¿Cuál es el algoritmo matemático para el reflejo del equilibrio humano?

Answer 1

Existen varios modelos matemáticos que se han utilizado para describir el movimiento humano. No sé si vas a encontrar uno para una tarea tan complicada. Un buen punto de partida sería mirar los modelos de control manual y ver si sus condiciones coinciden con los requisitos para una situación dada. Por ejemplo, el modelo cruzado (que restringe la función de transferencia de un humano) es un modelo comúnmente utilizado para comprender cómo se comportará un humano en el contexto de un bucle de control manual. Sin embargo, es poco probable que la definición de “control manual” cumpla con la del equilibrio, porque no solo está operando en tres dimensiones, sino que está utilizando una “planta” increíblemente complicada (un cuerpo humano).

Dos cosas importantes que le causarán muchos problemas para responder a su pregunta como están formuladas son que los ejercicios de equilibrio (especialmente en superficies resbaladizas) a menudo tienen eventos de frecuencia extremadamente alta y están dominados por el ruido. En consecuencia, es mucho más difícil describir rangos de comportamiento útiles con estos modelos, ya que hay que suponer que el ser humano esencialmente está haciendo la tarea perfectamente para que los modelos se mantengan. (Busque dentro de los límites la frecuencia de entrada relativa a una frecuencia crítica, generalmente escrita “omega sub c”).

Algunas búsquedas rápidas en línea han revelado que no hay una respuesta fácil de responder a esta pregunta. Sin embargo, hay muchos estudiantes de posgrado que cuentan con esto como fuente de financiación para su investigación.

Answer 2

Buena pregunta! Estoy de acuerdo con Paul, esto no tendrá una respuesta simple.

Sin embargo, así es como lo modelaría. He aflojado mucho y escrito un laboratorio de física de pregrado sobre física de holgura, estudié mucho la dinámica de la bicicleta y la motocicleta, esquié un montón, practiqué el equilibrio estático (básicamente caminar sobre barandas) un poco, así que esa es mi experiencia en este tema.

En primer lugar, así es como funciona el sistema humano. Hay tres sistemas involucrados en el equilibrio:

1. propiocepción: cómo el cuerpo sabe en qué forma está. Es decir, dónde se ubican todos sus músculos y articulaciones a lo largo de su rango.

2. Acelerómetro del oído interno: en qué dirección está tirando la gravedad o de qué manera la cabeza / oídos internos están acelerando o girando. Debido a que hay uno en cada oído, puede saber si su cabeza está girando o traduciendo.

3. percepción visual de un horizonte o punto fijo.

Y luego, por supuesto, todo es todo el sistema de acción muscular voluntaria e involuntaria para corregirlo y mantenerlo, lo que probablemente aún no desees abordar.

Así es como se podría modelar un sistema más simple:

La mayoría de los tipos de equilibrio dinámico que he encontrado obedecen a un principio similar (correr, caminar, esquiar, practicar slackline, andar en bicicleta):

1. Hay un parche de contacto y un centro de masa.
2. El centro de masa es más alto que el parche de contacto.
3. Por lo tanto, el equilibrador mueve el parche de contacto en “curvas S” sucesivas que se mueven en traducciones más amplias que las “curvas S” del centro de masa.

Imagina balancear un medidor en tu dedo mientras miras la parte superior. Ese es el principio general.

Se pone interesante dependiendo de cuánta fricción tenga en el parche de contacto, es decir, cuánta fuerza lateral puede ejercer allí (el equilibrador). Es posible que pueda mover voluntariamente el parche de contacto, o puede que tenga que usar diferentes movimientos laterales de partes pesadas del cuerpo a diferentes alturas para proporcionar algunas fuerzas de rotación para mantener el equilibrio si * o * el punto de equilibrio está fijo (porque usted ‘ reequilibra en algo pequeño con buena tracción) o el punto de equilibrio es completamente libre (estás en una capa de hielo). En la práctica, esto parece molino de viento en tus brazos.