אחד מתחומי המחקר בביומכניקה של הגוף עוסק בהבנת תנועת השרירים ומפרקי הגוף בהליכה על חול. הליכה על חול מחייבת את השרירים לעבוד קשה יותר כדי לשמור על שיווי משקל, מחזקת את שרירי כפות הרגליים וכל חלקו התחתון של הגוף, ומפחיתה עומס מהמפרקים. מחקרים מצאו[i] כי הליכה על חול דורשת עבודה מיכנית של שריר ומפרקי הגוף בשיעור של בין 1.6 עד 2.5 פעמים יותר מאשר הליכה על משטח נוקשה באותה המהירות וכן, כי הליכה על חול דורשת הוצאת אנרגיה רבה יותר בשיעור של בין 2.1 עד 2.7 פעמים יותר מאשר הליכה על משטח נוקשה באותה המהירות. המאמר הבא מסכם מחקר שנערך בארה"ב הבודק את צורת תנועת האדם על משטח חולי, על מנת להבין את הכוחות הפועלים על המפרקים בעת תנועה על משטח שאינו מוצק.
הבה נלך על…חול
מאת: יניק שוונר[ii] אוניברסיטת Vrije, אמסטרדם
דמיינו את עצמכם הולכים על חוף יפהפה שטוף שמש. אתם שומעים שחפים, אתם מרגישים את השמש ואתם משוחחים עם חברים. עכשיו, לרגע, חשבו על איך אתם נעים. איך אתם הולכים על החול היבש והטובעני ואיך על החול הדחוס הקרוב למים? ובכן, כנראה שלא חשבתם על זה מכיוון שרוב התנועות שלנו מתרחשות באופן לא מודע וגם אם כן, תדעו שאנחנו מבינים מעט מאוד על איך אנחנו נעים על משטחים חוליים, כי רוב המחקרים על תנועה מתרחשים במעבדה על משטחים מוצקים. קבוצת חוקרים מאוניברסיטת ראטגרס, ארה"ב[iii], הבינו את אותו הדבר והחליטו להביא את העולם החיצון למעבדה כדי להשוות איך אנשים הולכים על משטחים מוצקים וחוליים.
כדי לבדוק כיצד בני אדם מתאימים את אסטרטגיית ההליכה שלהם, הצוות השתמש במסלול הליכה בן 3 מקטעים, שכלל קטע מוצק, ואחריו קטע חולי, עם משטח מוצק בקצה, המחקה חלק מהתנאים שאנו חווים בעולם האמיתי. לאחר מכן הם ביקשו מ-20 משתתפים ללכת לאורך המסלול תוך כדי שהם מצלמים את תנועות המשתתפים כדי לזהות הבדלי יציבה בעת הליכה על משטח מוצק ומשטח חולי. בנוסף, החוקרים השתמשו בפלטפורמות למדידת כוח במסלול, כדי למדוד את הכוחות שהפעילו המשתתפים כשהם נעים על פני המשטחים השונים. לאחר מכן, הצוות ניתח את מדידות הכוח, כדי לזהות מתי כפות הרגליים של ההולכים נגעו בקרקע ומתי בהונותיהם דחפו את הרגל כשהרגל עזבה את הקרקע. כמו כן, הקלטות הווידאו נותחו כדי לשחזר כיצד מפרקי ההולכים נעו, על מנת לזהות אילו מפרקי רגליים מניעים את התנועה. בנוסף, הצוות עקב אחר המיקום והמהירות של מרכז המסה של כל אדם, כדי לראות עד כמה הוא התנודד כאשר תנועות ההולך הפכו לבלתי יציבות.
החוקרים מצאו כי המשתתפים שהלכו על חול שמרו על רגליהם במגע עם המשטח זמן רב יותר מאשר על משטח מוצק, מה שעשוי לפצות על הליכה על קרקע לא יציבה יותר. בנוסף, ההולכים נעו על חול במהירות ממוצעת גבוהה יותר. הסברם של החוקרים הוא שהדבר נובע מהעובדה שאנשים רוצים למזער את הזמן שהם מבלים על משטחים חוליים, הקשים יותר להליכה. מרכז המסה של הגוף גם התנודד יותר בזמן הליכה על חול והזמן שבו כפות הרגליים היו על הקרקע ורוחב כל צעד (כלומר, כמה רחוקות כפות הרגליים זו מזו) גדלו כאשר המשתתפים הלכו על חול. החוקרים מציעים הסבר לכך שהדבר נובע מפשרה בין מזעור כמות האנרגיה המשמשת במהלך ההליכה לבין שמירה על יציבות. הצוות גם שם לב שהכוחות המופעלים כאשר כף הרגל נגעה בקרקע גדלו על חול והאופן שבו הקרסול נע השתנה, דבר המצביע על כך שמפרק הקרסול ממלא תפקיד מפתח בשמירה על יציבות בזמן הליכה על חול.
מדענים חקרו את תנועת בעלי החיים במשך מאות שנים, עוד מאריסטו, שכתב בספרו תנועת בעלי חיים על עקרונות התנועה הכלליים, אך אנו בקושי מתחילים לגרד את פני השטח של ההבנה כיצד אנו נעים על פני שטח מורכבים יותר, כמו משטחים חוליים רופפים. לכן, מחקר כמו זה, בו אנו מביאים תנאים מהעולם האמיתי למעבדה, הוא בסיסי להבנתנו את תנועת ההליכה הטבעית, שכן רוב התנועות היומיומיות שלנו מתרחשות על משטחים לא אחידים – כמו מדרכות או מדרגות שבורות או משטחים רופפים.
תובנות לגבי אסטרטגיות תנועה ופיצוי על משטחים לא אחידים או רופפים יספקו גם ידע לשיפור מכשירי עזר ועשויות להוביל לעיצובים רובוטיים חדשניים שיכולים לסייע לאנשים בשטחים מורכבים.
[i] Lejeune, T. M., Willems, P. A., & Heglund, N. C. (1998). Mechanics and energetics of human locomotion on sand. Journal of Experimental Biology, 201(13), 2071-2080.
[ii] Schwaner, M. J. (2025). Let's take a walk… on sand!. Journal of Experimental Biology, 228(9), jeb250496.
[iii] Zhu, C., Chen, X., & Yi, J. (2025). Biomechanical comparison of human walking locomotion on solid ground and sand. Journal of Biomechanical Engineering, 147(4), 041005.
