TEKNOLOGI PADA BIOMEKANIKA

TEKNOLOGI PADA BIOMEKANIKA

A.   Pendahuluan

Seorang pegolf melakukan chip shot, tetapi pegolf ini terlihat berbeda, ia tidak menggunakan pakaian golf normal. Titik-titik cerah dilekatkan ke club di berbagai bagian tubuhnya. Sebuah kotak kecil terikat di punggungnya dan kabel ke luar dari kotak ini ke sepatunya. Lebih banyak kabel melekat pada alat-alat di kakinya.

Pegolf ini berdiri beberapa jenis plat. Cahaya cerah meneranginya. Ia tak memukul bola pada rangkaian golf ini, karena ia berada di laboratorium dimana beragam alat merekam gerakannya, mulai dari gerak otot dan gaya reaksi di bawah kakinya.

Analisis biomekanika kuantitatif gerakan manusia mencakup pengukuran aktual terhadap gerakan manusia dan sebab-sebab yang mendasari gerakan tersebut. Bila gerakan manusia atau setiap aspeknya dikuantifikasi atau diukur (dipaparkan dengan angka-angka), analisis hasilnya yang didasarkan pada pengukuran ini menjadi analisis biomekanika kuantitatif

B.   Pembahasan

1.    Analisis Biomekanika Kuantitatif

Dalam sport, analisis biomekanika kuantitatif biasanya dilakukan hanya pada level elit atau profesional disebabkan biaya dan waktu yang dibutuhkan. Analisis-analisis ini mungkin dilakukan di sepanjang musim atau karir atlit untuk memantau perubahan-perubahan pada teknik.

Memantau perubahan menjadi sangat penting pada parameter-parameter biomekania hasil dari peningkatan pelatihan, memantau kemajuan di dalam rehabilitasi dari cidera, memberikan data untuk penelitian biomekania mengenai keterampilan sport yang spesifik, dsb. Pakar ergonomia dan spesialia faktor-faktor yang manusia dapat menggunakan analisis biomekanis kuantitatif terhadap para pekerja untuk mengetahui sebab-sebab dan mengembangkan solusi untuk cidera dan kelebihan latihan di lingkungan kerja. Pakar biomekania klinis yang berafiliasi dengan rumah-rumah sakit atau badan usaha media lainnya dapat melakukan analisis biomekania kuantitatif terhadap pasien untuk mengetahui pengaruh berbagai intervensi media pada langkah kaki, untuk mengdiagnosa penyakit-penyakit atau cidera musculoskeletal, untuk memantau rehabilitasi dan sebagainya.

Analisis biomekania kuantitatif dianjurkan di semua kasus di atas karena perubahan pada variabel-variabel biomekania yang tengah diukur mungkin tak dapat dibedakan tanpa instrumen khusus. Gerakan-gerakan itu terjadi terlalu cepat untuk mudah diamati oleh mata manusia, atau perbedaan-perbedaan posisi dan perpindahan terlalu halus untuk diperhatikan. Di kasus lainnya, variabel biomekania yang tengah diukur mungkin terlalu sulit untuk diperhatikan orang lain selain sang atlit sendiri (pasien/klien). Sebagai seorang pengamat, bagaimana Anda mendeteksi besaran dan arah gaya reaksi tanah yang berlaku pada seorang pelari? Anda tak dapat melihat gaya-gaya tersebut Anda hanya dapat melihat efek dari mereka. Kita membutuhkan instrumen khusus untuk mengukur variabe-variabel lain.

2.    Isu-isu Pengukuran

Analisis biomekania kuantitatif terhadap gerakan manusia melibatkan pengukuran terhadap variabel-variabel biomekania. Variabel yang diukur mungkin temporal (penetapan waktu), kinematika (posisi, perpindahan, kecepatan, percepatan), atau kinetik (gaya, energi, kerja, daya). Di tiap kasus tersebut, beberapa jenis instrumen digunakan untuk mengukur variabel itu. Instrumen itu sendiri dan latar yang digunakan dapat mempengaruhi kinerja atlit, pasien, atau klien. Proses pengukuran sesuatu mempengaruhi parameter yang tengah diukur. Validitas parameter yang diukur karenanya terancam oleh proses pengukuran. Teknologi pengukuran yang meminimalkan pengaruh pengukuran pada kinerja akan lebih disarankan.

3.    Pengumpulan Data Laboratorium

Idealnya, lingkungan di mana Anda mengukur kinerja seharusnya dikontrol dengan cermat, bila mungkin, sebagian besar data untuk analisis biomekania kuantitatif dikumpulkan di laboratorium biomekania, di mana lingkungan dapat dikontrol kelemahannya adalah laboratorium biomekania bukanlah latar di mana edit, pasien, atau klien biasanya bergerak atau berkinerja. Pembaharuan lingkungan dapat mempengaruhi gerakan yang sedang diukur. Laboratorium seharusnya dirancang untuk menduplikasi sedekat mungkin lingkungan di mana gerakan biasa terjadi.

Keuntungan dari pengumpulan data dilaboratorium adalah kontrol terhadap lingkungan. Kamera, cahaya, suhu dan sebagainya selalu sama. Subjek karenanya berkinerja di dalam kondisi yang lama tiap kali ia dievaluasi. Banyak insturumentasi ini dibangun secara permanen sehingga waktu untuk menyiapkan pengumpulan data menjadi minimal. Selain itu, sensor, markers, atau packs pengumpulan data dapat dilekatkan ke pekinerja.

Kelemahannya adalah bahwa lingkungan ini tidak sama dengan lingkungan kehidupan nyata di mana atlit, pasien, atau klien biasanya bergerak. Pitch besbol yang dilemparkan di dalam lab mungkin sangat berbeda dibandingkan jenis pitch yang sama yang dilemparkan di sebuah pertandingan. Cahaya dan kamera, dan para teknisi yang menyaksikan dan mengukur gerakan pasien, mungkin membuat pasien self-conscious dan mengubahb gerakan. Pelekatan marker, sensor, atau kabel ke pekinerja akan memiliki beberapa pengaruh pada gerakan yang tengah diukur. Pada pengumpulan data laboratorium, sangatlah penting bagi subjek untuk akrab dengan peralatan dan lingkungan laboratorium sebelum pengumpulan data dimulai.

4.    Pengumpulan Data Lapangan (In-the-Field)

Pengumpulan data di kompetisi atletik aktual mungkin menjadi lingkungan terbaik untuk mengukur biomekania kinerja atlit karena ia adalah lingkungan di mana atlit biasanya berkinerja.

Namun demikian, latar kompetisi mungkin bukan yang terbaik bagi pakar biomekania. Sebagian besar teknologi biomekania sangat tidak mudah dibawa. Untuk mencatat gaya reaksi tanah, force plates akan harus dibentuk dalam latar kompetisi. Untuk mencatat aktivitas otot, elektroda harus ditempelkan pada tubuh atlit dan sinyal darinya dikirim ke penerima. Jenis data yang secara reguler dikumpulkan di dalam kompetisi atletik adalah data kinematika. Teknologi untuk mengukur data kinematika mencakup alat pencatat waktu elektronik, video recording atau film gambar bergerak dan sistem analisis terkomputerisasinya, dan alat pengukur kecepatan radar atau laser. Sebagian  besar alat pengukuran ini relatif tidak mengganggu. Kinerja atlit dipengaruhi secara minimal oleh penggunanya. Direktur kompetisi atletik akan sangat mungkin mengijinkan pakar biomekania untuk menggunakan jenis peralatan pengukuran ini selama kompetisi.

Kelemahan utama pengumpulan data biomekania selama kompetisi atletik adalah kurangnya kontrol terhadap lingkungan. Pakar biomekania tidak memiliki kendali terhadap kinerja atau faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja. Kamera film atau video dan alat pengukuran kecepatan radar atau laser mereka semuanya membutuhkan pandangan langsung kepada kinerja. Alat pengukur kecepatan radar atau lacer membutuhkan pemasangan di garis gerak atlit. Oficial, penonton, atlit lain, dan sebagainya, mungkin menghalangi pandangan selama periode pencatatan data. Perubahan-perubahan pada cahaya dapat membatasi penggunaan film atau kamera video. Cuaca buruk juga dapat membatasi penggunaan peralatan (misalnya terlalu dingin, terlalu panas, terlalu basah). Semua alat ini membutuhkan daya listrik. Banyak baterai harus disediakan, atau sumber daya yang dapat diakses mahal dan mudah pecah dari lokasi kompetisi mengekspos peralatan ini ke resiko rusak atau dicuri. Praperencanaan dan waktu pemasangan untuk pengumpulan data di kompetisi atletik juga ekstensif. Sulit pula menduplikasi penggunaan kamera yang sama adalah posisi y ang sama persis dari satu kompetisi ke kompetisi selanjutnya. Alih-alih kelemahan ini, pakar biomekania olahraga secara reguler mengumpulkan data biomekania di Olympic Games dan berbagai kejuaraan dunia dan nasional.

5.    Sampling Rate

Sebagian besar parameter biomekanika berubah seiring waktu, karena itu mereka harus diukur di keseluruhan gerakannya. Komputer biasanya dilibatkan di dalam pengumpulan data untuk menyimpan dan memproses data tersebut . sebagian besar variabel biomekanika adalah sinayal analog mereka berbeda secara berkesinambungan seiring waktu. Namun demikian, sebelum disimpan dan dianalisis oleh komputer, data harus diubah ke bentuk digital. Data digital bersifat numerik (untuk komputer, data direpsentasikan dalam bentuk binari sebagai 1 dan 0). Untuk mengubah sinyal analog menjadi digital, sinyal analog diukur menjadi bentuk binari. Seberapa sering sinyal disampelkan disebut sampling rate atau sampling frequency.

Sampling frequency sebuah instrumen mengindikasikan seberapa sering instrumen itu mencatat sebuah pengukuran. Sampling frequency beberapa instrumen biomekania, misalnya forve platform, bisa setinggi beberapa ribu sampel sebagian besar alat pengukur di dalam biomekania dapat disesuaikan agar cocok dengan gerak yang tengah diukur. Untuk gerakan yang lambat dan disengaja, sampling rate di bawah 100 sampel per detik sudah memadai, tapi untuk gerakan yang melibatkan imbas atau keadaan-keadaan yang berubah dengan cepat, sampling rate yang jauh leibh cepat dibutuhkan.

6.    Alat Untuk Mengukur Variabel-Variabel Biomekanika

Alat-alat untuk mengukur variabel-variabel biomekania berbeda dalam kecanggihan dan iayanya dari stopwatches sederhana ke force platforms yang sangat sensitif. Telaah alat pengukuran yang disajikan di sini hanya lah telaah singkat atas beberapa teknologi yang tersedia untuk mengukur variabel-variabel biomekania. Alat-alat ini dikategorikan sebagai alat untuk mengukur kinematik dan alat-alat untuk mengukur kinetik.

a.    Alat untuk Mengukur Kinematik

Variabel-variabel kinematik didasarkan pada posisi dan waktu atau perubahan di salah satunya. Alat yang populer untuk mengukur variabel-variabel kinematik di dalam biomekania mencakup sistem timing, sistem pengukuran kecepatan (didasarkan pada radar atau cahaya laser), sistem pencitraan optis (kamera film, kamera video, dsb), dan accelerometers.

1.)  Alat Pencatat Waktu

Waktu adalah dimensi fundamental di dalam mekanika, karenanya pengukuran waktu menjadi penting. Jam adalah alat tersederhana untuk mengukur waktu. Bila durasi sebuah peristiwa yang diwaktukan cukup panjang, stopwatch sederhana dapat menjadi alat pencatat waktu yang sesuai. Bila lebih bnayak akurasi yang dibutuhkan dan bila durasi peristiwa yang diwaktukan singkat, maka alat pencatat waktu otomatis menjadi lebih sesuai.

Sebagian besar alat pencatat waktu menggunakan jam elektronik di dalam sebuah komputer atau alat digital lainnya. Switches elektonika atau mekania memulai dan menghentikan jam. Switches ini dapat dipicu oleh beragam sarana. Contoh, karpet peka tekanan (pressure sensitive mata) dapat digunakan untuk memulai atau menghentikan jam saat orang melangkah masuk atau ke luar dari mat. Sensor cahaya juga digunakan sebagai pemicu. Sensor ini dapat sangat peka terhadap panjang gelombang yang spesifik atau terhadap frekuensi yang lebar. Di keduanya, bila sumber cahaya bersinar pada sensor dan larikan cahaya ini intensitas cahaya pada sensor memicu jam untuk memulai atau berhenti.

Alat pencatat waktu otomatis ini jelasnya mengukur waktu, tapi mereka juga digunakan untuk mengukur kecepatan rata-rata. Bila sensor-sensor berpicu diposisikan pada jarak terpiaah yang diketahui, maka kecepatan rata-rata dapat dihitung dair ukuran jarak dan waktu.

2.)  Sistem Pengukuran Kecepatan

Sistem pencatatan waktu adalah alat pengukuran kinematika tersederhana. Mereka berguna untuk mengukur kecepatan rata-rata manusia atau benda, tapi bagimana dengan kecepatan instantaneous (seketika)? Senjata radar yang digunakan para polisi untuk menangkap pelanggar batas kecepatan di jalan tol diadapsi untuk menangkap kecepatan instantaneous objek-objek di dalam olahraga. Senjata radar mentransmisikan sinyal radio gelombang mikro di frekuensi yang spesifik dan mengukur frekuensi sinyal-sinyal yang direfleksikan kemblai kepadanya. Objek statis akan merefleksikan sinyal radio ini di rekuensi yang sama. Bila objeknya bergerak, sinyal yang dipantulkan akan mengalami perubahan di dalam frekuensinya doppler effect. Kecepatan objek ditentukan oleh perubahan frekuensi ini.

Radar gun dibatasi untuk pengukuran kecepatan (komponen-komponen kecepatan) yang secara langsung menuju atau menjauh dari radar gun. Mereka paling luas digunakan untuk mengukur kecepatan besbol yang dilempar, tapi radar guns juga dipasangkan untuk digunakan pada golf, tennis, hoki, sepakbola, lacrosse, dan olaharaga lainnya.

Penggunaan mereka dalam mengukur kecepatan pelari dibatasi kecuali radar reflective marker dikenakan oleh pelari. Alat pengukurna kecepatan berbasis laser lebih efektif untuk mengukur kecepatan pelari. Ia serupa dalam operasinya dengan radar gun, tapi menggunakan laser dan refleksi cahaya laser tersebut untuk mengukur kecepatan. Tak seperti radar, yang sinyalnya menyebar saat jarak bertambah, laser yang digunakan pada alat pengukuran kecepatan berbasis laser sangat fokus. Karena itu, bila dua objek atua lebih bergerak ke arah alat ini, alat pengukuran kecepatan laser dapat mengukur kecepatan benda yang spesifik, sementara radar gun akan menerima sinyal yang multiple reflected. Alat pengukuran kecepatan laser lebih akurat untuk mengukur kecepatan pelari.

3.)  Sistem Pencitraan Optis

Di dalam analisis biomekanika kualitatif, dibedakan sebagian besar kualitas-kualitas performa dengan menggunakan penglihatan. Karena itu bilamana teknologi untuk merekam citra-citra visual kinerja ini menjadi alat yang paling lazim digunakan dalam biomekanika. Sistem pencitraan optis yang paling populer adalah kamera video dan kamera gambar bergerak.

Video dan kamera gamnbar bergerak memberikan citra dua dimensi sequential gerakan diinterval waktu yang spesifik tergantung pada kecepatan kamera. Pada citra tunggal yang direkam, posisi tubuh dan bagian-bagiannya dapat diukur. Pada gambar sekuensial, perubahan-perubahan posisi atau perpindahan dapat diketahui. Kamera video model konsumer yang dijual di Amerika Serikat merekam 60 gambar per detik. Ini berarti bahwa interval wkatu di antara dua bidang video berurutan adalah sebesar 1/60 sedetik atau 0.0167 s. Kecepatan dan waktu tersebut.

Satu kamera mungkin cukup memadai untuk merekam gerak dua dimensi atau planar, karena citra hasilnya juga dua dimensi. Data koordinat tiga dimensi dapat diperoleh bila gerak direkam oleh dua kamera atau lebih. Perangkat lunak khusus telah dikembangkan yang menghitung koordinat tiga dimensi dari data dua dimensi dari tiap kamera.

Bagaimana data koordinat diekstrak dari citra-citra kamera itu? Proses ini disebut digitizing. Ini dilakukan secara manual atau otomatis, di keduanya ini sistem terkomputrisasi menfasilitasi digitizing. Pertama, titik-titik perhatian di tubuh atau objek yang tengah diselidiki harus diidentifikasi. Biasanya, tubuh dimodelkan sebagai sebuah sistem dari bagian-bagian yang rigid yang bertautan di persendian.

Garis-garis yang menghubungkan titik-titik ujung bagian tadi (sendi atau ujung tangan dan kaki) membatasi bagian-bagian itu. Karena itu, titik-titik ujung ini menjadi titik-titik perhatian. Pada proses digitizing manual, bingkai tunggal citra menjadi titik-titik perhatian. Pada proses digitizing manual, bingkai tunggal citra tersebut tampil di layar komputer, dan anda mendigitize (menyimpan data koordinat) untuk tiap titik ujung bagian dengna memprosisikan cursor ke proyeksi titik ujung itu dilayar. Ini dilakukan untuk tiap titik ujung bagian tubuh (untuk model tubuh manusia yang utuh, ini mungkin memerlukan lebih dari 20 titik) dan untuk tiap bingkai film atau video gerakan. Ini sangat melelahkan dan menyita wkatu. Ini juga rentan pada human eror.

Metode kedua digizing adalah metode otomatis. Ada dua metode digitizing otomatis. Di metode yang pertama, marker yang sangat reflektif diletakkan ke subjek (atlit, pasien, klien). Marker ini membatasi bagian-bagian anatomia yang menjadi ketertarikan. Subjek diterangi sedemikian rupa hingga cahaya dipantulkan marker dan masuk ke lensa kamera. Citera video hasilnya memiliki spots (titik-titik) yang cerah pada citra subjek tersebut di mana marker hadir/diletakkan (lihat gambar)

                                                                                                         

Perangkat lunak komputer yang khusus mengidentifikasi titik-titik cerah ini dan koordinatnya di setiap bingkai video gerakan. Di beberapa sistem otomatis, data diproses secara real time-Ands melihat model komputer gerakan di layer saat gerakan dilakukan.

Metode digitizing otomatis lainnya menggunakan marker aktif sebagai kontras marker reflektif pasif. Di sistem ini, marker biasanya adalah lightemitting dioldes (Leds) yang bersinar di frekuensi tertentu. Kamera-kamera khusus mendeteksi kehadirannya, dan perangkat lunak komputer menetapkan lokasi kordinat mereka.

Satu kelemahan semua sistem pencitraan optis adalah mereka tergantung pada cahaya. Limbs bergerak past each other dan menyembunyikan marker dari kamera. Sistem pelacak elekromagnetis mengatasi kelemahan ini dengan lokasi marker. Sistem elektomagnetis ini tidak mengalami kelemahan dari titik-titik yang tersembunyi karena bagian-bagian tubuh yang dapat menyembunyikan marker bagian tubuh tidak terlihat pada alat pengindera ini.

Pengumpulan data yang menggunakan sistem digitizing utamanya terbatas pada latar laboratorium. Jenis sistem ”penangkap gerak” ini juga digunakan di industri entertaintment untuk memberikan gerakan realitis bagi gambar-gambar animasi di banyak video games handheld, khususnya games terkait olahraga.

Sebagian besar sistem pengukuran gerak citra optis ini cukup mahal. Namun demikian ada beberapa program komputer yang tidak mahal 9kurang dari $ 500) di pasaran yang menawarkan alat-alat dasar untuk menganalisa gerakan manusia dalam dua dimensi. Satu-satunya perangkat keras yang dibutuhkan adalah komputer dengan kapabilitas input video dan sebuah kamera video.

4.)  Accelerometers

Pengukuran akselerasi dapat diambil dari data yang diperoleh dari laser alat pengukuran kecepatan radar atau dari data y ang diperoleh melalui sistem pencitraan optis. Namun demikian pengukuran akselerasi ini dapat terkontaminasi karena kesalahan. Komputasi yang dilibatkan untuk mendapatkan kecepatan dari posisi dan data waktu, dan kemudian akselerasi dari kecepatan dan data wkatu, menyebabkan perluasan kesalahan. Sedikit ”kebisingan” (random error) pada data posisi menjadi lebih besar di dalam perhitungan kecepatan dan semakin diperbesar di dalam perhitungan akselerasi. Data ini harus secara numeria disering untuk menghilangkan noiae ini. Selain keterbatasan ini, sebagian besar alat pengukur kecepatan per detik biasanya 60 atau kurang. Apakah ada metode yang secara langsung mengukur akselerasi agar problem ini terentaskan?

Accelerometer adalah alat untuk mengukur akselerasi secara langsung. Alat ini bisa sangat ringan dan kecil.

                                                                        

Accelerometer terkecil kurang dari 1 g massanya dan memiliki dimensi lebih kecil dari 1cm x 1cm x 1cm. Accelerometer ditempelkan pada objek dan mengukur percepatan objek tersebut di titik kelekatannya. Accelerator mengukur akselerasi dalam arah yang spesifik. Accelerometer uni axial atau one dimensional hanya mengukur akselerasi dalam satu arah sejajar sumbu spesifik unit tersebut. Accelerometer triaxial atau one dimensional hanyamengukur akselerasi dalam satu arah sejajar sumbu spesifik unit tersebut. Sumbu yang berbeda di sudut yang lurus ke satu sama lainnya. Orientasi accelerator menentukan arah akselerasi yang diukur. Bila accelerator dilekatkan ke sebuah limb yang berubah orientasiny, maka arah akselerasi yang diukur juga berubah bersama perubahan pada orientasi limb. Accelerator tak dapat diletakkan secara langsung pada kernagka tubuh yang rigid (tulang), tapi tidak digunakan untuk menganalisa gerakan umum seluruh tubuh.

Accelerator memiliki respons frekuensi yang relatif tinggi, karena itu mereka dapat disampelkan pada tingkat yang tinggi. Ini membuat mereka biasanya sangat cocok untuk menganalisa tubrukan (impact). Sebenarnya, accelerometer digunakan di mobil sebagai sensor untuk memicu pengumbungan kantong udaria. Pada biomekanika, accelerator digunakan untuk mengevaluasi kapabilitas penurun tubrukan peralatan keamanan olahraga. Kinerja helm sepeda dan helm perlindungan lainnya dievaluasi dengan accelerometer dengan mengukur akselerasi headform di dalam helm selama uji tubrukan. Kinerja materi pelindung yang digunakan di bawah peralatan playground anak-anak dievaluasi dalam cara yang serupa. Accelerator juga sangat cocok untuk mengukur vibrasi dan efeknya pada tubuh.

b.    Alat-alat untuk Mengukur Kinetik

Variabel-variabel kinetik didasarkan pada gaya sebab perubahan pada gerak. Alat yang populer untuk mengukur variabel kinetik di dalam biomekania mencakup force platform, pengukur tegangan (strain gauges) alat pengindera tekanan, dan electromyography (EMG)

1.)  Force Platforms

Force platforms adalah alat yang paling populer untuk mengukur variabel-variabel kinetik di dalam biomekanika. Force platforms atau plat gaya (force plate) mengukur gaya reaksi dan titik aplikasi dan arah gaya reaksi resultannya. Permukaan pengukuran mereka adalah empat persegi panjang, dan permukaan ini biasanya kira-kira seukuran kecil keset (± 40cm kali 60cm). Force platform biasanya digunakan untuk mengukur gaya reaksi tanah pada gaya berjalan (lihat gambar). Gaya yang diukur mencakup gaya kontak normal (gaya reaksi tanah vertikal), gaya gesekan di arah anterior-anterior, dan gaya gesekan di arah medial lateral

Force platform digunakan dilaboratorium gerak berjalan klinis untuk mengukur efektivitas perlakuan untuk penyakit-penyakit neuromuscular atau untuk mengukur kemajuan rehabilitasi dari cidera musculoskeletal. Bagaimana gaya reaksi tanah berubah setelah perlakuan atau perubahan spa yang terjadi selama rehabilitasi? Kesesuaian dan fungsi protesia dapat juga dievaluasi dengan menelaah rekaman force platform.

Force platform digunakan pada atletik untuk mengukur gaya reaksi tanah yang dilesakkan oleh atlit lontar peluru dan atlit lontar cakram selama lemparan mereka; oleh pelompat jauh, triple jumpers, dan atlit lompat galah selama dive mereka dan sebagainya. Pola-pola yang ditunjukkan pada sejarah gaya waktu memberikan pelatih dan ilmuwan informasi perbedaan teknik yang mungkin mempengaruhi atlit.

Beberapa pabrik sepatu atletik yang besar menggunakan force platforms di laboratorium biomekania mereka. Fitur berbagai desain sepatu dan bahan yang digunakan di dalam desain ini dievaluasi dengan menelaah gaya reaksi tanah yang dihasilkan oleh subjek yang mengenakan sepatu-sepatu itu.

2.)  Force Transducers

Force transducers adalah alat untuk mengukur gaya. Satu tipe transducer (pengubah gaya) gaya adalah strain gauge. Strain gauge mengukur tegangan perubahan pada panjang dibagi dengan panjang aslinya. Bila strain gauge dilekatkan ke sebuah materi itu dapat dihitung, dan pada akhirnya beban eksternal yang menyebabkan tekanan dan tegangan ini dapat diketahui. Strain gauge karenanya berguna untuk mengukur gaya.

Force transducers telah digunakan diberagam olahraga untuk mengukur gaya yang berlaku pada implement atau peralatan olahraga. Force tranducers strain gauge telah digunakan untuk mengukur gaya pada ring dan balok horizontal pada senam, pada kawat di lempar martil, pada kayuh dalam dayung, dan pada start handle pada luge.

Klinik menggunakan strain gauge untuk mengukur gaya penting dalam meningkatkan pemahaman beban pada tulang dan sendi dan bahkan tendon dan ligament. Strain gauge diletakkan pada pinggul artifisial untuk mengukur gaya di sendi pinggul in vivo (didalam tubuh). Pada hewan, force transducers (diikat dengan strain gauge yang dilekatkan) digunakan untuk mengukur gaya tendon in vivo.

3.)  Sensor Tekanan

Sensor tekanan biasanya adalah karpet (mat) tipis dengan bidang sensor gaya yang ditempelkan padanya (lihat gambar). Force platform mengukur gaya reaksi resultan yang sesungguhnya resultan dari sejumlah gaya yang berlaku pada permukaan yang berkontak dengan force platform. Sensor tekanan berusaha mempresentasikan dengan lebih baik sifat sebaran gaya-gaya ini dengan mengkuantifikasi tekanan (gaya dibagi dengan area) yang didesakkan di tiap area spesifik tekanan.

Seperti pada force platforms, mat tekanan paling umum digunakan di analisis gait (langkah kaki). Wilayah tekanan tinggi di bawah tapak kaki pasien dapat diidentifikasi saat pasien berjalan telanjang kaki di atas pressure mat. Perubahan di pola tekanan ini setelah perlakuan untuk intervensi penyakit atau pembedahan dan rehabilitasi dapat dipantau.

Pressure mat mungkin tidak mendapatkan tekanan yang dilesakkan pada kaki saat pasien mengenakan sepatu, karena itu alat pengukur tekanan insole (di dalam sol) dikembangkan. Alat ini cocok dimasukkan disepatu antara sol tapak kaki dan sepatu.

 

                                                                                        

Pengukuran tekanan dari alat pengukuran tekanan insole ini digunakan oleh para podiatriats dan professional media lainnya untuk mendesain orthotics dan sepatu yang lebih efektif. Dalam sport, insole pengukur tekanan ini digunakan pada ski untuk mengukur tekanan yang dilesakkan oleh kaki atlit ski di boot selama alphine skiing.

Aplikasi klinis lain alat pengukur tekanan adalah untuk mengukur tekanan bone-to-bone pada persedian. Pressure mata yang sangat tipis (atau film yang peka terhadap tekanan) digunakan untuk mengukur distribusi tekanan di dalam sendi pada tubuh.

4.)  Electromyography

Gaya otot yang dihasilkan selama gerakan mungkin secara tidak langsung diukur dengan menggunakan electromyography (EMG). EMG mengukur kegiatan listrik otot yang berkontraksi via permukaan elektroda yang ditempatkan di kulit pada otot superfisial atau via elektroda yang ditanam di dalam otot. Setidaknya, data EMG mengindikasikan apakah otot berkontraksi atau tidak. Pada pemprosesan skilfull sinyal EMG, kekuatan relatif kontraksi dapat diketahui. Walau ada hubungan jelas di antara besaran gyaa otot dan sinyal EMG, pengkuantifikasian relasi ini dan menetapkan gaya otot dari data EMG masih belum dimungkinkan. Namun demikian EMG masih menjadi alat yang berguna untuk aplikasi klinis dan olahraga.

5.)  Simulasi dan Pemodelan Komputer

Alat yang digunakan oleh para ahli biomekanika adalah simulasi dan pemodelan ini sesungguhnya bukan alat pengukuran, sebaliknya sebuah alat analisis. Di dalam olahraga. Stimulasi komputer dapat digunakan untuk memprediksi keluaran sebuah gerakan yang didasarkan pada input tertentu. Di situasi klinis, efek alat bedah perbaikan atau prosthetic dapat dievaluasi sebelum intervensi.

Model-model stimulasi komputer biasanya secara matematika didasarkan dengan menggunakan persamaan yang diambil dari hukum gerak newton. Input pada simulasi ini biasanya mencakup properti inersia tubuh dan limbsnya (massa, panjang, momen intersia), kondisi awal dipermulaan simulasi (posisi dan kecepatan tubuh dan limbs),  dan sejarah waktu fungsi kontrol.  Fungsi kontrol mungkin relatif terhadap posisi limbs,  gaya otot,  torsi sendi resultannya,  dan sebagainya.  Keluaran simulasi ini adalah gerakan tubuh yang berasal dari masukan-masukan         ini.

Simulasi beragam keterampilan olahraga telah dikembangkan. Limitasi simulasi komputer adalah bahwa tiap simulasi spesifik pada satu individu dan satu set parameter masukan. Hasil dari simulasi komputer mungkin hanya dapat diterapkan pada orang yang parameternya menjadimasukan pada simulasi ini. Menjanjikan menyelidiki pertanyaan-pertanyaan ”bagaimana bila”. Bagaimana bila penyelam adduct lengannya lebih jauh? Bagaimana bila pesenam menjaga posisi melipatnya sedikit lebih lama? Bagaimana bila pelompat galah menggunakan galah yang agak lebih kaku?

C.   Kesimpulan

Analisis biomekanikal kuantitatif menyeluruh biasanya dibatasi pada kinerja-kinerja oleh atlit-atlit pilihan atau kepada situasi-situasi klinis. Bagaimana dan di mana pengukuran-pengukuran biomekanikal boleh diambil mempengaruhi parameter itu yang sedang terukur. Sejumlah perkakas adalah digunakan untuk mengukur biomekanikal variabel-variabel. Perkakas untuk mengukur variabel-variabel kinematik di dalam biomekanika termasuk sistem pemilihan waktu, percepatan yang mengukur sistem, sistem imaging berhubungan dengan mata seperti kamera-kamera video, dan akselerometer-akselerometer, merasakan alat-alat, dan elektromiografi (EMG). Simulasi komputer adalah alat yang lain bermanfaat untuk analisa biomechanical.