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 desplaza sobre ellas, para cuantificar el equilibrio , la marcha y otros parámetros de la biomecánica . Los ámbitos de aplicación más habituales son la medicina y el deporte.
La plataforma de fuerza más simple es una placa con un solo pedestal, instrumentada como una celda de carga. Los mejores diseños tienen un par de placas rectangulares, aunque también pueden funcionar las triangulares, una sobre otra con celdas de carga o transductores de fuerza triaxiales entre ellas en las esquinas. [1]
Al igual que las plataformas de fuerza simple, las plataformas de fuerza dual se pueden utilizar para evaluar el rendimiento en pruebas de piernas cruzadas y asimetrías de fuerza y potencia en pruebas isométricas y de salto unilateral. Sin embargo, también brindan un nivel adicional de información sobre el estado neuromuscular al evaluar la distribución de fuerza entre las extremidades durante pruebas de piernas cruzadas, lo que revela información crítica sobre asimetrías de fuerza y estrategias compensatorias.
Las plataformas de fuerza más simples miden únicamente el 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 (CdP), así como el momento vertical de fuerza . [2] También se han construido plataformas de fuerza cilíndricas para estudiar la locomoción arbórea , incluida la braquiación .
Las plataformas de fuerza se pueden clasificar como de pedestal único o de pedestal múltiple y por el tipo de transductor ( transductor de fuerza y momento): galga extensométrica , sensores piezoeléctricos , galga de capacitancia , piezorresistivo , 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 sobre un área pequeña. Para estudios de movimientos, como el análisis de la marcha, se utilizan plataformas de fuerza con al menos tres pedestales y, por lo general, cuatro, para permitir que las fuerzas migren a través de la placa. Por ejemplo, durante la marcha, 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, si bien también cuantifican el centro de presión, no miden directamente el vector de fuerza aplicada. Las placas de medición 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 se pueden estudiar de forma aislada o combinar con otros datos, como la cinemática de las extremidades, para comprender los principios de la locomoción. Si un organismo realiza un salto desde una plataforma de fuerza, los datos de la plataforma por sí solos son suficientes para calcular la aceleración , el trabajo , la potencia de salida, el ángulo de salto y la distancia de salto utilizando física básica. Las mediciones simultáneas en video de los ángulos de las articulaciones de las piernas y la potencia de salida de la plataforma de fuerza pueden permitir la determinación del torque, 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 en el campo de la cinética. El coste de las plataformas de fuerza tradicionales de laboratorio (normalmente de miles de dólares) las ha hecho muy poco prácticas para el médico habitual. Sin embargo, Nintendo presentó la Wii Balance Board (WBB) (Nintendo, Kioto, Japón) en 2007 y cambió la estructura de lo que puede ser una plataforma de fuerza. En 2010, se descubrió que la WBB es un instrumento válido y fiable para medir la distribución del peso, en comparación directa con la plataforma de fuerza de laboratorio "estándar de oro", a un coste inferior a 100 dólares. [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 de la WBB. Estos estudios se llevan a cabo 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 del centro de presión 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 confiar en las evaluaciones subjetivas y clínicas del equilibrio que se utilizan actualmente.
Según Digital Trends, la Wii de Nintendo y el producto sucesor 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 económicos 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 (Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos) como Dispositivos Médicos de Clase I. Como tales, deben fabricarse de acuerdo con ciertos estándares de calidad establecidos por los Principios de Gestión de Calidad ISO 9001 o los Sistemas de Gestión de Calidad de Dispositivos Médicos ISO 13485 de la Organización Internacional de Normalización. 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 requieren la certificación CE médica para su importación y uso en la Unión Europea para tales aplicaciones médicas. Una norma reciente notable, ASTM F3109-16 Método de prueba estándar para la verificación de plataformas de medición de fuerza multieje, presenta un marco para que los fabricantes y los usuarios verifiquen el rendimiento de las plataformas de fuerza en toda la extensión de su superficie de trabajo. Los fabricantes de plataformas de fuerza de grado médico utilizan normas como estas para garantizar que las mediciones realizadas en una población de pacientes sean precisas, repetibles y confiables. En resumen, los componentes de entretenimiento de consumo económicos pueden ser una mala elección para las mediciones médicas dada la falta de continuidad de dichos productos y su falta de idoneidad legal, regulatoria y tal vez de calidad para tales aplicaciones. [7]
Las plataformas de fuerza se utilizan habitualmente en el deporte para evaluar la capacidad de producción de fuerza, la fuerza y el desequilibrio de un atleta [1]. Un profesional puede utilizar una plataforma de fuerza para evaluar las necesidades de entrenamiento, la preparación para entrenar y también durante el proceso de regreso a la actividad.
Las evaluaciones típicas de la placa de fuerza en el deporte incluyen el salto con contramovimiento (CMJ), el salto en cuclillas (SJ), el salto con caída (DJ), el salto de rebote con contramovimiento y el tirón isométrico a mitad del muslo (IMTP).
Los profesionales suelen tener problemas para comprender qué métricas deben seguir cuando utilizan plataformas de fuerza. Un destacado biomecánico de la Universidad de Chichester ha creado un sistema para seleccionar fácilmente las métricas de las plataformas de fuerza. El Dr. Jason Lake llama a este sistema "Sistema ODSF".
Cronología
•1976• Advanced Mechanical Technology, Inc. (AMTI) construyó la primera placa de fuerza con medidor de tensión disponible comercialmente para el análisis de la marcha en el laboratorio de biomecánica del Hospital de Niños de Boston. [8]
•2017• Hawkin Dynamics creó la primera plataforma de fuerza inalámbrica y aplicación móvil.