80-tajos un 90-tajos gados biomehānikas nozarē bija ļoti populāri veidot dažādu kustību simulācijas. Tika rakstītas disertācijas un zinātniskās publikācijas ar jaunām simulācijām, kuras bieži vien pēc tam neviens vairāk neizmantoja. Šobrīd, lai veidotu simulāciju, izmanto kādu no tam paredzētajām aplikācijām. Piemēram, viena šāda plaši izmantota ir OpenSim.
Es vienmēr esmu vēlējies izstrādāt skriešanas vai iešanas simulāciju, tāpēc nolēmu, ka ir pienācis laiks to darīt. Nolēmu, ka nevis izmantošu jau gatavu rīku, bet mēģināšu reproducēt kādu no pirmajām zinātniskajām publikācijām par kustības simulāciju. Izvēlējos divas 1980.gadā publicētas un savā starpā saistītas publikācijas:
Mochon, S., & McMahon, T. A. (1980). Ballistic walking. Journal of biomechanics, 13(1), 49-57.
Kā pēc nosaukuma jau var saprast, tad simulēšu iešanu. Simulāciju izstrādāju MATLAB programmēšanas vidē.
Zinātnē ļoti svarīgi ir spēja reproducēt pētījuma rezultātus. Ja tu kaut ko pierādi, tad kamēr tos pašus rezultātus neiegūst kāds cits, tu vēl neko neesi pierādījis. Netrūkst gadījumu, kad zinātniskās publikācijas ir vēlāk atsauktas, jo citām pētnieku grupām nav izdevies tās reproducēt. Šādos gadījumos bieži vien pie vainas ir nekvalitatīva pētījuma metodika, bet reizēm arī datu un rezultātu falsificēšana. Manas izvēlētās publikācijas ir bieži reproducētas, tāpēc pamēģināšu to izdarīt arī es.
Sāku ar pirmo publikāciju, kur viens no modeļiem ir ar taisnu balsta kāju(celis 180 grādi). Šim modelim ir vairāki ierobežojumi, lai nodrošinātu to, ka viena no kājām visu laiku atrodas uz zemes un soļa garums nemainās (ja tas mainītos, tad tā nebūtu iešanas simulācijas, bet gan 1 soļa simulācija). Balsta kāja ir viens nogrieznies, bet vēziena kāja ir 2 nogriežņi (augšstilbs un apakšstilbs). Pēdas tiek attēlotas, bet aprēķinos tiek ierēķinātas pie apakšstilba. Zinot visu šo ķermeņa daļu izmērus, masas, masas centrus, inerces momentus un leņķus, autori sastādija Kinētiskās un Potenciālās enerģijas vienādojumus. Tālāk izmantojot Lagranža metodi, atrada nepieciešamos leņķiskos ātrumus un paātrinājumus. Pēc tam šos lielumus izmantoja, lai simulētu kustību. Simulācijai kā sākuma vērtības, tika padotas locītavu leņķu un leņķisko ātrumu vērtības atgrūdiena kājas atsperšanās brīdī. Tālāk jau tika nosimulēta iešanas vēziena fāze. Lūk manis iegūtais rezultāts:
Otra šo pašu autoru publikācija ir turpinājums iepriekš apskatītajai. Šajā publikācijā autori ierēķināja to, ka lokās arī balsta kāja un balsta kājas pēda. Lūk iegūtais rezultāts:
Prieks, ka izdevās reproducēt 40 gadus vecas publikācijas. Animācijās redzamie simulāciju rezultāti ir tikai piemēri. Ar atšķirīgām sākuma vērtībām(leķņiem un leņķiskajiem ātrumiem), simulācijas rezultāts izskatītos nedaudz citādāks – garāks vai īsāks solis, augstāk vai zemāk pacelta vēziena kājā, ātrāk vai vēlāk iztaisnota vēziena kāja, ilgāks vai ātrāks solis utt.