La cinématique spatiale est utilisée pour décrire le mouvement d’un objet dans un espace tridimensionnel. Une flexion du genou au niveau de l’articulation ou le mouvement d’un bras robotisé sont des exemples de cinématique spatiale.
Imaginez un bras plié. Comment mesureriez-vous la distance de son mouvement ? Mesureriez-vous à partir du bout des doigts ou du coude ? Lorsqu’un bras se plie, certaines parties descendent, certaines parties montent. Dans quelle direction se déplace-t-il ? Différentes parties du bras se déplacent à des vitesses différentes. Comment pouvez-vous mesurer à quelle vitesse il se déplace?
Contrairement à la cinématique de base, qui étudie le mouvement des objets le long de lignes droites, la cinématique spatiale est plus complexe. Dans la cinématique de base, vous n’avez besoin que de deux points fixes, le début et la fin, pour décrire le mouvement. Une voiture circulant en ligne droite entre deux villes, par exemple. Avec ces deux points, vous pouvez mesurer sa vitesse, sa vélocité, la durée du trajet et la distance du trajet. En cinématique spatiale, le mouvement d’un objet doit être mesuré à partir d’une série de points sur toute la plage de mouvement.
En utilisant plus d’un point fixe, les scientifiques et les ingénieurs peuvent décomposer le mouvement tridimensionnel en une matrice de mouvements unidimensionnels. Ces mesures sont ensuite insérées dans des formules qui leur permettent de décrire scientifiquement comment un objet se déplace.
La cinématique spatiale est très importante dans le domaine de la robotique. Afin de programmer un robot pour étendre son bras et saisir quelque chose, de nombreuses formules complexes entrent en jeu. Le mouvement d’un bras robotique ne se produit pas sur une seule ligne droite. Une série de mécanismes doit exercer une force spécifique dans une direction spécifique pour amener le bras à une certaine distance du robot.
Les médecins ont également utilisé la cinématique spatiale pour étudier le mouvement des humains avec des membres prothétiques. Dans une étude, au Walter Reed Army Medical Center, un patient a été recouvert de diodes électroluminescentes et filmé avec une caméra spéciale alors qu’il marchait avec une prothèse de jambe. Les images ont été introduites dans un ordinateur et les diodes ont été utilisées pour former un modèle du mouvement du patient. Chaque diode pouvait représenter un point fixe et permettait aux médecins de mesurer objectivement comment un patient se déplaçait avec une prothèse.