منصة القوة

الموسوعة الحرة
امرأة تمشي على منصة قياس القوة.
تم تجهيز الدرج بمنصتين لقياس القوة من نوع AMTI.
ممر مختبري مزود بثلاث منصات قياس القوة الكهروإجهادية من نوع كيستلر لتحليل وضعية الجسم والمشي.
منصة قياس قوة التوازن في الرياضة

منصات قياس القوة أو ألواح قياس القوة هي أدوات قياس تقيس قوى رد فعل الأرض الناتجة عن جسم يقف عليها أو يتحرك عليها، وذلك لتحديد التوازن والمشي وغيرها من معايير الميكانيكا الحيوية . ومن أكثر مجالات استخدامها شيوعًا الطب والرياضة.

عملية

أبسط منصة لقياس القوة هي عبارة عن صفيحة ذات قاعدة واحدة، مزودة بخلايا قياس الحمل. أما التصاميم الأفضل فتتكون من صفيحتين مستطيلتين، مع إمكانية استخدام صفيحتين مثلثتين أيضاً، إحداهما فوق الأخرى، مع وجود خلايا قياس الحمل أو محولات القوة ثلاثية المحاور بينهما عند الزوايا. [ 1 ]

على غرار منصات قياس القوة الأحادية، يمكن استخدام منصات قياس القوة المزدوجة لتقييم الأداء في اختبارات الساقين المزدوجة، ورصد اختلالات القوة والقدرة في اختبارات القفز الأحادي والاختبارات متساوية القياس. إلا أنها توفر أيضًا مستوى إضافيًا من المعلومات حول الحالة العصبية العضلية من خلال تقييم توزيع القوة بين الأطراف أثناء اختبارات الساقين المزدوجة، مما يكشف معلومات بالغة الأهمية حول اختلالات القوة واستراتيجيات التعويض.

تقيس أبسط ألواح قياس القوة المركبة الرأسية للقوة في المركز الهندسي للمنصة فقط. أما النماذج الأكثر تطوراً فتقيس المركبات ثلاثية الأبعاد للقوة المكافئة المطبقة على السطح ونقطة تطبيقها، والتي تُسمى عادةً مركز الضغط ، بالإضافة إلى عزم القوة الرأسي . [ 2 ] كما صُممت ألواح قياس القوة الأسطوانية لدراسة الحركة الشجرية ، بما في ذلك التأرجح بين الأشجار .

يمكن تصنيف منصات قياس القوة إلى منصات أحادية القاعدة أو متعددة القواعد، وذلك حسب نوع المحوّل ( محوّل القوة والعزم ): مقياس الإجهاد ، والمستشعرات الكهروإجهادية ، ومقياس السعة ، والمقاومات الكهروإجهادية ، وغيرها، ولكل منها مزاياها وعيوبها. [ 3 ] تُعدّ النماذج أحادية القاعدة، والتي تُسمى أحيانًا خلايا الحمل، مناسبة للقوى المُطبقة على مساحة صغيرة. أما في دراسات الحركة، مثل تحليل المشية، فتُستخدم منصات قياس القوة بثلاث قواعد على الأقل، وأربع قواعد في الغالب، للسماح للقوى بالانتقال عبر القاعدة. على سبيل المثال، أثناء المشي، تبدأ قوى رد فعل الأرض من الكعب وتنتهي بالقرب من إصبع القدم الكبير. [ 2 ]

ينبغي التمييز بين منصات قياس القوة وأنظمة قياس الضغط، التي على الرغم من أنها تحدد مركز الضغط، إلا أنها لا تقيس متجه القوة المطبقة بشكل مباشر. تُعد ألواح قياس الضغط مفيدة لتحديد أنماط الضغط تحت القدم بمرور الوقت، لكنها لا تستطيع تحديد المكونات الأفقية أو القصية للقوى المطبقة. [ 2 ]

يمكن دراسة القياسات المُستقاة من منصة قياس القوة إما بشكل منفرد، أو دمجها مع بيانات أخرى، مثل حركية الأطراف ، لفهم مبادئ الحركة. إذا قفز كائن حي قفزة ثابتة من على منصة قياس القوة، فإن البيانات المُستقاة من المنصة وحدها كافية لحساب التسارع ، والشغل المبذول ، والقدرة الناتجة ، وزاوية القفزة، ومسافة القفزة باستخدام مبادئ الفيزياء الأساسية. ويمكن للقياسات المتزامنة بالفيديو لزوايا مفاصل الساق ومخرجات منصة قياس القوة أن تُتيح تحديد عزم الدوران، والشغل المبذول، والقدرة عند كل مفصل باستخدام طريقة تُسمى الديناميكا العكسية .

التطورات الحديثة في مجال التكنولوجيا

أتاحت التطورات التكنولوجية لمنصات قياس القوة دورًا جديدًا في مجال علم الحركة. فقد جعلت تكلفة ألواح قياس القوة التقليدية المستخدمة في المختبرات (والتي تصل عادةً إلى آلاف الدولارات) استخدامها غير عملي للأطباء. إلا أن شركة نينتندو طرحت لوحة التوازن Wii Balance Board (WBB) (شركة نينتندو، كيوتو، اليابان) عام 2007، وغيرت بذلك مفهوم لوحة قياس القوة. وبحلول عام 2010، تبين أن لوحة التوازن Wii Balance Board أداة فعالة وموثوقة لقياس توزيع الوزن، عند مقارنتها مباشرةً بلوحة قياس القوة المختبرية التي تُعتبر المعيار الذهبي، وذلك بتكلفة تقل عن 100 دولار أمريكي. [ 4 ] وقد تم التحقق من ذلك في كل من الأفراد الأصحاء والمرضى. [ 5 ] [ 6 ] ويُعزى ذلك إلى وجود أربعة محولات طاقة في زوايا لوحة التوازن Wii Balance Board. تُجرى هذه الدراسات باستخدام برامج مُخصصة، مثل LabVIEW (من شركة National Instruments، أوستن، تكساس، الولايات المتحدة الأمريكية)، والتي يُمكن دمجها مع اللوحة لقياس مقدار تمايل الجسم أو طول مسار مركز الضغط أثناء التجارب الزمنية. ومن المزايا الأخرى لاستخدام نظام قياس وضعية الجسم ، مثل WBB، سهولة نقله، مما يُتيح للأطباء في جميع أنحاء العالم قياس تمايل الجسم كميًا، بدلًا من الاعتماد على تقييمات التوازن السريرية الذاتية المُستخدمة حاليًا.

بحسب موقع Digital Trends، توقف إنتاج جهاز Wii من نينتندو وجهاز Wii U الذي خلفه في مارس 2016. وهذا يُجسّد إحدى المشكلات الناجمة عن استخدام منتجات استهلاكية رخيصة الثمن ومتوفرة في الأسواق، مُعاد توظيفها لأغراض القياسات الطبية. وتبرز مشكلات أخرى تتعلق بهذا الاستخدام من قِبل الهيئات التنظيمية وهيئات وضع المعايير حول العالم. تُصنّف إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) منصات قياس القوة المستخدمة لقياس توازن المريض وقدرته على الحركة ضمن الفئة الأولى من الأجهزة الطبية. وبناءً على ذلك، يجب تصنيعها وفقًا لمعايير جودة مُحددة، كما هو مُبيّن في مبادئ إدارة الجودة ISO 9001 أو أنظمة إدارة جودة الأجهزة الطبية ISO 13485 الصادرة عن المنظمة الدولية للمعايير (ISO). كما يُصنّف توجيه الأجهزة الطبية (MDD) الصادر عن الاتحاد الأوروبي منصات قياس القوة المستخدمة في القياسات الطبية ضمن الفئة الأولى من الأجهزة الطبية، ويشترط الحصول على شهادة CE الطبية لاستيرادها واستخدامها في الاتحاد الأوروبي لهذه التطبيقات الطبية. يُعدّ معيار ASTM F3109-16، وهو معيار اختبار قياسي للتحقق من منصات قياس القوة متعددة المحاور، من المعايير الحديثة البارزة، حيث يُقدّم إطارًا للمصنّعين والمستخدمين للتحقق من أداء منصات قياس القوة على امتداد سطح عملها. ويستخدم مصنّعو منصات قياس القوة الطبية معايير كهذه لضمان دقة القياسات التي تُجرى على المرضى، وقابليتها للتكرار، وموثوقيتها. باختصار، قد لا تكون مكونات الترفيه الاستهلاكية الرخيصة خيارًا مناسبًا للقياسات الطبية، نظرًا لافتقارها إلى التناسق، وعدم ملاءمتها القانونية والتنظيمية، وربما جودتها، لمثل هذه التطبيقات. [ 7 ]

الاستخدام في الرياضة

تُستخدم ألواح قياس القوة بشكل شائع في الرياضة لتقييم قدرات الرياضي على إنتاج القوة، وقوته، واختلال توازنه.يمكن للممارس استخدام لوحة قياس القوة لتقييم احتياجات التدريب، والاستعداد للتدريب، وأيضًا أثناء عملية العودة إلى اللعب.

تشمل التقييمات النموذجية للوحة القوة في الرياضة القفز المضاد للحركة (CMJ)، والقفز القرفصاء (SJ)، والقفز الساقط (DJ)، والقفز الارتدادي المضاد للحركة، وسحب منتصف الفخذ متساوي القياس (IMTP).

ألواح قياس القوة من شركة هوكين دايناميكس في الرياضة

يواجه الممارسون صعوبة في كثير من الأحيان في تحديد المقاييس التي يجب تتبعها عند استخدام منصات قياس القوة. وقد ابتكر أحد أبرز علماء الميكانيكا الحيوية من جامعة تشيتشستر نظامًا يُسهّل اختيار مقاييس منصة قياس القوة. يُطلق على هذا النظام اسم "نظام ODSF" من قِبل الدكتور جيسون ليك.

تاريخ

التسلسل الزمني

•1976• قامت شركة Advanced Mechanical Technology, Inc. (AMTI) بتصنيع أول لوحة قياس قوة الإجهاد المتاحة تجاريًا لتحليل المشي في مختبر الميكانيكا الحيوية بمستشفى بوسطن للأطفال. [ 8 ]

•2017• ابتكرت شركة Hawkin Dynamics أول منصة قياس قوة لاسلكية وتطبيق جوال.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ بوند-بيترسن، فليمنج (1975). منصة قياس قوة بسيطة. المجلة الأوروبية لعلم وظائف الأعضاء التطبيقي ، 34(1): 51-54. doi : 10.1007/BF00999915
  2. 1 2 3 روبرتسون دي جي إي، وآخرون، أساليب البحث في الميكانيكا الحيوية. شامبين، إلينوي: منشورات هيومان كينيتكس، 2004.
  3. ↑ إيوان دبليو. غريفيث، (2006) "مبادئ الميكانيكا الحيوية وتحليل الحركة". ISBN 0-7817-5231-0
  4. ↑ كلارك، آر إيه، براينت، إيه إل، بوا، واي، مككروري، بي، بينيل، كيه، وهانت، إم. (2010). صلاحية وموثوقية لوحة التوازن الخاصة بجهاز نينتندو وي لتقييم توازن الوقوف. المشية والوضعية 31(3): 307-310.
  5. ↑ هولمز، جيه دي، جينكينز، إم إي، جونسون، إيه إم، هانت، إم إيه، وكلارك، آر إيه (2013). صلاحية لوحة التوازن الخاصة بجهاز نينتندو وي® لتقييم توازن الوقوف لدى مرضى باركنسون. إعادة التأهيل السريري 27(4): 361-366.
  6. ^ هوبارد، ب.، بوثير، د.، هيوز، سي، & روتكا، ج. (2012). نظام محمول ومنخفض التكلفة لتصوير الوضع: منصة لقياس التوازن الطولي عن بعد. مجلة طب الأنف والأذن والحنجرة وجراحة الرأس والرقبة = Le Journal d'oto-rhino-laryngologie et de chirurgie cervico-faciale 41: S31.
  7. ↑ "شركة نينتندو تؤكد أنها ستنهي إنتاج جهاز Wii U" . 11 نوفمبر 2016.
  8. ↑ سيمون بي آر جينكينز (2005) دليل علوم الرياضة: الدليل الأساسي لعلم الحركة والرياضة وعلوم التمرين، المجلد 1: AH، صفحة 294، رقم ISBN 0906522 36 6