טכניקת הפעלה לרובוטים מיניאטוריים פותחה בעזרת סימולציה מולטיפיזיקלית ב- ®COMSOL
 

אנליזה נומרית

לקבלת פרטים נוספים אודות המוצרים והשירותים שחברת נומריקל מספקת, נא השאירו פרטים.

קראו סיפורי משתמשים נוספים:

חוקרים בוועדה הצרפתית לאנרגיה אטומית ואנרגיות חלופיות הופכים מניפולטורים רובוטיים מיניאטוריים לקלים יותר לבניה ולהפעלה. הצוות מקווה להציע אקטואטור זול יותר מזה שנמצא כרגע בשימוש במכשירי ניתוחים. יום אחד, אולי הדבר ייצור מהפכה בשיטות שנראות על שולחן הניתוחים.
ניתוח בעל פולשנות מינימאלית תלוי בכלים קטנים וגמישים בעל הפעלה אמינה וביצועים עקביים. מתקנים רובוטיים נכנסו לחדר הניתוח כאסיסטנטים בתהליכים המצריכים שעות של עמידה בחלק של הניתוח. הבעיה היא שמתקני ניתוח רובוטיים רבים הם יקרים מאוד, מגושמים ומתישים להפעלה. כריסטין רוטינט, חוקרת במעבדת השילוב הטכנולוגי מערכתי של הוועדה הצרפתית לאנרגיה אטומית ואנרגיות חלופיות, מבקשת למצוא אלטרנטיבה.
שיפור חווית הניתוח דרך הפעלה בשלב-שינוי
רוטינט חקרה אקטואטורים מיניאטוריים בשלב-שינוי, שיוצרים תזוזה וכוח מהתפשטות הנפח שמתרחשת כאשר חומר עובר ממצב צבירה מוצק לנוזל. היא חיפשה חומר עם שיעור התפשטות גבוה וטולרנס מאמץ, ושלב שינוי שמתרחש בטמפרטורה שבין טמפרטורת הגוף של המטופל והגבול המותר.  רוטינט בחנה מיקרו-אקטואטור שפותח ע"י חברת Goldschmidtboing. המכשיר עובד על פראפין, פחמימן שעוותי אשר מתרחב כ- 10-20 אחוז מנפחו כאשר מתחמם והופך ממוצק לנוזל. הוא שולב עם חלקיקים שחורים כפחם, מה שיצר תערובת מוליכה שתתמוך בחום ג'אול כאשר עובר בה זרם חשמלי.
מטרתה של רוטינט לספק למנתחים כלים רובוטיים ורסטיליים שיוכלו להרשות לעצמם, אשר יפחיתו את הכאב שגוררים אחריהם ניתוחים ארוכים. על המכשיר להיות אינו יקר, מיניאטורי, מספק כוחות גדולים עם תזוזות רבות באופן יחסי, בעל צריכת חשמל סבירה, ועומד בדרישות הרפואיות. לדוגמא, וולטאז'ים גבוהים אינם בטוחים, ושדות מגנטיים לא יכולים להופיע בסביבת ציוד כמו מכונות MRI.
המיקרו-אקטואטור של Goldschmidtboing מכיל תא שממולא בפראפין מוליך בריכוז שחור כפחם של שני אחוזים, מכוסה בקרום סיליקון ובצ'יפ אטימה ממתכת אשר ייצר זרם, מופרדים ע"י שכבת בידוד חשמלית. התפשטות הפראפין גורמת לקרום הסיליקון לסטות החוצה, מניעה את התנועה של האקטואטור. רוטינט והצוות שלה העריכו את ההתנהגות המכאנית והיבטי השליטה של התערובת באקטואטור המיניאטורי, בעוד שהקולגה שלהם פנאגיוטיס לאזארו בנה מודל חיזוי ב- ®COMSOL Multiphysics על מנת לבצע אופטימיזציה לתכנון. בכדי לסמלץ את התנהגות התערובת במתקן, רוטינט ולאזארו כיילו את המודל שלהם בהתבסס על מחקר המיקרו-אקטואטור של  Goldschmidtboing.
חיזוי התנהגות האקטואטור ע"י שימוש בסימולציה מולטיפיזיקלית
הסימולציה של לאזארו כללה פרמטרים גיאומטריים, תרמיים, מכאניים וחשמליים. "COMSOL® איפשרה צימוד ישיר של הפיזיקות המעורבות" הוא מסביר. "זוהי בעיה מולטיפיזיקלית עם מוליכות חשמלית שאינה ליניארית, צפיפות וקיבולת חום ספציפית, וצמיגות משתנה, כל אלו משפיעים על הסטייה". ®COMSOL איפשרה לו לחקור בדיוק כיצד כל פרמטר משפיע על התזוזה.
"השתמשנו ב- ®COMSOL ככלי חיזוי. אנחנו יכולים בקלות להשתמש בפרמטרים, לשנות את גובה האקטואטור, את עובי הקרום, ואת תערובת השעווה. יותר מכך, מקדם ההתנגדות גובר ככל שהטמפרטורה עולה, כיוון שחלקיקי הפחמן מתפזרים כאשר הפראפין מתפשט". לאזארו העריך את ההתנהגות הזו ע"י מידול התפלגות המוליכות החשמלית.
הפנים החדשות של הכלים הרובוטיים בניתוחים
לאזארו בנה בהצלחה מודל מולטיפיזיקלי ריאליסטי של אקטואטור בשלב-שינוי, המסמלץ התנהגות מכאנית והיבטי שליטה. הוא משתמש בסימולציה שלו לטובת התכנון והאופטימיזציה של האקטואטור המיניאטורי שמפתחת הוועדה הצרפתית לאנרגיה אטומית ואנרגיות חלופיות, בכדי לייצר את העומסים הגבוהים וטווח התזוזה שהוא ורוטינט חזו. תהיה לו צריכת חשמל נמוכה, הוא יעמוד בדרישות הרפואיות, והוא יפחית את העלויות והנטל של המנתחים. אב הטיפוס - שאמור להסתיים ב- 2014 - ייבדק ביסודיות בטרם ישולב לתוך כלי ניתוח רובוטי. בקרוב נוכל לראות רובוט ניתוחי זול וקל לתפעול, בחדר הניתוחים.
אנליזה נומרית
אנליזה נומרית
התמונה להמחשה בלבד
לקבלת פרטים נוספים ללא התחייבות
שדה מילוי חובה מסומן ב- *
רוצים ללמוד עוד על יכולותיה המולטיפיזיקליות הגבוהות של ®COMSOL?

זה פשוט וקל להכיר אונליין את הממשק האינטואיטיבי של התוכנה!

צפו בהדרכות מקוונות מפורטות אודות האפשרויות הרבות ב- ®COMSOL Multiphysics

כנסו לדף ייעודי המתעדכן מדי שבוע וכולל סרטוני הדרכה מלאים עם כתוביות בעברית

 
הסיפור נלקח ממגזין 2014 ®COMSOL
 
 כתובת: פארק המדע, פנחס ספיר 8, נס ציונה I אימייל: info@numerical.co.il  |  טל: 03-9629621

Numerical© 2017 כל הזכויות שמורות