témavezető: Zelei Ambrus Miklós
helyszín (magyar oldal): Műszaki Mechanikai Tanszék helyszín rövidítés: MM
A kutatási téma leírása:
a.) Előzmények
Az egyensúlyozás dinamikája még egyhelyben állás közben is bonyolult folyamat, amelyet a jelenlegi nemzetközi kutatások intenzíven vizsgálnak. Ehhez képest a járás és futás még összetettebb folyamat, hiszen itt nem pusztán egy egyensúlyi helyzet stabilizálása, hanem a mozgást meghatározó pálya stabilizálása történik. Emellett a mozgás szabályozása különféle optimalizációs kérdéseket is felvet, mint például az ízületi terhelések csökkentése, az izmok terhelésének csökkentése, az energiahatékonyság vagy a külső zavarásokkal szembeni robosztusság. Ezek vizsgálatára rengeteg dinamikai modell található a szakirodalomban változatos alternatívákkal az izmok működésének modellezésére. A modellek egy része a geometriát nagyban leegyszerűsíti a véghezvihető matematikai analízis azonban alapos. A másik véglet a nagy szabadsági fokú (akár > 50DoF) modellek csoportja; ezek mechanikai szempontból pontosabbak azonban a matekamatikai analízis a bonyolultság miatt limitált.
b.) A kutatás célja
A doktori munka célja, hogy az ember neurális rendszerében lezajló szabályozási folyamatokat vizsgálja a mechanika és a nemlineáris dinamika eszközeivel. Célunk a szakirodalom feldolgozásával és új vizsgálatok és számítások elvégzésével megválaszolni, hogy milyen célfüggvények mentén működik az emberi mozgásszabályozás járás és futás során, és hogyan működik az egyensúlyozás, azaz a periodikus mozgás stabilizálása helyváltoztatás közben. Az energetikai számításokat az izommodellek segítségével pontosítjuk.
c.) Az elvégzendő feladatok, azok fő elemei, időigénye
1. Irodalmi áttekintés a járás és futás biomechanikájának valamint az izommodellek témakörében. A saját eredmények összegyűjtése, publikációja. A szakirodalom szerint bevált dinamikai modellek tesztelése és továbbfejlesztése. Hibrid dinamikai rendszerek szakirodalmának tanulmányozása (időigény: kb. 12 hónap).
2. Mérési eredmények gyűjtése, a mérési eredmények elemzésére alkalmas dinamika modellek fejlesztése, a modellekben alkalmazható szabályozási stratégiák kidolgozása és tesztelése. Folyamatos publikáció (időigény: kb. 24 hónap).
3. A biomechanika és a biomimetika (robotikai alkalmazások) szempontjából releváns következtetések megfogalmazása és az eredmények összefoglalása. Az izommodellekkel kapcsolatos erdmények összefoglalása. Publikáció (időigény: kb. 12 hónap).
d.) A szükséges berendezések
Az elvégzett munka részben analitikus számításokra és numerikus szimulációkra alapul. Az ehhez szükséges számítógépek és programok a BME Műszaki Mechanikai Tanszéken rendelkezésre állnak. A kísérletek elvégzéséhez szükséges berendezések is rendelkezésre állnak a BME Műszaki Mechanikai Tanszéken.
e.) Várható tudományos eredmények
A bipedális helyváltoztatással kapcsolatos eredmények születnek, amelyek az ilyen robotok szabályozásában és a biomechanikában is alkalmazhatók lesznek. Az izmok fáradására vonatkozó matematikai modellek pontosítása.
f.) Irodalom
[1] Zelei Ambrus, Krauskopf Bernd, Piiroinen Petri T, Insperger Tamás: Stable periodic motion of a controlled segmented leg model of pedal locomotion with inelastic ground-foot collision. Nonlinear Dynamics 97(3): 1945-1958, 2019., doi:10.1007/s11071-019-04911-z.
[2] Lauralee Murray, Christopher Beaven, Kim Hébert-Losier: The effects of running a 12-km race on neuromuscular performance measures in recreationally competitive runners. Gait & Posture 70, doi:10.1016/j.gaitpost.2019.03.025.
[3] Holmes, P. and Full, R. J. and Koditschek, D. E. and Guckenheimer, J.: The Dynamics of Legged Locomotion: Models, Analyses, and Challenges. SIAM Rev. 48(2): 207-304, 2006.
[4] Haeufle, D. F. B. and Grimmer, S. and Seyfarth, A.: The role of intrinsic muscle properties for stable hopping – stability is achieved by the force-velocity relation. IOP Publishing Bioinspiration and Biomimetics 5(1): 016004, 2010, doi:10.1088/1748-3182/5/1/016004.
Bejelentkezés
