Mikä on biomekaniikka?

Biomekaaninen tekniikka on tieteidenvälinen tieteenala, joka soveltaa konetekniikan sääntöjä ja periaatteita biologisiin järjestelmiin. Se yhdistää monien tieteenalojen elementtejä, mukaan lukien biologia, tekniikka, fysiikka, kemia ja matematiikka, jotta ymmärretään paremmin, miten fyysiset voimat vaikuttavat eläviin organismeihin. Biomekaaninen insinööri voi löytää työtä lääketieteen, tieteen tai teollisuuden aloilta. Sitä pidetään joskus biolääketieteen tekniikan osajoukkona.

Vaikka biomekaanisen tekniikan muodollinen ala on suhteellisen uusi, käsite tekniikan periaatteiden soveltamisesta biologiaan on ollut olemassa vuosisatojen ajan. Muinaiskreikkalainen filosofi ja uraauurtava tiedemies Aristoteles tutki eläinten liikettä ja tuli katsomaan heidän ruumiinsa mekaanisiksi järjestelmiksi. Nykyajan insinöörit ovat etsineet luonnosta inspiraatiota ja opastusta fysiikan lakien käsittelyssä. Esimerkiksi ilmailualan insinöörit ovat tutkineet lentäviä hyönteisiä, jotka pyrkivät ymmärtämään paremmin lennon dynamiikkaa hyvin pienissä kooissa. Nykyään mekaniikan soveltaminen eläviin organismeihin tunnetaan nimellä biomekaania, termi, jota käytetään usein keskenään biomekaanisen tekniikan kanssa.

Biomekaanista tekniikkaa voidaan pitää poikkileikkauksena eri tieteenaloista. Biomekaanisen insinöörin on oltava taitava paitsi mekaniikan ja perinteisten suunnittelukonseptien lisäksi myös biologian, anatomian ja kemian suhteen. Näiden eri alojen käsitteitä ja tekniikoita käytetään yhdessä ymmärtämään paremmin, miten elävät olennot kasvavat, liikkuvat ja selviävät ulkoisista voimista. Esimerkiksi ihmisen sydämen kehitykseen voivat vaikuttaa ihmisen geneettinen koodi ja mekaniikan voimat, jotka säätelevät kudoksen kasvua ja liikettä. Biomekaniikan tutkimus on johtanut kehitykseen muilla tieteenaloilla, kuten miehitetyllä avaruustutkimuksella. Biomekaanisen tekniikan periaatteet ovat nyt yleisesti käytössä kaikessa keinotekoisten elinten ja kudosten rakentamisesta kuluttajille miellyttävämpien tuotteiden suunnitteluun.

Teknologian kehitys on lisännyt sekä biomekaanisen suunnittelun syvyyttä että laajuutta. Vaikka Aristoteles ja muut varhaiset tutkijat pystyivät havaitsemaan biologisia järjestelmiä vain paljain silmin, nykyaikainen biomekaaninen insinööri voi käyttää tekniikkaa vertaillakseen paljon syvemmälle. Tutkijat voivat nyt tarkastella, kuinka fysiikan lait vaikuttavat mikroskooppisiin organismeihin tai jopa yksittäisiin soluihin. Tietokoneiden nousu on auttanut mahdollistamaan monimutkaisten mallien luomisen ja biologisten järjestelmien kehittyneen analysoinnin. Tietokoneavusteista suunnittelua (CAD) voidaan jopa käyttää sellaisten keinotekoisten elinten suunnitteluun, jotka vastaavat paremmin luonnonelinten mekaanisia ominaisuuksia.

Monissa yliopistoissa biomekaanista tekniikkaa pidetään biolääketieteen tekniikan osajoukkona. Jotkut yliopistot pitävät sitä itsekuriana. Kummassakin tapauksessa opetussuunnitelma on todennäköisesti sekoitus eri osastojen luokkia. Monet yliopistot antavat opiskelijoille mahdollisuuden muokata kurssejaan keskittyäkseen tiettyyn kiinnostuksen kohteeseen. Uramahdollisuudet ovat erittäin erilaisia; niitä löytyy esimerkiksi ortopediasta, kinesiologiasta, proteesista, urheilusuorituksesta, lääketieteellisten laitteiden suunnittelusta, kuntoutuksesta ja jopa konsultointi- ja tutkimustöistä teollisille, oikeudellisille ja lääketieteellisille aloille.