Een open-source bewegingssimulator die al heeft geholpen bij het oplossen van problemen in de geneeskunde, paleontologie, en de voortbeweging van dieren is uitgebreid en verbeterd, volgens een nieuwe publicatie in het open-accesstijdschrift PLOS Computational Biology . De software, genaamd OpenSim, is ontwikkeld door een team van Stanford University, onder leiding van eerste auteurs Ajay Seth, Jennifer Hicks, en Thomas Uchida, met bijdragen van gebruikers over de hele wereld. Het nieuwe artikel bespreekt het brede scala aan toepassingen van de software en beschrijft de verbeteringen die de bruikbaarheid nog verder kunnen vergroten.

De grootste uitdagingen bij het creëren van bewegingen "in silico" zijn onder meer het formuleren van de onderliggende wiskundige vergelijkingen en ervoor zorgen dat de oplossing nauwkeurig is bij het berekenen van variabelen die moeilijk experimenteel te meten zijn, zoals de metabolische consumptie van individuele spieren en het strekken en terugveren van pezen tijdens beweging. Op fysica gebaseerde modellen maken voorspelling van nieuwe bewegingen mogelijk, zowel adaptief als onaangepast, zoals overmatige heuprotatie als reactie op beenspierzwakte. OpenSim combineert methoden uit de biologie, neurowetenschap, mechanica, en robotica om deze uitdagingen aan te gaan en snelle en nauwkeurige bewegingssimulaties te creëren.

OpenSim is al gebruikt om te bepalen of Australopithecus afarensis voldoende grijpkracht had om bepaalde gereedschappen, gebaseerd op fossiele botontdekkingen; het ontwikkelen van strategieën om enkelblessures tijdens atletische prestaties te voorkomen; en het optimaliseren van een draagbaar robotapparaat voor lange sprongen. Aanvullende toepassingen zijn onder meer het voorspellen van de voortbewegingspatronen van uitgestorven soorten en het plannen van peesverlengende operaties voor kinderen met hersenverlamming.

Recente verbeteringen omvatten de toevoeging van nauwkeurigere modellen van spierdynamiek, gezamenlijke kinematica, en hulpmiddelen, die zal helpen bij revalidatiestudies; de mogelijkheid om op maat gemaakte onderzoeken te maken door bestaande tools op nieuwe manieren te combineren; hulpmiddelen voor het importeren van bewegingsregistratiegegevens om simulaties te toetsen aan experimenten; en moderne visualisatietools voor het maken van inzichtelijke animaties van beweging.

"De software is als een Zwitsers zakmes voor de bewegingswetenschapper, " zeiden de hoofdauteurs. "Het stelt onderzoekers zonder speciale expertise in biomechanica in staat om krachtige en nauwkeurige simulaties uit te voeren om hypothesen te testen, oplossingen voor problemen visualiseren, en ideeën overbrengen. Omdat het tientallen jaren onderzoek omvat over hoe mensen en andere dieren bewegen, en wordt voortdurend aangevuld en verbeterd door de gemeenschap van gebruikers uit zoveel verschillende velden, OpenSim kan ontdekkingen versnellen op elk gebied waarin biologische beweging een rol speelt."