En prognos som tio år i förväg berättar att du måste förändra ditt sätt att sitta, gå eller lyfta för att undvika en viss sjukdom. Eller att din bil automatiskt stannar och tillkallar hjälp om du är okoncentrerad. Biomekaniken utvecklas just nu i ”rasande fart”, enligt expertis. Och Försvarsmakten är intresserad.

Biomekanik beskrivs ibland som ämnet som förklarar varför vissa insekter kan gå på vatten eller vilken rörelse som är den mest effektiva inom en speciell idrott. Men Elena Gutierrez Farewik, professor i biomekanik vid Kungliga Tekniska högskolan, KTH, och ledare för KTH MoveAbility Lab föredrar Hay’s definition från 1973: ”Biomechanics is the science that examines forces acting upon and within a biological structure and effects produced by such forces”. Kort och gott handlar det om det vetenskapsfält som studerar interaktionen mellan de krafter som verkar på och inom kroppens strukturer och vävnader, och effekterna av dessa krafter. Och klart är att forskningsområdet nu är hett.

-Det går med rasande fart, säger Elena Gutierrez Farewik.

Men vad är det då som sker? Och var tillämpas tekniken? Gutierrez Farewiks forskningsgrupp arbetar med robotiska exoskelett, det vill säga aktiva exoskelett som med hjälp av motorer och reglerteknik känner av en människas rörelseförmåga och intentioner och förstärker dessa. Det har länge pratats om teknikens genomslag, samtidigt som den har setts lite som science fiction. Bland annat har problem med exoskelettens tyngd, otymplighet och begränsade batteriXXX-och drifttid gjort att användningsområdena setts som begränsade, både civilt och militärt. Men nu ser Gutierrez Farewik att genombrott kan vara på gång.
-Just nu har forskare och ingenjörer inom biomekanik precis kommit över en gräns där man kan göra sådana här exoskelett som gör det lättare att ta sig fram. De äldre modellerna väger så pass mycket att de inte förenklade, säger Gutierrez Farewik.

Forskningen kan flytta till affären och stridsfältet
Tidigare har en stor del av forskningen ägt rum i laboratoriemiljö – på KTH används exempelvis motion capture – ett system av kameror och markörer som klistras på kroppsdelar eller andra objekt – och utifrån det skapas en tredimensionell inspelning för att studera hur människor rör sig. Till det finns sensorer som mäter kraft och muskelspänning och med hjälp av ansiktsmask mäts syreförbrukning. Även ultraljud används för att studera muskler och andra vävnader.

Men framöver bedöms fältmätningar bli allt mer aktuella inom biomekaniken. Det handlar då om att studera hur en person rör sig i en relevant miljö. Bland annat omfattar det hur en yrkesaktiv person – exempelvis någon inom vården, en byggnads- eller butiksanställd, eller en soldat – påverkas av olika belastningar.
-De finns nu tröghetssensorer som mäter rörelse. Man kan ha dem i en dräkt och de mäter hur man rör sig. Vi börjar också bli bättre på att använda vanliga kameror för att mäta hur personer går, säger Gutierrez Farewik.
Och enligt Gutierrez Farewik kommer biomekaniken framöver att bli alltmer påtaglig för människor i vardagen. Dels kan det handla om förbättringar för människor som har motoriska svårigheter och likaså inom friskvård, träning och motion.
-Förhoppningsvis blir det bättre behandlingar och hjälpmedel. Jag hoppas också att tekniken kan göras billig nog att spridas till länder som kanske inte har ekonomi eller kunskap om tekniken, säger Gutierrez Farewik.

Vilka hot finns då med tekniken?
Ja, enligt Gutierrez Farewik handlar ett hot om så kallad big data, det vill säga insamling av stora datamängder av biosignaler som muskelaktivitet och andra fysiska mätvärden från människor. Det ställer stora krav på etiska överväganden eftersom det kan påverka den personliga integriteten.
I det sammanhanget säger Gutierrez Farewik också att forskningen inom biomekanik idag går i två riktningar. Den ena mot allt bättre individanpassad vård och behandling.
-Vi blir bättre och bättre på att ge mer specifika råd till individer, säger Gutierrez Farewik.
Den andra riktningen handlar om framstegen inom ovan nämnda fältforskning med bärbara sensorer där mycket data kan samlas in från stora populationer.
-Det är väldigt populärt med artificiell intelligens och maskininlärning inom biomekanik idag. Och med stora mängder data kan vi helt enkelt göra större studier med mycket variation och fortfarande göra noggranna prediktioner, säger Gutierrez Farewik.

På lite längre sikt hoppas Gutierrez Farewik att biomekaniken ska kunna vara lite av en ”kristallkula” och kunna bidra med framtidsprognoser över hur enskilda människor använder sin kropp och hur den påverkas av exempelvis tunga lyft.
-Det är så jag tänker, det är lite av en kristallboll. Alltså att man kan få en prognos: fortsätter du så här så kommer du att få en axelskada, så gör på ett annat sätt redan nu, säger Elena Gutierrez Farewik.

Började med säkerhetsbältet
Ett exempel från industrin där biomekanik används är på Volvo Cars Safety Centre. Fokuset på biomekanik är för att på bästa sätt förstå vad som krävs för att bättre skydda människan i en krock. Analysen börjar med Volvos haverikommission, som funnits sedan 1970, och där arbetas med att samla in data från kollisioner och olyckor. Och syftet är enkelt: att göra bilarna säkrare.
-Väldigt kort så började det med att man ville förstå den verkliga effekten av säkerhetsbältet. Till syvende och sist handlar det om att skydda människan. Vi behöver förstå hur bilen fungerar så att vi kan förbättra bilen i nästa generation, säger Malin Ekholm, civilingenjör och chef för Volvo Cars Safety Centre.

Och här kommer vi då in på frågan om hur Volvo jobbar med biomekanik idag. I korthet innebär processen att data hämtas in från olycksplatsen för att ge så många svar som möjligt på vad som orsakade olyckan och vilka skador bil och personer åsamkades. Sedan bearbetas detta ytterligare.
-Vi har ett krocklabb där vi med en väldig precision kan köra två bilar mot varandra och då kan vi sätta in våra krockdockor i bilarna och mäta signalerna och jämföra det med de skadekriterier vi har i vår databas för den typen av olyckor, säger Ekholm.
Ekholm beskriver också att om olyckan inte handlar om en kollision bil till bil, så är Volvos anläggning byggd så att det finns möjlighet att flytta ut bilen ur krocklabbet och där finns en bergvägg, grusvägar, en sjö och diken där fingerade olyckor kan studeras.
-Därifrån kan vi rekonstruera det som händer på fältet, plocka in det till de krockdockor och verktyg vi har i det fysiska labbet för att sedan plocka in det i de virtuella beräkningarna där vi också har en så människolik representation som möjligt, säger Ekholm.

Och i den virtuella världen kan sedan bland annat hastighet, storleken på personer som färdas i bilen och kollisionsvinkel varieras.
-Så det blir en lång kedja som börjar med vad som händer på fältet, översätta det till våra mätverktyg i krocklabbet och sedan jobba tillsammans med mekaniker och konstruktörer för att förstå hur och vilka steg vi ska ta i nästa tekniska plattform för att ta oss vidare, säger Ekholm.

Bilförarens koncentration ska följas
Så framöver då, vad är det som kommer inom bilsäkerhet och biomekanik? Enligt Malin Ekholm handlar det om vidga synen än mer på vad som hjälper bilförare. I sammanhanget beskriver Ekholm människan som en otroligt bra bilförare – ”ögonen, hjärnan och motoriken är kompetenta verktyg när man är på sin bästa plats i livet”. Men global data – bolaget använder information från USA, EU och Kina, samt sin egen databas – visar, enligt Ekholm, en tydlig problemställning för bilförare. Och det handlar om hur vi mår och hur vår koncentrationsförmåga är vid varje enskilt tillfälle.
-Det har tidigare talats mycket om hur alkohol och mobiltelefoner påverkar körning, men det kan också vara att du glömt din bröllopsdag, fått ett dåligt besked hos läkaren eller har barn som ska hämtas på dagis och du är sen. Det finns så otroligt många saker som påverkar oss som människor, säger Ekholm.

Det låter nästan som om ni talar om att försöka utröna hur föraren mår psykiskt, om den har grubblerier eller liknande under körning?
-Vi har kommunicerat att det vi kommer att jobba med är en sensor i bilen som kommer att ingå i vår nästa bilplattform som lanseras om ett par år. Sensorn är en kamera men den finns inte där för att filma men med hjälp av ögonrörelser, huvudrörelser och andra triggindikatorer kan rörelser omsättas i en tolkning i huruvida du är koncentrerad på att framföra fordonet eller inte. Och då kan man ju öka förarstödssystemen och i slutänden kan det bli så att bilen stannar automatiskt och tillkallar hjälp automatiskt. Exakt hur det kommer att se ut vet vi inte riktigt ännu men det är det vi jobbar med i vår forskning och utveckling, säger Ekholm.

Försvarsmakten: ”Alla hjälpmedel som bidrar är värdefulla”
Vad säger då Försvarsmakten? Ja, när det gäller exoskelett är det ett område som myndigheten följer. Och det är kopplat till frågan om hur mycket en soldat ska kunna bära – både utifrån soldatens egen fysik och med eventuella hjälpmedel.
-Även om saker blir lättare bär vi fortfarande väldigt mycket, säger Rickard Stridh, forskningschef på Försvarsmakten.

Men lösningen behöver nödvändigtvis inte vara ett exoskelett.
-Det kanske ska rulla någon liten autonom markfarkost bredvid gruppen som bär packningen, säger Stridh.
Ovan nämns också att fältmätningar bedöms bli allt mer aktuella inom biomekaniken. Är det något för Försvarsmakten?
-Vi har intresse av att se till att våra soldater under utbildningen, eller annan tjänstgöring, inte blir skadade. Alla hjälpmedel som bidrar till att de bygger upp sin förmåga och vidmakthåller den är värdefulla, säger Stridh.

Hur är det då med frågan om att använda sensorer för att fånga upp en människas status i olika situationer? Enligt Försvarsmaktens forskningschef finns det forskningsprojekt kopplat till myndigheten med virtuella miljöer där syftet är att användare med hjälp av exempelvis ögonrörelser ska kunna få olika information presenterat för sig.
-Det är viktigt givet den med väldigt hög hastighet ökande informationsmängden. Informationen behöver presenteras och då måste det finnas något som känner av vad soldaten, eller specialistofficeren eller vem det nu kan vara, för tillfället är intresserad av. Och vi har ju hjälmsikten i flygvapnet som presenterar det som man tittar på, säger Rickard Stridh.