Моделирование удержания человеком вертикальной позы

07 мая 2025 года
Любкевич Антон Александрович
(аспирант 4-го г. о., научный руководитель к.ф.-м.н. Кручинин П.А., рецензенты к.ф.-м.н. Муратова Е.А., асп. 2 г. о. Тюрин Р.Р.)

Объектом изучения является процесс удержания человеком вертикальной позы. Для анализа движения используется стабилоанализатор -- прибор, предназначенный для определения координат центра давления (ЦД) на опорной поверхности. Исследование движения ЦД применяется для диагностики заболеваний, наблюдения за ходом реабилитации и для изучения динамики тренировок.                       

Даётся обзор некоторых простейших моделей, описывающих удержание человеком вертикальной позы: модель "перевёрнутого маятника", модель трехзвенной системы, описывающая движения во фронтальной плоскости, учитывающая возможную непараллельность установки ног, а также модель удержания равновесия на поролоне. Для исследования движения ЦД применяется метод диффузионного анализа. Из литературных источников известно, что стабилометрические диффузионные функции (СДФ), вычисляемые в рамках введённого метода, различны во фронтальном и сагиттальном направлениях. Поведение СДФ заметно отличаются для коротких и длинных промежутков времени. Ранее причиной такого явления предполагалось наличие двух разнотемповых стратегий управления, связанных с наличием задержки в цепи обратной связи. Наша гипотеза заключалась в том, что указанная разница может быть объяснена различным влиянием вестибулярного аппарата для фронтального и сагиттального направлений. 

Показано, что влияние вестибулярного аппарата во фронтальной плоскости в стандартной модели крайне мало. При учёте же переменного расстояния между голеностопными суставами это влияние проявляется, но оно может оказаться замаскированным влиянием изменившейся геометрии тела.   

Для дополнительного изучения возможного влияния вестибулярного аппарата в сагиттальной плоскости рассматривается модель перевёрнутого маятника, «стоящего» на поролоне. Поролон описывается как набор параллельно соединённых горизонтальных и вертикальных пружин и демпферов (модель Кельвина-Фойга). Для такой модели была составлена численная модель движения центра масс системы человек-поролон.