Bazele Teoriei Modelării

1.1. PRINCIPIILE MODELĂRII

În natură nu există fenomene izolate. Totdeauna, simultan fenomenul investigat se desfăşoară un număr apreciabil de fenomene cu care acesta are relaţii şi influenţe reciproce. În vederea cercetării fenomenului respectiv, primul demers cave trebuie înfăptuit este a delimita aria investigată, de a elimina influenţele parazite, nesemnificative pentru scopul propus. Aceasta implică de fapt emiterea unor ipoteze, elaborarea unor scheme sau conceperea modele ale fenomenului în cauză.

Paradoxal este faptul că pentru a modela corect un fenomen este necesară cunoaşterea cât mai cuprinzătoare a sa, ceea ce reduce nevoia de a-l cerceta. Pe de altă parte, modelul trebuie să fie adecvat scopului propus: un model excesiv de complicat - care îşi propune să aibă în vedere toate aspectele posibile ale fenomenului - poate deveni costisitor, greoi sau chiar inoperant, iar un model simplist prea sumar, poate fi incorect, ca urmare a neglijării unor aspecte importante ale fenomenului.

Conceput în sensul cel mai general, modelul poate fi funcţional, de calcul sau experimental.

Modelul funcţional este un model structural, teoretic sau experimental, care pune în evidenţă diversele componente ale fenomenului şi ilustrează calitativ legăturile reciproce ale acestora astfel încât să rezulte funcţiile globale fundamentale ale ansamblului.

Modelul de calcul este un model teoretic, care, pornind de la un set coerent de ipoteze, stabileşte o schemă de calcul, un număr de teoreme şi relaţii de calcul ce descriu cantitativ şi calitativ fenomenul. Trecerea modelului de calcul pe un calculator numeric sau analogic desigur că poate urmări considerabil eficienţa acestuia. Setul de programe care se utilizează pe calculator în legătură cu modelul investigat face parte integrantă din modelul respectiv .

Modelul experimental este un obiect fizic, un dispozitiv sau o instalaţie care reproduce în anumite condiţii fenomenul ce interesează.

Este evident că toate cele trei tipuri de modele sunt complementare în descrierea unui fenomen, fiecare având :avantaje, dezavantaje şi limitări. De cele mai multe ori se folosesc serii succesive de diverse tipuri de modele, pe măsură ce se culeg date despre fenomenul ce se cercetează perfecţionându-se şi modelele respective. Perfecţionarea unui model nu înseamnă neapărat complicarea lui, ci poate foarte bine să însemne simplificarea sa, ca urmare a informaţiilor obţinute din cercetările anterioare.

Utilizarea tehnicii modelării ca metodă de cercetare în investigarea organismului uman s-a dovedit deosebit de fructuoasă. Se poate spune că progrese notabile în medicină nu s-au obţinut decât atunci când organismul nu a mai fost privit ca un tot indivizibil, ci o suprapunere de mai multe sisteme, aparate, organe, funcţii etc., care sunt bine delimitate fizic şi funcţional, fiind interconectate complex, după legi bine determinate. În acest mod s-au diferenţiat aparatul locomotor, sistemul osteo-articular, sistemul muscular, sistemul nervos, aparatul digestiv, aparatul circulator etc. La rândul său, fiecare sistem poate fi privit din punct de vedere anatomic sau fiziologic, în condiţii normale sau patologice. De fapt, fiecare sistem, aparat sau organ este un model mai mult sau mai puţin complet al realităţii.

Delimitând, în cele ce urmează, problematica specifică sistemului osteo-articular, se fac unele detalieri ale teoriei modelării relative la investigarea acestui sistem din punct de vedere biomecanic.

Cercetarea sistemului osteo-articular al organismului uman sub aspect mecanic se poate face cu succes utilizând metodele inginereşti clasice şi moderne, de calcul şi experimentale. Astfel, sistemul oste-articulare poate fi privit de către inginer ca fiind o structură spaţială deformabilă, având o complexitate apreciabilă în ceea ce priveşte geometria, proprietăţile elastice şi sarcinile.

În vederea elaborării unui model eficient, în orice problemă de biomecanică, trebuie, ca pe baza analizei datelor cunoscute în legătură cu fenomenul care interesează precum şi în funcţie de scopul urmărit, să se facă o sinteză a modelului, care să tină seama de următoarele aspecte:

a) dacă modelul este static, cinematic sau dinamic, adică dacă interesează solicitările, eforturile, tensiunile, deformaţiile, deplasările sub diverse sarcini statice sau dinamice, sau legile de mişcare ale diverselor componente, în diverse situaţii, ca - de exemplu - mers, alergare, săritură etc.;

b) geometria modelului poate fi plană sau spaţială. Modelul poate fi realizat la scară în toate detaliile sau poate fi distorsionat, adică unele detalii sau dimensiuni pot fi executate la altă scară decât restul modelului;

c) materialul din care este realizat modelul poate fi natural, caz în care se utilizează un preparat anatomic, poate fi o masă plastică, un material metalic sau combinaţii ale acestora;

d) rezemarea şi încărcarea modelului trebuie realizate în condiţii cât mai apropiate de cele reale, pentru situaţia studiată.

Deşi modelarea în biomecanica sistemului osteo-articular se supune aceloraşi legi şi principii generale care se utilizează în inginerie, totuşi trebuie avut în vedere că