بسم الله الرّحمن الرّحیم سمینار درس کنترل سیستمهای عصبی عضلانی استاد: دکتر فرزاد توحیدخواه ارائه کننده: مجید اثمری 1393/3/1

عضله مصنوعی مقدمه بررسی خواص عضله بیولوژیکی (به منظور تعیین الزامات عضله مصنوعی) معرفی یکی از معروفترین انواع عضلات مصنوعی (McKibben Actuators) مقایسه با عضله بیولوژیکی نگاهی کلی به پلیمرهای (EAPs) ElectroActive مقایسه خواص Electroactive Polymers (EAP) Shape Memory Alloys (SMA) Electroactive Ceramics (EAC) نگاهی کلی تر به کاربرد مواد پلیمری در مهندسی پزشکی نتیجه گیری

عضله بیولوژیکی مدل Hill المان موازی المان سری Contractile element دمپر مولد نیرو

خواص استاتیک عضله بیولوژیکی المان موازی عضله

خواص استاتیک عضله بیولوژیکی المان سری

خواص استاتیک عضله بیولوژیکی Contractile Element (CE) مولد نیرو+دمپر

خواص دینامیک عضله بیولوژیکی Concentric contractions کاهش طول تحت اعمال بار

خواص دینامیک عضله بیولوژیکی Eccentric Contractions افزایش طول تحت اعمال بار

الزامات طراحی برای عضله مصنوعی

McKibben Actuators تاریخچه: در دهه 1980 توسط شرکت رزین Bridgestone در ژاپن تجاری شد. سپس توسط گروه ربات Shadow به منظور بکارگیری در حوزه رباتیک بکار گرفته شد.

McKibben Actuators

McKibben Actuators عضله McKibben یا fluidic flexible matrix composites (F2MCs)، تحقیقات تئوری و تجربی زیادی را به خود اختصاص داده‌اند. از ویژگیهای این عملگرها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: سادگی هزینه کم سازگاری عملکرد مشابه عضله طبیعی در این نوع عضله بجای هل دادن یک پیستون در داخل سیلندر مانند سیستم های هیدرولیک متعارف یا عملگرهای نیوماتیک، از فشار شعاعی که محفظه الاسیک داخلی را منبسط می‌کند، به منظور انقباض محوری وسیله استفاده میشود. نتیجه این کار شبیه به یک عملگر هیدرولیکی یا نیوماتیکی است که بصورت ذاتی سازگاری و انعطاف‌پذیری و نسبت نیرو به وزن‌های بالایی دارد.

مقایسه با عضله بیولوژیکی خواص نیرو-طول تقریباً یکسان است. خواص سرعت نیرو مشابه نیست. از دمپر هیدرولیکی به صورت موازی با عضله McKibben استفاده میشود. این عضلات به یک وسیله فنر مانند که نقش تاندون و ذخیره کننده انرژی را بازی میکند متصل میشوند که شبیه به یک عضله واقعی عمل کند.

- نمونه ای از یک دستگاه تست عضله مصنوعی

McKibben Actuators

انواع مختلف پلیمرهای ElectroActive: (EAPs) Dielectric elastomers are particularly promising Conducting Polymers Dielectric Elastomer a.k.a. Electroelastomers Electrostrictive Polymer IPMC “Artificial Muscle” Thermal and Others Gels Nanotubes Electroactive Polymer “EAP” Actuators

Actuation displacement مقایسه خواص EAP,SMA,EAC  Property Electroactive Polymers (EAP) Shape Memory Alloys (SMA) Electroactive Ceramics (EAC) Actuation displacement >10% <8% short fatigue life 0.1 - 0.3 % Force (MPa) 0.1 - 3 about 700 30-40 Reaction speed m sec to sec sec to min Density 1- 2.5 g/cc 5 - 6 g/cc 6-8 g/cc Drive voltage 4 - 7 V NA 50 - 800 V Power consumption m-watts watts Fracture toughness resilient, elastic elastic fragile   http://ndeaa.jpl.nasa.gov/nasa-nde/lommas/eap/spie-eap.html

نمونه های پیاده شده عضلات مصنوعی فیلم اول فیلم دوم

با تشکر از توجه شما