Computer Simulation der Funktion des Seriell Elastischen Elementes des Muskels bei Drop Jumps

Abstract

The contribution of muscle in-series compliance on the power generation of the muscle tendon complex was investigated with a forward dynamic computer simulation. The model of the human body contains eight Hill-type muscles of the lower extremities. The force distribution problem among the redundant muscle groups was solved for the simulated drop jumps by optimization of the resultant jump height. It is shown that the muscle series elastic energy stored in the downward phase provides a significant contribution of 29 to the muscle energy in the push-off phase. Further by the return of the stored elastic energy all muscles contractile elements can reduce their shortening velocity during push-off to develop a higher force thanks to their force velocity properties. The additional stretch taken up by the series element allows only m. rectus femoris to work closer to its optimal length due to its force length properties. The function of the series elastic element in the muscle power generation in drop jumping is beside the storage and return of energy the support of the force producing ability of the contractile elements.

Der Beitrag des seriell elastischen Elementes des Muskels auf die Leistungserzeugung des Muskel-Sehnen Komplexes wurde mit einer Vorwärtsdynamischen Computersimulation untersucht. Das Modell des starren Körpers enthält acht Muskeln der unteren Extremitäten die nach dem Ansatz von Hill erstellt wurden. Das Kraft Aufteilungsproblem auf die redundanten Muskelgruppen wurde durch eine Optimierung der Gesamtsprunghöhe gelöst. Es wurde gezeigt, dass die im Muskel gespeicherte seriell elastische Energie bei der Landung einen signifikanten Beitrag von 29 zu der Muskelenergie für den Absprung beiträgt. Weiterhin können durch die Rückgabe der elastischen Energie alle Muskeln ihre Verkürzungsgeschwindigkeiten während der Aufwärtsbewegung reduzieren um eine höhere Kraft Aufgrund ihrer Kraft-Geschwindigkeits Eigenschaft zu erzielen. Die zusätzliche Dehnung die durch das serielle Element aufgenommen wird führt nur bei m. Rectus Femoris dazu dass dieser Muskel näher bei seiner optimalen Länge arbeiten kann. Die Funktion des seriell elastischen Elements bei der Leistungsgenerierung bei Drop Jumps ist neben der Speicherung und Rückgabe von Energie die Unterstützung der Krafterzeugung des Kontraktilen Elements.