مقاله توسعه سیبرنتیک دست مصنوعی

 مقاله توسعه سیبرنتیک دست مصنوعی نشان دهنه فعالیت های تحقیقاتی اجرا شده در اسکولا سوپریر سانت آنا برای توسعه پروتزهای سیبرنتیک است. ما بطور جاری یک نوع واقعی از دست بیومکاترونیک را طراحی می کنیم و شیوه های پردازش سیگنال ENC را توسعه می دهیم که برای توصیف پانل های رو به مرکز PNS است. علاوه بر این هماهنگی پروژه GRIP EU (هماهنگ شده از طریق اسکولا سوپریر سانت آنا) بطور رایج در حال توسعه یک سیستم قابل تکمیل برای ثبت و تحریک PNS با یک ارتباز کلمتری است که با یک سیستم کنترل خارجی همراذه است. این وسیله در آزمایشات برای طراحی پروتزهای سیبرنتیک مورد استفاده است.

برقراری آزمایشگاهی:

آزمایشات حاد با استفاده از چهار موش بزرگ نر نیوزلندی (به تعداد بسیار کثیری) انجام شدند. کمیته دانمارکی برای استفاده اخلاقی حیوانات در تحقیق تمام شیوه هیا مورد استفاده در آزمایشات را تصدیق نمود. دو عصب سه قطبی با الکترودهای آن در اطراف عصب های استخوانی و نازک نئی قرار گرفتند (که شاخه های اصلی عصب سیاتیک هستند) در پای چپ موش (با طول دست تقریباً mm20، قطرهای داخلی mm2 و mm8/1 به ترتیب ذکر دشه بودند) لانه گیری شدند. الکترودهای دست طبق روش توصیف شده در ]۱۴[ تولید شدند بجز اینکه یک برش مستقیم به عنوان یک شیوه انسدادی قرار دارد. عصب ماهیچه ای ساق پا که بلافاصلخ در کنار الکترود انتهایی ر قار دارد برای به حداقل رساندن گزارش ثبت ناخواسته فعالیت ها در طی آزمایشات است. در شکل ۱۰، طرذحواره محل تکمیل الکترودهی شست ارائه شده است (آماده سازی های مشابه خرگوش در سایر آزمایشات دیکر مورد استفاده قرار گرفته است، به ]۱۴[ نگاه کنید).وسیله مورد استفاده در طی آزمایشات در بر گیرنده یک سرومتر کنترل شده کامپیوتری مورد استفاده است که بطور غیر فعال مچ پای خرگوش در این حالت می چرخد.یک وسیله حمایتی و ثابت سازی مجهز به چهار میزان کششی به عنوان نیروگردان مورد استفاده وبده است (با حسایت Nm/v10). یک نیروگردان چرخشی مبتنی بر بینایی برای ثبت وضعیت مچ پا در طی حرکات مورد استفاده قرار گرفته است. (با حساسیت /v100). این وضعیت و سیگنال های گشتاور در Hz500 نمونه گیری شدند. این خرگوش روی سمت راست آن قرار گرفت. و پای چپ روی یک کلاف سوار می شود. زانو و مفصل مچ پا در طی این آزمایش ثابت شدند. یک توصیف روشن از وسیله آزمایشگاهی در ]۱۴[ قابل دیدن است. کل ثبت های عصبی از قبل ۰۰۰/۲۰۰ بار تقویت شد، که با استفاده از یک ترتیب ۲nd  آنالوگ فیلتر باترورت (KHz5 – Hz500)، صورت گرفت و در KHz10=fs )12 fdj A/D) زاویه مچ پا از یک موضوع انسانی معمولی در طی ایستادن به ثبت رسید و این سگنال به عنوان یک وسیله برای حرکت مچ پای یک خرگوش مورد استفاده قرار گرفت.تمام سیستم اعصاب بطور فعال و عصب های نازک نئی به صورت توصیف شده در ]۴[ ثبت شدند. تمام ثبت های ENG تصفیه شدند و در طی یک پنجره ms9 یکپارچه شدند. وضعیت و داده های گشتاور بصورت اندک درHz100=fsp (با ترتیب th12 فیلتر باترورت دیجیتالی) تصفیه شدند.

دست
دست

برقراری الکتروفیزیولوژی و شیوه ها:

در تست های مصنوعی انجام شده روی موش های بزرگ نر در نیوزلند این کار انجام شد. برای اهداف کنترلی اولین مجموعه آزمایشات با استفاده از اولین کانال تهی راهنما انجام شد و سپس NI مبتنی بر کاس غیرفعال (مثل حفره ها ولی بدون الکترود) بدون اتصالات درونی انجام شد. مجموعه دوم آزمایشات با استافده از NI کامل ترکیبی تاس فعال اجرا شد. شیوه جراحی یکسانی برای این دو دسته آزمایش اتخاذ گردید.ترکیب های برقراری متفاوت بسته به اجرای آزمایش مورد استفاده قرار گرفت. برای ثبت کردن از عصب دست نخورده، از عصب ایجاد شده در کانال راهنمای تهی و از عصب تاس غیر فعال، عصب سیاتیک تقریباً از طریق یک جفت الکترود الکترودهای (۷۶۰۱۱۲# FCH Hook همراه با ضربات ثابت جاری (با دوام و طول ms1/-08/0) از شدت های گوناگون شبیه سازی شد. پانچ هایی برای هر دوی شبیه سازی آندی و کاتدی بدست آمدند. تحلیل الکترونروگراک (ENG) از طریق اندازه گیری پتانسیل عملکرد مرکب (CAP)  از ثبت الکترودها (واقع در فاصله mm50 از محل شبیه سازی) اجرا شد.در حیوانات لانه گیری شده با NI اتصال دهنده به یک راه انداز الکتروفیزیولوژیکی استاندارد برای ثبت عصبی و تحریک قرار گرفت.یک سویچ مکانیکی به هر یک از ۱۰ الکترودهای واسطه عصبی اجازه داد تا به دستگاه الکترونیکی متصل شود.ضربات مجزا (با میزان دامنه = ۴۰، دوام = ms2/0) در هر یک از ۱۰ الکترود واسطه فعال توزیع شد. هنگامی که انقباض عضلانی مشاهده شد، که حاکی از حضور آکسون های عملیاتی است کانال یکسانی از واسطه عصبی که برای تحریک بکار رفت به دستگاه ثبت متصل شد و عصب همزمان بطور فعال مو رد نظارت قرار گرفت. فعالیت عصبی نیز در پاسخ به حرکات پای غیرفعال ثبت شد (مثل گستراندن).

تحلیل کامپیوتری سیگنال های الکتروفیزیولوژیکی:

سیگنال های آمپلی فایر روی یک نوار ضبط ذخیره شد و سپس تکرار شد و روی یک هاردیسک کامپیوتری دیجیتالی شد (که با استفاده از یک مبدلMID-16A/D انجام گرفت). برنامه های مناسب، مبتنی برذ تکنیک های برنامه ریزی آزمایشگاهی به منظور کسب داده های آزمایش و همگام سازی شبیه سازی الکتریکی مورد استفاده قرار گرفت. دامنه و تأخیر پتانسیل های اقلام ترکیبی به منظور ارزیابی بهبودی عملکردی عصب تولید شده اندازه گیری شدند.

تحریک و ثبت از طریق عصب آکسون با استفاده از NI#6:

جالب ترین نتایج مواردی هستند که روی ۸، rabbit#inter با استفاده از NI#6 کسب شدند. در این حیوان ویژه، تحریک سازی و ثبت پس از ۴۸ روز لانه گیری اجرا شد. در این هنگام عصب ایجاد شده از طریق NI است. هیچ علائمی از زیان عصب و /  یا نقص وسیله قابل رؤیت نبود. واکنش بافت برای آن مورد که در آزمایشاتن کنترل یافت شد مشابه بود. کابل پهن اتصالی هنوز دست نخورده بود و به آسانی، به منظور اتصال به سیگنال دو شاخه، پیچیده می شد.دوام پتانسیل واکنش در حدود ms5/1-1 است و دامنه آن در حدود ۱۱۰ است. یک فعالیت الکتریکی جامع با توجه به سطح آرام در پاسخ به حرکت پا (گسترش پا و مچ پا) در شکل ۸ نشان داده شده است.

تحریک عصبی با استفاده از NI#6:

تحریک عصبی از طریق NI#6 انجام شد، آنگکونه که از طریق یک انقباضپا / مچ برای هر تکان ارائه شده به عصب از طریق آرایش میکروالکترود است ناشن داده یم شود. آستانه جاری که یک انقباض را باعث می شود از ترتیب دهم  است، که کمتر از جریان مودر نیاز برای تحریک عصبی با استفاده از الکترودهای درون سلولی آزمایش کنترل صورت گرفته است. سیگنال های روشن EMG از طریق گروههای عضله ای که در شکل ۹ نشان داده شده است ثبت شدند.

prosthesis
prosthesis

ساخت آرایش میکروالکترودها:

آرایش میکروالکترودهای مختلف روی لایه های سیلیکان (بنام «کاس») طراحی دشه اند و با استفاده از فن آوری های میکروفابریک متعدد ساخته می شوند. در طرح نختلف تاس با ابعاد گوناگون، اندازه الکترود و ابعاد – درون حفره ای طراحی شد. این طرح ها اساساً برای آزمایشات در محیط غیر زنده و مصنوعی مورد استفاده قرار گرفتند که «نگهدارنده فعال الکترود ۱» و «نگهدارنده فعال الکترود ۲» نام دارند. یک عکس از نگهدارنده ۲ در شکل ۷ آمده است. برخی از تاس الکترودها را ترکیب نمی کنند (تاس غیر فعال) و برای اهداف کنترلی مورد استفاده هستند. به منظور کسب نیرومندی مکانیکی، هر سیلیکان بر یک حلقه تیتانیوم سوار می شود و از طریق لیزر ماشینی برا دربر گرفتن نگهدارنده الکترود و اتصالات کالکتریکی ساخته می شوند.ده تست برای هر امر فرعی صورت گرفت. نتایج کسب شده در شکل ۶ نشان داده می شوند. این مقادیر نیروها قابل مقایسه با نیروی بکار گرفته شده از طریق انگشت طبیعی انسان در طی یک کار ظریف است، لذا نشانگر سهولت رویکرد بیومکاترونیک را نشان می دهد، که حداقل برای این طبقه از امور دستکاری شده است. نیروی خروجی حاصل از فعال سازی حرکتی برای حرکت دادن بندهای گیرشی تطبیقی کاتفی می باشند.

ویژگی نیروی نوک انگشت:

اولین مجموعه تست های آزمایشی به منظور ارزیابی نیرویی است که این انگشت قادر به گرفتن یبک شیء خارجی است ]۱۲[. برای این منظور ما نیروی حاصله از آن را می سنجیم، هنگامی که انگشت بطور مستقیم روی یک نیروی حساسگر فشرده می شود (سلول بار پنیروالکتریک ۳ محوری ۹۲۵۱ A، KISTLER پیزو ابزاری، کیواگ، CH) که مطابق با ترکیبات گوناگون مفصل هاست.دو کار مربوط به فشردگی به منظور ارزیابی مجزا و نیروهای گرفته شده از طریق دو محرک ترکیب شده در انگشت شناسایی می شوندامر عمل فشار دادن فقط لز طریق محرک نزدیک به مرکز بکار گرفته می شودمطابق با هر امر، دو امر فرعی برحسب وضعیت مفصل غیر فعال (گسترده، خم شده) شناسایی شدند. ارزش های گوناگون زوایای چرخشی مفصل مطابق با هر امر فرعی است که در شکل ۵ نشان داده شده است.در طی توصیف نیرو نوک انگشت بر حساسگر نیرو فشرده می شود. مؤلفه های نیروی Z ثبت شد، خروجی های  X و Y از بار مورد نظارت قرار گرفتند. این حالت از طریق تطبیق دادن وضعیت انگشت برای کسب یک نیروی موازی برای محور Z ثبت شد، خورجی های X و Y از بار مورد نظارت قرار گرفتند. این حالن از طریق تطبیق دادن وضعیت انگشت برای کسب یک نیروی موازی برای محور Z از بار کسب شد. اولین مجموعه تست های آزمایشی برروی نوع واقعی انگشت انجام شد، که با هدف ارزیابی مقدار نیروی انگشت قادر به اعمال روی یک شیؤ است.

طراحی و توسعه نوع واقعی انگشت:

همانگونه که در بالا مطرح شد، دو نوع انگشت DOF از طریق تولید مجدد، تا حد نزدیکی ممکن، اندازه و قرابت انگشت انسان طراحی می شوند. این مثل سه بند و اتاقک کف دست است، که بخشی از کف مورد نیاز برای جا دادن محرک تقریبی ایت (شکل ۳).به منظور جور کردن اندازه یک انگشت انسان، دو میکرو موتور ترکیب می شوند. که به ترتیب ذکر شده در کف دست و در بند نزدیک است. سیستم محرک مبتنی بر (RMB , Eckeg, CH) Smoovy tm میکرو درایوها (به قطر mm5) از محرکهای خطی مبتنی بر موتورهای بدون بروس DC هستند.نیروی خارجی حاصل از فعال سازی حرکت برای تکان دادن بندهایی جهت دستیابی به گیرش تطبیقی کافی است. علاوه بر این، اتاقک صدفی مقاومت مکانیکی محور را برای هر دوی یارهای محوری و شعاعی فراهم می سازد. این حالت در طی امور گرفتن اشیاء اساسی بنظر می رسد، جایی که بارهای گرفته از انگشت شست مخالف گرفته می شوند، هر دو روی سیستم محرک و بر کل ساختار انگشت عمل می کند.اولین نوع واقعی انگشت با استفاده از فرایند مدل سازی بدون ترکیب (FDM) ساخته شد (شکل ۴). این فرایند موجب ساخت در یک پروسه اشیاء سه بعدی می شود، که خارج از اکرونیتریتن / بتادین / ایترین [ABS]، بطور مستقیم از مدل های جامد ساخت CAD اسا.

مباحث دیگری از مقاله توسعه سیبرنتیک دست مصنوعی:

  • مدل ها ی مبهم
  • ساختار دست بیومکاترونیک
  • طراحی دست بیومکاترونیک
  • نیروی حساسگری خارجی: حساسگر نیروی انگشت شسا
  • نیروی حساسگر تاندون عمقی
  • حسگر وضعیت حس عمقی: حسگر وضعیت غلتک
  • سیستم حس گر مصنوعی
  • دست شبیه انسانی سه انگشتی (anthropomorphic)
  • طراحی و آزمایش روی دست جدید بیومکاترونیک
  • کنترل پروتزها
  • نتایج الکتروفیزیولوژی
  • توسعه یک واسطه عصبی هوشمند (NI)
مطلب بالا چکیده‌ای از تحقیق و پژوهش اصلی میباشد جهت تهیه نسخه کامل آن از باکس زیر اقدام به خرید و دانلود نمایید
لینک خرید پژوهش مقاله توسعه سیبرنتیک دست مصنوعی:
تحویل فوری و خودکار فایل با لینک مستقیم بعد از پرداخت
تعداد صفحه: 30
قالب: فایل word

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *