Simulering af menneskelige bevægemønstre - Wiki

DELTA er en almennyttig
selvejende institution,
godkendt af erhvervsministeren
som teknologisk serviceinstitut.
DELTA hjælper
erhvervsvirksomheder og
det øvrige samfund. DELTA
arbejder med elektronik,
softwareteknologi, optik,
lys, akustik, vibration og
støj. DELTA arbejder bl.a.
inden for »Human Factors«,
som står for hensynet til den
menneskelige faktor ved
design og test af produkter
og systemer. Som en del af
denne aktivitet har DELTA
specialiseret sig i at
gennemføre test, hvor
mennesker indgår som et
væsentligt element.
Yderligere oplysninger:
Tlf. 4593 1211
www.delta.dk
de kan indgå i produktspecifikationer
og kvalitetskontrol.
Værktøjerne eksisterer
DELTA har i dag værktøjerne på
plads til at hjælpe virksomhederne
til succes med at udvikle produkter
med bedre mennesketække.
Metoderne kan bruges på alle
produkter. Udfordringen består i
at finde pålidelige metoder og
teknikker til at lave attraktive
produkter og effektive brugergrænseflader.
Aktiv involvering og hensyn til
brugerne er nødvendig allerede i
starten af produktudviklingen.
Metoderne er også uafhængige af
produktets anvendelsesområde
og form. De kan anvendes på
såvel IT- systemer som på
tekniske produkter af enhver
slags.
teknisk nyt special 25/2001
ERGONOMI
Simulering af menneskelige
bevægemønstre
En computermodel af mennesket giver særdeles interessante
muligheder for at optimere betjening af f.eks. maskinudstyr.
Et forskningsprojekt på AaU har resulteret i et
konkret samarbejde med Ford.
Af lektor, Ph.D John Rasmussen,
Aalborg Universitet,
Institut for Maskinteknik
Større trafiksikkerhed, mindre trætte
bilister og bedre siddekomfort.
Det kan blive resultatet af et nyt
samarbejde mellem en forskningsgruppe
fra Aalborg Universitet og
bilgiganten Fords udviklingsafdeling
i Køln.
Multidisciplinen biomekanik
Forskningsgruppen beskæftiger
sig med biomekanik, der er en disciplin
i det lidt upåagtede grænseområde
mellem biologi/medicin
og mekanik/maskinteknik. Grundidéen
i projektet er at skabe en
computermodel af menneskekroppen
baseret på Newtons love og
nogle avancerede numeriske metoder.
Modellen og den tilhørende software
har fået navnet AnyBody. Det
symboliserer, at modellens dimensioner
og bevægelser er parametriske
og kan simulere enhver krop
og ethvert bevægelsesmønster.
Kompliceret »maskine«
Menneskekroppen er som maskine
betragtet overordentlig kompliceret.
Men selv komplicerede systemer
overholder de basale fysiske
love, og ved at udnytte dette er
AnyBody i stand til at analysere
kroppens reaktion på ydre kræfter
og påtrykte bevægelser meget hurtigt.
Det betyder, at der kan foretages
simulering af muskelkræfter,
ledbelastninger og stofskifte i reel
tid, og at modellen kan underkastes
optimering. Den kan så at sige
»lære« at bevæge sig eller påvirke
sine omgivelser på en optimal
måde, præcis som vores centralnervesystem
kan lære at gå, at spise
med kniv og gaffel eller at spille
golf.
Ergonomisk betjening
f.eks. ved bilkørsel
Den nyudviklede metode åbner
nogle helt nye muligheder, fordi
vore arbejdsstillinger og bevægelser
i høj grad bestemmes af det
miljø, som vi selv har udformet.
Stolen bestemmer ryggens og benenes
position, mens skrivebordet
eller bilrattet definerer overkroppens
arbejdsbetingelser. Optimering
af stillinger eller bevægelser
svarer derfor reelt til at
formgive vores ergonomiske miljø.
Hvis man hurtigt og pålideligt kan
beregne belastningen af kroppen
under bilkørsel kan man altså
også bestemme den optimale udformning
af førersædet, placering
og udformning af rattet, position
af gearstangen osv.
Det er præcis idéen bag AnyBodygruppens
samarbejde med Ford.
De to parter kom i kontakt med
hinanden gennem AnyBody-gruppens
hjemmeside, som spiller en
central rolle i bestræbelserne på
at formidle teknologien til potentielle
brugere. Ford opdagede
hjemmesidens eksistens næsten
straks efter dens offentliggørelse i
slutningen af 1999 og var en af de
første deltagere i projektets interessegruppe,
som i dag tæller mere
end 100 medlemmer fra hele verden.
Da Ford stod foran at søsætte et
udviklingsprojekt om førerpladsindretning,
blev AnyBody-gruppen
inviteret til Køln for at demonstrere
teknologien. Efter at have
set systemet i funktion tilbød Ford
straks at finansiere et forskningsprojekt
om ergonomien i bilers førerpladser
med et beløb på godt
1,2 millioner kroner. AnyBodyprojektet
er i øjeblikket i færd med
at finde arbejdskraft til formålet.
1

Mange aspekter spiller ind
Men selv om man kan analysere
sig frem til muskel- og ledkræfter,
er det ikke ligetil at vurdere en arbejdsstillings
ergonomiske egenskaber.
Der er nemlig mange
aspekter at vurdere. Normalt er
det alt andet lige en fordel at reducere
de kræfter, der påvirker muskler
og led. Men kroppen er skabt til
at blive brugt, og muskelarbejde og
bevægelser er også med til at skabe
den cirkulation, der er nødvendig
for at forsyne vævet med næringsstoffer
og transportere affaldsstoffer
bort.
Det er også vigtigt at huske, at
selv meget små belastninger kan
give anledning til skader på organismen,
hvis de gentages ofte nok.
Det er de for tiden meget omtalte
museskader et eksempel på. Med
AnyBody-teknologien kan man
angribe problemet med museskader,
men det kræver, at lægevidenskaben
først finder ud af, hvad
der forårsager problemet. Hvis
man ved, at det er belastningen af
en bestemt sene eller et bestemt
led, der beskadiger organismen,
så kan AnyBody anvendes til at
indrette arbejdspladsen sådan, at
de skadelige påvirkninger undgås.
Det er i princippet muligt, at der
på længere sigt kan indbygges
analyse af den cirkulation, som
skabes af kroppens bevægelser og
musklernes arbejde. Det vil kræve
udvikling af modeller for forsyning
af energi og bortskaffelse af affaldsstoffer
som funktion af musklens
arbejdsbetingelser. Det vil så
ERGONOMI
AnyBody-model af en
bilist, som drejer rattet.
Modellen indeholder
mere end 100 muskler
symboliseret ved de
røde forbindelser. De
gule klumper repræsenterer
kropssegmenterne
og deres relative masser.
blive muligt at optimere arbejdspladser,
som tilskynder netop den
alsidighed i bevægelsesmønsteret,
der kan forhindre skader på grund
af ensidigt gentagne bevægelser.
Kvantificeret akavethed
En god indikator for ergonomiske
problemer er tilstedeværelsen af
såkaldt antagonistiske muskelkræfter.
Det er kræfter, som modvirker
bevægelsen, men som er
nødvendige enten for at stabilisere
kroppen eller for at reducere belastningen
på muskler, som ellers
skulle arbejde uhensigtsmæssigt
meget. Begge disse tilfælde er forbundet
med, hvad man normalt
opfatter som akavede stillinger.
Det specielle ved AnyBody-teknologien
er, at den så at sige gør det
muligt at kvantificere graden af
akavethed. Hvis man for eksempel
analyserer musklernes arbejde under
cykling med sadelen i en naturlig
stilling, vil man finde, at alle
benets muskler bidrager positivt til
at drive pedalerne rundt. Sådan er
Personmodellen og den tilhørende
software kan simulere
enhver krop og ethvert
bevægelsesmønster.
Ikke alle kørestillinger er lige behagelige.
det ikke, hvis man anbringer sadelen
i en unaturlig lav position. Det
vil få en del af musklerne til at arbejde
imod bevægelsen. Det er
umiddelbart vanskeligt at forstå,
hvorfor kroppen skulle vælge at
lade musklerne arbejde imod bevægelsen.
Men eksistensen af antagonistiske
muskler blev påvist
for mange år siden og allerede i
1903 beskrev Lombard, hvordan
musklerne på bagsiden af benet
kan hjælpe forsidens muskler med
arbejdet, når man strækker benet.
Sådan er det også med de antagonistiske
muskler ved cykling med
lav sadel. Deres negative arbejde
medfører ganske vist, at andre
muskler som helhed skal arbejde
mere for at producere det krævede
nettoarbejde, men de er i stand til
at reducere belastningen på de
muskler, der på grund af den akavede
stilling er uforholdsmæssigt
hårdt belastet. Hvis de antagonistiske
muskler ikke var til stede, ville
benet hurtigt blive træt og ude af
stand til at arbejde videre.
Uendelige anvendelsesmuligheder
Analyse af menneskekroppen har
nærmest uendelige anvendelsesmuligheder,
og gruppen i Aalborg
er kun lige begyndt at kradse i
overfladen.
Teknologien har en række interessante
grundforskningsmæssige
perspektiver, idet man kan undersøge
de numeriske modeller på en
måde, som det ikke lader sig gennemføre
med levende mennesker.
I øjeblikket arbejder gruppen således
på at undersøge, hvad elasticiteten
af senerne betyder for krop-
2 teknisk nyt special 25/2001

teknisk nyt special 25/2001
ERGONOMI
Nytteeffekt af benets vigtigste muskler under en pedalomgang ved cykling med
sadelen i normal højde. Pedalen er i top ved kurvernes start. Den blå kurve, der
ligger øverst, er de store muskler på forsiden af låret. Bemærk, at der næsten intet
negativt arbejde udføres, dvs. musklerne arbejder alle med bevægelsen.
Musklernes arbejde ved sadelhøjde 30 cm under det normale. Dette er en akavet
måde at cykle på, og det viser sig ved at musklerne er tvunget til at yde
betydelige negative bidrag.
pens forbrug af energi under bevægelse,
og hvordan man ved forskellige
bevægelsesstrategier kan
kompensere for - eller ligefrem udnytte
sene-elasticiteten.
I den mere industrielle ende af
skalaen giver teknologien mulighed
for udvikling af produkter med
større videnindhold i form af ergonomiske
kvaliteter. Det harmonerer
glimrende både med industriens
bestræbelser på at give produkterne
værditilvækst og med
samfundets interesse i at reducere
de meget store sundhedsudgifter,
der er afledt af arbejdsbetingede
skader.
De eneste begrænsninger i anvendelsen
af AnyBody-teknologien
ligger i modellering af meget hurtige
bevægelser. Her spiller svingninger
i kroppens bløde væv en
vigtig rolle, og da AnyBody antager,
at alle elementer undtagen
senerne er uendeligt stive, kan systemet
ikke umiddelbart anvendes
til f.eks. et fodboldspark, piskesmældsskader
ved bilsammenstød
eller boksning.
Investorer søges
AnyBody har såvidt vides ikke nogen
direkte konkurrenter på verdensmarkedet.
Der findes en række
systemer, som kan modellere
menneskekroppen, men de er baseret
på en teknologi, som er langt
tungere og ikke uden videre lader
sig anvende til detaljeret ergonomisk
optimering. Til gengæld har
AnyBody stadig et stykke vej at
gå, før det kan præsenteres i en
kommerciel version 1.0, og en del
af dette arbejde kan ikke finansieres
inden for rammerne af et forskningsprojekt.
Derfor leder gruppen
i øjeblikket aktivt efter investorer,
som vil medvirke til en kommerciel
markedsføring af systemet.
AnyBody kan findes på Internettet,
hvor hjemmesiden
viser eksempler på anvendelse
af systemet, en del
publikationer om teknologien
og en dagbog om projektets
fremskridt. Det er også
muligt at tilmelde sig interessegruppen.
http://anybody.auc.dk
Tlf. 9635 9307
jr@ime.auc.dk
3