Имитационно биомеханично моделиране като метод за изучаване на двигателните действия на човека
А.В. Московски градски педагогически университет „Воронов“, Москва
Моделирането е един от широко разпространените методи за познание на биологични обекти. Този метод позволява, използвайки основните закони на физиката, механиката, математиката, биологията, физиологията и други науки, да обясни функционалната структура на изследвания процес, да идентифицира съществените му връзки с външни обекти, вътрешната организация и да оцени количествените характеристики . Най-пълно отразява гносеологичната същност на модела е дефиницията на В.А. Щоф [23]: „Модел се разбира като такава психически представена или материално реализирана система, която чрез показване или възпроизвеждане на обект на изследване е в състояние да го замести по такъв начин, че изследването му да ни даде нова информация за този обект. " Търсене на аналог на оригинала е възможно въз основа на следните типове модели:
- детерминистични модели - модели, базирани на системи от алгебрични, регресионни и диференциални уравнения, диференциални уравнения в частни случаи;
- статистически модели, които предсказват вероятността от различни събития.
Общи подходи за моделиране на човешките движения. Моделиране на движението на човека в спортната биомеханика, роботика, ергономия, физиология, рехабилитация и космическа медицина се извършва в следните области:
- изследване на централната и периферната организация на нормални и патологични двигателни действия;
- съдействие при диагностика и корекция на нарушения в опорно-двигателния апарат с последваща рехабилитация;
- оптимизиране на работното място на оператора в системата човек-машина;
- разработване на рационални варианти за двигателни действия с цел постигане на планирания спортен резултат.
Общата теория на моделирането предполага възможността [33] за конструиране на сложен модел, т.е. включително максималния брой параметри в модела. Тази тенденция в биомеханичното моделиране може да направи модела твърде труден за разбиране.
Тъй като моделът е опростено (понякога много) отражение на двигателно действие, е необходимо в началния етап на моделирането да се определят съществените и незначителни компоненти на модела, т.е. решете кои параметри да включите в модела и кои да пренебрегнете. Колкото по-прост е моделът, толкова по-бързо може да бъде създаден и по-малко вероятно е да допусне грешки при писането на формализираната част. Балансът между сложността на модела и неговата информационна стойност зависи от целите на моделирането. Моделът на черна кутия в реално време в някои случаи е много по-полезен от най-детайлния модел, който дава резултати след много часови изчисления.
Всеки модел трябва да отговаря на метрологичните правила за надеждност и валидност. Свойството "надеждност" отразява способността на модела да предоставя подобна информация, независимо кой използва модела. При „добрите“ модели възможността за субективна настройка на параметрите на модела към очаквания резултат се следи от софтуерната част и се свежда до минимум.
Надеждността на модела се крие в способността му да отразява изследвания биомеханичен процес. Ако теоретичните и експерименталните стойности са съгласни, моделът е валиден. Въпреки това не винаги е възможно да се оцени точността на някои параметри на модела чрез експериментални методи. Например силите на междузвездните реакции не могат да бъдат измерени чрез сензори за измерване на сила, без да се нарушава целостта на човешкия двигателен апарат. На помощ идват непреки методи за оценка на надеждността на модела. В случая на взаимосвързани сили, човек може да се ограничи да измерва опорните реакции, използвайки платформи за измерване на сила. Ако моделът дава опорни реакции, близки до стойностите, записани с помощта на устройства за измерване на сила, тогава с голяма степен на вероятност може да се приеме, че такъв модел правилно оценява силите в ставите.
Симулация на човешкия двигателен апарат. Локомотивният апарат се състои от три системи: