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Diseño Biomecánico
Una aproximación formalOscar Campo, PhD
Diseño Biomecánico
Ingeniería Biomédica: hombre Biomecánica: seres vivos
Diseño Biomecánico
Biomimética
Diseño Biomecánico
Interacción de sistemas: “ingenierías híbridas”
Sistema 1
Sistema 2
Sistema 3
Diseño Biomecánico
Interacción de sistemas
Ciencias de la vida
Electrónica
Mecánica
InformáticaAdministración
Diseño Biomecánico
Sistema Biomecánico
SistemaBiológico
SistemaMecánico
Sistema Mecánico
Diseño Biomecánico
Usuario…
Elemento
Elemento
Elemento
Diseño Biomecánico
Elementos
Diseño Biomecánico
Sistemas Mecánicos
Diseño Biomecánico
En una camilla hospitalaria…
Diseño Biomecánico
En una prótesis de rodilla…
Diseño Biomecánico
Fijación de fracturas…
Diseño Biomecánico
Otros sistemas…
Diseño Biomecánico
Características generales… CargasTodo elemento mecánico debe soportar una carga
Diseño Biomecánico
Características generales… GeometríaTodo elemento tiene una forma
definida, la cual está limitada por el entorno
Diseño Biomecánico
Características generales… MaterialTodo elemento está constituido de
un material específico
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Función de Desempeño Requerimientos Funcionales Requerimientos Geométricos Propiedades del Material
P=f(F)f(G)f(M)
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Función de Desempeño
Diseño Biomecánico
Ejemplo de aplicación
Un deportista con amputación transfemoral necesita una prótesis deportiva con articulación de rodilla de tal manera que sea lo más liviana posible
Diseño Biomecánico
Definición del objetivoEl mejor desempeño se logrará
minimizando la masa:
p=mp* = optimiza(m)
Diseño Biomecánico
Requerimientos funcionales
La carga crítica del adaptador modular, funcionando como una columna es:
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Características geométricas: l, t
Función de desempeño
p = f(F) f(G) f(M)
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Optimización
Se requiere alto E y mínimo
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Definición de la geometría
Y el factor de seguridad?
Diseño Biomecánico
Definición del Factor de Seguridad:
Suponer basado en experiencia Usar valores recomendados Usar métodos estadísticos
Diseño Biomecánico
Para todo elemento se debe cumplir como condición de seguridad:
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Definición de una nueva variable aleatoria:
Normalizando0
zSD
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Reexpresando
Definiendo el Coeficiente de Variación:
2 2 2
0
y y
zSD
zSD
z SD SD
xx
SDC
x
( )^2
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Reexpresando en función de Cx:
22 2 2 2 2
2 2 2 2 2 2 22 2
2 2 2 2 2
2 2 2 2
2 2
1 12
2 1
1 1 1 1
1
y y y
y y y y
y
y
y
z C C
z C C
z C fs C fs fs
C z C zfs
C z
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Ahora se puede definir z a partir de:
Una probabilidad de falla deseada
Una vida útil deseada
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Conclusión Desempeño basado en
características generalizadoras F, G, M
Esfuerzo limitado por resistencia Seguridad del diseño basado en
variables aleatorias
