تطوير وتحسين نموذج ميكانيكي حيوي مخصّص للإناث لتحليل الاستجابة البيوديناميكية: مقارنة مع نماذج ميكانيكية حيوية للذكور

لماذا تهم الاهتزازات اليومية

أي شخص يقضي ساعات طويلة في قيادة شاحنة أو تشغيل آلات ثقيلة أو ركوب مركبات الطرق الوعرة شعر بجسده يهتز ويرتعش. تلك الاهتزازات ليست مزعجة فحسب — بل يمكن أن تسهم في آلام الظهر والتعب ومشكلات صحية طويلة المدى. ومع ذلك، تستند معظم معايير السلامة وتصميم المقاعد إلى قياسات مأخوذة من الرجال. تطرح هذه الدراسة سؤالاً بسيطاً لكنه مهمّاً: هل تتفاعل أجسام النساء مع الاهتزاز بنفس الطريقة فعلاً، أم أننا بحاجة إلى نماذج مصممة خصيصاً لتشريح الإناث من الأساس؟

نظرة جديدة إلى جسم الأنثى أثناء الجلوس

انطلق الباحثون لبناء نموذج ميكانيكي مفصّل للجسم الأنثوي أثناء الجلوس منتصباً على مقعد يهتز عمودياً. وبدلاً من الاختبار المباشر على البشر — الذي قد يكون مكلفاً ومزعجاً — أنشأوا نموذجاً «مجمّعاً» يقسم الجسم إلى عشرة أجزاء رئيسية: الرأس، الصدر، البطن، الحوض، وأقسام الذراعين واليدين. يُعامل كل جزء ككتلة صغيرة متصلة بنوابض وممتصات صدمات، ما يلتقط كيف تنحني الأنسجة والعظام والمفاصل وتمتص الاهتزازات. يركز النموذج على الحركة العمودية، الاتجاه الأكثر مسؤولية عن الانزعاج والمخاطر الصحية في المركبات، مع تجاهل متعمد للحركات الجانبية أو الأمامية-الخلفية لجعل المسألة قابلة للإدارة.

تحويل بيانات الجسم الحقيقية إلى نموذج عملي

لجعل هذه المرأة الافتراضية واقعية، استند الفريق في أوزان ونعومة كل مقطع من مقاطع الجسم إلى بيانات من النساء البالغات المتوسطات، بدلًا من مجرد تصغير أشكال الرجال. أظهرت أبحاث سابقة أن النساء يميلن إلى امتلاك كتلة جسدية كلية أقل، ومزيد من تخميد (تخميد نسيجي) الأنسجة الرخوة، وتوزيع مختلف للدهون والعضلات مقارنة بالرجال. هذه الخصائص تغيّر كيفية انتقال الاهتزازات من المقعد إلى الرأس. استخدم المؤلفون قياسات من تجارب مخبرية مضبوطة جلست فيها النساء على مقاعد مهتزة بينما تابعت الأدوات مقدار الحركة التي وصلت إلى رؤوسهن ومقدار القوة التي انتقلت عبر الحوض. ثم ضبطوا النموذج بحيث تتطابق ثلاثة مؤشرات رئيسية — مدى وصول الاهتزاز إلى الرأس، مدى مقاومة الجسم للحركة عند المقعد، و"الكتلة الظاهرة" المحسوسة عند القاعدة — مع بيانات العالم الحقيقي عبر نطاق من الترددات المنخفضة.

السيّرات النارية الخيالية والخوارزميات والتوفيق الأفضل

كان ضبط نموذج بهذا التعقيد يدوياً شبه مستحيل، لذا اعتمد الفريق على طريقة حاسوبية مستلهمة من سلوك الوميض لدى اليراعات. في نهج التحسين هذا، تمثل كل "يراعة" تخمينًا مختلفًا لإعدادات الجسم الميكانيكية. اليراعات الأكثر سطوعًا تمثل التخمينات التي تطابق النتائج التجريبية بشكل أفضل، وتتحرك اليراعات الأضعف نحوها عبر دورات متعددة. بهذه التقنية، تم تعديل النوابض والمخمدات الداخلية للنموذج تدريجياً حتى باتت الاستجابات المحاكاة تتقارب مع القياسات. النسخة الأفضل من النموذج الأنثوي طابقت المنحنيات التجريبية بدقة تقارب 97% إجمالاً، وهو مستوى تفوق قليلاً على عدة نماذج معروفة مبنية على بيانات ذكورية عند اختبارها على نفس نوع البيانات.

كيف تستجيب أجسام النساء بشكل مختلف

كشفت المقارنة النهائية بين النموذج الأنثوي الجديد والنماذج الذكورية القائمة عن اختلافات متسقة. لنفس حركة المقعد، كانت أجسام النساء تميل إلى نقل مزيد من الاهتزاز نحو الرأس لكنها أظهرت قِمم قوة أقل عند المقعد، وهو انعكاس لتكوين أجسامهن المختلف وبنية العظام. كما توقّع النموذج ترددات اهتزاز طبيعية أقل قليلاً للأجسام الأنثوية، ما يعني أن "منطقة الاهتزاز" الأكثر حساسية لديهن تحدث عند ترددات أقل قليلاً من الرجال. تساهم هذه الأنماط في تفسير سبب إبلاغ النساء عن انزعاج أو تعب أكبر في ظروف قيادة معينة حتى عندما تكون المركبة نفسها.

تصميم مقاعد أكثر أماناً وراحة

بعبارات بسيطة، تظهر الدراسة أن النساء لسن نسخاً أصغر من الرجال فيما يتعلق بكيفية انتقال الاهتزازات عبر الجسم. يمكن لنموذج مُعد بعناية ومخصص للإناث أن يتنبأ باستجاباتهن للاهتزاز بدقة أكبر من النماذج المعتمدة على الذكور والمقاسة ببساطة. وهذا مهم في تصميم مقاعد السيارات والجرارات، وتحديد حدود الاهتزاز في أماكن العمل، وحتى في تشكيل دمى اختبارات التصادم التي تحل محل البشر في الاختبارات. من خلال الاعتراف بهذه الاختلافات المبنية على الجنس ونمذجتها، يمكن للمهندسين والباحثين الصحيين التقدم نحو مركبات ومساحات عمل تحمي راحة وصحة كل من النساء والرجال على المدى الطويل.

الاستشهاد: Guruguntla, V., Yuvaraju, B.A.G., Rao, T.S.S.B. et al. Development and optimization of a female-specific Biomechanical model for biodynamic response analysis: a comparison with male biomechanical models. Sci Rep 16, 5987 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36165-2

الكلمات المفتاحية: اهتزاز الجسم الكامل, الميكانيكا الحيوية للإناث, تصميم مقاعد مريح, راحة ركوب المركبات, النمذجة البيوديناميكية