Формула шага Когда-то очень давно слышал я притчу о сороконожке. Будто бы однажды ту спросили, как удаётся ей так ловко управлять сразу всеми ногами. Никогда не задумывавшаяся над этим сороконожка стала соображать, какой же ногой сделать следующий шаг, но запуталась и не смогла сдвинуться с места. Эту притчу о сороконожке вспомнил я в Институте проблем передачи информации АН СССР, когда беседовал с заведующим лабораторией управления движением доктором медицинских наук Виктором Семеновичем Гурфинкелем. - Попытайтесь только разумом, только серией сознательных команд управлять своми собственным телом, хотя бы приказывая ему самое простое: «Стоять на месте!» Ничего не выйдет! Если человек задумается, как именно он стоит, то может рухнуть наземь, да ещё сложившись подобно плотницкому метру. Одновременно отдавать команды и контролировать движение сотен мышц, костей, суставов нашему разуму не по силам. С точки зрения биомеханики, тело человека представляет собой шарнирно-стержневую систему беспримерной сложности. Каждая кость – самостоятельное кинематическое звено, стержень. Суставы – шарниры, которые объединяют все звенья в единую цепь. Общее количество степеней свободы подвижности – около двухсот! Одна только кисть руки имеет их двадцать. Кинематически человек в сотри раз сложнее самых сложных машин. Известный советский физиолог Н.А. Бернштейн сравнивал опорно-двигательный аппарат человека с невиданно большим оркестром, в котором «каждое сочленение выписывает свою кривую перемещений, каждый цент тяжести проделывает свою последовательность ускорений, каждая мышца – свою мелодию усилий…». Распорядителем, композитором и дирижёром этого ансамбля выступает центральная нервная система. Нервная система действует автоматически, это можно доказать на простейшем опыте. Завяжите кому-нибудь из приятелей глаза и предложите ему много раз поднимать вверх вытянутую руку. Раз за разом его движения будут всё уверенней. А теперь на

 

пути руки протяните мягкую резиновую ленту. Коснувшись её, испытуемый может потерять равновесие и даже упасть. В чем же дело? После многократных повторений движения стали заученными, автоматическими. Неожиданное препятствие разрушило этот автоматизм. Автоматичны все движения человека – ходьба, акробатические пируэты, жонглирование. О работе нашего внутреннего «автомата» пока очень многое ещё неизвестно. Физиологи, биологи, математики, кибернетики шаг за шагом проясняют этот механизм. Большую роль играет здесь биомеханический анализ различных состояний человека. Например, поставить «под ружьё» в царской армии считалось одним из самых суровых и изощрённых наказаний. Наказанный солдат завидовал даже своим товарищам, марширующим на плацу много часов подряд. Отстоявшего срок порой уносили в полном изнеможении. Биомеханики дают этому такое объяснение. Вертикальная поза – один из главных отличительных признаков человека. Только для людей эта поза естественна, хотя на самом деле вертикальность её довольно условна. Позвоночник, руки и ноги лишь приблизительно находятся на одной прямой, голени и бёдра слегка наклонены вперед, а позвоночник имеет два изгиба – поясничный и шейный. Под тяжестью собственного веса такая не строго вертикальная система должна была бы сложиться, как гармошка. Стоим мы только непрерывной работе мышц. Мало того, для поддержания тела в столь неудобной позе работает гораздо больше мышц, чем при передвижении – почти все мышцы ног, туловища и даже шеи. Вот в чем и заключается секрет суровости наказания «под ружьем». «Поза следует за движением, как тень», - писал английский физиолог Шеррингтон, которого Иван Петрович Павлов называл «Ньютоном нервной системы». Всякое движение начинается с позы и кончается ею, лишь бы сохранялось устойчивое равновесие всех частей тела. Думаю, что высказывание английского ученого нуждается в уточнении: «Поза – это тень, которая проецируется только вперед, потому что она всегда предшествует движению». Человек слышит команду: «Поднять руку». На руке и одной из ног установлены датчики. При работе мышц в них возникают биотоки, которые и улавливают датчики осциллографа. Так вот, первыми на эту команду отзываются мышцы… ноги! Перед движением руки, нога и весь двигательный аппарат должны принять такое положение, позу, чтобы обеспечить устойчивое равновесие. А если человеку сковать движение ног, то центр тяжести тела резко сместится и он упадёт. Однажды ученые обследовали опытного стрелка и обнаружили, что даже самым точным приборам трудно уловить отклонения его тела от положения равновесия. Умение сохранять выпрямленную позу у стрелков – профессиональный навык. Иначе не попадёшь в цель. Впрочем, даже первоклассные стрелки, прекрасно владеющие своей позой, попадают в цель вопреки… законам механики. Механические руки-манипуляторы, которые заменяют руки человека в условиях больших температур или повышенной радиации, уже не новость. К ним приложимо простое и проверенное правило механики: чем длиннее, многозвенный рука-манипулятор, тем больше неточность движения её конечного звена. Она складывается из погрешностей всех звеньев. А вот с человеческой рукой всё наоборот. Опытному спортсмену удобно закрепили пистолет на пред-

 

плечье. Тем самым исключили несколько звеньев. По всем правилам стрелок должен был стрелять более метко. Ведь каждое лишнее звено приплюсовывает погрешность. А стрелок выбил очков меньше. Оказалось, что у человеческой руки сумма погрешностей всех звеньев меньше, чем у каждого звена в отдельности. Объяснения этому парадоксу пока не найдено. Ясно одно – управление многозвенной живой системой таково, что погрешности отдельных звеньев по какому-то неведомому закону взаимно уничтожаются. Механика, вторгаясь в новые для себя области исследования живых систем, опрокидывает старые представления, отвергает то, что казалось очевидным. Поколения исследователей волновал вопрос о том, какой из основных элементов человеческого тела стабилизируется, уравновешивается в первую очередь. Считали, что равновесие устанавливается так, чтобы стабилизировать положение головы. Доказывали это тем, что на голове расположены наиболее важные органы ориентации человека в пространстве – глаза, уши, вестибулярный аппарат. Если голова не будет в равновесии, мы будем плохо воспринимать мир, всё начнет прыгать и дрожать. С энергетической точки зрения выгоднее стабилизировать наиболее тяжёлую часть – туловище. Это тоже понимали, но доказательств не было. В лаборатории мы построили «микрокачели». Человек вставал на дощечку, и его раскачивали, подбирая частоту так, чтобы верхняя часть тела и нижняя раскачивались в разном ритме. Это заставило мышцы активно работать для восстановления равновесия. И оказалось – мышцы усиленно работают на стабилизацию верхней части тела. В следующий раз зафиксировали голову. Ничего не изменилось, мышцы «заботились» только о верхней части туловища. Всё глубже и точнее изучая движения человека, биомеханика отвечает на разнообразные практические вопросы. Любая работа, будь то управление станком, действия в открытом космосе или сборка часов, связана с движениями, сохранением равновесия позы. Наилучшим образом организовать рабочее место можно, только зная двигательные особенности и возможности человека. Какая должна быть длина ручки молотка, конфигурация стула, пульт управления и расположение кнопок на нем или как работать в невесомости – ответы на все эти вопросы дает биомеханика. В мире уже создаются человекоподобные роботы с двигательной системой, которая кое в чём копирует опроно-двигательный аппарат человека. Но вопросов предстоит решить немало. Учить ли робота падать? Сколько дать ему рук? К этим необыкновенно интересным и важным проблемам биомеханика лишь подступает. Ведь даже о своей походке человек почти ничего не знает. Беседу записал А. Спиридонов.

Hosted by uCoz