생체 역학, 생체 역학의 역사, 생체 역학의 응용에 대하여 알아보도록 하겠습니다. 역학이란 물체와 물체 사이의 힘 또는 물체의 운동에서 발생하는 법칙을 수학과 물리학의 방식으로 접근하는 학문입니다.
생체 역학
생체 역학은 생물체 내의 세포 소기관부터, 세포, 조직, 기관 등 모든 부분에 존재하는 생물학적 체계에서 기계적인 원리나 구조, 기능, 운동에 관해 연구하는 생물 물리학의 한 학문입니다. 이 단어는 고대 그리스어 생명을 의미하는 Bios와 역학을 의미하는 Mechanike에서 유래되었습니다. 이 학문의 하위 분야로는 생체 유체 역학, 생체 마찰학, 비교 생체 역학, 전산 생체 역학, 실험적 생체 역학, 연속체 생체 역학, 식물 생체 역학, 스포츠 생체 역학, 혈관 생체 역학 등 다양한 분야가 존재합니다.
생체 역학의 역사
생체 역학의 역사는 고대 플라톤의 제자, 아리스토텔레스로부터 시작될 수 있습니다. 그는 동물을 해부하는 실험을 하였기 때문에 생체 역학을 연구한 것으로 생각될 수 있습니다. 아리스토텔레스는 동물이 움직이는 것을 연구하여 동물의 움직임이라는 제목의 책을 썼습니다. 또한, 그는 동물이 움직이는 행위를 기계적인 체계로 바라보았으며, 특정한 행동을 상상하였을 때와 실제 그 행동을 취하였을 때의 차이에 대한 질문을 하였습니다. 또한 동물의 일부라는 제목을 갖는 다른 책에서는 인간의 배뇨 체계에 대한 설명을 기술하였습니다. 그는 오줌관이 신장에서 방광으로 연동 운동을 통해 소변을 이동시킨다는 것을 책에 자세히 나타냈습니다. 고대 로마가 등장하면서 철학보다 기술이 더욱 중요한 것으로 생각되었으며, 이 시기에 생체 역학은 한 단계 발전하였습니다. 마르쿠스 아우렐리우스 시대의 의사였던 갈렌은 일부의 기능이라는 제목의 책을 저술하였으며, 이 책은 약 1400년이 지나는 동안 의학의 교과서로 사용됩니다. 이다음의 생체 역학의 발전은 르네상스의 레오나르도 다빈치에 큰 영향을 받았습니다. 그는 미술가이자 예술가, 엔지니어였습니다. 다재다능한 천재였던 그는 과학에 관한 높은 이해도를 가졌으며, 역학에서도 그런 모습을 보여주었습니다. 그는 해부학을 공부하였으며, 근육, 관절 등의 움직임과 기능 등을 연구하였습니다. 아리스토텔레스와 같이 다빈치의 이러한 연구는 생체 역학이라는 학문의 연구로 인정되고 있습니다. 다빈치는 역학과 해부학을 연관시켜 공부하였으며, 어떠한 선을 따라 움직이는 근육과 관절에 관해 분석하고 기능을 연구하였습니다. 또한, 엔지니어로서 일을 할 때는 자신의 기계에 특정 동물의 행동을 모방하는 시도도 하였습니다. 예를 들면, 그는 인간이 날기 위한 기계를 만들기 위해 새가 하늘을 나는 것에 관한 연구를 진행하였습니다. 약 100년이 지난 후인 1543년에 안드레아스 베살리우스에 의해 1400년 이상 인정받았던 갈렌의 일부의 기능이라는 책이 많은 오류가 있었음이 알려졌습니다. 베살리우스는 인체의 구조라는 제목의 책을 출판하였으며, 이 책에서 갈렌의 주장에 관한 오류를 수정하였습니다. 또한, 이 시기에 코페르니쿠스라는 천체학자가 있었습니다. 그는 지구와 지구보다 더 큰 세계에 대한 연구를 진행하였으며, 그의 연구로 많은 사람들은 세계를 이해하고 어떻게 작동하는지에 관해 학습하기를 갈망하였습니다. 그는 천구의 회전에 관하여라는 제목의 책을 출판하였으며, 이 책은 물리학과 천체학뿐만 아니라 과학 전체에 혁명을 일으켰을뿐더러 역학과 파생된 생체 역학에도 많은 영향을 끼쳤습니다. 코페르니쿠스가 죽은 후 21년이 지난해에 역학의 아버지인 갈릴레오 갈릴레이가 태어났습니다. 갈릴레오는 호기심이 많은 학생이었습니다. 의대에 재학하며 가르침을 받는 중에 의문을 제기하기도 하였으며, 그 당시 교수가 증명해내지 못하는 사실을 깨달은 후에 그는 모든 문제에 대해 증명을 해야만 하는 수학으로 시선을 돌렸습니다. 그는 수학을 가르쳤으며, 많은 학생들이 그에게 가르침을 받기 위해 자신의 스승을 떠나기도 하였습니다. 갈릴레오는 수학을 가르치는 것을 그만둔 후에 대학의 교수가 되어 생체 역학에 관한 공부를 하였습니다. 이후 산업 시대에 들어 지오반니 알폰소 보렐리라는 생체 역학자는 동물의 걸음, 뜀, 새의 비행, 심장 박동 등에 관해 기계의 도움을 받아 연구하였습니다. 그는 연구를 통해 본인 이후의 세대가 진행할 연구에 많은 길을 열어주었습니다. 그렇기 때문에 그의 연구는 생체 역학의 역사에서 가장 중요하다고 생각됩니다. 이후 많은 연구가 진행되고 있습니다. 큰 도약은 없지만 꾸준히 성장하는 분야로 19세기에 들어 많은 이론이 탄생하기도 하였습니다.
생체 역학의 응용
생체 역학의 응용 범위는 다양합니다. 세포에서 일어나는 움직임, 개체에서 일어나는 모든 움직임, 조직, 뼈, 기관 등 모든 부분에서의 기계적인 특성에 관한 연구가 진행됩니다. 예를 들면 동물의 팔이나 다리가 움직일 때 발생하는 힘, 날 수 있는 생물에 관한 연구과 공기 역학, 물고기가 헤엄치는 것과 유체 역학 등이 있습니다. 생체 역학은 인간의 근골격에 관한 연구도 진행되는데, 걷는 동안에 지면에 닿는 힘과 신체의 궤적을 기록하여 3D로 연구합니다. 또한, 인간의 관절, 치과에서 사용하는 도구, 정형외과에서 의료 목적으로 사용하는 도구 등에 관한 연구도 진행됩니다. 생물학적 체계를 분석하기 위해서도 생체 역학이 사용되는데 공학과도 연관되기도 합니다.
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