مدل سازی و بهینه سازی پروتزهای اندام تحتانی با استفاده از مواد هوشمند (شکل پذیر یا حافظه دار)

پروتزهای اندام تحتانی یکی از مهم ترین دستاوردهای مهندسی پزشکی در بهبود کیفیت زندگی افراد دچار نقص عضو به شمار می آیند. با این حال، بسیاری از پروتزهای مرسوم هنوز از نظر کارایی مکانیکی، راحتی و همسان سازی با حرکات طبیعی انسان با محدودیت هایی روبه رو هستند. در سال های اخیر استفاده از مواد هوشمند، به ویژه آلیاژهای حافظه دار و پلیمرهای شکل پذیر، توجه گسترده ای را به خود جلب کرده است. این مواد توانایی تغییر شکل برگشت پذیر در پاسخ به محرک های خارجی همچون دما، میدان مغناطیسی یا بار مکانیکی را دارند و می توانند عملکرد بیومکانیکی پروتزها را به طور چشمگیری ارتقا دهند. در این مقاله ابتدا اهمیت مدل سازی عددی و بهینه سازی در طراحی پروتزهای اندام تحتانی بررسی می شود و سپس نقش مواد هوشمند در ارتقای عملکرد این ابزارها تحلیل می گردد. تمرکز اصلی بر کاربرد آلیاژهای حافظه دار نیکل-تیتانیوم (Nitinol) و پلیمرهای هوشمند در بهبود خاصیت جذب انرژی، کاهش خستگی عضلات کاربر و نزدیک سازی حرکات پروتز به الگوی طبیعی اندام انسانی است. یافته های پژوهش های اخیر نشان می دهد که ترکیب روش های شبیه سازی اجزای محدود، طراحی به کمک رایانه و استفاده از الگوریتم های بهینه سازی چندهدفه می تواند مسیر توسعه پروتزهای نسل آینده را هموار سازد.

کلیدواژه ها:

پروتز اندام تحتانی ، مواد هوشمند ، آلیاژ حافظه دار ، مدل سازی بیومکانیکی ، بهینه سازی ساختاری ، نیتینول