Optimización del diseño de la estructura interna para una almohadilla de talón bioinspirada con propiedades de amortiguación distintivas
Autores: Jin, Jianqiao; Wang, Kunyang; Ren, Lei; Qian, Zhihui; Lu, Xuewei; Liang, Wei; Xu, Xiaohan; Zhao, Shun; Zhao, Di; Wang, Xu; Ren, Luquan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Optimización del diseño de la estructura interna para una almohadilla de talón bioinspirada con propiedades de amortiguación distintivas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Placas de pie protésicas
Plantillas de rehabilitación
Pies robóticos
Partes de amortiguación
Resistencia al impacto
Almohadilla de talón biónica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 43
Citaciones: Sin citaciones
En la investigación existente sobre plantillas de pie protésicas, plantillas de rehabilitación y pies de robot, las partes de amortiguación se basan básicamente en mecanismos simples y almohadillas elásticas. La mayoría de ellas no pueden proporcionar una resistencia adecuada a los impactos, especialmente durante el contacto con el suelo. Este documento desarrolló una almohadilla de talón bioinspirada optimizando las estructuras internas inspiradas en la almohadilla del talón humano que tiene un gran rendimiento de amortiguación. Las estructuras distintivas de la almohadilla del talón humano fueron determinadas a través de la tecnología de resonancia magnética (MRI) y literaturas relacionadas. Se obtuvieron almohadillas de cinco capas con y sin estructuras internas utilizando dos materiales (caucho blando y resina), lo que resultó en cuatro almohadillas de talón biónicas. Se realizaron tres simulaciones de elementos finitos (estáticas, de impacto y de caminata) para comparar los efectos de amortiguación en términos de deformaciones, reacciones del suelo y esfuerzos principales. La almohadilla óptima con estructuras biónicas y material de caucho blando redujo un 28,0% la fuerza de reacción vertical máxima del suelo durante la caminata en comparación con la almohadilla de resina no estructurada. Las pruebas de caminata humana realizadas por un sujeto sano usando las almohadillas biónicas impresas en 3D también mostraron hallazgos similares, con una disminución de casi el 20% en la fuerza de reacción vertical máxima a velocidad normal. La almohadilla de talón de caucho blando con estructuras biónicas tiene el mejor rendimiento de amortiguación, mientras que la almohadilla de resina no estructurada muestra el peor. Este estudio demuestra que con un diseño adecuado de las estructuras internas y los materiales, las almohadillas biónicas demostrarán propiedades de amortiguación distintas, que podrían aplicarse a campos de ingeniería, incluidas las prótesis de miembros inferiores, la robótica y las rehabilitaciones.
Descripción
En la investigación existente sobre plantillas de pie protésicas, plantillas de rehabilitación y pies de robot, las partes de amortiguación se basan básicamente en mecanismos simples y almohadillas elásticas. La mayoría de ellas no pueden proporcionar una resistencia adecuada a los impactos, especialmente durante el contacto con el suelo. Este documento desarrolló una almohadilla de talón bioinspirada optimizando las estructuras internas inspiradas en la almohadilla del talón humano que tiene un gran rendimiento de amortiguación. Las estructuras distintivas de la almohadilla del talón humano fueron determinadas a través de la tecnología de resonancia magnética (MRI) y literaturas relacionadas. Se obtuvieron almohadillas de cinco capas con y sin estructuras internas utilizando dos materiales (caucho blando y resina), lo que resultó en cuatro almohadillas de talón biónicas. Se realizaron tres simulaciones de elementos finitos (estáticas, de impacto y de caminata) para comparar los efectos de amortiguación en términos de deformaciones, reacciones del suelo y esfuerzos principales. La almohadilla óptima con estructuras biónicas y material de caucho blando redujo un 28,0% la fuerza de reacción vertical máxima del suelo durante la caminata en comparación con la almohadilla de resina no estructurada. Las pruebas de caminata humana realizadas por un sujeto sano usando las almohadillas biónicas impresas en 3D también mostraron hallazgos similares, con una disminución de casi el 20% en la fuerza de reacción vertical máxima a velocidad normal. La almohadilla de talón de caucho blando con estructuras biónicas tiene el mejor rendimiento de amortiguación, mientras que la almohadilla de resina no estructurada muestra el peor. Este estudio demuestra que con un diseño adecuado de las estructuras internas y los materiales, las almohadillas biónicas demostrarán propiedades de amortiguación distintas, que podrían aplicarse a campos de ingeniería, incluidas las prótesis de miembros inferiores, la robótica y las rehabilitaciones.