БИОМЕХАНИКА

Термин «биомеханика» появился в конце 19-го века, хотя использование принципов классической механики при моделировании и описании живого движения началось гораздо раньше и, в связи с этим, можно вспомнить много замечательных имён, от Леонардо да Винчи до П. Ф. Лесгафта.

В эпоху Просвещения были созданы совершенно уникальные механические игрушки, автоматоны, имитирующие движения и голос живого человека.  Некоторые из них настолько поражают воображение, что их создание приписывают нечеловеческому разуму.

Естественно, что довольно долго сохранялось и, во многом, сохраняется до сих пор убеждение, что живая система – это просто более сложная, чем обычно, механическая система, которую формально можно описать с помощью законов классической механики.

На принципиальную разницу между механической и биомеханической системами первый раз указал Николай Александрович Бернштейн. Несмотря на то, что в биомеханической системе действуют те же силы, что и в волшебных механических игрушках и никто не отменял законов Ньютона, у нас нет возможности описать живое движение только механически.

Так в чём же дело? А дело в управлении.

Вы берёте сложнейшую механическую игрушку из 6000 деталей, соединённых в сложные кинематические цепи, заводите специальным ключиком пружинку и игрушка начинает двигаться: писать текст, играть на клавесине, даже произносить слова. Все её движение заранее и однозначно заданы, все рычажки, колёсики и шестерёнки двигаются всегда по одной единственной заданной траектории и никаких других возможностей не имеют. Такой тип движений называется «вынужденным», или, другими словами, это движения с одной степенью свободы.

У животных, начиная с гидры и заканчивая приматами и человеком, вынужденных движений с одной степенью свободы просто нет и это принципиальная разница, потому что управление системой с двумя и более степенями свободы требует использования совершенно других принципов:

«Появление у системы еще хотя бы одной степени свободы сверх первой означает переход от одной траектории для каждой точки не к нескольким или даже многим, а к целому участку некоторой поверхности, по которой точка с двумя степенями свободы получает воз­можность двигаться абсолютно любым образом по бесчис­ленному множеству равнодоступных траекторий. Так, на­пример, кончик пера, пока он не отрывается от поверхно­сти бумаги, обладает двумя степенями свободы; при этом, очевидно, разнообразие доступных ему траекторий совпа­дает с разнообразием всего того, что когда-либо могло быть или было написано и нарисовано пером на листе бумаги».
Н. А. Бернштейн

Можно, конечно, говоря о человеческих движениях, описывать рычаги, углы и траектории, но без решения вопроса о том, как и чем это управляется, разговор, по сути, будет слишком абстрактным для того, чтобы иметь какую-либо практическую ценность. Это не будет биомеханикой в полном смысле слова. Если вы хотите начать разбираться с биомеханикой, в первую голову необходимо разобраться с понятием степеней свободы и тем, какие сложности в управлении возникают с появлением ещё хотя бы одной дополнительной степени свободы.

Читать статью Е. Королёва «Биомеханика: степени свободы» https://a-mov.ru/papers/koroljov-biomehanika-stepeni-svobody.html