运动生物力学研究技术的发展与存在问题

王莹 郑州澍青医学高等专科学校

对于学术界的研究来说，物理学家对生物体运动，尤其是人体运动有较高的研究热情和积极性。但是从研究的现状来说，运动包含了简单的机械运动以及复杂的生命运动等。虽然专家学者对此展开了深入、全面的论述和分析，但是在研究过程中仍然还存在无法解决的问题。对于这部分问题，当前甚至缺乏清晰、准确的内容表述。甚至对于部分情况而言，难以进行问题的提出，也有很多没有被发现的情况。这些也都使当前生物力学研究处于初级阶段，同时这些问题存在也是推动我国核电技术飞速发展的原因所在。对于生物运动力学问题进行解读，本质上是基于研究技术决定的。过去在进行分析上，主要是基于测量技术的发展，而今则是基于分析技术发展。在进行运动生物力学研究上，通过对技术发展的分析，能够促使我们了解当前学术界已经完成了哪些研究、当前正在开展的研究内容以及未来要进行怎样的研究、如何进行研究工作开展等。在进行运动生物力学研究上，研究取得了一定能成绩后，我们必须要充分意识到当前技术发展过程中遭遇的问题，并重视对问题的优化和改善，通过强化技术研究，能够促使我们在运动生物力学研究上，取得较为出色的突破性进展。

一、运动生物力学的原理性分析研究阶段

对于生物体运动力学问题的探讨，事实上，从目前的研究现状来说，公元前古希腊哲学家以及自然科学家亚里士多德对此也给予了较高的关注。早期在运动生物力学的研究上，列奥纳多·达·芬奇也立足力学以及人体解剖学视角出发，针对人体运动以及姿势进行了细致的探讨。在这个阶段的研究上，学者在进行人体步态力学的探讨上，和当前近代身体运动学的研究有较高的相似性。而且，列奥纳多·达·芬奇在研究的过程中，其通过大量的分析，也提出了所有能够运动的物体在运动实现上，都是基于力学定律达成的。1615年的时候，哈维在研究上，针对人体运动进行了剖析，同时在研究上其引入了力学质量守恒法则以及流体力学连续原理，通过分析指出，事实上对于人体而言，人体会有循环系统的存在。虽然哈维一生都没有看到这个循环系统，但是从理论角度来说，无疑他的推论有较为突出的意义。后来经过了半个多世纪，马皮希通过实验的方式对列奥纳多·达·芬奇给出的这个观点进行了实验的验证。进入到17世纪后，笛卡尔在研究中，尝试将人体看作是一个机器，其在针对人体运动的研究上，立足纯力学的观点出发，完成了复杂人体结构魔性的构建。在其构件的这个模型中，将神经功能纳入其中。毫无疑问，他的研究思想有较为出色的创造价值。当前，依然有很多学者在针对其观点进行深入的分析，并进行了理论的不断丰富。通过大量的研究，促使我们在运动生物力学研究领域，也取得了较为出色的研究成绩。此外，同样是在17世纪，博雷利在研究的过程中充分的融合了解剖学和力学，从系统的视角出发，针对人以及动物的运动进行了阐释和研究，结合研究观点的分析，博雷利成功完成了《论动物的运动》的编写。《论动物的运动》是目全球首部运动生物力学作品。

在这个阶段中，虽然有不少专家学者针对生物运动力学问题展开了丰富的探讨，但是这些研究依然仅仅是立足原理视角来进行问题的分析。在观点研究的过程中，其核心的工作内容仅仅是基于力学来进行以前没有被纳入力学领域问题的探讨和解决。在研究过程中，学者对人体运动力学问题给予了较高的关注。通过这些原理性问题的研究和探讨，为后续深入进行相关研究工作的深入推进奠定了扎实的基础。

二、关于运动生物力学的实验测量技术研究阶段

随着学术界学者研究的不断深入，学者在进行运动生物力学研究工作开展上，在研究的过程中，不再是单纯停留在原理性分析阶段，而是逐步开始进入到实验测量阶段。最早将运动生物力学观点引入到实验测量阶段的学者是韦伯兄弟。其在1836年的时候，在研究的过程中针对计时方式引入发条时钟方式，并针对人体运动过程中的基本位移运动特点进行了研究，主要是人体在行走过程中的空间以及时间特点等。通过研究，其明确提到，要想确保有较快的行走速度，要求在过程中有尽可能少的支撑时间。另外，在该领域的研究中，缪勒的研究则是围绕人体的走动以及跑动过程中的运动特点和规律进行了探讨。缪勒在进行具体的研究实验开展上，选择人体在走动以及跑动过程中的特点进行了研究，同时认为人在走动以及跑动的过程中，人体下肢支撑期和摆动期之间存在较为突出的时间、比例关系。但是在研究中，由于多方面因素的制约，致使其在相应的研究工作开展上，比如真正实现对整个运动过程中影像的描记。对于运动生物力学的研究发展来说，在历史进程中，其中一个最关键的节点是麦布里奇在1877年的时候对马奔跑动作进行了连续照片的拍摄。为了确保照片拍摄的效果，其在拍摄时共计使用了24架照相机，通过这种方式完成对马连续奔跑时动作的记录。在完成了对马屁奔跑动作的记录后，其又使用这些照相机针对人体的行走以及跑的动作进行了连续照片的拍摄。通过对这些资料展开深入的研究，其在1901年完成了《运动中的人体图像》的撰写并成功发表。通过麦布里奇的这些研究，为后续深入进行影响测量方法的研究奠定了扎实的研究基础。同时其研究也促使影响分析得以萌芽和发展。为纪念麦布里奇在运动生物力学研究领域作出的贡献，在第11届国际生物力学大会上专门设立了“麦布里奇杰出贡献奖”，对所有为推动运动生物力学发展做出优秀成绩的专家和学者予以表彰。随后，马勒、德美尼等人给出了运动轨迹定片照相法和连续光点照相法，迄今还有不少学者在进行人体运动研究时使用这些方法。在运动生物力学研究的进程中，布拉温以及菲舍尔通过尸体解剖测量技术的引入，对人体环节质量以及环节质心参数进行了测量，并结合测量结果完成首个人体质量分布模型构建。这些研究为后续更好进行人体运动数理分析奠定了坚实的研究基础支撑。

对于运动生物力学实验测量技术的研究而言，其中还有一个突出的节点是希尔在研究中通过使用青蛙的缝匠肌，针对肌肉缩短过程中的肌张力、肌缩短速度、肌肉产生的热量及肌肉维持挛缩状态所需热量进行了分析，并引入热力学第一定律，完成希尔方程的构建。方程获取的结果和具体实验研究结果之间有较高的一致性，其也因此成为肌肉力学理论研究基础的奠基者。通过大量的实验分析，证实了在运动生物力学研究上，正式步入到实验测量技术阶段。

三、运动生物力学的现代测量技术阶段

随着技术的升级和发展，促使当前在运动生物力学的研究上也取得了较为出色的突破和成绩，当前也已经逐步步入到现代测量技术阶段。对于现代测量技术阶段而言，其是源于当前信息技术以及计算机技术的发展，此时在进行运动生物力学的研究上，有了更丰富的研究技术支撑。其中最突出的研究技术就是智能分析技术。

在研究历程中，阿马尔经过大量的实验分析和探讨，完成了全球首台两分量测力平台的构建。通过该平台的研发，能够推动运动生物力学研究步入到全新阶段。后莱曼德通过研究提出了肌电测量技术。阿马尔和埃弗特曼等在研究的过程中，通过围绕人体运动效率进行深入的分析和探讨，并结合获取的研究结果提出了力能学测量技术。在该技术的基础上，也有不少学者对其展开了深入研究，完成了肌力优化技术和能量优化技术的研发。现代科技的发展，促使传感、高速影像等不同技术出色的应用，为此在这种背景下，学术界在进行人体运动研究上，也步入到三维运动学以及空力学空间研究阶段。随着计算机信息技术的发展，人们可以利用计算机进行人体运动的模拟，在这种情况下，促使在运动生物力学研究上也取得了突破性的研究进展，研究者在进行人体运动研究上可以借助计算机进行人体惯性参数的测量和模拟，从而在这个基础上实现人体质量分布模型的构建。

所以进入到全新的研究阶段后，在运动生物力学的研究上，可以实现现代化研究技术的引入，促使在进行研究过程中能够有更丰富的研究技术支撑，同时还可以实现清晰力学图像的构建。当前，在学术界的研究过程中，学术界的学者们也已经意识到高新技术引入对运动生物力学研究的价值和意义，并能够不断进行相应研究理论的拓展，重视在当前运动生物力学研究过程中技术难题的合理剖析，并运用技术来实现问题的解决。唯有如此，方可确保在运动生物力学的相关研究上，能够取得质的突破。

四、结论

总之，随着时代的进步和发展，当前我们在运动生物力学研究领域也取得了较为出色的研究成果和研究成绩。但是在看到当前学者在运动生物力学研究领域取得较为出色的研究突破同时，我们也必须意识到，对于运动生物力学的研究而言，当前依然还存在一些需要解决的问题，主要是对于运动生物力学研究过程中，如何实现运动学习与控制、肌力与肌电二者之间的关系以及力学量如何实现体内传递等。在未来关于运动生物力学的研究工作开展上，既要重视对既有研究成果的充分尊重，同时还要在研究的同时，不断发展运动生物力学研究过程中存在的问题，并结合这些问题，引入更多先进技术，实现对运动生物力学研究的不断深入，促使我们在运动生物力学研究领域能够取得更具突破性的研究成绩。