AZ EMBERI EGYENSÚLYOZÁS MECHANIKAI MODELLEZÉSE PIDA SZABÁLYOZÓ SEGÍTSÉGÉVEL

Átírás

1 EREDETI KÖZLEMÉNYEK Biomechanica Hungarica VII. évfolyam, 1. ám AZ EMBERI EGYENSÚLYOZÁS MECHANIKAI MODELLEZÉSE PIDA SZABÁLYOZÓ SEGÍTSÉGÉVEL Lehotzky Dávid, Insperger Tamás Budapesti Műaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Műaki Mechanikai Tanék Abtrakt Ebben a cikkben két egyerű problémán keretül vizsgáljuk az emberi egyensúlyozás folyamatát. Vizsgáljuk az ujjhegyen történő rúdegyensúlyozást és az egy helyben állás egyensúlyozási folyamatát, a posturalis kilengést. Az egyensúlyozási problémákat egyerű mechanikai modellekkel írjuk le, majd egy, az iparban is gyakran hanált, PIDA abályozó segítségével modellezzük az emberi agy abályozási mechanizmusát egyensúlyozás közben. A mozgást leíró differenciálegyenletben konstans időkéséssel figyelembe vesük a reflexkésés hatását, és a leíró egyenletek stabilitási vizsgálatával ellenőrizzük a felírt modell stabilizálhatóságát. Végül a kapott ámítási eredményeket ösevetjük a akirodalomban található kísérleti eredményekkel. Kulcsavak: emberi egyensúlyozás, reflexkésés, abályozás, stabilitás, stabilizálhatóság The mechanical modeling of human balancing using PIDA control Abstract This article investigates the process of human balancing through two simple balancing tasks: stick balancing on the fingertip and quiet standing (postural balance). First we desibe the balancing problems by simple mechanical models then we apply a PIDA controller (which is often used in industrial applications, too) in order to model the balancing process controlled by human brain. The reflex delay of human balancing is considered as a constant time delay in the governing differential equation. The stabilizability of the control process is investigated, through the analysis of the governing equation. Finally, the results of the mathematical model are compared to experimental results from the corresponding literature. Keywords: human balancing, reflex delay, feedback control, stability, stabilizability 1. Bevezetés Mechanikai értelemben az emberi egyensúlyozás az emberi test egy instabil egyensúlyi helyzete körül való stabilizálását jelenti. Az emberi egyensúlyozás az emberi lét egyik legfontosabb eleme, hien a mindennapos emberi mozgások instabil egyensúlyi helyzetek körül történnek, gondoljunk csak a gyaloglásra. A sta - bilizálás folyamatát az emberi agy végzi: az agy az emberi test receptorainak segítségével jut információhoz méréseket végez, és ezen információk ismeretében ad utasítást az izomzatnak beavatkozik, ami az emberi mozgást eredményezi. Az emberi test receptorai által biztosított mérési eredmények beérkezése, feldolgozása és az agy által előírt utasí - tás megvalósulása között idő telik el, ami az emberi ervezet neurális renderének sajátossága. 4

2 Biomechanica Hungarica VII. évfolyam, 1. ám Az ipari gyakorlatban is éles körben megfigyelhetők az emberi egyensúlyozáshoz hasonló (jóval egyerűbb) stabilizálási problémák. Ezeket a stabilizálási problémákat általában valamilyen abályozási render segítségével oldják meg. A abályozási renderek az emberi egyensúlyozás vonásait hordozzák, mivel valamilyen mérést végeznek a abályozott rend eren, és a mérési eredményeket felhanálva valamilyen belső ámítási eredmény alapján beavatkoznak a renderen, módosítva annak viselkedését. Az egyensúlyozással kapcsolatosan felmerülő egyik legfőbb kérdés az, hogy a receptorok által biztosított információk alapján az agy milyen módon állapítja meg az izomzatnak adott utasítást. A biomechanikai akirodalom több évtizede foglalkozik ezzel a problémával. 1 4 Ez a cikk két egyerűsített egyensúlyozási feladat modellezésével vizsgálja az emberi agy egy lehetséges működését egyensúlyozás közben. A két vizsgált egyensúlyozási feladat: az ujjhegyen való egyensúlyozás 5 7 és az egy helyben álláshoz ükséges egyensúlyozás (posturalis kilengés) Előör modellezzük az egyensúlyozási feladatokat mint mechanikai rendereket, majd a mechanikai modellekre egy abályozót alkalmazunk, amellyel az agy által irányított stabilizálási folyamatot modellezzük. Az emberi ervezet neurális renderének időkésését konstans időkéséssel vesük figyelembe a abályozási körben. Az alkalmazott mechanikai és abályozási modell alapján vizsgáljuk a render stabilitását, végül a kapott ámítási eredményeket ösevetjük a kísérleti eredményekkel.. Móder Az alábbiakban előbb az ujjhegyen történő rúd egyensúlyozás és az egy helyben álláshoz ükséges egyensúlyozás mechanikai modellezését tárgyaljuk, majd egy abályozót alkalmazunk az így kapott mechanikai model - lekre..1. Mechanikai modellezés A mechanikai modellezés során a vizsgált render elemeit koncentrált paraméterekkel rendelkező merev testekként modellezzük, a légellenállás hatását minden esetben elhanyagoljuk Ujjhegyen történő rúdegyensúlyozás 1. ábra. Az ujjhegyen történő rúdegyensúlyozás mechanikai modellje A rúd ujjhegyen történő egyensúlyozásának általunk hanált mechanikai modellje 3 abadsági fokú. Feltételezzük, hogy az egyensúlyozott rúd vége az ujjal ponterűen érintkezik, továbbá azt, hogy a súrlódás az ujj és a rúd vége között elegendően nagy ahhoz, hogy az ne csúson meg abályozás közben. A mechanikai render általános koordinátái x és y, a K kontaktpont vízintes és függőleges elmozdulása, illetve q az inga függőleges iránynyal bezárt öge (az inga ögelfordulása). Az ujjhegyen való rúdegyensúlyozás mechanikai modelljére (1. ábra) felírt mozgásegyenletek: mx ( t ) msq ( t )cos( q ( t )) (1) msq ( t )sin( q ( t )) Q ( t ), x 5 EREDETI KÖZLEMÉNYEK

3 EREDETI KÖZLEMÉNYEK m y( t ) ms ( t )sin( t )) msq ( t )cos( t )) Q ( t ) m g, JS ( t ) Q y( t ) s sin( t )) Q ( t ) s cos( t )), x () (3) ahol J S, m és l az inga S súlypontjára ámított tehetetlenségi nyomatékát, tömegét, illetve hoát jelöli, s a K kontaktpont és az S súlypont távolságát, míg g a gravitációs gyorsulást jelöli. Az egyensúlyozás célja, hogy az ingát a kívánt (x k (t), y k (t), q k (t )) (0, 0, 0) pozíció körül tartsuk, ami az 1 3. egyenletek (x, ẋ, y, ẏ, q, q )=(0, 0, 0, 0, 0, 0) egyensúlyi állapot körüli stabilizálásával érhető el. Az ujj mozgatásának rúdra gyakorolt hatását a rúd végén (K kontaktpontban) ható koncentrált erővel modellezzük. Ezt az inga egyensúlyozására olgáló Q(t)=(Q x (t), Q y (t)) T abályozó erővektort általánosan két rére, vezérlő és abályozó erőre bonthatjuk: Q(t)= Q v (t) + Q (t). (4) A Q v (t) vezérlő erő úgy van meghatározva, hogy az alkotott modellt a kívánt (x k (t), y k (t), q k (t)) pozíció mentén mozgassa, esetünkben ez az inga (0, 0, 0) pozícióban tartását jelenti. Ebből következően Q v (t)=(0, mg) T. Az 1 3. egyenletek egyensúlyi állapot körüli és Q(t) abályozó erő Q v (t) körüli linearizálása után: mx ( t ) msq ( t ) Q ( t ), x y (5) Biomechanica Hungarica VII. évfolyam, 1. ám azzal a feltételezéssel éltünk, hogy a abá - lyozó pontosan ismeri az inga tömegét, S súlypontjának helyzetét és az inga erre a pontra ámolt J S tehetetlenségi nyomatékát. Ha a abályozó nem ismeri pontosan ezeket a paramétereket, akkor a vezérlő erő pontatlan le és ebből következően a fenti egyenletek is más alakot öltenek. A nyitott abályozási kört (Q(t)=0) vizsgálva az 5 7. egyenletek karakteritikus gyökei 1,,3,4=0 és 5,6=± m gs / J S, (8) ahol 1,,3,4 a K kontaktpont vízintes és horizontális koordinátájához, míg 5,6 az inga ögelfordulásához tartozó gyököket jelöli. Ezek alapján elmondható, hogy a abályozás nélküli linearizált renderben x, ẋ, y, ẏ állapotváltozók a stabilitás határhelyzetében vannak, míg q, q álla potváltozók instabilak. Ennek kö vetkeztében a fő abályozási probléma a 7. egyenlet stabi lizálása, így a továbbiakban csak ennek az egyen letnek a abályozásával foglalkozunk..1.. Egy helyben állás (posturalis kilengés) m y( t ) Q ( t ), y (6) J t ) m gs t ) Q S x ( t ) s. (7) A fenti egyenletekből látható, hogy az egyensúlyi állapothoz közel a vízintes mozgást és az inga ögelfordulását a Q x (t) vízintes irányú erőkomponens abályozza, míg a Q y (t) függőleges irányú erőkomponens csak az y irányú mozgást határozza meg. Elmondhatjuk tehát, hogy kis elmozdulások esetén K kon - taktpont függőleges irányú mozgatásának az inga ögelfordulására nincsen hatása. Érdemes azonban megjegyezni, hogy a fentiekben. ábra. Az egy helyben állás mechanikai modellje Az emberi testet egy helyben állás esetén egy fordított ingával modellezzük (. ábra), amely a K kontaktpontnál rögzített és k t torziós merevséggel, valamint b t torziós csillapítással ren- 6

4 Biomechanica Hungarica VII. évfolyam, 1. ám delkezik. Az inga tehetetlenségi nyomatékát, tömegét, illetve hosát ismét J S, m és l jelöli. Az inga mozgásegyenlete a következő alakban írható föl: JK ( t ) bt q ( t ) kt t ) m gs sin( t )) Q ( t ), (9) ahol s a K rögzítési pont és S súlypont távolságát jelöli, és J K = J S + m s az inga K rögzítési pontra ámított másodrendű nyomatéka. A ko - rábbiakhoz hasonlóan az ingát egyensúlyozó Q (t) nyomaték vezérlő és abályozó tagokra bontható: v Q( t ) Q ( t ) Q ( t ). (10) A vezérlő nyomaték Q v (t) ismét úgy van meghatározva, hogy az alkotott modellt egyensúlyban tartsa a kívánt q k (t) 0 pozícióban. Ennek megfelelően Q v (t) 0. A 9. egyenlet a (q, q )= =(0, 0) egyen súlyi állapot körüli linearizálás után az alábbi alakot ölti: JK ( t ) bt q ( t ) (11) ( kt m gs) t ) Q ( t ). Mivel az emberi boka merevsége kicsi, 1 így k t mgs < 0, ez azt eredményezi, hogy az inga felső egyensúlyi helyzete instabil. A továbbiakban ezt a linearizált egyenletet vizsgáljuk stabilizálhatóság empontjából... Szabályozási modell Az alábbiakban egy PIDA abályozót mutatunk be az emberi egyensúlyozás folyamatának modellezése céljából. A abályozó erő/nyomaték az alábbi alakban írható fel: Q K K ( t ) K p a t i t ) K ( t ), s )ds d q ( t ) (1) ahol K i az ún. integráló, K p az arányos, K d a differenciáló és K a a gyorsulással arányos abályozási paraméter. A abályozási kört (az emberi ervezet neurális renderét) jellemző időkésést jelöli. Mivel a vizsgált mechanikai rendereket másodrendű differenciálegyenletek írják le és a abályozó által visacsatolt legmagasabb rendű, időkéséssel rendelkező tag intén másodrendű, így általános esetben a vizs gált, abályozott rendert ún. neutrális típusú differenciálegyenlet írja le. Az ilyen egyenletnek jellegzetessége, hogy végtelen sok karakteritikus gyöke van, amely gyökök kö zül végtelen sok helyezkedhet el a pozitív komplex félsíkon (azaz az egyenletnek végtelen sok instabil gyöke lehet). Ha K a = 0, akkor a abályozó által visacsatolt legmagasabb rendű, időkéséssel rendelkező tag csupán elsőrendű, amely kisebb, mint a vizsgált render rendje, így ebben az esetben a abályozott rendert leíró differenciálegyenlet ún. retardált típusú differenciálegyenlet. Az ilyen egyenlet hasonlóan a neutrális differenciálegyenlethez végtelen sok karakteritikus gyökkel rendelkezik, azonban ezen gyökök közül csak véges sok helyezkedhet el a pozitív komplex fél síkon (azaz az egyenletnek csak véges sok instabil gyöke lehet)...1. Ujjhegyen történő rúdegyensúlyozás A 1. egyenletet felhanálva a 7. egyenlet Q x (t)=q (t) és t~ t / dimenziótlan idő bevezetése után, a hullám jel azonnali elhagyásával az alábbi alakra hozható: ( t ) a t ) k k k p a t 1) k ( t 1), d t i s 1)ds q ( t 1) (13) ahol a = 6g /l dimenziótlan renderparaméter. Itt feltételeztük, hogy az egyensúlyozott rúd homogén és állandó keretmetetű, amiből J S = ml /1 és s = l/ adódik. A dimenziótlan abályozási paramétereket k i =6 K p 3 /(ml), k p =6 K p /(ml) = =6 K p /(ml) és k a =6 K a /(ml) jelöli. 7 EREDETI KÖZLEMÉNYEK

5 EREDETI KÖZLEMÉNYEK... Egy helyben állás A 1. egyenletet felhanálva a 11. egyenlet t~ =t/ di menziótlan idő bevezetésével és a hullám azonnali elhagyásával az alábbi alakot ölti: ( t ) b q ( t ) a t ) k k 8 (14) ahol b = b t /J A és a = (mgs k t ) /J A di menziótlan renderparaméterek. Látható, hogy a 14. egyenlet a 13. egyenlet egy általánosabb alakja, hien a 13. és 14. egyenletek azonos alakúak, ha b t = 0, ezért a továbbiakban csak a 14. egyenlet vizsgálatával foglalkozunk. 3. Eredmények Az alábbiakban feltesük, hogy a b dimenziótlan renderparaméter ismert. Azt a kritikus a=a paramétert keressük, amely fölött a 14. egyenlet már nem stabilizálható, vagyis bármilyen ( k i, k p ) paraméterválatás mellett instabil. Előör általános paraméterválatás mellett közöljük a ámítási eredményeket, majd néhány egyedi mechanikai és fiziológiai paraméter esetén ösehasonlítjuk azokat kísérleti eredményekkel Általános ámítási eredmények A 14. egyenlet stabilitási vizsgálatát az ún. D-felotás móderrel végezzük. 13 A stabilitás lehetséges határait az ún. D-görbék adják, amelyeknek parametrikus alakja: ha 0 : k a, k R, (15) és t i d s 1)ds k q ( t 1) k p a p t 1) ( t 1), d Biomechanica Hungarica VII. évfolyam, 1. ám k p ( a ) cos() b sin() k a, ha 0 : ( a ) (16) kd sin() ki b cos(), ahol a [0, ) tartományon futó paraméter, amely a (k p () ()) abályozási paraméter kombinációhoz tartozó, titán képzetes karakteritikus gyök képzetes réét jelöli. A (k p ) síkot a D-görbék síkréekre elik, amely síkréeken belül az instabil karakteritikus gyökök áma állandó. A vizsgált dif - ferenciálegyenlet akkor stabil, ha egy karakteritikus gyöke sem található a pozitív komplex félsíkon. A D-görbék által kielt síkréek közül a stabil síkdarabok (ahol nincsen egy instabil gyök sem) megkereshetők az ún. Stépánformulák segítségével. 13 Egy ilyen síkdarabot mutat a 3. ábra is adott a, b renderparaméterek és adott k i abályozási paraméterek mellett. Az ábrázolt (k p ) síkon a stabil paraméter tartományt a ürke ínű, vastag vonallal körülzárt ré jelöli, a vékony vonalak pedig a D-görbéket mutatják. A 4/A) ábrán növekvő k i értékekre, adott a, b paraméterek mellett, a 4/B) ábrán pedig növekvő a értékekre, adott b, k i paraméterek mellett látható a stabil tartomány a (k p, k d ) síkon. A vastag vonallal körülhatárolt terület jelöli a stabil tartományt, a vékony vonal pedig a stabil tartományt körülhatároló D- görbét. Megfigyelhető, hogy a stabil tartomány csökken mind a, mind k i növelésével. Minden k i paraméter kombinációhoz található olyan a kritikus renderparaméter, amely fölött a stabil tartomány eltűnik a (k p ) síkról. Ez azt jelenti, hogy ha a > a (k i ), akkor a rendert semmilyen (k p ) abályozási paraméter kombináció mellett nem lehet stabilizálni.

6 Biomechanica Hungarica VII. évfolyam, 1. ám 3. ábra. Stabil paraméter tartomány a = 0, b = 0 k i = 0 = 0, esetén A 3. ábrán látható, hogy a (k p ) sík vizsgált réén a stabil tartományt körülhatároló D-görbét leíró k p () és k d () függvényeknek egy-egy lokális élső értéke van. A stabil tartomány eltűnésének feltétele adott b, k i és k a mellett: k p d ( a, ) d k a ( b)cos( ) ( a b )sin( ) 0, dkd ( a, ) d ki (1 b) 3 a cos( a ) 0. sin( (17) (18) Ez a és paraméterekre egy nemlineáris egyenletrender, aminek a zárt alakú megoldása nem ismert, numerikus móder segít - ségével azonban a fenti egyenletrender megoldható, így az a (k i ) függvény meghatározható. Ennek a kétváltozós függvénynek ) adott k a értékek melletti meteteit és az alattuk ürkével jelölt stabilizálható tartományt a 4/C) és az 5/B) ábrák mutatják, az (a, k i, k a ) paraméter térben lévő stabilizálható tartományt pedig az 5/A) ábra emlélteti. Az 5/C) ábrából látható, hogy k a gyorsulással arányos tag növeli a stabil tartományt a (k p, k d ) síkon. Ismert azonban, hogy a gyorsulással arányos tag nem növelhető korlátlanul, mivel ha k a > 1, akkor a vizsgált differenciálegyenletnek végtelen sok gyöke esik a pozitív komp lex félsíkra, így a render instabil le. 13 Ebből belátható, hogy pozitív abályozási paraméterek esetén az 5/A) ábrán ábrázolt stabilizálható tartomány a teljes stabilizálható tartomány. A 6. ábra adott k a mellett mutatja b renderparaméter növelésének a hatását a stabilizálhatósági tartományra. Látható, hogy b paraméter növeli a stabilizálhatóságot. 3.. Számítási eredmények emléltetése valós példán Az alábbiakban a fent meghatározott ámítási eredményeket ösehasonlítjuk az irodalomban található kísérleti eredményekkel Ujjhegyen történő rúdegyensúlyozás A vizuális alapon történő egyensúlyozás időkésése fiziológiai kísérletek alapján = ms közé esik. 5,7 Szintén kísérleti eredmények alapján, a legrövidebb, még egyensúlyozható rudat az irodalom 0,4 m köré tei. 14 Az egyensúlyozás időkésését = 15 ms-nak válatva a fenti ámítási eredményekből k a = =0,9 mellett a 7. ábra adódik. A kritikus l = =0,4 m rúdhoshoz leolvasott dimenziótlan integráló tag k i = 0, EREDETI KÖZLEMÉNYEK

7 EREDETI KÖZLEMÉNYEK Biomechanica Hungarica VII. évfolyam, 1. ám 4. ábra. A abályozott render stabilizálhatósági térképe b = 0 k a = 0 esetén: A) stabil paraméter tartomány a = 0, mellett különböző k i k esetén; B) stabil paraméter tartomány k i = 0,4 mellett különböző a k esetén; C) a (k i ) kritikus renderparaméter k i függvényeként 3... Egy helyben állás Egy akirodalmi forrás alapján 8 válasuk a mechanikai és fiziológiai paramétereket a következőknek: m = 60 kg s = 1 m J A = 60 kg m k t = 471 Nm rad-1 b t = 4,0 Nms rad-1 = 0, s 1. táblázat. Mechanikai és fiziológiai paraméterek Asai et al. 8 erint Az 1. táblázat alapján a dimenziótlan renderparaméterek a = 0,0784 és b = 0,013 értékűek. Ezek ismeretében adódik a 8. ábra. 4. Megbeélés Az eredmények alapján k i abályozó paraméter hanálata a abályozásban nem tűnik célerűnek, hien csökkenti a render stabilizálhatóságát. Ha azonban a vizsgált render paraméterei nem ismertek pontosan (ez minden bizonnyal így van emberi egyensúlyozás esetén), akkor a abályozás hibával terhelt. Ez lineáris renderek esetén azt eredményezi, hogy a abályozó valamilyen pozicionálási hibával fog beállni, vagyis nem a kívánt q k (t) 0 pozícióban le egyensúlyban. Ez egy helyben állás esetén nem jelent problémát, viont ujjon történő rúdegyensúlyozás esetén 30

8 Biomechanica Hungarica VII. évfolyam, 1. ám EREDETI KÖZLEMÉNYEK 5. ábra. A abályozott render stabilizálhatósági térképe b = 0 esetén: A) a (k i ) kritikus renderparaméter k i és k a függvényeként; B) stabilizálhatósági tartomány különböző k a értékekre; C) stabil paraméter tartomány a = 0, és k i = 0,4 mellett különböző k a értékekre azt eredményezi, hogy a tartó ujjnak x koordináta mentén állandó gyorsulással kéne haladnia ahhoz, hogy az inga továbbra is egyensúlyban maradjon. Ez terméetesen az emberi kar véges hosa miatt nem lenne lehetséges, így valamilyen módon el kell tüntetni a pozicionálási hibát. Az ipari gyakorlatban gyakran alkalmaznak integráló tagot a pozicionálási hiba eltüntetésére, ez indokolja itt is a k i abályozó paraméter hanálatát. Itt érdemes megjegyezni, hogy az iparban a pozicionálási hiba eltüntetésére gyakran nem integráló tagot, hanem adaptív abályozásokat alkalmaznak, ezeknek vizsgálata intén érdekes lehet emberi egyensúlyozási problémákra. A abályozó integráló tagját, amely a pozicionálási hiba eltüntetését végzi, a 7. ábrát felhanálva a kísérleti eredményekkel való ösehasonlítás alapján határoztuk meg. Megállapíthatjuk, hogy az alkalmazott abályozás visaadja a valós rúdegyensúlyozás egyik leg- 31

9 EREDETI KÖZLEMÉNYEK Biomechanica Hungarica VII. évfolyam, 1. ám 6. ábra. A abályozott render stabilizálhatósági térképe k a = 0,5 esetén különböző b értékekre 7. ábra. Az egyensúlyozott rúd stabilizálható paraméter tartománya és a rúd kritikus hosa k i függvényében = 0,9 és =15 ms esetén fontosabb tulajdonságát, a kritikus rúdhosat. Ezen túl megjegyezhetjük, hogy az integráló tagnak köönhetően a kis paraméter bizonytalanságok okozta pozicionálási hibák eltűnnek, így az egyensúlyozást végző ujj csak véges mozgásokat végez. A 8. ábra akirodalomban található kísérleti eredmények felhanálásával lett meghatározva. Látható, hogy vionylag éles tartományban válathatjuk meg k a, k i paramétereket a stabilitás megőrzése mellett, így vionylag éles abályozási paraméter tartományon kapjuk visa azt a kísérleti eredményt, hogy a vizsgált emély egy helyben állva egyensúlyban tudta magát tartani a mérések során. Az alkalmazható abályozási paraméterek éles tartománya arra utal, hogy az egyensúlyozási feladat (a abályozó paraméterek behangolása) könnyű, ami egyezik a mindennapi gyakorlattal. Ösefoglalásképpen elmondhatjuk, hogy az emberi egyensúlyozás mechanizmusát a bemutatott PIDA abályozó jól modellezi. A á - mítások során feltételeztük, hogy egyensúlyozás közben az agy egy egyerű mechanikai modell alapján irányítja az emberi testet, és a megfelelő abályozó paraméterek behangolásával végzi a stabilizálást. A abályozás 8. ábra. Az egy helyben állás stabilizálható abályozási paraméter tartománya és a kritikus, gyorsulással arányos paraméter értéke k i paraméter függvényében, a = 0,0784 és b = 0,013 esetén modellezése során figyelembe vettük az reflexkésést is, amely az egyik legfőbb korlátozó tényezője az emberi egyensúlyozásnak. Az alkal - mazott mechanikai és abályozási modellek alapján kiámított eredményeket mérési eredményekkel validáltuk. Érdemes azonban megjegyezni, hogy az itt bemutatott mérési eredmények más abályozó modell esetén is helyes eredményeket adhatnak a stabilitás kérdésében, 15 így az egyensúlyozás folyamatának pontos megismeréséhez további vizsgálatok ükségesek. Az emberi egyensúlyozás modellezésének témakörében végzett kutatások reményeink erint a jövőben elősegíthetik például az időskori egyensúlyvetés megelőzését. 3

10 Biomechanica Hungarica VII. évfolyam, 1. ám IRODALOM 1. Jordan MI. Computational aspects of motor control and motor learning. In: Heuer H, Keele S, editors. Handbook of perception and action: motor skills. New York: Academic Press; p Kawato M, Furukawa K, Suzuki R. A Hierarchical neural-network model for control and learning of voluntary movement. Biol Cybern 1987;57(3):169 85, doi: /bf Moss F, Milton JG. Medical technology Balancing the unbalanced. Nature 003 Oct 30;45(6961):911, doi: /45911a. 4. Woollacott MH, Vonhosten C, Rosblad B. Relation between muscle response onset and body segmental movements during postural perturbations in humans. Experimental Brain Research 1988;7(3): Cabrera JL, Milton J. Stick balancing: On-off intermittency and survival times. Nonlinear Studies 004; 11(3): Lee KY, O Dwyer N, Halaki M, Smith R. A new paradigm for human stick balancing: a suspended not an inverted pendulum. Experimental Brain Research 01;1: Mehta B, Schaal S. Forward models in visuomotor control. Journal of Neurophysiology 00 Aug;88(): 94 53, doi:10.115/jn Asai Y, Tateyama S, Nomura T. Learning an intermittent control strategy for postural balancing using an EMG-based human-computer interface. Plos One 013 May ;8(5):e6956, doi: /journal. pone Insperger T, Milton J, Stepan G. Acceleration feedback improves balancing against reflex delay. Journal of the Royal Society Interface 013 Feb 6;10(79):010763, doi: /rsif Maurer C, Peterka RJ. A new interpretation of spontaneous sway measures based on a simple model of human postural control. Journal of Neurophysiology 005 Jan;93(1):189 00, doi:10.115/jn Winter DA, Patla AE, Prince F, Ishac M, Gielo-Perczak K. Stiffness control of balance in quiet standing. Journal of Neurophysiology 1998 Sep;80(3): Loram ID, Lakie M. Direct measurement of human ankle stiffness during quiet standing: the intrinsic mechanical stiffness is insufficient for stability. J Physiol-London 00 Dec 15;545(3): , doi: /jphysiol Sté pá n G. Retarded dynamical systems : stability and characteristic functions. Burnt Mill, Harlow, Essex, England. New York: Longman Scientific & Technical; Wiley; Cabrera JL, Milton JG. Stick balancing, falls and Dragon-Kings. Eur Phys J-Spec Top 01 May;05(1): 31 41, doi: /epjst/e Insperger T, Milton J. Sensory uncertainty and stick balancing at the fingertip. Biol Cybern 014 Feb; 108(1):85 101, doi: /s EREDETI KÖZLEMÉNYEK A bemutatott kutatómunka az OTKA K jelû projekt réeként az Orágos Tudományos Kutatási Alapprogramok támogatásával valósult meg. Dr. Insperger Tamás Budapesti Műaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Műaki Mechanika Tanék H 1111 Budapest, Műegyetem rkp. 5. Tel.: (+36)