Foto: Julien BASTIDE. Photoxpress.
Una pareja de científicos de la Universidad Estatal de Ohio, Hooshang Hemami, profesor de ingeniería eléctrica e informática y su estudiante de doctorado, la recién graduada Laura Humphrey, han desarrollado un modelo computacional que aporta nueva información acerca de cómo la fuerza de los pies y sus dedos determina hasta dónde puede inclinarse una persona sin perder el equilibrio, según se explica en un comunicado de la citada universidad, del que se hace eco Science Daily. Los resultados de esta investigación se han publicado en la revista Journal of Biomechanics.
Hasta ahora, la mayor parte de los estudios sobre el movimiento y el equilibrio del cuerpo humano han centrado su atención en la parte superior del cuerpo, dejando los pies en un segundo plano, como afirma el principal autor de la investigación, Hooshang Hemami: “Con el fin de reducir la complejidad del problema, los pies son a menudo descuidados o simulados utilizando formas simples que realmente no se corresponden con la verdadera importancia de los pies”. Para corregir esta situación, Hamami y su equipo están analizando cómo la manipulación de la fuerza de los dedos de los pies puede afectar al equilibrio humano.
El pie en cuatro pasos
Los científicos comenzaron diseñando un modelo computacional del cuerpo humano y de los pies, que dividieron en cuatro secciones diferentes para representar las distintas partes del pie, mientras que sólo asignaron una al resto del cuerpo. Esto les permitió centrarse principalmente en la presión de los pies y sus dedos, cuando se ejerce un movimiento hacia delante.
Una vez creado el modelo de simulación informática, realizaron reproducciones de equilibrio estático y equilibrio hacia adelante y compararon los resultados obtenidos con los registrados en investigaciones científicas anteriores.
El equilibrio estático hace referencia a la posición de un sujeto cuando se encuentra erguido o en un ángulo inclinado con respecto a la base y es capaz de permanecer estable con toda la superficie de la planta del pie apoyada en el suelo.
Hasta ahora, la mayor parte de los estudios sobre el movimiento y el equilibrio del cuerpo humano han centrado su atención en la parte superior del cuerpo, dejando los pies en un segundo plano, como afirma el principal autor de la investigación, Hooshang Hemami: “Con el fin de reducir la complejidad del problema, los pies son a menudo descuidados o simulados utilizando formas simples que realmente no se corresponden con la verdadera importancia de los pies”. Para corregir esta situación, Hamami y su equipo están analizando cómo la manipulación de la fuerza de los dedos de los pies puede afectar al equilibrio humano.
El pie en cuatro pasos
Los científicos comenzaron diseñando un modelo computacional del cuerpo humano y de los pies, que dividieron en cuatro secciones diferentes para representar las distintas partes del pie, mientras que sólo asignaron una al resto del cuerpo. Esto les permitió centrarse principalmente en la presión de los pies y sus dedos, cuando se ejerce un movimiento hacia delante.
Una vez creado el modelo de simulación informática, realizaron reproducciones de equilibrio estático y equilibrio hacia adelante y compararon los resultados obtenidos con los registrados en investigaciones científicas anteriores.
El equilibrio estático hace referencia a la posición de un sujeto cuando se encuentra erguido o en un ángulo inclinado con respecto a la base y es capaz de permanecer estable con toda la superficie de la planta del pie apoyada en el suelo.
El modelo que Hemami y Humphrey construyeron les permitió obtener resultados acordes con los que se pueden observar en sujetos reales. Para su investigación probaron tres casos diferentes: el equilibrio estático en sujetos sanos, el equilibrio estático en sujetos con la fuerza de los dedos de los pies disminuida y equilibrio hacia adelante en sujetos sanos.
Los resultados indicaron que en una persona sana, la importancia de los dedos de los pies va en aumento conforme la persona se inclina hacia adelante. A medida que el cuerpo del modelo simulado se inclinaba hacia delante, la presión por debajo de los dedos del pie fue aumentando considerablemente, al tiempo que la presión por debajo del talón disminuía.
Para el segundo de los casos, la simulación del equilibrio en una persona con la fuerza de los dedos disminuida, los científicos debilitaron una de las secciones del pie del modelo, justo la representada por un músculo situado encima del dedo gordo del pie, que ayuda a controlar el arco del mismo, lo que proporciona apoyo al cuerpo cuando se encuentra erguido.
Cuando las mismas pruebas de equilibrio estático se realizaron con este modelo “debilitado” se observó que al inclinar el cuerpo hacia delante, a medida que la fuerza de los dedos disminuye, la presión por debajo del talón tan sólo se reduce a la mitad de lo que sucede con el modelo del sujeto sano.
Según este sistema, el ángulo máximo que un cuerpo sano puede inclinarse hacia adelante (desde la cintura y sin que los talones se eleven tacones del suelo) es de casi 12 grados de la vertical. El modelo con la fuerza de los dedos disminuida sólo pudo inclinarse hacia adelante cerca de 10 grados.
“El modelo de ordenador es compatible con los últimos estudios en personas reales”, explica Hemami, aunque sí advierte una discrepancia: su modelo fue capaz de inclinarse hacia adelante 12 grados sin levantar los talones, mientras que las personas reales sólo consiguieron llegar a 8 grados. En palabras del investigador "esta diferencia podría ser psicológica y deberse a que la gente no se siente cómoda en su máximo rango teórico de movimiento".
De las extremidades a la médula espinal
Después de diseñar un modelo informático que simula los pies y sus dedos y su papel en el movimiento, balanceo y equilibrio del cuerpo humano, Hemami tiene la intención de extender su prototipo a la médula espinal y desarrollar un sistema matemático que puede determinar el nivel de fuerza y presión necesarios para ciertas tareas, como por ejemplo, cuánta cantidad de estas variables sería necesaria para mantener un huevo en las manos sin que se cayese o aplastase.
"Mi esperanza es que mi trabajo conduzca a la construcción de modelos robóticos de varias partes del cuerpo capaces de moverse de manera similar al cuerpo humano. Si podemos hacer que un robot o un modelo de ordenador golpee una pelota de fútbol como un jugador real, entenderemos mejor cómo responden cada una de las distintas partes de la ‘carrocería’ durante el movimiento. Entonces, tal vez, podamos construir una médula espinal artificial capaz de ayudar a las personas con discapacidad ", afirma Hemami. "Tratamos de modelar lo que hacen los músculos para contribuir al desarrollo de prótesis más avanzada, así tendremos algo mejor que ofrecer a las personas que lo necesitan".
Los resultados indicaron que en una persona sana, la importancia de los dedos de los pies va en aumento conforme la persona se inclina hacia adelante. A medida que el cuerpo del modelo simulado se inclinaba hacia delante, la presión por debajo de los dedos del pie fue aumentando considerablemente, al tiempo que la presión por debajo del talón disminuía.
Para el segundo de los casos, la simulación del equilibrio en una persona con la fuerza de los dedos disminuida, los científicos debilitaron una de las secciones del pie del modelo, justo la representada por un músculo situado encima del dedo gordo del pie, que ayuda a controlar el arco del mismo, lo que proporciona apoyo al cuerpo cuando se encuentra erguido.
Cuando las mismas pruebas de equilibrio estático se realizaron con este modelo “debilitado” se observó que al inclinar el cuerpo hacia delante, a medida que la fuerza de los dedos disminuye, la presión por debajo del talón tan sólo se reduce a la mitad de lo que sucede con el modelo del sujeto sano.
Según este sistema, el ángulo máximo que un cuerpo sano puede inclinarse hacia adelante (desde la cintura y sin que los talones se eleven tacones del suelo) es de casi 12 grados de la vertical. El modelo con la fuerza de los dedos disminuida sólo pudo inclinarse hacia adelante cerca de 10 grados.
“El modelo de ordenador es compatible con los últimos estudios en personas reales”, explica Hemami, aunque sí advierte una discrepancia: su modelo fue capaz de inclinarse hacia adelante 12 grados sin levantar los talones, mientras que las personas reales sólo consiguieron llegar a 8 grados. En palabras del investigador "esta diferencia podría ser psicológica y deberse a que la gente no se siente cómoda en su máximo rango teórico de movimiento".
De las extremidades a la médula espinal
Después de diseñar un modelo informático que simula los pies y sus dedos y su papel en el movimiento, balanceo y equilibrio del cuerpo humano, Hemami tiene la intención de extender su prototipo a la médula espinal y desarrollar un sistema matemático que puede determinar el nivel de fuerza y presión necesarios para ciertas tareas, como por ejemplo, cuánta cantidad de estas variables sería necesaria para mantener un huevo en las manos sin que se cayese o aplastase.
"Mi esperanza es que mi trabajo conduzca a la construcción de modelos robóticos de varias partes del cuerpo capaces de moverse de manera similar al cuerpo humano. Si podemos hacer que un robot o un modelo de ordenador golpee una pelota de fútbol como un jugador real, entenderemos mejor cómo responden cada una de las distintas partes de la ‘carrocería’ durante el movimiento. Entonces, tal vez, podamos construir una médula espinal artificial capaz de ayudar a las personas con discapacidad ", afirma Hemami. "Tratamos de modelar lo que hacen los músculos para contribuir al desarrollo de prótesis más avanzada, así tendremos algo mejor que ofrecer a las personas que lo necesitan".