Les plateformes de force fournissent principalement des données sur les forces de réaction au sol (GRF), les moments et les paramètres du centre de pression (COP). Ces indicateurs cinétiques capturent des mesures à haute fréquence — généralement à 1000 Hz — pour quantifier comment des conceptions de chaussures spécifiques influencent la distribution de la charge, la consommation d'énergie et la stabilité posturale pendant le mouvement.
Bien que la sortie brute d'une plateforme de force consiste en des forces et des moments, la véritable valeur pour la recherche sur les chaussures réside dans la combinaison de ces données avec la cinématique pour calculer la puissance articulaire et l'utilisation des métriques COP pour mesurer objectivement l'équilibre et la stabilité.
Analyse de la dynamique du mouvement
Forces de réaction au sol (GRF) et moments
La sortie fondamentale d'une plateforme de force est la GRF, qui mesure la force exercée par le sol sur le pied.
Simultanément, les plateformes enregistrent les moments associés (couples) générés pendant le contact.
Ces enregistrements à haute fréquence (1000 Hz) permettent aux chercheurs de détecter des variations subtiles dans l'impact et la propulsion que différents profils d'amorti ou de rigidité des chaussures pourraient provoquer.
Moments et puissance articulaires
Lorsque les données GRF sont synchronisées avec les données cinématiques (capture de mouvement), les chercheurs peuvent calculer des indicateurs cinétiques de niveau supérieur.
Plus précisément, cette combinaison permet de dériver les moments articulaires et la puissance articulaire.
Ces métriques sont essentielles pour analyser la consommation d'énergie d'un cycle de marche et comprendre comment une chaussure distribue la charge sur la cheville, le genou et la hanche pendant la marche, la course ou les squats.
Évaluation de la stabilité et de l'équilibre
Trajectoires du centre de pression (COP)
Au-delà des forces d'impact, les plateformes de force 3D intégrées à un logiciel d'équilibre suivent la trajectoire du balancement du centre de pression (COP).
Cet indicateur cartographie le point de changement de l'application de la force sur la semelle du pied pendant que le sujet est debout ou en mouvement.
L'analyse de la trajectoire du COP aide à déterminer comment les caractéristiques de la chaussure, telles que les contreforts de talon ou le soutien de la voûte plantaire, aident ou entravent le porteur à maintenir son équilibre.
Métriques quantitatives de balancement
Pour transformer la stabilité en données exploitables, les plateformes de force fournissent des indicateurs quantitatifs spécifiques concernant le balancement postural.
Les métriques clés comprennent la longueur totale du trajet de balancement, la surface totale de balancement et la vitesse de balancement.
La vitesse de balancement est décomposée en directions médio-latérale (M-L) et antéro-postérieure (A-P), offrant une méthode scientifique pour évaluer la stabilité posturale dans diverses conditions, telles que les tests avec les yeux ouverts par rapport aux yeux fermés.
Comprendre les compromis
La nécessité de la cinématique
Les plateformes de force seules ne peuvent pas fournir une image complète de la mécanique articulaire.
Pour calculer les moments et la puissance articulaires, les données de force doivent être intégrées aux données cinématiques (position et vitesse des segments corporels).
Sans cette intégration, les données se limitent aux forces de contact externes plutôt qu'aux charges articulaires internes.
Contraintes environnementales
Les plateformes de force sont généralement intégrées dans des chemins de marche fixes ou des sols de laboratoire.
Cette configuration offre une grande précision mais limite la capacité d'analyser la marche sur un terrain naturel et réel.
La recherche s'appuyant uniquement sur les plateformes de force capture des pas "ciblés", qui peuvent différer légèrement du modèle de marche complètement naturel et non surveillé d'un sujet.
Faire le bon choix pour votre objectif
Lors de la construction d'une base de données de marche pour la recherche sur les chaussures, sélectionnez vos indicateurs en fonction de l'attribut de performance spécifique que vous testez.
- Si votre objectif principal est le retour d'énergie et l'efficacité : Privilégiez les GRF, les moments articulaires et la puissance pour analyser la propulsion et la consommation d'énergie.
- Si votre objectif principal est la sécurité et le soutien : Privilégiez la trajectoire du balancement du COP, la vitesse de balancement (M-L/A-P) et la surface de balancement pour quantifier le contrôle postural et l'équilibre.
En distinguant les métriques de charge dynamique des métriques de stabilité statique, vous pouvez isoler l'influence mécanique exacte de votre conception de chaussures.
Tableau récapitulatif :
| Indicateur cinétique | Métriques clés mesurées | Application dans la recherche sur les chaussures |
|---|---|---|
| Forces de réaction au sol (GRF) | Pics d'impact, force de propulsion, couples | Évaluation des profils d'amorti et de retour d'énergie |
| Centre de pression (COP) | Trajectoire de balancement, longueur du trajet, surface de balancement | Évaluation de l'équilibre, du soutien de la voûte plantaire et de la stabilité du talon |
| Vitesse de balancement | Moyens-latéraux (M-L) et antéro-postérieurs (A-P) | Quantification du contrôle postural et de la résistance au glissement |
| Moments et puissance articulaires | Consommation d'énergie, charges à la cheville/au genou/à la hanche | Analyse de l'efficacité biomécanique et de la distribution de la charge |
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Références
- Gautier Grouvel, Stéphane Armand. A dataset of asymptomatic human gait and movements obtained from markers, IMUs, insoles and force plates. DOI: 10.1038/s41597-023-02077-3
Cet article est également basé sur des informations techniques de 3515 Base de Connaissances .
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