Anàlisi del problema del repartiment muscular en la marxa humana

Abstract

Aquest projecte correspon a l'estudi cinemàtic i dinàmic de la marxa humana centrat en l'anàlisi de les forces musculars de les extremitats inferiors del cos humà. La determinació de les forces musculars és un dels problemes més importants de la biomecànica del moviment humà ja que el cos humà és un sistema sobreactuat, és a dir, hi ha més músculs que graus de llibertat del sistema musculo-esquelètic. Com a conseqüència, el nombre d'equacions del moviment del sistema biomecànic és inferior al nombre de forces musculars, el que implica que per un mateix moviment hi ha infinites combinacions de forces musculars que el poden generar. Aquest fet és conegut com el "problema del repartiment muscular" ja que hi ha indeterminació al càlcul de les forces musculars. En aquest estudi, s'investiga la solució d'aquest problema en l'anàlisi dinàmica inversa. En primer lloc, es presenten els conceptes bàsics de la interacció entre el Sistema Nerviós Central (SNC) i els músculs. Posteriorment, s'ha realitzat una cerca bibliogràfica en models musculo-esquelètics utilitzats en estudis biomecànics i s'ha identificat el model per a representar el cos humà al caminar. Les dades cinemàtiques s'han capturat mitjançant un sistema òptic i les dinàmiques, corresponents a les forces i moments de reacció amb el terra, mitjançant dues plaques de força. S'ha fet la captura al Laboratori de Biomecànica del Departament d'Enginyeria Mecànica de la UPC. Altres dades com són la longitud dels músculs o els braços de palanca d'aquests s'han obtingut del programa de biomecànica anomenat OpenSim. Mitjançant l'aplicació de la dinàmica inversa, s'han trobat les forces i els moments resultants a les articulacions. Partint d'aquestes dades, s'ha plantejat un problema d'optimització que resol el problema del repartiment muscular minimitzant unes certes funcions de cost. Aquestes funcions objectiu es basen en criteris fisiològics que es creu que el cos humà minimitza durant el moviment de marxa. Finalment, es presenten les conclusions del treball on es mencionen les fites aconseguides però també els aspectes a corregir o millorar. Es presenta també com a treball futur una sèrie de punts en els que es treballarà de cara a completar els estudis de doctorat.