Biomehanika (Modul C)

Visokošolski učitelji: Kamnik Roman
Število kreditnih točk: 6
Semester izvajanja: poletni
Kodo predmeta: 64263



Opis predmeta

Pogoji za vključitev v delo oz. za opravljanje študijskih obveznosti:

  • Vpis v letnik študija.

Cilji: Obravnavati osnovne zakone mehanike z vidikov uporabe pri razumevanju in analizi živih sistemov. Pridobljena znanja iz osnov biomehanike obsegajo področja mehanike materialov in mehanskih struktur ter gibanja s poudarki na rehabilitaciji in športu.

Vsebina: Uvod v biomehaniko; Analiza teles v mirovanju; Analiza biomehanskega sistema človeka v gibanju: načrtanje modela in računskih postopkov za določitev biomehanskih parametrov gibanja.

PREDAVANJA

1. Uvod v biomehaniko

2. Obravnava teles v mirovanju

  • statična obravnava
  • analiza elastičnih teles
  • deformacije
  • trdnost materialov

3. Biomehanski sistem človeka v gibanju

  • kinematika gibanja
  • energijske razmere
  • direktni dinamični model po Lagrangeu
  • inverzni dinamični model po Newton-Eulerju
  • mehanika sklepov in mišic
  • antropometrični podatki
  • lokomocija – stoja, hoja, tek, veslanje

LABORATORIJSKE VAJE

Namen laboratorijskih vaj pri predmetu Biomehanika je študente naučiti samostojnega pristopa k izvedbi analize biomehanskih parametrov pri gibanju človeka v rehabilitaciji ali športu. Vaje so zasnovane v dveh delih. V prvem delu vaj študentje s pomočjo predpripravljenih parcialnih primerov pridobijo osnovna znanja za rokovanje z merilno opremo, spoznajo se z metodologijo izvedbe ter obdelave meritev. Drugi del vaj je zasnovan projektno. Študentje v manjših skupinah izvedejo biomehansko analizo posameznih manevrov gibanja pri človeku. Cilj projektnega dela je analiza energijskih razmer, mehanizmov vzdrževanja ravnotežja in določitev obremenitev v sklepih telesa. Analizirani so dvigovanje bremena, hoja po ravnem, po stopnicah ali po vrvi, skok, veslanje ali kolesarjenje na ergometru. Študentje svoje rezultate primerjajo z rezultati iz znanstvene literature in jih na koncu semestra kolegom predstavijo v obliki predstavitve.

Video 12: Biomehanska analiza obremenitev pri boksu

Cilji in kompetence:

Cilj predmeta Biomehanika je študentu podati znanje tehniške mehanike, ki je uporabno pri študiju gibanja živih sistemov. Predmet vključuje področja, ki obravnavajo gibanje in mirovanje togih in deformabilnih teles. Študent spozna principe uporabe Newtonove mehanike in senzornih sistemov pri analizi gibanja človeka. Predmet daje teoretične osnove za interdisciplinarno delo na področju ocenjevanja ter rehabilitacijske ali športne vadbe gibalnega sistema človeka. Hkrati je z vidikov prenosa rešitev narave v tehniko pridobljeno znanje podlaga za razvoj robotskih sitemov, umetnih organov, biomaterialov, rehabilitacijskih pripomočkov, simulacijskih modelov in inteligentnih naprav za vadbo v rehabilitaciji in športu.

Predvideni študijski rezultati:

  • Razumevanje mehanizmov gibanja materialnih teles in znanje kako to uporabiti pri analizi gibanja človeka in učinkov na njegovo telo.
  • Razumevanje mehanizmov večnožne lokomocije in vzdrževanja ravnotežja.
  • Praktično poznavanje senzornih sistemov za merjenje parametrov gibanja in obremenitev človeškega telesa, ki so uporabna v kliničnem ali športnem okolju.
  • Poznavanje sodobnih sistemov vadbe v rehabilitaciji in športu z vodenim uporom ter sprotno biomehansko analizo in posredovanjem povratne informacije.

Metode poučevanja in učenja:

Na predavanjih so predstavljene teoretične osnove obravnavanih poglavij skupaj s prikazom rešitev enostavnih praktičnih primerov. Študentom je na voljo študijski material s podrobno vsebino. Praktično delo poteka v okviru laboratorijskih vaj. Te so zasnovane projektno v več delih, v katerih se študentje postopoma seznanjajo s problemom in instrumentacijo. Projektno skupino sestavljata dva ali trije študentje, ki opravijo biomehansko analizo gibalnega manevra pri športni vadbi, npr. skoka, kolesarjenja, veslanja ali teka. Ob koncu semestra študentje poročajo o končnih rezultatih s primerjavo izsledkov iz literature.





Gradiva

  1. J. D. Humphrey, S.L. Delange, An Introduction to Biomechanics, Solids and Fluids, Analysis and Design, Springer Verlag, New York, 2004.
  2. Y.C. Fung, Biomechanics, Mechanical Properties of Living Tissues, Springer Verlag, New York, 2004.
  3. D. A. Winter, Biomechanics and Motor Control of Human Movement, John Wiley & Sons, New Jersey, 2009.
  4. D. Knudson, Fundamentals of Biomechanics, Springer, New York, 2007.
  5. M. Nordin, V. H. Frankel, Basic Biomechanics of the Musculoskeletal System, Wolters Kluwer Health, 2012.
  6. P. McGinnis, Biomechanics of Sport and Exercise, Human kinetics, Auckland, 2004.



Študiji na katerih se predmet izvaja

  • 1 letnik - 2. stopnja - Elektrotehnika - Elektronika
  • 1 letnik - 2. stopnja - Elektrotehnika - Elektroenergetika
  • 1 letnik - 2. stopnja - Elektrotehnika - Biomedicinska tehnika
  • 1 letnik - 2. stopnja - Elektrotehnika - Avtomatika in informatika
  • 1 letnik - 2. stopnja - Elektrotehnika - Mehatronika
  • 1 letnik - 2. stopnja - Elektrotehnika - Robotika
  • 1 letnik - 2. stopnja - Elektrotehnika - Informacijsko komunikacijske tehnologije