Biomecánica básica. Pedro Perez Soriano
aplicada actúe únicamente sobre el eje central de cada uno de los sensores individuales.
Los parámetros más típicos calculados a partir de los datos de fuerza son máximos y mínimos, el gradiente de fuerza, generalmente utilizado para describir la rapidez con que se alcanza la fuerza máxima, la integral temporal de la fuerza (impulso) y los instantes en que se alcanzan máximos, mínimos y/o ceros. También se calculan o miden momentos de rotación.
PUNTO CLAVE
Las plataformas de fuerza son seguramente el instrumento de medición de fuerzas más común en el estudio de la biomecánica aplicada al movimiento humano, especialmente a la marcha humana.
5.2. PLATAFORMAS DE FUERZA
Típicamente, una plataforma de fuerzas es rectangular y sus dimensiones oscilan entre 40 x 60 y 60 x 90 cm. Generalmente, las plataformas están equipadas con 4 sensores de tres dimensiones cada uno y miden las fuerzas en 3 dimensiones (Fx, Fy, Fz). Generalmente las dos primeras son las horizontales (mediolateral y anteroposterior) y la tercera es la vertical. A partir de estos 12 valores (4 sensores x 3 direcciones), además de obtener el vector de fuerza en 3 dimensiones, se puede calcular el punto de aplicación de la fuerza (punto sobre la plataforma de donde sale el vector), así como los mo mentos de rotación (Mx, My, Mz) alrededor de un punto cualquiera de la plataforma. Típicamente, los sensores son leídos a 500 ó 1.000 Hz, por lo que obtenemos una secuencia de 500 ó 1.000 valores (x 12 sensores) cada segundo. En realidad, los amplificadores suelen hacer ya cálculos internos y devuelven 6 u 8 canales, con lo cual serían 500 ó 1.000 x 6 u 8. A partir de esos valores calculamos lo que nos interesa. Así, por ejemplo, si el tiempo de apoyo de una pisada al caminar dura 600 ms y estamos midiendo a 1.000 Hz, obtendremos una secuencia con 600 valores del vector de fuerza (3 coordenadas) y de su punto de aplicación (2 coordenadas). (figura 5)
A menudo es interesante tener dos plataformas de fuerzas, para de esta manera poder medir dos apoyos consecutivos durante la marcha. De lo contrario habría que realizar dos mediciones, una con cada pie. También es interesante tener dos plataformas de fuerza en tareas de bipedestación, por ejemplo, para evaluar la distribución de fuerzas entre ambos pies durante el swing en el golf o durante un lanzamiento en judo. Las plataformas además se utilizan para estudiar el equilibrio (estabilometría). Para ello se cuantifica de distintas maneras la trayectoria del punto de aplicación de la fuerza. A menor distancia recorrida por el centro de presión, o menor área descrita por su recorrido, mejor será el equilibrio. Estas técnicas permiten una evaluación más precisa que el clásico test de Romberg.
En la figura 6 se explica cómo extraer parámetros de interés para un diagnóstico de salto, a partir de la lectura de una plataforma de fuerzas:
Más ejemplos sobre la utilización de las plataformas de fuerzas pueden hallarse en el capítulo dedicado al análisis de la marcha.
5.3. CÉLULAS DE CARGA
Las células de carga generalmente son sensores de fuerza unidimensionales (miden fuerzas de tracción o compresión en un solo eje). Se utilizan para medir la tensión de una cuerda o una cadena o la compresión y tracción en una barra. Como ejemplos se podría utilizar una célula de carga para medir la tensión alcanzada en el “Bungee” durante un “bungee jumping” o en la cuerda de escalada durante una caída de varios metros, para determinar que las cuerdas sean suficientemente “dinámicas” (elásticas) para que el frenado no sea demasiado “seco” (para que la desaceleración no sea demasiado elevada), o la fuerza de tracción en un arrastre en natación para medir la resistencia al agua ofrecida por distintas posiciones o los distintos tipos de bañadores actuales. También permiten medir la fuerza de compresión de un bastón de esquí, de nordic walking o de una muleta (figura 7).
Figura 5. La mayoría de las plataformas de fuerza constan de 4 sensores de fuerza tridimensionales dispuestos en forma rectangular. A partir de esas 12 fuerzas se calcula la resultante de fuerzas y su punto de aplicación. No es habitual obtener 12 valores de la plataforma. Normalmente, los amplificadores hacen ya cálculos internos y devuelven 6 u 8 canales.
Figura 6. Curvas correspondientes a un ejercicio de multisaltos verticales de un sujeto de 64 kg.
1. Curva de fuerza vertical (Fz) obtenida de la lectura de una plataforma de fuerzas
2. Velocidad del centro de masas, calculada a partir de la curva de fuerza vertical• (impulso debido a Fz
• impulso debido a la gravedad) / masa del atleta
3. Posición del centro de masas obtenida a partir de la curva de velocidad
• integral de la velocidad
4. Potencia, calculada como producto de la fuerza y la velocidad
Por tanto, sólo a partir del registro de la fuerza vertical, podemos extraer fácilmente datos de interés para el diagnóstico de rendimiento, como por ejemplo la potencia de salto y la altura máxima alcanzada.
PUNTO CLAVE
Una simple célula de carga puede servirnos para medir la fuerza real ejercida en casi cualquier máquina de fuerza que funcione con tracción.
5.4. Sensores del momento de rotación
Estos sensores estrictamente no miden la fuerza sino el momento (par o momento puro). Este sensor nos devuelve el momento de rotación alrededor de un eje.
PUNTO CLAVE
Para que el momento medido coincida con el momento de rotación alrededor de una articulación, ambos ejes, el de la articulación y el del sensor, deberán estar alineados. En la práctica, la correcta alineación de ambos ejes es muy importante, pues incluso cuidándola se pueden producir desajustes importantes que, por ejemplo, en el caso de los extensores de la rodilla, pueden superar el 15% del momento real.
Estos sensores son los que utilizan los dinamómetros isocinéticos (Cybex, Biodex, etc) empleados en rehabilitación o para el diagnóstico de fuerza. En algún caso puede interesarnos la fuerza realizada en el punto de aplicación; para ello basta dividir por el brazo de palanca (distancia mínima entre el eje del sensor de momento y el punto de aplicación) (figura 8).
Para estudiar fenómenos de fuerza muscular o biomecánica muscular, los dinamómetros isocinéticos son utilizados preferentemente sobre otros dinamómetros, pues además de ofrecer una lectura de la fuerza o momento ejercida, permiten controlar la velocidad de rotación de la articulación. Esto es importante, ya que la velocidad de contracción es una de las tres principales variables (activación, longitud instantánea del músculo y velocidad de contracción) que influyen directamente en la capacidad de generación de fuerza. Si bien una velocidad de rotación articular constante no implica necesariamente una velocidad de acortamiento constante de las fibras musculares, en muchas ocasiones la aproximación es válida. En todo caso, los dinamómetros isocinéticos ofrecen una posibilidad de control que otro tipo de máquinas de fuerza no permiten.
Figura 7. Célula de carga integrada en