Навигация

Статья

БИОМЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ СРЕДЫ НА ВЫПОЛНЕНИЕ ДВИГАТЕЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ: ОБЗОР КОНЦЕПТУАЛЬНЫХ ПОДХОДОВ (0.48 Mb, pdf) Прочитать
Авторы:
Померанцев Андрей Александрович
Яковлева Полина Игоревна
Высоцкая Екатерина Анатольевна
Аннотация:

Цель – выявить особенности различных подходов к учёту влияния среды на выполнение двигательных действий.

Методы исследования. Для определения преимуществ, недостатков и ограничений различных подходов анализировалась научная литература. Вместе с тем для более глубокого понимания функциональности различных методов было проведено их непосредственное тестирование на конкретных примерах (in silico). Основным методом являлся метод компьютерного моделирования, включающий: 3D-моделирование тела человека, моделирование действующих гидродинамических сил, моделирование кинематики движения в среде.

Результаты. В статье представлены четыре подхода для оценки влияния среды на выполнение двигательных действий: 1) качественный аналитический подход; 2) подход на основе суммировании моментов сил в системе рычагов двигательного аппарата человека; 3) подход на основе вычислительной гидродинамики; 4) подход на основе рекуррентного физико-математического моделирования. Наиболее оперативным является качественный аналитический подход, основанный на сопоставлении направлений движения и векторов действия сил. Такой подход позволяет получить принципиальный ответ, способствуют или препятствуют гидродинамические силы выполнению двигательного действия, без точных количественных значений. Подход на основе расчета моментов сил позволяет определять нагрузку на сжатие и скручивание в конкретных суставах, однако применим только для статических или медленных движений. Вычислительная гидродинамика позволяет непосредственно увидеть процесс обтекания неподвижного движителя средой и точно рассчитать действующие гидродинамические силы. Однако подход не учитывает влияние самих сил на движитель, а также не позволяет смоделировать сложные траектории движения. Подход на основе рекуррентного физико-математического моделирования является наиболее универсальным, позволяющим рассчитывать кинематику движения. Подход имеет большие перспективы за счет возможности надстройки алгоритма и дополнения его необходимыми переменными и коэффициентами.

Заключение. Очевидно, что полноценный анализ влияния среды на выполнение двигательного действия требует комплексного применения всех четырех представленных подходов.

Список литературы:
  • Адашевский, В. М. Физико-математическое моделирование для определения основных биомеханических характеристик в плавании / В. М. Адашевский, Д. А. Бородавченко // Педагогика, психология и медико-биологические проблемы физического воспитания и спорта. – 2007. – № 8. – С. 3-5.
  • Померанцев, А. А. Исследования по спортивной биомеханике с применением оптико-электронных методов регистрации параметров движения / А. А. Померанцев. – Липецк : Липецкий государственный педагогический университет имени П. П. Семенова-Тян-Шанского, 2018. – 233 с. – ISBN 978-5-88526-920-9.
  • Померанцев, А. А. Компьютерное моделирование взаимодействия биомеханической гребной системы (БГС) со средой / А. А. Померанцев // На рубеже ХХI века. Год 2004-й: Научный альманах МГАФК / Московская государственная академия физической культуры. – Малаховка : Московская государственная академия физической культуры, 2004. – С. 360-367.
  • Померанцев, А. А. Методика пространственной реконструкции подводной траектории движения весла как основа теоретических и прикладных исследований в гребном спорте / А. А. Померанцев. – Липецк : Липецкий государственный педагогический университет имени П. П. Семенова-Тян-Шанского, 2012. – 184 с. – ISBN 978-5-88526-586-7.
  • A Review in Biomechanics Modeling / A.M. Let, V. Filip, D. Let, S. Mihai // Proceedings of the International Conference of Mechatronics and Cyber- MixMechatronics, 2020. DOI:10.1007/978-3-030-53973-3_17.
  • Analysis of a normal and aero helmet on an elite cyclist in the dropped position / P. Forte, D.A. Marinho, T.M. Barbosa, J.E. Morais // AIMS Biophysics. – March 2020. – 7(1). – С. 54-64. DOI: 10.3934/biophy.2020005.
  • Analysis of cyclist’s drag on the aero position using numerical simulations and analytical procedures: a case study / P. Forte, D.A. Marinho, P.T. Nikolaidis, B. Knechtle, T.M. Barbosa, J.E. Morais // International Journal of Environmental Research and Public Health. – May 2020. – 17(10). – 3430. DOI: 10.3390/ijerph17103430.
  • Dynamic simulation of flat water kayaking using a coupled biomechanical-smoothed particle hydrodynamics model / S.M. Harrison, P.W. Cleary, R.C.Z. Cohen // Human Movement Science. – 2019. – Vol. 64. – C. 252-273. DOI:10.1016/j.humov.2019.02.003.
  • Jiang, L., Research on 3D simulation of swimming technique training based on FPGA and virtual reality technology / L. Jiang // Microprocessors and Microsystems. – 2021. – Vol. 81. – 103657 DOI: 10.1016/j.micpro.2020.103657.
  • Karmanov, S. P. Modeling of breaststroke swimming / S. P. Karmanov, F. L. Chernous'ko // Doklady Physics. – 2014. – Vol. 59. – No 2. – С. 103-106. DOI: 10.1134/S1028335814020104.
  • Lighthill, J. Mathematical Biofluiddynamics / J. Lighthill. – Philadelphia: SIAM, 1975. – 281 c.
  • Linthorne, N.P. The effect of wind on 100 m sprint times / N.P. Linthorne // Journal of Applied Biomechanics. – 1993. – 10 (2). – C. 110-131. DOI: 10.1123/jab.10.2.110.
  • Mureika, J.R. A realistic quasi-physical model of the 100 m dash / J.R. Mureika // Canadian Journal of Physics. – 2001. – 79(4). – С. 697-713. DOI: 10.1139/p01-031.
  • Numerical investigation of the impact of Kenenisa Bekele’s cooperative drafting strategy on its running power during the 2019 Berlin marathon / G. Polidori, F. Legrand, F. Bogard, F. Madaci, F. Beaumont // Journal of Biomechanics. – 2020. – Vol. 107. – 109854, DOI: 10.1016/j.jbiomech.2020.109854.
  • Numerical simulations of a swimmer’s head and cap wearing different types of goggles / D.A. Marinho, D. Willemsen, T.M. Barbosa, A.J. Silva, J.P. Vilas-Boas, H.P. Neiva, P. Forte // Sports Biomechanics. – 2021. DOI: 10.1080/14763141.2021.1923793.
  • Quinn, M. The effects of wind and altitude in the 400-m sprint / M. Quinn // Journal of Sports Sciences. – 2004. – 22:11-12. – C. 1073-1081. DOI:10.1080/02640410410001730016.