تبلیغات
برق و الکترونیک - مکاترونیک و بیومکاترونیکMechatronic&Biomechatronic4

مکاترونیک و بیومکاترونیکMechatronic&Biomechatronic4

تاریخ:چهارشنبه 9 شهریور 1390-08:53 ب.ظ

وسایل پروستتیک و ارتوتیک پیشرفته:


     آزمایشگاه هیو هر  همچنین در حال ساختن وسایل پروستتیکی است که حرکات انسان را می توانند بهتر تقلید کنند:
_ یک پروتز زانو درست کرده اند که  نیرو، گشتاور و مکان زانو  را احساس کرده و تاب و حرکت زانو را برای کاربر تنظیم می کند.در داخل زانو یک مایع magnetorheologic  وجود دارد ،این مایع حاوی ذرات بسیار ریز آهن است.)  قطرآنها  در حدود  0.1-10میکرون است.). با اعمال میدان الکترومغناطیسی به آن ،کرانروی مایع به دلیل  قرار گرفتن زنجیر مانند ذرات آهن تغییر می کند. چون مقدار گرانروی مایع  با میدان الکترومغناطیسی مشخصی می تواند تغییر کند،این باعث می شود که لحظه به لحظه بتوان مقاومت زانو را تنظیم و کنترل کرد؛این باعث می شود که کاربر بتواند به صورت تقریاً عادی راه رود.
 
_ برای درمان افتادگی گام در هنگام راه رفتن، وسیله ای ارتوتیک طراحی شده است که سفتی مچ پا را به صورت لحظه به لحظه در حالی که کاربر به جلو حرکت میکند، تغییر و کنترل می کند.این دستگاه شیوه ی راه رفتن طبیعی تری را نسبت به دستگاه های ارتوتیک موجود ارائه می دهد .
 

 39

 

2-6                :    من،  ترکیبی از ماشین و انسان
       دکتر کوین وارنیک از دانشگاه ردینگ انگلستان واسط کردن انسان با کاگپیوتر را روی خود آزمیش کرده است. وی طی یک عمل جراحی 100 الکترود سیلیسومی در عصب مدیال زیر مچ دست چپ خود، کاشته است . سیم هایی که از الکترود های کاشته شده بودند را از آرنج خود خارج کرده و به تقویت کننده و وسایل الکترونیکی دیگر وصل کرده تا بتواند پالس های عصبی را به سیگنال های  دیجیتالی الکترونیکی تبدیل کند.با این کاشت ،وی یک دست رباتیک دیگری را به صورت "کنترل از راه دور " با حرکات دست خود به حرکت درمی آورد.آزمایشات وی 3 ماه طول کشید و  نتایج را در کتابی با عنوان"من ،ترکیبی از ماشین و ربات" بیان کرده است.

2-7 : استفاده های امروزه و آینده از علم  بیومکاترونیک:


  اکثر محرک ها که که در وسایل ارتوتیک و پروستتیک استفاده می شود یا موتور های الکتریکی هستند یا  سیم هایی هستند که که با عبور جریان کوچک میشود .اگرچه این روش ها نیروی انقباضایجاد می کنند ولی اصلا نمی توانند انعطافپذیری دینامیکی بافت های  را تقلید کنند.ولی چی می شد که میتوانستیم محرک های با عضلات واقعی بسازند؟ در آزمایشگاه هیو هر در ام.آی.تی ، یک ماهی ربات ساخته اند که نیروی حرکت آن بافت عضله ی پای یک قورباغه است. این ماهی ربات دارای اجزاء زیر است:
_ یک شناور استایروفومی که به ماهی اجازه شناور ماندن می دهد
_ سیم های الکتریکی اتصالات را بر قرار می کنند
_ یک دم سیلیسسیومی که نیزوی شنا را مهیا می کنند.
_ باتری های لیتیومی که انرژی برقرار می کنند.
_ یک یک میکروتنظیم کننده که حرکات ربات را تنظیم می کنند
_ یک حسگر فروسرخ که به میکروتنظیم کننده اجازه ی برقراری ارتباط با یک دستگاه دستی را  مهیا می کند. (کنترل کننده از راه دور)
_ یک تحریک کننده ی الکتریکی که عضلات را تحریک می کنند.

 

40

 

عضلات قورباغه به دو طرف دم و ستون فقرات پلاستیکی  ربات متصل شده و الکترود های تحریک کننده به آنها وصل شده بود.این عضلات در دو طرف به صورت متناوب تحریک می شدند تا  بتواند شنا کند.این ماهی رباتی در یک محلول نمک گذاشته شده بود که طور ی بود تا بتواند عضلات را زنده نگهدارد .از 42 ساعت، 4 ساعت را ماهی توانست شنا کند. و سرعت آن 75 درصد از بیشینه ی خود  بود. ربات توانست به جلو و عقب حرکت کند ،بپیچد و بایستد.این یک نمونه اولیه از یک وسیله ی بیومکاترونیکی با محرک زنده بود.
اگر چه فناوری های زره جنگی می تواند در جنگ بعضی از صدمات را کاهش دهد ولی سرباز هایی که  در اثر بعضی از انفجار ها ،دست و پای خود را  از دست می دهند نیاز به ترمیم دارند .این باعث شده است که فعالیت های تحقیق برای ساختن  وسایل پیشرفته ارتوتیک/پروستتیک افزایش پیدا کند.
اخیراً یک تکاور دریایی و مقطوع العضو به نام کلادیا میشل  یک دست پزپروستتیک را امتحان کرده که توسط  دکتر تود کایکن از  سازمان توانبخشی شیکاگو طراحی شده است.یک جراح پلاستیک ، عصب هایی که دست او را مپ کنترل می کردند را به سمت قسه سینه هدایت کرده بود.اکترود های بسیار ریزی فعالیت های الکتریکی این عصب را حس کرده  و سیگنال هایی به موتور کنترل کننده ی دست مصنوعی منتقل می کرد. به این ترتیب وی می توانست با فکر کردن  در بارهی چگو نگی حرکت دست خود ،دست مصنوعی را حرکت بدهد و این دست پروستتیک یک وسیله ی بیومکاترونیکی نیست زیرا پیام های آن یک طره از کاربر به دستگاه است . دکتر کایکن   در این صدد است تا یک پله کار را پیش ببرد و این امکان را بدهد که دستگاه اطلاعات بعضی از حس ها از قبیل درد و فشار را به وی باز خورد کند.

 

تا حالا درباره ی کاربرد بیومکاترونیک برای افرادی که دارای اختلال حرکتی هستند صحبت کرده ایم . آیا نمی توانیم این فتاوری را برای افراد سالم نیز استفاده کنیم؟به این منظور،کاوشگران دانشگاه برکلی کالیفرنیا یک ماشین برای انسانهای طبیعی طراحی کرده اند که  تونایی راه رفتن را بالا می برد . نام این دستگاه BLEEX ، مخفف Berkeley Lower Extremity Exoskeleton  است.

این دستگاه از  آتل پای فلزی که بوسیله ی موتوری راه اندازی می شود برای آسان نمودن حرکت استفاده می کند. حسگر ها و محرک ها ی دستگاه اطلاعاتی در مورد  تنظیم  حرکات و بار موجود در حین راه رفتن  به دستگاه باز خورد می کنند.تنظیم کننده و موتور دستگاه به صورت یک کوله پشتی وصل می شوند . این دستگاه خود 45 کیلو وزن دارد و به کاربر این قابلیت را می دهد که 30 کیلو بار را حمل کند؛ در صورتی که تنها وزن 2.5 کیلو را احساس می کند 

 

2-7-1 مزایای بیومکاترونیک

   پس به طور کلی بیومکاترونیک می تواند در زمینه های مختلف مفید باشد:
-
میتوانند آلات پیشرفته ای را برای افراد دارای اختلال  که شبیه کارکرد های  بدن است فراهم کند.
-
می تواند برای آماده سازی افراد دارای اختلالات کنترل بر حرکت هستند استفاده شود.(فیزیوتراپی)
-
می تواند بدون نیاز به شخص دیگری برای هر فرد تنظیم شود
-
می توانند توانایی افراد طبیعی را بالا ببرند.
یکی از اشکالات اساسی بیو مکاترونیک  احتمال ایجاد عفونت ( به دلیل کاشتن وسلیل غیر زیستی در بدن)،درد و ناراحتی است.ولی وعده های این فتاوری این امید را می دهد که عملکرد افراد دارای اختلال را  بازگرداند وآنها را بهتر ،قویتر یا سریع تر از قبل نماید.

علم مهندسى سایبرنتیک، با مسأله‏ی مهندسی کنترل سیستم‏های مکانیکی سر و کار دارد. مکاترونیک برای کنترل یا تنظیم چنین سیستم‏هایی به‏کار گرفته میشود با پیوست ماژول‏های مکاترونیک، اهداف تولید دست‏ یافتنی می‏شود. همچنین قابلیت در دسترس ‏بودن و انعطاف پذیری در مجموعه‏ی تولید به‏دست می‏آید. تجهیزات تولید مدرن شامل ماژول‏های مکاترونیکی می‏شود که بر مبنای یک ساختار کنترلی هدفمند، در کنار یکدیگر قرار گرفته‏اند. شناخته‏شده‏ترین ساختارها عبارتند از: ارتباط زنجیره‏ای و ترکیبی. روشهایی برای دست‏یابی به یک اثر فنى به وسیله الگوریتم‌هاى كنترل بیان می‏شوند، كه ممكن است از روشهاى ساخت‏یافته در طرح استفاده شود یا خیر. در رشته‏ی مکاترونیک، ‌سیستم‌های هایبرید مهم شامل: سیستم‏های تولید، راه‏اندازهای هَمـکُـنِشی، روبات‏های اكتشاف فضایی، زیرسیستم‌هاى خودکار از قبیل سیستم‌هاى ترمزگیرى ضدقفل، همچنین تجهیزاتی پر کاربرد در زندگی روزانه‏ی ما، از قبیل دوربین‌هاى عكاسى با قابلیت تنظیم خودکار تصویر، ویدئو، دیسک‏های سخت، پخش‏کننده‏های لوح فشرده، ماشین‏های لباسشویی و ... می‏شود.

بیومکاتورنیک بر اساس چگونگی عملکر اجزاءبدن انسان کار میکند به عنوان مثال 4 حرکت باید انجام پذیرد تا پای یک فرد بالا بیاید ابتدا فرستادن ایمپالس از مغز به ماهیچه ، سپس فرستادن اطلاعات از عصب به مغز که مقدار نیروهای مجموع ی اعصاب و همچنین تعادل برای راه رفتن را تنظیم کن .اعصاب و ماهیچه های فراوانی جهت راه رفتن یک فرد در گیر میشوند تا فرد بتواند راه برود عضله ی باریک پشت پا حالت سطح را به مغز ارسال میکند نهایتا وقتی پا و زانو ها و ران برای قدم برداشتن بالا میآیند سیگنالها از طرف مغز به عضلات آن سیگنالهایی ارسال میشود که پا را برای قدم بعدی پایین بیاورد 43

 

محرکهای بیومکاترونیکی تقریبا مانند محرکهای مکاترونیکی میباشند که در گذشته کلیات آنها را توضیح داده ایم ولی با این اختلاف که از دقت بسیار بالایی برخوردار هستند و همچنین با بدن انسان سازگاری دارند و باعث عوارض در آن نمیشوند .همانطور که میدانیم یکی از مسائل مهم در اتصال محرکها و اجزاء مکاترونیکی به انسان مسئله ایجاد عفوت است .

 

2-8  نانو روبات‌های زیستی

      با استفاده از دانش نانوتكنولوژی دانشمندان توانسته اند نانوروبات‌های زیستی طراحی كنند كه در بدن انسان قرار می‌گیرند و نقش محافظ و درمانگر را ایفا می‌كنند. این ریزماشین‌های هوشمند قادرند چندین نسخه از خودشان تهیه كنند و جایگزین بافت‌های فرسوده یا آسیب‌دیده نمایند این فرایند را خود تكثیری می‌نامند. آنها نه تنها قادر به تشخیص محل دقیق سرطان خواهند بود بلكه داروی مناسب برای از بین بردن سلول‌های سرطانی را تزریق می‌كنند.
در آینده نانو روبات‌های هوشمند در مغز و بدن هر انسانی به تعداد زیاد وجود خواهند داشت و انسان را از ابتلا به انواع بیماری‌ها مصون می‌دارند حتی روند پیر شدن بشر را به تعویق می‌اندازند و نیز قدرت جسمانی و حافظه او را تقویت می‌كنند. شاید در نگاه اول این جمله تداعی‌كننده پیش‌گویی‌های «آرتور سی‌كلارك» در رابطه با دنیای آینده باشد ولی جالب اینجاست كه این پیش‌بینی از دكتر «كورزویل» متخصص علوم كامپیوتر و عضو موسسه ملی مهندسی در امریكاست. او هم اكنون به همراه گروهی از متخصصین، در زمینه كاربرد نانو روبات‌ها در زندگی آینده بشر تحقیقاتی انجام می‌دهد و قرار است نتایج مطالعات این گروه به صورت فیلمی با عنوان «داستان واقعی زندگی در آینده» در اواخر سال جاری میلادی ارائه شود.


بر اساس این گزارش با استفاده از نانوتكنولوژی دستیابی به انرژی خورشیدی امكانپذیر خواهد شد. انرژی خورشیدی قابل تبدیل و استفاده به اشكال مختلف انرژی می‌باشد و بشر را از منابع دیگر انرژی بی‌نیاز می‌كند.  


نانوروبات‌ها ماشین‌های كوچكی هستند كه برای انجام عملیاتی خاص و بعضا تكرارشونده با دقت بسیار بالا طراحی شده‌اند. نانو( nano-) به معنی یك بیلیونیوم یا یك میلیاردم است. قطر موی سر انسان یك دهم میلیمتر است درنظر بگیرید، یك نانومتر صدهزار برابر كوچك‌تر از آن است . nanometer (nm) . مكعبی با ابعاد 5/2 نانومتر ممكن است حدود 1000 اتم را در خود جای دهد.

44



امروزه تحقیقات وسیعی در زمینه درمان بیماری‌هایی چون دیابت، بیماری‌های قلبی و ایدز در حال انجام است. نانوروبات‌ها دارای امكانات بالقوه‌ای هستند كه با اجتماع و قرارگیری به صورت كلونی قادرند بطور موشكافانه و دقیق از سیستم حفاظت كنند. در واقع با ساختاری اتمی و یا مولكولی در یك فرایند شناخته شده قرار داده می‌شوند تا چرخه‌ای را كامل نمایند. تكنولوژی نانوروباتیك آنقدر سریع در حال پیشرفت است كه به یقین زندگی انسان از اواسط قرن جاری بكلی متحول خواهد شد. این تغییرات شامل از بین رفتن بسیاری از بیماری‌ها، كاهش عوامل و عوارض بسیاری از امراض و حتی جراحی‌ها می‌باشد. یكی از مهمترین برنامه‌های گسترش علوم روباتیك در جهان بیشتر كردن عمر بشر و مبارزه با پیری و عواقب آن است. از دهه 80 میلادی تا كنون كوچك‌سازی (مینیاتورسازی) از اهم فعالیت‌ها در زمینه علوم كامپیوتری بوده است.


طبق گزارشات اعلام شده سرعت رشد تكنولوژی هر بیست سال دو برابر خواهد شد، در نتیجه تكنولوژی در سال 2050 حدود 32 برابر از سال 1950 جلوتر خواهد بود. یكی از شاخه‌هایی كه رشد تكنولوژی در آن بسیار چشمگیر است، دانش پزشكی است. با ساخت ابزار و وسایل پزشكی در آینده روند پیر شدن كند می‌شود و مبارزه با بیماری‌ها آسان‌تر و مطمئن‌تر خواهد شد. در زمینه كالبدشناسی از نانوروبات‌ها به منظور تعیین محل دقیق آسیب استفاده خواهد شد. در شرایطی استفاده از نانو ربات‌های زیستی ضروری به نظر می‌رسد كه امكان دسترسی به عضو موردنظر دشوار بوده یا امكانپذیر نباشد یا حتی در مواردی كه عواقب دردناك و دشواری توسط پزشك پیش‌بینی شود. برای طراحی یك نانوروبات دانشمندان از مدل‌های طبیعی مثل ساختار رشته‌های DNA بهره می‌گیرند. با بهره‌گیری از دانش نانو تكنولوژی دانشمندان قادر به ساخت حسگرهای زیستی در ابعاد یك میلیاردم هستند.
هم اكنون نانو روبات‌هایی كه در مراكز تحقیقاتی ساخته می‌شود به اندازه‌ای كوچك هستند كه هنگام عطسه همراه با گرد و غبار به بیرون پرتاب می‌شوند. یكی از اولین ریزروبات‌هایی كه برای كمك به علم پزشكی ساخته شد ( سلئو ) نام داشت. این میكروروبات برای جاسازی در داخل روده انسان طراحی شده بود. سئلو مجهز به یك چنگال و چند حسگر بود. حسگرها بدین منظور تعبیه شده بودند تا مانع برخورد با موانع شوند، وظیفه چنگال نیز برداشتن نمونه از سطح روده می‌باشد. این ریزماشین می‌توانست یا خود حركت كند یا توسط پزشك با یك كنترل دستی به حركت درآید. اسلوب كار نانوروبات‌هایی كه در داخل بدن كار گذاشته می‌شوند، شبیه‌سازی از محیط، در فضایی سه بعدی است و تجزیه و تحلیل اطلاعات در آنها بر مبنای روش‌های عددی می‌باشد. نانوروبات‌ها مانند انسان به اطلاعات اطرافشان نیاز دارند

حواس ماشینی یا حسگرها این وظیفه را در نانوربات‌ها بر عهده دارد. به جرات می‌توان گفت كه بسیاری از این حسگرها از حواس انسان بهتر و دقیق‌تر كار می‌كنند. نانوروبات‌های زیستی به تغییرات حرارتی و شیمیایی بسیار حساس هستند. زیرا اگر تغییرات حرارتی در بین سلول‌های عضوی از بدن وجود داشته باشد و یا ضرایب شیمیایی متفاوتی بین آنها مشاهده شود، نشان از تغییراتی است كه در بین سلول‌های سالم رخ داده و در نتیجه حاكی از بیماری خاصی می‌باشد. اینگونه ریزماشین‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند كه به تفاوت‌های ضرایب شیمیایی سلول‌ها بسیار حساس هستند و همچنین قادرند میزان حرارت سلول‌ها را اندازه‌گیری نمایند. هنگامی كه ضرایب شیمیایی و دمایی متفاوتی مابین سلول‌ها دریافت كنند با بررسی اطلاعات و مطابقت با داده‌های ذخیره شده بیماری موردنظر را تشخیص می‌دهد. ناگفته نماند كه این نانوروبات‌ها قادرند بین گزینه‌ها و موارد مشابه بهترین آنها را گزینش كنند، به عبارتی از هوش ماشینی در سطحی پیشرفته برخوردارند تا بهترین گزینه را در جهت تشخیص بیماری انتخاب نمایند. در مرحله بعدی نیز به درمان سلولی اقدام می‌كند كه با تزریق دارو به سلول‌ها همراه است.
گفته شده است كه بدلیل نوع كار این نانو روبات‌ها در بدن تجهیزات و یا سخت‌افزار این ماشین‌های مولكولی بسیار پیشرفته و ابتكاری است. در ساخت سنسورهای زیستی تنها روش‌های میكروالكترونیكی كاربرد دارد. نانوربات‌های زیستی دارای سنسورهایی در ابعاد بسیار كوچك هستند و در عین حال به گونه‌ای طراحی شده‌اند كه با شرایط زیستی بدن انسان سازگارند. نانوربات‌های زیستی با داشتن حسگرهای بسیار حساس از تجهیزاتی خواهند بود كه امور پزشكی را بتدریج متحول می‌كند. در واقع مدلی از ماشین‌های مولكولی هستند كه با روش‌های خاصی ارتباطات و اتصالات بین سلول‌های بیولوژیكی را كنترل كرده و بهبود می‌بخشد، به عبارتی روی نحوه عملكرد سلول‌ها نظارت كرده و كنترل صحیح آنها را به عهده می‌گیرد. روش كار این مدل‌های مولكولی بر اساس شبیه‌سازی در محیط سه بعدی است. تحقیقات در زمینه نانو ربات‌هایی كه مجهز به حسگرهای زیستی و دارویی باشند در سطح گسترده‌ای در حال انجام است.
مراحل آزمایشگاهی نانوروبات‌های زیستی در یك محیط واقعی با كنترل‌ها و سنجش‌های شیمیایی و حرارتی در مسیر مطلوبی قرار دارد. طراحی نانوروبات‌ها بر پایه و اساس نانوبیوالكترونیك می‌باشد و حسگرهای ویژه‌ای به نام نانوبیوسنسورها عملگرهایی هستند كه به روشی خاص عمل می‌كنند و كاربرد آنها در جهت اهداف پزشكی و تحویل دارو به سلول‌ها می‌باشد. این پژوهش‌ها باعث پیشرفت‌های خارق‌العاده‌ای در زمینه نانو داروهای هوشمند شده است. از دیگر وظایف تعریف شده در نانوروبات‌ها عملكرد آنها به عنوان antibody است. antibody به معنی ماده‌ایی است كه در بدن تولید می‌شود و به مقابله با بیماری‌ها می‌پردازد.

 

موضوع جالب این است كه سیستم ایمنی بدن با نانوروبات‌های زیستی سازش می‌كند و در جهت رفع بیماری با آنها همكاری می‌نماید. از دیگر قابلیت‌های تعریف شده در نانوبیوسنسورها بررسی زمان است، به عبارتی بررسی تشخیص بهترین زمان برای تزریق دارو به سلولهاست.

نانو روبات‌های هوشمند قادر به تجزیه و تحلیل منطقی شرایط زیستی سلول می‌باشند، زیرا تزریق دارو به سلول‌ها اگر در زمان و موقعیت مناسب انجام شود به طور یقین تاثیر مطلوب خواهد داشت و در غیر این صورت نه تنها به بهبود وضعیت بیمار كمك نخواهد شد بلكه دارای عواقب خطرناكی نیز هست. تجزیه تحلیل‌های گوناگونی كه از بررسی محیط بدست می‌آید بسیار مهم و حساس است، از طرفی ابعاد بسیار كوچك یا مینیاتوری این ریزماشین‌ها محدودیت‌هایی را ایجاد خواهد كرد .  مسئله بسیار مهم دیگر تامین انرژی لازم برای گرفتن اطلاعات و تجزیه و تحلیل آنهاست Adriano Cavalcanti یكی از پیشگامان درگسترش تكنولوژی نانو یا مهندسی اتوماتیكی مولكول‌های زیستی است، همچنین او رئیس CAN (Center for Automation in Nanobiotech) می‌باشد. او به همراه گروهی از متخصصین این رشته توانسته است دستگاه‌ها، وسایل و تجهیزات پزشكی مجهزی با استفاده از نانوروبات‌های زیستی تولید كند و گام‌های موثری در درمان بیماری‌هایی چون دیابت، انواع سرطان‌ها، كاردیولوژی (بیماری‌های قلب) و نیز معالجه انوریسم (اتساع غیرطبیعی شریان‌ها) انجام دهد.

 

2-8-1  مراحل ساخت نانو رباتهای زیستی :

   مراحل كلی ساخت نانوروبات‌ها دارای دو بخش اصلی است ابتدا طراحی و ساخت تراشه‌های زیستی، به عبارتی ساخت تراشه‌هایی كه با ساختار ژنتیكی انسان سازگار بوده و براساس مدل ژنوم انسان طراحی شده باشند. در مراحل بعدی كه از حساسیت ویژه‌ای برخوردار است تست و انجام مراحل آزمایشگاهی به منظور بررسی واكنش بدن و چگونگی تاثیرگذاری نانوروبات‌هاست. یكی از اهداف ابداع این گونه روش‌ها مقابله با بیماری‌های صعب‌العلاج و همچنین انواع سرطان‌ها است. طراحان نانوروبات‌های زیستی معتقدند كه درمان بیماری‌هایی به ویژه سرطان با این روش موثرتر و همچنین ریسك خطرپذیری در آن بسیار كمتر است، زیرا این نانوروبات‌های زیستی بدون تاثیرگذاری روی سلول‌های سالم، سلول‌های بیمار و سرطانی را مورد هدف قرار می‌دهد.

 

ناگفته نماند كه یكی از مشكلات درمان سرطان‌های گوناگون، داروها و مواد از بین برنده این سلولهاست، زیرا علاوه بر اینكه روی سلول‌های سرطانی تاثیر می‌گذارد سلول‌های سالم را نیز از بین می‌برد. امروزه در كنار شناخت بیماری‌ها و روش‌های درمانی آنها، آگاهی و دسترسی دقیقی نسبت به اجزای بدن حاصل شده و شاهد هستیم كه پزشكان قادر به پیوند اندام‌هایی به بدن انسان می‌باشند كه تاكنون غیرممكن بوده است. پیوند اعضای مصنوعی و جایگزین كردن آنها با عضو از كار افتاده از مسائل بسیار حساس و پیچیده است كه امروزه قابل انجام می‌باشد. ناگفته نماند كه این جراحی‌ها خطرات نه چندان كوچك و عواقب دردناك و دوره درمان بسیار بالایی دارند. دیگر آنكه اعضای پیوندی و اندام‌های مصنوعی هنوز كارآیی بافت‌های طبیعی و اولیه را پیدا نكرده‌اند. برای مثال باید گفت اگر دست یك كارگر زیر تیغ دستگاه‌های صنعتی قطع شود خوشبختانه پزشكان قادرند كه دست را به بدن فرد پیوند زنند و حیات را به سلول‌ها باز گردانند.
اما متاسفانه دست موردنظر همه قابلیت‌های اولیه را نخواهد داشت، زیرا هنوز اطلاعات لازم برای اتصال اعصاب و بافت‌های جدا شده كه مطابق حالت طبیعی باشد به دست نیامده است. از طرفی داروهایی كه برای درمان انواع بیماری‌ها ساخته شده است، خود آسیب‌های دیگری به سلامت بدن انسان وارد می‌سازند زیرا كه محیط و هدف خود را به طور دقیق نمی‌شناسند و می‌تواند مولد زیان‌هایی حتی بزرگ‌تر از مشكلات اولیه باشد. از طرفی ظهور بیماری‌هایی نظیر ایدز با ویروس مرموز HIV كه روش‌ها و داروهای كنونی از شناسایی و نابود كردن كامل آن عاجزند، خود دلیلی بر متحول شدن دنیای پزشكی است. دانش نانوتكنولوژی تولید و ساخت تجهیزاتی در مقیاس نانومتریك را ممكن می‌سازد. تجهیزاتی در ابعاد اتم یا مولكول با ویژگی‌ها و خواص شیمیایی كاملا” منحصر به فرد و شناخته ‌شده. در واقع متخصصین با دستكاری اتم‌ها بطور جداگانه و جای دادن دقیق آنان در مكانی خاص قادرند ساختار دلخواه و مطلوبی را تولید كنند.

         

 

2-9 مثال طراحی بیومکاترونیکی دست انسان :   

   از اصلی ترین  نیازهای اجرای یک دست مصنوعی که آنرا  بدون نقص داشته باشیم  ، ظاهر طبیعی آن ، قابلیت کنترل آن، بدون نویز بودن ، سبک بودن و کم مصرف بودن آن میباشد . این طراحی با اضافه شدن انگشتان  که بوسبله دو میکرو محرک تحریک میشود کامل میشود که اتصالات  پایینی (mp) ,      انتهایی انگشت (pip)   به ترتیب فرمان میگیرند .

                                    

همانطور که در  تصویر فوق مشاهده میشود از دو انگشت جانبی در این طرح صرف نظر میکنیم  . زیرا  از دو انگشت میانی و سبابه  و با کمک شصت هر کاری امکان پذیر است .

طراحی  بیومکاترونیکی یک دست  از دوفاز تشکیل شده است:

1-   شکل گرفت انگشتان نسبت به شیء مورد نظر  2- گرفتن شیء مورد نظر توسط انگشت شصت . نکته ی حائز اهمیت برای گرفتن هر شیء نیروی لازم برای گرفتن و یا نیرویی است که شی ء مورد نظر را از بین میبرد بنابراین بایستی در طراحی ها  این مسئله  نیز مورد توجه قرار گیرد که بتوان این نیرو قابل کنترل باشد.

 این مسئله با هماهنگ کردن نیروی های محرکهای سنگین تر (محرکهای ابتدائی انگشت) با محرکهای ظریفتر (محرکهای انتهایی انگشت) بدست میاید . برای اینکه بتوان به این هدف دست یافت که نیروهای محرکها به نسبت نیروی لازم برای هر شیء نیرو وارد نمایند از حلقه ی کنترلی زیر استفاده مینماییم .

همانطور که در حلقه مشاهده میکنید ابتدا نیروی محرک بزرگتر به نیروی لازم برای حرکت مفاصل فیدیک میشود و سپس به نیروی لازم برای گرفتن هر سه انگشت و در انتها به محرکهای انتهایی جهت گرفتن شیء مورد نظر  نیروی لازم اعمال میشود برای اینکه این نیرو به نحوی نباشد که صدمه ای به شیء وارد آورد از یک حلقه ی کنترلی معکوس به شکل زیر استفاده میشود . این ایده میتوانیم برای لمس کردن هر سطحی و یا هر شیء و پایداری نیروی لازم برای گرفتن استفاده نمود . 

2-9-1 طراحی اولیه دست مصنوعی:

برای عملی کردن این نظریه دست را به شکل سه انگشتی یعنی دو انگشت اصلی و انگشت شصت طراحی کردیم و سنسورهای حالت و محرکها و سنسورهای دوبعدی نیرو نیز به آنها اضافه شد .برای اینکه شباهت دست مصنوعی با دست انسان زیاد باشد اندازه ی انگشتان را با اندازه ی استاندارد مطابق کرده و برای ایجاد نیروهای مورد نیاز در مفاصل از میکروموتور های مخصوصی استفاده نمودیم .


http://powercontrol.mihanblog.com/extrapage/710


داغ کن - کلوب دات کام
نظرات()