La cinematica spaziale viene utilizzata per descrivere il movimento di un oggetto nello spazio tridimensionale. Una flessione del ginocchio all’articolazione o il movimento di un braccio robotico sono esempi di cinematica spaziale.
Immagina un braccio che si piega. Come misureresti la distanza del suo movimento? Misureresti dalla punta delle dita o dal gomito? Quando un braccio si piega, parti di esso si abbassano, parti di esso si alzano. In che direzione si sta muovendo? Diverse parti del braccio si muovono a velocità diverse. Come puoi misurare la velocità con cui si muove?
A differenza della cinematica di base, che studia il movimento degli oggetti lungo linee rette, la cinematica spaziale è più complessa. Nella cinematica di base, sono necessari solo due punti fissi, l’inizio e la fine, per descrivere il movimento. Un’auto che percorre un rettilineo tra due città, per esempio. Con questi due punti puoi misurare la sua velocità, velocità, durata del viaggio e la distanza del viaggio. Nella cinematica spaziale, il movimento di un oggetto deve essere misurato da una serie di punti lungo l’intera gamma di movimento.
Utilizzando più di un punto fisso, scienziati e ingegneri possono scomporre il movimento tridimensionale in una matrice di movimenti unidimensionali. Tali misurazioni vengono quindi inserite in formule che consentono loro di descrivere scientificamente come si muove un oggetto.
La cinematica spaziale è molto importante nel campo della robotica. Per programmare un robot per allungare il braccio e afferrare qualcosa, entrano in gioco molte formule complesse. Il movimento di un braccio robotico non avviene su una singola linea retta. Una serie di meccanismi deve esercitare una determinata quantità di forza in una determinata direzione per portare il braccio a una certa distanza dal robot.
I medici hanno anche usato la cinematica spaziale per studiare il movimento degli esseri umani con arti protesici. In uno studio, presso il Walter Reed Army Medical Center, un paziente è stato coperto con diodi emettitori di luce e filmato con una telecamera speciale mentre camminava con una gamba protesica. Le immagini sono state inserite in un computer e i diodi sono stati utilizzati per formare un modello del movimento del paziente. Ogni diodo poteva rappresentare un punto fisso e permetteva ai medici di misurare oggettivamente come si muoveva un paziente con una protesi.