Леонардо да Винчи

впервые высказал, казалось бы, совершенно очевидную (но очевидную для нашего времени) мысль о том, что законы механики приложимы и к исследованию движений живых существ. Поэтому можно считать, что

Первый этап развития биомеханики охватывает период с XV по XIX в.в. (вплоть до изобретения фотографии). Содержание этого этапа составляют поиски метода исследования и развитие математического аппарата, пригодного для описания движения живых объектов.

Второй этап (приблизительно 1870 – 1925 г.г.) связан с появлением моментальной фотографии (во всех ее проявлениях, в том числе, в современной кино и видеосъемке), которая практически сразу же стала мощным средством изучения движения живых существ. К началу этого этапа уже был собран значительный материал по кинематике движений человека, в частности, по кинематике ходьбы. Немецкие ученые Вильгельм Брауне и Отто Фишер основные свои усилия сосредоточили на изучении динамики двигательных действий. Применение фотографии многократно увеличило объем фактического материала по этой проблеме. Однако анализ ходьбы практически ничего не добавил к существовавшим представлениям о механике ходьбы и потому не смог показать перспективы развития техники этого способа передвижения человека. Объясняется происшедшее тем, что обильные, но разрозненные экспериментальные данные авторам не удалось связать в нечто единое, логически целое. Вместе с тем, О. Фишер

Отто Фишер

впервые предложил использовать математическое моделирование как метод изучения движений человека. В частности, была предложена упрощенная модель тела человека как совокупность нескольких твердых тел. Это новое направление в биомеханике в то время не нашло последователей и оказалось невостребованным, в первую очередь, вследствие отсутствия математического аппарата, позволяющего интегрировать нелинейные дифференциальные уравнения, описывающие некоторые суставные движения.

Третий этап можно определить как этап накопления кинематических и динамических параметров бытовых, трудовых двигательных действий и физических упражнений (этот этап продолжается до настоящего времени). Большой вклад в изучение трудовых движений и таких основных способов передвижения человека, как ходьба и бег внес Николай Александрович Бернштейн. Начав свои исследования в начале 20-х годов, он значительно усовершенствовал классический циклограмметрический метод регистрации движений.

Н.А. Бернштейн

Однако основной вклад Н.А. Бернштейна в биомеханику состоял в том, что он впервые в мире стал изучать движения человека не только для того, чтобы описать их, а, в первую очередь, для того, чтобы понять, как осуществляется управление ими. В 1928 году им были открыты и описаны такие фундаментальные явления в управлении двигательными действиями, как сенсорные коррекции.

Спустя 20 (!!!) лет создатель кибернетики Норберт Винер в своей книге «Кибернетика» (с подзаголовком «Наука об управлении и связи в живом организме и машине») назвал такого рода явления «обратными связями». Сейчас общепризнанно, что без обратных связей эффективное управление в любой сфере деятельности невозможно.

Накопление информации о всевозможных двигательных действиях человека привело к попыткам теоретического ее осмысления. Становилось все более понятным, что решить вопросы функционирования живого организма без привлечения знаний из смежных областей: физиологии, биохимии, психологии – невозможно. Появились новые термины: «физиология активности» (Н.А. Бернштейн), «кинезеология» (В.Б. Коренберг).

С позиций же тренеров-практиков целью биомеханического анализа должно быть отыскание ответов на вопросы: «чему учить?» и «как учить?». Конкретного ответа на эти вопросы не было. Подтверждением этого вывода могут служить следующие результаты анализа характера информации в учебниках и учебных пособиях.

Поэтому в целом данный четвертый этап можно охарактеризовать как до некоторой степени кризисный.

Вместе с тем, история науки свидетельствует о том, что в развитии какой-либо достаточно узкой естественнонаучной области наступает момент, когда происходит разделение ее на собственно теоретическую науку и основанную на знании теории сферу приложений. Так, на базе знаний о строении земной коры (знаний, даваемых наукой геологией) развивается сфера приложений – горное дело, наряду с разделами чистой математики, такими, как, скажем, алгебра или топология, существует прикладная математика и т.д.

Подобная необходимость выделения и развития прикладной сферы назрела и в биомеханике. На наш взгляд, прикладная биомеханика должна основываться на идеях математического моделирования, которые выдвигал еще О. Фишер. За более чем столетний период времени, прошедший с тех пор, большинство преград, препятствовавших внедрению данного подхода к решению задач биомеханического анализа, оказались снятыми. Развился математический аппарат, позволивший, используя численные методы, решать с любой степенью точности прежде неразрешимые задачи. Возникла и усовершенствовалась компьютерная техника, на базе использования которой созданы системы компьютерной математики, такие как Mathematic, Maple, MathCAD и т.д. Кроме того, пришло осознание того, что движение спортсмена или, обобщая, любое двигательное действие может быть проанализировано с позиций динамического программирования, то есть, метода оптимизации пошагового процесса, в котором, идя в анализе от конечного, желаемого результата назад, к предыдущему этапу движения, можно выбрать этот этап таким, чтобы переход от него к следующему (в данном случае конечному) был оптимальным. И так далее. Решение данной проблемы было не за горами.

Пятый этап – решение проблемы. В 1982 году кафедру биомеханики БГУФК возглавил Владимир Титович Назаров.

(родился 31 января 1936) – советский, русский учёный, профессор, доктор наук (теория и методика физической культуры, биомеханика). 0снователь научного направления в биомеханике «биомеханический синтез спортивных движений», а также в восстановительной и спортивной медицине, получившего название «Биомеханическая стимуляция мышечной деятельности.

Его идеи и подход к анализу и синтезу физических упражнений, основанные как раз на использовании метода математического моделирования (пусть себе даже не в трехмерном, а в двухмерном пространстве) легли в основу новых направлений решения названной выше проблемы. Основные этапы, выделенные им:

– определение общей программы движения, управляющих сил и моментов сил, необходимых для ее реализации, общих закономерностей реализации управляющих сил и моментов сил;

– нахождение в суставах главных и корректирующих управляющих движений, обеспечивающих создание указанных сил и моментов сил и, наконец,

– построение программы совершенствования движения.

Вопросы, относящиеся к биомеханическому синтезу, в дальнейшем были развиты в работах Н.Б. Сотского. Данное направление в биомеханике активно разрабатывается сотрудниками кафедры и в настоящее время.

В качестве объекта биомеханического исследования будем рассматривать – механизм решения двигательной задачи (МРДЗ).

Универсальным механизмом для решения двигательных задач является опорно-двигательный аппарат человека (ОДА). Однако его универсальность столь велика, что каждый раз возникает необходимость в его адаптации к решаемой задаче в зависимости от цели (постановка задачи) и условий ее решения (условия внешней среды, возможности ОДА, правила соревнований). Двигательное действие развивается во времени, переходя из одной своей фазы в другую (естественно, что, благодаря фактору времени, все фазы жестко упорядочены) и относится к тому классу процессов, в которых оптимизация всего процесса достигается посредством оптимизации каждого его этапа. Параметры состояния процесса, по завершении каждой его фазы, являются аргументами функции следующей фазы. Таким образом, происходит логически-временная структуризация двигательного действия.

Предвосхищающее отражение этого процесса в сознании человека получило название смысловой структуры двигательного действия. Интерес специалистов к поиску и разработке ее постоянно устойчив. Интерес этот можно объяснить двумя аспектами.

Во-первых, низкой эффективностью применения для решения проблемы полученных и все более накапливаемых с помощью различных измерительных методик данных о параметрах двигательных действий.

Во-вторых, сложностями в определении системных связей элементов двигательного действия, без знания которых невозможно вскрыть причины высокой вариативности техники его исполнения и найти пути индивидуализации техники.

Известен вариант графического изображения смысловой структуры двигательного действия как древовидной структуры целей [2], которая получается в результате «декомпозиции генеральной цели» [5]. В итоге получается «дерево целей», где «подчинённые цели» принципиально отличаются от «генеральной» тем, что они лишь средства её достижения [4]. При таком подходе к построению смысловой структуры двигательного действия процесс определения целей подчиненных уровней остаётся скрытым. Применяя термин Н.А. Бернштейна, пользователю предлагается готовый «образ потребного будущего» [1]. С нашей точки зрения процессы исследования техники двигательного действия, а также его освоения должны основываться не столько на использовании готового «образа потребного будущего», сколько на процессе его формирования. В этой связи желательным свойством смысловой структуры двигательного действия является отражение познавательного процесса.