21/0 - ده چیزی که ممکنه در مورد بیومکانیک ندونین
در این فصل:
- تقدیر از گسترشِ بیومکانیک
- کشف حقایقی برای جلب توجه دوستاتون
اصول بیومکانیک برای هر چیزی که حرکت میکند، اعمال میشوند. در این فصل، شما را با ده چیزِ جالب درباره بیومکانیک آشنا می‌کنم که ممکنه آنها را درک نکرده باشید. لذت ببرید!
نگاهی به ابتدای بیومکانیک
Giovanni Alphonse Borelli جووانی آلفونس بورِلی (۱۶۰۸-۱۶۷۹) به عنوان "پدر بیومکانیک" شناخته میشه. بورلی فیزیولوژیست و فیزیکدانی بود که دو تا کتاب معروف داشت: درباره حرکت حیوانات ۱ و درباره حرکت حیوانات ۲. در این کتابها، بورلی اصول فیزیک، از جمله خطِ اثرِ نیرو و گشتاور، رو برای توصیف سیستم عضلانی-اسکلتیِ حیوانات به کار برده بود. بورلی اولین نفری بود که به درستی توضیح داد که عضله فقط می‌تواند نیروی کِشِشی تولید کند، و نخستین بار توصیف کرد که اندام‌های پایینیِ بدن، در حین راه رفتن، برای حمایت از بدن استفاده میشوند.
طراحی‌های بورِلی در این کتابها، به طور اساسی، نمودارهای بدنِ آزادِ سیستمِ اسکلتی هستند. این نمودارها نشان می‌دهند که چگونه، نقاط ثابتِ اتصالِ عضله به قسمت‌های استخوانیِ بازو، موجب ایجاد یک بازوی گشتاوری بین نیروی عضله و محور چرخشِ مفاصلی که عضله از روشون رد میشه، میشوند - ایده‌ای که نیروی عضله به عنوان یک مولد گشتاور در مفاصل عمل میکند (فصل ۸ رو ببینید). گرچه در زمان تأسیس جامعه بین‌المللی بیومکانیک آمریکا در سال ۱۹۷۷، او مرده بود، اما بالاترین جایزه این جامعه، به افتخارش، جایزه بورِلی نام داره. جایزه بورِلی به یک بیومکانیست، برای مسیر حرفه‌ای برجسته‌ای که در ارتقاء دانش بیومکانیک داشته، اعطا میشود.
افزودن واقعیت به سرگرمی
بازی‌های ویدیویی و فیلم‌ها، از انیمیشن کامپیوتری استفاده میکنند تا هیجان و ماجراجویی را به تجربه بازی و تماشای فیلم اضافه کنند. استودیوهای فیلم و تولیدکنندگان بازی‌های ویدیویی نمی‌خواهند بازیگران زنده را در موقعیت‌های خطرناکی که در نمایشنامه نوشته شده‌اند بگذارند (شایدم بخوان، اما اگر این کار را بکنند بازیگرانشان را مثل دستمال مصرف میکنند، و هر کسی هم نمی‌خواهد با این مسئله سر و کار داشته باشد!)، بنابراین می‌توانند با انیمیشن، ماجراهای شخصیت‌ها را بسیار جذاب‌تر کنند.
سخت‌افزار و نرم‌افزارِ پردازشِ داده‌ِ استفاده شده در فیلم‌ها و بازی‌های ویدیویی، مشابه آنهایی است که در آزمایشگاه بیومکانیک برای تحقیقات استفاده میشود (برای اطلاعات بیشتر به فصل ۱۸ مراجعه کنید). در یک پروژه تحقیقاتی، داده‌ها برای پاسخ به یک سوال خاص جمع‌آوری میشوند. در صنعت سرگرمی، داده‌ها از ورزشکاران و بازیگران برای استفاده در انیمیشن جمع آوری میشند.
در یک استودیوی ضبط حرکت، حرکتِ یک ورزشکار یا بازیگر در حال انجام انواع فعالیت‌ها ضبط میشود. موارد ضبط شده، دیجیتالی میشوند (پردازش به شکلی که با نرم‌افزار کامپیوتری قابل دستکاری باشد، همانطور که در فصل ۱۷ توضیح داده شده است). سپس انیماتورها می‌توانند از نرم‌افزار کامپیوتری استفاده کنند تا فایلهای ضبط شده دیجیتالی را برای بازتولیدِ یک تصویر واقعی از اجراگر، در حال انجام حرکتی متفاوت از آنچه قبلا انجام داده - که بعضی شون برای یه بازیگر زنده خیلی خطرناکن - دستکاری کنند. در یک بازی ویدیویی، نرم‌افزار پیشرفته بازی، به شما اجازه میده تا خیلی راحت، شخصیتهای بازی رو به عنوان بخشی از داستان، دستکاری کنین.
در سال۲۰۰۵، گروهی از بیومکانیست‌ها و مهندسان، جایزه دستاورد فنی، یعنی اسکار رو از اکادمی علوم و هنرهای تصویری، برای مشارکتشان در بهبود کیفیت سخت‌افزار و نرم‌افزار استفاده شده در انیمیشنهای کامپیوتری دریافت کردند.
توسعه خودروهای ایمن‌تر
امروزه مسافران یک خودرو در مواقع ناگوار، بیشتر از گذشته در امنیت هستند. ویژگی‌های ایمنیِ قاب و بیرون خودرو، جوری طراحی شده‌اند تا در هنگام تصادف، انرژی را جذب کرده و سلامتیِ فضای داخلی و مسافرین را حفظ کنند. علاوه بر این، فضای داخلی اکثر خودروها شامل ویژگی‌های ایمنی مانند کیسه‌های هوا، صفحه داشبورد بالشتی، ستون‌های فرمان قابل شکستن به سمت خارج و پنجره‌های مقاوم در برابر شکستن و جذب‌کننده انرژی می‌باشد. همه این ویژگی‌ها به منظور کاهشِ نیروهای اعمال شده بر مسافر، در هنگام تصادف، و با افزایش زمان لازم برای به سکون رسوندن مسافر یا بخشی از بدنش و با پخش کردن نیروی اعمال شده بر روی یک ناحیه بزرگتر از بدن، هستن. تحقیقات بیومکانیک، بخش مهمی از طراحی این ویژگی‌های ایمنی هستن، و معمولاً شامل چهار بخش زیر است:
- شناسایی مکانیزم آسیب، یا چگونگی آسیب به سرنشین: تحقیقاتی که شامل تصادف‌های کنترل شده در آزمایشگاه‌ها و گزارش‌های تصادف میشوند، برای شناساییِ چگونگیِ آسیب‌دیدگی سرنشینانِ یک تصادف استفاده میشوند. هنگامی که نیروی برخورد، حرکت یک خودرو را تغییر میدهد، مسافران تا زمانی که نیروی نامتعادلی بر روی آنها عمل نکند (قانون اینرسی؛ برای جزئیات بیشتر به فصل ۴ مراجعه کنید)، به حرکت ادامه می‌دهند. با بازسازی تصادف، نشان داده میشود که مسافر پس از برخورد، چگونه حرکت کرده و مشخص میکند کدام بخش از داخل خودرو (کمربند ایمنی، کیسه هوا، پنل در، داشبورد، شیشه جلو و غیره) چه نیرویی را به بخش‌های مختلفِ مسافر (بازو، پا، تنه، سر و غیره) اعمال کرده اند و چه میزان نیرویی اعمال شده است. عروسک های تستِ تصادف (مدل‌های پیشرفته از بدن انسان که شامل سنسورهایی برای اندازه‌گیری بارگذاری اجزای مختلف بدن هستند) در تحقیقات آزمایشگاهی، برای به دست آوردن این اطلاعات استفاده میشوند.
- شناسایی سطوح پاسخ و شکستِ اجزای مختلف بدن، بافتها و اعضا: این اطلاعات از آزمایشگاه‌های تستِ اجسادِ اهدایی به دست می‌آید و برای شناسایی اینکه اجزای مختلف بدن، چقدر تحمل استرس را دارند، لازم هستن. هدفِ ویژگی‌هایِ ایمنیِ خودرو این است که سطح بارگذاری در طول یک تصادف را پایینتر از سطحی که موجب آسیب جدی، به ویژه به اجزای بدن حیاتی مانند مغز، قلب و دیگر اعضای داخلی می شود، نگاه داشت. بنابراین، اهمیت دارد که سطوح استرسیِ قابل اجتناب، شناخته شود.
- طراحی ویژگی‌های ایمنی برای فراهم کردن حفاظت: با داشتن اطلاعات در مورد اینکه چه قسمت‌های داخل خودرو، بار را بر روی بخشی از بدن اعمال میکنند و یک بخش از بدن، چه قدر بار را، قبل از اینکه آسیب جدی ببیند، می‌تواند تحمل کند ، داخل خودرو و سیستم محافظت از سرنشین می‌تواند بهبود یابد. ویژگی‌های ایمنی از قبیل بندهای شانه‌ای در کمربندهای ایمنی (حتی در صندلی‌های پشتی)، کیسه‌های هوا در پنل‌های جانبی درب‌ها و نگهدارنده های شیشه جلو، و صندلی‌های کودک بهتری، بر اساس این تحقیقات توسعه یافته‌اند.
- توسعه مدل‌های کامپیوتری از خودروها و سرنشینان: پس از اینکه اطلاعاتی در مورد اینکه مردم چطور در یک خودرو، در هنگام تصادف، حرکت میکنند و چگونه بافتها بارگذاری میشوند، به دست آمد، میتوان یک مدل کامپیوتری از این اطلاعات توسعه داد. تصادف خودروها و ساخت عروسکهای تست تصادف، پرهزینه هستند. با یک مدل کامپیوتری، پژوهشگران می‌توانند به راحتی و با کمترین هزینه، یک تصادف را شبیه‌سازی کنند و نتایج را برای بهبود ایمنی ساکنان استفاده کنند.
بهبود کیفیت میوه ها و سبزیجات قفسه های فروشگاهی
کلمه "بیو" در بیومکانیک به زندگی اشاره دارد. میوه‌ها و سبزیجات، موجودات زنده‌اند (اگرچه بیشتر ما نمی‌توانیم با آنها گفت‌وگو کنیم) و قوانین بیومکانیک برای بهبود کیفیت محصولاتی که در فروشگاه‌ها به فروش می‌رسند، استفاده میشوند.
بیشتر میوه‌ها و سبزیجات در یک مکان کشت میشوند و سپس به مکان دیگری برای فروش منتقل میشوند. خریداران محصولاتی با ظاهر خوب و بدون عیب و نقاط نرم را ترجیح می‌دهند. اگر محصولات خیلی خشک و خسته باشند، مردم از خرید آنها اجتناب میکنند که باعث ضرر برای فروشگاه میشود.
امور مورد نیاز از جمله برداشت، فرآوری، حمل و نمایش میوه‌ها و سبزیجات، می‌تواند به آنها آسیب بزند. مثل بافتِ بدن انسان، آسیب میوه یا سبزیجات، ناشی از استرس و کرنشی است که از مزرعه تا فروشگاه تحمل میکند. برای کاهش آسیب، باید حداکثر تحمل میوه‌ها و سبزیجات تعیین شده و روش‌های بهتری برای کاهش بارِ اعمال شده بین مزرعه و فروشگاه ایجاد شود. در برخی موارد، حداکثر تحمل یک میوه یا سبزیجات را میتوان با پرورشِ تلفیقیِ انتخابی تغییر داد و خطر آسیب را به‌طور کامل کاهش داد.
تطابق کفش با فعالیت
بسیاری از کفش‌ها برای این خریده میشوند که خریداران آنها را راحت، زیبا و قابل خرید میبابند (حداقل از برچسب قیمت شگفت زده نمیشن). تمام این ملاحظات ارزشمند هستند. اما انتخاب کفش باید اینو هم در نظر بگیره که کفش، رابطه‌ای بین کاربر و سطح است و به همین خاطر، می‌تواند بر عملکرد و خطر آسیب دیدگی تأثیر بگذارد.
بیومکانیک نقش بزرگی در طراحی کفش‌های تخصصی برای تأمین نیازهای فعالیت‌ها و ورزش‌های مختلف داره. تحقیقات انجام شده در بسیاری از آزمایشگاه‌های بیومکانیک، حرکات مورد نیاز پا در طول فعالیت؛ نیازهای اصطکاکی برای شروع، توقف، چرخش و نقطه اتکا شدن در سطوح مختلف؛ و نیروهایی که از زمین در طول هرگونه پرش و فرود در فعالیت رخ میدن، را اندازه‌گیری میکند. داده‌ها از افراد مختلفی که اون فعالیت رو انجام میدن، با استفاده از سیستم‌های ضبط حرکت و نیرو جمع‌آوری میشوند (برای اطلاعات بیشتر به فصل ۱۷ مراجعه کنید). این داده‌ها توسط شرکت‌های تولید کفش برای طراحی کفش‌هایی که حرکات را تسهیل و از پاها محافظت میکنند، استفاده میشوند.
چند مثال از ویژگی‌هایِ طراحیِ مبتنی بر بیومکانیک برای کفش‌های ورزشی شاملِ کفی-کفش‌های انعطاف‌پذیر که به جلو و عقب پا، اجازهِ حرکتِ طبیعی رو هنگام دویدن میدن، مواد جذب‌کننده‌ی شوک بهتر در زیر قسمت جلوییِ پا برای کفش‌های بسکتبال و یه چیدمان و اندازه متفاوت ستونک‌ها در کفش‌های استفاده شده در بیسبال و سافتبال.
تحقیقات بیومکانیک همچنین در طراحی کفش‌هایی برای افراد مبتلا به دیابت نقش داشته است. دیابت هم سیستم حسی و هم سیستم گردش خون را تحت تأثیر قرار میدهد. یک فشار بالا بر روی پا می‌تواند منجر به ایجاد زخم باز شود که ممکن است به راحتی عفونت بگیرد و برای جان و اندام مورد نظر خطرناک باشد. کفش‌هایی که طراحی شده‌اند، فشار بالای یک ناحیه آسیب‌پذیر را از پا حذف کرده و در عین حال به آزادی حرکت اجازه می‌دهند و به همین دلیل برای کاهش این خطر توصیه میشوند.
ممنوعیت تکنیک‌هایِ ورزشیِ بهبود یافته با بیومکانیک
بیومکانیستهای ورزشی به بهبود تکنیک‌های استفاده شده در اجرای رویدادهای مختلف علاقه‌مند هستند. در برخی موارد، تحلیل، منجر به تغییراتی در تکنیک شده است که سازمان‌های مربوط به ورزش، قوانین را به گونه‌ای تغییر داده‌اند که استفاده از تکنیک بهبود یافته را ممنوع اعلام کنند. در زیر، سه مثال اینچنینی آورده شده است:
در شنا، دِرَگ drag تولید شده توسط یه شناگر، حین حرکت درون آب، همون نیروی مقاومتی ه که باید بهش غلبه کنه (برای اطلاعات بیشتر به فصل ۱۱ مراجعه کنید). وقتی یک شناگر کاملاً زیرآب است، نیروی دِرَگ کمتر از زمانیه که شناگر روی سطح آب است. برای کاهش تأثیر دِرَگ، به شناگران توصیه شد که بعد از غوطه‌ور شدن در آغاز مسابقه و بعد از انجام یک دوَران در انتهای استخر، بیشتر در آب بمانند و پا بزنند. شناگران حرفه‌ای قادر بودند مسافت‌های قابل توجهی را زیر آب طی کنند، حتی بیشترین بخش هر دور را بدون به سطح آمدن برای گرفتن نفس. به همین خاطر، قوانین، تغییر یافت و محدودیت‌هایی برای مسافت و تعداد پا زدن زیر آب بعد از شروع یا دَوَران تعیین شد.
تکنیک استفاده شده برای جهش‌های بلند در طول سال‌ها تغییر کرده است و رکوردهای جهانی این ارتفاع افزایش یافته‌اند. یکی از چیزهایی مه بر تکنیک استفاده شده های-جامپِرها تاثیر میذاشت، مواد موجود در چاه فرود است. اون اوایل، یک چاه کم‌عمق پر از شن و یا پودر چوب استفاده میشد. برای فرود آمدن ایمن، جامپر معمولاً با پاها اول به زمین می‌آمد و سپس گلوله میشد تا به سکون برسد. پس از اینکه فرش‌های فومی ضخیم، جایگزین مواد چاه‌های شن و پودر چوب شدن، جامپرها دیگر نیازی به فرود با پا، برای ایمنی نداشتند. Dick Fosbury دیک فاسبری، های-جامپِر آمریکایی، تکنیک فلاپینگ را معرفی کرد و در بازی‌های المپیک سال ۱۹۶۸، مدال طلا را به دست آورد. در تکنیک معروف به "فلاپِ فاسبری"، جامپربا زاویه به تیر می‌رسد و در زمان تیک آف، پیچ می‌خورد تا سر و شانه‌هاش رو اول از روی میله و به شکل کمان‌دار و رو به آسمان، رد کنه. جامپر رو به پشت، روی تشک فومی فرود میاد، و خیلی امن به سکون میرسه، در حالی که انرژی کینتیکی سقوط جامپر، به انرژی کششی تشک تبدیل میشود (برای اطلاعات بیشتر در مورد تبدیل انرژی، به فصل ۷ مراجعه کنید). تحلیل نشان داد که با این تکنیک، مرکز جاذبه‌ی جامپر، نزدیک‌تر به تیر عبور میکند. به دلیل اینکه بخش بالایی بدن، در یه موقعیت کمانی، می‌تواند بیشتر به جلو خم بشه (جمع کردن) تا به عقب (بازکردن)، این تکنیک جدید پیشنهاد شد. جامپر به طور مستقیم به سمت تیر دوید و با یک پرشِ دوپایی،به بالا و جلو میپره، مثل یه سامِرسالت روبه جلو یا قل خوردن رو به جلو از روی میله. این تکنیک به طور چشمگیری از قالبِ سنتی متمایز بود که قوانین های جامپ تغییر کرد و اکنون یک پرش یکپایی الزامی است.
در پرش بلند، ورزشکار با سرعت به سمت یک گودال دویده و از روی یک تخته‌ی پرش، به سمت جلو میپره و در گودال فرود می‌آید. در لحظه‌ی پرتاب، ورزشکار، به خاطر تورک ایجاد شده حین فشار بر تخته، کُلی گشتاور زاویه ای تولید میکنه (برای اطلاعات بیشتر در مورد تورک و گشتاور زاویه‌ای به فصل‌های ۸ و ۱۰ مراجعه کنید). از تکنیک‌های مختلفی توسط ورزشکاران برای عمودی موندن در هوا در طول پرش بلند استفاده میشود. برخی از جامپرها از تکنیک سامرسالت برای انجام پرش بلند استفاده میکنند. پس از جداشدن از تخته، به جای تلاش برای حفظ حالتِ عمودی، جامپرجمع شده و یک سامرسالت رو به جلو را در هوا، قبل از فرود پاهایش در گودال انجام میدهد. چرخش زاویه‌ایِ ایجاد شده، حین پوش آف از تخته، بجای اثر منفی، اثر مثبتی خواهد داشت. به دلیلِ ترس از آسیب جدی با استفاده از تکنیک سامرسالت، استفاده از آن در پرش بلند ممنوع شد. (این ترس از سوی جامپرها نبود، بلکه از سوی تماشاگرانی بود که به این تکنیک عادت نداشتند. حدس من این است که این تماشاگران، هرگز یک مسابقه ژیمناستیک را تماشا نکرده بودند، جایی که حرکات چرخشی و پیچیده‌تر در هوا بعد از دویدن در امتداد دشک رخ میدهد.)
بازسازی دایناسورها
استخوان‌های دایناسورها، از اولین کشف علمی، در اوایل سالهای ۱۸۰۰، مردم را حیرت زده کرده اند. استخوان‌های بدست آمده از سایت باستان‌شناسی، یا آنهایی که به وسیله باد و فرسایش آب به نمایش درآمده‌اند، همه چیزی هستند که از این حیوانات باستانی باقی مانده است. اغلب، فقط یک اسکلت نیمه کامل یا حتی فقط یک استخوان نیمه کامل، بازیابی میشود.
از بیومکانیک برای بازسازی شکلِ استخوان‌هایی که از اسکلت مفقود شده اند و برای تعیین اینکه عضلات به کجایِ استخوان‌ها وصل بوده‌اند، استفاده میشود. قانون ولف Wolff (بخش ۱۳ را ببینید) اظهار میکند که شکل خارجی و ساختار داخلی یک استخوان، انعکاس‌دهنده بارگذاری آن با نیروهای خارجی ست، که شامل نیروهای کششی از طریق عضلات ست (بخش ۱۵ را ببینید). برای بازسازی ساختار عضلانی که به دایناسور شکل نهایی خود را میدهد، پژوهشگران ابتدا برجستگی‌های موجود بر روی استخوان‌ها را به عنوان نقاط اتصال عضلات شناسایی میکنند و سپس تعیین میکنند که اندازه عضله چقدر باید باشد تا برجستگی را ایجاد و حیوان را حرکت دهد. تفاوت‌های در اندازه پشت و پنجه، همچنین منعکس کنندهِ بارگذاریِ استخوان در حین حرکت و پشتیبانی میشود، و این تفاوت‌ها برای تعیین اینکه دایناسور به حالت ایستاده، با دو پا، با چهار پا یا ترکیبی از حرکت با دو پا و چهار پا حرکت می‌کرده، استفاده میشود.
طراحی یکنواخت و ارگونومیک
طراحی یکنواخت، به توسعه یا بازتوسعه محصولات و محیط ساخته شده روزمره، برای سازگاری با قابلیت‌های فیزیکی تمام افراد اشاره دارد. برای ابزارها و تجهیزات در محیط کار، از فرآیندی مشابه با نام طراحی ارگونومیک استفاده میشود. هدف هر دو، بهبود کارایی محصول و کاهش خطر صدمات، در هنگام استفاده از محصول باشد.
اصولا، ایده‌ی پشتِ طراحی یکنواخت و ارگونومیک این است که چیزها را برای مردم، بدون توجه به توانایی آنها، قابل استفاده کند. به جای طراحیِ محصول برای انجام یک کار، محصول برای مطابقت با افرادی که برای انجام کار، از آنها استفاده خواهند کرد، طراحی میشود. ابعاد و وزن یک محصولِ خوب طراحی شده، می‌تواند توسط تعداد زیادی از افراد بدون نیاز به تطبیق، استفاده شود.
بیومکانیک، یک بخش مهم از فرآیند طراحی یکنواخت/ارگونومیک است. ابعاد فیزیکی، یا انسان‌سنجی، و قدرت، انعطاف‌پذیری و حد تحملِ استقامتی کاربران بالقوه، شامل افراد معلول یا بیمار، در طراحی، مورد توجه قرار می‌گیرد.
نمونه محصولاتِ با طراحی یکنواخت شامل ابزارهای ساده‌ای مانند پوست‌کن سیب‌زمینی با دسته‌ی نرمتر و ضخیم‌تر است که در اصل، برای استفاده توسط افراد با محدودیت‌های انعطاف‌پذیری و قدرت در دست است، تا طراحی‌های پیچیده‌تری مانند حذف پله‌های جلویی و نصب درهای پهنتر در خانه های سالمندان، با هدف تسهیل دسترسی برای افرادی که از ویلچر استفاده میکنند، هستند.
یک نمونه از محصولِ با طراحی ارگونومیک، وجود پیچ‌گوشتی‌های و دریل های برقی با دسته استوانه‌ای یا دستگیره تفنگی است، که هر یک، در اندازه‌ی مختلف در دسترس هستند. تجهیز محل کار با دستگیره هایی به شکل و اندازه‌ی مناسب، به افراد با قدرت و اندازه‌ی دستِ مختلف اجازه میدهد تا از پیچ‌گوشتی یا دریل استفاده کنند. کارگری که از دسته‌ی مناسب استفاده میکند، قادر است مچ دست را راست نگه دارد و بازو را به بدن نزدیک نگه دارد تا خطر آسیب‌های ناشی از استفاده بیش از حد از مچ دست، زانو و شانه را کاهش دهد.
یک نتیجه غیرمنتظرهِ این رویکرد در توسعه محصول این است که در بسیاری از موارد، طراحی مجدد توسط گروه‌هایی که ابتدا هدفِ آنها نبودند، ترجیح داده میشود. به عنوان مثال، اصلاح ورودیِ یک خانه برای دسترسی آسانِ به ویلچر، شامل حذف پله‌ها از گاراژ به خانه و تنظیم آستانه، در همان سطحِ مسیر ورودیِ درِ اصلی است. این طراحی مورد استقبالِ افرادی با بچه های کوچک قرار گرفته است، زیرا ویژگی‌هایی که یک خانه را برای ویلچر قابل دسترس میکنه، به همان اندازه، آنرا برای کالسکه قابل دسترسی میکند.
کمک به طراحی پروتزها
از دست دادنِ دست یا پا، هزینه‌های اقتصادی و عاطفی بزرگی، به دلیل تأثیرشون بر کیفیت زندگی، دارن. تحقیقات بیومکانیک برای بهبودِ طراحیِ اندام‌های مصنوعی (که اغلب پروتز یا اندام‌های مصنوعی نامیده می‌شن) استفاده میشه. هدفش ایجاد یک اندام مصنوعیه که امکانِ انجامِ تا حد امکان بیشترِ عملکردِ اصلی را فراهم کند.
پیچیدگی پروتز بستگی به این دارد که آیا مال بازو ه یا پا و اینکه چقدر از اندام باید جایگزین شود. به دلیل چالاکیِ مورد نیاز برای انگشتامون، احتمالاً دست، سخت‌ترین پروتز برای طراحی و استفاده ست. در مورد اندام تحتانی، از دست دادن پا تا زیرِ زانو به این معنیه که فقط مشارکتِ مفصل مچ برای حمایت و حرکت، از دست داده میشود، در حالی که از دست دادن پا در میانه ران، به این معنیه که مشارکت هر دو مفصل زانو و مچ، از دست داده میشه، که انطباقِ عملکردِ این دو مفصل در یک پروتز را چالش‌برانگیز میکنه.
کانون توجه، برای بهبود طراحی پروتز، اینه که کاربر بتونه با استفاده از عضلات باقیمانده پس از از دست دادن اندام، عملکرد اندام مصنوعی را کنترل کند. سنسورهای موجود در اتصالات پروتز که با باقیمانده اندام طبیعی در تماسن، فعالیت عضلات را تشخیص میدن. در دوران توانبخشی، هدف اینه که کاربر بیاموزه چجوری پروتز را با استفاده از فعالیتِ عضلانی کنترل کنه.
کاهش وزن برای کمک به مفاصلتون
بارگذاری مفاصل، عاملِ حیاتی در شروع و پیشرفتِ بیماریِ تخریبیِ مفاصل یا آرتروز است (رجوع به فصل ۱۳). افراد سنگین‌تر در معرض خطرِ بیشترِ ابتلا به این بیماری هستند، به ویژه در مفاصل باسن و زانو. با این حال، وزنِ اضافی به تنهایی موجب افزایش بارگذاری نمی‌شه، بلکه نیاز به نیروی عضلانی بیشتر برای حرکت و حمایت از بخش‌های سنگین‌تر هم تاثیر گذاره.
در سالهای اخیر، بنیاد آرتروز از اظهاراتی مانند "هر پوندی که اضافه کنید، ۴ پوند فشار رو به زانوهایتان و شش برابر فشار را بر روی باسن تون اضافه میکنید" استفاده کرده است. این اظهارات، از نتایج یک پروژه تحقیقات بالینی می‌آیند که بیومکانیک مربوط به گام‌زدنِ افراد با وزنِ نرمال و اضافی را مقایسه میکند. اهمیت این اظهارات تو اینه که تأثیر وزنِ بیشتر بدنِ بر بارگذاری مفاصل را کمی‌سازی میکند. بنیاد آرتروز از این اظهارات به منظور تشویق افرادِ دارای اضافه وزن به کاهش اون استفاده میکند. کاهش حتی یک پوندیِ وزنِ بدن، در جلوگیری و پیشرفت آرتروز مفید است، بنابراین هر گونه کاهش وزن، مفیده. بیومکانیک نشون داده است که کاهشِ وزن، بار زیادی رو از روی باسن و زانوها، دو مفصلِ بسیار حساس به آرتروز و محدودکننده حرکت (در صورت ابتلا به آرتروز)، برمیداره.
