ihminen_kone

Tulevaisuudessa ihmiseen operoidaan uusia osia yhä enemmän. Viat liittyvät usein kehon liikkuviin osiin, kuten niveliin, joihin kohdistuu jatkuvaa rasitusta. Toisaalta eräät liikkuvat osat kuten luusto kärsii liian vähäisestä rasituksesta. Vaurioiden synty voidaan estää, mikäli oireisiin tartutaan ajoissa. Apu tähän löytyy konetekniikasta.

Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa sovelletaan koneiden mallintamista ihmiseen. Biomekaniikka, jossa tutkitaan elimistöön vaikuttavia voimia mekaniikan avulla, on alana kovassa nousussa. Biomekaniikka tarkastelee ihmiskehon liikettä ja liikkumisen mekanismeja, auttaa ymmärtämään tuki- ja liikuntaelin vammojen syntymekanismeja ja ennaltaehkäisemään vammojen uusiutumista. LUT:ssa biomekaniikan tutkimuksissa yhdistetään konetekniikkaa, liikuntatieteitä ja lääketiedettä.

Tutkimuksissa konetekniikan simulointimalleja sovelletaan koneiden sijasta ihmisen lihaston ja luuston mallintamiseen. Koneiden toiminta jakautuu mekaniikkaan, toimijärjestelmään ja ohjauslaitteisiin. Ihmisellä niitä vastaavat luusto, lihakset ja aivot.

LUT:ssa on tutkittu simulointitekniikalla ihmisen polven dynamiikkaa liikunnan aikana ja kehitetty biomekaanista mallia polvinivelestä. Tutkimuksessa simuloidaan polviin kohdistuvaa kuormitusta ja tutkitaan, millaisia kuormitteita niveliin syntyy. Tietojen avulla selvitetään mm. miten ruston kulumista voitaisiin estää ja miten tekonivelten vaihtaminen voitaisiin toteuttaa nykyistä paremmalla tekniikalla. Tuloksia käytetään esimerkiksi kirurgisten menetelmien sekä keinonivelen suunnittelussa ja niveltukien räätälöinnissä.

Täsmätreeniä osteoporoosin ehkäisyyn

Tutkimusten avulla on saatu myös tietoa kuntosaliharjoittelun vaikutuksesta luiden vahvistumiseen. Tutkimuksessa etsittiin parhaita fyysisiä harjoitusohjelmia osteoporoosin ehkäisyyn. LUT:n kehittämällä menetelmällä ihmisen liikkumista mallinnetaan virtuaalisesti: koehenkilön luustosta ja lihaksista otetaan magneetti- ja tietokonetomografiakuvia ja simuloinnissa virtuaaliselle mallille opetetaan ihmisten lihasten käyttäytymistä. Näin saadaan selville, miten erilaiset fyysiset harjoitteet vaikuttavat luuston vahvistumiseen.

Lisäksi virtuaalimallinnusta on tehty hiihtäjästä, ensimmäisenä maailmassa. Tutkimuksia varten hiihtäjään kiinnitettiin antureita, ja hänen hiihtämistään kuvattiin usealla kameralla. Antureiden liikeradat mallinnettiin tietokoneelle, ja niistä kehitettiin virtuaalinen hiihtäjä, jota voidaan muokata edelleen. Mittaustulosten avulla jokaiselle hiihtäjälle saadaan luotua oma malli, jolla hiihtäjän tekniikkaa voidaan analysoida ja korjata.