تبلیغات
برق و الکترونیک - مکاترونیک و بیومکاترونیکMechatronic&Biomechatronic3

مکاترونیک و بیومکاترونیکMechatronic&Biomechatronic3

تاریخ:چهارشنبه 9 شهریور 1390-08:49 ب.ظ

این مطلب حاصل تلاش یکی از دانشجویان خوبم به نام آقای مهدی نجفی است که تقدیم دوستداران مکاترونیک و بیومکاترونیک می کنم: ایمان سریری

فصل دوم بیو مکاترونیک


                 بیو مکاترنیک پیوند انسان با ماشین است.یکحالت میان رشته ای دارد که دربردارنده زیست شناسی ،عصب شناسی، مکانیک ،الکترونیک و رباتیک است دانشندان بیومکاترونیک در این صدد هستند که وسایلی را طراحی کنند و بسازند که با عضلات ، اسکلت و دستگاه عصبی انسان متقابلا عمل کند.هدف آنها یاری کردن و بالا بردن کنترل انسان بر حرکت خود  است؛بنابراین، افرادی که کنترشان بر حرکت مختل شده باشد ویا به صورت مادرزادی یا بیماری یا آسیب  از دست داده باشند، شامل  هدف های دانشمندان هستند.

کارهایی که در هنگام بلند کردن پا از روی زمین اتفاق می افتد را در نظر بگیرید:
-
 مرکز حرکتی مغز پیام هایی  به عضلات پا می فرستد .عضلات مشخصی با ترتیب مشخصی منقبض می شوند تا پا از روی زمین برداشته شود .
-
سلول های عصبی کف پا سطح زمین را حس میکند و به مغز اطلاعاتی  در باره ی نیرویی که باید به کار برده شود ویا تعداد عضلات مناسب برای راه رفتن روی این سطح  را باز خور می کند.(به عنوان مثال نیرو و عضلاتی که شما  که شما هنگام راه رفتن روی سطوح چوبی استفاده می کنید با نیرو وعضلاتی که در هنگاراه رفتن روی سطوح یخی یا گلی استفاده می کنید فرق می کند)
-
سلول های عصبی درون  گره های عضلانی پا  مکان پا را نسبت به زمین حس می کنند و به مغز اطلاعاتی را باز خورد می کنند.(همین باعث می شود که هنگام راه رفتن به زمین نگاه نکنیم )
-
وقتی پا از روی زمین بلند میشود مغز پیام های مشخص را می فرستد تا پا دوباره روی زمین گذاشته شود. این سیسیتم دارای حسگر(سنسور)(سلول های عصبی پا و گره های عضلانی)،محرک ها(عضلات)و تنظیم کننده ها (مغز و نخاع) است.

        2-1  اجزای سیستمهای بیومکاترونیکی :

2-1-1 : بیوسنسور یا بیو حسگر ها:


 بیوسنسورها یکی از اعضای یک سیستم بیومکاترونیکی میباشند که جهت شناسایی سیگنالهای مغز انسان استفاده میشود که استفاده کننده چکاری میخواهد انجام دهد و چه منظوری دارد . در بعضی سیستمهای این سیگنالها مستقیم از مغز و بعضی دیگر از عضله و سیستم عصبی آن دریافت میشود

این سیگنالها از بیوسنسور ها به کنترلر وارد و یا از آن خارج میشود بعلاوه این سنسورها اطلاعات حالت هر عضله و همچنین نیرویی که به محرکهای متناظر با آن وجود دارد را به کنترلر فیدبک میکند .بیوسنسورها در انواع مختلفی وجود دارد به صورت سیمهایی که میتوانند پالسهای الکتریکی عضلات را دریافت کنند ، به صورت الکترودهای سوزنی که در ماهیچه ها کار گذاشته میشود ، یا سنسورهایی با عصب که در عضله کا گذاشته میشود و با آن رشد میکند .سنسورهای میکانیکی فقط برای ارتباط خارجی اجزای سیستم بیومکاترونیکی با کنترلر استفاده میشوند بیو حسگر ها "خواسته و قصد های" کاربر یا می یابند.بسته به نوع اختلال و نوع وسیله این اطلاعات می تواند از سیستن های عصبی ویا سیستم های عضلانی فرستاده شود.این اطلاعات به تنظیم کننده (که ممک است در خارج یا درون بدن باشد) منتقل می کند . همچنین یو سنسور ها  اطلاعات را در جهت عکس یعتی از محرک های بیوکاترونیکی به سستم عضلانی یا عصبیکاربر منتقل می کنند. بیو حسگر ها مکن سیم هایی باشند که فعالیت های الکتریکی را(مانند آشکارسازهای گالوانیک) از روی پوست ، الکترود هایی که درون عضله فرو رفته اند ویا الکترود های نیمه رسانای منظم که عصب ها ار درون آنها رشد کرده اند،می یابند


35

2-1-2  حسگر های مکانیکی:


حسگر های مکانیکی اطلاعاتی مربوط به  وسیله ( به عنوان مثال  مکان  عضو ، نیروی وارد شده و وزن بار) را اندازه گیری می کند.این اطلاعات به بیوسنسور ها ویا تنظیم کنندهها انتقال داده می شود. این حسگر ها وسایل مکانیکی مانند نیروسنج و شتاب سنج را شامل می شوند.


2-1-3  تنظیم کننده ها:

    سیستم عصبی یا عضلانی کاربر   و دستگاه را به هم متصل می کند .دستور و قصد کارر را یا برای دستگاه ترجه می کند یا آن را مستقیماً می فرستد .همچنبین اطلاعات را از بیوسنسور ها و سنسورهای مکانیکی گرفته و به کاربر منتقل ویا برای او ترجمه می کند.تنظیم کننده برحرکات دستگاه بیومکاترونیکی نظارت دارد.


2-1-4  محرکها :


   محرک یک عضله ی مصنوعی تولید کننده ی نیرو یا حزکت است.محرک میتواند موتوری باشد که که عضله ی موضعی کاربر را جایگزین یا کمک می کند.(بسته به این ه پروستتیک یا ارتوتیک باشد)


- ارتوتیک در مقابل پروستتیک :


    وسایل ارتوتیک به انسان بدون جایگزین کردن عضو مختل شده کمک می کنند. ولی وسایل پروستتیک جایگزینی برای عضو مختل شده هستند.
چرا بهتر است از وسایل بیو مکاترونیکی به جای وسایل پروستتیک و ارتوتیکی استفاده بشود؟

36

اگر چه بسیاری از وسایل ارتوتیک و پروستتیک  دارای اجزاء میکروالکترونیکی و رباتیک استفاده می کنند ولی نمی توانند دقیقاً با حرکات پیچیده ی اعضا انسان برابری کند .وسایل ارتوتیک به مردم باز خورد نمیدهند  و یا با توجه به محیط های مختلف  ویا بارهای مختلف تغییر نمی کنند .آنها به طور لحظه به لحظه برای شخص کاربر تنظیم نمی شوند  ولی وسایل بیومکاترونیکی تضمین می کنند که که این محدودیت ها را  با ارتباط مستقیم با دستگاه عصبی و عضلانی کاربر از بین ببرند تا کنترل او بر حرکت  تنظیم و ترمیم کنند.

2-2 :  تحقیقات بیو مکاترونیکی :


تعدادی مرکز تحقیقات در دنیا  تحقیقات بیو مکاترونیکی را هدایت می کنند  ،از جمله MIT ،دانشگاه   Twente در هلند ، دانشگاه کالیفرنیا در برکلی . تحققیقات کنونی در 3 زمینه ی اصلی مترکز شده اند :
_ تحلیل حرکات انسان ،که پیچیده است،برای کمک به طراحی دستگاه های بیومکاترونیکی
_ مطالعه در زمینه ی این که وسایل الکترونیکی چه طور می توانند برای  سیستم عصبی واسط  بشوند .(الکترود های قابل کاشت در در مغز وعضله،الکترود های گالوانیک سطحی روی پوست)
_ آزمایش راه های که بافت عضلات زنده برای وسایل الکترونیکی محرک باشد .

2-3 : تحلیل حرکات انسان


 
حرکات انسان پیچیده است ؛می خواهد برای برداشتن یک لیوان باشد و یا  راه رفتن روی زمین نا هموار.ما باید بدانیم که اسان چه طور حرکت می کند تا بتوانیم وسایلی بیومکاترونیکی بسازیم که حرکت انسان را تقلید کرده و اورا کمک کنند.
دکتر پیتر ولتینک و همکاران وی در دانشگاه Twente   چگونگی حرکت و راه رفتن انسان را تحلیل می کنند؛ این کار را بااندازه گیری چگونگی حرکت انسان به وسیله ی  سیستم های عکسبراری ،نیرو های عکس العمل سطحی با استفاده از نیروسنج و فعالیتهای عضلانی با استفاده از الکترومیوگرام . تحلیل حرکت بیماران عادی و دارای اختلال به ما کمک می کند تا حرکات راه رفتن معمولی را بفهمیم و مشکلات حرکتی و شیوه راه رفتن بیماران دارای اختلال را بفهمیم.. گروه دکتر ولتیک به این ترتیب کنترل بر تعادل را هنگام راه رفتن و ایستادن نیز حساب می کند.

37


گروه بیو مکاترونیک دکتر هیو  هر در دانشگاه ام .آی.تی از مدل های کامپیوتری و تحلیل های دوربینی حرکت برای مطالعه تعادل انقباض پا در هنگام دویدن و تکانه ی زاویه ای در  هنگام راه رفتن استفاده می کنند.

واسط کردن وسایل الکترونیکی با انسان:


    جنبه ی مهمی که وسایل بیومکاترونیکی را از وسایل ارتوتیک و پروستتیک  متداول جدا می کند توانایی این وسایل برای برقراری ارتباط با سیستم عصبی و عضلانی کاربر است ؛برای این منظور که اطلاعات را به وسیله بفرستذ ویا آنها را دریافت کند.
گروه پیتر ولتنیک در در هلند از الکترود های قابل کاشت برای تحریک  عضلات سلق پا استفاده می کنند .آنها  برای عضلات درسی فلکسور(که در بالا آوردن پا هنگام راه رفتن نقش دارند) روشهای حس و کنترل را دارند ایجاد می کنند  این روشها به افراد فلج و سکته کرده که قادر نیستند پای خود را حرکت بدهند کمک می کند.
دو فرد از افراد گروه  ولتیک از الکترود هایی که در سطح پوست قرار دارد ،استفاده می کنند تا فعالیتهای الکتریکی عضلات را ثبت کنند (الکترومیوگرافی) ؛ این روش در مقابل روش کنونی است که الکترود ها را داخل عضله فرو می برند و دارای درد و ناراحتی کمتری می باشد. این روش می تواند شروع  کننده ی ارتباط دو طرفه نیز باشد.
گروه ولتیک  همچنین از الکترو میگرام های یطحی برای بازخورد و کنترل پروتوز های قسمت های پایینی پا استفاده می کنند .

 

در پروتز ،زاویه ی زانو اندازه گیری می شود و اطلاعات بوسیله ی الکترو میوگرافی به عضلات ریشه ای پای قطع شده منتقل می شود.آنگاه پوشنده ی پروتز فعالیت ها را حس می کند و می تواند آموزش داده شود تا آنها را تفسیر کند. سرانجام ،فعالیت های الکتریکی عضلات ریشه ای می تواند استفاده شود تا پروتز را کنترل کند.
گروه هیو هر در ام.آی.تی یک الکترود مدار مجتمع غربالی (!)  ایجاد می کنند. در این وسیله ریشه ی دو سلول  عصبی به وسیله ی یک کانال هدایت گر (لوله ای است که انتهای دو سلول را به هم نزدیک می کند.)در داخل کانال یک غربال وجود دارد که هر سوراخ آن به الکترودی متصل به مدار مجتمع ،وصل است.در در عین حالی که دو سلول عصبی می خواهند به هم وصل شوند، با الکترود ها تماس پیدا می کنند در این صورت است که یک واسط الکترونیکی پدید می آید.

http://powercontrol.mihanblog.com/extrapage/709




داغ کن - کلوب دات کام
نظرات()