Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser Anders Eriksson och Elena Gutierrez-Farewik KTH Mekanik, (E G-F även KI, Kvinnors och barns hälsa)

KTH Mekanik2 Biomekanik, muskelarbetets mekanik

KTH Mekanik3 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

KTH Mekanik4 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.

KTH Mekanik5 Typiskt resultat Förenklad ’crash test dummy’. Mekanisk modell. Antaget: krockförutsättningar bara muskeleffekter ska bromsa nackvinkeln skadekriterium Slutsats: Oförberedd, Maxhastighetca 28 km/h Förbereddca 43 km/h Produkt: krocksensor för förhandsvarning.

KTH Mekanik6 Redundanta kraftsystem Jämvikt i system med redundanta kraftvägar. (Höggradigt) redundanta system. Alternativa rörelse- mönster och kraft- fördelningar. Hur väljer naturen?

KTH Mekanik7 Kapacitet i olika positioner, ur antagna muskeldata

KTH Mekanik8 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.

KTH Mekanik9 Dynamisk situation: rörelseanalys Att kunna mäta och beskriva rörelser…. för många olika syften Och att använda dessa i simuleringar.

KTH Mekanik10 Principer En markör sedd av flera kameror Flera 2D bilder räknas till en 3D bild kamera

KTH Mekanik11 Hur det fungerar

KTH Mekanik12 Hur det fungerar

KTH Mekanik13 Ett exempel (av många) Klinisk rörelseanalys (anonymiserad!) Före och efter.

KTH Mekanik14 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

KTH Mekanik15 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.

KTH Mekanik16 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) Preliminär algoritm finns utvecklad

KTH Mekanik17 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)

KTH Mekanik18 Eller, i annan form Mekanik ger bra modeller för musklernaMen, någon annan får ge muskler till modellerna: