Las plataformas de fuerza o placas de fuerza son instrumentos de medición que miden las fuerzas de reacción del suelo generadas por un cuerpo que se encuentra sobre ellas o se mueve sobre ellas, para cuantificar el equilibrio , la marcha y otros parámetros de la biomecánica . Los campos de aplicación más habituales son la medicina y el deporte.
La plataforma de fuerza más sencilla es una placa con un único pedestal, instrumentada como célula de carga. Mejores diseños tienen un par de placas rectangulares, aunque también pueden funcionar triangulares, una sobre otra con células de carga o transductores de fuerza triaxiales entre ellas en las esquinas. [1]
Al igual que las plataformas de una sola fuerza, las plataformas de doble fuerza se pueden utilizar para evaluar el rendimiento en pruebas de dos piernas y las asimetrías de fuerza y potencia en pruebas isométricas y de salto unilateral. Sin embargo, también proporcionan un nivel adicional de inteligencia sobre el estado neuromuscular al evaluar la distribución de la fuerza entre las extremidades durante las pruebas de ambas extremidades, lo que revela información crítica sobre las asimetrías de fuerza y las estrategias compensatorias.
Las placas de fuerza más simples miden sólo la componente vertical de la fuerza en el centro geométrico de la plataforma. Los modelos más avanzados miden los componentes tridimensionales de la fuerza equivalente única aplicada a la superficie y su punto de aplicación, generalmente llamado centro de presión (CoP), así como el momento vertical de fuerza . [2] También se han construido placas de fuerza cilíndricas para estudiar la locomoción arbórea , incluida la braquiación .
Las plataformas de fuerza se pueden clasificar en monopedestal o multipedestal y según el tipo de transductor ( transductor de fuerza y momento ): galga extensométrica , sensores piezoeléctricos , galga capacitancia , piezoresistivo , etc., cada uno con sus ventajas e inconvenientes. [3] Los modelos de pedestal único, a veces llamados células de carga, son adecuados para fuerzas que se aplican en un área pequeña. Para estudios de movimientos, como el análisis de la marcha, se utilizan plataformas de fuerza con al menos tres pedestales y generalmente cuatro para permitir que las fuerzas migren a través de la placa. Por ejemplo, al caminar, las fuerzas de reacción del suelo comienzan en el talón y terminan cerca del dedo gordo del pie. [2]
Las plataformas de fuerza deben distinguirse de los sistemas de medición de presión que, aunque también cuantifican el centro de presión, no miden directamente el vector de fuerza aplicado. Las placas medidoras de presión son útiles para cuantificar los patrones de presión bajo un pie a lo largo del tiempo, pero no pueden cuantificar los componentes horizontales o de corte de las fuerzas aplicadas. [2]
Las mediciones de una plataforma de fuerza pueden estudiarse de forma aislada o combinarse con otros datos, como la cinemática de las extremidades , para comprender los principios de la locomoción. Si un organismo realiza un salto de pie desde una placa de fuerza, los datos de la placa por sí solos son suficientes para calcular la aceleración , el trabajo , la producción de potencia , el ángulo de salto y la distancia de salto utilizando la física básica. Las mediciones simultáneas en vídeo de los ángulos de las articulaciones de las piernas y la salida de la placa de fuerza pueden permitir la determinación del par, el trabajo y la potencia en cada articulación utilizando un método llamado dinámica inversa .
Los avances tecnológicos han permitido que las plataformas de fuerza asuman un nuevo papel dentro del campo de la cinética. El costo de las placas de fuerza tradicionales de laboratorio (generalmente miles) las ha hecho muy poco prácticas para el médico cotidiano. Sin embargo, Nintendo presentó la Wii Balance Board (WBB) (Nintendo, Kyoto, Japón) en 2007 y cambió la estructura de lo que puede ser una placa de fuerza. En 2010, se descubrió que el WBB es un instrumento válido y confiable para medir la distribución del peso, en comparación directamente con la placa de fuerza de laboratorio "estándar de oro", y cuesta menos de $ 100. [4] Más aún, esto se ha verificado tanto en poblaciones sanas como clínicas. [5] [6] Esto es posible gracias a los cuatro transductores de fuerza que se encuentran en las esquinas del WBB. Estos estudios se realizan utilizando software personalizado, como LabVIEW (National Instruments, Austin, TX, EE. UU.) que se puede integrar con la placa para poder medir la cantidad de balanceo del cuerpo o la longitud de la trayectoria de CoP durante las pruebas de tiempo. El otro beneficio de tener un sistema de posturografía , como el WBB, es que es portátil, por lo que los médicos de todo el mundo pueden medir el balanceo del cuerpo cuantitativamente, en lugar de depender de las evaluaciones clínicas subjetivas del equilibrio que se utilizan actualmente.
Según Digital Trends, la Wii de Nintendo y el producto sucesor de la WiiU han sido descontinuados a partir de marzo de 2016. Esto ejemplifica uno de los problemas que surgen de la adopción de productos de consumo baratos y listos para usar reutilizados para mediciones médicas. Otros problemas con dicha adopción surgen de los organismos reguladores y de normalización de todo el mundo. Las plataformas de fuerza utilizadas para medir el equilibrio y el rendimiento de movilidad de un paciente están clasificadas por la FDA de EE. UU. (Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos) como dispositivos médicos de Clase I. Como tales, deben fabricarse según ciertos estándares de calidad establecidos por los Principios de gestión de calidad ISO 9001 (Organización Internacional de Estándares) o los Sistemas de gestión de calidad de dispositivos médicos ISO 13485. La MDD (Directiva de dispositivos médicos) de la Unión Europea también clasifica las plataformas de fuerza utilizadas para mediciones médicas como dispositivos médicos de Clase I y requiere la certificación médica CE para su importación y uso en la Unión Europea para dichas aplicaciones médicas. Una norma reciente notable, el método de prueba estándar ASTM F3109-16 para la verificación de plataformas de medición de fuerza de ejes múltiples, presenta un marco para que los fabricantes y usuarios verifiquen el rendimiento de las plataformas Force en toda la extensión de su superficie de trabajo. Los fabricantes de plataformas de fuerza de grado médico utilizan estándares como estos para garantizar que las mediciones realizadas en una población de pacientes sean precisas, repetibles y confiables. En resumen, los componentes de entretenimiento económicos para el consumidor pueden ser una mala elección para mediciones médicas dada la falta de continuidad de dichos productos y su inadecuación legal, regulatoria y quizás de calidad para tales aplicaciones. [7]
Las placas de fuerza se utilizan comúnmente en el deporte para acceder a las capacidades de producción de fuerza, fuerza y desequilibrio de un atleta [1]. Un practicante puede utilizar una placa de fuerza para evaluar las necesidades de entrenamiento, la preparación para entrenar y también durante el proceso de regreso al juego.
Las evaluaciones típicas con placa de fuerza en el deporte incluyen el salto con contramovimiento (CMJ), el salto en cuclillas (SJ), el salto con caída (DJ), el salto con rebote con contramovimiento y el tirón isométrico de la mitad del muslo (IMTP).
Los profesionales a menudo tienen problemas para comprender qué métricas seguir cuando utilizan placas de fuerza. Un destacado biomecánico de la Universidad de Chichester ha creado un sistema para seleccionar fácilmente las métricas de las placas de fuerza. Este sistema es llamado "Sistema ODSF" por el Dr. Jason Lake.
Cronología
•1976• Advanced Mechanical Technology, Inc. (AMTI) construyó la primera placa de fuerza extensímetro disponible comercialmente para el análisis de la marcha en el laboratorio de biomecánica del Boston Children's Hospital. [8]
•2017• Hawkin Dynamics creó la primera plataforma de fuerza inalámbrica y aplicación móvil.