La biomeccanica è la disciplina che applica i principi della meccanica — statica, dinamica, meccanica dei solidi e dei fluidi — allo studio dei sistemi biologici. Analizza come forze e movimenti agiscono su ossa, muscoli, articolazioni, tessuti e organi, fornendo le basi per progettare protesi, impianti, ortesi e per comprendere lesioni e patologie.
I campi di applicazione spaziano su più scale:
| Scala | Oggetto di studio |
|---|---|
| Tessuti | proprietà meccaniche di osso, cartilagine, tendini |
| Articolazioni | carichi e movimenti di anca, ginocchio, colonna |
| Corpo intero | analisi del cammino, postura, sport |
| Cellulare | meccanotrasduzione, risposta delle cellule alle forze |
I tessuti biologici hanno comportamenti meccanici complessi: spesso sono viscoelastici (la risposta dipende dalla velocità di applicazione del carico), anisotropi (proprietà diverse secondo la direzione) e capaci di rimodellarsi in risposta ai carichi. L’osso, per esempio, segue la legge di Wolff: si rinforza dove è sollecitato e si indebolisce dove non lo è, principio che spiega il problema dello stress shielding negli impianti rigidi.
L’analisi del cammino (gait analysis) è un’applicazione emblematica: tramite telecamere, piattaforme di forza ed elettromiografia si ricostruiscono le forze e i momenti alle articolazioni durante la deambulazione, utili in riabilitazione, progettazione di protesi e chirurgia ortopedica. La biomeccanica fornisce il linguaggio quantitativo con cui l’ingegneria interviene sul corpo umano, ed è il fondamento della progettazione di protesi articolari e dispositivi ortopedici.