مدل سازي بيومكانيكي منتخبي از روش هاي حمل بار، با هدف افزايش توان رزمي نيروهاي نظامي

Biomechanical Modeling of Selected Methods of Load Carriage to Improve Military Capabilities of Troops

هدف: هدف اين مطالعه، مدل ­سازي منتخبي از روش ­هاي حمل بار در دو حركت پايه ­اي نشستن و برخاستن، به‌منظور معرفي مناسب ­ترين روش جهت كاهش توان مصرفي و گشتاور مفاصل در بين نظاميان بود. روش­ ها: در اين مطالعه ده آزمودني جهت تعيين قيدهاي آناتوميكي، ثبت كينماتيك حركات نشستن و برخاستن و استخراج برخي از متغيرهاي لازم جهت مدل­ سازي شركت داشتند. در ادامه، موقعيت مركز جرم چهار وسيله­ حمل بار شامل كوله­ پشتي، كوله دوگانه، جليقه و كيف دوگانه تعيين و با اعمال باري به جرم 40 كيلوگرم به آن، چهار مدل دوبعدي و چهار سگمنتي، از بدن و بار اعمال‌شده به آن، بر اساس معادلات ديناميك معكوس ساخته شد. پس از اعمال قيدها و تعريف توابع هزينه، از الگوريتم ژنتيك جهت بهينه­ سازي و محاسبه­ گشتاور مفصل ران و توان مصرفي كل استفاده شد. يافته ­ها: براساس نتايج پژوهش از بين روش ­هاي بررسي‌شده، روش كوله‌پشتي، كمترين توان را صرف و روش كيف دوگانه نيز كمترين گشتاور را به مفصل ران اعمال كرد. نتيجه­ گيري: براي افزايش توان سرباز حين حمل بار در حركات تكراري و طولاني، لازم است جرم بار در نزديك­ترين فاصله نسبت به مركز جرم بدن و با ارتفاع كمتري به بالاتنه وارد شود تا توان مصرفي و گشتاور حركت كاهش يابد. نهايتاً مي ­توان گفت از بين روش­ هاي بررسي‌شده، حمل بار با كوله‌پشتي با توجه به قابليت هايي كه دارد مي ­تواند مناسب ­ترين انتخاب جهت حمل وسايل سنگين و حجيم باشد.

Objective: The purpose of this study was to develop a model to compare some selected methods of load carriage during sitting and rising, and to introduce the best method of reducing power consumption and the risk of injury among military men. Methods: Ten subjects were selected to perform the required task to determine anatomical constraints, kinematic data and to extract some parameters for modeling. Subsequently, the center of mass position of four equipment for load carriage, including, Backpack, Double pack, Trunk vest and Double satchel, were determined and four different two- dimensional models of body with four segments were developed based on inverse dynamics equations. After applying constraints and cost functions, genetic algorithm was used to find the optimal model. Results: Based on the results, power consumption in Backpack method was the lowest and double satchel method inserted the least momentum on hip torque. Conclusion: A more practical choice for military operations is to carry a load as close as possible to the center of mass of the body in a nutshell, between all methods, carrying load through the Backpack method, according to its capabilities, is the best choice for carrying heavy and bulky equipment.