Study of efficiency on pneumatic networks for an artificial heart
Creators: name: Γαλίτη, Άννα-Δανάη Δημητρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2020
Subjects: Ευέλικτη ρομποτική
Πνευματικά κυκλώματα
Απόδοση
Soft robotics
Pneumatic circuit
Efficiency

description: In a market full of rigid robots, the soft robot trend gains ground in increasingly more applications, including biomedical ones owning to soft robot compliance and biocompatibility. The human heart plays a critical role in the human body, so severe afflictions like heart failure can result in serious damage of the organ, pointing out the need for artificial hearts. This thesis is part of the HybridHeart project that combines soft robotics, tissue engineering and wireless energy transfer for the fabrication of a fully functional artificial heart. At the Soft Robotic Matter group at AMOLF, we concentrate on the design, simulation and experimental testing of a pneumatic system that feed-forward controls the heart-like actuation. The time response of the designed circuit was initially examined to get an insight on the operation of the system. For further understanding, an accurate hybrid model was developed describing the circuit function, combining analytical and numerical methods. At the final step, experimental measurements indicated that the selected type of modeling sufficiently describes the behavior of the circuit and the effect of its components on the system's efficiency and output frequency. Overall, there are still challenges in fully understanding the operation of the circuit and tuning it to the achieve the highest efficiency. Other than that, primary analytical and numerical simulations, as well as experimental measurements took place for the examination of the operation of closed circuits, showing promising results for higher efficiency and output frequency.
description: Σε μία αγορά όπου κυριαρχούν τα βιομηχανικά, σκληρά ρομπότ, η νέα τάση των ευέλικτων ρομπότ κερδίζει έδαφος σε όλο και περισσότερες εφαρμογές. Η προσαρμοστικότητα και η βιοσυμβατότητα αυτών των συστημάτων τα καθιστά κατάλληλα και για βιοϊατρικές εφαρμογές. Η ανθρώπινη καρδία αποτελεί από τα πιό σημαντικά όργανα στον ανθρώπινο οργανισμό και οποιαδήποτε βλάβη της μπορεί να έχει σοβαρές επιπτώσεις, απαιτώντας την αντικατάσταση του οργάνου. Στα πλαίσια, λοιπόν, της κατασκευής μίας πλήρους τεχνητής καρδιάς συνδυάζονται οι τομείς της ευέλικτης ρομποτικής, της μηχανικής ιστών και της ασύρματης μεταφοράς ενέργειας για το πρότζεκτ HybridHeart. Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί μέρος αυτού του πρότζεκτ και έλαβε χώρα στο εργαστήριο του Soft Robotic Matter group στο ερευνητικό κέντρο AMOLF στην Ολλανδία. Σε αυτό το εργαστήριο συγκεντρωθήκαμε στο σχεδιασμό, την προσομοίωση και τις πειραματικές μετρήσεις ενός πνευματικού κυκλώματος, το οποίο ελέγχει την λειτουργία ενός καρδιακού ενεργοποιητή. Αρχικά μελετήθηκε η συμπεριφορά του σχεδιασμένου κυκλώματος μέσω ηλεκτρικής προσομοίωσης για καλύτερη κατανόηση της λειτουργίας του συστήματος. Στη συνέχεια, αναπτύχθηκε ενα υβριδικό μοντέλο το οποίο συνδυάζει μαθηματικές και υπολογιστικές μεθόδους για να περιγράψει τη λειτουργία του κυκλώματος. Στο τελευταίο βήμα, πραγματοποιήθηκαν πειραματικές μετρήσεις οι οποίες υπέδειξαν τη συμφωνία μεταξύ των προσομοιώσεων και των πειραματικών αποτελεσμάτων σχετικά με τη μελέτη του ρόλου των επιμέρους εξαρτημάτων του κυκλώματος και τον υπολογισμό της απόδοσης καθώς και της συχνότητας του συστήματος. Παρόλα αυτά, προτείνεται να διεξαχθεί περαιτέρω έρευνα για την πλήρη κατανόηση της λειτουργίας του συστήματος και για βελτιστοποίηση της απόδοσης του. Τέλος, στα πλαίσια αυτής της εργασίας μία σύντομη μελέτη πραγματοποιήθηκε, περιλαμβάνοντας μαθηματικές και υπολογιστικές προσομοιώσεις όπως και πειραματικές μετρήσεις, για "κλειστά" πνευματικά κυκλώματα, υποδεικνύωντας ενδιαφέροντα αποτελέσματα όπως υψηλότερη απόδοση και συχνότητα.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)