Mokslo ir technologijų pasaulis

Kaip reikėtų valdyti kūną, kad neatsispirtum per anksti ar per vėlai, būtų tinkamai pasvirusios slidės ir kuo toliau nuskrietum šokdamas nuo tramplino?

Sporto inžinerijos ir biomechanikos specialistai 3D judesių matavimo ir analizės sistemomis tai tikriausiai galėtų nustatyti. Kaip ir, pavyzdžiui, ledo ritulininko mušimo į vartus veiksmingumą - kokiu greičiu, kokiu kampu užsimoja, tiksliai ar netiksliai atlieka judesį, ritulio skriejimo pagreitį, greitį.

Žiemos sportui pritaikyto specialaus treniruoklio nėra, tačiau Kauno technologijos universiteto (KTU) Mechatronikos mokslo, studijų ir informacijos centro mokslo darbuotojas dr. Aurelijus Domeika sukūrė treniruoklį, tinkantį koordinacijai gerinti ir beveik visiems kūno raumenims treniruoti.

Žmogaus ir techninių priemonių sąveika bei mokėjimas padėti organizmui maksimaliai panaudoti fiziologines galias praverčia siekiant geriausių rezultatų. Lietuvoje biomechanikos mokslas, susiejęs medicinos, sporto ir mechanikos sritis, atsirado palyginti neseniai, tačiau KTU jau sukaupta nemažai patirties tiriant ir modeliuojant žmogaus judesius, audinių biomechanines savybes.

Judesių tyrimai vykdomi daugiausia sportininkų technikai tobulinti bei jų rezultatams gerinti, taip pat naujiems, originaliems treniruokliams ir medicinos diagnostikos metodams kurti.

Šimtaprocentinės imitacijos link

Pirmuosius biomechanikos ir sporto inžinerijos specialistus KTU pradėta rengti prieš kelerius metus. A.Domeika baigė medienos technologijos magistro studijas ir pasirinko mechanikos inžinerijos doktorantūrą, susijusią su biomechanika.

Disertacijos tema - nepusiausvirų irklavimo treniruoklių kūrimo metodologija. Pagal tarptautinę techninių specialybių studentų mainų programą IAESTE doktorantas porą mėnesių stažavo Minesotos universiteto (JAV) Inžinerinės mechanikos katedroje. Pasak Aurelijaus, spėjo nemažai nuveikti, nes dirbo intensyviai ir tempas buvo kitoks: nuo visko atitrūko ir dėmesį sutelkė tik į tyrimus.

Biomechanikos doktoranto kuriamas treniruoklis prieš dvejus metus buvo apdovanotas KTU rengiamoje jau tradicinėje „Technoramos“ parodoje. Jos tikslas - pristatyti skirtingų sričių jaunųjų mokslininkų plačiai pritaikomus darbus.

Svarbiausias A.Domeikos sukurto nepusiausviro irklavimo treniruoklio privalumas, kad jis imituoja akademinės valties būseną ant vandens, gali svyruoti išilgai ir skersai ašies. Taip pat gali judėti vertikaliai. Toks tikslus valties būsenos ant vandens imitavimas labai aktualus irkluotojams. Visame pasaulyje kuriami treniruokliai, stengiantis kaip galima tiksliau atkurti valties ant vandens būseną.

A.Domeikos sukurtas treniruoklis buvo bene pirmasis, beveik šimtu procentų priartėjęs prie jos. Darbas paskelbtas keliuose tarptautiniuose mokslo žurnaluose. Dabar panašūs treniruokliai pradėti kurti ir kitose šalyse.

Tiktų ir kosmose

„Pasirinkome imituoti akademinę valtį, nes toks treniruoklis leidžia treniruoti ne tik kūno raumenis, bet ir tobulinti patį veiksmą, pratimų techniką. Yra mokslinių straipsnių, kur siūloma net kosmose esantiems astronautams treniruotis panašiais irklavimo treniruokliais. Be to, akademinis irklavimas - sena, stiprias tradicijas turinti sporto šaka ir akademinės valties parametrai gana aiškiai apibrėžti“, - pasakojo prieš metus apgintos daktaro disertacijos apie nepusiausvirų irklavimo treniruoklių kūrimo metodologiją autorius.

Darbui vadovavo KTU Inžinerinės mechanikos katedros profesorius Pranas Žiliukas. Jaunasis mokslininkas taip pat konsultavosi su KTU Inžinerinės mechanikos katedros profesoriumi Vytautu Grigu ir Lietuvos kūno kultūros akademijos (LKKA) docente Danguole Satkunskiene. Jos darbas biomechanikos srityje susijęs su judesių koordinacijos ir techninio parengtumo sąveika bei sportininkų techninio rengimo modeliavimu.

Duomenys gauti modernia 3D judesių matavimo ir analizės sistema. KTU neseniai įsigytos didelio dažnio skaitmeninės kameros tiksliai nustato tiriamojo objekto su specialiais žymekliais judesius. Ši sistema leidžia išmatuoti judesių parametrus trimatėje erdvėje. Kitais metodais to nepavyktų nustatyti. Programine įranga apskaičiuota, kaip kito judesių greitis, pagreitis, judėjimo kampai, kiti parametrai. Taip pat bendradarbiauta su įmone „Baltec CNC Technologies“, kuriančia treniruoklius. Ant irklo uždėtas daviklis matavo jėgos kitimą tikro yrio vandenyje metu. Tada buvo galima nustatyti, kaip kito valties judėjimas atvirame vandens telkinyje ir treniruoklio irklo rankenos judėjimas, kokios yra jų trajektorijos.

Irklavimo treneriams rodyta, kaip skiriasi jėgos kitimo kreivė irkluojant tikrą valtį atvirame vandens telkinyje, palyginti su šiuo metu populiariausiais pasaulyje irklavimo treniruokliais „Concept 2“. Ką ir kalbėti apie paties žmogaus būseną valtyje - kiek jis svyruoja į šonus, skiriasi šiek tiek net jo judėjimo tempas.

Sudominant gamintojus

Rengiant disertaciją Inžinerinės mechanikos katedroje pagamintas treniruoklio prototipas buvo pristatytas pasaulyje gerai žinomai ir pagal parduodamos produkcijos apimtį trečią vietą užimančiai akademinių irklų gamintojai Lietuvos įmonei „Brača-Sport“.

„Jos atstovai labai konkrečiai pasakė, kad akademinis irklavimas yra tokia konservatyvi sporto šaka, kad beveik neįmanoma įeiti į jos rinką su nauja įranga. Visi renkasi tai, kas jau populiaru. Tarkim, jei čempionatą laimėjęs sportininkas naudojosi tokia įranga, vadinasi, ji ir yra geriausia, nepriklausomai nuo jokių parametrų“, - pasakojo A.Domeika. - "Viskas labai paprasta. Įnerti į pasaulinę akademinio irklavimo rinką sudėtinga, o kiek reikia Lietuvai profesionalių irklavimo treniruoklių, turbūt ant vienos rankos pirštų galima suskaičiuoti. Lietuvos irkluotojų federacijai būtų gana didžiuosiuose miestuose po vieną tokį turėti. Kita vertus, reabilitacijai toks treniruoklis galėtų dar labiau praversti, nes jo galimybės kur kas didesnės. Tada ir rinka būtų daug platesnė, ne tik Lietuvoje.“

Nepusiausviras irklavimo treniruoklis leidžia treniruoti daugiau raumenų grupių nei įprasti treniruokliai. Kai vienų raumenų jėga padidėja, kitų - šiek tiek sumažėja, raumenys nepertempiami. Be to, žmogus priverstas laikytis tarsi ant vandens - nepasvirti į šoną. Tobulėja jo koordinacija. Atramos gali būti reguliuojamos, atsižvelgiant į žmogaus svorį. Pavyzdžiui, padaromos standesnės, kad sunkesniam žmogui nebūtų taip lengva „išvirsti iš valties“. Ir atvirkščiai.

„Taip kilo mintis, kad šį treniruoklį būtų galima panaudoti jaunų sportininkų, kurie tik pradeda irkluoti, koordinacijai gerinti, ir reabilitacijos tikslais. Treniruoti visas raumenų grupes bei gerinti koordinaciją svarbu įvairaus amžiaus žmonėms“, - įsitikinęs A.Domeika.

Medicininės paskirties inventoriui keliami labai dideli reikalavimai. Jei bus gauta papildomų lėšų dar išsamesniems tyrimams, jaunasis mokslininkas pasistengs pagrįsti, kad tokie treniruokliai tikrai tinkami reabilitacijai. Galbūt kas nors iš gamintojų susidomės.

Nuo šautuvo iki rankinės

Dr. A.Domeika jau porą metų dirba KTU Mechatronikos mokslo, studijų ir informacijos centro Biomechatronikos laboratorijoje. Būtent joje yra įdiegta moderni judesių matavimo ir analizės sistema. Didelio dažnio vaizdo kameros gali filmuoti iki 500 kadrų per sekundę greičiu ir labai tiksliai, dešimtosios milimetro dalies tikslumu, žinoma, pagal atstumą tarp kamerų ir tiriamo objekto, fiksuoti įvairiausius judesius.

Labai sudėtinga išmatuoti žmogaus judesių kampus ar poslinkius, tačiau tokia sistema galima gana greitai ir tiksliai juos nustatyti, tarkim, eisenos metu. Judesių matavimo ir analizės sistemą sudaro šešios kameros, išdėliotos laboratorijoje ratu. Šiuo metu joje atliekamas neįgalaus žmogaus eisenos reabilitacijos periodu tyrimas. Kokie, pavyzdžiui, yra aktualiausi judesių kampai, kiek žmogus pasvyra į šonus ir kiek užtrunka jo kojos perkėlimas ar pasvyra pėda kojos perkėlimo metu. Tikrinama tiriamojo koordinacija.

Tokie tyrimai plačiai taikomi visame pasaulyje. Pavyzdžiui, traumatologai filmuotą medžiagą apie žmogaus būklę prieš operaciją ir po jos kaupia specialioje duomenų bazėje. Iš jos akivaizdžiai matyti, kokie buvo ėjimo parametrai anksčiau ir kaip pakito po operacijos, pagerėjo ar pablogėjo, ar operacija padėjo, o gal netiksliai įdėtas implantas pablogino ėjimo funkciją.

Biomechatronikos laboratorijoje daug tyrimų atliekama studentų baigiamiesiems darbams. Pavyzdžiui, prieš metus biomechanikos ir sporto inžinerijos specialistai tyrė, ar tinkamai atliekamas šaulio judesys ir kaip juda šautuvo vamzdis šūvio metu.

Plika akimi to pamatyti neįmanoma, nes judėjimo beveik ir nėra. Jis matuojamas milimetro dalimis, bet labai svarbu, kad šaulys judėtų viena trajektorija su šautuvu. Tiriant šaulį dar buvo naudojama jėgos platforma, skirta eisenos, stovėsenos, balansavimo ir panašiems tyrimams. Dvi atskiros sistemos sinchronizuojamos: kameros fiksuoja žymeklių judesių trajektorijas, o jėgos platforma nustato jėgos kreives.

Tarp įdomesnių tyrimų būtų ir mėginimas nustatyti konkrečius tokių pramoginių šokių kaip samba ar valsas vertinimo parametrus, leidžiančius moksliškai pagrįsti, ar šokis atliktas gerai. Projektą įgyvendino LKKA magistrantai, bendradarbiaudami su vieno šokių klubo vadovu.

Pernai KTU sporto inžinerijos specialybės studentės tyrė, kiek skiriasi moterų, nešiojančių rankines ant vieno kurio nors peties, eisena ir laikysena. Judesių matavimo ir analizės sistema nustatyta, kiek pakrypęs stuburas į vieną ar kitą pusę nešant tam tikro svorio rankinę, kokie yra skirtumai, kai rankinė nešama ant dešinio arba kairio peties.

Laboratorijoje ant bėgimo takelio ištyrus keliolikos merginų eiseną nustatyta, kad jų visų stuburas iškrypęs ir petys, ant kurio nešama rankinė, pakilęs. Akivaizdžiai skyrėsi kelių merginų, kurios niekada nenešiojo rankinių, pirmenybę teikdamos kuprinėms, laikysena. Jų stuburas ir pečiai buvo tiesūs.

Kalėdos - namuose

Judesių matavimo ir analizės sistema galima atlikti ir ergonomikos matavimus, kai tiriamos žmogaus psichofiziologinės galimybės ir ypatumai darbo procese naudojant įvairias technikos priemones. Pasitelkiant technikos, fiziologijos, psichologijos, biomechanikos, darbo medicinos ir kitų mokslo sričių duomenis, siekiama darbo aplinką ir įrankius padaryti kuo patogesnius naudoti.

Nebūtina sukurti patį daiktą. Galima jį tiesiog sumodeliuoti ir atlikti atitinkamus skaičiavimus. Biomechatronikos laboratorijoje taip pat atliekamas kompiuterinis žmogaus modeliavimas. Kai norima sumodeliuoti žmogų, atliekantį tam tikrą veiksmą, naudojant duomenis, gautus 3D judesių matavimo sistema, sudaromas kompiuterinis biomechaninis modelis, apimantis kaulus, juos jungiančius sąnarius ir raumenis, be kurių nevyktų tiriamas judesys. Programinė įranga leidžia nustatyti raumenų veiklą judesio metu. Ir galima apsieiti be elektromiografo, kuriuo visų raumenų net neįmanoma išmatuoti.

„Per postdoktoranto stažuotę norėčiau padirbėti galbūt ir svetur, kad įgyčiau daugiau patirties, - sakė 31 metų mokslininkas - O ką nors nauja sukurti galima ir dirbant Lietuvoje. Biomechanikos sritis tikrai dar nėra išsemta.“

A.Domeikos žmona Auksė - šeimos gydytoja. Išėjusi motinystės atostogų, ji tęsia doktorantūros studijas, skirtas cukriniu diabetu sergantiems žmonėms prižiūrėti.

Šiuo metu doktorantė su vienų metų ir keturių mėnesių sūnumi Aisčiu išvykusi į mokslinę stažuotę Paryžiaus XIII universitete. Kelias savaites Prancūzijoje Aurelijus jai padėjo savo atostogų sąskaita. Po to talkino į Paryžių atvykusi Auksės mama. Visa šeimyna namo į Lietuvą grįžo švęsti Kalėdų.