ماهي الميكانيكا الحيوية (biomechanics) ؟
الميكانيكا الحيوية (biomechanics)، علميًا هي دراسة الأنظمة الحيوية -وبالتحديد تركيبها ووظيفتها- باستخدام طرق مشتقة من الميكانيكا، والتي تهتم بالآثار التي تسببها القوى على حركة الأجسام. تعود الأبحاث المتعلقة بالميكانيكا الحيوية إلى عصر النهضة على أقل تقدير، حينما قام الفيزيائي وعالم الفسيولوجيا الإيطالي (جيوفاني ألفونسو بوريللي) بوصف الديناميكا العضلية والهيكلية. ولكن عُرف البحث في مجال الميكانيكا الحيوية بشكل أكبر في القرن العشرين.
اختصاصات الميكانيكا الحيوية
تُعد الميكانيكا الحيويّة المعاصرة مجالًا متعدد الاختصاصات؛ فهو يدمج الخبرات الفيزيائية والهندسية مع المعرفة من العلوم الحيوية والطبية. بالطبع، هناك عدة اختصاصات في الميكانِيكا الحيوية، كالميكانيكا الحيوية الخاصة بالقلب والأوعية الدموية، والميكانيكا الحيوية الخاصة بالخلية، والميكانيكا الحيوية الخاصة بحركة الإنسان (تحديدًا تقويم العظام)، والميكانيكا الحيوية المهنية، وأيضًا الميكانِيكا الحيويّة الرياضية.
الميكانيكا الحيوية
على سبيل المثال، تتعامل الميكانيكا الحيوية الرياضية مع تحسين أداء الرياضيين والوقاية من إصاباتهم. في حين أنه في الميكانيكا الحيويّة المهنية، يُستخدم التحليل الميكانيكي الحيوي لفهم وتحسين التفاعل الميكانيكي بين العمال والبيئة.
ساهمت الميكانيكا الحيويّة في مجموعة مختلفة من التقدمات، الكثير منها يؤثر على حياتنا اليومية. تطوير ميكانيكا العمل الحيوية -على سبيل المثال- ركزت على زيادة كفاءة العامل دون التضحية بالسلامة في العمل، والذي أدى بدوره إلى تصميم معدات جديدة، وأثاث، وعناصر أخرى في بيئة العمل التي من شأنها أن تُقلل من الحمل على جسم العامل.
هناك تطور آخر هو الميكانيكا الحيوية الإكلينيكية، والتي بدورها توظّف الحقائق والرياضيات والأساليب الميكانيكية لتفسير وتحليل علوم التشريح وعلم وظائف الأعضاء النموذجية منها وغير النموذجية.
خلال الحربين العالميتين الأولى والثانية، كان هناك تركيز ملحوظ على تطوير الأطراف الاصطناعية لمن قُطعت أطرافهم من المحاربين، ما أدى إلى تقدُم ملحوظ في الميكانيكا الحيويّة وطب إعادة التأهيل.
الديناميكا العضلية
تركّز العمل في ذلك المجال على زيادة الكفاءة الميكانيكية لزرع العظام، كالمستخدمة في استبدال مفصل الورك أو الركبة. كما ساهمت كذلك طرق مبنية على الأبحاث في علم الميكانيكا الحيوية في أجهزة المشي المُصممة للأفراد ممن يعانون من بتر في أسفل الساق وكذلك أطفال الشلل الدماغي.
مما لا شك فيه، أن تطوير فئة جديدة من الأقدام الاصطناعية التي تُخزن وتُعيد الطاقة الميكانيكية خلال المشي، تسمح بتقليل الإنفاق الاستقلالي لدى مبتوري الأطراف وجعل من الممكن لهم أن يشاركوا في النشاطات الرياضية. كما أن تصميم الأجهزة المبنية على الميكانيكا الحيوية، كالكرسي المتحرك، وكذلك تحسين العناصر البيئية، كالسلالم، أتاح للأفراد ذوي الإعاقات تحسين حركتهم.
تطبيقات الميكانيكا الحيويّة
تُعد تطبيقات الميكانِيكا الحيوية واسعة المجال، بعض الأمثلة تتضمن استخدام التحليل الميكانيكي الحيوي في تصميم أعضاء صناعية قابلة للزرع، مثل القلوب الاصطناعية والأوعية الدموية صغيرة القطر.
وبعضها يشمل استخدام التحليل الميكانيكي الحيوي في هندسة الأنسجة الحية، كصمامات القلب، وأقراص ما بين الفقرات. وتشمل تطبيقات الوقاية من الإصابات المتعلقة بحوادث المركبات: والتي تضم التصادمات بسرعات منخفضة بما فيها من إصابات طفيفة للأنسجة، وأيضًا التصادمات بسرعات مرتفعة وما تُسببه من إصابات شديدة وقاتلة.
اقرأ أيضًا:
- ما فائدة أصبع الخنصر ؟
- لماذا لا تستطيع الأسماك السباحة رأسًا على عقب؟
- حركة مايكل جاكسون التي تتحدى الجاذبية: علماء الأعصاب يكشفون سرها بعيدًا عن خدعة الحذاء
- لغز الضربة الحرة الشهيرة لروبرتو كارلوس (فيزياء كرة القدم)
- هل يصبح الذكاء الاصطناعي واعيًا؟ ماذا لو حصل ذلك؟
ترجمة: محمد أبو غزالة
تدقيق: منّة حمدي
