Biomekanika, sebuah cabang biofisika, meneliti aspek mekanis dari sistem biologis, menganalisis struktur, fungsi, dan gerakannya di berbagai tingkatan, dari seluruh organisme hingga sel dan organel sel. Ilmu ini menggunakan prinsip-prinsip mekanika untuk menyelidiki fenomena biologis.
Di zaman sekarang, mekanika komputasi melampaui mekanika tradisional, yang mencakup berbagai fenomena fisik termasuk kimia, perpindahan panas dan massa, serta rangsangan listrik dan magnet.
Istilah "biomekanika," yang diciptakan pada tahun 1899, berasal dari kata Yunani "bios" yang berarti "hidup" dan "mēchanikē" yang berarti "mekanika," yang mencerminkan fokusnya pada pemahaman prinsip-prinsip mekanis yang mendasari pergerakan dan struktur organisme hidup.
Subbidang Biomekanik
- Mekanika Biofluida
Mekanika biofluida menyelidiki aliran cairan gas dan cair dalam organisme biologis. Contoh yang menonjol adalah studi tentang aliran darah dalam sistem kardiovaskular manusia, yang sering kali dimodelkan menggunakan persamaan matematika seperti persamaan Navier – Stokes. Pada tingkat mikroskopis, sel darah merah secara signifikan mempengaruhi dinamika cairan, mengubah asumsi tentang darah sebagai cairan yang tidak dapat dimampatkan. Bidang studi lainnya melibatkan respirasi manusia dan penerapannya dalam merancang perangkat mikrofluida.
- Biotribologi
Bidang ini berfokus pada studi tentang gesekan, keausan, dan pelumasan dalam sistem biologis, khususnya pada persendian manusia seperti pinggul dan lutut. Ini melibatkan analisis mekanika kontak dan tribologi, termasuk kerusakan bawah permukaan akibat interaksi permukaan selama gerakan, yang relevan dalam evaluasi tulang rawan yang direkayasa jaringan.
- Biomekanik Komparatif
Biomekanik komparatif menerapkan prinsip-prinsip biomekanik pada organisme non-manusia untuk mendapatkan wawasan tentang anatomi dan fungsi manusia atau untuk memahami adaptasi dan peran ekologi organisme lain. Ini mencakup studi tentang penggerak, makan, dan adaptasi hewan, sering kali menghubungkan dengan ekologi, neurobiologi, dan paleontologi.
- Biomekanik Komputasi
Bidang ini menggunakan alat komputasi teknik, seperti analisis elemen hingga, untuk mempelajari mekanisme sistem biologis. Model komputasi dan simulasi membantu dalam memprediksi hubungan antara parameter yang sulit diuji secara eksperimental dan digunakan dalam simulasi bedah untuk perencanaan, bantuan, dan pelatihan.
- Biomekanik Kontinum
Biomekanik kontinum melibatkan analisis biomaterial dan biofluida menggunakan konsep dari mekanika kontinum. Ini mempertimbangkan struktur hierarki biomaterial dan mengklasifikasikannya menjadi jaringan keras dan lunak, menganalisis perilaku mekanisnya dari tingkat molekuler hingga jaringan.
- Neuromekanik
Neuromekanik mempelajari bagaimana otak dan sistem saraf berinteraksi untuk mengontrol gerakan tubuh. Ini menyelidiki tugas motorik, adaptasi motorik, dan mekanisme pembelajaran menggunakan alat penangkapan gerak yang dikombinasikan dengan rekaman saraf.
- Biomekanik Tumbuhan
Subbidang ini menerapkan prinsip biomekanik untuk mempelajari tumbuhan, organ, dan selnya. Mulai dari memahami ketahanan tanaman terhadap tekanan lingkungan hingga mengeksplorasi perkembangan dan morfogenesis pada skala sel dan jaringan.
- Biomekanik Olahraga
Biomekanik olahraga menerapkan prinsip mekanis untuk menganalisis pergerakan manusia dalam olahraga. Hal ini bertujuan untuk meningkatkan kinerja atletik, mencegah cedera, dan mengoptimalkan teknik menggunakan metode dari teknik mesin dan listrik, ilmu komputer, dan analisis gaya berjalan.
- Biomekanik Vaskular
Biomekanik vaskular berfokus pada deskripsi perilaku mekanis jaringan pembuluh darah, yang penting dalam memahami penyakit kardiovaskular. Ini melibatkan mempelajari geometri kompleks, kondisi beban, dan sifat material jaringan pembuluh darah, mengingat sifat dinamisnya yang dipengaruhi oleh faktor fisiologis dan lingkungan.
Subbidang Biomekanik Terapan Lainnya Termasuk
- Alometri
- Penggerak hewan & analisis gaya berjalan
- Biotribologi
- Mekanika biofluida
- Biomekanik kardiovaskular
- Biomekanik komparatif
- Biomekanik komputasi
- Ergonomi
- Biomekanik Forensik
- Rekayasa faktor manusia & biomekanik kerja
- Biomekanik cedera
- Implan (pengobatan), Ortotik & Prostesis
- Kinestetik
- Kinesiologi (kinetika + fisiologi)
- Biomekanik muskuloskeletal & ortopedi
- Rehabilitasi
- Dinamika tubuh yang lembut
- Biomekanik olahraga
Sejarah Singkat
Pada zaman kuno, Aristoteles, murid Plato, sering dianggap sebagai tokoh biomekanik paling awal karena studinya di bidang anatomi hewan. Dia menulis "De Motu Animalium" atau "On the Movement of Animals," yang mengeksplorasi aspek mekanis tubuh hewan. Aristoteles memandang tubuh hewan sebagai sistem mekanis dan mendalami pertanyaan fisiologis, seperti perbedaan antara membayangkan dan melakukan tindakan. Selain itu, dalam "On the Parts of Animals", ia secara akurat menggambarkan mekanisme gerak peristaltik di ureter untuk pengangkutan urin dari ginjal ke kandung kemih.
Kekaisaran Romawi menyaksikan pergeseran ke arah pencarian teknologi dibandingkan pencarian filosofis, yang mengarah pada munculnya tokoh penting berikutnya dalam bidang biomekanik, Galen (129 M-210 M). Galen, seorang dokter yang melayani Marcus Aurelius, menulis "On the Function of the Parts," sebuah karya penting tentang anatomi manusia yang menjadi teks medis standar untuk 1.400 tahun berikutnya.
Aplikasi
Biomekanik mencakup studi spektrum luas, mulai dari mekanisme seluler hingga pergerakan dan pertumbuhan anggota tubuh, serta sifat mekanik jaringan lunak dan tulang. Penelitian di bidang biomekanik mencakup berbagai bidang, termasuk menyelidiki gaya yang bekerja pada anggota tubuh, mempelajari aerodinamika penerbangan burung dan serangga, mengeksplorasi hidrodinamika ikan yang berenang, dan memeriksa pergerakan berbagai bentuk kehidupan, dari sel hingga seluruh organisme. Seiring dengan meningkatnya pemahaman kita tentang perilaku fisiologis jaringan hidup, biomekanik berkontribusi terhadap kemajuan dalam rekayasa jaringan dan pengembangan perawatan yang ditingkatkan untuk berbagai kondisi seperti kanker.
Dalam bidang sistem muskuloskeletal manusia, biomekanik memainkan peran penting. Penelitian di bidang ini menggunakan alat seperti platform gaya untuk menganalisis gaya reaksi tanah pada manusia dan videografi inframerah untuk melacak lintasan penanda yang menempel pada tubuh, sehingga memungkinkan studi tentang gerakan tiga dimensi manusia. Selain itu, elektromiografi digunakan untuk menyelidiki aktivasi otot dan respons terhadap kekuatan dan gangguan eksternal.
Selain itu, biomekanik dapat diterapkan secara luas dalam industri ortopedi, khususnya dalam desain implan ortopedi untuk sendi manusia, komponen gigi, fiksasi eksternal, dan tujuan medis lainnya. Biotribologi, sebuah aspek penting dari biomekanik ortopedi, berfokus pada penilaian kinerja dan fungsionalitas biomaterial yang digunakan dalam implan ini. Hal ini memainkan peran penting dalam meningkatkan desain dan produksi biomaterial yang sukses untuk aplikasi medis dan klinis, seperti tulang rawan yang direkayasa jaringan. Diskusi mengenai dampak pembebanan dinamis pada sambungan juga dibahas secara luas dalam penelitian biomekanik.
Disadur dari: en.wikipedia.org