Biomekanik, muskelarbetets mekanik • Muskelfysiologiska modeller (experimentellt samarbete med KI, Fysiologi och Farmkalogi) • Statisk optimering av bärförmåga och rörelser • Dynamisk optimering av rörelsemönster (under villkor) Grundforskning, med kliniska implikationer KTH Mekanik

Numeriska muskelmodeller • Hill-modeller: Original + diverse förbättringar • Stora brister i allmänna kombinationer av rörelse och aktivering. Våra typexempel: • Muskelmotståndet i nacken vid frontalkollision • Kajsas och Stefans avstamp. KTH Mekanik

Typiskt resultat • Förenklad ’crash test dummy’. Mekanisk modell. • Antaget: krockförutsättningar bara muskeleffekter ska bromsa nackvinkeln skadekriterium • Slutsats: Oförberedd, Maxhastighet ca 28 km/h Förberedd ca 43 km/h Produkt: krocksensor för förhandsvarning. KTH Mekanik

Redundanta kraftsystem Jämvikt i system med redundanta kraftvägar. • (Höggradigt) redundanta system. • Alternativa rörelse- mönster och kraft- fördelningar. • Hur väljer naturen? KTH Mekanik

Kapacitet i olika positioner, ur antagna muskeldata KTH Mekanik

Sentransfereringar: Att låta en muskel göra en annans jobb… Vad är mest önskvärt av minimala rörelser Hur göra? Vad blir effekterna? Produkt: ett simuleringsverktyg för att under kirurgiska ingrepp planera och utvärdera olika strategier. Eller, ett provningsprogram och ett analysverktyg för att utvärdera enskilda musklers kapacitet. Utnyttjande av övertalighet KTH Mekanik

Dynamisk situation: rörelseanalys • Att kunna mäta och beskriva rörelser…. • för många olika syften • Och att använda dessa i simuleringar. KTH Mekanik

kamera kamera Principer • En markör sedd av flera kameror • Flera 2D bilder räknas till en 3D bild KTH Mekanik

Hur det fungerar KTH Mekanik

Ett exempel (av många) • Klinisk rörelseanalys (anonymiserad!) • Före och efter. KTH Mekanik

Olika typer av tekniska stöd. Optimerade för olika svagheter i muskelsystemet. Individanpassning (ur styrkemätningar) Produkternas utformning och hållbarhet. Simulering tillsammans med kroppsdelen Efter vad? Produkter: Nya former, simuleringsverktyg KTH Mekanik

Komplexa rörelsemönster Skenbart enkla rörelser, som att hoppa rakt upp… • Att simulera, förstå, optimera och förse med lämplig utrustning… • Att koda och ’visualisera’ rörelserna för inlärning. KTH Mekanik

Dynamiska simuleringar Optimala rörelsemönster (från start- till slut-, via mellan-tillstånd) • Dynamisk jämviktsformulering ur mekaniken (av godtycklig komplexitet). • Optimalitetskriterium • Restriktioner på rörelser och krafter Preliminär algoritm finns utvecklad Optimal(?) rörelse (åtminstone för robot) KTH Mekanik

Slutkommentarer Många muskelmekaniska situationer kan simuleras numeriskt. Simuleringarna är i sig en produkt, Och kan användas för att utveckla Procedurer och prylar. (Och då har vi ändå inte nämnt neurologiskt styrda muskelproteser, eller artificiella nerver för styrning) KTH Mekanik

Eller, i annan form Mekanik ger bra modeller för musklerna Men, någon annan får ge muskler till modellerna: KTH Mekanik

Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser