Определение биомеханики
Биомеханика – это междисциплинарная область, которая применяет принципы физики к биологическим системам, чтобы понять, как организм двигаться и взаимодействовать с окружающей средой. Биомеханика занимается всем, от микроскопических систем, таких как мускул сокращение в клетках, вплоть до крупномасштабных движений всего тела, как прыгающая кошка. Биомеханика применяет законы физики в отношении рычагов, шкивов и других известных функций для определения и понимания сложных сил, связанных с биологическими системами. Карьера в биомеханике означает изучение биологических систем и изучение их или создание устройств, основанных на сочетании биологических и физических принципов.
История биомеханики
Биомеханика имеет долгую и запутанную историю, уходящую в эпоху Аристотеля и первых философов. Эти люди стремились понять движущие силы, стоящие за жизнью, и поэтому они изучали, как животные двигались и что вызывало эти действия. Опираясь на свои успехи, мыслители Ренессанса добавили к этим понятиям. Леонард Да Винчи до сих пор известен своими работами анатомия а также физиология, который включил в себя некоторые из первых математических биомеханики на записи. Современные инженеры-биомеханики пошли по их стопам.
Идеи, лежащие в основе биомеханики, получили распространение в 1500-х годах, с трудами Декарта и других, которые механически рассматривали мир. Так родилась наука об автоматах, или идея, что все существа были просто биологическими машинами, которые реагировали на раздражители так же, как и машины. Эта идея пленила ученых на протяжении сотен лет, поскольку она дала бы абсолютную способность контролировать и манипулировать этими машинами. Однако, по мере развития науки, сложности живых машин становились бесконечно запутанными. Поле разветвляется на множество подразделений.
Современная биомеханика имеет бесчисленные преимущества перед первопроходцами науки. Современные технологии могут обеспечить понимание и измерения, которые наука никогда прежде не могла получить. Например, большее понимание нервных импульсов пришло после изобретения ЭЭГ, теста, в котором компьютер контролирует электрические сигналы, передаваемые между клетками. Дальнейшие достижения в микробиология и химия выявили внутреннюю микроскопическую структуру мышц. Это позволяет инженерам-биомеханикам иметь полное и четкое представление о теле и о том, как оно работает. Эти достижения не были оставлены впустую. Новые достижения в области биомеханики и биотехнологии позволяют применять новые методы лечения, такие как протезирование и орган замена. Наука может не только создавать новые суставы для старых тел, но наука продвинулась достаточно далеко, чтобы мы теперь могли выращивать органы, используя специализированные стволовые клетки, распыляемые на 3D-модели. Возможности биомеханики стремительно расширяются.
Карьера в биомеханике
Пути к карьере в области биомеханики могут различаться, но почти всегда включают курсы по инженерии и биологии. Общие степени бакалавра предлагаются, которые обеспечивают введение в биомеханику, но большинство специалистов имеют степень магистра или выше. Дальнейшая курсовая работа часто необходима после получения степени бакалавра, чтобы понять сложную математику и биологию, лежащие в основе области. Инженер-биомеханик нередко получает диплом инженера и доктора медицины. Однако, как только поле понято, возможности безграничны.
Медицинская биомеханика имеет дело с человеческим телом и участвует во всем, от замены конечностей и органов до понимания сложных сил, с которыми сталкиваются спортсмены во время занятий спортом. Ортопедия и протезирование поля, которые имеют дело с заменой потерянных или отсутствующих конечностей. Эти ученые объединяют изобретение с биологией, стремясь обратить вспять изнурительные состояния. Другие, как те, кто изучает спортивную биомеханику, сосредотачиваются на физике, занимающейся сложными видами спорта. Эти специалисты дают оценку нанесенного ущерба и способы его избежать, например, носить шлем. Третьи сосредотачиваются на напряжении повторяющихся задач. Область эргономики изучает естественное положение тела и как создаются стрессы. Третьи, такие как специалисты по реабилитации, практикуют биомеханику, чтобы дать прикованным к постели пациентам упражнения без напряжения.
Другие ученые используют биомеханику по разным причинам. Понимание физики животного часто может привести к пониманию его роли в окружающей среде. Экологи и другие полевые ученые используют биомеханику, чтобы понять различные нагрузки на организм. Они могли измерить напряжение, которое дерево встречает на ветру, или измерить величину трения, которое испытывает дельфин во время плавания. Эти наблюдения могут привести к пониманию о животном или экосистема или даже привести к новым устройствам, чтобы помочь людям. Современные инженеры-биомеханики часто используют компьютеры при моделировании. Это известно как вычислительная биомеханика и приведет к большему пониманию всех биологических систем. Специалисты в этой области также проходят обучение компьютерным информационным системам, чтобы использовать возможности современных компьютеров в своих исследованиях.
Ссылки
- De luliis, G. & Pulera, D. (2007). Рассечение позвоночных. Амстердам: Академическая пресса.
- Нельсон Д.Л. и Кокс М.М. (2008). Принципы биохимия, Нью-Йорк: W.H. Фримен и Компания.
- Роллин Б. Э. (2006). Права животных и нравственность человека (3-е изд.). Нью-Йорк: Книги Прометея.