Modelación y simulación de la biomecánica de la marcha normal llevando una mochila en la espalda

Abstract

En este trabajo se implementa un modelo biomecánico simplificado de la marcha humana normal, centrado en los miembros inferiores y estructurado con cuatro segmentos y cuatro grados de libertad. El modelamiento se basa en enfoques ampliamente utilizados en la literatura, que combinan representaciones esqueléticas reducidas y patrones cinemáticos obtenidos de estudios previos. Como simplificación, el contacto con el suelo se considera en un punto ubicado a nivel del tobillo, criterio común en modelos de análisis reducido que busca equilibrar la fidelidad biomecánica con la eficiencia computacional. Para la simulación se emplearon parámetros antropométricos de un sujeto joven como referencia, lo que permitió calcular trayectorias articulares y estimar fuerzas y momentos internos durante un ciclo de marcha con mochila y sin carga adicional. La cinemática se formuló a partir de la trayectoria de la cadera y de los ángulos articulares asociados, mientras que la cinética se obtuvo mediante diagramas de cuerpo libre y propiedades inerciales de los segmentos. Las simulaciones se desarrollaron en Matlab y se compararon con mediciones experimentales obtenidas en un laboratorio de análisis de movimiento, empleando registro de fuerzas de reacción y análisis de video para la evaluación de trayectorias donde participó el sujeto de referencia previamente mencionado. Los resultados muestran que el modelo reproduce adecuadamente las tendencias globales del movimiento articular y de la reacción vertical del suelo para ambas condiciones de carga. Además, permite identificar el incremento del trabajo en la articulación del tobillo asociado al uso de una mochila de cinco kilogramos, con un error promedio del orden de 34% respecto a los ensayos, margen acorde con las simplificaciones estructurales consideradas. En conjunto, este trabajo constituye una aproximación funcional para el análisis biomecánico del transporte de carga durante la marcha, y ofrece una base sobre la cual pueden desarrollarse modelos musculoesqueléticos tridimensionales que representen con mayor detalle las condiciones reales del movimiento humano y también otras condiciones de marcha.