Арсенал наших двигательных возможностей

Двигательные возможности человеческого тела огромны. Чтобы оценить их в полной мере, вспомним некоторые сведения из механики.

Абсолютно свободное физическое тело имеет шесть степеней свободы: три взаимно перпендикулярных направления движения (вверх-вниз, вправо-влево, вперед-назад) и три взаимно перпендикулярные оси вращения, идущие в тех же направлениях. Наличие этих шести степеней свободы дает возможность телу перемещаться и вращаться любым образом, по всем мыслимым промежуточным направлениям и осям. На что же способно с этой точки зрения наше тело?

Понятно, что поступательные движения одной кости относительно сочленяющейся с нею другой невозможны. Мы не в состоянии, например, отделить предплечье от плеча, разорвав локтевой сустав. Соединения наших костей предусматривают возможность только вращательных движений по тем или иным осям на определенные углы. В разных суставах объем движений неодинаков. Различают суставы одноосные, двуосные и трехосные. Типичными одноосными суставами являются сочленения между суставами наших пальцев. К двуосным относятся, например, локтевой сустав, в котором возможны два вида движений (сгибание-разгибание и вращение внутрь-наружу), и лучезапястный сустав, обеспечивающий сгибание-разгибание кисти и приведение-отведение ее. Трехосных суставов у нас всего два — тазобедренный и плечевой. Как видим, подвижность суставов превосходит таковую в обычных технических устройствах. Шарниры в типичном случае обладают лишь одной осью вращения. Максимальной подвижностью в технике обладают двуосные соединения — шаровой шарнир, кулачковый и кулисный механизмы.



Если уже в самом устройстве суставов, имеющих подчас по 2—3 степени свободы, заложены весьма большие двигательные возможности, последние в огромной мере возрастают благодаря тому, что мы имеем в нашем теле не изолированные пары костей, а ряд кинематических цепей с несколькими последовательными звеньями. В основном выделяют 14 главных кинематических звеньев тела: голова, туловище и по 3 на каждой из четырех конечностей (на руке — кисть, предплечье, плечо и на ноге — стопа, голень, бедро). Свойства кинематической цепи очень любопытны. Существует правило: число степеней свободы периферического звена цепи равно сумме степеней свободы предшествующих звеньев. Отсюда можно, например, видеть, что основной наш рабочий орган — кисть руки имеет 7 степеней свободы по отношению к туловищу: по 2 оси у лучезапястного и локтевого и 3 оси у плечевого суставов. Иными словами, кисть нашей руки представляет собой не только абсолютно свободное тело (для этого достаточно 6 степеней свободы). Она имеет резервную степень свободы, т. е. определенный запас надежности и сохраняет полный объем двигательных возможностей даже при потере одного из движений в каком-то суставе. В последние десятилетия часто и с жаром дискутировали о том, может ли машина заменить мозг человека, стать равноценной ему. Думается, что полностью заменить руку человека было бы для машины также чрезвычайно сложной задачей.