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运动生物力学的意义与未来发展

时间:2018-06-01 来源:学术堂 所属分类: 运动生物力学论文 本文字数:4804字
  摘要:运动生物力学在我国体育事业发展史中有着举足轻重的地位, 是体育科学演变的新兴方向。在科技日新月异的今天, 我们不能只看运动生物力学对我国体育事业发展有益的一面, 也要客观地承认它的局限性。通过文献资料法、逻辑分析法从运动生物力学的意义、发展现状以及发展趋势指出我国运动生物力学在发展中的局限性, 并提出相关意见, 以为我国体育“顶天立地”之目标添砖曾瓦。
  
  关键词:运动生物力学; 发展趋势; 局限对策;
  
  运动生物力学在众多体育学科中有着举足轻重的地位, 运动生物力学对我国体育事业的进步起着至关重要的作用。当今社会, 对于有机体, 尤其对人体研究这方面已经开始应用力学原理, 生物力学已经成为在多个学科融合中重要的学科体系, 而运动生物力学的产生便是基于生物力学这学科基础之上。它是结合体育学科演变的一个新方向, 运动生物力学的存在和前进, 已经在理论、方式、测定分析等内容都得到了一定的承认。但认真思考解析运动生物力学和生物物理力学的近况时, 在认可于巨大进步的同时, 必须要承认, 运动生物力学的根本定义并不完整, 发展还有局限性。
  
  1 运动生物力学意义
  
  运动生物力学是应用物理原理及其研究方法研究有机体体外自然运动中力学原理的一个体系。一方面, 运动生物力学主要探究体育行为中人体动作的的物理模式。基于力学的看法, 一般有机体的行为动作是神经、肌肉和骨骼系统综合作用的结果。神经通过调控肌肉, 产生对骨骼系统的条件反射从而完成各种物理行为, 这比较偏向生物的方向。运动生物力学是将研究普通有机体作为目的, 整合出在外界作用力和体内骨骼肌产生的收缩力共同作用下的行为规律, 它的重点不在于神经生理学、软组织力学和成骨力学的交叉范畴内的神经、肌肉和骨骼的内部神经作用机制。对于人体运动的研究, 最早可始于15世纪达·芬奇对于力学和解剖学初步的探究, 对人体运动器官的形态和机能进行了基础的分析为以后奠定了基础。18世纪人们开始探究猫在空中转体现象。运动生物力学是20世纪60年代开始作为一门学科出现的, 它的形成归于体育运动、计算技术和实验技术的巨大进步。进入70年代中期后, 研究的主要对象转移到生物体内神经, 肌肉和骨骼上, 通过建立高效的数学模型进行数值计算, 以阐述基本的实验现象。
  
  在实践中, 研究各项体育运动的技术原理都需要运动生物力学, 它可以作为动作的技术判断和完善训练方法的理论指标。此外, 运动潜在危险的预计, 运动和康复工具的改善也会运用运动生物力学, 如:设计步行机器人等方面。同时还为运动选材提供了保证。
  
  2 运动生物力学的发展趋势
  
  2.1 我国运动生物力学的现状
  
  2.1.1 研究领域
  
  对于运动技术的优化。具体解析某一类运动 (如越野、排球、速滑等) , 完善且改进运动技术。如《用力学原理分析直道滑跑技术》、《排球前后排扣球运动学分析》等着作对于运动技术的分析。通过技术研究一方面使运动员训练越来越规范化, 另一方面越来越符合自然原理以及符合人体原理, 从而获得更好的运动表现。
  
  对基本动作如走、跑、跳、推、伸等进行改进, 除了这些, 还包含与奥运项目行为不同的行为研究, 如《走步运动转变为跑步动作下肢和骨盘之运动学变化分析》、《步态生物力学研究进展》等着作的研究。普通运动和校园体育所得到的关注远低于社会以及国家对于奥运赛事的看重程度, 然而, 这些普通运动和校园体育的探究对于社会的健康水平是极其关键的。由于几乎所有特定的技术研究适用范围狭窄, 仅限于相应的体育人员, 实用性不强。相比较绝大多数人, 要想完全体现人人运动的基本思想, 研究如何提高人体基本运动规范化、提高大众的体魄才是首要急迫的。
  
  进行数学模式与模拟的研究。在运动技术及对人体运动行为分析方面, 数学建模及电脑仿真的探究具有举足轻重的作用, 这个方法具有独特性, 所以单分为一类。
  
  运动工具设备设计和开拓。通过对辅助工具提升及力学特性进行分析, 研发更适合运动的工具, 像乒乓球拍、运动鞋、护膝等。诸如此类的研究如《不同质地泳衣对速度的影响分析》、《不同劲度网球拍对恢复系数的影响》等, 已经对此提出了各方面的探讨, 也充分说明运动工具也起着重要作用。
  
  关于运动产生的危险的研究。通过对运动造成危险的原理以及相应的保护工具进行的解剖式探究, 从而减少产生运动潜在危险的几率。该实验主要是探究在行为过程中通过生物学及力学的研究方式、检测手段来分析产生危险的动作模式, 进一步结合身体结构进而得出预测产生危险的策略。
  
  开展人体测量学。我国成年人人体惯性参考量的测定由清华大学、白求恩医大和国家体科所合作完成。
  
  2.1.2 研究方法
  
  在政府的的大力帮助下, 运动生物力学协会汇集多名知名学者、教授探究、编写成《运动生物力学测量方法》。这本书已经成为现今该学科研究过程中主要的参考书目。该书讲解了电测法, 光学法, 影像发, 以及软骨组织测定, 单轴拉伸, 三点抗弯实验, 血液流变学实验等生物力学测定方法;还有, 人体形态因素的测量、人体重力感受点的测定、肌电测量方法等生物学方法。此外, 该书也录入了很多国外最新的使用的方法, 有立体摄影摄像测量方法、红外线光电、激光测试, 动力学实验、多参数解析系统测试方法、外力应变测试方法、人体体内能量变化测定, 还有多方位同步测量方法、模拟分析神经系统、数学建模数据仿制方法以及运动生物力学测试数据的统计处理与分析等。
  
  2.1.3 研究仪器
  
  应用高速摄像测量系统, 该系统具有高准度的照相机和录影分析系统。在研究中还会使用图像自主辨认系统以及高准度的红外光点测定分析工具。研发特定行为测试仪器, 以及基于磁感应基础的物理学模式和人体动作仿制。人类运动技术探究中逐渐应用了运动技术分析的“专家系统”与神经系统模式以及肌电图数据分析定量化。
  
  2.2 发展趋势
  
  2.2.1 研究内容的增加
  
  研究开始多样化, 从以前仅限于为运动员服务改为了在竞技体育上对大众进行更开阔的技术以及规范指导。现在医疗水平与病痛预后水平飞速发展, 使得与此对应的神经力学、临床力学、免疫力学以及与生物工程有关的力学, 都得到了飞速的发展。国际运动生物力学的侧重点探讨范畴也渐渐扩大。研究深度也进一步扩张。在对于有机体的探讨, 已经逐步从整体性的探讨, 发展到不同组织与结构的探讨, 从对于行为动作的的记录性探讨, 延生扩展到行为过程中神经肌肉的相互作用和运动原理与力学原理的相互交融的机制探讨。
  
  2.2.2 运动创伤的生物力学探讨
  
  运动生物力学进步历史中, 其趋势是从以前简单的生物体动作研究向前延伸到相应于体内机制的探究, 虽然对于运动过程中受伤方面的研究很少, 但是运动潜在危险的探究将成为生物力学新颖的思考。成都某一院校的着名教授就关于由运动导致的急性关节炎进行了探讨, 使用了最新的生物力学检测系统开展了生物体手腕关节软骨盘“压缩一扭动”检查, 分析了相关组织结构的变动规律及力学原理, 进一步把握创伤产生的原理, 使得能够采取规范高效的防范措施。与此同时, 南京某院校教授已经进行了股骨颈压力承受限度的计算机仿真以及产生骨折的物理原理探究, 这个探究根据利用计算机模拟股骨颈的受力变化规律, 在选测位置不用但骨质构造以及承受压力相同的情况下, 分析了颈干角、骨质密度和股骨颈骨折三者之间的内在关系。对于有特定性的力量增加, 该研究会带来有效参考, 并且在运动潜在危险的预测与复原带来理论上的参照。
  
  2.2.3 技术检测探讨方式
  
  技术检验会向符合一切项目要求、可以及时提供实验探究成果以及包含相应的整体研究报告结合一起的方向共同发展。逐步推广立体跟踪的照相的检测方式, 使其大众化, 摄影、摄像的高效性, 测定手段、控制手段与肌肉动力学模拟手段的进一步提升, 总体上是朝着远程测定部分数据反馈及其相应数据收集设备的迷你化以及结论探究的高效化发展并且对调控、检查、汇集的要领不停的改善。
  
  2.2.4 传统力学探究和力学建模分析
  
  在研究进程中, 力学建模是依据经典力学的基本理论, 再引入生物体本来存在的力学变量, 在已经设定的环境下设置人体简单动作的计算机仿真, 运用拉格朗日方程式、松柏定理等定律进行力学求解, 进一步解释生物体做出运动的成因、机理, 以及归于由神经网络调节的动作规律和行为过程中身体部位的参与情况。这些关于技术的探究能够更多的给生物体运动行为的解释带来理论上的基础。20世纪80年代, 人们根据生物力学创建出最初的人体运动模型, 为不同的人体运动构建出极不相同的人体运动行为模型, 然后通过计算机语言描绘对运动的目的、做法和行为的调控, 最后基于实验数据模拟人体动作的规律与相对应的因素, 然后再次通过计算机给这个数字化的规律进行优化, 从而量化出的运动行为规律得出结果, 这是一类很有创造性的探究方式。
  
  3 结论
  
  3.1 发展的局限
  
  通过对运动生物力学系统近况的分析, 比较容易看到运动生物力学的发展还是存在某些问题。这门科学的研究方面多样化, 意义也大不相同, 但是要想更适合生物力学和体育的共同进步, 那么该科学的发展必须要系统化。
  
  虽然研究范围在扩展, 但是依然存在一定局限性, 要在适应人体力学的方向进一步发展。
  
  虽然研究方法层出不穷, 但是有些技术还不成熟, 并且可以结合现在先进的大数据分析方法进行更精准的数据分析。
  
  在人体康复与医疗方面发展空间还很大, 要进一步与生物医学工程, 临床生物医学的联系进一步紧密。
  
  3.2 发展的展望
  
  运动生物力学是一个涵盖面很广的综合学科, 它的发展必须有力学、数学、生物学、计算机学、体育学甚至医学等各传统学科的共同支持。运动生物力学界的一个好传统就是和其他领域的学者广泛协作, 要想更好的发展今后就必须要进一步地把研究门户打开, 吸纳更多的学者参加。虽然还存在许许多多的问题在运动生物力学的进步的道路上, 但是它的实际应用能量也只刚刚初露矛头。
  
  如果要进一步改善运动技术就不能只探讨技术要领, 更重要的是有更多的改善技术的详细方案并创新专用的辅助训练的工具。
  
  运动生物力学发展必须要有夯实的基础, 这就需要基础理论的发展, 要进一步打开应用领域。探究运动潜在危险的机理, 模仿运动发生危险的过程, 定制高效安全的运动工具以减少运动伤害发生的概率。使用并创新计算机仿真, 数据模拟技术。
  
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