Software genskaber komplekse bevægelser til medicinske, genoptræning, og grundforskning

En open source-bevægelsessimulator, der allerede har hjulpet med at løse problemer inden for medicin, paleontologi, og dyrs bevægelse er blevet udvidet og forbedret, ifølge en ny publikation i open-access journal PLOS Computational Biology . Softwaren, kaldet OpenSim, er udviklet af et team ved Stanford University, ledet af de første forfattere Ajay Seth, Jennifer Hicks, og Thomas Uchida, med bidrag fra brugere rundt om i verden. Det nye papir gennemgår softwarens brede vifte af applikationer og beskriver de forbedringer, der kan øge dets anvendelighed endnu mere.

De største udfordringer ved at skabe bevægelser "i silico" omfatter at formulere de underliggende matematiske ligninger og sikre, at løsningen er præcis, når man beregner variabler, der er vanskelige at måle eksperimentelt, såsom metabolisk forbrug af individuelle muskler og strækning og tilbageslag af sener under bevægelse. Fysikbaserede modeller muliggør forudsigelse af nye bevægelser, både adaptiv og utilpasset, såsom overdreven hofterotation som reaktion på benmuskelsvaghed. OpenSim kombinerer metoder fra biologi, neurovidenskab, mekanikere, og robotik til at løse disse udfordringer og skabe hurtige og præcise simuleringer af bevægelse.

OpenSim er allerede taget i brug til at bestemme, om Australopithecus afarensis havde tilstrækkelig grebstyrke til at lave visse værktøjer, baseret på fossiliserede knoglefund; udvikling af strategier til forebyggelse af ankelskader under atletisk præstation; og optimering af en bærbar robotanordning til lange spring. Yderligere anvendelser omfatter forudsigelse af bevægelsesmønstre for uddøde arter og planlægning af seneforlængende kirurgi for børn med cerebral parese.

Nylige forbedringer omfatter tilføjelse af mere præcise modeller af muskeldynamik, fælles kinematik, og hjælpemidler, som vil hjælpe med rehabiliteringsstudier; evnen til at oprette brugerdefinerede undersøgelser ved at kombinere eksisterende værktøjer på nye måder; værktøjer til import af motion-capture-data for at teste simuleringer mod eksperimenter; og moderne visualiseringsværktøjer til at skabe indsigtsfulde animationer af bevægelse.

"Softwaren er som en schweizisk hærkniv til bevægelsesforskeren, "sagde hovedforfatterne." Det giver forskere uden særlig ekspertise inden for biomekanik mulighed for at udføre kraftfulde og præcise simuleringer for at teste hypoteser, visualisere løsninger på problemer, og formidle ideer. Fordi det indeholder årtiers forskning om, hvordan mennesker og andre dyr bevæger sig, og bliver konstant forstærket og forbedret af brugerfællesskabet fra så mange forskellige felter, OpenSim kan fremskynde opdagelser inden for alle områder, hvor biologisk bevægelse spiller en rolle. "