Il movimento è fondamentale per la vita umana e animale, che emerge attraverso l'interazione di complessi neurali, muscolare, e sistemi scheletrici. OpenSim è un software open source che unisce modelli e metodi all'avanguardia della biologia, neuroscienza, meccanica, robotica, e informatica per creare simulazioni di movimento basate sulla fisica veloci e accurate. OpenSim integra gli esperimenti calcolando le forze muscolari e altre quantità difficili da misurare, e consente la previsione di movimenti come la locomozione bipede negli antenati umani e gli adattamenti neuromuscolari agli esoscheletri o agli interventi chirurgici ortopedici. Credito:Seth et al.
Un simulatore di movimento open source che ha già aiutato a risolvere problemi in medicina, paleontologia, e la locomozione animale è stata ampliata e migliorata, secondo una nuova pubblicazione sulla rivista ad accesso libero PLOS Biologia Computazionale . Il software, chiamato OpenSim, è stato sviluppato da un team della Stanford University, guidato dai primi autori Ajay Seth, Jennifer Hicks, e Thomas Uchida, con contributi di utenti di tutto il mondo. Il nuovo documento esamina l'ampia gamma di applicazioni del software e descrive i miglioramenti che possono aumentare ulteriormente la sua utilità.
Le principali sfide nella creazione di movimenti "in silico" includono la formulazione delle equazioni matematiche sottostanti e la garanzia che la soluzione sia accurata durante il calcolo di variabili difficili da misurare sperimentalmente, come il consumo metabolico dei singoli muscoli e l'allungamento e il contraccolpo dei tendini durante il movimento. I modelli basati sulla fisica consentono la previsione di nuovi movimenti, sia adattivo che disadattivo, come l'eccessiva rotazione dell'anca in risposta alla debolezza muscolare delle gambe. OpenSim combina metodi della biologia, neuroscienza, meccanica, e robotica per affrontare queste sfide e creare simulazioni di movimento rapide e accurate.
OpenSim è già stato utilizzato per determinare se l'Australopithecus afarensis avesse una forza di presa sufficiente per realizzare determinati strumenti, basato su scoperte di ossa fossilizzate; sviluppare strategie per prevenire lesioni alla caviglia durante le prestazioni atletiche; e l'ottimizzazione di un dispositivo robotico indossabile per i salti in lungo. Ulteriori applicazioni includono la previsione dei modelli di locomozione delle specie estinte e la pianificazione di interventi chirurgici di allungamento dei tendini per i bambini con paralisi cerebrale.
I recenti miglioramenti includono l'aggiunta di modelli più accurati di dinamica muscolare, cinematica articolare, e dispositivi di assistenza, che aiuterà negli studi di riabilitazione; la capacità di creare studi personalizzati combinando strumenti esistenti in modi nuovi; strumenti per l'importazione di dati di motion capture al fine di testare simulazioni contro esperimenti; e moderni strumenti di visualizzazione per creare animazioni di movimento perspicaci.
"Il software è come un coltellino svizzero per lo scienziato del movimento, " hanno affermato gli autori principali. "Consente ai ricercatori senza competenze speciali in biomeccanica di eseguire simulazioni potenti e accurate per testare ipotesi, visualizzare soluzioni ai problemi, e comunicare idee. Poiché incorpora decenni di ricerche su come si muovono gli esseri umani e gli altri animali, e viene costantemente ampliato e potenziato dalla comunità di utenti di così tanti campi diversi, OpenSim può accelerare le scoperte in qualsiasi campo in cui il movimento biologico gioca un ruolo."
