Lösung inverser Problemstellungen in der Biomechanik am Beispiel von Beinstreckbewegungen - Roemer, K. (Beiträge zur Lehre und Forschung im Sport, 155, 2006)
Die biomechanische Modellierung liefert seit vielen Jahren Beiträge, um im Sinne der Bewegungs- und Kraftdiagnostik, aber auch der Bewegungssysnthese und -optimierung Trainer und Sportler - primär im Hochleistungsbereich - bei der Optimierung des Trainingsprozesses zu unterstützen. Dabei geht der Trend zunehmend hin zu individuellen Präferenzen für optimale Bewegungstechniken, die auf der Kenntnis der individuellen Leistungsvoraussetzungen aufbauen. Dabei steht nicht immer rmessbare Werte oder Eigenschaften zur Verfügung, für diese Fälle bietet die Modellierung geeignete Denk- und Lösungsansätze zur Quantifizierung von Muskeleigenschaften bei Wettkampf- und Trainingsbewegungen im Sinne einer Leistungsdiagnostik. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einem Lösungsansatz für inverse Problemstellungen in der Biomechanik am Beispiel von Beinstreckbewegungen. Ausgangspunkt für diese Fragestellung ist die aus der sportwissenschaftlichen Praxis stammende Frage nach den inneren Kräften als Voraussetzung sportlicher Bewegungen. Um den menschlichen Bewegungsapparat hinreichend genau abzubilden, wurden anatomische Eigenschaften (Muskeln, Sehnen, Gelenke), energetische Eigenschaften der Muskulatur sowie neurologische Regelungsprozesse in einem Mehrkörpermodell abgebildet. Das Modell bietet eine Möglichkeit, um auf der Grundlage von individuellen Eingangsdaten inverse Probleme in der Biomechanik für Beinstreckbewegungen zu lösen und liefert wertvolle Informationen über Muskelkräfte und -kontraktionsverläufe im Sinne einer Diagnose. Es kann darüber hinaus auch zur Optimierung von Bewegungen eingesetzt werden. Unter Einsatz der Methodik der Mehrkörperdynamik wurden mittels Lagrange'scher Bewegungsgleichungen ein Modell entwickelt, das Bewegungsabläufe mit Videometrie aufzeichnet und die Bewegung dann mit der inversen Kinematik überträgt. Hier wiederum kommt das dynamic Tracking zum Einsatz, um eine natürliche Glättung von Bewegungskoordinaten zu erreichen. Die so gewonnene Referenzbewegung wurde simulativ mit Ljapunov-stabiler dynamischer Steuerung reproduziert. Weiterhin wurden Kraftgesetze für die abgebildeten Muskeln und Sehnen definiert und Muskelaktivierungs- und Stimulationsfunktionen verwendet. Letztlich wurde die Methode des EMG eingesetzt, um aktive Muskelgruppen in der jeweiligen Bewegung zu bestimmen..