3º Congresso Nacional de Biomecânica

3º Congresso Nacional de Biomecânica
Instituto Politécnico de Bragança | 11-12 Fevereiro 2009
http://conference.inegi.up.pt/biomecanica/index.php

Cinemática no Remate de Futebol

O interesse pela análise do movimento de um remate no Futebol tem vindo a crescer entre as áreas científicas que investigam tal fenómeno. A descrição detalhada do movimento de um remate, através da cinemetria, tem-se vindo a mostrar de grande auxílio para uma melhor compreensão deste fundamento no Futebol.
Durante o movimento do remate, as funções das pernas são uma corrente cinética aberta. O movimento padrão do remate é geralmente aceite como uma sequência proximal-distal . O segmento proximal (coxa) inicia o movimento, causando um maior segmento distal (perna e pé) deixando-o para trás, seguindo-se por uma desaceleração do segmento proximal e uma aceleração no segmento distal momentos antes do impacto (Lees, 1996; Lees and Nolan, 1998). Durante o movimento do remate, os segmentos da perna que remata move-se por rotação por um eixo imaginário que passa através da junção do segmento proximal.
O movimento dos segmentos de rotação do corpo no remate podem ser descritos nos termos da posição angular, velocidade e aceleração. A velocidade linear do centro de massa de rotação do pé quando acerta na bola, é directamente proporcional ao produto da velocidade angular com o raio de rotação dos segmentos consecutivos do corpo e da velocidade linear da junção do quadril. O tempo destes movimentos rotacionais são importantes para o impacto da bola com o pé. Putnam (1983) usou o tempo entre o pico de velocidade angular da coxa até ao início da extensão do joelho como uma medida de tempo durante o remate. Luhtanen (1988) usou um intervalo entre a velocidade angular máxima atingida pela perna e o impacto medido pelo tempo.
A velocidade angular do sistema de segmentos inter-ligados da perna que remata, depende da energia transferida entre os segmentos, os momentos musculares produzidos pela rotação do quadril, perna e pé e pela inércia rotacional dos segmentos de toda a perna.

Rendimento desportivo

No Desporto em geral acreditava-se que não eram necessárias pesquisas científicas para auxiliarem os seus profissionais para retirar o máximo proveito dos seus atletas. Apesar desta mentalidade, na actualidade, todos os profissionais envolvidos no desenvolvimento dos atletas renderam-se à evolução da ciência e utilizam-na regularmente para conseguir retirar dos seus jogadores uma máxima performance. A performance de um jogador de Futebol é afectada por diversos factores, podemos referir que são cinco os agentes intrínsecos à melhoria do rendimento: os factores biomecânicos, bioenergéticos e psicológicos que influenciam de forma directa, e os contextuais e genéticos de forma indirecta.

Motion Capture - Vicon

Cinemetria

Os pesquisadores biomecânicos dispõem de uma grande variedade de equipamentos para estudar a cinemática do movimento humano.
Nos finais do século XIX começou-se a utilizar câmaras no estudo do movimento humano e animal. Um famoso fotografo desta época foi o Eadweard Muybridge que utilizava câmaras estáticas controladas electronicamente, alinhadas em sequência com um dispositivo electromagnético leve destinado a captar o galope de uma égua numa sequência de 24 fotogramas solucionando assim a controvérsia de que em algum momento a égua mantinha as 4 patas no ar. Para além deste estudo Muybridge documentou mais trabalhos sobre os movimentos humanos e animais que ajudaram a perceber as diferenças menos visíveis entre a marcha normal e a patológica.
Os analistas do movimento humano dispõem actualmente de diferentes tipos de câmaras. O tipo de movimento e as exigências da análise determinam em grande parte a câmara e o sistema de análise. As câmaras mais usadas para documentar as sequências do movimento humano são as de vídeo, as de cinema de 8 e 16mm. Devido à disponibilidade, durabilidade e à facilidade de utilização das modernas câmaras de vídeo e das unidades de reprodução, o vídeo é actualmente o meio cinematográfico mais comum usado para a análise qualitativa do movimento humano.
Os cientistas e os médicos que realizam um estudo quantitativo detalhado da cinemática do movimento humano necessitam tipicamente de uma câmara de vídeo e de uma unidade de reprodução mais sofisticada, tais como câmaras de alta velocidade. Tanto para análise qualitativa como quantitativa, mais importante que a velocidade da câmara é a resolução e a nitidez das imagens captadas.
Outro factor importante para analisar o movimento humano com vídeo é o número de câmaras necessárias para captar adequadamente os aspectos de maior interesse, porque a maioria dos movimentos humanos não se limitam a um único plano, por isso será necessário mais do que uma câmara para a certificação de que todos os movimentos poderão ser visualizados e registados com exactidão para que se possa fazer uma análise detalhada.
Os analistas realizam habitualmente uma análise quantitativa em vídeo com o equipamento ligado ao computador, tornando possível o cálculo das estimativas das quantidades cinemáticas de maior interesse para cada frame. O procedimento tradicional para a análise de um frame de vídeo envolve um processo denominado digitalização. Sobre o centro de cada articulação marca-se um ponto, com as coordenadas das posições previamente guardadas no computador. O software de digitalização recolhe estas coordenadas para calcular as quantidades cinemáticas de maior interesse. Alguns softwares mais recentes tornam possível a digitalização automática através de marcadores de alto contraste (Carpenter, 2005).

Biomimética

A Biomimética (do bios, que significa vida e mimésis que significa imitação) é uma área da ciência relativamente nova que tem por objectivo a aprendizagem com a natureza, os seus modelos, processos e elementos imitando-os ou retirando uma inspiração criativa dela para resolver diferentes problemas humanos.
Trata-se de uma área multidisciplinar que pode envolver diversas áreas da ciência, tais como a Biologia, a Química, a Física, a Informática, a Matemática e a Electrónica. Na Natureza existem vários milhões de espécies das quais menos de dois milhões estão catalogadas até agora. Isto representa uma gigantesca base de dados de soluções inspiradas em sistemas biológicos para a resolução de problemas de engenharia e de outros campos da tecnologia.
A Biomimética, cujos primeiros passos foram dados na ciência dos materiais, encontra agora aplicações diversas, nomeadamente na conquista do espaço. A ACT (Advanced Concepts Team) da Agência Espacial Europeia (ESA) vê a Biomimética como um meio para a descoberta de novas tecnologias com aplicações em futuras missões espaciais. O termo Biomimética significa, literalmente, “imitar a vida”; todavia para a ACT este conceito não se limita, apenas, à adopção e imitação de soluções exibidas pelos sistemas biológicos; antes porém visa a compreensão de processos e mecanismos fundamentais usados na Natureza, tendo em vista o desenvolvimento de metodologias e estratégias alternativas para a resolução de problemas relacionados com a Engenharia Espacial. Os campos de investigação incluem estruturas e materiais, mecanismos e processos, comportamento e controlo, sensores e comunicações e sobrevivência e adaptabilidade. São exploradas determinadas características desenvolvidas pelos sistemas biológicos, que lhes conferiram uma perfeita adaptabilidade ao meio ambiente. A locomoção, os mecanismos de escavação, as estruturas de armazenamento de energia e a capacidade de hibernação, com o objectivo de criar estruturas e mecanismos inovadores adaptados às condições adversas encontradas no espaço cósmico, são disso exemplos.
Numa altura em que a Humanidade se debate com vários problemas ambientais, que ameaçam o destino do nosso Planeta e a sobrevivência das espécies devido à destruição dos seus habitats, não deixa de ser curioso que a “sobrevivência” e a evolução da espécie humana dependa dos segredos que a Natureza encerra. Convém sempre recordar o que, sabiamente, afirmava Niels Bohr: "as Ciências da Natureza pressupõem sempre o Homem e não devemos esquecer que, no espectáculo da vida, nunca somos apenas espectadores, mas também, constantemente actores”.

Biomecânica do Movimento

Desde os finais dos anos 60 que a palavra biomecânica é usada para a descrição da ciência dedicada ao estudo de diferentes sistemas biológicos numa perspectiva mecânica . Através da análise Biomecânica, independentemente do desporto que se observa torna-se clara a interpretação dos acontecimentos. Esta ciência depende da sua própria linguagem escrita e da simbolização das tarefas motoras observadas, sendo necessária uma comunicação inter e intra-pessoal na abordagem dos factos. O estudo de todas as tarefas motoras implica a visualização de vectores, cálculos matemáticos, gráficos e tabelas através da utilização da mecânica como ferramenta de apoio.

A estática e a dinâmica são sub ramos essenciais da mecânica. A estática baseia-se no estudo dos sistemas que se encontram num estudo de movimento constante, ou seja, em repouso (com movimento nulo) ou com uma velocidade constante (aceleração nula), enquanto na dinâmica os sistemas em estudo tem aceleração.

A cinética e a cinemática são subdivisões usadas no estudo biomecânico. A cinética é o estudo das forças associadas com o movimento, isto é, esclarecer se a quantidade de força que os músculos produzem é suficiente para a finalidade pretendida do movimento, sendo importantes factores antropométricos tais como o tamanho e o peso dos segmentos corporais para este tipo de análise.

A cinemática é a descrição do movimento, incluindo o padrão e a velocidade das sequências do movimento realizadas pelos segmentos corporais que, com frequência, correspondem ao grau de coordenação demonstrada por um indivíduo. Apesar da biomecânica ser uma ciência relativamente recente como um campo reconhecido da pesquisa científica, os estudos biomecânicos são valiosos em várias disciplinas científicas e em diferentes campos profissionais. Os biomecânicos podem possuir conhecimentos académicos prévios em zoologia, medicina ortopédica, cardíaca ou desportiva, engenharia biomédica ou biomecânica, fisioterapia ou cinesiologia, tendo em comum um grande interesse nos aspectos biomecânicos da estrutura e função dos elementos vivos.

Ergonomia

A Ergonomia, em grego ergon (trabalho) e nomos (regras), visa melhorar o conforto, segurança, saúde e a eficiência no trabalho e em geral das condições de vida, tendo em conta as capacidades, limitações físicas e psicológicas da pessoa, podendo também, através da sua aplicação, ajudar a prevenir erros e acidentes.

Como a própria definição indica estuda a relação pessoa / local de trabalho tendo em conta diversos factores tal como na pessoa (se está sentada, em pé, estático, dinâmico, etc.) e em relação ao local de trabalho (ruídos, vibrações, iluminação, temperatura, etc.). Se todos estes factores forem usados correctamente existirá ambientes seguros, saudáveis, confortáveis e eficientes para o bem-estar da pessoa e por isso uma melhor eficiência do seu trabalho.

As intervenções ergonómicas tanto podem existir ainda numa fase de projecto de uma organização ou empresa, durante a instalação dos equipamentos do posto de trabalho, ou por fim corrigir problemas que foram encontrados já quando a empresa se encontra em funcionamento. Esta última é quando os responsáveis pela ergonomia detectam melhor os problemas mas também onde se encontram as maiores dificuldades para se fazer as alterações, tornando-se mais dispendiosa.

Uma parte muito importante de toda a ergonomia é a ergonomia física já que engloba todas as características humanas anatómicas, antropométricas, fisiológica, movimentos repetitivos, lesões musculares, disposição do posto de trabalho, segurança e saúde.