चलने के दौरान स्थिरता की जांच के लिए नया ढांचा

स्थिरता को मापने के लिए यांत्रिक ऊर्जा का उपयोग करके, शोधकर्ता इस बारे में गहन अंतर्दृष्टि प्राप्त करते हैं कि हम कैसे और क्यों गिरते हैं।
नव प्रकाशित शोध में, पावेल गोलिस्की और उनके पीएच.डी. जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में मैकेनिकल इंजीनियरिंग और जैविक विज्ञान के एसोसिएट प्रोफेसर सलाहकार ग्रेग साविकी ने जांच की कि क्या चलने के दौरान स्थिर करने के लिए मनुष्य निचले अंगों का उपयोग कैसे करते हैं, यह मापने के लिए यांत्रिक ऊर्जा का उपयोग “सामान्य मुद्रा” के रूप में किया जा सकता है या नहीं।
रॉयल सोसाइटी इंटरफेस के जर्नल में प्रकाशित उनका शोध, अस्थिर गति के दौरान जोड़ों और मांसपेशियों की भूमिकाओं को समझने के लिए यांत्रिक ऊर्जा का उपयोग करने के लिए आधारभूत कार्य करता है।
पेपर ने इस साल अमेरिकन सोसाइटी ऑफ बायोमैकेनिक्स (एएसबी) प्री-डॉक्टरल अचीवमेंट अवार्ड के प्राप्तकर्ता के रूप में गोलिस्की के चयन में भी योगदान दिया।
गोलिस्की, साविकी के फिजियोलॉजी ऑफ वेयरेबल रोबोटिक्स (पीओडब्ल्यूआर) लैब के स्नातक सदस्य, ने पहले वाल्टर रीड नेशनल मिलिट्री मेडिकल सेंटर में निचले अंगों के विच्छेदन वाले व्यक्तियों के साथ एक शोध वैज्ञानिक के रूप में काम किया था।
जॉर्जिया टेक में अपने स्नातक कार्य के लिए, उनका उद्देश्य यह समझना था कि उपकरण और मानव शरीर एक साथ कैसे काम करते हैं, विशेष रूप से तीन तत्वों के चौराहे पर: मांसपेशी यांत्रिकी, पहनने योग्य एक्सोस्केलेटन, और चलने के दौरान स्थिरता।
तीनों तत्वों में से प्रत्येक एक दूसरे से संबंधित है।
एक्सोस्केलेटन किसी व्यक्ति की स्थिरता को प्रभावित करते हैं जबकि यह भी प्रभावित करते हैं कि उनकी मांसपेशियां कैसे काम करती हैं, और इसके विपरीत।
लेकिन यह जांचने के लिए कि मांसपेशियां एक्सोस्केलेटन के साथ कैसे बातचीत करती हैं और स्थिरता को प्रभावित करती हैं, एक दिलचस्प चुनौती है, गोलिस्की कहते हैं।
क्योंकि, जब कोई यह देख सकता है कि एक्सोस्केलेटन के उपयोग से मांसपेशियों की गतिशीलता कैसे बदलती है, तो वे परिवर्तन स्थिरता से कैसे संबंधित हैं, यह समझ में नहीं आता है।
यह समझने के लिए कि गिरने के दौरान मनुष्यों को क्षतिपूर्ति करने में मदद करने के लिए सभी तीन स्तंभ एक साथ कैसे काम करते हैं, गोलिस्की और साविकी को स्थिरता को मापने के लिए एक नए ढांचे के साथ आने की जरूरत है।
ऊर्जा लेखाकार
शोधकर्ताओं को पता था कि समतल जमीन पर स्थिर गति से चलने वाले व्यक्ति के लिए, व्यक्ति की शुद्ध यांत्रिक ऊर्जा और प्रत्येक पैर एक कदम पर – एक पैर की एड़ी की हड़ताल से लेकर उसी पैर की अगली एड़ी की हड़ताल तक – है शून्य।
वे यह भी जानते थे कि पैर के विवरण के सभी स्तरों पर विशेष रूप से जोड़ों और मांसपेशियों में यांत्रिक ऊर्जा के बराबर ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
“विचार यह है कि अगर हम स्थिरता को ऊर्जा की मांग से जोड़ सकते हैं, तो हम एकाउंटेंट बन सकते हैं, और ट्रैक कर सकते हैं कि ऊर्जा – हमारी मुद्रा – व्यक्ति, मांसपेशियों और एक्सोस्केलेटन के स्तर पर कैसे बदलती है,” गोलिस्की ने कहा।
“यह उन तीनों क्षेत्रों को जोड़ने के लिए वास्तव में एक शक्तिशाली ढांचा प्रदान करता है।”
गोलिस्की और साविकी ने एक ट्रेडमिल पर चलने वाले व्यक्ति के साथ एक प्रयोग तैयार किया।
स्प्लिट-बेल्ट ट्रेडमिल का उपयोग करते हुए, उन्होंने चलने के दौरान एक पैर तक बेल्ट की गति में वृद्धि के रूप में, छोटी, त्वरित गड़बड़ी, जिसे गड़बड़ी के रूप में जाना जाता है, लागू किया।
इसका उद्देश्य एक स्ट्राइड के दौरान ऊर्जा को इंजेक्ट करना या निकालना था, ताकि वे यह माप सकें कि व्यक्ति के पैर और जोड़ों की ऊर्जा कैसे बदलती है।
प्रयोग के लिए उन्होंने जॉर्जिया टेक के CAREN (कंप्यूटर असिस्टेड रिहैबिलिटेशन एनवायरनमेंट) का उपयोग किया – एक एकीकृत प्रणाली जिसका उपयोग आंदोलन के दौरान स्थिरता का अध्ययन करने के लिए किया जाता है।
इसमें व्यक्ति से जुड़े मोशन कैप्चर मार्करों का उपयोग करके किसी व्यक्ति की गति को ट्रैक करने के लिए ट्रेडमिल के ऊपर लगे कैमरों की सुविधा है।
Golyski, Sawicki, PoWeR लैब Ph.D द्वारा डिज़ाइन किए गए एल्गोरिथम का उपयोग करना। छात्र जेनिफर लीस्टमा, और एक हाई स्कूल मेंटी, एस्मेराल्डा वाज़क्वेज़, केरेन एक व्यक्ति के आंदोलनों के आधार पर गड़बड़ी को अंजाम दे सकता है – शोधकर्ताओं को चाल चक्र में विशिष्ट समय पर गड़बड़ी शुरू करने में सक्षम बनाता है।
ट्रेडमिल के बल को कैरन द्वारा एकत्र किए गए स्थितिगत डेटा के साथ जोड़कर, गोलिस्की और साविकी किसी व्यक्ति के व्यक्तिगत जोड़ों में ऊर्जा में परिवर्तन की गणना कर सकते हैं।
उनका नया ढांचा यह निर्धारित करने में सहायता कर सकता है कि किसी व्यक्ति के शरीर का कौन सा हिस्सा ऊर्जा को अस्थिर करने के लिए प्रतिक्रियाओं का प्रबंधन करता है, विशिष्ट मांसपेशियों या जोड़ों को पुनर्वास चिकित्सा के साथ लक्षित करने के लिए इंगित करता है।
यह उन्नत एक्सोस्केलेटन और कृत्रिम अंग के लिए भी दरवाजे खोल सकता है जो बिगड़ा संतुलन वाले व्यक्तियों में स्थिर प्रतिक्रियाओं को बहाल करने के लिए विशिष्ट जोड़ों को लक्षित करते हैं।
“पावेल ने अपने डॉक्टरेट अध्ययन के दौरान जो शोध पूरा किया वह प्रभावशाली से कम नहीं है।
उन्होंने नई प्रायोगिक तकनीकों और एक नए हिप एक्सोस्केलेटन सहायक उपकरण को विकसित करके, अपनी तरह का पहला मांसपेशी इमेजिंग मापन करके, और अंततः इस सवाल का जवाब दिया कि एक्सोस्केलेटन मानव चलने की स्थिरता को प्रभावित करने के लिए संयुक्त और मांसपेशियों की गतिशीलता को कैसे संशोधित करते हैं, “सॉविकी कहा।
“मैं रोमांचित था कि वैज्ञानिक-इंजीनियर के रूप में पावेल के उत्कृष्ट योगदान को एएसबी द्वारा मान्यता दी गई थी, और मैं इससे भी अधिक रोमांचित हूं कि वह वाल्टर रीड में लौटेंगे – उनका सपना नौकरी – लोगों को यहां से लाने में मदद करने के लिए अपने नए कौशल को लागू करने के लिए। वहाँ के लिए।”
इस गर्मी में, इस मान्यता के हिस्से के रूप में, गोलिस्की ओटावा, ओंटारियो में बायोमैकेनिक्स पर उत्तर अमेरिकी कांग्रेस में एक पुरस्कार सत्र के दौरान एक शोध वार्ता देंगे।
वह जॉर्जिया टेक से स्नातक भी होगा और दिग्गजों और सक्रिय सेवा के साथ अपना काम फिर से शुरू करेगा