From anatomical data to the simulation of bipedal locomotion : application to Humans, Chimpanzee, and Lucy (A.L. 288-1)
Des données anatomiques à la simulation de la locomotion : application à l'homme, au chimpanzé, et à Lucy (A.L. 288-1)
Résumé
The identification of the locomotion laws requires the comprehension of the anatomical structures and the mechanisms involved during this specific movement. ln this respect, experimental studies in biomechanics highlight numerous invariants such as minimizing energy. ln paleoanthropology, comparative approaches are commonly used in order to study the influence of morphology on the movement. Based on observations of modem species, this approach proposes locomotor assumptions for fossil species. However, most of the analyses in paleoanthropology are focused on isolated parts of the skeleton (e.g. the hip, the knee or the pelvis). Consequently, it remains difficult to combine anatomical characteristics of different kind or coming from various body parts. ln this work, we propose to adapt methods of simulation of bipedal locomotion to study the relations between anatomical parameters and rnovement. First, we propose to model skeletons for simulations. Then, we describe a method to generate the movements of the lower limbs starting from known feet trajectories. Last, we depict how this previous method can be used to simulate bipedal locomotion including the calculation of these feet trajectories. After a validation on humans, we propose an application to a chimpanzee and a specimen of Australopithecus afarensis ("Lucy", A.L.288-1). The paleontological application aims at testing the influence of the step length and various reconstructions of skeletons on the simulated parameters. ln addition to the scientific contribution for motion analysis, this work has direct implications in the field of the sports science in order to better understand basic rules involved during motor performance
L'identification des fondements de la locomotion passe par la compréhension des structures anatomiques et des mécanismes mis en jeu lors de ce mouvement. Les études expérimentales en biomécanique ont ainsi permis de mettre en évidence un grand nombre d'invariants tels que la minimisation de l'énergie. En paléoanthropologie, lorsqu'il s'agit d'étudier l'influence de la morphologie sur le mouvement, l'approche par« anatomie comparée» est la plus utilisée. A partir d'observations sur les espèces actuelles, cette approche propose un certain nombre d'hypothèses locomotrices pour des espèces fossiles. Toutefois, la plupart des analyses en paléoanthropologie se focalisent sur une partie isolée du squelette (la hanche, le genou ou le bassin par exemple) et il est difficile de faire fonctionner ensemble des caractéristiques anatomiques de nature très différente et provenant de différentes parties du corps. Dans ce travail, nous proposons d'adapter des méthodes de simulation du mouvement bipède afin d'étudier les relations entre les paramètres anatomiques et le mouvement. Nous proposons, dans un premier temps, une méthode pour modéliser des squelettes et les exploiter pour la simulation. Nous décrivons ensuite une solution pour calculer les mouvements de la chaîne articulaire pelvienne à partir d'une trajectoire connue des pieds. Enfin, nous décrirons comment cette précédente méthode peut être utilisée pour simuler une locomotion bipède incluant le calcul de la trajectoire des pieds. Après avoir validé cette approche globale chez l'homme, nous proposons une application à un chimpanzé et à un spécimen d'Australopithecus afarensis ("Lucy", A.L.288-1). L'application paléontologique vise à tester l'influence de la longueur de pas et de diverses reconstructions de squelettes sur les mouvements simulés. En plus de l'apport scientifique dans le domaine de l'analyse du mouvement, ce travail a des implications directes dans le domaine des activités physiques et sportives afin de comprendre les fondamentaux de la performance motrice