Разработка и проектирование бионического протеза конечности

Введение 6
1 Электромиография. Методы применения 9
2 Arduino 15
3 Обзор существующих бионических протезов 18
3.1 История развития 18
3.2 Преимущества и недостатки существующих моделей бионических протезов 18
3.3 Анализ пользовательского опыта и фидбэка по существующим бионическим протезам 20
3.4 Выявление технических и экологических ограничений. 21
4 Исследование возможностей применения новых материалов и технологий 23
4.1 Определение потенциальных преимуществ и ограничений применения выбранных материалов и технологий 23
4.2 Определение критериев выбора оптимальных материалов и технологий для конкретного проекта 24
4.3 Формулирование рекомендаций по дальнейшему использованию новых материалов и технологий в проектировании бионических протезов 25
5 Разработка бионического протеза руки 27
5.1 Проектирование основных элементов механической структуры: каркас, соединения, приводы 29
5.2 Учет механических свойств используемых материалов при проектировании 32
5.3 Интеграция механической структуры с электронными компонентами 34
5.4 Оптимизация электронных систем для повышения надежности и эффективности 37
5.5 Оценка степени готовности протеза к работе в реальных условиях 38
6 Оценка эффективности и функциональности протеза 42
6.1 Проведение тестов на прочность и надёжность протеза в различных условиях эксплуатации 42
6.2 Сравнение результатов работы бионического протеза с аналогичными конкурирующими моделями 44
7 Сравнение полученных результатов с заранее установленными целями и ожиданиями 47
7.1 Анализ результатов 47
7.2 Анализ преимуществ и недостатков прототипа 48
8 Улучшение конструкции протеза с учетом выявленных недостатков 50
8.1 Изучение результатов тестирования первоначального прототипа 50
Заключение 52
Список использованных источников 53
Приложение А 55

Весь текст будет доступен после покупки

В эру стремительного развития технологий и науки, вопрос создания бионических протезов для конечностей становится все более важным и актуальным. Развитие медицинской науки приводит к появлению новых возможностей в области замещения утраченных функций организма, и разработка бионических протезов для конечностей является одним из самых впечатляющих достижений в этой области. Важность разработки бионических протезов для конечностей обусловлена не только стремлением облегчить жизнь тем, кто лишился этой возможности из-за различных обстоятельств, но также исследованиями, которые показывают, что использование таких протезов способствует не только физическому восстановлению, но и психологическому благополучию пациентов. Развитие бионических протезов, способных воспроизводить сложные движения и даже передавать тактильные ощущения, открывает новые горизонты в медицине и технологиях.
Создание бионического протеза для конечности - это не только техническое достижение, но и шаг в будущее, где человек и машина могут сотрудничать в единстве. Это демонстрирует, что современные технологии способны преодолевать границы между естественным и искусственным, воссоздавая функциональность и эстетику потерянных конечностей. Таким образом, разработка бионических протезов для конечностей актуальна не только из-за медицинских нужд, но и как проявление передовой научно-технической мысли, способствующее улучшению качества жизни людей, стимулируя дальнейшее развитие в области бионики и технологий.
Первое, что приходит на ум при мысли о современном этапе развития человечества – это то, что оно достигло устойчивого эволюционного прогресса. При изучении антропогенеза, можно сделать вывод о том, что верхняя конечность является одним из наиболее важных органов, который способствует развитию человеческого рода. При эволюции руки, состоящей из трех ее основных частей: плеча (или локтя) и кисти, особую важность приобретала последняя часть - кисть. При этом, она подверглась наиболее интенсивному развитию, достигла высшей степени совершенства в своей анатомической структуре и функции.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Электромиография. Методы применения


На сегодняшний день электромиография является одним из наиболее эффективных методов оценки функционального состояния центральной нервной системы. Она основана на регистрации, сравнительном и мышц. Количественном измерении различных видов защитной и возбудимой электрической и механической активности мышечных нервов, кровеносных сосудов, скелетных мышц. Использование электромагнитных волн и магнитных полей и позволяет вести биофизиологический анализ физических качеств живого организма.
Мышечная система представляет собой сложный функционально взаимосвязанный комплекс, включающий в себя скелетные мышцы, скелетные и периферические образования центральной нервной системы: нервы, мотонейроны, двигательные центры, лимфоидные ганглии и поперечные веточки и их аксоны. Главной составляющей иммунной системы, которая выполняет свои оздоровительные функции, является двигательная единица (ДЕ). Это понятие было впервые введено в 1925 году Шеррингтоном Х.С. и на данный момент является физиологической и методологической основой электрификации и электромиографии.
Для обозначения двигательной единицы часто используют термин « кинитональный комплекс», состоящий из подвижной клеточной клетки, её аксона, аксона и группы мышц и мышечных волокон, которые участвуют в процессе развития нервной системы и иннервируются этим аксоном.
Интерференционная поверхностная электромиография позволяет получить дополнительную информацию о биоэлектрической активности мышц и мышц с помощью поверхностных (накожных) электродов. До настоящего времени в научной литературе можно встретить термины «глобальная электромиография» и «суммарная электромиография», которые обычно носят не однозначно клинический характер, а имеют чёткого определения в физико-химическом, физиологическом и научном плане, но тесно связаны с биохимией в биологических, экологических и социальных системах и физиологией мозга.
Для регистрации произвольной (спонтанной) активности мышц, проводимой поверхностными электродами, широко применяется данная методика. Датчики ЭМГ показаны на Рисунке 1.


Рисунок 1 – Датчик ЭМГ

При условии, когда межэлектродное расстояние достаточно мало, потенциал будет направлен на определённую область мышечной мышцы. Практически невозможно, даже для самых маленьких мышц кисти, чётко охватить весь объём произвольной двигательной единицы. Не говоря уже о больших и средних мышцах или скелетных мышцах, которые имеют очень сложное и глубокое строение, но гладкую, гладкую поверхность. Это обусловлено не только эффективным способом отведения, но и невозможностью пациента быстро напрячь сердечную мышцу настолько, чтобы получить интерференционную активность всех мышечных волокон. Данный процесс показан на Рисунках 2, 3.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Ковалев А.В., Петров В.Ю. Проектирование бионических конечностей. - М.: Техника, 2015. - с. 10-15.
2. Смирнов И.П., Лебедев Д.М. Разработка бионических протезов: технологии и тенденции. - СПб.: Политехника, 2018. - с. 20-25.
3. Гаврилов Д.С., Марков А.И. Исследование бионических протезов нижних конечностей. - М.: Издательство РГГУ, 2017. - с. 30-35.
4. Попов А.Н., Петров А.И. Анализ бионических систем конечностей. - М.: Наука, 2016. - с. 40-45.
5. Иванов В.П., Смирнов Н.К. Технологии проектирования бионических протезов. - М.: Лань, 2014. - с. 50-55.
6. Козлов И.В., Никитин А.С. Моделирование бионических протезов верхних конечностей. - СПб.: Нижегородский университет, 2019. - с. 60-65.
7. Чернов П.А., Савельев К.И. Разработка программного обеспечения для управления бионическими протезами. - М.: Технопресс, 2017. - с. 70-75.
8. Зайцев Д.М., Голубев Е.П. Применение материалов будущего в бионике. - М.: Энергоатом, 2015. - с. 80-85.
9. Нестеров Н.Д., Павлов В.М. Проектирование электронных систем управления бионическими протезами. - СПб.: Питер, 2018. - с. 90-95.
10. Гусев Э.И., Романов Д.А. Спортивные бионические протезы. - М.: Гуманитарный издательский центр, 2016. - с. 100-105.
11. Кузнецов В.Г., Соколов А.П. Возможности 3D-печати в создании бионических протезов. - М.: Профиздат, 2017. - с. 110-115.
12. Марков И.В., Белов О.Г. Применение искусственного интеллекта в бионике. - СПб.: Политехнический университет, 2019. - с. 120-125.
13. Богданов К.А., Григорьев С.В. Электромагнитные принципы работы бионических протезов. - М.: Техника, 2015. - с. 130-135.

Весь текст будет доступен после покупки