जैवयांत्रिकी

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17वीं शताब्दी में जैवयांत्रिकी (जियोवन्नी अल्फोंसो बोरेली के जानवरों की आवाजाही पर) के पहले कार्यों में से एक का पृष्ठ

जैवयांत्रिकी जैविक प्रणालियों के यांत्रिक पहलुओं की संरचना, कार्य और गति का अध्ययन है। किसी भी स्तर पर पूरे जीवों से लेकर अंग (शरीर रचना), कोशिका (जीव विज्ञान) और कोशिका अंग तक,[1] यांत्रिकी की पद्धति का उपयोग करना।[2] जैवयांत्रिकी जैवभौतिकी की एक शाखा है।

2022 में, अभिकलनात्मक यांत्रिकी अमिश्रित यांत्रिकी से बहुत आगे निकल जाती है, और इसमें अन्य भौतिक क्रियाएं सम्मिलित होती हैं: रसायन विज्ञान, ऊष्मा और द्रव्यमान स्थानांतरण, विद्युत और चुंबकीय उत्तेजना और कई अन्य।

व्युत्पत्तिविज्ञान    

शब्द जैवयांत्रिकी (1899) और संबंधित जैवयांत्रिकी (1856) प्राचीन ग्रीक βίος जैव लाइफ और μηχανική, यंत्रविज्ञान यांत्रिकी से आया है, जैसे कि जो जीवों के यांत्रिक सिद्धांतों, विशेष रूप से उनके गतिविधि और संरचना के अध्ययन को संदर्भित करता है।[3]

उपक्षेत्र

जैवद्रव यांत्रिकी

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लाल रक्त कोशिकाओं

जैविक द्रव यांत्रिकी, या जैवद्रव यांत्रिकी, जैविक जीवों में या उसके आसपास गैस और तरल द्रव प्रवाह दोनों का अध्ययन है। प्रायः अध्ययन की जाने वाली एक तरल जैव द्रव समस्या मानव हृदय प्रणाली में रक्त प्रवाह की है। कुछ गणितीय परिस्थितियों में, रक्त प्रवाह को नेवियर-स्टोक्स समीकरणों द्वारा प्रतिरूपित किया जा सकता है। विवो में पूरे रक्त को एक असंपीड्य न्यूटोनियन द्रव माना जाता है। हालांकि, धमनियों के भीतर आगे प्रवाह पर विचार करते समय यह धारणा असफल हो जाती है। सूक्ष्म पैमाने पर, अलग-अलग लाल रक्त कोशिकाओं के प्रभाव महत्वपूर्ण हो जाते हैं, और पूरे रक्त को अब एक निरंतरता के रूप में प्रतिरूपित नहीं किया जा सकता है। जब रक्त वाहिका का व्यास लाल रक्त कोशिका के व्यास से कुछ बड़ा होता है, तो फारेअस-लिंडक्विस्ट प्रभाव होता है और दीवार कतरनी तनाव में कमी होती है। हालाँकि, जैसे-जैसे रक्त वाहिका का व्यास और घटता जाता है, लाल रक्त कोशिकाओं को वाहिका के माध्यम से निचोड़ना पड़ता है और प्रायः केवल एक फ़ाइल में ही गुजर सकती है। इस मामले में, व्युत्क्रम फारेअस-लिंडक्विस्ट प्रभाव होता है और दीवार कतरनी का तनाव बढ़ जाता है।

गैसीय जैव तरल पदार्थ समस्या का एक उदाहरण मानव श्वसन है। हाल ही में, बेहतर माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणों को डिजाइन करने के लिए जैव-प्रेरणा के लिए सूक्ष्म जीवों में श्वसन प्रणाली का अध्ययन किया गया है।[4]

बायोट्रिबोलॉजी

बायोट्रिबोलॉजी जैविक प्रणालियों के घर्षण, पहनने और स्नेहन का विशेष रूप से, मानव जोड़ों जैसे कूल्हों और घुटनों का अध्ययन है।[5][6] सामान्यतः, इन प्रक्रियाओं का अध्ययन संपर्क यांत्रिकी और धातुश्रांतिकी के संदर्भ में किया जाता है।

बायोट्रिबोलॉजी के अतिरिक्त पहलुओं में गति के दौरान संपर्क में आने वाली दो सतहों के परिणामस्वरूप होने वाली उपसतह क्षति का विश्लेषण सम्मिलित है, इसका तात्पर्य यह है की एक दूसरे के विपरीत घर्षण, जैसे ऊतक-इंजीनियर उपास्थि के मूल्यांकन में भी इसका अध्ययन किया जाता है।[7]

तुलनात्मक जैवयांत्रिकी

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पानी के ऊपर छलांग लगाते हुए चिन्स्ट्रैप पेंगुइन

तुलनात्मक जैवयांत्रिकी गैर-मानव जीवों के लिए जैवयांत्रिकी का अनुप्रयोग है, चाहे मनुष्यों में अधिक अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए (शारीरिक नृविज्ञान में) या स्वयं जीवों के कार्यों, पारिस्थितिकी और अनुकूलन में उपयोग किया जाता है। जांच के सामान्य क्षेत्र पशु गतिशीलता और भोजन व्यवहार की सूची हैं, क्योंकि इनका जीव की स्वस्थता(जीव विज्ञान) से मजबूत संबंध है और उच्च यांत्रिक मांगों को लागू करते हैं। जानवरों की गतिशीलता, कई अभिव्यक्तियाँ हैं, जिनमें दौड़ना, कूदना और उड़ना और ग्लाइडिंग करना सम्मिलित है। संचलन के लिए घर्षण, ड्रैग (भौतिकी), जड़ता और गुरुत्वाकर्षण पर अभिभूत पाने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है, हालांकि जो कारक प्रबल होता है वह पर्यावरण के साथ भिन्न होता है।[citation needed]

तुलनात्मक जैवयांत्रिकी कई अन्य क्षेत्रों के साथ दृढ़ता से अतिव्यापन करता है, जिसमें पारिस्थितिकी, तंत्रिका जीव विज्ञान, विकासात्मक जीव विज्ञान, नैतिकता और जीवाश्म विज्ञान सम्मिलित हैं, इन अन्य क्षेत्रों की पत्रिकाओं में सामान्यतः प्रकाशित पत्रों की सीमा तक। तुलनात्मक जैवयांत्रिकी प्रायः दवाओं (चूहों और चूहों जैसे सामान्य मॉडल जीवों के संबंध में) के साथ-साथ बायोमिमेटिक्स में भी लागू होता है, जो इंजीनियरिंग समस्याओं के समाधान के लिए प्रकृति को देखता है।[citation needed]

अभिकलनात्मक जैवयांत्रिकी

अभिकलनात्मक जैवयांत्रिकी इंजीनियरिंग अभिकलनात्मक टूल्स का अनुप्रयोग है, जैसे जैविक प्रणालियों के यांत्रिकी का अध्ययन करने के लिए परिमित तत्व विधि। अभिकलनात्मक मॉडल और अनुरूपण का उपयोग पैरामीटर के बीच संबंधों की भविष्यवाणी करने के लिए किया जाता है जो अन्यथा प्रयोगात्मक रूप से परीक्षण करने के लिए चुनौतीपूर्ण होते हैं, या प्रयोग के समय और लागत को कम करने के लिए अधिक प्रासंगिक प्रयोगों को डिजाइन करने के लिए उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, वे कैसे अंतर करते हैं, यह समझने के लिए वनस्पति कोशिका के विकास के प्रायोगिक अवलोकन की व्याख्या करने के लिए परिमित तत्व विश्लेषण का उपयोग करते हुए यांत्रिक मॉडलिंग का उपयोग किया गया है।[8]आर्थोपेडिक्स से पुनर्वास तक, जैविक प्रणालियों के कम्प्यूटेशनल विश्लेषण, मानव या अन्यथा, प्रणालियों को समझने में अन्यथा मुश्किल में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकते हैं। चिकित्सा में, पिछले एक दशक में, परिमित तत्व विधि विवो शल्यक्रिया मूल्यांकन में एक स्थापित विकल्प बन गई है। अभिकलनात्मक जैवयांत्रिकी के मुख्य फायदों में से एक नैतिक प्रतिबंधों के अधीन होने के बिना शरीर रचना की एंडो-एनाटोमिकल प्रतिक्रिया निर्धारित करने की क्षमता में निहित है।[9] इसने जैवयांत्रिकी के कई क्षेत्रों में सर्वव्यापी बनने के बिंदु पर एफई मॉडलिंग(या अन्य विवेकाधिकार तकनीकों) का नेतृत्व किया है, जबकि कई परियोजनाओं ने एक ओपन स्रोत दर्शन (जैसे बायोस्पिन) को भी अपनाया है।[10]

अभिकलनात्मक जैवयांत्रिकी शल्यक्रिया अनुरूपण में एक आवश्यक घटक है, जिसका उपयोग शल्यक्रिया योजना, सहायता और प्रशिक्षण के लिए किया जाता है। इस मामले में, संख्यात्मक (विवेकाधीन) विधियों का उपयोग, जितनी जल्दी हो सके गणना करने के लिए किया जाता है, एक प्रणाली की सीमा स्थितियों जैसे कि बल, गर्मी और द्रव्यमान हस्तांतरण, विद्युत और चुंबकीय उत्तेजनाओं की प्रतिक्रिया भी इसका अध्ययन किया जाता है।

प्रायोगिक जैवयांत्रिकी

प्रायोगिक जैवयांत्रिकी, जैवयांत्रिकी में प्रयोगों और मापों का अनुप्रयोग है।

सातत्य जैवयांत्रिकी

जैव पदार्थ और जैव तरल पदार्थ का यांत्रिक विश्लेषण सामान्यतः सातत्य यांत्रिकी की अवधारणाओं के साथ किया जाता है। यह धारणा तब टूट जाती है जब ब्याज की लंबाई के पैमाने सामग्री के सूक्ष्म संरचनात्मक विवरण के क्रम तक पहुंचते हैं। जैव पदार्थ की सबसे उल्लेखनीय विशेषताओं में से एक उनकी पदानुक्रम संरचना है। दूसरे शब्दों में, इन सामग्रियों की यांत्रिक विशेषताएं आणविक से ऊतक(जीव विज्ञान) और अंग(शरीर रचना) के स्तर तक, कई स्तरों में होने वाली भौतिक घटनाओं पर निर्भर करती हैं।[citation needed]

जैव पदार्थ को दो समूहों में वर्गीकृत किया जाता है, कठोर और मुलायम ऊतक कठोर ऊतकों (जैसे लकड़ी, सागर की कौड़ी और हड्डी) के यांत्रिक विरूपण का रैखिक लोच के सिद्धांत के साथ विश्लेषण किया जा सकता है। दूसरी ओर, नरम ऊतक (जैसे त्वचा, कण्डरा, मांसपेशी और उपास्थि) सामान्यतः बड़ी विकृतियों से गुजरते हैं और इस प्रकार उनका विश्लेषण परिमित तनाव सिद्धांत और कंप्यूटर अनुरूपण पर निर्भर करता है। मेडिकल अनुरूपण के विकास में यथार्थवाद की आवश्यकता से निरंतर जैवयांत्रिकी में रुचि बढ़ी है।[11]: 568 


वनस्पति जैवयांत्रिकी

पौधों, पौधों के अंगों और कोशिकाओं के लिए जैवयांत्रिकी सिद्धांतों का अनुप्रयोग वनस्पति जैवयांत्रिकी के उपक्षेत्र में विकसित हुआ है।[12] पौधों के लिए जैवयांत्रिकी का अनुप्रयोग फसलों के लचीलेपन के अध्ययन से लेकर पर्यावरणीय तनाव तक [13] कोशिका और ऊतक पैमाने पर विकास और आकृतिजनन के लिए, जो यांत्रिक जीव विज्ञान के साथ अतिव्यापी होता है।[8]

खेल कूद जैवयांत्रिकी

Main article: खेल बायोमैकेनिक्स

खेल कूद जैवयांत्रिकी में, एथलेटिक प्रदर्शन की अधिक समझ हासिल करने और खेल की चोट को कम करने के लिए यांत्रिकी के नियमों को मानव गतिविधि पर लागू किया जाता है।कीनेमेटीक्स यांत्रिकी की वह शाखा है जो गति उत्पन्न करने वाली शक्तियों को ध्यान में रखे बिना विस्थापन, वेग और त्वरण सहित वस्तुओं की गति की ज्यामिति से संबंधित है। यह मानव शरीर और क्रिकेट बैट, हॉकी स्टिक और भाला आदि जैसे खेल के औजारों की गति को समझने के लिए यांत्रिक भौतिकी के वैज्ञानिक सिद्धांतों के अनुप्रयोग पर केंद्रित है। मैकेनिकल इंजीनियरिंग के तत्व (जैसे, तनाव गेज), विद्युत अभियन्त्रण (जैसे, डिजिटल फिल्टर), कंप्यूटर विज्ञान (जैसे, संख्यात्मक तरीके), गैट विश्लेषण (जैसे, बल प्लेटफॉर्म), और क्लिनिकल न्यूरोफिज़ियोलॉजी (जैसे, विद्युतपेशीलेखन) खेल कूद जैवयांत्रिकी में उपयोग की जाने वाली सामान्य विधियाँ हैं।[14]

खेलों में जैवयांत्रिकी को किसी दिए गए कार्य, कौशल और/या तकनीक के निष्पादन के दौरान शरीर की मांसपेशियों, संयुक्त और कंकाल क्रियाओं के रूप में कहा जा सकता है। खेल कौशल से संबंधित जैवयांत्रिकी की उचित समझ का सबसे बड़ा प्रभाव है: खेल का प्रदर्शन, पुनर्वास और चोट की रोकथाम, खेल में निपुणता के साथ। जैसा कि डॉक्टर माइकल येसिस ने उल्लेख किया है, कोई भी कह सकता है कि सबसे अच्छा एथलीट वह है जो अपने कौशल को सर्वश्रेष्ठ तरीके से निष्पादित करता है।[15]


संवहनी जैवयांत्रिकी

संवहनी जैवयांत्रिकी का मुख्य विषय संवहनी ऊतकों के यांत्रिक व्यवहार का वर्णन है।

यह सर्वविदित है कि हृदय रोग दुनिया भर में मृत्यु का प्रमुख कारण है।[16] मानव शरीर में संवहनी तंत्र मुख्य घटक है जो दबाव बनाए रखने और रक्त प्रवाह और रासायनिक आदान-प्रदान की अनुमति देता है। इस जटिल ऊतकों के यांत्रिक गुणों का अध्ययन करने से कार्डियोसंवहनी बीमारियों को बेहतर ढंग से समझने और वैयक्तिकृत दवा में काफी सुधार करने की संभावना में सुधार होता है।

संवहनी ऊतक अत्यधिक गैर रेखीय व्यवहार के साथ विषम हैं। सामान्यतः इस अध्ययन में जटिल भार स्थितियों और भौतिक गुणों के साथ जटिल ज्यामिति सम्मिलित होती है। इन तंत्रों का सही वर्णन शरीर विज्ञान और जैविक अंतःक्रिया के अध्ययन पर आधारित है। इसलिए, उनकी बातचीत के साथ दीवार यांत्रिकी और हेमोडायनामिक्स का अध्ययन करना आवश्यक है।

यह भी आवश्यक है कि संवहनी दीवार निरंतर विकास में एक गतिशील संरचना है। यह विकास सीधे रासायनिक और यांत्रिक वातावरण का अनुसरण करता है जिसमें ऊतक वॉल शीयर स्ट्रेस या जैव रासायनिक संकेतन की तरह अवगाहित होते हैं।

जैवयांत्रिकी के अन्य अनुप्रयुक्त उपक्षेत्रों में सम्मिलित हैं

इतिहास

पुरातनता

प्लेटो के एक छात्र अरस्तू को पहला बायो-यंत्रविज्ञान माना जा सकता है, क्योंकि वह पशु शरीर रचना के साथ काम करता है। जानवरों की गति, जानवरों की आवाजाही या जानवरों की आवाजाही पर पहली किताब अरस्तू ने लिखी थी।[17] उन्होंने न केवल जानवरों के शरीर को यांत्रिक प्रणालियों के रूप में देखा, बल्कि किसी क्रिया को करने की कल्पना करने और वास्तव में उसे करने के बीच शारीरिक अंतर जैसे सवालों का भी पीछा किया।[18] एक अन्य काम में, जानवरों के अंगों पर, उन्होंने एक सटीक विवरण प्रदान किया कि कैसे मूत्रवाहिनी गुर्दे से मूत्राशय तक मूत्र ले जाने के लिए क्रमाकुंचन का उपयोग करती है।[11]: 2 

रोमन साम्राज्य के उदय के साथ, प्रौद्योगिकी दर्शन से अधिक लोकप्रिय हो गई और अगला बायो-यंत्रविज्ञान उत्पन्न हुआ। गैलेन (129 AD-210 AD), मार्कस ऑरेलियस के चिकित्सक, ने अपना प्रसिद्ध काम, ऑन द फंक्शन ऑफ द पार्ट्स (मानव शरीर के बारे में) लिखा। यह अगले 1,400 वर्षों के लिए विश्व की मानक चिकित्सा पुस्तक होगी।[19]


पुनर्जागरण

अगला प्रमुख बायोयंत्रविज्ञान 1452 तक लियोनार्डो दा विंची के जन्म के साथ नहीं होगा। दा विंची एक कलाकार और यंत्रविज्ञान और इंजीनियर थे। उन्होंने यांत्रिकी और सैन्य और सिविल इंजीनियरिंग परियोजनाओं में योगदान दिया। उन्हें विज्ञान और यांत्रिकी की बहुत अच्छी समझ थी और उन्होंने यांत्रिकी के संदर्भ में शरीर रचना विज्ञान का अध्ययन किया था। उन्होंने मांसपेशियों की ताकतों और आंदोलनों का विश्लेषण किया और संयुक्त कार्यों का अध्ययन किया। इन अध्ययनों को जैवयांत्रिकी के क्षेत्र में अध्ययन माना जा सकता है। लियोनार्डो दा विंची ने यांत्रिकी के संदर्भ में शरीर रचना विज्ञान का अध्ययन किया। उन्होंने उत्पत्ति और सम्मिलन को जोड़ने वाली रेखाओं के साथ अभिनय के रूप में मांसपेशियों की ताकतों का विश्लेषण किया और संयुक्त कार्य का अध्ययन किया। दा विंची ने अपनी मशीनों में कुछ जानवरों की विशेषताओं की नकल की। उदाहरण के लिए, उन्होंने पक्षियों की उड़ान का अध्ययन किया ताकि वे साधन खोज सकें जिनके द्वारा मनुष्य उड़ सकें; और क्योंकि घोड़े उस समय यांत्रिक शक्ति के प्रमुख स्रोत थे, उन्होंने मशीनों को डिजाइन करने के लिए उनकी पेशी प्रणालियों का अध्ययन किया जो इस जानवर द्वारा लागू की गई शक्तियों से बेहतर लाभान्वित होंगे।[20]

1543 में, गैलेन के काम, भागों के कार्य पर 29 साल की उम्र में एंड्रियास वेसालियस द्वारा चुनौती दी गई थी। वेसालियस ने मानव शरीर की संरचना पर नामक अपना काम प्रकाशित किया। इस काम में, वेसालियस ने गैलेन द्वारा की गई कई त्रुटियों को ठीक किया, जो कई शताब्दियों तक विश्व स्तर पर स्वीकार नहीं की जाएंगी। कोपर्निकस की मृत्यु के साथ लोगों के आसपास की दुनिया और यह कैसे काम करती है, इसे समझने और सीखने की एक नई इच्छा पैदा हुई। अपनी मृत्युशय्या पर, उन्होंने अपना काम, स्वर्ग के क्षेत्रों के क्रांतियों पर प्रकाशित किया। इस काम ने न केवल विज्ञान और भौतिकी में क्रांति ला दी, बल्कि यांत्रिकी और बाद में जैव-यांत्रिकी के विकास में भी।[19]

यांत्रिकी और अंशकालिक बायोयंत्रविज्ञान के जनक गैलीलियो गैलीली का जन्म निकोलस कोपरनिकस की मृत्यु के 21 साल बाद हुआ था। गैलीलियो ने मेडिकल स्कूल में कई साल बिताए और प्रायः अपने प्रोफेसरों द्वारा सिखाई जाने वाली हर बात पर सवाल उठाते थे। उन्होंने पाया कि प्रोफेसर जो पढ़ाते थे उसे साबित नहीं कर सकते थे इसलिए वे गणित की ओर चले गए जहाँ सब कुछ सिद्ध करना था। फिर, 25 वर्ष की आयु में, वे पीसा गए और गणित पढ़ाया। वह एक बहुत अच्छे व्याख्याता थे और छात्र उन्हें सुनने के लिए अपने अन्य प्रशिक्षकों को छोड़ देते थे, इसलिए उन्हें इस्तीफा देने के लिए मजबूर होना पड़ा। इसके बाद वे पडुआ के एक और भी प्रतिष्ठित स्कूल में प्रोफेसर बन गए। उनकी भावना और शिक्षाएं दुनिया को एक बार फिर विज्ञान की दिशा में ले जाएंगी। विज्ञान के अपने वर्षों के दौरान, गैलीलियो ने बहुत सारे जैवयांत्रिकी पहलुओं को जाना। उदाहरण के लिए, उन्होंने पाया कि जानवरों का द्रव्यमान उनके आकार के अनुपात में असमान रूप से बढ़ता है, और परिणामस्वरूप उनकी हड्डियों को भी असमान रूप से परिधि में वृद्धि करनी चाहिए, केवल आकार के बजाय भार वहन करने के लिए अनुकूल होना चाहिए। एक ट्यूबलर संरचना की झुकने की ताकत जैसे कि एक हड्डी को उसके वजन के सापेक्ष बढ़ा दिया जाता है जिससे वह खोखला हो जाता है और उसका व्यास बढ़ जाता है। समुद्री जानवर स्थलीय जानवरों से बड़े हो सकते हैं क्योंकि पानी के उछाल से उनके ऊतकों का वजन कम हो जाता है।[19]

गैलीलियो गैलीली को हड्डियों की मजबूती में दिलचस्पी थी और उन्होंने सुझाव दिया कि हड्डियां खोखली होती हैं क्योंकि इससे न्यूनतम वजन के साथ अधिकतम ताकत मिलती है। उन्होंने नोट किया कि जानवरों की हड्डियों का द्रव्यमान उनके आकार के अनुपात में बढ़ गया। नतीजतन, हड्डियों को भी केवल आकार के बजाय असमान रूप से बढ़ना चाहिए। ऐसा इसलिए है क्योंकि एक ट्यूबलर संरचना (जैसे हड्डी) की झुकने की ताकत उसके वजन के सापेक्ष अधिक कुशल होती है। मेसन सुझाव देते हैं कि यह अंतर्दृष्टि इंजीनियरिंग अनुकूलन के सिद्धांतों की पहली समझ में से एक थी।[20]

17वीं शताब्दी में, डेसकार्टेस ने एक दार्शनिक प्रणाली का सुझाव दिया, जिसमें मानव शरीर (लेकिन आत्मा नहीं) सहित सभी जीवित प्रणालियां केवल एक ही यांत्रिक कानूनों द्वारा शासित मशीनें हैं, एक ऐसा विचार जिसने जैवयांत्रिकी अध्ययन को बढ़ावा देने और बनाए रखने के लिए बहुत कुछ किया।

औद्योगिक युग

अगले प्रमुख बायो-मैकेनिक, गियोवन्नी अल्फोंसो बोरेली ने डेसकार्टेस के यांत्रिक दर्शन को अपनाया और चलना, दौड़ना, कूदना, पक्षियों की उड़ान, मछली का तैरना और यहां तक ​​कि एक यांत्रिक ढांचे के भीतर हृदय की पिस्टन क्रिया का अध्ययन किया। वह गुरुत्वाकर्षण के मानव केंद्र की स्थिति निर्धारित कर सकता है, प्रेरित और समाप्त हो चुकी हवा की मात्रा की गणना और माप कर सकता है, और उसने दिखाया कि प्रेरणा मांसपेशियों से संचालित होती है और ऊतक लोच के कारण समाप्ति होती है।

बोरेली यह समझने वाले पहले व्यक्ति थे कि मांसलता प्रणाली के लीवर बल के बजाय गति को बढ़ाते हैं, ताकि मांसपेशियों को गति का विरोध करने वालों की तुलना में बहुत अधिक बल उत्पन्न करना पड़े।[19]गैलीलियो के काम से प्रभावित, जिसे वे व्यक्तिगत रूप से जानते थे, आइजैक न्यूटन द्वारा गति के नियमों को प्रकाशित करने से पहले उन्हें मानव शरीर के विभिन्न जोड़ों में स्थैतिक संतुलन की सहज समझ थी।[21] जैवयांत्रिकी के इतिहास में उनके काम को प्रायः सबसे महत्वपूर्ण माना जाता है क्योंकि उन्होंने कई नई खोजें कीं जिन्होंने आने वाली पीढ़ियों के लिए अपने काम और अध्ययन को जारी रखने का रास्ता खोल दिया।

बोरेली के जैव-यांत्रिकी के क्षेत्र में कोई बड़ी छलांग लगाने के कई साल बाद। उस समय के बाद, अधिक से अधिक वैज्ञानिक मानव शरीर और उसके कार्यों के बारे में जानने लगे। जैव-यांत्रिकी में 19वीं या 20वीं सदी के कई उल्लेखनीय वैज्ञानिक नहीं हैं क्योंकि एक व्यक्ति को एक चीज का श्रेय देने के लिए क्षेत्र अब बहुत बड़ा है। हालांकि, क्षेत्र हर साल बढ़ रहा है और मानव शरीर के बारे में और अधिक खोज करने में प्रगति करना जारी रखता है। क्योंकि यह क्षेत्र इतना लोकप्रिय हो गया है, पिछली सदी में कई संस्थान और प्रयोगशालाएँ खुल गई हैं और लोग शोध करना जारी रखते हैं। 1977 में अमेरिकन सोसाइटी ऑफ जैवयांत्रिकी के निर्माण के साथ, क्षेत्र लगातार विकसित हो रहा है और कई नई खोज कर रहा है।[19]

19वीं शताब्दी में एटियेन-जूल्स मारे ने छायांकन का इस्तेमाल जानवरों के चलने की वैज्ञानिक जांच के लिए किया। उन्होंने गतिविधि के साथ जमीनी प्रतिक्रिया बलों को सहसंबंधित करने वाले पहले व्यक्ति बनकर आधुनिक 'गति विश्लेषण' का क्षेत्र खोला। जर्मनी में, भाइयों अर्न्स्ट हेनरिक वेबर और विल्हेम एडवर्ड वेबर ने मानव चाल के बारे में बहुत कुछ अनुमान लगाया था, लेकिन यह ईसाई विल्हेम ब्राउन थे जिन्होंने इंजीनियरिंग यांत्रिकी में हालिया प्रगति का उपयोग करके विज्ञान को काफी उन्नत किया। इसी अवधि के दौरान, औद्योगिक क्रांति की मांगों के तहत फ्रांस और जर्मनी में सामग्री के इंजीनियरिंग यांत्रिकी फलने-फूलने लगे। इसने हड्डी जैवयांत्रिकी के पुनर्जन्म का नेतृत्व किया जब रेल इंजीनियर कार्ल कलमैन और एनाटोमिस्ट हरमन वॉन मेयर ने एक समान आकार के क्रेन में मानव फीमर में तनाव पैटर्न की तुलना की। इस खोज से प्रेरित होकर जूलियस वोल्फ (सर्जन) ने हड्डी रीमॉडेलिंग के प्रसिद्ध वोल्फ के नियम को प्रस्तावित किया।[22]


अनुप्रयोग

जैवयांत्रिकी का अध्ययन एक कोशिका के आंतरिक कामकाज से लेकर अंग (शरीर रचना) के संचलन और विकास तक, नरम ऊतक के यांत्रिक गुणों तक होता है,[7]और हड्डियाँ। जैवयांत्रिकी अनुसंधान के कुछ सरल उदाहरणों में उन बलों की जांच सम्मिलित है जो अंगों पर कार्य करते हैं, पक्षी उड़ान और कीट उड़ान के वायुगतिकी य, मछली में जलीय लोकोमोशन के जल-गत्यात्मकता, और सामान्य रूप से जीवन के सभी रूपों में पशु लोकोमोशन, व्यक्तिगत कोशिकाओं से लेकर संपूर्ण तक जीव। जीवित ऊतकों के शारीरिक व्यवहार की बढ़ती समझ के साथ, शोधकर्ता ऊतक इंजीनियरिंग के क्षेत्र को आगे बढ़ाने में सक्षम हैं, साथ ही साथ कैंसर सहित विकृति विज्ञान की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए बेहतर उपचार विकसित करते हैं।[23][citation needed]

मानव पेशी कंकाली तंत्र का अध्ययन करने के लिए जैवयांत्रिकी भी लागू होता है। इस तरह के अनुसंधान मानव जमीनी प्रतिक्रिया बलों का अध्ययन करने के लिए बल प्लेटफार्मों का उपयोग करते हैं और मानव 3डी गति का अध्ययन करने के लिए मानव शरीर से जुड़े मार्करों के प्रक्षेपवक्र को गति चित्रांकन करने के लिए इन्फ्रारेड वीडियोग्राफी करते हैं। अनुसंधान मांसपेशियों की सक्रियता का अध्ययन करने, बाहरी ताकतों और गड़बड़ी के लिए मांसपेशियों की प्रतिक्रियाओं की जांच करने के लिए इलेक्ट्रोमोग्राफी भी लागू करता है।[24]

मानव जोड़ों, दंत भागों, बाहरी निर्धारण और अन्य चिकित्सा उद्देश्यों के लिए आर्थोपेडिक प्रत्यारोपण डिजाइन करने के लिए जैवयांत्रिकी का व्यापक रूप से आर्थोपेडिक उद्योग में उपयोग किया जाता है। बायोट्रिबोलॉजी इसका एक बहुत ही महत्वपूर्ण हिस्सा है। यह आर्थोपेडिक प्रत्यारोपण के लिए उपयोग किए जाने वाले जैव पदार्थ के प्रदर्शन और कार्य का अध्ययन है। यह डिजाइन में सुधार करने और चिकित्सा और नैदानिक ​​उद्देश्यों के लिए सफल जैव पदार्थ का उत्पादन करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। ऐसा ही एक उदाहरण ऊतक इंजीनियर उपास्थि में है।[7]इमैनुएल विलर्ट द्वारा प्रभाव के रूप में माने जाने वाले जोड़ों की गतिशील लोडिंग पर विस्तार से चर्चा की गई है।[25]

यह अभियांत्रिकी के क्षेत्र से भी जुड़ा हुआ है, क्योंकि यह जैविक प्रणालियों का विश्लेषण करने के लिए प्रायः पारंपरिक इंजीनियरिंग विज्ञान का उपयोग करता है। शास्त्रीय यांत्रिकी और/या सामग्री विज्ञान के कुछ सरल अनुप्रयोग कई जैविक प्रणालियों के यांत्रिकी को सही सन्निकटन प्रदान कर सकते हैं। एप्लाइड मैकेनिक्स, विशेष रूप से तंत्र (इंजीनियरिंग) विषयों जैसे सातत्य मैकेनिक्स, मैकेनिज्म (इंजीनियरिंग) विश्लेषण, संरचनात्मक प्रणाली एनालिसिस, गतिकी और डायनेमिक्स (यांत्रिकी) जैवयांत्रिकी के अध्ययन में प्रमुख भूमिका निभाते हैं।[26]

राइबोसोम एक जैविक मशीन है जो प्रोटीन गतिकी का उपयोग करती है

सामान्यतः जैविक प्रणालियाँ मानव निर्मित प्रणालियों की तुलना में बहुत अधिक जटिल होती हैं। इसलिए संख्यात्मक तरीके लगभग हर जैवयांत्रिकी अध्ययन में लागू होते हैं। अवधारणात्मक मॉडल, कंप्यूटर अनुरूपण और प्रयोग के कई चरणों सहित परिकल्पना और सत्यापन की पुनरावृत्त प्रक्रिया में अनुसंधान किया जाता है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ R. McNeill Alexander (2005) Mechanics of animal movement, Current Biology Volume 15, Issue 16, 23 August 2005, Pages R616-R619. doi:10.1016/j.cub.2005.08.016
  2. ↑ Hatze, Herbert (1974). "The meaning of the term biomechanics". Journal of Biomechanics. 7 (12): 189–190. doi:10.1016/0021-9290(74)90060-8. PMID 4837555.
  3. ↑ Oxford English Dictionary, Third Edition, November 2010, s.vv.
  4. ↑ Aboelkassem, Yasser (2013). "Selective pumping in a network: insect-style microscale flow transport". Bioinspiration & Biomimetics. 8 (2): 026004. Bibcode:2013BiBi....8b6004A. doi:10.1088/1748-3182/8/2/026004. PMID 23538838. S2CID 34495501.
  5. ↑ Davim, J. Paulo (2013). बायोट्रिबोलॉजी. John Wiley & Sons. ISBN 978-1-118-61705-2.
  6. ↑ Ostermeyer, Georg-Peter; Popov, Valentin L.; Shilko, Evgeny V.; Vasiljeva, Olga S., eds. (2021). "Multiscale Biomechanics and Tribology of Inorganic and Organic Systems". Springer Tracts in Mechanical Engineering (in British English). doi:10.1007/978-3-030-60124-9. ISBN 978-3-030-60123-2. ISSN 2195-9862.
  7. ↑ 7.0 7.1 7.2 Whitney, G. A.; Jayaraman, K.; Dennis, J. E.; Mansour, J. M. (2014). "Scaffold-free cartilage subjected to frictional shear stress demonstrates damage by cracking and surface peeling". J Tissue Eng Regen Med. 11 (2): 412–424. doi:10.1002/term.1925. PMC 4641823. PMID 24965503.
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आगे की पढाई

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  • Fischer-Cripps, Anthony C. (2007). Introduction to contact mechanics (2nd ed.). New York: Springer. ISBN 978-0-387-68187-0.
  • Fung, Y.-C. (1993). Biomechanics: Mechanical Properties of Living Tissues. New York: Springer-Verlag. ISBN 978-0-387-97947-2.
  • Gurtin, Morton E. (1995). An introduction to continuum mechanics (6 ed.). San Diego: Acad. Press. ISBN 978-0-12-309750-7.
  • Humphrey, Jay D. (2002). Cardiovascular solid mechanics : cells, tissues, and organs. New York: Springer. ISBN 978-0-387-95168-3.
  • Mazumdar, Jagan N. (1993). Biofluids mechanics (Reprint 1998. ed.). Singapore: World Scientific. ISBN 978-981-02-0927-8.
  • Mow, Van C.; Huiskes, Rik, eds. (2005). Basic orthopaedic biomechanics & mechano-biology (3 ed.). Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins. p. 2. ISBN 978-0-7817-3933-7.
  • Peterson, Donald R.; Bronzino, Joseph D., eds. (2008). Biomechanics : principles and applications (2. rev. ed.). Boca Raton: CRC Press. ISBN 978-0-8493-8534-6.
  • Temenoff, J.S.; Mikos, A.G. (2008). Biomaterials : the Intersection of biology and materials science (Internat. ed.). Upper Saddle River, N.J.: Pearson/Prentice Hall. ISBN 978-0-13-009710-1.
  • Totten, George E.; Liang, Hong, eds. (2004). Mechanical tribology : materials, characterization, and applications. New York: Marcel Dekker. ISBN 978-0-8247-4873-9.
  • Waite, Lee; Fine, Jerry (2007). Applied biofluid mechanics. New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-147217-3.
  • Young, Donald F.; Bruce R. Munson; Theodore H. Okiishi (2004). A brief introduction to fluid mechanics (3rd ed.). Hoboken, N.J.: Wiley. ISBN 978-0-471-45757-2.


बाहरी कड़ियाँ

Library resources about
जैवयांत्रिकी
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