Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser
description
Transcript of Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser
![Page 1: Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022070402/56813950550346895da0ec91/html5/thumbnails/1.jpg)
Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser
Anders Eriksson och Elena Gutierrez-FarewikKTH Mekanik,
(E G-F även KI, Kvinnors och barns hälsa)
![Page 2: Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022070402/56813950550346895da0ec91/html5/thumbnails/2.jpg)
2006-02-15 KTH Mekanik 2
Biomekanik, muskelarbetets mekanik
![Page 3: Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022070402/56813950550346895da0ec91/html5/thumbnails/3.jpg)
2006-02-15 KTH Mekanik 3
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
![Page 4: Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022070402/56813950550346895da0ec91/html5/thumbnails/4.jpg)
2006-02-15 KTH Mekanik 4
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.
![Page 5: Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022070402/56813950550346895da0ec91/html5/thumbnails/5.jpg)
2006-02-15 KTH Mekanik 5
Typiskt resultat
• Förenklad ’crash test dummy’. Mekanisk modell.
• Antaget: krockförutsättningarbara muskeleffekter ska bromsa
nackvinkeln skadekriterium
• Slutsats: Oförberedd, Maxhastighet ca 28 km/h
Förberedd ca 43 km/h
Produkt: krocksensor för förhandsvarning.
![Page 6: Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022070402/56813950550346895da0ec91/html5/thumbnails/6.jpg)
2006-02-15 KTH Mekanik 6
Redundanta kraftsystem
Jämvikt i system med redundanta kraftvägar.
• (Höggradigt) redundanta system.
• Alternativa rörelse- mönster och kraft- fördelningar.
• Hur väljer naturen?
![Page 7: Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022070402/56813950550346895da0ec91/html5/thumbnails/7.jpg)
2006-02-15 KTH Mekanik 7
Kapacitet i olika positioner, ur antagna muskeldata
![Page 8: Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022070402/56813950550346895da0ec91/html5/thumbnails/8.jpg)
2006-02-15 KTH Mekanik 8
Utnyttjande av övertalighet
• 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.
![Page 9: Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022070402/56813950550346895da0ec91/html5/thumbnails/9.jpg)
2006-02-15 KTH Mekanik 9
Dynamisk situation: rörelseanalys
• Att kunna mäta och beskriva rörelser….
• för många olika syften
• Och att använda dessa i simuleringar.
![Page 10: Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022070402/56813950550346895da0ec91/html5/thumbnails/10.jpg)
2006-02-15 KTH Mekanik 10
Principer
• En markör sedd av flera kameror• Flera 2D bilder räknas till en 3D bild
kamerakamera
![Page 11: Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022070402/56813950550346895da0ec91/html5/thumbnails/11.jpg)
2006-02-15 KTH Mekanik 11
Hur det fungerar
![Page 12: Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022070402/56813950550346895da0ec91/html5/thumbnails/12.jpg)
2006-02-15 KTH Mekanik 12
Hur det fungerar
![Page 13: Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022070402/56813950550346895da0ec91/html5/thumbnails/13.jpg)
2006-02-15 KTH Mekanik 13
Ett exempel (av många)
• Klinisk rörelseanalys (anonymiserad!)
• Före och efter.
![Page 14: Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022070402/56813950550346895da0ec91/html5/thumbnails/14.jpg)
2006-02-15 KTH Mekanik 14
Efter vad?
• Olika typer av tekniska stöd.
• Optimerade för olika svagheter i muskelsystemet.
• Individanpassning (ur styrkemätningar)
• Produkternas utformning och hållbarhet.
• Simulering tillsammans med kroppsdelen
Produkter:Nya former,simuleringsverktyg
![Page 15: Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022070402/56813950550346895da0ec91/html5/thumbnails/15.jpg)
2006-02-15 KTH Mekanik 15
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.
![Page 16: Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022070402/56813950550346895da0ec91/html5/thumbnails/16.jpg)
2006-02-15 KTH Mekanik 16
Dynamiska simuleringar
Optimala rörelsemönster (från start- till slut-, via mellan-tillstånd)
• Dynamisk jämviktsformulering ur mekaniken (av godtycklig komplexitet).
• Optimalitetskriterium• Restriktioner på rörelser och krafter
Optimal(?) rörelse (åtminstone för robot)
Preliminäralgoritmfinns utvecklad
![Page 17: Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022070402/56813950550346895da0ec91/html5/thumbnails/17.jpg)
2006-02-15 KTH Mekanik 17
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)
![Page 18: Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022070402/56813950550346895da0ec91/html5/thumbnails/18.jpg)
2006-02-15 KTH Mekanik 18
Eller, i annan form
Mekanik ger bra modeller för musklernaMen, någon annan får ge muskler till modellerna: