بيانات متعددة الوسائط للحركة ثنائية الأرجل أثناء تسجيلات على جهاز المشي لفترات طويلة بسرعات متغيرة

لماذا من المهم دراسة المشي والجري

كل خطوة تخطوها تعكس رقصة معقدة بين العضلات والمفاصل والأرض تحت قدميك. فهم هذه الرقصة يساعد العلماء على تصميم معدات رياضية أفضل، وبرامج تأهيل أكثر أمانًا، وأجهزة قابلة للارتداء أذكى. تعرض هذه المقالة مجموعة بيانات مفتوحة وغنية لأشخاص يمشون ويتجولون ويجرون على جهاز المشي وهم مزوّدون بحساسات، مما يمنح الباحثين رؤية مفصّلة لكيفية تحرك الجسم وكيف تؤثر القوى عليه خلال فترات طويلة من الزمن.

كيف تم إعداد مختبر جهاز المشي

لالتقاط حركة طبيعية لكنها خاضعة للسيطرة بدقة، دعا الفريق 18 بالغًا أصحاء إلى مختبر مشية عالي التقنية. ارتدى المشاركون ملابس رياضية ضيقة، أحذية الجري المحايدة الخاصة بهم، وحزام أمان فوق جهاز مشي ذو حزامين. تحت نعل كل حذاء، قيس الضغط بواسطة إدخالات حساسة لقياس شدة الضغط في أجزاء مختلفة من القدم على الأرض. تم لصق حساسات حركة صغيرة على كل حذاء وعلى أسفل الظهر، بينما تم وضع 43 علامة عاكسة على نقاط رئيسية في الجسم حتى تتمكن مجموعة كاميرات بالأشعة تحت الحمراء من تتبّع حركة الجسم كاملةً في ثلاثة أبعاد.

ماذا فعل المتطوعون فعليًا

أكمل كل شخص ثلاث جلسات على جهاز المشي استغرقت معًا نحو 40 دقيقة. تم ضبط سرعات جهاز المشي بعناية لتغطي المشي المريح، والتجوّل السريع كما قد تفعل على مسار، والجري عند مستويين أسرع. مزجت الجلسات فترات نشاط واستراحات قصيرة، بدأت بالإحماء وانتهت بتهدئة. كما ركض معظم المشاركين عند أعلى سرعة تم اختبارها. أتاح هذا المزيج تسجيلات طويلة ومستمرة مع تغييرات عديدة في السرعة، وهو أقرب إلى طريقة تحرك الناس خارج المختبر مقارنة بالمشي القصير والمباشر.

عدة حساسات، وخط زمني مشترك

خلال هذه الجلسات، سجلت عدة أنظمة البيانات في آن واحد. قاست صفائح القوة المدمجة في جهاز المشي مدى قوة دفع وسحب كل قدم على الأرض. تابعت كاميرات التقاط الحركة مواقع العلامات لإعادة بناء زوايا المفاصل للساقين والوركين والذراعين والحوض. سجلت الحساسات القابلة للارتداء التسارع والدوران بمعدلات عينة عالية جدًا، وسجلت نعال الضغط كيف انتقلت الأحمال عبر باطن القدم. قام الباحثون بمحاذاة بدايات كل تسجيل يدويًا وقدموا أيضًا قوائم أحداث، مثل اللحظات الدقيقة لوطوء كل قدم أو ارتقاعها، حتى يتمكن المستخدمون من ضبط التزامن بين الأجهزة بدقة.

كيف نُقّيت البيانات وتعبئتها

غالبًا ما تتضمن تسجيلات التقاط الحركة الخام فراغات قصيرة، أو علامات مُسيّأة التسمية، أو مشكلات تزامن طفيفة. استخدم الفريق سلسلة من خطوات المعالجة المعيارية لإعادة بناء مواضع العلامات المفقودة، والتحقق من جودة الوسم، وتحويل كل شيء إلى صيغ ملفات مستخدمة على نطاق واسع. يذكرون أن معظم التجارب تضمنت معلومات علامات كاملة أو شبه كاملة، حيث تم تتبّع أكثر من 99 في المئة من العلامات بشكل صحيح في المتوسط. لتسهيل إعادة الاستخدام، جمعوا البيانات في أرشيفات على مستوى المشارك ووثقوا خطط المعالجة الدقيقة والبرامج النصية المخصصة، وكلها متاحة بشكل مفتوح.

ما الذي يمكن استخدام هذه الموارد من أجله

تتبع مجموعة البيانات النهائية مبادئ العلم المفتوح الحديثة، مما يعني أنها سهلة العثور عليها والوصول إليها والجمع مع بيانات أخرى وإعادة استخدامها. يمكن للباحثين استكشاف كيف تتغير زوايا المفاصل وقوى الأرض من المشي إلى الجري، اختبار طرق لتقدير القوى من الحساسات القابلة للارتداء وحدها، أو دراسة كيفية تكيف الأشخاص خلال فترات تمرين أطول. ويمكن للآخرين بناء أو فحص نماذج حاسوبية لإنتاج القدرة أثناء الجري دون إعادة تنفيذ التجربة بأكملها. عبر نشر القياسات والأدوات المستخدمة لمعالجتها، يوفر المؤلفون أساسًا متينًا للعمل المستقبلي في علوم الرياضة والتأهيل وتقنيات القابلة للارتداء.

الاستشهاد: Krumm, D., Koska, D., Wakode, J. et al. Multimodal data on bipedal locomotion during prolonged treadmill recordings at varying speeds. Sci Data 13, 761 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-07445-3

الكلمات المفتاحية: تحليل المشية, الجري على جهاز المشي, أجهزة قابلة للارتداء, ضغط باطن القدم, مجموعة بيانات في الميكانيكا الحيوية