Biomecânica

Por: Paula Heloísa Santana Resende

Existem diversas definições para o termo biomecânica,  Nigg em 1994 definiu como sendo  a ciência que estuda as forças internas e externas que atuam sobre uma estrutura biológica e os efeitos produzidos por estas forças. Na paleontologia, trabalhamos com indivíduos extintos, a biomecânica é uma ferramenta importante para nos auxiliar a inferir características não preservadas no registro fóssil, como supor como os indivíduos mastigavam e se locomoviam, por exemplo. A biomecânica é um método de estudo indireto não destrutivo, que têm se tornado mais frequente devido ao  surgimento da biomecânica virtual, que inclui análises de imagens tridimensionais de tecidos mineralizados, assim como a simulação e técnicas de modelagem virtual.

Fonte: Internet

Existem várias técnicas dentro da biomecânica, dentre elas destaca-se a Análise de Elementos Finitos, uma técnica criada pela engenharia, em 1940. Utiliza-se a técnica juntamente com uma representação digital da estrutura de interesse, geralmente um modelo tridimensional, onde se atribui propriedades elásticas como o Coeficiente de Poisson (valor absoluto da relação entre as deformações transversais e longitudinais em um eixo de tração axial), o Módulo de elasticidade de Young (inclinação da porção linear do diagrama de tensão/deformação do material), e as tensões de Von Mises (média das tensões em todas as direções) no objeto a ser estudado, por exemplo: se deseja saber como determinado indivíduo se locomovia, primeiramente se reconstrói os músculos envolvidos na locomoção em um modelo tridimensional e posteriormente, aplica-se o método de elementos finitos, para inferir qual músculo se deslocou mais ou menos, através da interpretação de uma escala de cores, em que cada tonalidade corresponde a uma quantidade de deslocamento ou tensão gerada nas estruturas. Assim, é possível observar qual região muscular se deslocou mais e como as tensões se distribuem sobre as estruturas.

Etapas que precedem a Análise de elementos finitos. 1. Obtenção de um modelo tridimensional; 2. Reconstrução de ossos que não foram preservados; 3. Reconstrução muscular; 4. Análise de elementos finitos. Fonte: Cunningham et al. 2014
Comparação da distribuição da tensão de Von Mises de diferentes carnívoros arcossauros, Baurusuchus, Allosaurus fragilis e Alligator mississippiensis. Fonte: Montefeltro et al. 2020.

Para saber mais sobre o assunto:

BRIGHT, J. A review of paleontological finite element models and their validity. Journal of Paleontology. v. 8, p.760-769, 2014.

COOK, R.D., MALKUS, D., PLESHA, M.E. Introduction: Concepts and applications of finite element analysis. 3. ed. John Willey & Sons, 1989.

CUNNINGHAM, J. A; RAHMAN, I. A; LAUTENSCHLAGER, S; RAYFIELD, E. J; DONOGHUE, P.C.J. A virtual world of paleontology. Trends in Ecology & Evolution. v. 29, n. 6, p.347-357, 2014.

KUPCZIK, K. Virtual biomechanics: Basic concepts and technical aspects of finite element analysis in vertebrate morphology. Journal of anthropological sciences. v.86, p.193-198, 2008.

MARCÉ-NOGUÉ, JORDI., FORTUNY, JOSEP., GIL, LLUIS., SÁNCHEZ, MONTSERRAT. Improving mesh generation in finite element analysis for functional morphology approaches. Spanish Journal of Palaeontology. v.30, p.117-132, 2015.

MONTEFELTRO, F; LAUTENSCHLAGER, S; GODOY, P.L; FERREIRA, G; BUTLER, R.J. A unique predator in a unique ecosystem: modelling the apex predator within a Late Cretaceous crocodyliform-dominated fauna from Brazil.Journal of Anatomy. p. 1–11, 2020.

RAYFIELD, E. Finite Element Analysis and Understanding the Biomechanics and Evolution of Living and Fossil Organisms. Annual Review of Earth and Planetary Sciences. v.35, p.541-576, 2007.