شناسایی ناحیه تعادلپذیر در فضای حالت: تحلیل زمان واکنش در آزمایشهای خروج از تعادل
نویسندگان
1 دانشجوی دکترا، آزمایشگاه بیومکانیک و سیستمهای حرکتی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران
2 عضو هیأت علمیاستادیار، آزمایشگاه بیومکانیک و سیستمهای حرکتی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران
doi
10.22041/ijbme.2025.2056211.1972چکیده
حفظ تعادل وضعیت قائم یک الزام جانبی در بیشتر حرکات کل بدن انسان، مانند راه رفتن و نشست-به-برخاست، است. برای یک فرد به عنوان یک سیستم مکانیکی-کنترلی میتوان یک زیرمجموعه از فضای حالت را شناسایی کرد که کنترل تعادل و اجتناب از زمینخوردن در آن ناحیه امکانپذیر است. شناسایی حدود این ناحیه بهویژه برای زیرگروههای در معرض خطر مانند سالمندان و برخی پاتولوژیهای عصبی-اسکلتی-عضلانی حایز اهمیت است. مرزهای ناحیه تعادلپذیر به مشخصات مکانیکی و عملکرد کنترلی سیستم بستگی دارد. نشان داده شده است که هندسه پا، ارتفاع مرکز جرم و بهویژه حداکثر گشتاور داوطلبانه در مفصل مچ پا مهمترین پارامترها در تعیین مرزهای ناحیه تعادلپذیر هستند. همچنین به صورت تجربی نشان داده شده که تأخیر زمانی در پاسخ به اغتشاش تعادل، ناحیه تعادلپذیر را به مقدار قابل توجهی کوچک میکند. این پژوهش با بهرهگیری از تحلیل ریاضی سیستم دینامیکی مبتنی بر یک مدل ساده و مرسوم از بدن انسان در بازیابی تعادل، افزودن پارامتر تأخیر زمانی در پاسخ و سپس بازسازی منیفولدهای پایدار، ناحیه تعادلپذیر را استخراج میکند. با استفاده از آزمایش خروج از تعادل با ضربه، اغتشاشی به تعادل ایستاده فرد اعمال میشود و پاسخ وی ثبت میشود. با استفاده از تحلیل داده حاصل از آزمایشها، مرز ناحیه تعادلپذیر در فضای حالت آشکار میگردد. با تطبیق ناحیه تعادلپذیر بهدست آمده از داده تجربی با تحلیل دینامیکی رفتار سیستم با و بدون در نظر گرفتن تأخیر زمانی، اول تحلیل دینامیکی اعتبارسنجی شده، دوم تخمین زمان تأخیر در واکنش فرد بهدست میآید و سوم، نسبت ناحیه تعادلپذیر واقعی به ناحیه تعادلپذیر صرفاً مکانیکی (یعنی با فرض عملکرد کامل کنترلی و با تأخیر زمانی صفر) به دست میآید. این نسبت برای افراد شرکتکننده در آزمایش بین 47% تا 90% بهدست آمد.
