Rörelse är grundläggande för människors och djurs liv, växer fram genom interaktion mellan komplexa neurala, muskulös, och skelettsystem. OpenSim är programvara med öppen källkod som förenar toppmoderna modeller och metoder från biologi, neurovetenskap, mekanik, robotik, och datavetenskap för att skapa snabba och exakta fysikbaserade rörelsessimuleringar. OpenSim kompletterar experiment genom att beräkna muskelkrafter och andra mängder som är svåra att mäta, och möjliggör förutsägelse av rörelser som bipedal rörelse hos mänskliga förfäder och neuromuskulära anpassningar till exoskeleton eller ortopediska operationer. Upphovsman:Seth et al.
En rörelsessimulator med öppen källkod som redan har hjälpt till att lösa problem inom medicin, paleontologi, och djurens rörelse har utökats och förbättrats, enligt en ny publikation i open-access journal PLOS beräkningsbiologi . Mjukvaran, kallas OpenSim, har utvecklats av ett team vid Stanford University, ledd av de första författarna Ajay Seth, Jennifer Hicks, och Thomas Uchida, med bidrag från användare runt om i världen. Det nya papperet granskar mjukvarans stora utbud av applikationer och beskriver de förbättringar som kan öka dess användbarhet ytterligare.
De stora utmaningarna för att skapa rörelser "i silico" inkluderar att formulera de underliggande matematiska ekvationerna och se till att lösningen är korrekt vid beräkning av variabler som är svåra att mäta experimentellt, såsom metabolisk konsumtion av enskilda muskler och stretch och rekyl av senor under rörelse. Fysikbaserade modeller möjliggör förutsägelse av nya rörelser, både adaptiv och maladaptiv, såsom överdriven höftrotation som svar på benmuskelsvaghet. OpenSim kombinerar metoder från biologi, neurovetenskap, mekanik, och robotik för att hantera dessa utmaningar och skapa snabba och exakta simuleringar av rörelse.
OpenSim har redan använts för att avgöra om Australopithecus afarensis hade tillräcklig greppstyrka för att göra vissa verktyg, baserat på fossiliserade benfynd; utveckla strategier för att förhindra fotledskador under idrottsprestationer; och optimera en bärbar robotanordning för långhopp. Ytterligare tillämpningar inkluderar att förutsäga rörelsemönster för utdöda arter och planera senförlängande operation för barn med cerebral pares.
De senaste förbättringarna inkluderar tillägg av mer exakta modeller av muskeldynamik, gemensam kinematik, och hjälpmedel, som hjälper till med rehabiliteringsstudier; möjligheten att skapa anpassade studier genom att kombinera befintliga verktyg på nya sätt; verktyg för att importera motion-capture-data för att testa simuleringar mot experiment; och moderna visualiseringsverktyg för att skapa insiktsfulla rörelser.
"Programvaran är som en schweizisk armékniv för rörelseforskaren, "sa huvudförfattarna." Det tillåter forskare utan särskild expertis inom biomekanik att utföra kraftfulla och exakta simuleringar för att testa hypoteser, visualisera lösningar på problem, och kommunicera idéer. Eftersom det innehåller årtionden av forskning om hur människor och andra djur rör sig, och ständigt förstärks och förstärks av användargruppen från så många olika områden, OpenSim kan påskynda upptäckter inom alla områden där biologisk rörelse spelar en roll. "
