Emberi egyensúlyozás modellezése mechanizmusokkal

Emberi egyensúlyozás modellezése

mechanizmusokkal

A hétköznapjaink során számtalanszor találkozhatunk a sétabotjukra bizonytalanul, remegő kézzel

támaszkodó idős emberekkel, akiknek rengeteg energiájukat emészti fel az elesés elleni küzdelem.

Bokánkhoz köthető sport sérüléseink alkalmával pedig mi magunk is megtapasztalhatjuk, hogy az

egyensúlyozás milyen nehéz és összetett folyamat. A dolgozatom során az anatómiai kutatási

eredményekre alapozva szeretnék egyszerű mechanikai modelleket felállítani, vizsgálni, amelyek

közelebb vihetnek ezen mindennapjainkat megnehezítő egyensúlyozási feladatok mélyebb

megértéséhez, illetve alternatív egyensúlyozást segítő eszközök fejlesztéséhez, tervezéséhez.

A kiválasztott mechanikai modelleket szeretném az egyensúlyi helyzetük körül stabilizálni PD

szabályozók segítségével, amelyek az emberi izmok aktív beavatkozását modellezik az egyensúlyban

maradás érdekében. A számításaim során figyelembe veszem az emberi boka inazatából eredő

természetes rugómerevséget, és az emberi idegrendszer szabályozó jel átvivő rendszeréből eredő

reakcióidőt, az ezeknek megfelelő időkéséseket. Az ilyen módon létrehozott rendszerek stabilitási

vizsgálata egyszerűsített képet ad nekünk az emberi agy, mint szabályozó rendszer viselkedéséről,

illetve az egyensúlyban maradás alapfeltételeiről.

A mechanizmusok geometriájából adódóan a rendszerek tartalmaznak nemlinearitásokat, melyeket

kis szögelmozdulásokra igyekszünk linearizálni. A különböző modelleinkből nyert

differenciálegyenleteket pedig numerikus szimulációk segítségével szemléltetjük, ezzel is segítve az

analitikus eredmények ellenőrzését, az egyenletek fizikai tartalmának megértését.

Irodalom

Stepan, G., 2009. Delay effects in the human sensory system during balancing.

Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering

Sciences, 367(1891), pp.1195-1212.

Szerző

Richlik Róbert Kristóf – Mechatronikai mérnöki alapszak BSC – Gépészeti modellezés specializáció

Konzulens

Dr. Stépán Gábor - Egyetemi tanár - Műszaki Mechanikai Tanszék

szerző

III. helyezett